Towards the informed design of large-scale distributed data-gathering architectures under real-world assumptions such as nonzero communication delays and unknown environment dynamics, this paper considers the effects of allowing feedback communication from the central processor to external sensors. Using simple but representative state-estimation examples, we investigate fundamental tradeoffs between the mean-squared error (MSE) of the central processor's estimate of the environment state, and the total power expenditure per sensor under more conventional architectures without feedback (INformation) versus those with broadcast feedback (OUTformation). The primary advantage of enabling feedback is that each sensor's understanding of the central processor's estimate improves, which enables each sensor to determine when and what parts of its current observations to transmit. We use theory to demonstrate conditions in which OUTformation maintains the same MSE as INformation with less power expended on average, and conditions in which OUTformation obtains less MSE than INformation at additional power cost. These performance tradeoffs are also considered under settings where environments undergo less variation, and sensors implement random backoff times to prevent transmission collisions. Our results are supported via numerical studies, which show that the properties derived in theory still hold even when some of the simplifying assumptions are removed.


翻译:在现实世界假设(如非零通信延迟和未知环境动态)下,实现大规模分布式数据收集结构的知情设计,如非零通信延迟和未知环境动态等,本文件审议了允许中央处理器反馈通信到外部传感器的影响。我们使用简单但有代表性的国家估计实例,调查中央处理器环境状况估计的中度差错(MSE)与较常规结构(无反馈(内变)的每个传感器相对于广播反馈(OUUTformation)的每个传感器的总功率差之间的基本权衡。促成反馈的主要好处是,每个传感器对中央处理器估计值的理解得到改进,使每个传感器能够确定当前观测结果的何时和哪些部分进行传输。我们使用理论来证明“外变”维持与平均功率较少的变形相同的MSE的条件,以及“外变形”以额外功率获得的MSE值低于“变形”的条件。在环境变异较少的情况下(内变异(内变异)和传感器执行随机反射时防止传输碰撞的主要优点。我们的成果通过数字研究得到支持,我们的结果甚至通过数字研究得到支持,这些结果在理论变异性能中显示。

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