In this paper, we consider a discrete-time information-update system, where a service provider can proactively retrieve information from the information source to update its data and users query the data at the service provider. One example is crowdsensing-based applications. In order to keep users satisfied, the application desires to provide users with fresh data, where the freshness is measured by the Age-of-Information (AoI). However, maintaining fresh data requires the application to update its database frequently, which incurs an update cost (e.g., incentive payment). Hence, there exists a natural tradeoff between the AoI and the update cost at the service provider who needs to make update decisions. To capture this tradeoff, we formulate an optimization problem with the objective of minimizing the total cost, which is the sum of the staleness cost (which is a function of the AoI) and the update cost. Then, we provide two useful guidelines for the design of efficient update policies. Following these guidelines and assuming that the aggregated request arrival process is Bernoulli, we prove that there exists a threshold-based policy that is optimal among all online policies and thus focus on the class of threshold-based policies. Furthermore, we derive the closed-form formula for computing the long-term average cost under any threshold-based policy and obtain the optimal threshold. Finally, we perform extensive simulations using both synthetic data and real traces to verify our theoretical results and demonstrate the superior performance of the optimal threshold-based policy compared with several baseline policies.


翻译:在本文中,我们考虑一个离散时间信息更新系统,一个服务供应商可以从信息源中主动检索信息,更新其数据和用户查询服务供应商的数据。一个例子是人群监测应用程序。为了让用户满意,应用程序希望向用户提供新数据,新鲜度由信息时代(AoI)衡量。然而,保持新数据需要应用来经常更新数据库,这需要更新成本(例如奖励付款)。因此,AoI与服务供应商的更新成本之间有着自然的权衡,而服务供应商需要更新决定。为了抓住这一权衡,我们制定了优化问题,目标是最大限度地降低总成本,即稳定成本(这是AoI的功能)和更新成本的总和。然后,我们为设计高效更新政策提供了两个有用的指南。遵循这些导则,假设基于最佳请求抵达进程是Bernoulli,我们证明存在一个基于门槛的政策,而服务供应商需要更新决定的更新成本更新成本。为了实现这一平衡,我们制定了一个优化的优化政策,目标是最大限度地降低总成本,也就是降低总成本成本(这是AoI的函数的功能)和更新成本;然后,我们为设计一个基于最优水平的模型,我们根据一些高端端政策,然后根据一个最优的模型,我们用最优的模型来进行任何最优的升级的政策。

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