The surging demand for fresh information from various Internet of Things (IoT) applications requires oceans of data to be transmitted and processed timely. How to guarantee information freshness while reducing energy consumption thus becomes imperative. We consider a multi-source single-server queueing system, where we aim to design the optimal sleep-wake strategy for the server to reduce its energy consumption while guaranteeing users' information freshness. We propose a sleep-wake strategy that relies on an idling scheme called Conditional Sleep (CS) scheme. We show that the proposed CS scheme can achieve a smaller Age of Information (AoI) than the widely-used Hysteresis Time (HT) scheme and Bernoulli Sleep (BS) scheme, while retaining the same power consumption and Peak Age of Information (PAoI). Moreover, we find that increasing the sleep period length can always reduce energy consumption and enlarge the PAoI, but it does not always increase AoI. We also find that using PAoI as the information freshness metric in designing the optimal sleep-wake strategies would make the server sleep infinitely long. Our analysis reveals that this result is due to the PAoI being a first-order statistic. We further extend our discussion to the scenario where data sources choose sampling rates strategically based on the sleep-wake strategy of the server. We show that increasing the sleeping period length for the server while guaranteeing users' PAoI could lead to a minor reduction of the server's energy consumption but significantly increase the data sources' sampling costs.


翻译:对各种事物互联网(IoT)应用中新信息的需求激增,要求对数据进行传递和及时处理。如何保证信息新鲜,同时减少能源消耗变得势在必行。我们考虑建立一个多源单一服务器排队系统,目的是为服务器设计最佳的睡眠觉战略,以减少能源消耗,同时保证用户的信息新鲜度。我们提出一个睡眠觉战略,依靠称为有条件睡眠(CS)的计划的游动计划。我们发现,拟议的CS计划可以使信息时代(AoI)比广泛使用的 Hysteresis 时间(HT) 和 Bernoulli睡眠(BS) 计划(BS) 更小一些。我们的分析显示,在保持同样的电力消耗和“信息高峰时代(PaoI) ” 计划的同时,增加服务器的睡眠期可以减少能源消耗,扩大PaoI,但并不总是增加AoI。我们还发现,在设计最佳睡眠战略时使用Pao(AI) 时,使用信息新鲜度衡量标准可以使服务器睡眠睡眠时间长得多。我们的分析显示,我们从这个模型到服务器的模型模型中的结果将比PAI要进一步增加。

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