Efficient sampling and remote estimation are critical for a plethora of wireless-empowered applications in the Internet of Things and cyber-physical systems. Motivated by such applications, this work proposes decentralized policies for the real-time monitoring and estimation of autoregressive processes over random access channels. Two classes of policies are investigated: (i) oblivious schemes in which sampling and transmission policies are independent of the processes that are monitored, and (ii) non-oblivious schemes in which transmitters causally observe their corresponding processes for decision making. In the class of oblivious policies, we show that minimizing the expected time-average estimation error is equivalent to minimizing the expected age of information. Consequently, we prove lower and upper bounds on the minimum achievable estimation error in this class. Next, we consider non-oblivious policies and design a threshold policy, called error-based thinning, in which each source node becomes active if its instantaneous error has crossed a fixed threshold (which we optimize). Active nodes then transmit stochastically following a slotted ALOHA policy. A closed-form, approximately optimal, solution is found for the threshold as well as the resulting estimation error. It is shown that non-oblivious policies offer a multiplicative gain close to $3$ compared to oblivious policies. Moreover, it is shown that oblivious policies that use the age of information for decision making improve the state-of-the-art at least by the multiplicative factor $2$. The performance of all discussed policies is compared using simulations. The numerical comparison shows that the performance of the proposed decentralized policy is very close to that of centralized greedy scheduling.


翻译:高效抽样和远程估算对于在Tings互联网和网络物理系统中大量无线光能应用至关重要。在这种应用的推动下,这项工作提出对随机访问渠道自动递减进程进行实时监测和估算的分散化政策。调查了两类政策:(一) 抽样和传输政策独立于监测过程的不明显计划,以及(二) 非明显计划,其中传输者因果观察相应的决策程序。在隐蔽的政策类别中,我们表明,尽可能减少预期的平均时间估计错误相当于最大限度地减少预期的信息年龄。因此,我们证明,对本类最低可实现的估算错误进行低和上限。接下来,我们考虑非明显政策并设计一个门槛政策,要求基于错误的稀释,如果每个来源的瞬间错误超过固定的门槛(我们优化了这一门槛),就会变得活跃。主动节点,然后按照分散式的ALOHA政策, 将预期的平均时间误差减少到相当于尽可能低的比值。在最接近的门槛、大约最优的解决方案,因为对比了最接近的门槛政策,将显示,因此的递增的汇率政策将显示为最低的汇率。

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