Age of information (AoI) is gaining attention as a valuable performance metric for many IoT systems, in which a large number of devices report time-stamped updates to a central gateway. This is the case, for instance, of remote sensing, monitoring, or tracking, with broad applications in the industrial, vehicular, and environmental domain. In these settings, AoI provides insights that are complementary to those offered by throughput or latency, capturing the ability of the system to maintain an up-to-date view of the status of each transmitting device. From this standpoint, while a good understanding of the metric has been reached for point-to-point links, relatively little attention has been devoted to the impact that link layer solutions employed in IoT systems may have on AoI. In particular, no result is available for modern random access protocols, which have recently emerged as promising solutions to support massive machine-type communications. To start addressing this gap we provide in this paper the first study of the AoI of a scheme in this family, namely irregular repetition slotted ALOHA (IRSA). By means of a Markovian analysis, we track the AoI evolution at the gateway, prove that the process is ergodic, and derive a compact closed form expression for its stationary distribution. Leaning on this, we compute exact formulations for the average AoI and the age violation probability. The study reveals non-trivial design trade-offs for IRSA and highlights the key role played by the protocol operating frame size. Moreover, a comparison with the performance of a simpler slotted ALOHA strategy highlights a remarkable potential for modern random access schemes in terms of information freshness.


翻译:信息时代(AoI)作为许多IOT系统的宝贵性能衡量标准日益受到关注,许多设备在这种系统中报告对中央网关进行实时更新,例如遥感、监测或跟踪,在工业、车辆和环境领域广泛应用。在这些环境中,AoI提供了一些洞见,这些洞见补充了通过量或潜伏提供的数据,抓住了系统保持对每个传输设备现状的最新认识的能力。从这个角度看,大量设备对指标的正确了解已经达到对点对点战略的正确了解,而对于将IOT系统使用的层解决方案链接到AoI可能给AoI带来的影响则相对较少的注意。特别是,现代随机访问协议没有产生任何效果,这些协议最近成为支持大规模机器型通信的有希望的解决办法。为了解决这一差距,我们在本文件中提供了对AOI的首次研究,即不定期重复对ALOHA(IRSA)系统(IRSA)进行点对点对点到点战略的随机性更新,同时,对于将IOLOA系统所使用的层解决方案连接起来的影响,我们通过对AOOA的透明性格式分析,我们对ALOOA的系统进行一个可变现式格式的系统进行一个分析,从而显示的快速分析,从而显示一个可变式格式的缩化的系统格式的系统格式的变化的系统。

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