Reinforcement Learning-based Wi-Fi Contention Window Optimization
Notice bibliographique
Résumé
The collision avoidance mechanism adopted by the IEEE 802.11 standard is not optimal. The mechanism employs a binary exponential backoff (BEB) algorithm in the medium access control (MAC) layer. Such an algorithm increases the backoff interval whenever a collision is detected to minimize the probability of subsequent collisions. However, the increase of the backoff interval causes degradation of the radio spectrum utilization (i.e., bandwidth wastage). That problem worsens when the network has to manage the channel access to a dense number of stations, leading to a dramatic decrease in network performance. Furthermore, a wrong backoff setting increases the probability of collisions such that the stations experience numerous collisions before achieving the optimal backoff value. Therefore, to mitigate bandwidth wastage and, consequently, maximize the network performance, this work proposes using reinforcement learning (RL) algorithms, namely Deep Q Learning (DQN) and Deep Deterministic Policy Gradient (DDPG), to tackle such an optimization problem. In our proposed approach, we assess two different observation metrics, the average of the normalized level of the transmission queue of all associated stations and the probability of collisions. The overall network’s throughput is defined as the reward. The action is the contention window (CW) value that maximizes throughput while minimizing the number of collisions. As for the simulations, the NS-3 network simulator is used along with a toolkit known as NS3-gym, which integrates a reinforcement-learning (RL) framework into NS-3. The results demonstrate that DQN and DDPG have much better performance than BEB for both static and dynamic scenarios, regardless of the number of stations. Additionally, our results show that observations based on the average of the normalized level of the transmission queues have a slightly better performance than observations based on the collision probability. Moreover, the performance difference with BEB is amplified as the number of stations increases, with DQN and DDPG showing a 45.52% increase in throughput with 50 stations.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction distillée sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Apprise à partir de 10 348 étiquettes directes de Codex et de 10 348 étiquettes directes de Gemma. Le mode candidate est l'union des têtes enseignantes seuillées; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont ni des étiquettes humaines ni des étiquettes directes de modèles de pointe.
Scores Codex et Gemma par catégorie
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,001 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,004 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,000 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule tête enseignante, pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».