短包传输下缓冲区辅助的无线传感器状态更新系统的信息新鲜度研究

来源：信号处理杂志 2022年第8期北京时间：

作者：魏哲敏, 贾向东, 赵玉华, 陈智

摘要：考虑到信息新鲜度对无线传感器状态更新系统设计和部署带来的影响，提出一个由两个传感器源节点和一个公共目的节点组成的状态更新系统。该系统中两个传感器源节点均配备一个单位大小的缓冲区，并根据伯努利过程在每个时隙感知对应物理过程的状态更新。随后传感器以有限块长度短包的形式将状态更新发送至目的节点。该文采用信息年龄（Age of Information， AoI）描述状态更新的新鲜度。首先，以传感器缓冲区状态组合为中心，该系统可建模为连续时间有限状态的马尔可夫过程，其中有限状态表示缓冲区的不同状态，连续时间表示与年龄相关过程的演进。因此，该系统平均AoI可采用随机混合系统（Stochastic Hybrid System， SHS）评估。最后仿真结果表明，当更新包的感知概率为0.2时，信噪比从0 dB增加至3 dB将导致平均AoI降低20.6%；当信噪比固定为4 dB时，状态更新包块长度从300 channel uses增长至400 channel uses会致使平均AoI降低8.8%。该研究可为缓冲区辅助的状态更新系统设计提供基本理论依据。

关键词：‍‍传感器网络, 信息年龄, 缓冲区, 短包通信, 随机混合系统