Stratégies d'allocation de ressources basées sur la théorie des jeux et l'apprentissage par renforcement pour les réseaux acoustiques sous-marins

Résumé

Le milieu sous-marin constitue un environnement acoustique partagé entre une grande diversité d’acteurs, naturels (mammifères marins, faune benthique) et artificiels (modems de communication, sonars, capteurs, systèmes de télémétrie), contrairement aux radiocommunications terrestres, où le spectre est strictement encadré par des régulations internationales, l’environnement acoustique sous-marin demeure non coordonné, non normalisé, et soumis à une pression croissante du fait des activités anthropiques (océanographie, défense, prospection, exploitation des ressources marines, etc.). Dans ce contexte, la cohabitation non réglementée de nombreuses sources concurrentes peut conduire à un masquage mutuel des signaux, compromettant sévèrement la fiabilité des communications. Cette situation met en lumière une problématique majeure : le partage efficace et équitable des ressources acoustiques limitées (temps, fréquence, puissance) entre les différents utilisateurs du canal. En effet, sans mécanismes adaptés pour gérer l’accès multiple au canal, les interférences et la concurrence entre les utilisateurs peuvent rapidement dégrader les performances globales du système. Cette thèse vise à résoudre le problème du partage des ressources dans les environnements acoustiques sous-marins en proposant des stratégies d’accès multiple à la fois robustes, adaptatives et décentralisées. Les solutions envisagées offrent la capacité aux systèmes de communication d’adapter automatiquement et intelligemment leurs paramètres de transmission selon l’état du canal et l’activité des utilisateurs, tout en s’affranchissant de toute coordination centralisée. Pour atteindre cet objectif, la thèse adopte une approche interdisciplinaire s’appuyant sur la théorie des jeux coopératifs et l’apprentissage par renforcement. Plutôt que de considérer les utilisateurs comme des compétiteurs opportunistes, elle explore des modèles de coopération entre agents acoustiques, où chaque noeud vise à maximiser la performance globale du réseau et à réduire les interférences grâce à des décisions locales mais coordonnées. Ce paradigme, inspiré des réseaux cognitifs terrestres, s’avère particulièrement adapté au contexte sous-marin, caractérisé par un environnement dynamique, bruité et à faible bande passante, où la gestion centralisée demeure difficile à mettre en oeuvre.

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