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- Q-learning aplicado a protocolos MAC baseados em Slotted ALOHA para Redes de Sensores Sem FiosPublication . Baptista, Amilton Venâncio; Velez, Fernando José da SilvaNesta dissertação, abordamos um desafio crucial no âmbito das Redes de Sensores Sem Fios (RSSFs) baseadas no padrão IEEE 802.15.4: a eficiência energética, particularmente relevante diante do crescente interesse na expansão da Internet das Coisas (IoT). Em um cenário em que cidades inteligentes, agricultura de precisão e aplicações de saúde remota impulsionam a evolução da IoT, a eficiência energética dos nós sensores emerge como uma consideração crítica. Nossa análise concentra-se nos protocolos de acesso ao meio existentes, com especial ênfase no Carrier Sense Multiple Access (CSMA), protocolo tradicionalmente adotado neste padrão. Em contrapartida, propomos a adoção e otimização do protocolo Slotted ALOHA como alternativa, visando superar as limitações identificadas nos protocolos convencionais e alinhando-se com os requisitos da IoT. Apresentamos variantes aprimoradas do Slotted ALOHA, incorporando técnicas como Binary Exponential Backoff (BEB) e aprendizado de reforço, nomeadamente o Q-learning. A implementação dessas melhorias visa não apenas otimizar o rendimento da rede, mas também aprimorar a eficiência energética, reduzir o atraso nas transmissões e proporcionar benefícios substanciais em diversas métricas operacionais, fundamentais para o sucesso da IoT. Através de simulações no MATLAB, demonstramos que o Slotted ALOHA aprimorado com Q-learning oferece benefícios significativos em termos de consumo energético e redução do atraso, destacando-se como uma alternativa promissora ao CSMA para RSSFs na era da IoT. Essa contribuição não só avança na compreensão das dinâmicas de eficiência energética, mas também propõe soluções práticas e inovadoras para otimizar o desempenho global das RSSFs em ambientes diversos e desafiadores.
- Q-Learning-Driven Enhancement of Slotted ALOHA in IEEE 802.15.4 WSNsPublication . Baptista, Amilton; Velez, Fernando J.Given the proliferation of connected devices and the prioritization of real-time data acquisition across various scenarios, enhancing the energy efficiency within Wireless Sensor Networks (WSNs) is of paramount importance. This work has focused on the IEEE 802.15.4 standard and addresses existing medium access control protocols such as CSMA or Slotted ALOHA and proposes refinements in the Slotted ALOHA protocol through incorporating techniques like Binary Exponential Backoff (BEB) and Q-learning. These enhancements have demonstrated to be promising in terms of average delay reduction, energy efficiency and bolstered network throughput. As it facilitates more efficient energy management it constitutes a robust alternative to conventional CSMA in WSN MAC sub-layer protocols.