Експериментальна оцінка можливості використання алгоритму мурашиної колонії – AntHocNet для вирішення задачі маршрутизації у FANET

DOI: 10.31673/2412-9070.2024.060501

Анотація

FANET (Flying Ad-Hoc Networks) – це різновид бездротових мереж, які формуються групою безпілотних літальних апаратів (БПЛА), здатних взаємодіяти між собою без централізованого управління.
Однією з ключових властивостей FANET є їхня здатність до самоорганізації, що дозволяє мережі адаптуватися до змін топології та забезпечувати безперервний обмін даними між БПЛА. Такі мережі можуть швидко змінювати маршрути передачі інформації залежно від розташування вузлів, що особливо актуально для пошуково-рятувальних операцій, моніторингу середовища, збору розвідувальної інформації та інших завдань, які вимагають оперативного охоплення великих територій та обробки даних. Крім того, FANET здатні забезпечувати зв’язок у надзвичайних ситуаціях, коли традиційні засоби комунікації недоступні або пошкоджені. Інтеграція штучного інтелекту та алгоритмів машинного навчання може значно підвищити ефективність маршрутизації та сприяти адаптації мережі до змін в реальному часі. Це створює передумови для розробки ще більш автономних та ефективних рішень, які підвищують стабільність і продуктивність мереж.
Через високу мобільність вузлів і постійні зміни топології маршрутизація в FANET є вкрай складним завданням. Традиційні протоколи маршрутизації, які застосовуються в стаціонарних або наземних мережах, виявляються неефективними для FANET, оскільки вони не враховують постійних змін у координатах і швидкості вузлів. Для забезпечення стабільної та надійної передачі даних створюються спеціалізовані алгоритми, які враховують тривимірну динаміку руху та забезпечують високу ефективність навіть за умов високої швидкості руху вузлів.
У даній статті представлені результати дослідження, спрямованого на вдосконалення маршрутної взаємодії в мережах FANET. Особливу увагу приділено використанню мурашиних алгоритмів для вирішення задач маршрутизації. Проведені експерименти підтвердили, що протокол AntHocNet, заснований на принципах роботи мурашиних колоній, значно покращує якість передачі даних у FANET. Отримані результати відкривають нові можливості для створення інтелектуальних і адаптивних систем бездротового зв’язку.
Ключові слова: безпілотні літальні апарати, FANET, однорангові мережі, маршрутизаційні протоколи, ройовий інтелект, мурашині алгоритми, моделювання мереж, імітаційні методи.

Список використаної літератури

1. Bekmezci I., Sahingoz O.K., Temel S. Flying Ad Hoc Networks (FANETs) // A Survey. Ad Hoc Netw. 2013. Vol. 11. No. 3. Pp. 1254–1270.
2. Tareque M.H., Hossain M.S., Atiquzzaman M. On the Routing in Flying Ad Hoc Networks // Proc. of the Federated Conf. on Computer Science and Information Systems. 2015. Vol. 5. Pp. 1–9.
3. Vasiliev D.S., Meitis D.S., Abilov A. Simulation-based Comparison of AODV, OLSR and HWMP Protocols for Flying Ad Hoc Networks // Internet of Things, Smart Spaces, and Next Generation Networks and Systems. 2014. Vol. 8638. Pp. 245–252.
4. Beni G., Wang J. Swarm Intelligence in Cellular Robotic Systems. Robots and Biological Systems // Towards a New Bionics. 1993. Pp. 703–712.
5. Blum C. Ant colony optimization: Introduction and recent trends // Phys. Life Rev. 2005. Vol. 2. No. 4. Pp. 353–373.
6. Schoonderwoerd R., Holland O.E., Bruten J.L., Rothkrantz L.J.M. Ant-Based Load Balancing in Telecommunications Networks // Adapt. Behav. 1997. Vol. 5. No. 2. Pp. 169–207.
7. Ладиженський Ю.В., Мирецька В.А., Мирецький О.В. Застосування мурашиних алгоритмів для розв'язання задачі маршрутизації в комп'ютерних мережах // Наукові Праці Донецького Національного Технічного Університету. 2007. № 8(120). С. 178–192.
8. Di Caro G., Dorigo M. AntNet: Distributed Stigmergetic Control for Communications Networks // J. Artif. Intell. Res. 1998. Pp. 317–365.
9. Gulati M.K., Kumar K. Performance Comparison of Mobile Ad Hoc Network Routing Protocols // Int. J. Comput. Netw. Commun. 2014. Vol. 6. No. 2. Pp. 127–142.
10. Liu J., Jiang X., Nishiyama H., Kato N., Shen X. End-to-end Delay in Mobile Ad Hoc Networks with Generalized Transmission Range and Limited Packet Redundancy // 2012 IEEE Wireless Communications and Networking Conf. 2012. Pp. 1731–1736.
11. de Moraes R.M., Sadjadpour H.R., Garcia-Luna-Aceves J.J. Throughput-Delay Analysis of Mobile Ad-Hoc Networks with a Multi-Copy Relaying Strategy // Sensor and Ad Hoc Communications and Networks. 1st Annual IEEE Communications Society Conf. 2004. Pp. 200–209.
12. Seddik-Ghaleb A., Ghamri-Doudane Y., Senouci S.-M. Effect of Ad Hoc Routing Protocols on TCP Performance within MANETs // 3rd Annual IEEE Communications Society on Sensor and Ad Hoc Communications and Networks. 2006. Vol. 3. Pp. 866–873.
13. Jacquet P., Viennot L. Overhead in Mobile Ad-Hoc Network Protocols // Research Report-3965. INRIA, France, 2000.