Stochastic allocation of resources in the context of wireless systems ultimately demands reactive decision making for meaningfully optimizing network-wide random utilities, while respecting certain resource constraints. Standard ergodic-optimal policies are however susceptible to the statistical variability of fading, often leading to systems which are severely unreliable and spectrally wasteful. On the flip side, minimax/outage-optimal policies are too pessimistic and often hard to determine. We propose a new risk-aware formulation of the resource allocation problem for standard multi-user point-to-point power-constrained communication with no cross-interference, by employing the Conditional Value-at-Risk (CV@R) as a measure of fading risk. A remarkable feature of this approach is that it is a convex generalization of the ergodic setting while inducing robustness and reliability in a fully tunable way, thus bridging the gap between the (naive) ergodic and (conservative) minimax approaches. We provide a closed-form expression for the CV@R-optimal policy given primal/dual variables, extending the classical stochastic waterfilling policy. We then develop a primal-dual tail-waterfilling scheme to recursively learn a globally optimal risk-aware policy. The effectiveness of the approach is verified via detailed simulations.


翻译:在无线系统背景下的随机资源分配,最终需要反应性决策,以便在满足特定资源约束的同时,有意义地优化网络范围的随机效用。然而,标准的遍历最优策略易受信道衰落统计变异性的影响,常常导致系统严重不可靠且频谱利用效率低下。另一方面,最小最大/中断最优策略过于悲观且往往难以确定。本文提出一种新的风险感知资源分配公式,用于标准无交叉干扰的多用户点对点功率受限通信,采用条件风险价值(Conditional Value-at-Risk, CV@R)作为衰落风险的度量。该方法的一个显著特点是:它在完全可调的方式下,作为遍历设置的一种凸推广,同时引入了稳健性和可靠性,从而弥合了(天真的)遍历方法与(保守的)最小最大方法之间的差距。我们给出了给定原始/对偶变量条件下CV@R最优策略的闭式表达式,扩展了经典的随机注水策略。然后,我们开发了一种原始-对偶尾部注水方案,以递归方式学习全局最优的风险感知策略。通过详细仿真验证了该方法的有效性。

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最优策略亦称“平衡策略”、“稳定策略”。在对策中,能够形成平衡局势的局中人的策略。最优策略构成对策的解。它根据局中人选取策略的形式是有目的地选取,还是根据一定的概率值随机地选取,分成最优纯策略和最优混合策略两类。在有鞍点的矩阵对策中,参与对策的局中人根据鞍点选取并构成平衡局势的策略为最优纯策略。在没有鞍点的矩阵决策中,参与对策的局中人的最优策略为最优混合决策。
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