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Software-Defined Radio Implementation of Age-of-Information-Oriented Random Access
arXiv - CS - Networking and Internet Architecture Pub Date : 2020-03-31 , DOI: arxiv-2003.14329
Zixiao Han, Jiaxin Liang, Yifan Gu, He Chen

More and more emerging Internet of Things (IoT) applications involve status updates, where various IoT devices monitor certain physical processes and report their latest statuses to the relevant information fusion nodes. A new performance measure, termed the age of information (AoI), has recently been proposed to quantify the information freshness in time-critical IoT applications. Due to a large number of devices in future IoT networks, the decentralized channel access protocols (e.g. random access) are preferable thanks to their low network overhead. Built on the AoI concept, some recent efforts have developed several AoI-oriented ALOHA-like random access protocols for boosting the network-wide information freshness. However, all relevant works focused on theoretical designs and analysis. The development and implementation of a working prototype to evaluate and further improve these random access protocols in practice have been largely overlooked. Motivated as such, we build a software-defined radio (SDR) prototype for testing and comparing the performance of recently proposed AoI-oriented random access protocols. To this end, we implement a time-slotted wireless system by devising a simple yet effective over-the-air time synchronization scheme, in which beacons that serve as reference timing packets are broadcast by an access point from time to time. For a complete working prototype, we also design the frame structures of various packets exchanged within the system. Finally, we design a set of experiments, implement them on our prototype and test the considered algorithms in an office environment.

中文翻译:

面向信息时代的随机接入的软件定义无线电实现

越来越多的新兴物联网 (IoT) 应用涉及状态更新,其中各种物联网设备监控某些物理过程并将其最新状态报告给相关的信息融合节点。最近提出了一种新的性能指标,称为信息时代 (AoI),用于量化时间关键型物联网应用中的信息新鲜度。由于未来物联网网络中的设备数量众多,分散式通道访问协议(例如随机访问)因其较低的网络开销而更受欢迎。基于 AoI 概念,最近的一些努力开发了几种面向 AoI 的类似于 ALOHA 的随机访问协议,以提高网络范围的信息新鲜度。然而,所有相关工作都集中在理论设计和分析上。在实践中评估和进一步改进这些随机访问协议的工作原型的开发和实施在很大程度上被忽视了。受此启发,我们构建了一个软件定义无线电 (SDR) 原型,用于测试和比较最近提出的面向 AoI 的随机接入协议的性能。为此,我们通过设计一种简单而有效的空中时间同步方案来实现时隙无线系统,在该方案中,作为参考定时数据包的信标由接入点不时广播。对于一个完整的工作原型,我们还设计了系统内交换的各种数据包的帧结构。最后,我们设计了一组实验,在我们的原型上实现它们,并在办公环境中测试所考虑的算法。我们构建了一个软件定义无线电 (SDR) 原型,用于测试和比较最近提出的面向 AoI 的随机访问协议的性能。为此,我们通过设计一种简单而有效的空中时间同步方案来实现时隙无线系统,在该方案中,作为参考定时数据包的信标由接入点不时广播。对于一个完整的工作原型,我们还设计了系统内交换的各种数据包的帧结构。最后,我们设计了一组实验,在我们的原型上实现它们,并在办公环境中测试所考虑的算法。我们构建了一个软件定义无线电 (SDR) 原型,用于测试和比较最近提出的面向 AoI 的随机访问协议的性能。为此,我们通过设计一种简单而有效的空中时间同步方案来实现时隙无线系统,在该方案中,作为参考定时数据包的信标由接入点不时广播。对于一个完整的工作原型,我们还设计了系统内交换的各种数据包的帧结构。最后,我们设计了一组实验,在我们的原型上实现它们,并在办公环境中测试所考虑的算法。我们通过设计一种简单而有效的空中时间同步方案来实现时隙无线系统,其中作为参考定时数据包的信标由接入点不时广播。对于一个完整的工作原型,我们还设计了系统内交换的各种数据包的帧结构。最后,我们设计了一组实验,在我们的原型上实现它们,并在办公环境中测试所考虑的算法。我们通过设计一种简单而有效的空中时间同步方案来实现时隙无线系统,其中作为参考定时数据包的信标由接入点不时广播。对于一个完整的工作原型,我们还设计了系统内交换的各种数据包的帧结构。最后,我们设计了一组实验,在我们的原型上实现它们,并在办公环境中测试所考虑的算法。
更新日期:2020-04-01
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