无线传感器网络中信息年龄约束下动态控制的功率最小化

我们考虑一个系统，其中多个传感器将关于各种随机过程的及时信息通信给一个汇聚节点。传感器共享正交子信道以状态更新包的形式传输此类信息。中央控制器可控制传感器的采样动作，以在发射功耗与信息新鲜度之间进行权衡，后者由信息年龄（Age of Information, AoI）量化。我们联合优化每个传感器的采样动作、发射功率分配和子信道分配，以在每个传感器最大平均AoI约束下最小化所有传感器的平均总发射功率。为求解该问题，我们利用Lyapunov漂移加惩罚方法开发了一种动态控制算法，并给出了算法的最优性分析。根据Lyapunov漂移加惩罚方法，为求解主问题，我们需要在每个时隙求解一个优化问题，该问题是一个混合整数非凸优化问题。我们针对该每时隙优化问题提出了一种低复杂度的次优解，其可提供近最优性能，并评估了该解的计算复杂度。数值结果说明了所提动态控制算法以及每时隙优化问题次优解相对于系统不同参数的性能。结果表明，与基线策略相比，所提动态控制算法在平均总发射功率上实现了超过$60~\%$的节省。