In this work, we present a novel traffic prediction and fast uplink framework for IoT networks controlled by binary Markovian events. First, we apply the forward algorithm with hidden Markov models (HMM) in order to schedule the available resources to the devices with maximum likelihood activation probabilities via fast uplink grant. In addition, we evaluate the regret metric as the number of wasted transmission slots to evaluate the performance of the prediction. Next, we formulate a fairness optimization problem to minimize the age of information while keeping the regret as minimum as possible. Finally, we propose an iterative algorithm to estimate the model hyperparameters (activation probabilities) in a real-time application and apply an online-learning version of the proposed traffic prediction scheme. Simulation results show that the proposed algorithms outperform baseline models such as time division multiple access (TDMA) and grant-free (GF) random-access in terms of regret, the efficiency of system usage, and age of information.


翻译:在这项工作中,我们为由二进制Markovian事件控制的IoT网络提出了一个新的交通量预测和快速上行框架。首先,我们采用隐蔽的Markov模型的前方算法(HMM),以便通过快速上行通道赠款将现有资源用在设备上,最有可能地通过快速上行通道启动概率。此外,我们将遗憾计量作为浪费的传输槽数量来评价预测的绩效。接着,我们提出一个公平优化问题,以尽可能降低信息年龄,同时尽可能减少遗憾。最后,我们提出一个迭代算法,在实时应用中估计模型超参数(活动概率),并采用拟议交通预测计划的在线学习版本。模拟结果显示,拟议的算法在遗憾、系统使用效率和信息年龄方面超越了时间划分多重访问(TDMA)和无偿访问(GF)随机访问(F)等基准模型。

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