作者: 何均懿
研究背景与问题
在网络物理系统中，从周围的信息源收集时间敏感的数据并将更新报告给基站（BS）对于许多传感或监测系统做出准确的决策至关重要。传统的网络性能指标，如数据吞吐量或传输延迟，不能用来衡量信息的新鲜度或陈旧性。近年来，信息年龄 Age of Information（AoI）被提出作为一种新的指标来量化信息的新鲜度。它被定义为自BS接收到信息源的最后一次数据更新以来所经过的时间。频繁的更新传输是获得新数据所必需的，然而，需要一定的能量供应。在大规模信息收集系统中，这在经济上不可行。为了克服这一问题，如图1所示，网络物理系统中越来越多的能源通过从环境来源获取能量来供电，包括热能、太阳能、振动和射频。
现有的工作考虑了能量收集的单源排队系统，而往往忽略了多源系统。在受有限传输信道约束的多源系统中，需要优化传输策略来确定哪个源可以使用该信道来传输更新。因此，应联合考虑能量到达模式和传输策略，以在多个信息源之间实现最佳平均AoI。
研究方法
本文考虑了一个含有K个信息源的信息收集网络，其中基站（BS）通过单个通信信道从周围的信息源接收时间敏感的数据更新。每个信息源都配备了一个电池，并从环境能源中获取能量，如太阳能、风能、射频信号等。采集的能量的到达可以被建模为随机过程。
本文考虑了一个时隙系统。为了避免同信道干扰，在每个时隙BS只能选择一个源来传输数据。 信息源传输每个更新到BS需要消耗一单位能量。因此，一个信息源成功传输数据到BS，当且仅当该源具有足够的能量且被BS选择进行数据传输。
系统旨在设计一种集中的传输调度机制：即每个时隙选择哪个信息源以最小化总的加权时平均AoI，
研究结果
本文提出了最大能量感知权重策略 (Max Energy-Aware Weight policy: MEAW），该策略基于李雅普诺夫优化中构造适当的权重函数。接下来，我们通过和以下三种策略做实验对比来评估所提出的MEAW的性能：
最大年龄优先（MAF）：BS在每个时隙t中选择具有最高AoI的信息源来传输更新。
Whittle Index策略（WIP）：在每个时隙t中，BS选择具有最高Whittle Index的信息源来传输更新。
最大权重策略（MWP）：在每个时隙中，BS选择具有最大权重的源。该权重的计算忽略了能量到达的影响。
图1显示了随时间变化的方案的性能。我们可以观察到，与MAF、WIP和MWP相比，MEAW的系统平均AoI可以分别降低16%、23%和13%。
图2. 不同策略的性能比较。
论文信息
[1] Sun, S., Wu, W., Fu, C., Qiu, X., & Luo, J. Energy-aware age optimization: Aoi analysis in multi-source update network systems powered by energy harvesting. In IEEE Conference on Computer Communications (INFOCOM),2023, pp. 1-10.
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香港中文大学（深圳）
网络通信与经济实验室
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