یک پروتکل ارتباطی با تأخیر محدود و پیچیدگی کم برای FANET های چند خوشه‌ای
چکیده
امروزه شبکه های Ad-hoc هوایی با قابلیت اتصال بین هواپیماهای بدون سرنشین در کاربردهای های نظامی و غیر نظامی اهمیت بالایی دارند. حساسیت برنامه ها نیاز به سازگاری ، کارآمدی، تأخیر محدود و شبکه ارتباطی مقیاس پذیر در میان UAV ها برای نتقال داده را ایجاب می کند . به دلیل پیچیدگی پروتکل ارتباطی، استحکام، هزینه اجزای تجاری آماده، پهنای باند رادیویی محدود، تحرک بالا و منابع محاسباتی، حفظ سطح خدمات مطلوب به کار دشواری تبدیل می شود. در این مقاله برای اولین بار FANET های چند خوشه ای را برای مدیریت کارآمد شبکه ارائه داده ایم. روش ارائه شده هزینه ارتباط را به طور قابل توجهی کاهش می دهد و کارایی شبکه را در حد پروتکل شبکه های کم توان، دارای پیچیدگی کم و کم هزینه IEEE 802.15.4 برای ارتباط درون خوشه ای و بین خوشه ای بهینه می کند. در این تحقیق هر دو حالت beacon-enabled و beaconless به ترتیب با برشهای زمانی تضمین شده و دسترسی چندگانه تقسیم زمانی (TDMA) بررسی شده اند. این روش نقش مهمی برای حفظ پهنای باند در کاربردهای حساس به نهفتگی ایفا کرده و برخوردها و تأخیرهای دسترسی به رسانه را حفظ می کند. هم چنین آنالیز پروتکل های مسیریابی ad-hoc شامل دو پروتکل پیشگرانه (OLSR, DSDV) و یک پروتکل فعال (AODV) ارائه شده است. نتایج نشان می دهد که طرح پیشنهادی نرخ تحویل بسته بالایی را تضمین می کند در حالی که سطح قابل قبولی از نیازمندیهای نهفتگی را در مقایسه با پروتکل های پیچیده تر و خاص منظوره موجود در ادبیات دارد.
1- معرفی
نودهای هوابرد در FANET ها با سرعت بالا در بازه 30 تا 640 کیلومتر بر ساعت حرکت می کنند که منجر به تغییر مکرر توپولوژی می‌شود و این امر باعث نوسانات و شکستگی لینک می‌شود. FANET ها برای برنامه های بسیار حساس نظیر نظارت بر ترافیک، سنجش از راه دور، نظارت بر بلایای طبیعی، عملیات جستجو، نظارت مرزی و شبکه های باز پخش استفاده می شوند [3-6]، این برنامه ها نیاز به تحویل دقیق و سریع اطلاعات دارند. بنابراین، مهمترین چالش هایی که باید توسط MAC در FANET و لایه های مسیریابی مورد توجه قرار گیرند، قابلیت اطمینان بالا و تاخیر محدود در تحویل داده هستند [7،8].
شبکه های تک خوشه ای تنها می توانند مناطق کم ماموریت را پوشش دهند [9]، از این رو ما FANET های چند خوشه ای را پیشنهاد می کنیم که در آن سرخوشه ی یک خوشه با سرخوشه ی خوشه دیگری برای مدیریت کارآمد شبکه ، کاهش هزینه ارتباطات و بهینه سازی عملکرد شبکه ارتباط برقرار می کند. ارتباط بین خوشه ها نه تنها اطلاعات افزونی که باعث افزایش قدرت و قابلیت اطمینان می شود را به اشتراک می گذارد بلکه باعث افزایش سطح مقیاس پذیری و مناطق تحت پوشش شبکه می شود.
Abstract
Recently, Flying Ad-hoc Networks (FANETs), enabling ad-hoc networking between Unmanned Aerial Vehicles (UAVs) is gaining importance in several military and civilian applications. The sensitivity of the applications requires adaptive; efficient; delay bounded and scalable communication network among UAVs for data transmission. Due to communication protocol complexity; rigidity; cost of commercial-off-the-shelf (COT) components; limited radio bandwidth; high mobility and computational resources; maintaining the desired level of Quality of Service (QoS) becomes a daunting task. For the first time in this research we propose multicluster FANETs for efficient network management; the proposed scheme considerably reduces communication cost and optimizes network performance as well as exploit low power; less complex and low cost IEEE 802.15.4 (MAC) protocol for intercluster and intracluster communication. In this research both beacon enabled mode and beaconless modes have been investigated with Guaranteed Time Slots (GTS) and virtual Time Division Multiple Access (TDMA) respectively. The methodology plays a key role towards reserving bandwidth for latency critical applications; eliminate collisions and medium access delays. Moreover analysis ad-hoc routing protocols including two proactive (OLSR, DSDV) and one reactive (AODV) is also presented. The results shows that the proposed scheme guarantees high packet delivery ratios while maintaining acceptable levels of latency requirements comparable with more complex and dedicatedly designed protocols in literature.
1. Introduction
Airborne nodes in FANETs move at a high speed of 30–460 km/ hr [1], resulting in frequent topology changes which in turn cause link fluctuations and breakages [2]. FANETs are used for highly sensitive applications such as traffic monitoring, remote sensing, disaster monitoring, search operations, border surveillance and relaying networks [3–6], these applicaions require precise and prompt data delivery. Thus, the most important challenges that need to be addressed by FANET MAC and routing layers are of high reliability and delay bounded data delivery [7,8].
Single cluster networks can only cover small mission areas [9], hence, we propose multicluster FANETs, in which cluster head in one cluster communicates with the cluster head in another cluster for efficient network management, reducing communication cost and optimizing network performance. The communication between cluster heads not only shares redundant information enhancing robustness and reliability but also adds to scalability and coverage area of the network.
چکیده
1. معرفی
2. کارهای مرتبط
2.1 پروتکل های MAC
2.2 پروتکل های مسیریابی
3. روش پیشنهادی
3.1 تشکیل چند خوشه ای
3.2 انتخاب سر خوشه
3.3 مدل انتشار
3.4 مدل تحرک
3.5 IEEE 802.15.4 برای FANET های چند خوشه ای
3.6 پروتکل های مسیریابی
3.7 عملیات پروتکل
4. تنظیمات شبیه سازی و معیارهای عملکرد
4.1 نسبت تحویل بسته (PDR)
4.2 میانگین تاخیر انتها به انتها (End-to-End) (E2E)
5. نتایج و تجزیه و تحلیل
5.1 IEEE 802.15.4 در حالت beacon enabled
5.2 حالت Beaconless IEEE 802.15.4
5.3 Ieee 802.11
6. نتیجه گیری
Abstract
1. Introduction
2. Related work
2.1. MAC protocols
2.2. Routing protocols
3. Proposed methodology
3.1. Multicluster formation
3.2. Cluster head selection
3.3. Propagation model
3.4. Mobility model
3.5. IEEE 802.15.4 for multicluster FANETs
3.6. Routing protocols
3.7. Protocol operation
4. Simulation setup and performance metrics
4.1. Packet Delivery Ratio (PDR)
4.2. Average End-to-End (E2E) delay
4.3. Normalized Routing Load (NRL)
5. Results and analysis
5.1. IEEE 802.15.4 beacon enabled mode
5.2. IEEE 802.15.4 beaconless mode
5.3. Ieee 802.11
6. Conclusion
- اصل مقاله انگلیسی با فرمت ورد (word) با قابلیت ویرایش
- ترجمه فارسی مقاله با فرمت ورد (word) با قابلیت ویرایش، بدون آرم سایت ای ترجمه
- ترجمه فارسی مقاله با فرمت pdf، بدون آرم سایت ای ترجمه