离散时间Ber/Geo/1/1系统的信息年龄研究

车联网、远程手术等实时监控系统所处环境的动态变化性,导致关注接收信息的新鲜度成为此类系统的必然选择。物联网系统中基础设施通常按照时隙进行离散操作,针对离散时间状态更新系统中的信息新鲜度表征问题,提出一个面向离散时间状态更新系统的信息年龄(AoI)评估方法。构建一个基于AoI的单源-单服务器-目的节点的离散时间Ber/Geo/1/1系统,根据排队理论,引入二维状态向量同时追踪目的节点AoI及服务器状态更新包的年龄。每个二维AoI向量的稳态概率可通过求解状态转化方程来确定,继而可得到系统AoI的概率分布。然而复杂的AoI状态转化方程使二维AoI向量的稳态概率难以求解甚至在某些情况下无解,为此,提出基于概率生成函数(PGF)的离散状态更新系统AoI评估方法,通过对相应的PGF进行简单的求导运算或将其展开为幂级数的形式,确定系统AoI及AoI的概率分布。实验结果表明,当数据包到达概率为0.2时,所提方法的数据包服务概率由0.1增加至0.3,平均AoI降低44.4%,相比传统方法具有较高的计算精度和较简单的计算过程。

短包传输下缓冲区辅助的无线传感器状态更新系统的信息新鲜度研究

考虑到信息新鲜度对无线传感器状态更新系统设计和部署带来的影响,提出一个由两个传感器源节点和一个公共目的节点组成的状态更新系统。该系统中两个传感器源节点均配备一个单位大小的缓冲区,并根据伯努利过程在每个时隙感知对应物理过程的状态更新。随后传感器以有限块长度短包的形式将状态更新发送至目的节点。该文采用信息年龄(Age of Information,AoI)描述状态更新的新鲜度。首先,以传感器缓冲区状态组合为中心,该系统可建模为连续时间有限状态的马尔可夫过程,其中有限状态表示缓冲区的不同状态,连续时间表示与年龄相关过程的演进。因此,该系统平均AoI可采用随机混合系统(Stochastic Hybrid System,SHS)评估。最后仿真结果表明,当更新包的感知概率为0.2时,信噪比从0 dB增加至3 dB将导致平均AoI降低20.6%;当信噪比固定为4 dB时,状态更新包块长度从300 channel uses增长至400 channel uses会致使平均AoI降低8.8%。该研究可为缓冲区辅助的状态更新系统设计提供基本理论依据。

中继协同D2D通信的能效优化

针对D2D中继通信中D2D设备电池容量受限问题,本文提出了一种逐步优化功率控制和中继选择从而最大化系统能量效率的方法。首先,在满足蜂窝链路最小数据速率的条件下,将功率控制问题建模为一个非线性规划问题,并求解出D2D发射机的最优发射功率;然后,分别利用发送节点与接收节点的邻域为半径建立节点均匀分布的球状模型;其次,基于路径损耗相似性对节点进行k-means迭代聚类,并得到路径损耗最小节点的质心;最后,将得到的质心作为中继节点进行D2D中继通信。仿真结果表明,在保证高质量通信的条件下,本文提出的优化方法能够最大化系统的能量效率。

能量收集认知无线电网络下的多接入用户信息年龄研究

针对信道资源有限的多接入信道无线传感器网络场景,实时信息的传送需要考虑信道环境和信息新鲜度问题。该文基于认知无线电物联网(Cognitive Radio-Internet of Things,CR-IoT)系统,构建了一个具有频谱访问权限的主用户(Primary User,PU)和两个可共享PU频谱次用户(Secondary User,SU)的网络模型。在考虑PU工作状态和SU数据队列稳定的条件下,提出了一个以最小化节点平均AoI为目标的优化问题。其次使用两种策略进行优化,包括概率随机接入策略(Probabilistic Random Access Policy,PRA),该策略下两个SU节点根据相应的概率分布做出独立的传输决策;以及基于李雅普诺夫优化框架优化时隙内调度决策的漂移加罚策略(Drift Plus Penalty Policy,DPP)。仿真结果可知,DPP策略下得到的平均AoI的值要明显低于PRA策略,表明使用DPP策略对平均AoI的优化更加显著,可以有效提升数据包的时效性和新鲜度。