Joint Optimization of Energy Efficiency and Data Compression in TDMA-Based Medium Access Control for the IoT - Extended Version
能源效率是物联网的关键要求，因为许多传感器预计将完全独立，并且能够在无需更换电池的情况下运行多年。数据压缩的目的是通过减少网络上发送的数据量来节省一些能量，但也会影响接收信息的质量。在这项工作中，我们制定了一个优化问题，共同设计的信源编码和传输策略随时间变化的信道和源，具有双重目标，延长网络的生命周期，并给予低失真水平。我们提出了一种可扩展的离线最优策略，该策略分配能量和传输参数（即，时间和功率）。
2016-09-29 cs.IT math.IT
Joint Time Allocation and Power Control in Multi-Cell Networks with Load Coupling: Energy Saving and Rate Improvement
本文研究了负载耦合的多小区网络中，由于小区间干扰而产生的小区间耦合关系，最小化和功率和最大化和速率问题。这种耦合关系的特点是信号干扰噪声比（SINR）的耦合模型与小区负载矢量和小区功率矢量为变量。由于信干噪比的非线性耦合模型，负载耦合多小区网络的优化问题是非凸的。为了解决这些非凸问题，我们首先考虑单细胞网络的优化问题。通过变量变换，可以将优化问题等价地转化为凸优化问题。通过求解Karush-Kuhn-Tucker（KKT）问题，可以得到功率最小化和速率最大化问题的封闭形式的最优解。基于单小区网络优化问题的理论研究成果，提出了一种低复杂度的多小区网络总功率最小化分布式时间分配和功率控制算法。利用标准干涉函数的性质证明了该算法的收敛性和全局最优性。对于多小区网络中的和速率优化，我们还提供了一个分布式算法，产生次优的解决方案。此外，还证明了该分布式算法的收敛性。数值结果说明了理论研究结果，显示我们的解决方案相比，在同一个小区的用户分配均匀的功率的传统解决方案的优越性。
2017-07-01 cs.IT math.IT
Optimal Cell Clustering and Activation for Energy Saving in Load-Coupled Wireless Networks
优化基站传输的激活和去激活提供了用于提高蜂窝网络中的能量效率的手段。在本文中，我们研究了最优的细胞聚类和调度的激活时间为每个集群，以最小化的总能量，受时间约束的用户的流量需求。集群内的小区同时处于传输和打盹模式，分别具有集群激活和去激活。我们的优化框架考虑了由于相互干扰而导致的单元之间的耦合关系。因此，用户在小区中的可实现速率取决于集群组成。在理论方面，我们提供了数学公式和结构表征的能源效率的细胞聚类和调度优化问题，并证明其NP难度。在算法方面，我们首先展示了如何列生成促进问题的解决，然后提出我们的概念，本地枚举作为一个灵活而有效的手段，用于处理最优性和组合性质的集群形成之间的权衡，以及测量偏离最优性的目的。数值结果表明，我们的解决方案实现了超过60%的节能现有的计划，我们得到的解决方案是在几个百分点的偏差从全球最优。
2015-03-25 cs.IT math.IT
$E^2$-MAC: Energy Efficient Medium Access for Massive M2M Communications
在本文中，我们研究了基于蜂窝的M2M网络的节能分簇和介质访问控制（MAC），以最大限度地减少设备能耗，延长网络电池寿命。首先，我们提出了一个精确的能量消耗模型，考虑静态和动态的能量消耗，并利用该模型来推导网络的生命周期。其次，我们发现簇的大小，以最大限度地提高网络的生命周期和开发一个节能的簇头选择方案。此外，我们找到可行的区域，集群是有益的，在提高网络的寿命。我们进一步研究集群内和集群间通信的通信协议。虽然集群间的通信使用传统的蜂窝接入方案，我们开发了一种节能和负载自适应的多址接入方案，称为n相CSMA/CA，它提供了一个可调的权衡能源效率，延迟和频谱效率的网络。仿真结果表明，所提出的分簇、簇头选择和通信协议设计在节能方面优于其他设计，并显著延长了单个节点和整个M2M网络的生命周期。
2016-08-24 cs.IT cs.NI math.IT
Completion Time in Multi-Access Channel: An Information Theoretic Perspective
在多址接入信道中，完成时间是指用户完成所有数据比特传输所需的信道使用次数，每个用户都有某个给定的固定比特池。在本文中，完成时间区域的表征是基于约束速率的概念，其中用户的速率被定义在可能不同数量的信道使用。给出了两用户高斯多址接入信道的完成时间的信息论公式，建立了两用户高斯多址接入信道的完成时间域，它类似于容量域，刻画了用户完成时间之间所有可能的折衷。
2011-09-24 cs.IT math.IT
Distributed Detection of a Random Process over a Multiple Access Channel under Energy and Bandwidth Constraints
在Neyman-Pearson框架下，分析了无线传感器网络（WSN）中检测空间和时间均为圆对称复高斯分布的平稳随机过程的二元假设检验问题.使用模拟方案，传感器通过多路访问信道（MAC）传输其测量值的不同线性组合，以到达融合中心（FC），其任务是决定过程是否存在。考虑到每个节点传输的能量约束和有限的信道使用量，我们使用大偏差理论（LDT）计算该计划的未命中误差指数，并表明该策略是渐近最优的（当传感器的数量接近无穷大）之间的线性正交计划。我们还表明，该方案获得了显着的节能在低信噪比制度，这是典型的无线传感器网络的情况。最后，通过对二维空间过程的蒙特卡罗模拟验证了分析结果。
2014-10-15 cs.IT math.IT stat.AP
Spectrum Access In Cognitive Radio Using A Two Stage Reinforcement Learning Approach
Indian Institute of Technology, Madras（马德拉斯印度理工学院）
随着第五代无线标准的出现以及对更高吞吐量的需求的增加，提高无线系统的频谱效率的方法已经变得非常重要。在认知无线电的上下文中，如果次级用户可以做出关于感测哪个信道以及何时或多久感测一次的智能决策，则吞吐量的大幅增加是可能的。在这里，我们提出了一种算法，不仅选择一个信道进行数据传输，但也预测多长时间的信道将保持空闲，使花费在信道感测的时间可以最小化。我们的算法分两个阶段学习-用于信道选择的强化学习方法和用于确定可以跳过感测的最佳持续时间的贝叶斯方法。与其他学习方法的比较，通过广泛的模拟。我们表明，感测的数量最小化，可以忽略不计的主要干扰的增加，这意味着较少的能量是由次要用户在感测和更高的吞吐量是通过节省感测。
2017-07-31 cs.IT cs.LG cs.NI
Spectrum and Energy Efficient Multiple Access for Detection in Wireless Sensor Networks
我们考虑一个二元假设检验问题，使用无线传感器网络（WSNs）。决策由融合中心做出，并基于从传感器接收的数据。我们专注于一个频谱和能源效率的传输方案，用于减少频谱使用和能源消耗的检测任务。我们提出了一个频谱和能源高效多址（SEEMA）传输协议，执行审查型传输的基础上，使用多个接入信道（MAC）的观测密度。具体而言，在SEEMA中，只有具有高度信息化观测的传感器在每个数据汇集中传输其数据。传感器发射公共整形波形，融合中心接收模拟发射信号的叠加。SEEMA在无线传感器网络的检测任务中具有重要的优势。首先，由于传输节省和MAC上的窄带传输，它具有很高的能量和带宽效率。第二，它可以实现简单的哑传感器（无视观察统计，并本地数据处理是不需要的），这简化了实现相比，现有的MAC传输方案在无线传感器网络中检测。我们建立了一个有限样本分析和渐近分析的错误概率相对于网络的大小，并提供系统设计条件，以获得指数衰减的错误。针对常见的非独立同相流，进行了具体的性能分析。观测情景，包括当地i.i.d.马尔可夫相关的观察。数值例子证明SEEMA性能。
2018-09-22 cs.IT math.IT
Full-Duplex Cloud Radio Access Networks: An Information-Theoretic Viewpoint
蜂窝系统的传统设计规定了经由时分或频分双工的上行链路和下行链路传输的分离。模拟和数字域自干扰干扰消除的最新进展挑战了这种安排的需求，并开辟了以全双工模式操作基站（尤其是低功率基站）的可能性。作为应对基站间下行到上行干扰的一种手段，这封信调查了云无线接入网络（C-RAN）架构的影响。分析遵循基于经典Wyner模型的信息论方法。这里的分析结果证实了C-RAN架构在全双工基站存在的情况下的显著潜在优点，只要足够的前传容量可用并且实现了适当的移动站调度或在移动站处的连续干扰消除。
2014-05-08 cs.IT math.IT
On Multiuser Power Region of Fading Multiple-Access Channel with Multiple Antennas
本文研究了在基站（BS）多个接收天线和在每个移动终端（MT）多个发射天线的衰落MIMO-MAC。两个多址技术被认为是调度传输从每个MT到BS在相同的频率，这是空分多址（SDMA）和时分多址（TDMA）。对于SDMA，所有MT同时向BS发送，并且它们各自的信号在BS处经由多个接收天线被解析，而对于TDMA，每个MT在相互正交的时隙期间独立地向BS发送。假设从每个MT到BS的衰落信道的信道状态信息（CSI）在每个MT发射机处是未知的，但在BS接收机处是完全已知的。由此，BS可以获取每个MT的长期信道分布信息（CDI）。本文将点对点衰落MIMO信道的传输协方差反馈方案扩展到衰落MIMO-MAC中，BS根据所有MT的CDI联合优化所有MT的传输协方差矩阵，然后通过反馈信道将每个传输协方差矩阵发送回相应的MT。本文的主要目标是描述所谓的多用户功率区下的多用户传输协方差反馈方案的SDMA和TDMA。功率区域被定义为所有用户发射功率元组的构成，其可以实现对于给定的一组用户目标速率的可靠传输。仿真结果表明，对于衰落的MIMO-MAC，SDMA比TDMA能节省大量的功率。此外，本文证明了有用的多用户功率区域之间的MT保持比例公平的功耗。
2008-04-21 cs.IT math.IT
FSMI: Fast computation of Shannon Mutual Information for information-theoretic mapping
1 Department of Electrical Engineering；Computer Science, MIT, Cambridge, MA, USA 2 Department of Aeronautics；Astronautics, MIT, Cambridge, MA, USA
探索任务嵌入在许多机器人应用中，例如搜索和救援以及太空探索。基于信息的探索算法旨在通过最大化信息理论度量（诸如地图和潜在的未来测量之间的互信息）来找到信息量最大的轨迹。不幸的是，大多数现有的基于信息的探索算法的计算困难的香农互信息度量评估的困扰。在本文中，我们考虑的基本问题，评估香农互信息之间的地图和距离测量。首先，我们考虑2D环境。我们提出了一种新的算法，称为快速香农互信息（FSMI）。该算法背后的关键见解是，某个积分可以解析计算，从而节省大量的计算。其次，我们考虑由高效数据结构表示的3D环境，例如，一个可压缩映射，使得测量值被行程长度编码（RLE）压缩。我们提出了一种新的算法，称为FSMI-RLE，有效地评估香农互信息的测量时，使用RLE压缩。对于FSMI和FSMI-RLE，我们还提出了对传感器噪声分布进行不同假设的变体，以进一步节省计算。我们在广泛的实验中评估所提出的算法。特别是，我们表明，所提出的算法优于现有的算法，计算香农互信息以及其他算法，计算柯西-施瓦茨二次互信息（CSQMI）。此外，我们证明了香农互信息的计算在一个三维地图上的第一次。
2019-05-06 cs.IT cs.RO math.IT
Reducing Power Consumption of Embedded Dynamic Memories with ECCs
Telecommunications Circuits Laboratory, EPFL（苏黎世联邦理工学院电信电路实验室）
研究针对增益单元嵌入式动态随机存取存储器因保留时间变化需频繁刷新操作的问题，提出结合刷新间隔模型与功耗分析的纠错码（ECC）选择方法，可在给定良率约束下确定最低功耗ECC配置，降低总功耗。
2026-07-20 cs.AR cs.IT math.IT
A Game-Theoretic Perspective for Efficient Modern Random Access
本文采用博弈论方法优化现代随机接入中自私用户的接入策略，通过设定成功奖励值实现兼顾传输成本的纳什均衡，所提方法在多用户场景下吞吐量比framed ALOHA最高提升34%。
2024-10-12 cs.GT cs.IT math.IT
Cloud Radio Access Networks: Uplink Channel Estimation and Downlink Precoding
云无线电接入网络（C-RAN）在节省资本和运营费用、灵活性、干扰管理和网络致密化方面所提供的收益依赖于远程无线电头端（RRH）和基带单元（BBU）之间的高容量低延迟前传连接的存在。鉴于光纤电缆的不均匀和有限的可用性，前传网络的带宽限制一方面要求开发先进的基带压缩策略，另一方面要求更仔细地研究RRH和BBU之间的最佳功能划分。在本章中，在简要介绍了C-RAN中的信号处理挑战之后，在物理（PHY）层研究了这种最佳功能划分，因为它涉及两个关键的基带信号处理步骤，即上行链路中的信道估计和下行链路中的信道编码/线性预编码。基带前传压缩和基带信号处理的联合优化在不同的PHY功能划分下解决，由此在RRH处或在BBU处执行上行链路信道估计和下行链路信道编码/线性预编码。的分析，基于信息理论的参数，和数值结果产生洞察网络架构和前传的能力，其中不同的功能分裂是有利的配置。治疗还强调了确定性和随机连续凸逼近策略的C-RAN的优化的多功能性。
2016-08-26 cs.IT cs.NI math.IT
