无线Mesh网络中基于强化学习的路由算法设计

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网络规模的快速增长加剧了无线Mesh网络流量分布的复杂性和动态性,给路由算法的设计提出了更高的要求。传统基于单点转发的路由策略需预设网络流量特征,易出现拥塞且难以匹配网络状态变化。因此,本论文提出融合机会路由与强化学习来构建路由策略,利用机会路由的多点转发思想缓解拥塞,同时应用深度强化学习来适应网络拓扑和负载的动态变化,并联合考虑不同性能指标来优化路由选择。本论文主要研究内容如下:1、介绍并分析了强化学习对无线Mesh网络路由性能的影响。以单点转发路由策略为例,初步探索并分析了融合强化学习的路由策略设计,为更为复杂的基于多点转发的智能路由策略设计与优化提供基础与比较基准。2、综合考虑无线Mesh网络的路由性能与节点负载均衡,研究了基于强化学习的机会路由策略。首先,定义了联合考虑链路传输失败次数和节点负载的奖励函数,基于马尔可夫决策建模了机会路由策略中的节点组选择问题。通过调控权重系数,能满足不同的应用需求。进一步,提出了基于Q学习的机会路由算法。3、综合考虑无线Mesh网络的路由性能与节点负载及能量均衡,研究了基于深度强化学习的机会路由策略。使用深度强化学习技术将原决策问题中Q值表的计算及更新通过深度神经网络框架转化为函数的拟合问题,解决了高维状态下Q值表的存储及计算开销问题。同时,将节点剩余能量考虑进奖励函数的设计中,以避免部分节点能耗过高。进一步,设计了基于深度Q网络(Deep Q Network,DQN)的机会路由算法。
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