Decentralized Configuration of TSCH-Based IoT Networks for Distinctive QoS: A Deep Reinforcement Learning Approach

强化学习 计算机科学 服务质量 节点(物理) 分布式计算 趋同(经济学) 过程(计算) 计算机网络 频道(广播) 物联网 人工智能 工程类 嵌入式系统 结构工程 经济 经济增长 操作系统
作者
Hamideh Hajizadeh,Majid Nabi,Kees Goossens
出处
期刊:IEEE Internet of Things Journal [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:10 (19): 16869-16880 被引量:10
标识
DOI:10.1109/jiot.2023.3272561
摘要

The IEEE 802.15.4 time-slotted channel hopping (TSCH) is widely used as a reliable, low-power, and low-cost communication technology for many industrial Internet of Things (IoT) networks. In many applications, Quality-of-Service (QoS) requirements are different for heterogeneous nodes, necessitating nonequal parameter settings per node. This results in a very large configuration space making space exploration complex and time consuming. Moreover, network state and QoS requirements may change over time. Thus, run-time configuration mechanisms are needed for making decisions about proper node settings to consistently satisfy diverse and dynamic QoS requirements. In this article, we propose a run-time decentralized self-optimization framework based on deep reinforcement learning (DRL) for parameter configuration of a multihop TSCH network. DRL adopts neural networks as approximate functions to speed up the process of converging to QoS-satisfying configurations. Simulation results show that our proposed framework enables the network to use the right configuration settings according to the diverse QoS demands of different nodes. Moreover, it is shown that the convergence time of the learning framework is in the order of a few minutes which is acceptable for many IoT applications.

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