This paper defines a new model which incorporates three key ingredients of a large class of wireless communication systems: (1) spatial interactions through interference, (2) dynamics of the queueing type, with users joining and leaving, and (3) carrier sensing and collision avoidance as used in, e.g., WiFi. In systems using (3), rather than directly accessing the shared resources upon arrival, a customer is considerate and waits to access them until nearby users in service have left. This new model can be seen as a missing piece of a larger puzzle that contains such dynamics as spatial birth-and-death processes, the Poisson-Hail model, and wireless dynamics as key other pieces. It is shown that, under natural assumptions, this model can be represented as a Markov process on the space of counting measures. The main results are then two-fold. The first is on the shape of the stability region and, more precisely, on the characterization of the critical value of the arrival rate that separates stability from instability. The second is of a more qualitative or perhaps even ethical nature. There is evidence that for natural values of the system parameters, the implementation of sensing and collision avoidance stabilizes a system that would be unstable if immediate access to the shared resources would be granted. In other words, for these parameters, renouncing greedy access makes sharing sustainable, whereas indulging in greedy access kills the system.


翻译:本文定义了一个新模型,该模型融合了大规模无线通信系统中的三个关键要素:(1) 通过干扰实现的空间交互作用;(2) 排队型动态过程,即用户加入和离开;(3) 载波侦听与冲突避免机制(例如WiFi中所用)。在采用机制(3)的系统中,用户并非在到达时直接接入共享资源,而是保持礼貌并等待,直至附近正在服务的用户离开后再行接入。这一新模型可视为更大难题中缺失的一块拼图,该难题还包含空间生灭过程、泊松冰雹模型及无线动态过程等关键组成部分。研究表明,在自然假设下,该模型可表示为计数测度空间上的马尔可夫过程。随后主要结论分两方面呈现:其一涉及稳定性区域的形态,更精确地说,是刻画区分稳定与不稳定状态的到达率临界值;其二则更具定性乃至伦理性质——有证据表明,对于系统参数的自然取值,实施侦听与冲突避免机制能够稳定一个若允许立即接入共享资源便会不稳定的系统。换言之,针对这些参数,放弃贪婪式接入使资源共享得以持续,而沉溺于贪婪接入则会导致系统崩溃。

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