短包传输下多连接 WNCS 的风险感知与能效 AoI 优化
信息论
2024-01-03 v2 系统与控制
系统与控制
math.IT
摘要
信息年龄（Age of Information, AoI）被提出用于量化无线网络化控制系统（WNCSs）中远程监控和控制等新兴实时应用的信息新鲜度。最小化平均 AoI 及其中断概率可确保传输的及时性和稳定性。能效（EE）在 WNCSs 中也起着重要作用，因为许多设备具有低成本和电池容量有限的特点。多链路多连接能够降低 AoI，但会以能耗为代价。我们解决了尚未解决的问题：如何选择最优连接数量，使其既 AoI 最优又能效高效，同时避免风险状态。为解决此问题，我们将平均 AoI 和峰值 AoI（PAoI）以及 PAoI 违规概率表述为连接数量的函数。随后引入 EE-PAoI 比率以在 AoI 和能量之间进行权衡，并通过我们提出的风险感知、AoI 最优且能效高效的连接方案使其最大化。为此，我们分析了所构建的 EE-PAoI 比率的性质，并证明了 PAoI 违规概率的单调性。有趣的是，我们揭示了多连接方案并非总是优选，并推导出了决定多连接方案选择的信噪比（SNR）阈值，该阈值是编码速率的函数。此外，我们还获得了最优连接数量，并表明其是发射功率的减函数。仿真结果表明，在低 SNR 下，所提方案相比单连接方案实现了超过 15 倍的 EE-PAoI 增益。
引用
@article{arxiv.2312.15454,
title = {Risk-Aware and Energy-Efficient AoI Optimization for Multi-Connectivity WNCS with Short Packet Transmissions},
author = {Jie Cao and Xu Zhu and Sumei Sun and Ernest Kurniawan and Amnart Boonkajay},
journal= {arXiv preprint arXiv:2312.15454},
year = {2024}
}