超密集物联网系统中的信息年龄：性能与平均场博弈分析
信息论
2023-07-04 v4 网络与互联网体系结构
math.IT
摘要
本文考虑了一个密集的物联网(IoT)监控系统，其中大量 IoT 设备竞争信道接入，以使用载波侦听多路访问(CSMA)方案向相应接收器传输及时的状态更新。在带服务抢占与不带服务抢占两种包管理方案下，刻画了每个设备的平均信息年龄(AoI)与平均峰值 AoI 的闭式表达式。结果表明，与不带服务抢占的方案相比，带服务抢占的方案总是导致更小的平均 AoI 和更小的平均峰值 AoI。随后，构建了一个分布式非合作介质访问控制博弈，其中每个设备优化其等待速率，以在信道侦听与包传输的平均能量代价约束下最小化其平均 AoI 或平均峰值 AoI。为克服在超密集 IoT 中求解该博弈的困难，提出了平均场博弈(MFG)方法，以研究大种群体制下系统中每个设备的渐近性能。分析了 MFG 的精度，并研究了平均场均衡(MFE)的存在性、唯一性与收敛性。仿真结果表明，所提 MFG 即使在设备数量较少时也是准确的；且在 MFG 分析下所提 CSMA 型方案优于三种具有固定与动态等待速率的基线方案。此外，观察到在 MFE 下的平均 AoI 与平均峰值 AoI 未必随到达率下降。
引用
@article{arxiv.2006.15756,
title = {Age of Information in Ultra-Dense IoT Systems: Performance and Mean-Field Game Analysis},
author = {Bo Zhou and Walid Saad},
journal= {arXiv preprint arXiv:2006.15756},
year = {2023}
}
备注
Accepted by IEEE Transactions on Mobile Computing