随机到达预约多址网络中的信息年龄：分析与优化

本文分析并优化了多址网络中带预约与数据时隙的帧时隙ALOHA（FSA-RD）的平均信息年龄（AAoI），其中多个用户以帧方式将其随机生成的状态更新传输至一个公共接入点。每帧由一个预约时隙和若干个数据时隙组成。预约时隙进一步划分为若干迷你时隙。在每个预约时隙中，欲传输状态更新的用户将在某一迷你时隙中随机发送短预约包以竞争当前帧的数据时隙。仅当某迷你时隙中发送了一个预约包时，预约才成功。数据时隙随后分配给那些在预约时隙中成功的用户。在所考虑的FSA-RD方案中，一个有待传输状态更新的用户（称为活跃用户）可能需要进行多次预约尝试才能成功发送。因此，不同帧中活跃用户数相互依赖，从而成功预约的概率逐帧变化，使得AAoI分析非平凡。我们通过将每帧活跃用户数的演化刻画为离散时间马尔可夫链，推导出了FSA-RD的AAoI解析表达式。接着我们考虑每个状态更新仅一次预约尝试的FSA-RD方案，称为FSA-RD-One。得益于FSA-RD-One各帧行为的独立性，我们得到了其AAoI的闭式表达式，并进一步用于寻找近最优预约概率。我们的分析揭示了帧长和预约概率等关键协议参数对AAoI的影响。仿真结果验证了我们的分析，并表明优化后的FSA-RD优于优化后的时隙ALOHA。