We consider a fully-connected wireless gossip network which consists of a source and $n$ receiver nodes. The source updates itself with a Poisson process and also sends updates to the nodes as Poisson arrivals. Upon receiving the updates, the nodes update their knowledge about the source. The nodes gossip the data among themselves in the form of Poisson arrivals to disperse their knowledge about the source. The total gossiping rate is bounded by a constraint. The goal of the network is to be as timely as possible with the source. We propose a scheme which we coin \emph{age sense updating multiple access in networks (ASUMAN)}, which is a distributed opportunistic gossiping scheme, where after each time the source updates itself, each node waits for a time proportional to its current age and broadcasts a signal to the other nodes of the network. This allows the nodes in the network which have higher age to remain silent and only the low-age nodes to gossip, thus utilizing a significant portion of the constrained total gossip rate. We calculate the average age for a typical node in such a network with symmetric settings, and show that the theoretical upper bound on the age scales as $O(1)$. ASUMAN, with an average age of $O(1)$, offers significant gains compared to a system where the nodes just gossip blindly with a fixed update rate, in which case the age scales as $O(\log n)$. Further, we analyzed the performance of ASUMAN for fractional, finitely connected, sublinear and hierarchical cluster networks. Finally, we show that the $O(1)$ age scaling can be extended to asymmetric settings as well. We give an example of power law arrivals, where nodes' ages scale differently but follow the $O(1)$ bound.


翻译:我们考虑一个全连通的无线聚合网络,由一个源节点和 $n$ 个接收节点组成。源节点使用泊松过程更新自身,并作为泊松到达发送更新到节点。当接收上述更新时,每个节点更新其关于源节点的知识。节点通过泊松传输协议相互传递关于源节点的信息。总传递速率受到约束。网络目标是尽可能及时与源节点同步。我们提出了一个被称为ASUMAN的方案,其中每个节点在源节点更新之后等待与其当前年龄成比例的时间并广播信号到网络中的其他节点。这使得年龄更大的节点能够保持静默,只有年龄较小的节点传播信息,从而利用约束总传递速率的相当一部分。我们计算了对称设置下该网络中典型节点的平均年龄,并显示其理论上限的年龄尺度为 $O(1)$。ASUMAN,平均年龄为 $O(1)$,较固定更新速度的节点随意传递信息的系统具有更显著的优势,而后者的年龄尺度为 $O(\log n)$。此外,我们分析了 ASUMAN 在分数、有限连接、亚线性和分层集群网络中的性能。最后,我们证明了 $O(1)$ 年龄尺度也可以在非对称设置中应用。我们给出了幂律到达的例子,其中节点的年龄按照不同的尺度变化,但遵循 $O(1)$ 的限制。

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