优化多服务器信息更新系统中的数据新鲜度、吞吐量与时延

在这项工作中，我们研究信息更新系统的设计，其中传入的更新数据包通过多个服务器（每个服务器可视为一个无线信道）转发到远程目的地。这些系统的一个重要性能度量是信息年龄（age-of-information，简称年龄），其定义为自目的地最新数据包生成以来经过的时间。近期关于信息更新系统的研究表明，通过智能丢弃过期数据包可以降低信息年龄。然而，在许多应用（如新闻和社交更新）中，丢包可能并不合适，因为用户不仅关注最新更新，也关注过往新闻。因此，所有数据包可能都需要被成功传输。本文研究如何在无吞吐量损失的情况下优化信息年龄。我们考虑一种通用场景，其中传入的更新数据包不一定按其生成时间的顺序到达。我们证明，在无限缓冲排队系统中，一种抢占式的最后生成先服务（Last Generated First Served, LGFS）策略同时优化了年龄、吞吐量和时延性能。我们还展示了对于任意有限队列大小，LGFS 策略的年龄最优性。这些结果适用于任意（包括非平稳）到达过程。据我们所知，本文提出了首个在具有外部信息更新数据包到达过程的通信网络中最小化信息年龄的最优结果。