基于信息新鲜度的高效通信机理研究

批准号:
61801045
项目类别:
青年科学基金项目
资助金额:
21.0 万元
负责人:
秦晓琦
依托单位:
学科分类:
F0103.通信理论与系统
结题年份:
2021
批准年份:
2018
项目状态:
已结题
项目参与者:
张治、马楠、刘龙、李世林、王紫荆、夏洋洋
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中文摘要
随着物理信息系统的蓬勃发展,高时效性信息的传输机理受到了广泛关注。一般来说,越新鲜的信息越有利于系统做出正确的控制决策,然而受到频谱资源的制约,盲目频繁的更新会导致网络的拥塞。因此,信息新鲜度与网络负载之间存在矛盾关系,需要设计合理的更新策略及传输策略找到性能折中点。然而,基于传统网络性能指标(时延,吞吐量)的优化设计无法捕捉信息的这一特性。近年来,信息年龄作为一个新的性能指标被用来衡量信息的新鲜度。迄今,对信息年龄的研究大多集中于单跳网络中的理论分析。本项目以车联网为应用场景,创建多跳场景下的信息新鲜度时空演变模型。基于该模型,利用排队论及概率论,研究更新策略与传输策略的联动机制。针对传输策略,通过设计基于空间自由度的协作传输方案,探索用户间不同程度协作下可达信息新鲜度。最后针对此类模型,探索分布式智能优化算法,以实现具备可扩展性的决策方案,为下一代高实时性网络的发展提供理论依据。
英文摘要
As the emergence of cyber-physical systems, real-time status updates have become an important research area. Information freshness is vital to the overall system performance. However, as constrained by limited spectrum resources, frequent updates may result in network congestion. The tension had led to the introduction of a new performance metric called Age of Information, which measures how timely is one’s knowledge of the system. AoI based optimization involves joint consideration of the data generation rate and transmission rate. Most existing works focus on the mathematical understanding of AoI in single-hop networks. In this project, taking VANET as the application scenario, we first derive the general expression of AoI in multi-hop networks and construct the temporal evolution model of AoI. Based on the model, we further analysis the relationship between update policy and transmission policy. Then we aim to explore the achievable AoI under different transmission scheduling schemes by employing DoF-based modeling for MIMO. At last, we will develop fast converging distributed optimization algorithms that can offer performance approaching the theoretical limits. All in all, the results of this project can provide some theoretical insights for next generation time-critical networks.
随着B5G通信技术的蓬勃发展,高时效性信息的传输机理受到了广泛关注。一般来说,越新鲜的信息越有利于系统做出正确的控制决策,然而受到频谱资源的制约,盲目频繁的更新会导致网络的拥塞。因此,信息新鲜度与网络负载之间存在矛盾关系,需要设计合理的更新策略及传输策略找到性能折中点。此外,仅靠通信能力的增强难以满足对海量数据处理的实时性要求,需要借助位于网络边缘的通信及计算能力,提升数据处理响应速度。然而,传统网络设计通常着重于信息的传输,忽略了对信息处理能力的刻画,难以满足控制类应用场景对决策质量的要求。.因此,课题组创新性地提出以信息的时效性作为系统处理信息能力的优化指标,设计了一系列基于信息时效性的数据传输及处理策略,实现了系统资源受限情况下信息的高价值共享与分析。首先,针对静态多跳网络,构建了信息时效价值的空间演变模型,并提出了时效优先的多信源联合数据感知及传输策略;将该模型拓展至以车联网为代表的动态自组织网络,针对高动态拓扑结构,提出了基于强化学习的高时效组网策略;进而,针对轻量级终端的高效信息处理,联合考虑设备端能量、计算能力的异构性,以及系统中传输和计算资源的动态特性,设计了高时效的多终端协同计算卸载、模型训练策略。相关成果在国际期刊及会议发表论文13篇,其中SCI检索论文5篇,EI检索论文8篇。研究成果可推动信息世界与物理世界的高效交互协调,为构建智能可控的未来边缘网络提供理论支撑与技术保障。
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Timely Updates in MEC-Assisted Status Update Systems: Joint Task Generation and Computation Offloading Scheme
MEC辅助状态更新系统的及时更新:联合任务生成和计算卸载方案
DOI:10.23919/jcc.2020.08.014
发表时间:2020-08
期刊:China Communications
影响因子:4.1
作者:Long Liu;Xiaoqi Qin;Yunzheng Tao;Zhi Zhang
通讯作者:Zhi Zhang
Joint Task Offloading and Resource Allocation for Obtaining Fresh Status Updates in Multi-Device MEC Systems
用于在多设备 MEC 系统中获取最新状态更新的联合任务卸载和资源分配
DOI:10.1109/access.2020.2976048
发表时间:2020-01-01
期刊:IEEE ACCESS
影响因子:3.9
作者:Liu, Long;Qin, Xiaoqi;Zhang, Ping
通讯作者:Zhang, Ping
AoI-Energy-Aware UAV-Assisted Data Collection for IoT Networks: A Deep Reinforcement Learning Method
AoI 能源感知无人机辅助物联网网络数据收集:一种深度强化学习方法
DOI:10.1109/jiot.2021.3078701
发表时间:2021-12-15
期刊:IEEE INTERNET OF THINGS JOURNAL
影响因子:10.6
作者:Sun, Mengying;Xu, Xiaodong;Zhang, Ping
通讯作者:Zhang, Ping
Distributed Data Collection in Age-Aware Vehicular Participatory Sensing Networks
年龄感知车辆参与式传感网络中的分布式数据收集
DOI:10.1109/jiot.2021.3049999
发表时间:2021-01
期刊:IEEE Internet of Things Journal
影响因子:10.6
作者:Xiaoqi Qin;Yangyang Xia;Hang Li;Zhiyong Feng;Ping Zhang
通讯作者:Ping Zhang
DOI:--
发表时间:2021
期刊:通信学报
影响因子:--
作者:范绍帅;荣志强;田辉;李立华;秦晓琦
通讯作者:秦晓琦
面向行业专网的高时效状态观测与动态建模方法
- 批准号:62371072
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:49万元
- 批准年份:2023
- 负责人:秦晓琦
- 依托单位:
国内基金
海外基金
