基于部分中继选择的能量收集双跳网络信息年龄优化

针对传统中继协作网络传感器节点能量受限导致信息传输延迟较高的问题,将短包通信（SPC）和能量收集技术相结合,构建了一种双跳中继无线传感器网络模型。网络中源节点和中继均需从专用能量基站收集射频信号能量以保证信息的持续传输,中继采用半双工解码转发协议将源节点发送的状态更新信息以短包形式传递到目的节点,利用中继选择策略与最大比合并技术提出了基于时效性的最早部分中继选择方案。考虑该网络信息的新鲜度,首先,分析了SPC传输性能,推导了中继和目的节点处的平均包错误率。其次,利用顺序统计量描述了源节点到中继端数据包的重传次数,基于更新过程理论推导了网络的平均信息年龄（AoI）表达式,并采用梯度下降方法优化了影响网络平均AoI的部分参数。最后,仿真分析结果表明,优化中继数量和数据包长度可以有效提高网络信息新鲜度,同时,通过对比优化部分参数得到的最优值与贪婪方法得到的最小化平均AoI理论值,可以验证部分中继协作方案在双跳状态更新网络中的可行性。      

能量收集认知无线电网络下的多接入用户信息年龄研究

针对信道资源有限的多接入信道无线传感器网络场景,实时信息的传送需要考虑信道环境和信息新鲜度问题。该文基于认知无线电物联网（Cognitive Radio-Internet of Things, CR-IoT）系统,构建了一个具有频谱访问权限的主用户（Primary User, PU）和两个可共享PU频谱次用户（Secondary User, SU）的网络模型。在考虑PU工作状态和SU数据队列稳定的条件下,提出了一个以最小化节点平均AoI为目标的优化问题。其次使用两种策略进行优化,包括概率随机接入策略（Probabilistic Random Access Policy, PRA）,该策略下两个SU节点根据相应的概率分布做出独立的传输决策;以及基于李雅普诺夫优化框架优化时隙内调度决策的漂移加罚策略（Drift Plus Penalty Policy, DPP）。仿真结果可知,DPP策略下得到的平均AoI的值要明显低于PRA策略,表明使用DPP策略对平均AoI的优化更加显著,可以有效提升数据包的时效性和新鲜度。      

基于信息年龄的工业无线传感器网络混合数据调度方法

在工业无线传感器网络(IWSN)中,实时交付工业现场的周期性控制/传感数据流与非周期性事件数据流,是保障生产安全高效运行的关键。信息年龄(AoI)作为一种新兴的数据新鲜度衡量指标,能够从目标节点角度全面地度量网络数据交付的实时性。针对周期性和非周期性数据混合的工业无线传感器网络,该文在引入网络数据整体新鲜度指标的同时,考虑到周期性数据新鲜度在超过阈值后可能会对工业生产造成负面影响,建立了最小化系统平均AoI和周期性数据AoI逾期概率的联合优化模型,并将优化问题表述为马尔可夫决策过程(MDP)进行求解。由于传统基于相对值迭代的最优求解方法在大规模网络中因为维度灾难难以实施,因此采用深度强化学习(DRL)降低优化问题的状态空间维度,并改进决策探索机制以加快学习速度,提出了基于优化决策探索的深度强化学习(DRL-ODE)调度方法。仿真结果表明,所提方法能够提高网络数据交付的实时性,并有效减少周期性数据的AoI逾期概率。     

认知物联网短包通信中双向中继系统的信息年龄分析

未来认知物联网(IoT)将存在大量用于监控的时间敏感类短包信息。针对认知物联网短包通信场景,该文分析了认知次用户对在双向中继短包通信系统中的信息新鲜度。该文采用信息年龄(AoI)作为衡量信息新鲜度的性能指标。根据短包通信理论,该文推导出系统的误包率和平均峰值AoI(PAoI)表达式,并得出了系统在高信噪比情况下的表达式。在此基础上,考虑认知物联网短包通信中频谱检测性能的非理想,采用交替迭代优化算法对感知包长和传输包长进行联合优化以最小化PAoI加权和。仿真结果验证了理论分析的正确性。该研究发现,对于双向中继系统次用户对的PAoI加权和,感知包长和传输包长存在折中关系,该文所采用的交替迭代优化算法能够有效提升系统PAoI性能。     

面向无线传感器网络信息年龄的多无人机轨迹优化算法

由于无线传感器网络(WSN)中传感器的传输功率有限,同时可能与基站(BS)传输距离较远,造成无法及时交付数据,数据新鲜度过低,影响时延敏感型业务决策质量。因此,采用无人机(UAV)辅助收集传感器数据,成为提升无线传感器网络数据新鲜度的有效手段。该文通过信息年龄(AoI)性能指标评估无线传感器网络数据新鲜度,并基于集中式训练分布式执行框架的多智能体近端策略优化(MAPPO)方法研究了无人机轨迹优化算法。通过联合优化所有无人机的飞行轨迹,实现地面节点平均加权信息年龄的最小化。仿真结果验证了所提多无人机路径规划算法在降低无线传感器网络信息年龄方面的有效性。     

基于无人机辅助的认知无线电网络信息年龄研究

考虑到信息时效性和数据新鲜度对各类实时状态更新系统带来的挑战,提出了一种无人机（Unmanned Aerial Vehicle, UAV）中继辅助的认知无线电网络（Cognitive Radio Network, CRN）信息年龄（Age of Information, AoI）最小化方案。为了降低CRN中次用户接收机处的AoI,在不影响主用户正常通信的前提下,利用UAV作为移动中继来辅助次用户发射机将数据包传输到对应的接收机。通过联合优化UAV的飞行轨迹和资源分配来确保信息新鲜度。由于联合设计问题是非凸的,故采用连续凸逼近的高效迭代算法得出问题的最优解。仿真结果表明,所提方案可以有效提高信息新鲜度,并获得峰值AoI的最小值。同时,数据包的大小和数量与AoI呈线性关系,对UAV的飞行轨迹也有影响。      

基于改进SMVQ的图像压缩算法

在图像编码方法中,矢量量化被认为是一种有效的低比特率图像编码方法.边匹配有限状态矢量量化利用相邻图像块之间的相关性避免了图像块边界之间大的灰度跃变.本文提出了一种改进的边匹配有限状态矢量量化,即双向低复杂度基于改进梯度的边匹配有限状态矢量量化.在双向低复杂度基于改进梯度的边匹配有限状态矢量量化中,第一次量化的状态码书尺寸由相邻图像块的梯度确定,第二次量化对第一次量化后的矢量中梯度值大于设定门限的矢量重新进行量化以提高图像质量.此外,和传统边匹配有限状态矢量量化利用上邻矢量和左邻矢量确定状态码书不同,新算法利用上、下、左、右四个相邻矢量来确定状态码书.试验结果表明,该算法的第二层编码在峰值信噪比上有1.5dB的改善;和传统的边匹配矢量量化相比较,在比特率相同时峰值信噪比平均有1.54dB的改善.     

基于梯度的HEVC自适应码率控制算法研究

针对新一代视频编码标准HEVC中的码率控制问题,提出了一种基于梯度的自适应码率控制算法.算法的主要特点是自适应获取每个LCU的梯度来表示其复杂度,根据复杂度分配LCU层目标比特.同时,在分配帧层目标比特时利用缓冲区的状态信息,以使编码器输出的实际码率更符合给定的目标码率,并使缓冲区滞留的数据尽量少,即传输时延尽量小.实验结果表明,该算法与标准的HEVC码率控制提案K0103相比,缓冲区滞留数据量平均减少约39.31％,峰值信噪比平均提高约0.54 dB,同时实际码率与目标码率之间的码率偏差平均降低约0.39％.     

基于重复序列DFT信噪比估计的频域均衡技术

针对单载波频域均衡系统,提出一种基于重复序列 DFT 的信噪比估计算法,相比于传统的信噪比估计法性能改善明显,尤其在信噪比为 20 dB 时,信噪比标准差仅为传统相关法的 23.2%。基于该算法的频域均衡技术,相比于传统技术,在误帧率为 1e-3 时有 0.06 dB 的信噪比增益。同时,系统误帧率随平均导频块数增加而减小并趋于稳定,为兼顾误帧率与时延、存储间的关系,信道估计平均导频块数设计为八个,相比于更多数据块仅有 0.02dB 的性能损失。     

无线传感器网络中基于信息年龄的状态更新策略

针对具有能量收集的无线传感器网络(WSN)场景,传感器定期向基站发送状态更新信息,但受频谱资源限制,在给定时隙仅允许有限数量传感器进行发送。同时,发射功率受限于剩余能量的约束。围绕上述问题,提出了基于信息年龄(AoI)的马尔可夫决策过程(MDP)来构建状态的更新策略方案。模型刻画了WSN中频谱、能量及发送时隙三者之间的内在关系,同时,针对大规模传感网络下高计算复杂度问题,提出了基于Whittle Index的调度算法。该算法通过迭代得到了渐近最优性能,计算复杂度较之大规模MDP求解显著降低,兼顾了调度的实时性和准确性。     

Age of information analysis for internet of things information status update system with cellular backhaul and dedicated energy harvesting beacons

The Internet of Things (IoT) that is usually deployed with the assistance of cellular backhaul and energy harvesting (EH) is characterized by the status update freshness. However, the traditional nature EH results in the loss of information freshness due to the randomness of nature energy process. Although using wireless energy transferring (WET) to charge sensors can overcome this problem, this method has low-energy efficiency. With these considerations, this paper proposes a novel IoT system under cellular communication scenario by simultaneously exploiting the nature EH and WET. The proposed IoT system is consisted of a cellular backhaul subsystem, a wireless EH and transferring (WEHT) subsystem, and a wireless sensor status update subsystem. The WEHT subsystem employs the dedicated power beacons harvesting energy from natural energy source and transferring the harvested energy to sensor. For the proposed IoT system, this paper first investigates the WEHT subsystem and constructs the Markov Chain (MC) of discrete energy states as well as the MC state transition matrix. Second, the average AoI and peak AoI (PAoI) are formulated by separately considering cellular backhaul and EHTBs. The AoI (PAoI) comparison shows that the proposed EHTB-based IoT system can outperform the conventional non-EHTB one where the sensor directly harvests energy from natural source. At the same time, the numerical results exploit the impact of system parameters on AoI and PAoI, respectively. It is found that there exists a trade-off between the nature energy arrival and EHTB energy transfer so that the average minimum AoI and PAoI are achieved.     

基于信息年龄优化的多信道无线网络调度方法

信息年龄(AoI)是近年来针对时间敏感类应用所提出的一种描述数据交付及时性的度量标准,它是从网络中目标节点的角度出发,衡量其最新收到的数据包的新鲜程度。在信道资源受限的多信道无线网络场景中,基于信息年龄的链路调度问题需要考虑信道资源和链路冲突的约束。针对上述问题,该文提出一种逐时隙调度链路进行数据传输的调度方法,以最小化网络的平均信息年龄。该文首先将信息年龄的优化问题转化为李雅普诺夫优化问题,然后将冲突约束下的多信道分配问题转换为二分图匹配问题并采用Kuhn-Munkres(KM)算法进行求解,进而得到约束条件下的链路调度方法。仿真结果表明,所提方法有效地优化了网络中的平均信息年龄,提升了网络数据的新鲜度。     

Gamma-Gamma大气湍流中部分相干光通信系统性能研究

部分相干光在湍流大气中传输时,可以有效抑制湍流所引起的光强闪烁效应,从而改善通信链路性能。针对Gamma-Gamma大气湍流信道模型和部分相干光的光束特性,得到了采用OOK调制方式下部分相干光通信系统的平均误码率、中断概率和平均信道容量三个性能指标的解析表达式;在此基础上,分析了光束的空间相干长度和通信距离对通信链路的性能影响。计算结果表明,在相同的大气湍流条件和传输距离下,随着部分相干光的空间相干长度的减小,系统的误码率和中断概率逐步降低,在平均信噪比为30 dB时,系统的误码率可以达到10-5,中断概率低于10-6;另外,系统的平均信道容量会随着光束相干长度的减小而增加,在信噪比等于12 dB时,平均信道容量达到3.8 b/sHz-1。分析结果为部分相干光在湍流大气中实现可靠通信提供了理论依据。     

雾无线接入网中基于内容流行度和信息新鲜度的缓存更新策略

将边缘缓存技术引入雾无线接入网,可以有效减少内容传输的冗余。然而,现有缓存策略很少考虑已缓存内容的动态特性。该文提出一种基于内容流行度和信息新鲜度的缓存更新算法,该算法充分考虑用户的移动性以及内容流行度的时空动态性,并引入信息年龄(AoI)实现内容的动态更新。首先,所提出算法根据用户的历史位置信息,使用双向长短期记忆网络(Bi-LSTM)预测下一时间段用户位置;其次,根据预测得到的用户位置,结合用户的偏好模型得到各位置区的内容流行度,进而在雾接入点进行内容缓存。然后,针对已缓存内容的信息年龄要求,结合内容流行度分布,通过动态设置缓存更新窗口以实现高时效、低时延的内容缓存。仿真结果表明,所提算法可以有效地提高内容缓存命中率,在保障信息的时效性的同时最大限度地减小缓存内容的平均服务时延。     

热处理对背照式CMOS传感器信噪比影响的实验研究

基于真空光电阴极和背照式CMOS图像传感器研制了电子轰击CMOS(EBCMOS)混合型光电探测器.为了对BSI-CMOS图像传感器在EBCMOS混合型光电探测器领域的应用提供可靠性指导,对BSI-CMOS图像传感器进行了100℃～325℃的变温热处理实验,着重分析了热处理后的BSI-CMOS图像传感器的光响应输出信号值、固定模式噪声(fixed pattern noise,FPN)、随机噪声及信噪比(signal-to-noise ration,SNR)随热处理温度的变化规律.实验结果表明:随着热处理温度的升高,样品器件的光响应输出信号值基本保持不变,当温度升高至325℃时,样品器件的固定模式噪声由32 e-升高至246 e-,随机噪声由51 e-升高至70 e-,信噪比由17.76 dB降低至4.81 dB,其中信噪比的降低主要归因于固定模式噪声的增大,热处理温度达到325℃会导致BSI-CMOS图像传感器信噪比明显降低.