Status from a Random Field: How Densely Should One Update?
在许多应用中，与点信息源相比，一般空间过程的状态信息是感兴趣的。在本文中，我们考虑一个系统，其中状态信息是从一个随机场，并通过无线多址信道传输到融合中心。研究了使远程状态估计误差最小的最优空间采样点密度问题。假设一维高斯马尔可夫随机场和指数相关函数，得到了先来先服务（FCFS）和后来先服务（LCFS）服务规则下遥估计误差的封闭表达式.明确给出了LCFS情况下的最佳空间采样密度。仿真结果与我们的分析一致。
2019-01-16 cs.IT cs.NI math.IT
Closed-Form Analysis of Non-Linear Age-of-Information in Status Updates with an Energy Harvesting Transmitter
及时的状态更新对于在大规模物联网（IoT）中启用应用至关重要。考虑到信息产生、传输和能量收集过程的随机性，对具有能量收集发送器的状态更新系统的数据新鲜性进行了度量。性能由信息年龄（AoI）的非线性函数来评估，AoI被定义为自从在接收器处生成最新状态信息以来所经过的时间。该系统被配制成两个队列的状态包产生和能量到达都假定为泊松过程。在服务时间可忽略的情况下，考虑了任意缓冲区和电池容量的先来先服务（FCFS）和后来先服务（LCFS）规则，提出了一种利用非线性罚函数计算平均罚函数的方法.给出了平均AoI、指数罚函数下的平均罚函数以及AoI的阈值违反概率的封闭形式。当服务时间服从指数分布时，采用矩阵几何方法求出平均峰值AoI。结果表明，FCFS规则下，状态更新频率需要仔细选择，根据服务速率和能量到达率，以最小化的平均惩罚。
2019-06-01 cs.IT cs.NI math.IT
Coded Status Updates in an Energy Harvesting Erasure Channel
我们考虑能量收集发射机通过擦除信道向接收机发送状态更新，其中每个状态更新的长度为$k$符号。能量到达和信道擦除是独立且同分布（i.i.d.）并且伯努利分布在每个时隙中。为了对抗信道中的擦除和能量到达的不确定性的影响，我们使用信道编码来编码状态更新符号。我们考虑两种类型的信道编码：最大距离可分离（MDS）码和无比率擦除码。对于这些模型中的每一个，我们研究了两个可实现的方案：尽力而为和保存和传输。在尽力而为方案中，发射机立即开始传输，并且如果符号具有能量则发送符号。在保存和发送方案中，发送器在开始时保持静默，以便节省一些能量，以最小化未来时隙中的能量中断。我们分析了这些政策下的平均信息年龄（AoI）。我们通过数值结果表明，随着平均充值速率的降低，具有保存并传输的MDS编码优于所有尽力而为的方案。我们表明，无比率编码与保存和传输优于所有其他计划。
2018-02-01 cs.IT cs.NI eess.SP
On The Age Of Information In Status Update Systems With Packet Management
我们考虑一个通信系统，其中状态更新到达源节点，并应通过网络传输到预期的目的地节点。状态更新是被观察的随机过程的样本，作为数据包传输，其中还包含时间戳以识别样本何时生成。目的节点可用信息的年龄是自上次接收到的更新生成以来经过的时间。在本文中，我们使用排队论的源-目的地链路模型，我们假设成功地将数据包传输到目的地所需的时间是一个指数分布的服务时间。我们分析的情况下，源节点有能力管理到达的样本，可能丢弃数据包，以避免浪费网络资源与陈旧的信息传输的信息的年龄。除了表征平均年龄，我们提出了一个新的指标，称为峰值年龄，它提供了有关年龄的最大值，实现之前立即收到更新的信息。
2015-06-29 cs.IT cs.NI math.IT
Relative Age of Information: A New Metric for Status Update Systems
在本文中，我们引入了一个新的数据新鲜度的度量，相对年龄的信息（rAoI），并在一个单一的服务器系统中，各种数据包管理方案。（经典的）AoI度量被引入来测量接收端的状态更新相对于源端的状态更新的过时程度。该度量解决了源处的更新生成的定时是绝对的并且可以单独地或与传输调度联合地设计的系统。在许多分散式应用中，传输调度对更新生成定时是盲目的，并且发送器只能在更新分组到达之后才能知道更新分组的定时。因此，更新在新更新到达后变得陈旧。rAoI度量测量接收器处的数据相对于发射器处的数据的新鲜程度。它引入了一个特别明确的依赖于到达过程中的年龄评估。我们调查了几个排队纪律，并提供了封闭形式的表达rAoI和数值比较。
2019-07-01 cs.IT cs.NI math.IT
Revealing Much While Saying Less: Predictive Wireless for Status Update
用于状态更新的无线通信变得越来越重要，特别是对于机器类型的控制应用。现有的工作主要集中在信息时代（AoI）优化。在本文中，状态感知预测无线接口的设计，网络和实现的目的是最大限度地减少状态恢复错误的无线网络系统，利用在线状态模型预测。预测状态更新的两个关键问题：实用性和有用性。在软件定义无线电（SDR）测试平台上进行了链路级实验，结果表明，该设计在保持较低状态恢复错误的同时，可以显著减少无线传输次数。提出了一种基于状态感知的多智能体强化学习网络解决方案（SMART），用于动态地、自主地控制自组网中设备的传输决策。在道路交通模拟器上，对多密集队列行驶场景进行了系统级仿真。结果表明，所提出的计划可以大大提高排队控制性能的最小安全距离连续车辆之间，在AoI优化的状态不知道和通信延迟优化的计划相比-这表明了我们提出的状态更新计划在现实世界中的应用程序的实用性。
2020-02-04 cs.IT cs.NI eess.SP
Optimal Status Update for Age of Information Minimization with an Energy Harvesting Source
在本文中，我们考虑了一种情况，其中能量收集传感器连续监视系统并将带时间戳的状态更新发送到目的地。目的地通过接收到的更新来跟踪系统状态。我们使用信息年龄（AoI）指标，即自上次收到更新生成以来所经过的时间，来衡量目的地可用状态信息的“新鲜度”。我们假设能量根据泊松过程随机到达传感器，并且每个状态更新消耗一个单位的能量。我们的目标是设计最佳的在线状态更新策略，以尽量减少长期平均AoI，在传感器的能量因果关系约束。我们考虑三种情况，即，电池尺寸分别是无限的、有限的和仅一个单元。对于无限电池的情况下，我们采用了尽力而为的统一状态更新策略，并表明它最大限度地减少了长期平均AoI。对于有限电池的情况下，我们采用了能量感知的自适应状态更新策略，并证明了它是渐近最优的，当电池的大小趋于无穷大。对于最后一种情况，其中电池大小为1，我们首先表明，在广泛定义的在线策略类别中，最优策略应该具有更新结构，即，状态更新时期形成更新过程，并且每个更新间隔的长度仅取决于该间隔上的第一能量到达。然后，我们专注于一个更新的时间间隔，并证明，如果在系统中的AoI低于阈值时，第一个能量到达，传感器应该存储的能量和保持状态更新，直到AoI达到阈值，否则，它立即更新状态。我们分析了这种基于阈值的政策下的长期平均AoI的特征，并明确确定了最佳阈值。
2018-06-05 cs.IT math.IT
Private Status Updating with Erasures: A Case for Retransmission Without Resampling
一个状态更新系统被认为是在一个擦除信道的源更新的目的地。更新的效用通过其信息年龄（AoI）的函数来测量，该函数评估其新鲜度。与状态更新相关的是另一个需要对目的地保密的进程。隐私是通过泄漏函数来衡量的，该函数取决于收到的状态更新的数量和时间：陈旧的更新比新鲜的更新更私密。与大多数当前AoI文献不同，引入后采样等待时间以牺牲AoI来提供隐私覆盖。更重要的是，它还表明，根据泄漏预算和信道统计，它可以是有用的，以crosstale状态更新以下擦除事件，而不resstride新鲜的。
2023-02-23 cs.IT cs.NI eess.SP
Status Updates Through Multicast Networks
使用年龄的信息作为新鲜度的度量，我们研究了一个多播网络中，实时状态更新产生的源和发送到一组$n$感兴趣的接收器。我们表明，为了保持在每个接收器的信息新鲜度，源应终止当前更新的传输，并开始发送一个新的更新数据包，只要它从任何$k$收到的确认回$n$节点。随着源停止阈值$k$增加，节点更有可能获得最新生成的更新，但是最近更新的年龄更有可能变得过时。我们推导出年龄最小化的停止阈值$k$，该阈值平衡了获得最新更新的可能性和对于移位指数链路延迟的最新更新的新鲜度。通过对不同停止策略的数值评估，我们发现等待来自$n$节点中最早的$k$的应答导致比等待预先选择的一组$k$节点更低的平均年龄。我们还观察到，一个适当选择的阈值$k$可以防止信息陈旧的多播网络中的节点数量增加$n$。
2018-09-21 cs.IT cs.NI math.IT
The Cost of Delay in Status Updates and their Value: Non-linear Ageing
我们考虑一个状态更新通信系统的源-目的地链路。在源处观察到随机过程，其中在随机时间实例处提取样本，并将其传递到目的地，从而为源提供状态更新。在本文中，我们扩大了信息老化的概念，通过引入更新延迟（CoUD）度量的成本来表征在目的地有陈旧的信息的成本。CoUD捕获目的地信息的新鲜度，并可用于反映源的信息结构。此外，我们引入了更新信息（VoIU）度量的值，该度量在接收到更新时捕获CoUD的减少。使用CoUD，其副产品度量称为更新延迟的峰值成本（PCoUD），和VoIU，我们评估的性能的M/M/1系统在各种设置，考虑精确的表达式和界限。我们的研究结果表明，CoUD的性能不同，这取决于每个时间单位分配的成本，但最优策略保持不变的线性老化和非线性老化。当涉及到VoIU时，只有当成本随时间非线性增加时，才会出现性能差异。这项研究说明了新引入的年龄变量的重要性，进一步支持VoIU的情况下，其易处理性。
2019-09-06 cs.IT cs.NI math.IT
Can Decentralized Status Update Achieve Universally Near-Optimal Age-of-Information in Wireless Multiaccess Channels?
在物联网系统中，状态数据是从传感器和执行器收集的，用于时间关键型应用，数据的新鲜度至关重要，可以通过最近提出的信息年龄（AoI）度量来量化。在本文中，我们首先考虑一个一般的情况下，多个终端共享一个公共信道发送或接收随机生成的状态数据包。最小化AoI的最优调度问题被表述为一个不安分的多臂强盗问题。为了有效地解决这个问题，我们推导出惠特尔指数的封闭形式，并建立其索引。与现有的工作相比，我们扩展了索引策略的AoI优化，将随机数据包到达和最佳的数据包管理（缓冲最新的数据包）。受具有接近最优性能但本质上是集中式的索引策略的启发，提出了一种分散的状态更新方案，索引优先的随机接入策略（IPRA），进一步提出，实现普遍接近最优的AoI性能，并优于文献中的现有技术。
2018-03-22 cs.IT cs.NI math.IT
Predictive Wireless Based Status Update for Communication-Agnostic Sampling
在从源（即，传感器）到目的地，现有文献研究的关键问题之一是如何设计一个最佳的源采样策略，考虑到通信约束，往往被建模为队列。在本文中，另一种观点-一种新的状态感知通信方案，即\emph{parallel communications}，提出了允许传感器通信不可知。具体而言，所提出的方案可以确定，基于在线预测功能，是否状态数据包是值得考虑的网络条件和状态预测传输，使得传感器可以生成状态数据包没有通信约束。我们在软件定义无线电（SDR）测试平台上评估了所提出的方案，该平台与协作自动驾驶模拟器集成，即，城市交通仿真（SUMO），用于生成逼真的车辆控制模型和道路条件。结果表明，通过在线状态预测，信道占用率显着降低，同时保证低状态恢复错误。然后，该框架被应用到两个场景：一个多密度编队的场景，飞行编队控制的场景。仿真结果表明，该方案在网络级上取得了较好的性能，在保持最小安全距离的车辆编队和飞行控制。
2021-01-22 cs.IT cs.NI math.IT
A Unified Sampling and Scheduling Approach for Status Update in Multiaccess Wireless Networks
在信息优化时代的实时状态更新的背景下，信息源采样和更新调度被分开处理。在本文中，提出了一种统一的采样和调度（$\mathcal{S}^2$）的方法，集中在多址无线网络中的分散更新。为了获得一些见解，我们首先分析了一个由两个状态马尔可夫源组成的例子，表明当两者都优化时，统一的方法通过捕获关键状态变化在状态跟踪误差方面显着优于单独的方法。然后我们推广到随机行走状态转移的源节点，其标度极限是Wiener过程，得到了封闭形式的Whittle指数与任意状态跟踪误差函数和可索引性建立。此外，一个平均场的方法来解决分散状态更新设计显式。除了验证所提出的$\mathcal{S}^2$方案的最优性及其相对于单独方法的优势的仿真结果之外，还研究了动态信道状态信息（CSI）更新的用例，其中CSI由射线跟踪电磁软件生成。
2018-12-13 cs.IT math.IT
Context-Aware Information Lapse for Timely Status Updates in Remote Control Systems
物联网（IoT）中的新兴应用，如远程监控和控制，广泛依赖于及时的状态更新。信息时代（AoI）已经被提出来表征状态更新系统中的信息的新鲜度。然而，它只考虑了从最后一个数据包产生以来所经过的时间，而无法捕获远程控制系统中的其他关键信息，如随机演变和源状态的重要性。为了评估远程控制系统状态更新的及时性，我们提出了一个上下文感知的度量，即上下文感知的信息失效。上下文感知的信息失效表征源状态的随机演化和状态的上下文感知重要性。本文研究了多用户系统中平均上下文感知时延的最小化问题，并基于李雅普诺夫优化方法提出了相应的用户调度策略。仿真结果表明，与基于AoI的策略相比，基于上下文感知失效的策略在错误阈值违反概率和控制性能方面都有较大的改善.
2019-08-13 cs.IT math.IT
Active Status Update Packet Drop Control in an Energy Harvesting Node
本文考虑了一种能量收集传感器节点的电池大小$B_{max}$，充电电池通过一个增量的能量收集过程，并接收更新从一个单一的信息源在时隙的时间。节点主动决定在其操作时间的一部分内使通信电路断电（OFF）或通电（ON），以便维持能量效率。接收（丢弃）在ON（OFF）时段中到达的更新分组。在ON时段期间支付确定性的每次能量成本。掉电决定可以是部分或全部性质的，从而产生用于决定ON-OFF间隔的各种选项。我们开发的年龄阈值为基础的电源开关计划，以尽量减少年龄的信息在节点上的能量收集的限制与部分和全部电源关闭选项$B_{max}=1$和$B_{max}=\infty$的情况下。
2019-11-06 cs.IT cs.NI math.IT
Optimal Status Updating for an Energy Harvesting Sensor with a Noisy Channel
考虑能量收集传感器持续监控系统并将带时间戳的状态更新发送到目的地。目的地通过接收到的更新来跟踪系统状态。在传感器的能量因果关系约束下，我们的目标是设计一个最优的在线状态更新策略，以最小化在目的地的长期平均信息年龄（AoI）。我们专注于场景中的源和目的地之间的信道是嘈杂的，每个传输的更新可能会失败，独立的恒定概率。我们假设没有信道状态信息或传输反馈可用于传感器。我们证明，在一个广泛定义的类的在线政策，尽最大努力的统一更新政策，这被证明是最佳的，当通道是完美的，仍然是最佳的更新失败的存在。我们的证明依赖于从鞅过程的工具，和一系列的虚拟政策的建设。
2018-03-08 cs.IT cs.NI math.IT
Version Age-Optimal Cached Status Updates in a Gossiping Network with Energy Harvesting Sensor
针对能量收集传感器构成的八卦型物联网监测网络，研究利用马尔可夫决策过程框架优化聚合器缓存策略，以最小化平均信息版本年龄，经分析与仿真验证，最优策略性能优于基线策略。
2023-11-03 cs.IT cs.NI math.IT
Online Timely Status Updates with Erasures for Energy Harvesting Sensors
考虑通过擦除信道向目的地发送状态更新的能量收集传感器，其中传输倾向于以一定概率$q$被擦除，而与其他传输无关。然而，由于缺乏来自目的地的反馈，传感器不知道擦除事件。能量消耗在一次传输消耗一个单位能量的意义上被标准化。传感器配备了一个单位大小的电池，以节省其传入的能量，根据单位速率的泊松过程到达。该设置是在线的，其中能量到达时间仅在被收集后才被因果地揭示，并且目标是设计传输时间，使得信息的长期平均年龄（AoI）被定义为自最新更新成功到达目的地以来所经过的时间，被最小化。最优状态更新策略首先被示出为具有更新结构，在该结构中，目的地成功接收更新的时刻构成更新过程。然后，对于$q\leq\frac{1}{2}$，最优更新策略被示出为具有阈值结构，其中，仅当AoI增长超过特定阈值时才发送新的状态更新，该特定阈值被示出为$q$的递减函数。而对于$q>\frac{1}{2}$，最优更新策略被证明是贪婪的，在该策略中，只要能量可用，就发送新的状态更新。
2018-11-12 cs.IT cs.NI eess.SP
Intermittent Status Updating Through Joint Scheduling of Sensing and Retransmissions
考虑能量收集节点，其中由于在进行更新传输之前执行的感测、计算和分析操作，状态更新消息的生成花费不可忽略的时间。节点必须将其（重）传输策略与传感/计算协调起来。我们把这一系列问题称为间歇性状态更新。在本文中，我们认为间歇性的状态更新，通过非抢占式传感/计算（S/C）和传输（Tx）操作，每个成本的节点的一个单一的能量充电，通过擦除信道（a）完美的信道反馈和（b）没有信道反馈。每次更新的S/C时间是独立的，具有一般分布。Tx队列具有单个数据缓冲器以保存在S/C操作之后生成的最新数据包，并且具有单个发送器，其中发送时间是确定性的。一旦能量被收集，节点必须决定是否激活S/C以生成新的更新或（重新）发送现有的更新（如果有的话）到接收器。我们证明，当反馈是可用的平均峰值年龄的信息（AoI）在接收器被最小化的阈值为基础的政策，只允许年轻的数据包被（重新）发送，否则生成一个新的更新。我们还提出了基于窗口和概率重传方案的情况下（a）和（b），并获得封闭形式的平均峰值AoI表达式。我们的数值结果显示平均峰值AoI性能的比较和改进。
2021-02-14 cs.IT cs.NI math.IT
Closed-form Characterization of the MGF of AoI in Energy Harvesting Status Update Systems
本文考虑了一种实时状态更新系统，其中能量收集（EH）供电的发射机节点观察一些物理过程，并将其感测的测量结果的状态更新的形式发送到目的地节点。假设状态更新和收获的能量包根据独立的泊松过程到达发射机，并且假设每个状态更新的服务时间是指数分布的。我们量化的新鲜度状态更新时，他们到达目的地使用的概念的信息时代（AoI）。与大多数现有的分析AoI集中在其平均值的评估时，发射机不受能量约束，我们的分析是集中在了解AoI的分布特性，通过其矩生成函数（MGF）的表征。特别是，我们使用的随机混合系统（SHS）的框架来推导出封闭形式的表达式的MGF的AoI下的几个学科在发射机，包括非抢占式和抢占式的服务/等待策略。使用这些MGF的结果，我们进一步获得封闭形式的表达式的第一次和第二次时刻的AOI在每一个分支学科。我们证明了这种分析的一般性，通过恢复相应的系统没有能量约束的新结果的特殊情况下，现有的几个结果。我们的数值结果验证了分析结果，并证明了将AoI的高时刻的实时状态更新系统的实施/优化的必要性，而不仅仅是依赖于其平均值。
2022-01-27 cs.IT math.IT
A Dynamic Jamming Game for Real-Time Status Updates
我们研究了在对抗环境中实时的【形】系统的及时状态更新。系统对物理过程进行采样，并从源（例如，传感器）通过信道传送到目的地（例如，控制中心）。对于实时的【形】监测/控制任务，系统“及时”更新物理过程的状态是至关重要的。我们通过在源处生成目标处的最新更新以来所经过的时间来度量状态更新的及时性，并将所经过的时间定义为信息的年龄，或简称为年龄。为了破坏系统，攻击者的目标是通过干扰信道来最大化年龄，从而导致状态更新的延迟。该系统旨在通过明智地选择何时采样和发送更新来最小化年龄。我们将攻击者和系统之间持续的重复交互建模为动态博弈。在每个阶段博弈中，攻击者根据干扰时间分布选择干扰时间，系统根据采样策略延迟采样进行响应。我们证明了在博弈中存在唯一的平稳均衡，并提供了一个完整的分析刻画的均衡。我们的研究结果揭示了攻击者如何破坏系统以及系统应该如何防御攻击者。
2018-03-09 cs.IT math.IT
Status Update Control and Analysis under Two-Way Delay
本文针对双向延迟下的状态更新系统，利用马尔可夫决策过程开发最优控制策略，并引入流水线式更新，推导了三种策略的平均AoI表达式。
2024-05-24 cs.IT math.IT
Overage and Staleness Metrics for Status Update Systems
状态更新系统由传感器组成，这些传感器测量物理参数并将其传输到远程接收器。信息时代（AoI）已经被广泛地研究作为在具有和不具有强制的硬或软截止日期的这样的系统中的信息的新鲜度的度量。在本文中，我们提出了三个指标的状态更新系统来衡量不同的排队系统的能力，以满足一个阈值要求的AoI。{ \em过度老化概率}被定义为接收器所保持的最近更新分组的老化大于阈值的概率。{ \em陈旧更新概率}是更新陈旧的概率，即，它的年龄已经超过了最后期限，当它被交付给接收器时。最后，{ \em平均过量}定义为过量的时间平均值（即，超过阈值的年龄），并且是由接收器保持的更新分组的平均“陈旧性”的度量。我们在三个典型的状态更新排队系统-- M/G/1/1，M/G/1/ $2^*$和M/M/1中研究了这些度量。数值结果表明，这些指标的性能在不同的参数设置和不同的服务分布。还显示了平均过量投料和平均AoI之间的差异。我们的研究结果表明，存在一个下界的陈旧更新概率时，缓冲区大小是有限的。此外，我们观察到，随着更新到达率的增加，超龄概率降低，陈旧更新概率增加。
2021-10-09 cs.IT math.IT
Status updates through M/G/1/1 queues with HARQ
我们考虑一个系统，随机生成的更新被发送到一个监视器，但只有一个更新可以在传输服务的时间。因此，源必须在两种可能的传输策略之间进行优先级排序：抢占当前更新或丢弃新更新。我们考虑泊松到达和一般服务时间，并把这个系统称为M/G/1/1排队。我们首先研究了一般服务时间分布下这两种方案的平均状态更新年龄和最优更新到达率。然后，我们将这些结果应用于两个实际场景，其中使用（a）无限增量冗余（IIR）HARQ系统和（b）固定冗余（FR）HARQ系统通过擦除信道发送更新。我们表明，在这两个计划的最佳策略将是不抢占。此外，我们还证明，从年龄的角度来看，IIR优于FR。
2017-05-04 cs.IT math.IT
Scalable Cyclic Schedulers for Age of Information Optimization in Large-Scale Status Update Systems
研究具有异构服务时间和丢包概率的GAW多源状态更新系统的循环调度问题，提出可扩展至数千信息源且在线实现复杂度低的调度器，有效最小化系统AoI/PAoI。
2024-01-10 cs.IT cs.NI cs.PF
Age Dispersion and Higher-Order AoI in Status Update Systems
Tennessee Tech University（田纳西科技大学）；Rutgers University（罗格斯大学）；Linköping University（林雪平大学）；University of California（加利福尼亚大学）
该研究定义了状态更新系统的年龄离散度及k阶扩展，分析了M/G/1/1排队系统中的年龄离散度，并建立了其与k阶年龄信息的关联。
2026-08-04 cs.IT math.IT
Timely Status Updating Through Intermittent Sensing and Transmission
我们考虑了一种新的间歇性状态更新模型，其中具有间歇性能量源的能量收集节点通过非抢占式感测和传输操作对接收器执行状态更新。每个操作花费节点的单次能量再充电，并且节点在操作时不能收获能量。每次更新的感测时间与一般分布无关。传输队列具有接收感测操作后产生的分组的单个服务器、一般服务时间分配和用于保存最新到达的更新分组的单个数据缓冲器。一旦能量被收集，节点必须决定是否激活感测以生成新的更新或传输以将现有的更新（如果有的话）发送到接收器。我们证明，平均峰值年龄的信息（AoI）在接收器是最小化的基于阈值的停止规则，只接受年轻的数据包的传输服务器。然后，我们使用这个结果来解决平均AoI优化所考虑的停止规则，通过新的混合等待和阈值计划。我们的数值结果表明，平均AoI保持混合计划的改善。
2020-02-20 cs.IT cs.NI math.IT
Closed-Form Whittle's Index-Enabled Random Access for Timely Status Update
我们认为一个星型拓扑的无线网络的状态更新，其中一个中央节点收集状态数据从大量的分布式机器类型的终端，共享一个无线介质。信息时代（AoI）的最小化调度问题是由不安分的多臂强盗。一个被广泛证明的接近最优的解决方案，即，惠特尔指数，推导出封闭形式和相应的可索引性建立。该指数，然后推广到包括随机，周期性的数据包到达和不可靠的信道。受索引调度策略的启发，实现接近最优的AoI，但需要沉重的信令开销，基于竞争的随机接入方案，即索引优先级随机接入（IPRA），进一步提出。基于IPRA，由其索引指示的不紧急更新的终端被禁止接入无线介质，从而提高接入及时性。一个基于计算机的模拟表明，IPRA的性能接近最佳的AoI在这种设置和优于标准的随机接入方案。此外，对于具有严格AoI期限的应用，我们提供可靠的期限保证分析。推导了在Bernoulli分组到达下的封闭形式的可达AoI平稳分布，通过计算最大可支持终端数和按比例分配系统资源，可以保证高可靠性的AoI截止期。
2019-10-29 cs.IT cs.NI math.IT
Sending Timely Status Updates through Channel with Random Delay via Online Learning
在这项工作中，我们研究了一个状态更新系统的源节点发送及时的信息到目的地通过信道具有随机延迟。我们通过信息年龄（AoI）来衡量存储在接收器中的信息的及时性，AoI是自生成存储在接收器中的最新样本以来所经过的时间。我们的目标是设计一个采样策略，最大限度地减少总成本的预期时间平均AoI和采样成本的传输延迟统计的情况下。我们将总成本最小化问题转化为更新-奖励过程的优化问题，并提出了一种基于Robbins-Monro算法的在线抽样策略。将$K$表示为我们采集的样本数量。结果表明，在传输时延有界的情况下，当$K$趋于无穷大时，该在线算法得到的期望时间平均总代价收敛于最小代价，且最优性间隙以$\mathcal{O}\left(\ln K/K\right)$的速率衰减.仿真结果验证了该算法的有效性。
2022-01-18 cs.IT cs.NI math.IT
Minimum Age of Information in the Internet of Things with Non-uniform Status Packet Sizes
在本文中，物联网（IoT）的实时监控系统被认为是其中的物联网设备被调度采样底层的物理过程，并发送状态更新到一个共同的目的地。在现实世界的物联网中，由于每个物理过程的动态可能不同，不同设备的状态更新的大小通常不同，并且每个状态更新通常需要多个传输时隙。考虑到这种多时隙传输与非均匀大小的状态更新噪声信道下，联合设备调度和状态采样的问题进行了研究，以尽量减少在目的地的平均年龄的信息（AoI）。这个随机问题被表述为一个无限时域平均费用马尔可夫决策过程（MDP）。的MDP的价值函数的单调性的特点，然后用来表明，最佳的调度和采样策略是基于阈值的AoI在每个设备。为了克服维数灾难，通过半随机化的基本策略和线性近似的价值函数，提出了一种低复杂度的次优策略。所提出的次优策略表现出类似的结构的最优策略，这提供了一个结构基础，其有效的性能。一个结构感知算法，然后开发获得次优的政策。分析结果进一步扩展到具有随机状态更新到达的物联网监控系统，对于该系统，最佳调度和采样策略也被证明是基于阈值的，每个设备的AoI。仿真结果说明了最优策略的结构，并显示了所提出的次优解决方案方法所产生的接近最优的AoI性能。
2020-01-24 cs.IT cs.NI 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
Optimizing Task-Specific Timeliness With Edge-Assisted Scheduling for Status Update
本文针对边缘服务器下多设备状态更新场景，提出一种基于通信与计算延迟及任务时效性要求评估更新优先级的边缘辅助调度策略，并在目标跟踪应用中验证其能有效提升跟踪精度。
2023-10-29 cs.IT cs.NI math.IT
An Update-based Maximum Column Distance Coding Scheme for Index Coding
在本文中，我们提出了一个新的标量线性编码方案的索引编码问题称为更新为基础的最大列距离（UMCD）编码方案。每次传输的中心思想是对消息进行编码，使得具有最小尺寸的边信息的接收器之一从不满意的接收器中立即消除。本文的一个主要贡献是证明了其他满意的接收器可以识别后，每次传输，使用多项式时间算法解决著名的最大基数匹配问题的图论。这导致在不知道编码系数的情况下确定传输的总数。一旦找到这个数字和在每一轮中发送什么消息，我们就提出了一种从足够大的有限域中确定所有编码系数的方法。我们提供了具体的实例，其中所提出的UMCD编码方案与最有效的现有编码方案相比具有更好的广播性能，包括递归方案（Arbabjolfaei和Kim，2014）和互连循环覆盖（ICC）方案（Thapa等人，2017年）的报告。我们证明，建议UMCD编码方案执行至少以及MDS编码方案的广播速率。通过表征两类索引编码实例，我们表明递归和ICC方案和UMCD方案的广播速率之间的差距随着消息的数量线性增长。然后，我们将UMCD编码方案扩展到矢量版本，将其作为基本编码块来求解子实例。
2023-02-05 cs.IT math.IT
Scheduling Status Updates to Minimize Age of Information with an Energy Harvesting Sensor
信息年龄是在监控应用程序和基于更新的系统中状态更新的新鲜度的度量。我们研究了一个实时遥感的情况下，传感器是受时变的能源约束和电池的限制。传感器通过数据包擦除通道发送更新，但不提供反馈。的问题，找到一个年龄最优的阈值政策，与传输阈值是一个功能的能量状态和估计的当前年龄，制定。分析了无记忆能量到达过程下单位电池的平均寿命。有些令人惊讶的是，对于任何有限的能量到达速率，存在正的传输年龄阈值，其对应于以低于能量到达速率所指示的速率的速率进行传输。一般电池尺寸的平均年龄的下限。
2017-02-05 cs.IT math.IT
Energy-Age Tradeoff in Status Update Communication Systems with Retransmission
信息量是一种新的通信系统性能指标，用于指示最近接收数据的新鲜度，在监控场景中有着广泛的应用。这些应用中的另一个重要性能指标是能耗，因为监视器或传感器通常是能量受限的。在本文中，我们研究的能量年龄权衡的状态更新系统中的数据传输从源到接收器可能会遇到失败，由于信道错误。由于状态感测过程消耗能量，当传输失败发生时，源可以对现有数据进行加密以节省用于感测的能量，或者感测并发送新的更新以最小化信息的年龄。基于阈值的重传策略被认为是每个更新被允许发送不超过M次。导出了封闭形式的平均信息年龄和能量消耗，并将其表示为信道故障概率和最大重传次数M的函数。数值模拟验证了我们的分析结果，并说明了平均信息年龄和能源消耗之间的权衡。
2018-08-06 cs.IT math.IT
Secure Status Updates under Eavesdropping: Age of Information-based Physical Layer Security Metrics
这封信研究的问题，保持信息的新鲜度下被动窃听攻击。经典的三节点窃听信道模型被认为是，其中的源的目的是发送其最新的状态无线到其预期的目的地，同时保护消息被窃听者偷听。考虑到传统的基于信道容量的保密性度量已不足以度量状态更新系统中的信息及时性，本文定义了两种新的基于信息的保密性度量来表征系统的保密性能。我们进一步提出，分析和优化的随机平稳传输策略，在源实现进一步提高保密性能。仿真结果验证了我们的分析和优化。
2020-02-18 cs.CR cs.IT cs.NI
Minimizing Age of Information with Generate at Will Status Updates and Age-Agnostic Cyclic Scheduling
针对多源单服务器GAW状态更新系统的加权和AoI最小化问题，研究年龄无关循环调度，提出解析方法计算平均AoI，给出两源闭式最优解，并提出IS算法构建多源传输模式，性能优于现有方案。
2024-08-14 cs.IT cs.NI math.IT
From AoI to QVAoI: Query-Based Semantics-Aware Scheduling for Energy-Harvesting IoT Status Update Systems
本文提出了一种基于查询的语义感知调度方法，通过优化查询版本信息年龄（QVAoI）来提升能量收集物联网状态更新系统的性能。
2025-11-28 cs.IT cs.NI math.IT
Moment Generating Function of the AoI in Multi-Source Systems with Computation-Intensive Status Updates
我们考虑一个多源状态更新系统，其中状态更新作为包含被监控过程的测量值和代表样本生成时间的时间戳的数据包传输。每个源的分组根据泊松过程生成，并且分组根据指数分布的服务时间被服务。我们假设接收到的状态更新数据包在使用之前需要进一步处理（因此是计算密集型的）。这是通过在汇聚节点处引入额外的服务器来数学建模的。信宿服务器根据指数分布的服务时间来服务分组。我们介绍了两种数据包管理策略，即i）抢占策略和ii）阻塞策略，并推导出在这两种策略下每个源的AoI的矩生成函数（MGF）。在抢占策略中，新到达的数据包抢占当前正在服务的任何可能的数据包，而不管数据包的源索引。在阻塞策略中，当服务器在数据包到达的瞬间忙时，到达的数据包被阻塞并被清除。我们假设在发送器和接收器服务器中采用相同的抢占/阻塞策略。数值结果提供评估的结果。
2021-02-17 cs.IT math.IT
Optimizing Information Freshness using Low-Power Status Updates via Sleep-Wake Scheduling
在本文中，我们考虑的问题，优化新鲜度的状态更新，从大量的低功耗源节点发送到一个共同的接入点。源节点利用载波侦听来减少冲突，并采用异步睡眠-唤醒策略来实现延长的电池寿命（例如，10 - 25岁）。我们使用年龄的信息（AoI）来衡量的新鲜度的状态更新，并设计的睡眠唤醒参数最小化的加权和峰值AoI的来源，每个源电池寿命的限制。当感知时间为零时，该睡眠-唤醒设计问题可以通过求助于嵌套凸优化来解决;然而，对于正的感知时间，该问题是非凸的。我们设计了一个低复杂度的解决方案来解决这个问题，并证明，对于实际的感测时间，该解决方案是在一个小的差距从最佳的AoI性能。我们的数值和NS-3仿真结果表明，我们的解决方案确实可以延长电池寿命的信息源，同时提供了一个有竞争力的AOI性能。
2019-12-13 cs.IT math.IT
Trading Off Computation with Transmission in Status Update Systems
本文的动机是新兴的边缘计算应用程序，其中生成的数据在源处进行预处理，然后传输到边缘服务器。在这种情况下，通常在预处理量和要发送的数据量之间存在折衷。我们这样一个系统模型，考虑两个非抢占式队列串联的服务时间是独立的时间，但传输服务时间是依赖于计算服务时间的平均值。第一个队列是M/GI/1/1形式的，具有单服务器、无记忆指数到达、一般独立服务和没有额外的缓冲区来保存输入的状态更新数据包。第二队列是GI/M/1/2* 形式，具有从第一队列接收分组的单个服务器、无记忆服务和用于保存传入分组的单个数据缓冲器。另外，第一和第二队列的平均服务时间通过确定性单调函数而相关。我们在这个系统中进行平稳分布分析，并获得封闭形式的表达式平均年龄的信息（AoI）和平均峰值AoI。我们的数值结果说明了分析结果，并强调平均AoI和平均峰值AoI之间的权衡所产生的串联性质的依赖服务时间的系统。
2019-07-01 cs.IT cs.NI math.IT
Learning to Reconfigure: Using Device Status to Select the Right Constrained Coding Scheme
Department of Electrical and Electronics Engineering, Middle East Technical University（电气与电子工程系，中东部技术大学）
本文提出基于设备状态的离线和在线学习方法，用于TDMR技术中受限编码方案的重新配置，以最大化存储容量并最小化解码复杂性。
2025-12-24 cs.IT cs.LG eess.SP
Waiting before Serving: A Companion to Packet Management in Status Update Systems
在本文中，我们探讨了潜在的服务器等待数据包传输之前，在提高信息时代（AoI）的状态更新系统。本文考虑了具有泊松到达和独立一般服务分布的非抢占式排队，并将服务前等待引入到两种分组管理方案中：M/GI/1/1和M/GI/1/ $2^*$ .在M/GI/1/1方案中，服务器在分组进入服务器之后立即等待确定性时间。在M/GI/1/ $2^*$方案中，根据系统的空闲或繁忙状态，服务器在开始分组的服务之前等待确定的时间。在这两种情况下，如果捕获到潜在的较新到达，则丢弃现有分组。与大多数现有的作品不同，我们通过索引传入的数据包来分析AoI的演变，这是通过划分瞬时AoI的演变下的区域来计算其时间平均值的另一种方法来实现的。我们得到表达式的平均和平均峰值AoI两个学科等待。我们的数值结果表明，服务前等待可以带来显着的改善平均年龄，特别是，重尾服务分布。这种改进是以平均峰值AoI的增加为代价的。我们强调平均和平均峰值AoI之间的权衡等待服务之前产生的。
2019-04-22 cs.IT cs.NI math.IT
Status Updates in a multi-stream M/G/1/1 preemptive queue
我们考虑一个源，它收集了大量的更新流，并通过网络将它们发送到监视器。但是，系统中一次只能有一个更新。因此，当生成新的更新时，发送器总是抢占正在服务的分组。我们考虑泊松到达每个流和一个共同的一般服务时间，并称之为多流M/G/1/1排队与抢占。使用迂回流图方法，我们计算每个流的平均年龄和平均峰值年龄的封闭形式的表达式。此外，我们推断，虽然所有的流被平等地对待从传输的角度来看（他们都抢占对方），一个仍然可以从年龄的角度来看，通过简单地增加其生成速率的流的优先级。然而，这将增加当所有流具有相同更新速率时最小化的年龄的总和。
2018-06-05 cs.IT math.IT
Age of Information Guaranteed Scheduling for Asynchronous Status Updates in Collaborative Perception
针对协作感知系统的异步状态更新场景，提出SCPA算法在满足信息年龄约束下最小化所需信道数，其信道需求仅比推导下界高12%。
2023-10-07 cs.IT eess.SP math.IT
Optimizing Information Freshness in Two-Way Relay Networks
在本文中，我们研究了基于放大转发（AF）的双向协作状态更新系统，其中两个源的目的是交换状态更新与对方尽可能及时的帮助下，中继。具体地，中继站在一个时隙中从两个源接收和信号，然后在下一个时隙中放大并转发接收到的信号到两个源。我们采用最近提出的概念，信息时代（AoI），表征的及时性的状态更新。假设两个源能够在每个时隙开始时生成状态更新（即，生成的意愿模型），我们得出一个封闭形式的表达所考虑的系统的预期加权和AoI。在峰值功率约束下，通过优化每个节点的传输功率，进一步最小化期望的加权和AoI。仿真结果验证了理论分析的正确性。
2020-06-17 cs.IT cs.NI math.IT
Classical-Quantum Channel Resolvability Using Matrix Multiplicative Weight Update Algorithm
Tokyo University of Agriculture and Technology（东京农工大学）
本文提出使用矩阵乘法权重更新算法通过确定性编码证明经典-量子信道的可分辨性，首次实现了该领域的突破性进展。
2026-01-18 cs.IT math.IT quant-ph
Timely Status Update in Relay-Assisted Cooperative Communications
我们调查年龄的信息（AoI）的中继辅助的协作通信系统，其中源节点发送状态更新数据包的目的地节点尽可能及时地与一个中继节点的帮助。对于没有中继的时隙系统，先前的工作已经表明，源应该在每个时隙生成新的分组并将其发送到目的地，以最小化平均AoI，而不管目的地是否已经在前一个时隙中成功地解码了分组。然而，当涉及专用中继时，中继是否可以改善AoI性能需要深入研究。特别地，源的分组生成和传输策略应该被仔细设计以与中继协作。根据源和中继是否被允许同时发送，两个中继辅助方案进行了研究：时分多址（TDMA）和非正交多址（NOMA）方案。推导其理论平均AoI的关键挑战是目的地在不同时隙中成功接收更新分组的概率不同。我们使用马尔可夫链对每个方案进行建模，以获得相应的封闭形式的平均AoI。有趣的是，我们的理论分析表明，中继辅助方案只能优于非中继方案的平均AoI时，源-目的地链路的信噪比低于-2dB。仿真结果表明，TDMA方案具有较低的能量消耗，而NOMA方案通常实现较低的平均AoI。
2023-03-20 cs.IT cs.NI math.IT
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
On the Age of Information of Short-Packet Communications with Packet Management
在本文中，我们考虑一个点对点的无线通信系统。源监视物理过程并根据泊松过程生成状态更新包。通过使用有限块长度编码来更新状态（例如，温度、速度、位置）。在某些应用中，例如实时监控和跟踪，状态更新的及时性是至关重要的，因为用户对过程的最新状况感兴趣。状态更新的及时性可以通过最近提出的称为信息年龄（AoI）的度量来反映。我们专注于所考虑的系统的数据包管理策略。具体而言，抢占和丢弃状态更新对于降低AoI是重要的。例如，当生成新的状态更新时，传输陈旧的状态更新是没有意义的。我们提出了三种在源和目的地之间传输的分组管理方案，即非抢占（NP），抢占（PR）和重传（RT）方案。我们推导出封闭形式的表达式的平均AoI建议的三个计划。基于推导出的平均AoI的解析表达式，我们进一步通过优化每个状态更新的数据包块长度来最小化平均AoI。仿真结果验证了我们的理论分析，这进一步表明，所提出的方案可以优于对方为不同的系统设置，所提出的方案大大优于现有的没有分组管理在中高生成速率。
2019-08-19 cs.IT eess.SP math.IT
Timely Status Update in Massive IoT Systems: Decentralized Scheduling for Wireless Uplinks
在典型的物联网（IoT）应用中，中央控制器从多个终端收集状态更新，例如，传感器和监视器通过无线多址上行链路，一个重要的问题是如何自主地获得及时的状态更新。在本文中，状态的及时性是衡量最近提出的年龄的信息（AoI）度量的理论和实践方面的问题进行了调查：我们的目标是获得一个调度策略，最小的AoI，同时，仍然适合分散实施的信令交换开销。为此，我们首先考虑一组到达独立和更新（AIR）的政策，其最佳的政策，以尽量减少时间平均AOI被证明是一个循环策略与一个数据包（最新的数据包只有和其他被丢弃）缓冲区（RR-ONE）。基于广义泊松到达时间平均（PASTA）定理建立了最优性。进一步证明了RR-ONE在大规模物联网体系中的所有策略中是渐近最优的。在RR-ONE条件下，还导出了AoI稳态平稳分布。一个完全分散的RR-ONE的实现，提出了可以适应动态终端外观。此外，考虑到分组不能被丢弃的情况，其最优AIR策略也通过凸问题的解给出的参数来找到。
2018-01-11 cs.IT math.IT
State Amplification and Masking While Timely Updating
在状态更新系统中，状态更新过程所携带的多个特征要求追求超越由更新信息的年龄测量的及时性的目标。我们考虑这样一个问题，发射机发送状态更新消息，通过一个无噪声的二进制能量收集信道，相当于一个定时信道。发射机的目的是放大或屏蔽更新过程中携带的能量状态信息。接收机提取编码信息，推断能量状态序列，同时保持状态更新的及时性。因此，更新的定时必须被设计为控制消息速率、能量状态不确定性和信息的年龄。我们调查这三种方式之间的权衡可实现的速率，减少能量到达状态的不确定性，和年龄的信息，零和无限电池的情况下。
2022-02-23 cs.IT math.IT
Age-Energy Trade-off in Status Update System with Wake-up Control
本文研究单源单服务器状态更新系统中，通过三种唤醒策略控制服务器睡眠，利用随机混合系统方法分析平均同步年龄与能耗的权衡关系。
2023-05-12 cs.IT math.IT
Adaptive Coding for Information Freshness in a Two-user Broadcast Erasure Channel
在本文中，我们调查的影响，在两个用户的广播符号擦除信道反馈的信息年龄（AoI）的编码。我们假设每个更新由$K$符号组成，并且源能够在每个时隙中广播一个符号。由于随机信道噪声，每个用户处的预期符号将根据独立同分布（i.i.d.）伯努利过程如果用户积累了足够的信息并成功解码了更新的$K$符号，则用户能够成功解码更新。假设在每个符号传输后，在源端的反馈信息是完美的，我们的目标是设计一个自适应编码方案，以实现在两个用户小的AoI。我们提出了一种新的编码方案，明智地结合符号从不同的更新在一起，并分析在两个用户的AOI。与基线贪婪方案相比，所提出的自适应编码方案在不损害强用户处的AoI的情况下，将弱用户处的AoI提高了几个数量级。
2019-05-01 cs.IT math.IT
