J 2024

A local filtering‑based energy‑aware routing scheme in flying ad hoc networks

HOSSEINZADEH, Mehdi; Fatimatelbatoul Mahmoud HUSARI; Mohammad Sadegh YOUSEFPOOR; Jan LÁNSKÝ; Hong MIN et. al.

Basic information

Original name

A local filtering‑based energy‑aware routing scheme in flying ad hoc networks

Name in Czech

Schéma směrování založené na místním filtrování s ohledem na energii v létajících sítích ad hoc

Authors

HOSSEINZADEH, Mehdi; Fatimatelbatoul Mahmoud HUSARI; Mohammad Sadegh YOUSEFPOOR; Jan LÁNSKÝ and Hong MIN

Edition

Scientific Reports, London, Nature Publishing Group, 2024, 2045-2322

Other information

Language

English

Type of outcome

Article in a journal

Country of publisher

United Kingdom of Great Britain and Northern Ireland

Confidentiality degree

is not subject to a state or trade secret

References:

Organization

Vysoká škola finanční a správní, a.s. – Repository

UT WoS

001283344000078

EID Scopus

2-s2.0-85200309464

Keywords (in Czech)

Bezpilotní letadla (UAV), létající sítě ad hoc (FANET), směrování, mobilita, Umělá inteligence (AI)

Keywords in English

Unmanned aerial vehicles (UAVs), Flying ad hoc networks (FANETs), Routing, Mobility, Artificial intelligence (AI)
Changed: 31/8/2024 00:50, RNDr. Patrik Mottl, Ph.D.

Abstract

V originále

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 link failures, high mobility of UAVs, and limited communication range of UAVs. Thus, a suitable path is always essential to transmit data between UAVs. 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 fields, namely the energy, reliable distance, and movement similarity of the relevant route to create stable and energy-efficient paths. 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 RREQs and other UAVs must eliminate these packets. After ending 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. 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.

In Czech

Flying ad hoc network (FANET) je nová technologie, která vytváří samoorganizovanou bezdrátovou síť obsahující bezpilotní letouny (UAV). Ve FANETu se směrovací protokoly vypořádávají s důležitými výzvami kvůli omezené energii, častým poruchám spojení, vysoké mobilitě UAV a omezenému komunikačnímu dosahu UAV. Pro přenos dat mezi UAV je tedy vždy nezbytná vhodná cesta. V tomto článku je pro FANET navrženo schéma směrování založené na místním filtrování (LFEAR). LFEAR vylepšuje šablonu paketu požadavku na trasu (RREQ) přidáním tří polí, jmenovitě energie, spolehlivé vzdálenosti a podobnosti pohybu příslušné trasy, aby se vytvořily stabilní a energeticky účinné cesty. V procesu směrování představuje LFEAR konstrukční techniku místního filtrování, aby se zabránilo problému s bouří vysílání. Tento filtr omezuje rozsah vysílání RREQ v síti. V souladu s tím pouze UAV uvnitř této místní filtrované oblasti mohou znovu vysílat RREQ a ostatní UAV musí tyto pakety eliminovat. Po ukončení procesu zjišťování trasy cíl zahájí fázi výběru trasy a extrahuje informace o každé objevené trase, včetně počtu skoků, energie trasy, spolehlivé vzdálenosti a podobnosti pohybu. Poté cílový uzel vypočítá skóre pro každou cestu na základě extrahovaných informací, vybere cestu s nejvyšším skóre a touto cestou odešle paket s odpovědí na trasu (RREP) zdrojovému uzlu. Nakonec je simulační proces LFEAR proveden pomocí simulátoru NS2 a jsou definovány dva simulační scénáře, jmenovitě změna hustoty sítě a změna rychlosti UAV, pro hodnocení výkonu sítě. V prvním scénáři LFEAR zlepšuje spotřebu energie, rychlost doručování paketů, životnost sítě a zpoždění o 1,33 %, 1,77 %, 6,74 % a 1,71 %, přičemž jeho režie na směrování je o 16,51 % vyšší než u EARVRT. Ve druhém scénáři LFEAR optimalizuje spotřebu energie a životnost sítě o 5,55 % a 5,67 %. Jeho výkon z hlediska režie směrování, rychlosti doručování paketů a zpoždění je však o 23 %, 2,29 % a 6,67 % nižší než EARVRT.

Files attached