A local filtering-based energy-aware routing scheme in flying ad hoc networks
Creators
- 1. Duy Tan University
- 2. Cihan University-Erbil
- 3. Lebanese French University
- 4. University of Finance and Administration
- 5. Gachon University
Description
Abstract Flying ad hoc network (FANET) is a new technology, which creates a self-organized wireless network containing unmanned aerial vehicles (UAVs). In FANET, routing protocols deal with important challenges due to limited energy, frequent failures in communication links, high mobility of UAVs, and limited communication range of UAVs. Thus, a suitable path is always essential to transmit data between UAVs reliably. In this paper, a local filtering-based energy-aware routing scheme (LFEAR) is proposed for FANETs. LFEAR improves the template of the route request (RREQ) packet by adding three other fields, namely the energy, reliable distance, and movement similarity of the relevant route to create stable and energy-efficient paths between UAVs. In the routing process, LFEAR presents a local filtering construction technique to avoid the broadcasting storm issue. This filter limits the broadcasting range of RREQs in the network. Accordingly, only UAVs inside this local filtered area can rebroadcast RREQ and other UAVs must eliminate this packet. Upon the end of the route discovery process, the destination begins the route selection phase and extracts information about each discovered route, including the number of hops, route energy, reliable distance, and movement similarity from the relevant RREQ. Then, the destination node calculates a score for each path based on the extracted information, selects the route with the highest score, and sends a route reply (RREP) packet to the source node through this route. Finally, the simulation process of LFEAR is performed using the NS2 simulator, and two simulation scenarios, namely change in network density and change in the speed of UAVs, are defined to evaluate network performance. In the first scenario, LFEAR improves energy consumption, packet delivery rate, network lifespan, and delay by 1.33%, 1.77%, 6.74%, and 1.71%, while its routing overhead is about 16.51% more than EARVRT. In the second scenario, LFEAR optimizes energy consumption and network lifetime by 5.55% and 5.67%, respectively. However, its performance in terms of routing overhead, packet delivery rate, and delay is 23%, 2.29%, and 6.67% weaker than EARVRT, respectively.
Translated Descriptions
Translated Description (Arabic)
Abstract Flying ad hoc network (FANET) هي تقنية جديدة، تنشئ شبكة لاسلكية ذاتية التنظيم تحتوي على مركبات جوية بدون طيار (UAVs). في FANET، تتعامل بروتوكولات التوجيه مع تحديات مهمة بسبب الطاقة المحدودة، والفشل المتكرر في روابط الاتصال، والتنقل العالي للطائرات بدون طيار، ونطاق الاتصال المحدود للطائرات بدون طيار. وبالتالي، فإن المسار المناسب ضروري دائمًا لنقل البيانات بين الطائرات بدون طيار بشكل موثوق. في هذه الورقة، يُقترح مخطط توجيه محلي قائم على التصفية مدرك للطاقة (LFEAR) لشبكات FANET. تعمل LFEAR على تحسين قالب حزمة طلب المسار (RREQ) من خلال إضافة ثلاثة حقول أخرى، وهي الطاقة والمسافة الموثوقة وتشابه الحركة في المسار ذي الصلة لإنشاء مسارات مستقرة وموفرة للطاقة بين الطائرات بدون طيار. في عملية التوجيه، تقدم LFEAR تقنية بناء تصفية محلية لتجنب مشكلة عاصفة البث. يحد هذا المرشح من نطاق بث RREQs في الشبكة. وفقًا لذلك، يمكن فقط للطائرات بدون طيار داخل هذه المنطقة المصفاة المحلية إعادة بث RREQ ويجب على الطائرات بدون طيار الأخرى التخلص من هذه الحزمة. عند نهاية عملية اكتشاف المسار، تبدأ الوجهة مرحلة اختيار المسار وتستخرج معلومات حول كل مسار تم اكتشافه، بما في ذلك عدد القفزات وطاقة المسار والمسافة الموثوقة وتشابه الحركة من RREQ ذي الصلة. بعد ذلك، تحسب عقدة الوجهة درجة لكل مسار بناءً على المعلومات المستخرجة، وتختار المسار الذي حصل على أعلى درجة، وترسل حزمة رد المسار (RREP) إلى العقدة المصدر من خلال هذا المسار. أخيرًا، يتم إجراء عملية محاكاة LFEAR باستخدام محاكي NS2، ويتم تحديد سيناريوهين للمحاكاة، وهما التغير في كثافة الشبكة والتغير في سرعة الطائرات بدون طيار، لتقييم أداء الشبكة. في السيناريو الأول، تعمل LFEAR على تحسين استهلاك الطاقة ومعدل تسليم الحزمة وعمر الشبكة والتأخير بنسبة 1.33 ٪ و 1.77 ٪ و 6.74 ٪ و 1.71 ٪، في حين أن النفقات العامة لتوجيهها تزيد بنحو 16.51 ٪ عن EARVRT. في السيناريو الثاني، تعمل LFEAR على تحسين استهلاك الطاقة وعمر الشبكة بنسبة 5.55 ٪ و 5.67 ٪ على التوالي. ومع ذلك، فإن أدائها من حيث توجيه النفقات العامة، ومعدل تسليم الحزمة، والتأخير هو 23 ٪، 2.29 ٪، و 6.67 ٪ أضعف من EARVRT، على التوالي.Translated Description (French)
Abstract Flying ad hoc network (FANET) est une nouvelle technologie, qui crée un réseau sans fil auto-organisé contenant des véhicules aériens sans pilote (UAV). Dans FANET, les protocoles de routage traitent des défis importants en raison de l'énergie limitée, des défaillances fréquentes des liaisons de communication, de la grande mobilité des UAV et de la portée de communication limitée des UAV. Ainsi, un chemin approprié est toujours essentiel pour transmettre des données entre UAV de manière fiable. Dans cet article, un schéma de routage local sensible à l'énergie basé sur le filtrage (LFEAR) est proposé pour les FANET. LFEAR améliore le modèle du paquet de demande d'itinéraire (RREQ) en ajoutant trois autres champs, à savoir l'énergie, la distance fiable et la similitude de mouvement de l'itinéraire concerné pour créer des chemins stables et économes en énergie entre les UAV. Dans le processus de routage, LFEAR présente une technique de construction de filtrage local pour éviter le problème de tempête de diffusion. Ce filtre limite la portée de diffusion des RREQ dans le réseau. En conséquence, seuls les UAV à l'intérieur de cette zone filtrée locale peuvent rediffuser RREQ et les autres UAV doivent éliminer ce paquet. À la fin du processus de découverte d'itinéraire, la destination commence la phase de sélection d'itinéraire et extrait des informations sur chaque itinéraire découvert, y compris le nombre de sauts, l'énergie de l'itinéraire, la distance fiable et la similitude de mouvement du RREQ pertinent. Ensuite, le nœud de destination calcule un score pour chaque chemin en fonction des informations extraites, sélectionne l'itinéraire avec le score le plus élevé et envoie un paquet de réponse d'itinéraire (RREP) au nœud source via cet itinéraire. Enfin, le processus de simulation de LFEAR est effectué à l'aide du simulateur NS2, et deux scénarios de simulation, à savoir le changement de densité du réseau et le changement de vitesse des UAV, sont définis pour évaluer les performances du réseau. Dans le premier scénario, le LFEAR améliore la consommation d'énergie, le taux de livraison des paquets, la durée de vie du réseau et les retards de 1,33 %, 1,77 %, 6,74 % et 1,71 %, tandis que ses frais généraux de routage sont supérieurs d'environ 16,51 % à ceux de l'EARVRT. Dans le deuxième scénario, le LFEAR optimise la consommation d'énergie et la durée de vie du réseau de 5,55 % et 5,67 %, respectivement. Cependant, ses performances en termes de surdébit de routage, de taux de livraison de paquets et de délai sont respectivement de 23 %, 2,29 % et 6,67 % plus faibles que l'EARVRT.Translated Description (Spanish)
Resumen La red ad hoc de vuelo (FANET) es una nueva tecnología que crea una red inalámbrica autoorganizada que contiene vehículos aéreos no tripulados (UAV). En FANET, los protocolos de enrutamiento enfrentan desafíos importantes debido a la energía limitada, las fallas frecuentes en los enlaces de comunicación, la alta movilidad de los UAV y el rango de comunicación limitado de los UAV. Por lo tanto, una ruta adecuada siempre es esencial para transmitir datos entre vehículos aéreos no tripulados de forma fiable. En este documento, se propone un esquema de enrutamiento consciente de la energía basado en el filtrado local (LFEAR) para FANET. LFEAR mejora la plantilla del paquete de solicitud de ruta (RREQ) al agregar otros tres campos, a saber, la energía, la distancia confiable y la similitud de movimiento de la ruta relevante para crear rutas estables y energéticamente eficientes entre los UAV. En el proceso de enrutamiento, LFEAR presenta una técnica de construcción de filtrado local para evitar el problema de la tormenta de transmisión. Este filtro limita el rango de difusión de las RREQ en la red. En consecuencia, solo los UAV dentro de esta área local filtrada pueden retransmitir RREQ y otros UAV deben eliminar este paquete. Al final del proceso de descubrimiento de ruta, el destino comienza la fase de selección de ruta y extrae información sobre cada ruta descubierta, incluido el número de saltos, la energía de la ruta, la distancia confiable y la similitud de movimiento del RREQ relevante. Luego, el nodo de destino calcula una puntuación para cada ruta en función de la información extraída, selecciona la ruta con la puntuación más alta y envía un paquete de respuesta de ruta (RREP) al nodo de origen a través de esta ruta. Finalmente, el proceso de simulación de LFEAR se realiza utilizando el simulador NS2, y se definen dos escenarios de simulación, a saber, el cambio en la densidad de la red y el cambio en la velocidad de los UAV, para evaluar el rendimiento de la red. En el primer escenario, LFEAR mejora el consumo de energía, la tasa de entrega de paquetes, la vida útil de la red y el retraso en un 1,33%, 1,77%, 6,74% y 1,71%, mientras que su sobrecarga de enrutamiento es aproximadamente un 16,51% más que EARVRT. En el segundo escenario, LFEAR optimiza el consumo de energía y la vida útil de la red en un 5,55% y un 5,67%, respectivamente. Sin embargo, su rendimiento en términos de sobrecarga de enrutamiento, tasa de entrega de paquetes y retraso es un 23%, 2,29% y 6,67% más débil que EARVRT, respectivamente.Files
latest.pdf.pdf
Files
(3.1 MB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:d667a8803eb0b1a8d06bb0c6c986c491
|
3.1 MB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- مخطط توجيه محلي قائم على التصفية مدرك للطاقة في الشبكات المخصصة الطائرة
- Translated title (French)
- Un schéma de routage local sensible à l'énergie basé sur le filtrage dans les réseaux ad hoc volants
- Translated title (Spanish)
- Un esquema de enrutamiento consciente de la energía basado en el filtrado local en redes voladoras ad hoc
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W4392860265
- DOI
- 10.21203/rs.3.rs-3975950/v1