Optimization and autonomous distributed algorithms for heterogeneous wireless protocol environment

异构无线协议环境的优化与自治分布式算法

基本信息

批准号：
22H01493
负责人：
長谷川幹雄
金额：
$ 10.98万
依托单位：
Tokyo University of Science
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

無線LAN、Bluetooth、IoT用無線など、様々な無線通信システムがアンライセンスバンドで利用されている。同じチャネルを同時に利用する瞬間には干渉や衝突が起こるため、これらのシステムはそれぞれ異なる通信プロトコルによって衝突を避けながら通信しているが、送信機の数や種類が増えれば衝突率は悪化する。本研究では、多数のシステムをプロトコルレベルまで最適に共存させる自律分散型共存方式を確立する。本年度は主に、現在920MHz帯で用いられているLow Power Wide Area(LPWA)方式のように多数チャネルが利用可能である状況を想定し、大規模なIoT無線通信システムの実現を目指し研究を進めた。強化学習を用いた自律分散型アルゴリズムによるチャネル手法を提案しており、コンピュータシミュレーションによって、10000台規模の大規模IoT環境における提案手法の有効性を示した。本手法は、計算量の小さいMulti-Armed Banditアルゴリズムを、IoT端末それぞれで実行することによって自律分散的にチャネル選択させる手法である。本提案手法を50台のIoT端末に実装し、実環境における実験においても、その有効性を示している。また、ISM帯で共存する複数の無線通信システムの同時送信時の通信品質モデル構築の検討を進めた。次年度以降も、詳細なシミュレーションを行い、共存モデルとアルゴリズムの完成を目指す。

无线通信系统，包括无线LAN，蓝牙和物联网无线，用于无执照的频段。当同时使用同一通道时，干扰和碰撞会同时发生，并且这些系统在避免碰撞的同时使用不同的通信协议进行通信，但是随着发射机的数量和类型的增加，碰撞率会恶化。在这项研究中，我们建立了一种自主分布的共存方法，其中许多系统可以最佳地达到协议级别。今年，我们主要进行了研究，旨在实现大规模的IoT无线通信系统，估计有许多渠道可用的情况，例如当前920MHz频段中当前使用的低功率宽区域（LPWA）系统。我们提出了一种使用强化学习的自主分布式算法的通道方法，计算机模拟证明了该方法在10,000个单位的大规模IoT环境中提出的方法的有效性。该方法涉及通过在每个物联网终端执行少量计算的多臂强盗算法来自主分散的通道选择。该提出的方法是在50个IoT设备上实现的，其有效性也显示在现实环境中的实验中。此外，当多个无线通信系统同时在ISM频段共存时，我们一直在考虑构建通信质量模型。明年及以后，我们将继续进行详细的模拟，以完成共存模型和算法。