更新或等待：如何保持数据新鲜

在这项工作中，我们研究如何最优地管理从源节点经由信道发送到目的节点的信息更新的新鲜度。目的端数据新鲜度的合适度量是信息年龄（age-of-information），或简称为年龄（age），其定义为自该更新在源节点（例如传感器）生成之时起，最新接收到的更新已存在的时间。一种合理的更新策略是零等待策略（zero-wait policy），即一旦前一个更新被交付且信道空闲，源节点就提交一个新的更新，该策略实现了最大吞吐量和最小延迟。令人惊讶的是，这种零等待策略并不总是使年龄最小。这一反直觉现象促使我们研究如何最优地控制信息更新以保持数据新鲜，并理解零等待策略何时最优。我们引入一个通用的年龄惩罚函数来描述对数据陈旧的不满程度，并将平均年龄惩罚最小化问题表述为一个具有不可数状态空间的约束半马尔可夫决策问题（SMDP）。我们开发了高效算法以在所有因果策略中寻找最优更新策略，并建立了零等待策略最优性的充分必要条件。我们的研究表明，若（i）年龄惩罚函数随年龄增长迅速，（ii）信道上的数据包传输时间随时间正相关，或（iii）数据包传输时间高度随机（例如服从重尾分布），则零等待策略远非最优。