In this paper, a general framework is formalised to characterise the value of information (VoI) in hidden Markov models. Specifically, the VoI is defined as the mutual information between the current, unobserved status at the source and a sequence of observed measurements at the receiver, which can be interpreted as the reduction in the uncertainty of the current status given that we have noisy past observations of a hidden Markov process. We explore the VoI in the context of the noisy Ornstein-Uhlenbeck process and derive its closed-form expressions. Moreover, we investigate the effect of different sampling policies on VoI, deriving simplified expressions in different noise regimes and analysing statistical properties of the VoI in the worst case. We also study the optimal sampling policy to maximise the average information value under the sampling rate constraint. In simulations, the validity of theoretical results is verified, and the performance of VoI in Markov and hidden Markov models is also analysed. Numerical results further illustrate that the proposed VoI framework can support timely transmission in status update systems, and it can also capture the correlation properties of the underlying random process and the noise in the transmission environment.


翻译:在本文中,将一个总体框架正式化,在隐蔽的Markov模型中描述信息的价值(VoI),具体地说,VoI的定义是,在源头当前未观察到的状况和接收器观测到的测量顺序之间的相互信息,这可以解释为,由于我们过去对隐蔽的Markov过程的观测十分吵闹,目前状态的不确定性有所降低。我们在噪音的Ornstein-Uhlenbeck过程的背景下探索VoI,并得出其封闭式表达方式。此外,我们调查了不同取样政策对VoI的影响,在不同噪音系统中产生简化的表达方式,并在最坏的情况下分析VoI的统计特性。我们还研究了最佳取样政策,以尽量扩大取样率限制下的平均信息价值。在模拟中,对理论结果的有效性进行了核实,并对VoI在Markov和隐蔽的Markov模型的性能进行了分析。Numeric结果进一步说明,拟议的VoI框架可以支持在状态更新系统中及时传输,它还能够捕捉到潜在随机过程的相关性和传输环境中的噪音。

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