بهبود الگوریتم مسیریابی Geo-LU با درنظرگرفتن طول عمر پیوند‌ها در انتخاب گام بعدی به سمت مقصد در شبکه‌های بین خودرویی

غفوری وایقان, ربابه; لطفی نکو, محمدحسین

بهبود الگوریتم مسیریابی Geo-LU با درنظرگرفتن طول عمر پیوند‌ها در انتخاب گام بعدی به سمت مقصد در شبکه‌های بین خودرویی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

¹ استادیار، گروه کامپیوتر، دانشکده فنی و مهندسی، واحد شهرقدس، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران

² کارشناسی ارشد، گروه کامپیوتر، دانشکده فنی و مهندسی، واحد شهرقدس، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران

چکیده

الگوریتمهای مسیریابی در شبکههای بین خودرویی به دو دستة الگوریتمهای مبتنی بر توپولوژی و الگوریتمهای مبتنی بر موقعیت دستهبندی میشوند. الگوریتمهای مبتنی بر موقعیت به دلیل مقیاس‌پذیر بودن، برای شبکههای بین خودرویی مناسبتر هستند. در این الگوریتمها گرهها با استفاده از پیامهای Hello اطلاعات مربوط به همسایگان خود را به دست میآورند و سپس بر اساس اطلاعات به‌دست‌آمده از همسایگان، گام بعدی به سمت مقصد انتخاب میشود. الگوریتم Geo-LU(Geographical Link Utility) یک الگوریتم مسیریابی مبتنی بر موقعیت است که در آن گرهها علاوه بر اطلاعات همسایگان یک گامی، اطلاعات همسایگان دو گامی را نیز گردآوری میکنند و به‌این‌ترتیب دید محلی خود را در انتخاب گام بعدی به سمت مقصد وسیع‌تر میکنند. باتوجه‌به اطلاعات به‌دست‌آمده از همسایگان یک گامی و دو گامی، در هر مرحله زوجی متشکل از یک همسایة یک گامی و یک همسایة دو گامی به سمت مقصد انتخاب می‌شود. در این الگوریتم از بین زوج‌های کاندید، زوجی انتخاب میشود که ضمن داشتن فاصلة کمتر با مقصد، دارای کیفیت پیوند بهتر (پیوندی با نرخ تحویل بالاتر) و پهنای باند بیشتری باشد. در الگوریتم Geo-LU یکی از مهم‌ترین ویژگی‌های شبکه‌های بین خودرویی که طول عمر کوتاه پیوندها به دلیل تحرک بالای گرهها است در انتخاب زوج بعدی (گام بعدی) در نظر گرفته نشده است؛ لذا در این مقاله کارایی الگوریتم Geo-LU با درنظرگرفتن طول عمر پیوند‌ها در انتخاب زوج بعدی بهبود داده میشود. به‌این‌ترتیب روش پیشنهادی در مقابل تغییرات مداوم توپولوژی و قطعی اتصالات میتواند عملکرد بهتری نسبت به الگوریتم Geo-LU داشته باشد. روش پیشنهادی با استفاده از NS2 شبیهسازی شده و آزمایشات متعددی برای بررسی و ارزیابی عملکرد آن انجام شده است. نتایج شبیهسازی نشان میدهد که روش پیشنهادی در مقایسه با پروتکل Geo-LU در سناریوهایی با تراکم متفاوت خودروها به طور متوسط باعث افزایش 3 درصدی نرخ تحویل بسته و کاهش 6 درصدی تأخیر انتها به انتها شده و همچنین در سناریوهایی با سرعت متفاوت خودروها، باعث افزایش 5 درصدی نرخ تحویل بسته و کاهش 20 درصدی تأخیر انتها به انتها میشود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

ردیابی، مکان یابی، آشکار سازی و شنود سیگنال

عنوان مقاله [English]

Improving the Geo-LU routing algorithm by considering the lifetime of links in selecting the next hop toward the destination in VANETs

نویسندگان [English]

Robabeh Ghafouri Vayghan ¹
Mohammad Hossein Lotfi nekoo ²

¹ Assistant Professor, Department of Computer, Shahr-e-Qods Branch, Islamic Azad University, Tehran, Iran

² Master's degree, Computer Department, Faculty of Technology and Engineering, Shahr-Quds Branch, Islamic Azad University, Tehran, Iran

چکیده [English]

Routing algorithms in VANETs are classified into two categories: topology-based algorithms and position-based algorithms. Position-based algorithms are more suitable for VANETs due to their scalability. In these algorithms, the nodes obtain information about their neighbors using Hello messages, and then based on the information obtained from the neighbors, the next hop towards the destination is selected. The Geo-LU (Geographical Link Utility) algorithm is a position-based routing algorithm in which nodes collect the information of two-hop neighbors in addition to one-hop neighbors information. In this way, they expand their local view in selecting the next hop towards the destination. According to the information obtained from one-hop and two-hop neighbors, a pair consisting of one one-hop neighbor and one two-hop neighbor is selected towards the destination. In this algorithm, among the candidate pairs, a pair is selected which, while having a shorter distance to the destination, has a better link quality (a link with a higher delivery rate) and more bandwidth. In the Geo-LU algorithm, one of the most important challenges of VANETs, which is the short lifetime of links due to the mobility of nodes, is not considered in the selection of the next pair. Therefore, in this paper, the efficiency of the Geo-LU algorithm is improved by considering the lifetime of links when selecting the next pair. In this way, the proposed method can perform better than the Geo-LU algorithm against the mobility of nodes and the loss of connections in VANETs. The proposed method has been simulated using NS2 and several experiments have been conducted to check and evaluate its performance. The simulation results show that the proposed method compared to the Geo-LU protocol in scenarios with different density of vehicles increases 3% the packet delivery ratio and decreases 6% the end to end delay. Also the proposed method in scenarios with different speed of vehicles increases 5% packet delivery ratio and reduces 20% end to end delay .

کلیدواژه‌ها [English]

VANETs
.Geographic routing Geo-LU algorithm Links lifetime

مراجع

[1]

M. Sohail, Z. Latif, S. Javed, S. Biswas, S. Ajma, U. Iqbal and M. Raza, "Routing protocols in Vehicular Adhoc Networks (VANETs): A comprehensive survey," Internet of Things, vol. 23, 2023. https://doi.org/10.1016/j.iot.2023.100837

[2]

A. Kumar Goyal, G. Agarwal, A. K. Tripathi and S. Girish, "Systematic Study of VANET Applications, Challenges, Threats, Attacks, Schemes and Issues in Research," in Green Computing in Network Security, Taylor & Francis, 2022, p. 20.

[3]

A. Srivastava, A. Prakash and R. Tripathi, "Location based routing protocols in VANET: Issues and existing solutions," Vehicular Communications, no. 23, 2020. https://doi.org/10.1016/j.vehcom.2020.100231

[4]

B.-L. Souaad, F. Semchedine and L. Bouallouche-Medjkoune, "Geographic routing protocols for vehicular ad hoc NETworks (VANETs): A survey," Vehicular Communications, vol. 11, pp. 20-31, 2018. https://doi.org/10.1016/j.vehcom.2018.01.006

[5]

A. Ullah, X. Yao, S. Shaheen and H. Ning, "Advances in position based routing towards ITS enabled fog-oriented VANET-a survey," IEEE Trans. Intell. Transp. Syst., vol. 21, no. 2, pp. 828-840, 2020. doi: 10.1109/TITS.2019.2893067

[6]

A. Khan, A. A. Siddiqui and F. Ullah, "VP-CAST : Velocity and Position-Based Broadcast Suppression for VANETs," IEEE Transactions on Intelligent Transportation Systems., vol. 23, no. 10, pp. 18512-18525, 2022. doi: 10.1109/TITS.2022.3153122

[7]

A. T. Amaya, A. A. P. Pohl, M. S. Fonseca and R. Lüders, "Traffic-Aware Beacon Interval for Position-Based Protocols in VANETs," in 2022 IEEE Latin-American Conference on Communications (LATINCOM), 2022. doi: 10.1109/LATINCOM56090.2022.10000575

[8]

J. Aznar-Poveda, A. García-Sánchez and E. Egea-López, "Approximate reinforcement learning to control beaconing congestion in distributed networks," Scientific Reports, vol. 142, 2022. https://doi.org/10.1038/s41598-021-04123-9

[9]

A. Hassan, A. Abdullah and O. Kaiwartya, "Multi-metric geographic routing for vehicular ad hoc networks," vol. 24, p. 2763–2779. https://doi.org/10.1007/s11276-017-1502-5

[10]

O. Alzamzam and I. Mahgoub, "Geographic routing enhancement for urban VANETs using link dynamic behavior: A cross layer approach," Vehicular Communications, vol. 31, 2021. https://doi.org/10.1016/j.vehcom.2021.100354

[11]

S. Haider, G. Abbas, Z. H. Abbas and T. Baker, "DABFS: A robust routing protocol for warning messages dissemination in VANETs," Computer Communications, vol. 147, pp. 21-34, 2019. https://doi.org/10.1016/j.comcom.2019.08.011

[12]

O. Alzamzam and I. Mahgoub, "Link utility aware geographic routing for urban VANETs using two-hop neighbor information," Ad Hoc Networks, vol. 106, 2020. https://doi.org/10.1016/j.adhoc.2020.102213

[13]

B. Karp and H. T. Kung, "GPSR: greedy perimeter stateless routing for wireless networks," in Proceedings of the 6th annual international conference on Mobile computing and networking, 2000.

[14]

Z. Squalli Houssaini, I. Zaimi, M. Drissi and M. Oumsis, "Trade-off between accuracy, cost, and QoS using a beacon-on-demand strategy and Kalman filtering over a VANET," Digital Communications and Networks, vol. 4, no. 1, pp. 13-26, 2018.

https://doi.org/10.1016/j.dcan.2017.09.001

[15]

R. K. Jaiswal, "Position-based routing protocol using Kalman filter as a Prediction module for vehicular ad hoc networks," Computers and Electrical Engineering, vol. 83, 2020. https://doi.org/10.1016/j.compeleceng.2020.106599

[16]

N. Dharani Kumari and B. Shylaja, "AMGRP: AHP-based Multimetric Geographical Routing Protocol for Urban environment of VANETs," Journal of King Saud University – Computer and Information Sciences, vol. 31, no. 1, pp. 72-81, 2019.

https://doi.org/10.1016/j.jksuci.2017.01.001

[17]

R. Karimi and S. Shokrollahi, "Predictive geographic routing protocol for VANETs," Computer Networks, vol. 141, pp. 67-81, 2018.

https://doi.org/10.1016/j.comnet.2018.05.017

[18]

G. Abbas, S. Ullah, M. Waqas, Z. H. Abbas and M. l. Bila, "A position-based reliable emergency message routing scheme for road safety in VANETs," Computer Networks, vol. 213, 2022.

https://doi.org/10.1016/j.comnet.2022.109097

[19]

S.Shokrollahi, M.Dehghan,"TGRV: A trust- based geographic routing protocol for VANETs," Ad Hoc Networks, vol. 140, 2023.

https://doi.org/10.1016/j.adhoc.2022.103062

[20]

B. Kim, S. Ullah, K. Hoon Kim, B. Roh, "An enhanced geographical routing protocol based on multi-criteria decision making method in mobile ad-hoc networks," Ad Hoc Networks, vol. 103, 2020, https://doi.org/10.1016/j.adhoc.2020.102157.

[21]

S. Shahabi Rabori, M. Ghazvini, " Presenting a New Algorithm with Aiming to Improve Security and Performance of AODV Protocol in Ad Hoc Network," Journal of Electronical & Cyber Defence, vol. 5, No. 4,2017(InPersian) https://dor.isc.ac/dor/20.1001.1.23224347.1396.5.4.6.1

[22]

W. Su, S.-J. Lee and M. Gerla, "Mobility Prediction and RoutinginAdHocWireless Networks,"International Journal of Network Management," vol. 11, no. 1, pp. 3-30, 2002. doi: 10.1109/MILCOM.2000.905001

[23]

S.-S. Wang and Y.-S. Lin, "PassCAR: A passive clustering aided routing protocol for vehicular ad hoc networks," Computer Communications, vol. 36, no. 2, pp. 170-180, 2013. https://doi.org/10.1016/j.comcom.2012.08.013

[24]

T. Issariyakul, E. Hossain, "Introduction to Network Simulator NS2," Springer, 2009, https://doi.org/10.1007/978-0-387-71760-9

[25]

D.Krajzewicz, G. Hertkorn, C. Feld and P. Wagner, "SUMO (Simulation of Urban MObility); An open-source traffic simulation," in 4th Middle East Symposium on Simulation and Modelling, 2002.