Published January 24, 2023 | Version v1
Publication Open

An energy-aware routing method using firefly algorithm for flying ad hoc networks

Creators

  • 1. University of Finance and Administration
  • 2. National Yunlin University of Science and Technology
  • 3. University of the West of England
  • 4. Islamic Azad University, Dezful Branch
  • 5. Gachon University
  • 6. Duy Tan University

Description

Flying ad-hoc networks (FANETs) include a large number of drones, which communicate with each other based on an ad hoc model. These networks provide new opportunities for various applications such as military, industrial, and civilian applications. However, FANETs have faced with many challenges like high-speed nodes, low density, and rapid changes in the topology. As a result, routing is a challenging issue in these networks. In this paper, we propose an energy-aware routing scheme in FANETs. This scheme is inspired by the optimized link state routing (OLSR). In the proposed routing scheme, we estimate the connection quality between two flying nodes using a new technique, which utilizes two parameters, including ratio of sent/received of hello packets and connection time. Also, our proposed method selects multipoint relays (MPRs) using the firefly algorithm. It chooses a node with high residual energy, high connection quality, more neighborhood degree, and higher willingness as MPR. Finally, our proposed scheme creates routes between different nodes based on energy and connection quality. Our proposed routing scheme is simulated using the network simulator version 3 (NS3). We compare its simulation results with the greedy optimized link state routing (G-OLSR) and the optimized link state routing (OLSR). These results show that our method outperforms G-OLSR and OLSR in terms of delay, packet delivery rate, throughput, and energy consumption. However, our proposed routing scheme increases slightly routing overhead compared to G-OLSR.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

تشمل الشبكات المخصصة الطائرة (FANETs) عددًا كبيرًا من الطائرات بدون طيار، والتي تتواصل مع بعضها البعض بناءً على نموذج مخصص. توفر هذه الشبكات فرصًا جديدة لمختلف التطبيقات مثل التطبيقات العسكرية والصناعية والمدنية. ومع ذلك، واجهت شبكات FANET العديد من التحديات مثل العقد عالية السرعة، والكثافة المنخفضة، والتغيرات السريعة في الطوبولوجيا. ونتيجة لذلك، يمثل التوجيه مشكلة صعبة في هذه الشبكات. في هذه الورقة، نقترح مخطط توجيه مدرك للطاقة في FANETs. هذا المخطط مستوحى من توجيه حالة الارتباط الأمثل (OLSR). في مخطط التوجيه المقترح، نقدر جودة الاتصال بين عقدتين طائرتين باستخدام تقنية جديدة، والتي تستخدم معلمتين، بما في ذلك نسبة حزم الترحيب المرسلة/المستلمة ووقت الاتصال. أيضًا، تختار طريقتنا المقترحة مرحلات متعددة النقاط (MPRs) باستخدام خوارزمية اليراع. يختار عقدة ذات طاقة متبقية عالية، وجودة اتصال عالية، ودرجة جوار أكثر، واستعداد أعلى مثل MPR. أخيرًا، ينشئ مخططنا المقترح مسارات بين العقد المختلفة بناءً على الطاقة وجودة الاتصال. تتم محاكاة مخطط التوجيه المقترح الخاص بنا باستخدام محاكي الشبكة الإصدار 3 (NS3). نقارن نتائج المحاكاة الخاصة به مع توجيه حالة الارتباط المحسّن الجشع (G - OLSR) وتوجيه حالة الارتباط المحسّن (OLSR). تظهر هذه النتائج أن طريقتنا تتفوق على G - OLSR و OLSR من حيث التأخير ومعدل تسليم العبوات والإنتاجية واستهلاك الطاقة. ومع ذلك، فإن مخطط التوجيه المقترح لدينا يزيد قليلاً من النفقات العامة للتوجيه مقارنة بـ G - OLSR.

Translated Description (French)

Les réseaux volants ad hoc (FANET) comprennent un grand nombre de drones, qui communiquent entre eux sur la base d'un modèle ad hoc. Ces réseaux offrent de nouvelles opportunités pour diverses applications telles que les applications militaires, industrielles et civiles. Cependant, les FANET ont été confrontés à de nombreux défis tels que les nœuds à grande vitesse, la faible densité et les changements rapides de la topologie. En conséquence, le routage est un problème difficile dans ces réseaux. Dans cet article, nous proposons un schéma de routage sensible à l'énergie dans les FANET. Ce schéma s'inspire du routage d'état de lien optimisé (OLSR). Dans le schéma de routage proposé, nous estimons la qualité de la connexion entre deux nœuds volants à l'aide d'une nouvelle technique, qui utilise deux paramètres, notamment le rapport des paquets hello envoyés/reçus et le temps de connexion. En outre, notre méthode proposée sélectionne des relais multipoints (MPR) à l'aide de l'algorithme firefly. Il choisit un nœud avec une énergie résiduelle élevée, une qualité de connexion élevée, un degré de voisinage plus élevé et une volonté plus élevée en tant que MPR. Enfin, notre schéma proposé crée des routes entre différents nœuds en fonction de la qualité de l'énergie et de la connexion. Notre schéma de routage proposé est simulé à l'aide du simulateur de réseau version 3 (NS3). Nous comparons ses résultats de simulation avec le routage d'état de lien optimisé gourmand (G-OLSR) et le routage d'état de lien optimisé (OLSR). Ces résultats montrent que notre méthode surpasse G-OLSR et OLSR en termes de délai, de débit de livraison des paquets, de débit et de consommation d'énergie. Cependant, notre schéma de routage proposé augmente légèrement les frais généraux de routage par rapport à G-OLSR.

Translated Description (Spanish)

Las redes de vuelo ad hoc (FANET) incluyen una gran cantidad de drones, que se comunican entre sí en función de un modelo ad hoc. Estas redes brindan nuevas oportunidades para diversas aplicaciones, como aplicaciones militares, industriales y civiles. Sin embargo, los FANET se han enfrentado a muchos desafíos, como nodos de alta velocidad, baja densidad y rápidos cambios en la topología. Como resultado, el enrutamiento es un problema difícil en estas redes. En este documento, proponemos un esquema de enrutamiento consciente de la energía en FANET. Este esquema está inspirado en el enrutamiento de estado de enlace optimizado (OLSR). En el esquema de enrutamiento propuesto, estimamos la calidad de la conexión entre dos nodos voladores utilizando una nueva técnica, que utiliza dos parámetros, incluida la relación de paquetes de saludo enviados/recibidos y el tiempo de conexión. Además, nuestro método propuesto selecciona relés multipunto (MPR) utilizando el algoritmo Firefly. Elige un nodo con alta energía residual, alta calidad de conexión, más grado de vecindario y mayor disposición como MPR. Finalmente, nuestro esquema propuesto crea rutas entre diferentes nodos basadas en la energía y la calidad de la conexión. Nuestro esquema de enrutamiento propuesto se simula utilizando el simulador de red versión 3 (NS3). Comparamos sus resultados de simulación con el codicioso enrutamiento de estado de enlace optimizado (G-OLSR) y el enrutamiento de estado de enlace optimizado (OLSR). Estos resultados muestran que nuestro método supera a G-OLSR y OLSR en términos de retraso, tasa de entrega de paquetes, rendimiento y consumo de energía. Sin embargo, nuestro esquema de enrutamiento propuesto aumenta ligeramente los gastos generales de enrutamiento en comparación con G-OLSR.

Files

s41598-023-27567-7.pdf.pdf

Files (3.5 MB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:34db14b4bc8c61a3a39293b8fc78aec9
3.5 MB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
طريقة توجيه مدركة للطاقة باستخدام خوارزمية اليراع للشبكات المخصصة للطيران
Translated title (French)
Une méthode de routage sensible à l'énergie utilisant un algorithme firefly pour faire voler des réseaux ad hoc
Translated title (Spanish)
Un método de enrutamiento consciente de la energía que utiliza un algoritmo de luciérnaga para volar redes ad hoc

Identifiers

Other
https://openalex.org/W4317830729
DOI
10.1038/s41598-023-27567-7

Is supplement to
https://openalex.org/W2607223747 (Other)
https://openalex.org/W2555559350 (Other)
https://openalex.org/W2381844443 (Other)
https://openalex.org/W2204238626 (Other)
https://openalex.org/W2186630360 (Other)
https://openalex.org/W2105937634 (Other)
https://openalex.org/W2081964190 (Other)
https://openalex.org/W2041855631 (Other)
https://openalex.org/W1976978163 (Other)
https://openalex.org/W1968750272 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Vietnam

References

  • https://openalex.org/W1549535141
  • https://openalex.org/W2731370694
  • https://openalex.org/W2902581577
  • https://openalex.org/W2922867394
  • https://openalex.org/W2948590029
  • https://openalex.org/W2969583475
  • https://openalex.org/W2988674373
  • https://openalex.org/W2990310893
  • https://openalex.org/W3013500184
  • https://openalex.org/W3021511176
  • https://openalex.org/W3033246023
  • https://openalex.org/W3049609370
  • https://openalex.org/W3089551248
  • https://openalex.org/W3095321432
  • https://openalex.org/W3097335007
  • https://openalex.org/W3111882850
  • https://openalex.org/W3118203807
  • https://openalex.org/W3120112915
  • https://openalex.org/W3120193246
  • https://openalex.org/W3123908207
  • https://openalex.org/W3127452746
  • https://openalex.org/W3134198304
  • https://openalex.org/W3134219912
  • https://openalex.org/W3141718459
  • https://openalex.org/W3162123725
  • https://openalex.org/W3166834709
  • https://openalex.org/W3170209107
  • https://openalex.org/W3170432910
  • https://openalex.org/W3183242850
  • https://openalex.org/W3199481472
  • https://openalex.org/W3199851060
  • https://openalex.org/W3202727693
  • https://openalex.org/W3203098540
  • https://openalex.org/W3204514413
  • https://openalex.org/W3208776268
  • https://openalex.org/W4240278190
  • https://openalex.org/W4281565075