多用户无线上行网络中查询时刻信息年龄的优化：Whittle 指数方法
信息论
2024-11-13 v4 网络与互联网体系结构
math.IT
摘要
本文研究了如何在基于拉取的无线网络中调度多个用户以优化信息新鲜度，其中来自用户的更新状态由随机到达的查询在目的端请求。我们使用查询时刻的信息年龄（QAoI）来刻画信息新鲜度的性能。此类决策问题自然建模为马尔可夫决策过程（MDP），但由于维数灾难，使用标准方法求解最优策略是不可行的。为解决此问题，我们采用 Whittle 指数方法，通过松弛调度约束将原始 MDP 分解为多个子 MDP。然而，二值马尔可夫查询到达过程导致子 MDP 呈二维状态且状态转移复杂，使得使用传统方法验证 Whittle 指数性具有挑战性。通过对子 MDP 结构的深入分析，我们证明其具有单链结构，且其最优策略遵循阈值型结构。这使得可以通过易于验证的条件来验证子 MDP 的 Whittle 指数性。随后，我们分析了不同阈值型策略下子 MDP 的稳态概率分布，得到了不同 Whittle 指数关于期望平均 QAoI 和子 MDP 调度时间的解析表达式。基于这些结果，我们设计了一种高效算法来计算所构造子 MDP 的 Whittle 指数。仿真结果验证了我们的分析，并表明所提出的 Whittle 指数策略优于基线策略，达到了近最优性能。
引用
@article{arxiv.2411.02108,
title = {Optimizing AoI at Query in Multiuser Wireless Uplink Networks: A Whittle Index Approach},
author = {Jingwei Liu and He Chen},
journal= {arXiv preprint arXiv:2411.02108},
year = {2024}
}