NeTS: Small: Massive Wireless Random Access: Principles and Protocols

NetS:小型:大规模无线随机接入:原理和协议

基本信息

  • 批准号:
    1817205
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 50万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2018
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2018-10-01 至 2022-09-30
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

The next generation of wireless systems are widely expected to connect a massive number of low-energy sensors and actuators that form the fabric of smart technologies and cyberphysical systems. The resultant 'Internet of Things' is expected to be one of the major drivers of technological growth over the next decade. However, its design presents new challenges to wireless engineers. One of the key challenges is how to enable a massive number of low-energy wireless devices to sporadically access the scarce spectrum with minimal coordination and channel estimation overheads. While there are several existing solutions for random access, they are not well-suited for this emerging paradigm due to high energy cost for retransmissions and carrier sensing, near-far effects, or significant control layer overheads.This project aims to fundamentally rethink wireless random access for IoT networks by identifying the sporadic access of a massive number of severely energy limited devices as its key distinguishing characteristic. It develops a mathematical framework to study this problem and shows how this framework relates to a seemingly unrelated problem in theoretical computer science called group testing. By building on this connection it aims to develop optimal mathematical solutions that can be translated to innovative random-access protocols which (a) jointly optimize control and information layer tasks, such as device discovery and data transmission; (b) embrace sensor collisions and thus, eliminate the complexity and energy cost of collision resolution and retransmissions; (c) are designed to satisfy stringent energy constraints and match the energy dynamics at the transmitters; (d) employ simple modulation and detection techniques that do not require channel estimation; and (e) are low-complexity (encoding/decoding), flexible (can be applied in heterogeneous settings), and resilient to noise and device imperfections. The multi-disciplinary nature of the formulated problems will enable the cross-fertilization of ideas from different sub-disciplines of electrical engineering, computer science and applied mathematics. The project is complemented with a strong education and outreach program with an emphasis on broadening participation in electrical engineering.This award reflects NSF's statutory mission and has been deemed worthy of support through evaluation using the Foundation's intellectual merit and broader impacts review criteria.
人们普遍预计,下一代无线系统将连接大量低能量传感器和执行器,这些传感器和执行器构成智能技术和网络物理系统的结构。由此产生的“物联网”预计将成为未来十年技术增长的主要驱动力之一。然而,它的设计给无线工程师带来了新的挑战。关键挑战之一是如何使大量低能量无线设备能够以最小的协调和信道估计开销零星地访问稀缺的频谱。虽然现有的随机接入解决方案有几种,但由于重传和载波侦听的高能量成本、远近效应或显著的控制层开销,它们不能很好地适应这一新兴模式。该项目旨在通过识别大量严重能量受限的设备的零星接入作为其关键区别特征,从根本上重新思考物联网网络的无线随机接入。它开发了一个数学框架来研究这个问题,并展示了这个框架与理论计算机科学中一个看似无关的问题--群体测试--之间的关系。通过建立在这一连接上,它旨在开发可转化为创新的随机接入协议的最佳数学解,所述协议(A)联合优化控制和信息层任务,例如设备发现和数据传输;(B)包含传感器冲突,从而消除冲突解决和重传的复杂性和能量成本;(C)被设计为满足严格的能量约束并匹配发射机的能量动态;(D)采用不需要信道估计的简单调制和检测技术;和(E)低复杂度(编码/解码)、灵活(可应用于不同环境)以及对噪声和设备缺陷的恢复能力。这些问题的跨学科性质将使电气工程、计算机科学和应用数学等不同分支学科的思想能够相互交融。该项目辅以强大的教育和推广计划,重点是扩大对电气工程的参与。该奖项反映了NSF的法定使命,并通过使用基金会的智力优势和更广泛的影响审查标准进行评估,被认为值得支持。

项目成果

期刊论文数量(21)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Pointwise Bounds for Distribution Estimation under Communication Constraints
通信约束下分布估计的逐点界限
Sparse Combinatorial Group Testing
稀疏组合组测试
  • DOI:
    10.1109/tit.2019.2951703
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
  • 影响因子:
    2.5
  • 作者:
    Inan, Huseyin A.;Kairouz, Peter;Ozgur, Ayfer
  • 通讯作者:
    Ozgur, Ayfer
Over-the-Air Statistical Estimation of Sparse Models
  • DOI:
    10.1109/globecom46510.2021.9685768
  • 发表时间:
    2021-12
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Chuan-Zheng Lee;L. P. Barnes;Wenhao Zhan;Ayfer Özgür
  • 通讯作者:
    Chuan-Zheng Lee;L. P. Barnes;Wenhao Zhan;Ayfer Özgür
Adaptive Group Testing on Networks with Community Structure
具有社区结构的网络的自适应分组测试
Strongly Explicit and Efficiently Decodable Probabilistic Group Testing
高度显式且高效可解码的概率组测试
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Ayfer Ozgur其他文献

The communication cost of security and privacy in federated frequency estimation
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通过 Fisher 信息得出通信约束下学习分布的下限

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    $ 50万
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  • 批准号:
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  • 财政年份:
    2021
  • 资助金额:
    $ 50万
  • 项目类别:
    Standard Grant
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知道了