Age Distribution in Arbitrary Preemptive Memoryless Networks
本文研究了具有无记忆服务时间的任意网络中信息年龄的概率分布。源节点按照泊松过程生成数据包，然后数据包在网络中以新的更新抢占旧的更新的方式转发。这个模型等价于Yates最近研究的八卦网络，他获得了一个递归公式，可以计算平均AoI。在本文中，我们得到了一个非常简单的特征的平稳分布的AoI在网络中的每个节点。这允许计算年龄的任意函数的平均值。特别是，我们可以计算年龄违规概率。此外，我们展示了如何使用我们简单表征的见解，以大幅减少某些结构化网络中平均AoI的计算时间。最后，我们描述了如何使用我们的表征，以获得更快，更准确的Monte Carlo模拟估计平均AoI，或年龄的任意函数的平均值。
2022-02-02 cs.IT math.IT
Minimizing The Age of Information: NOMA or OMA?
在本文中，我们在最小化平均信息年龄（AoI）的框架中研究了非正交多址（NOMA）的潜力，NOMA目前在第三代合作伙伴计划（3GPP）标准化中与正交多址（OMA）竞争，用于未来的5G网络机器类型通信（MTC）。通过利用随机混合系统（SHS）的概念，我们发现在简单的NOMA和传统的OMA环境中的网络的总平均AOI。有了这一点，我们提供了两个计划之间的比较平均AoI。有趣的是，即使NOMA实现了比OMA更好的频谱效率，这也不一定会转化为网络中更低的平均AoI。
2019-01-18 cs.IT math.IT
Weighted-Sum Average Age of Information in Unilaterally Powered Two-Way Data Exchanging Systems
本文考虑了一个双向的数据交换系统与恒定功率的接入点和能量收集供电的智能设备。接入点分别以固定功率$\barρ P_\text{t}$和$ρP_\text{t}$同时向智能设备发送信息和能量。在收集到足够的能量后，智能设备立即执行一个传输块。我们研究了信息时代（AoI）的双向数据交换的永恒性。具体来说，我们调查下行链路的及时性和上行链路的及时性之间的权衡，通过优化加权和平均AoI。此外，我们提供了一个基于梯度的方法来计算这个比例数值。我们的数值结果表明，基于功率分裂的系统优于基于时间分裂的系统在一般的时间性。
2019-04-06 cs.IT math.IT
Average Peak Age of Information Analysis for Wireless Powered Cooperative Networks
信息时代（AoI），一个指标来分析数据的新鲜度，是在即将到来的无线网络的时间关键型应用的兴趣。此外，无线能量传输（WPT）也是延长无线传感器网络寿命的关键。因此，我们研究了一个平坦衰落的无线供电合作网络，其中一个源和一个继电器充电的有限大小的电容器从一个远程发电站收集能量。对于两种传统的解码转发（DF）和放大转发（AF）中继，研究了平均AoI和峰值AoI（PAoI），以说明数据/功率传输信道的随机性和电容器的大小如何影响年龄指标，以及何时利用协作传输比直接传输更有益。结果表明，虽然功率受限的中继施加更多的延迟开销，年龄指标在某些情况下得到改善。即使对于具有更多信号处理等待时间的DF方案，由于增强了端到端通信可靠性，我们也可以实现较低的平均PAoI。此外，所提出的WPT协作系统的特殊情况下进行了讨论，例如全功率节点和一次性成功的数据传输的情况下。最后，数值结果提供突出的影响，传输功率，电容器的大小，和路径损耗指数的年龄指标。
2020-07-13 cs.IT math.IT
On the Age of Information of a Queuing System with Heterogeneous Servers
考虑了异构服务器的最优控制问题，以最小化信息的平均年龄。每个服务器维护一个单独的队列，到达系统的每个数据包都被随机路由到其中一个服务器。假设泊松到达和指数分布的服务时间，我们首先推导出两个异构服务器的平均AoI的精确表达式。接下来，为了求解最优平均AoI，导出了一个近似值，称为近似AoI，这对于多服务器系统也是有用的。我们发现，对于最佳近似AoI，每个服务器的服务器利用率（到达率和服务率之比）应该与单个服务器队列的最佳服务器利用率相同。对于两个相同的服务器，它表明，平均AoI约为5/8倍的平均AoI的一个服务器。此外，平均AoI被证明是减少相当大的增加更多的服务器到系统。
2021-09-14 cs.IT math.IT
Age of Information of Multi-user Mobile Edge Computing Systems
在本文中，我们分析了平均年龄的信息（AoI）和平均峰值AoI（PAoI）的多用户移动边缘计算（MEC）系统中，基站（BS）生成并发送计算密集型数据包的用户设备（UE）。在该MEC系统中，我们关注三种计算方案：（i）本地计算方案，其中所有计算任务由UE处的本地服务器计算，（ii）边缘计算方案，其中所有计算任务由BS处的边缘服务器计算，以及（iii）部分计算方案，其中计算任务部分地在边缘服务器处分配，其余的由本地服务器计算。考虑到指数分布的传输时间和计算时间，并采用先来先服务（FCFS）排队策略，我们推导出封闭形式的平均AoI和平均PAoI的表达式。为了解决平均AoI表达式的复杂性，我们推导出简单的平均AoI的上限和下限，这使我们能够明确地检查MEC系统参数上的最佳卸载决策的依赖性。仿真结果的帮助下，我们验证了我们的分析，并说明了系统参数对AoI性能的影响。
2022-11-02 cs.IT math.IT
Minimizing The Age of Information in a CSMA Environment
在本文中，我们研究了一个网络的N个干扰链路竞争的信道发送他们的数据，采用著名的载波侦听多址（CSMA）方案。通过利用随机混合系统的概念，我们找到了一个封闭形式的总平均年龄的网络在这种情况下。在此基础上，我们通过校准每个链路的退避时间来最小化网络的总平均年龄的优化问题。通过分析其结构，优化问题转化为一个等价的凸问题，可以有效地解决每个链路的最佳退避时间。提供了有关链路之间交互的见解，并给出了我们在IEEE 802.11环境中优化的CSMA方案的数值实现，以强调其性能。我们还表明，虽然优化，标准的CSMA方案仍然缺乏落后于其他分布式计划的平均年龄在某些特殊情况下。这些结果表明，有必要找到新的分布式方案，以进一步减少任何一般网络的平均年龄。
2019-01-17 cs.IT math.IT
Age-Optimal Power Control for Status Update Systems with Packet Based Transmissions
本文研究了状态更新系统中信息平均年龄（AoI）最小化问题，其中更新数据包以固定速率传输。假设信源通过在每个时隙中生成并发送新的状态更新分组来避免拥塞引起的延迟。假设发射功率可以根据接收到的连续NACK（否定应答）的数量进行调整，则考虑块衰落信道模型上的传输，推导出平均AoI的封闭形式表达式。提出了在平均功率约束下最小化平均迎角的优化问题，并给出了一种求解该问题的随机优化算法。数值结果表明，建议的功率控制策略，更多的功率是首选分配给分组后，一定数量的失败数据包在低功率制度和建议的功率控制降低了平均AoI相比，恒定功率的政策。另一种开关电源控制策略也被提出，并取得令人满意的性能。
2019-08-16 cs.IT math.IT
Age of Information Upon Decisions
我们考虑一个M/M/1更新和决定系统，泊松分布的决定是根据收到的更新。我们建议表征的新鲜度，在决策时代与年龄决定（AuD）收到的更新。在先到先得的策略（FCFS）下，得到封闭形式的平均AuD。我们证明了系统的平均AuD是由到达率和服务率决定的，并且与判决率无关。因此，仅仅提高决策率并不能提高决策的及时性。然而，同时提高到达率和服务率可以有效地降低平均AuD。
2018-11-02 cs.IT math.IT
Age-Energy Tradeoff in Fading Channels with Packet-Based Transmissions
研究了以信息年龄和总能耗的加权组合最小为目标的最优传输策略。假设在基于分组的无线通信系统中，在瑞利衰落信道上以固定速率获得并发送状态更新信息。每个数据包上的最大传输轮被强制执行，以保证更新数据包的一定可靠性。给定固定的平均传输功率，年龄-能量权衡可以被公式化为一个受约束的马尔可夫决策过程（CMDP）的问题，同时考虑感测功耗。采用拉格朗日松弛，CMDP问题转化为马尔可夫决策过程（MDP）问题。提出了一种求解最优功率分配策略的算法。仿真结果表明，与两个基准方案相比，所提出的最优策略可以提高寿命和能量效率。此外，可以以更高的能源成本为代价来有效地降低年龄，并且在相同的能源效率下，更加重视能源消耗会导致更高的平均年龄。总体而言，平均年龄和能源效率之间的权衡。
2020-05-12 cs.IT math.IT
Age Optimal Information Gathering and Dissemination on Graphs
我们考虑的问题，及时交换更新之间的一个中心站和一组地面终端$V$，通过移动代理，穿越地面终端沿移动图$G = (V, E)$。我们设计的移动代理的轨迹，以尽量减少高峰和平均年龄的信息（AoI），两个新提出的度量信息的及时性。我们考虑随机轨迹，移动代理从终端$i$终端$j$与概率$P_{i,j}$。对于信息收集问题，我们表明，一个随机化的轨迹是最佳的峰值年龄和因素- $8\mathcal{H}$平均年龄最佳的，其中$\mathcal{H}$是混合时间的随机化轨迹上的流动性图$G$。我们还证明了平均年龄最小化问题是NP-困难的。对于信息传播问题，我们证明了相同的随机轨道是因子- $O(\mathcal{H})$峰值和平均年龄最优的。此外，我们提出了一个基于年龄的轨迹，它利用了当前年龄在终端的信息，并表明它是因子- $2$平均年龄最优的对称设置。
2019-01-08 cs.IT cs.NI math.IT
Detecting State Transitions of a Markov Source: Sampling Frequency and Age Trade-off
我们考虑一个有限状态的离散时间马尔可夫链（DTMC）源，可以被采样用于检测事件时，DTMC过渡到一个新的状态。我们的目标是研究在检测事件时采样频率和失效率之间的权衡。我们认为，对于手头的问题，使用年龄的信息（AoI）量化陈旧的样本是保守的，因此，引入\textit{age penalty}用于此目的。我们研究了两个优化问题：最小化平均年龄惩罚受平均采样频率约束，最小化平均采样频率受平均年龄惩罚约束;两者都是约束马尔可夫决策问题。我们使用线性规划的方法来解决这些问题，并计算马尔可夫政策，是最佳的所有因果关系的政策。我们的数值结果表明，计算的马尔可夫政策不仅优于最佳的周期性采样政策，但也达到采样频率接近或低于最佳的千里眼（非因果）采样政策，如果允许一个小的年龄惩罚。
2020-05-05 cs.IT cs.PF math.IT
Age-Delay Tradeoffs in Single Server Systems
信息新鲜度和低延迟通信对于许多新兴应用来说很重要。虽然信息年龄（AoI）用作信息新鲜度的度量，但是分组延迟是通信延迟的传统度量。我们证明，有一个自然的AOI和数据包延迟之间的权衡。我们考虑一个单一的服务器系统，其中最多一个更新数据包可以在同一时间提供服务。系统设计者控制分组得到服务的顺序和具有给定服务速率的服务时间分布。我们分析了两个权衡问题，最大限度地减少数据包延迟和数据包延迟的方差，分别受到平均年龄的限制。我们证明了一个强大的年龄延迟和年龄延迟方差权衡，其中，作为平均年龄接近其最小值，延迟和它的方差接近无穷大。我们表明，最小化平均年龄的服务时间分布，必须有一个无界的秒的时刻。
2019-01-14 cs.IT cs.NI math.IT
Average Age of Information Penalty of Short-Packet Communications with Packet Management
在本文中，我们分析了非线性年龄的信息（AoI）的性能在点对点短分组通信系统中，发射机产生的数据包的基础上的状态更新和发送的数据包到接收机。具体来说，我们研究了三种数据包管理策略，即无缓冲区的非抢占策略，有一个缓冲区的非抢占策略和抢占策略。为了表征接收方对过时数据的不满程度，我们采用广义α-βAoI惩罚函数进行分析，并推导出三种分组管理策略所实现的平均AoI惩罚的封闭形式表达式。仿真结果证实了我们的分析，并明确评估各种系统参数，如编码速率和状态更新生成速率，对AoI性能的影响。此外，还发现α的大小反映了系统的传输可靠性。
2022-10-26 cs.IT eess.SP math.IT
Pull or Wait: How to Optimize Query Age of Information
我们研究了一个基于拉的状态更新通信模型，其中源节点提交更新数据包的信道具有随机的传输延迟，在一个远程目的地节点所要求的时间。我们的目标是最小化的平均查询年龄的信息（QAoI），定义为平均年龄的信息（AoI）在查询时刻发生在目的地侧根据一个随机到达过程中测量。参考文献中定义的基于推的问题公式，其中源随意决定\textit{update or wait}，目标是最小化目的地的时间平均AoI，我们将此问题命名为\textit{Pull-or-Wait}（PoW）问题。我们提供了两个公式的比较：（i）在泊松查询到达下，最小化时间平均AoI的最优策略也最小化平均QAoI，并且这些最小值相等;以及（ii）在周期性查询到达下的最优平均QAoI总是小于或等于最优时间平均AoI。我们确定的PoW问题的情况下，一个单一的查询作为一个随机的最短路径（SSP）的问题，不可数的状态和动作空间，这在以前的文献中没有解决。我们推导出这个SSP问题的最佳解决方案，并使用它作为一个积木的解决方案下定期查询到达的PoW问题。
2021-11-04 cs.IT cs.NI math.IT
Optimal Sampling Cost in Wireless Networks with Age of Information Constraints
我们考虑的问题，最小化的时间平均成本的采样和传输状态更新的用户在无线信道的平均年龄的信息约束（AoI）。传输中可能出现错误，调度算法必须决定用户是否采样新的分组或尝试重新传输先前采样的分组。成本包括采样和传输成本。在故障之后对新分组的采样在系统中强加了额外的成本。我们制定了一个随机优化问题的时间平均成本的目标下的时间平均AoI约束。为了解决这个问题，我们从李雅普诺夫优化理论的工具，并开发了一个动态的算法，在一个插槽插槽的基础上作出决定。该算法决定用户是否：a）采样新数据包，b）发送旧数据包，c）保持沉默。我们提供了最优性保证的算法，并研究其性能的时间平均成本和AoI通过仿真结果。
2020-03-05 cs.IT cs.NI math.IT
Analysis of Age of Information in Dual Updating Systems
我们研究的平均年龄的信息（AoI）和峰值AoI（PAoI）的双队列状态更新系统，监测一个共同的随机过程。虽然双队列并行传输有助于降低AoI，但数据到达的无序也给性能分析带来了重大挑战。我们考虑两种设置：两个服务器的服务时间服从指数分布的M-M系统;一个服务器的服务时间服从指数分布而另一个服务器的服务时间服从确定分布的M-D系统。对于这两个双排队系统，分别采用图解法和状态流图分析法导出了平均AoI和PAoI的封闭表达式。我们的分析表明，与服务时间呈指数分布的单队列系统相比，M-M系统的平均PAoI和平均AoI可以分别降低33.3%和37.5%。对于M-D系统，平均PAoI和平均AoI的降低分别为27.7%和39.7%。数值结果表明，这两个双队列系统也优于M/M/2单队列双服务器系统的平均AoI和PAoI的优化到达率。
2022-07-02 cs.IT cs.NI math.IT
Age of Information in G/G/1/1 Systems: Age Expressions, Bounds, Special Cases, and Optimization
本文在两种服务纪律模型下研究了G/G/1/1系统中的信息年龄。在第一个模型中，如果新的更新在服务繁忙时到达，它将被阻止;在第二个模型中，新的更新将抢占服务中的当前更新。对于阻塞模型，我们首先推导出一个精确的年龄表达式，然后我们提出了两个简单的计算平均年龄的上界。第一个上界假设到达间隔时间具有对数凹分布。第二个上界假设到达间隔和服务时间都具有对数凹分布。在M/M/1/1系统的情况下，两个上界都是紧的。我们发现，确定性的到达间隔和服务时间是最佳的阻塞服务模型。此外，利用G/G/1/1系统的年龄表达式，我们计算了特殊情况下的平均年龄表达式，即，M/G/1/1和G/M/1/1系统。其次，对于服务中抢占模型，我们首先推导出G/G/1/1系统的精确平均年龄表达式。然后，我们提出了一个简单的计算上界的平均年龄。此外，类似于阻塞规则，使用G/G/1/1系统的年龄表达式，我们计算了特殊情况下的平均年龄表达式，即，M/G/1/1和G/M/1/1系统。G/M/1/1的平均年龄可以写成两项的总和，第一项仅取决于到达间隔时间的第一和第二时刻，第二项仅取决于服务率。换句话说，到达间隔时间和服务时间是分离的。我们表明，确定性的到达间隔是最佳的G/M/1/1系统。另一方面，我们观察到非指数服务时间的最佳分布的interarrival时间取决于平均interarrival时间和平均服务时间的相对值。
2019-05-31 cs.IT cs.NI eess.SP
Version Innovation Age and Age of Incorrect Version for Monitoring Markovian Sources
该研究针对不可靠信道下两状态马尔可夫过程实时监测，提出VIA和AoIV两种新性能指标，推导多策略下的闭式表达式，求解带约束的平均VIA最小化问题，并明确各策略的最优适用条件。
2024-01-31 cs.IT cs.NI cs.SY
Age of Information Scaling in Large Networks with Hierarchical Cooperation
给定$n$随机定位的源-目的地（S-D）对在一个固定的区域网络上，希望彼此通信，我们研究的年龄的信息，特别关注其缩放网络大小$n$的增长。我们提出了一个三阶段的传输方案，利用\textit{hierarchical cooperation}与\textit{mega update packets}用户之间的平均年龄缩放的$O(n^{α(h)}\log n)$每个用户是可以实现的，其中$h$表示的层次和$α(h) = \frac{1}{3\cdot2^h+1}$的数量往往$0$作为$h$增加，使渐近平均年龄缩放的建议计划是$O(\log n)$。据我们所知，这是具有多个S-D对的状态更新系统中的最佳平均年龄缩放结果。
2019-05-06 cs.IT cs.NI eess.SP
Age of Information with Gilbert-Elliot Servers and Samplers
我们研究了状态更新系统中的信息年龄，该系统由单个采样器组成，即，源节点，通过服务器节点将时间敏感的状态更新发送到单个监视节点。我们首先考虑服务器节点上的Gilbert-Elliot服务配置文件。在该模型中，服务器节点处的服务时间遵循具有两个状态的有限状态马尔可夫链：${bad}$状态$b$和${good}$状态$g$，其中服务器在状态$g$中更快。我们确定的时间平均年龄所经历的监测节点和年龄最优的状态转移矩阵$P$的特点和不对服务操作的平均成本约束。接下来，我们考虑源处的Gilbert-Elliot采样剖面。在该模型中，到达间隔时间遵循具有两个状态的有限状态马尔可夫链：${bad}$状态$b$和${good}$状态$g$，其中样本在状态$g$中更频繁。我们发现的时间平均年龄所经历的监测节点和年龄最优的状态转移矩阵$P$的特点。
2020-02-13 cs.IT cs.NI eess.SP
On Age and Value of Information in Status Update Systems
受到在许多网络物理应用中出现的分组的固有价值的激励（例如，由于信息内容或警报消息的精确性），我们考虑具有携带值的更新分组以及它们的生成时间戳的状态更新系统。一旦生成，状态更新数据包就具有随机初始值和确定性截止日期，在该截止日期之后，状态更新数据包就没有用了（最终失效）。在我们的模型中，数据包的价值随着时间的推移而减少（即使在接收之后），从它的生成开始到它消失时的最终陈旧。在接收机处的信息值（VoI）是相加的，因为VoI是由接收机保持的所有分组的当前值的总和。我们调查各种排队纪律下潜在的依赖值和服务时间之间的关系，并提供封闭形式的表达式平均VoI在接收器。数值结果说明了不同情况下的平均VoI以及平均信息年龄（AoI）和平均VoI之间的对比。
2020-03-31 cs.IT cs.SY eess.SY
