We investigate real-time tracking of two correlated stochastic processes over a shared wireless channel. The joint evolution of the processes is modeled as a two-dimensional discrete-time Markov chain. Each process is observed by a dedicated sampler and independently reconstructed at a remote monitor according to a task-specific objective. Although both processes originate from a common underlying phenomenon (e.g., distinct features of the same source), each monitor is interested only in its corresponding feature. A reconstruction error is incurred when the true and reconstructed states mismatch at one or both monitors. To address this problem, we propose an error-aware joint sampling and transmission policy, under which each sampler probabilistically generates samples only when the current process state differs from the most recently reconstructed state at its corresponding monitor. We adopt the time-averaged reconstruction error as the primary performance metric and benchmark the proposed policy against state-of-the-art joint sampling and transmission schemes. For each policy, we derive closed-form expressions for the resulting time-averaged reconstruction error. We further formulate and solve an optimization problem that minimizes the time-averaged reconstruction error subject to an average sampling cost constraint. Analytical and numerical results demonstrate that the proposed error-aware policy achieves the minimum time-averaged reconstruction error among the considered schemes while efficiently utilizing the sampling budget. The performance gains are particularly pronounced in regimes with strong inter-process correlation and stringent tracking requirements, where frequent sampling by both samplers is necessary.


翻译:本文研究两个相关随机过程在共享无线信道上的实时跟踪问题。两个过程的联合演化建模为一个二维离散时间马尔科夫链。每个过程由专用采样器观测,并依据特定任务目标在远程监测端独立重构。尽管两个过程源于同一底层现象(例如同一信源的不同特征),但每个监测器仅关注其对应的特征。当一个或两个监测器上的真实状态与重构状态不匹配时,会产生重构误差。为解决此问题,我们提出一种误差感知的联合采样与传输策略:在该策略下,每个采样器仅当当前过程状态与其对应监测器最新重构状态不同时,才以一定概率生成采样样本。我们采用时间平均重构误差作为主要性能指标,并将所提策略与最先进的联合采样传输方案进行基准比较。针对每种策略,我们推导了相应时间平均重构误差的闭式表达式。进一步地,我们建立并求解了一个优化问题,该问题在平均采样成本约束下最小化时间平均重构误差。解析与数值结果表明,所提出的误差感知策略在考虑的所有方案中实现了最小的时间平均重构误差,同时高效利用了采样预算。该性能增益在过程间相关性较强且跟踪要求严格的场景中尤为显著,这些场景需要两个采样器频繁采样。

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