[论文解读] Forever Young: Aging Control In DTNs

Eitan Altman, Rachid El Azouzi+2 more|arXiv (Cornell University)|Sep 27, 2010

Opportunistic and Delay-Tolerant Networks参考文献 18被引用 14

一句话总结

本文提出了一种延迟容忍网络（DTNs）中的老化控制策略，通过马尔可夫决策过程（MDP）推导出基于阈值的策略，优化移动设备激活，以在能量成本与金钱成本之间平衡消息老化程度。研究证明了最优用户行为的存在性，并为内容发布者提供了算法，用于设置奖励包以激励用户及时更新。

ABSTRACT

The demand for Internet services that require frequent updates through small messages, such as microblogging, has tremendously grown in the past few years. Although the use of such applications by domestic users is usually free, their access from mobile devices is subject to fees and consumes energy from limited batteries. If a user activates his mobile device and is in range of a service provider, a content update is received at the expense of monetary and energy costs. Thus, users face a tradeoff between such costs and their messages aging. The goal of this paper is to show how to cope with such a tradeoff, by devising \emph{aging control policies}. An aging control policy consists of deciding, based on the current utility of the last message received, whether to activate the mobile device, and if so, which technology to use (WiFi or 3G). We present a model that yields the optimal aging control policy. Our model is based on a Markov Decision Process in which states correspond to message ages. Using our model, we show the existence of an optimal strategy in the class of threshold strategies, wherein users activate their mobile devices if the age of their messages surpasses a given threshold and remain inactive otherwise. We then consider strategic content providers (publishers) that offer \emph{bonus packages} to users, so as to incent them to download updates of advertisement campaigns. We provide simple algorithms for publishers to determine optimal bonus levels, leveraging the fact that users adopt their optimal aging control strategies. The accuracy of our model is validated against traces from the UMass DieselNet bus network.

研究动机与目标

• 解决在DTNs中移动设备激活的能量成本与金钱成本和接收到的消息老化之间的权衡问题。
• 将用户行为建模为马尔可夫决策过程（MDP），其中状态表示消息老化程度，以确定最优激活决策。
• 识别出基于阈值的策略是在资源受限条件下最小化老化相关成本的最优策略。
• 使内容提供商能够设计奖励包，以战略性地激励用户激活设备以实现及时更新。
• 使用麻省大学阿默斯特分校DieselNet公交车网络的真实轨迹数据验证模型的准确性。

提出的方法

• 将问题表述为连续时间马尔可夫决策过程（MDP），其中状态由消息老化程度定义。
• 定义效用函数以反映较老消息价值递减的特性，捕捉用户成本-收益权衡。
• 证明存在最优阈值策略：仅当消息老化超过临界阈值时才激活设备。
• 使用动态规划方法，基于老化状态间的转移速率和成本参数计算最优阈值。
• 设计算法，使发布者能够基于推导出的最优用户策略，计算最优奖励水平以最大化用户参与度。
• 使用麻省大学阿默斯特分校DieselNet公交车网络的真实移动轨迹数据验证模型预测。

实验结果

研究问题

• RQ1 移动用户应采用何种最优策略，以最小化在DTNs中能量成本、金钱费用和消息老化程度的综合成本？
• RQ2 在MDP建模下，能否证明基于阈值的激活策略在老化控制中是最优的？
• RQ3 内容提供商应如何设定奖励包，以有效激励用户激活设备以实现更新？
• RQ4 所提出的模型在多大程度上反映了机会型网络中真实用户的行为？
• RQ5 消息老化程度和更新频率的变化对最优激活阈值有何影响？

主要发现

• 最优老化控制策略为阈值策略，即用户仅在消息老化超过特定阈值时才激活设备。
• 模型表明，此类阈值策略可在遵守能量和金钱约束的前提下，最小化消息老化带来的期望成本。
• 发布者可使用简单算法计算出与用户最优老化控制策略相一致的最优奖励水平。
• 模型预测与麻省大学阿默斯特分校DieselNet公交车网络的真实移动轨迹高度吻合，验证了其准确性。
• 消息老化与激活成本之间的权衡得到了定量刻画，从而实现了精确的策略设计。
• 该框架使内容提供商能够通过有针对性的激励策略，战略性地影响用户行为，而不会过度激励。