Protocolo MAC Energéticamente Eficiente para Redes de Sensores Submarinos Usando CSMA/CA, TDMA y Fusión de Aprendizaje por Refuerzo Actor-Crítico (AC-RL)
Autores: Rahman, Wazir Ur; Gang, Qiao; Zhou, Feng; Tahir, Muhammad; Ali, Wasiq; Adil, Muhammad; Zong Xin, Sun; Khattak, Muhammad Ilyas
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2025
Acceso abierto
Artículo científico
2025
Protocolo MAC Energéticamente Eficiente para Redes de Sensores Submarinos Usando CSMA/CA, TDMA y Fusión de Aprendizaje por Refuerzo Actor-Crítico (AC-RL)
Categoría
Artes
Subcategoría
Música
Palabras clave
Entorno submarino
Comunicación
Redes de sensores inalámbricos
Control de potencia
Protocolo MAC
Aprendizaje por refuerzo
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 26
Citaciones: Sin citaciones
Debido al entorno submarino dinámico y hostil, que implica un largo retraso en la propagación, una alta tasa de error de bits y un ancho de banda limitado, es un desafío lograr una comunicación confiable en redes de sensores inalámbricos submarinos (UWSNs) y aplicaciones de soporte de red, como el monitoreo ambiental y la predicción de desastres naturales, que requieren eficiencia energética y baja latencia. Para abordar estos desafíos, presentamos el control de potencia basado en AC-RL (ACRLPC), un nuevo protocolo MAC híbrido que puede integrar de manera eficiente el Acceso Múltiple por Detección de Portadora con Evitación de Colisiones (CSMA/CA) y el Acceso Múltiple por División de Tiempo (TDMA) con Aprendizaje por Refuerzo Actor-Crítico (AC-RL). El marco propuesto emplea estrategias adaptativas, utilizando control de potencia adaptativo y métodos de acceso inteligentes, que se ajustan a las condiciones fluctuantes de la red. Las evaluaciones de rendimiento en el duro y dinámico entorno submarino del esquema propuesto confirman un rendimiento significativamente superior de ACRLPC en comparación con los protocolos actuales de FDU-MAC, TCH-MAC y UW-ALOHA-QM en todas las principales medidas de rendimiento, como consumo de energía, rendimiento, precisión, latencia y complejidad computacional. El ACRLPC es un protocolo ultraeficiente en energía, ya que proporciona una mayor eficiencia energética al maximizar el rendimiento y limitar la latencia. Su superación de la complejidad computacional lo convierte en un enfoque que relaja en gran medida el requisito de procesamiento, especialmente en el caso de implementaciones submarinas grandes y escalables. La arquitectura híbrida única que se propone combina de manera efectiva lo mejor de ambos mundos, aprovechando el TDMA para un acceso confiable, y la flexibilidad del CSMA/CA sirve como un mecanismo robusto y holístico que cumple con los habilitadores deseados del sistema.
Descripción
Debido al entorno submarino dinámico y hostil, que implica un largo retraso en la propagación, una alta tasa de error de bits y un ancho de banda limitado, es un desafío lograr una comunicación confiable en redes de sensores inalámbricos submarinos (UWSNs) y aplicaciones de soporte de red, como el monitoreo ambiental y la predicción de desastres naturales, que requieren eficiencia energética y baja latencia. Para abordar estos desafíos, presentamos el control de potencia basado en AC-RL (ACRLPC), un nuevo protocolo MAC híbrido que puede integrar de manera eficiente el Acceso Múltiple por Detección de Portadora con Evitación de Colisiones (CSMA/CA) y el Acceso Múltiple por División de Tiempo (TDMA) con Aprendizaje por Refuerzo Actor-Crítico (AC-RL). El marco propuesto emplea estrategias adaptativas, utilizando control de potencia adaptativo y métodos de acceso inteligentes, que se ajustan a las condiciones fluctuantes de la red. Las evaluaciones de rendimiento en el duro y dinámico entorno submarino del esquema propuesto confirman un rendimiento significativamente superior de ACRLPC en comparación con los protocolos actuales de FDU-MAC, TCH-MAC y UW-ALOHA-QM en todas las principales medidas de rendimiento, como consumo de energía, rendimiento, precisión, latencia y complejidad computacional. El ACRLPC es un protocolo ultraeficiente en energía, ya que proporciona una mayor eficiencia energética al maximizar el rendimiento y limitar la latencia. Su superación de la complejidad computacional lo convierte en un enfoque que relaja en gran medida el requisito de procesamiento, especialmente en el caso de implementaciones submarinas grandes y escalables. La arquitectura híbrida única que se propone combina de manera efectiva lo mejor de ambos mundos, aprovechando el TDMA para un acceso confiable, y la flexibilidad del CSMA/CA sirve como un mecanismo robusto y holístico que cumple con los habilitadores deseados del sistema.