中继辅助状态更新系统中的信息年龄

本文考虑带中继的状态更新系统的信息年龄（AoI），其中更新通过直连链路或经中继的两跳链路送达目的端。源端生成更新包同时发往接收端与中继。当直传包失败时，中继替代源重传该包直至接收端最终获得。假设每条链路上传播时延为一个时隙，我们确定了三种情形的AoI平稳分布：（a）中继无缓冲且中继发包不能被源端更新包抢占；（b）中继无缓冲但允许包替换；（c）中继有大小为1的缓冲且当获得更新包时缓冲中包被刷新。思路是引入包含AoI作为一部分的多维状态向量并构成多维AoI随机过程。我们通过求解平稳方程组得到各多维AoI过程的稳态。一旦已知高维AoI过程的稳态分布，其稳态AoI分布也作为该过程稳态分布的边缘分布之一而得到。对所有情形，我们导出AoI分布的显式表达式，并计算稳态AoI的均值与方差。所有结果均做了数值比较，包括无中继状态更新系统的AoI性能。数值结果表明，添加中继显著改善了系统的时效性，且中继无缓冲可抢占设置同时实现了最小平均AoI与AoI方差。因此，对于本文讨论的系统模型，为降低接收端AoI无需在中继中添加缓冲。