无线传感器网络中基于信息年龄的状态更新策略.docx

"基于信息年龄的状态更新策略在无线传感器网络中的应用" 本文研究了基于信息年龄的状态更新策略在无线传感器网络中的应用。介绍了无线传感器网络的发展背景和信息年龄的概念，然后讨论了基于信息年龄的状态更新策略在无线传感器网络中的应用，包括单服务器场景和多服务器场景下的信息年龄最小化问题。接着，讨论了在考虑能量收集的 WSN 场景中基于信息年龄的状态更新策略，并提出了基于 Whittle Index 方法的低计算复杂度的传感器解决调度策略。讨论了系统模型、代价函数和优化问题。 一、无线传感器网络的发展背景 随着传感技术、无线通信技术和嵌入式计算技术的不断进步，低功耗、多功能传感器的快速发展，使其能够在单芯片内集成信息采集、数据处理和无线通信等多种功能。由此形成的无线传感器网络已成为物联网（IoT）发展的重要组成部分。 二、信息年龄的概念 信息年龄（Age of Information，AoI）是描述在远程系统中接收端信息的新鲜程度的概念。其正式定义为自上一次成功信息更新后经过的时间。在任意时刻 t，用 U(t) 表示接收端上一次成功接收包的发送时刻，信息年龄 Δ(t) 可以表示为 Δ(t)=t−U(t)。 三、基于信息年龄的状态更新策略 在无线传感器网络中，对信息年龄的优化可以描述为单服务器场景和多服务器场景下的信息年龄最小化问题。 Costa,Huang 等[3-4]考虑单服务器场景（单接收端）并将排队论与 AoI 结合，通过调整服务速率与到达率实现效率最大化。 Bedewy 等[1]研究在多跳网络场景中的信息年龄最小化问题。 四、系统模型 系统模型假设一个带有能量收集的无线传感器网络，一个中央控制器接收来自多个终端的状态更新信息。在每个时隙开始时，传感器从外界获得能量进行充电，随后基站选定一个或 M 个传感器，被选中的传感器开始采样并传输，其余传感器处于空闲状态。 五、代价函数 代价函数通常为平均 AoI，用 Δ 表示为 Δ¯=limT→∞1T∫T0Δ(t)dt=limT→∞1T∑T0Δ(t)。Δ 越低，表示该条链路信息的新鲜程度越高。 六、优化问题 希望找到一种稳定的调度策略，使得当时间趋于无穷时，代价函数 J 能够最小。定义 1（代价最优）：如果存在一个策略 π 使得 Jπ最小，则策略 π 为代价最优的。 七、基于 Whittle Index 方法的解决方案 为了解决在 MDP 中用户数量较多引起值迭代算法计算成本较大的问题，本文提出了一种基于 Whittle Index 方法的低计算复杂度的传感器解决调度策略。该方法可以解决在考虑能量收集的 WSN 场景中的信息年龄最小化问题。 本文研究了基于信息年龄的状态更新策略在无线传感器网络中的应用，并提出了基于 Whittle Index 方法的低计算复杂度的传感器解决调度策略。该方法可以解决在考虑能量收集的 WSN 场景中的信息年龄最小化问题，并且具有实际应用价值。