Динамическое распределение слотов RACH для минимизации коллизий в сетях NB-IoT на основе алгоритмов обучения с подкреплением

Предметом исследования является управление доступом к каналам случайного доступа (Random Access Channel, RACH) в сетях узкополосного Интернета вещей (Narrowband Internet of Things, NB-IoT), испытывающих перегрузки при высокой плотности размещения устройств. Объектом исследования выступают процедуры динамического распределения слотов RACH с использованием методов машинного обучения. Основное внимание уделяется применению алгоритмов обучения с подкреплением (Reinforcement Learning, RL), в частности методов Q-learning и Deep Q-Network (DQN). Авторы детально рассматривают проблему перегрузки каналов и связанных с ней коллизий, приводящих к задержкам передачи данных и повышенному энергопотреблению устройств. Анализируется недостаточная эффективность традиционных статических методов управления слотами и обосновывается необходимость внедрения динамического подхода, способного адаптироваться к изменяющимся условиям сети. В исследовании использовались методы машинного обучения, включающие Q-learning и DQN, а также симуляционное моделирование в среде NS-3 с интеграцией RL-агента для динамического перераспределения RACH-слотов. Научная новизна исследования заключается в разработке и интеграции специализированного RL-агента, позволяющего осуществлять адаптивное распределение слотов RACH на основе текущего состояния сети NB-IoT. Основными выводами проведённого исследования являются подтверждённая высокая эффективность предложенного динамического подхода, обеспечившего снижение числа коллизий на 74%, увеличение числа успешных подключений на 16% и улучшение энергоэффективности устройств на 15% по сравнению с традиционными статическими методами. Перспективность дальнейших исследований состоит в масштабировании предложенного подхода на сети с большим числом устройств, изучении мультиагентных RL-подходов, экспериментальной проверке и интеграции разработанного метода с реальными сетями NB-IoT, а также в разработке гибридных моделей управления, сочетающих алгоритмы обучения с подкреплением с другими методами машинного обучения.

NB-IoT, Reinforcement Learning, Q-learning, DQN, коллизии, NS-3, обучение с подкреплением, RACH, IoT, Интернет вещей