In this paper, we consider the problem of optimizing the freshness of status updates that are sent from a large number of low-power source nodes to a common access point. The source nodes utilize carrier sensing to reduce collisions and adopt an asynchronized sleep-wake scheduling strategy to achieve an extended battery lifetime (e.g., 10-15 years). We use age of information (AoI) to measure the freshness of status updates, and design the sleep-wake parameters for minimizing the weighted-sum peak AoI of the sources, subject to per-source battery lifetime constraints. When the sensing time (i.e., the time duration of carrier sensing) is zero, this sleep-wake design problem can be solved by resorting to a two-layer nested convex optimization procedure; however, for positive sensing times, the problem is non-convex. We devise a low-complexity solution to solve this problem and prove that, for practical sensing times that are short and positive, the solution is within a small gap from the optimum AoI performance. When the mean transmission time of status-update packets is unknown, we devise a reinforcement learning algorithm that adaptively performs the following two tasks in an "efficient way": a) it learns the unknown parameter, b) it also generates efficient controls that make channel access decisions. We analyze its performance by quantifying its "regret", i.e., the sub-optimality gap between its average performance and the average performance of a controller that knows the mean transmission time. Our numerical and NS-3 simulation results show that our solution can indeed elongate the batteries lifetime of information sources, while providing a competitive AoI performance.
翻译:在本文中,我们考虑优化从大量低功源源节点到共同接入点发送的状态更新的新鲜度问题。 源节点利用承运人感测减少碰撞,并采用无同步的睡眠觉时间安排战略,以实现电池寿命延长(例如10-15年) 。 我们使用信息年龄( AoI) 测量状态更新的新鲜度,并设计睡眠觉参数,以最大限度地减少源的加权和峰值 AoI, 但须受每个源的电池使用寿命限制。 当感测时间( 即, 运算-3 感测的时间长度)为零时, 这种睡眠觉状态设计问题可以通过使用双层嵌套式的螺旋旋形优化程序来解决; 然而, 对于积极的感测时间, 问题在于非连接时间。 我们设计了一个低兼容性解决方案来解决这个问题, 并且证明, 在实际感测时间短和积极性时, 解决方案在最佳AoI 性表现的最小差距范围内。 当感测时间( 即, 即, 运行状态- 时间- 时间- 时间- 时间- 时间- 时间- 时间- 时间- 时间- 时间- 时间- 时间- 时间- 时间- 时间- 时间- 时间- 时间- 时间- 时间- 时间- 时间- 时间- 时间- 时间- 时间- 时间- 时间- 时间- 时间- 时间- 时间- 时间- 时间- 时间- 时间- 时间- 时间- 时间- 时间- 时间- 时间- 时间- 时间- 时间- 时间- 时间- 时间- 时间- 时间- 时间- 时间- 时间- 时间- 时间- 时间- 时间- 时间- 时间- 时间- 时间- 时间- 时间- 时间- 时间- 时间- 时间- 时间- 时间- 时间- 时间- 时间- 时间- 时间- 时间- 时间- 时间- 时间- 时间- 时间- 时间- 时间- 时间- 时间- 时间- 时间- 时间- 时间- 时间- 时间- 时间- 时间- 时间- 时间- 时间-