In this paper, minimization of time-averaged age-of-information (AoI) in an energy-harvesting sensor equipped remote sensing setting is considered. An energy harvesting (EH) sensor generates energy packets according to a Bernoulli process at discrete time instants. These energy packets are used by the sensor to make measurements of physical processes and send the observation packets to a remote estimator or a sink node. The trade-off is between the freshness of information available at the sink node and the available energy at the energy buffer of the sensor, which requires the sensor to opportunistically sample and communicate the observations to the sink node. To this end, infinite horizon Markov decision process theory is used to formulate the problem of minimization of time-averaged expected AoI for a single energy harvesting sensor. The following progression of scenarios is considered: (i) single process, perfect communication channel between sensor and sink node, (ii) single process, fading channel with channel state information at transmitter (CSIT), (iii) multiple processes, perfect channel, (iv) multiple processes, fading channel with CSIT. In each scenario, the optimal sensor sampling policy is shown to be a threshold policy involving the instantaneous age of the process, the available energy in the buffer and the instantaneous channel quality as the decision variables. Finally, numerical results are provided to demonstrate the policy structures and trade-offs.


翻译:在本文中,考虑将节能采集传感器中的时间平均信息年龄(AoI)在配备遥感的能源采集传感器中最小化;能源采集传感器根据伯努利进程在离散时间瞬间生成能源包;传感器使用这些能源包对物理过程进行测量,并将观测包发送到远程测算器或汇节点;在汇节点和传感器能源缓冲处的可用能量之间进行权衡,这需要传感器随机抽样和向汇点传送观测结果;为此,利用无限地平平地马尔科夫决定程序理论来为单一能源采集传感器制定尽可能减少时间平均预期AoI的问题;考虑以下情景的演变:(一)单一过程、传感器和汇节点之间的完美通信渠道;(二)单一过程、带频道状态信息的淡化频道(CSIT),(三)多个过程、完美的频道、(四)多个过程、与汇点对汇点的观测结果。

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