Abstract-Uerial Vehicles (UAV) har en enorm potential på det offentliga och det civila området. Dessa är särskilt användbara i tillämpningar där människoliv annars skulle utsättas för fara. Multi-UAV system kan tillsammans slutföra uppdrag mer effektivt och ekonomiskt jämfört med enskilda UAV system. Det finns dock många frågor som måste lösas innan en effektiv användning av UAV kan göras för att tillhandahålla stabila och tillförlitliga kontextspecifika nätverk. En stor del av det arbete som utförs inom områdena för mobila ad hoc-nätverk (MANET) och Vehicular Ad Hoc-nätverk (VANET) tar inte upp UAV-nätens unika egenskaper. UAV-nätverk kan variera från långsam dynamisk till dynamisk; har intermittenta länkar och fluid topologi. Även om man anser att ad hoc-nätnät skulle vara lämpligast för UAV-nät, har arkitekturen för multi-UAV-nät varit ett understuderat område. Programvarudefinierad nätverkshantering (SDN) skulle kunna underlätta flexibel distribution och hantering av nya tjänster och bidra till att minska kostnaderna, öka säkerheten och tillgängligheten i nätverk. UAV-nätens krav går utöver MANETS och VANETS behov. Det krävs protokoll som kan anpassas till hög rörlighet, dynamisk topologi, intermittenta länkar, maktbegränsningar och ändrad länkkvalitet. UAV kan misslyckas och nätverket kan få partitionerad göra fördröjning och avbrott tolerans en viktig konstruktion övervägande. Begränsad livslängd på noden och dynamiken i nätverket leder till kravet på sömlösa överlämnanden där forskare tittar på det arbete som görs inom områdena MANETS och VANETS, men juryn är fortfarande ute. Eftersom energiförsörjningen på UAV:er är begränsad bör protokoll i olika skikt bidra till att göra nätet grönare. I den här artikeln undersöks det arbete som gjorts med alla dessa kvarstående frågor, som rör denna nya klass av nätverk, för att stimulera ytterligare forskning inom dessa områden. Index Terms-Unmanned Aerial Vehicle, UAV, Multi-UAV Networks, ad hoc nätverk, kommunikationsnät, trådlösa mesh nätverk, programvara definierade nätverk, routing, sömlös överlämning, energieffektivitet I. INLEDNING Obemannade luftfarkoster (UAV) är en framväxande De senare har visat sig vara ganska användbara i civila tillämpningar. Som Daniel och Wietfeld beskrev [1] kommer de sannolikt att bli ovärderliga inslag i polisens, brandkårens och andra säkerhetsorganisationers verksamhet inom den närmaste framtiden. Dessutom har framstegen inom elektronik och sensorteknik utvidgat räckvidden för UAV-nätverkstillämpningar [2] till att omfatta tillämpningar som är så olika som trafikövervakning, vinduppskattning och fjärranalys [3]. I detta sammanhang skulle det vara relevant att nämna att de nuvarande FAA-riktlinjerna gör det möjligt för en statlig offentlig säkerhetsbyrå att driva obemannade luftfartyg som väger högst 4 kilo, inom operatörens synfält; mindre än 400 meter över marken; under dagsljusförhållanden; inom luftrum av klass G; och utanför 5 stadgemil från varje flygplats, helikopter, sjöflygplansbas, rymdhamn eller annan plats. För modellflygplan omfattar FAA:s vägledning inte modellluftfartygets storlek. I riktlinjerna från Federal Aviation Authority [4] sägs att modellflygningar bör hållas under 400 fot över marknivå (AGL), bör flygas tillräckligt långt från befolkade områden och fullskaliga flygplan, och inte för företag Lav Gupta*, Senior Member IEEE, Raj Jain, Fellow, IEEE, och Gabor Vaszkun På en nyligen genomförd utställning i Decatur, Illinois, om jordbrukstillämpningar av små UAVs drog 1400 deltagare från 33 stater och 6 länder. Enligt Stu Ellis, en arrangör, "Du kan spendera fyra till fem timmar promenader en 80-akre sojaböna fält," och noterade att samma mark kan täckas på en halvtimme eller mindre av en drönare. I sitt meddelande från juni 2014 klargjorde dock FAA att drönare som inte används av hobbyister eller någon kommersiell användning måste ha ett förhandsgodkännande från FAA. Myndigheten nämner särskilt jordbruk -tillsammans med foto- och leveranstjänster -som typer av företag som omfattas av reglering.  Även om det kan vara lovande, är detta område relativt nytt och mindre utforskat. Det finns många problem att lösa innan effektiv användning av UAV kan göras för att ge stabila och tillförlitliga kontextspecifika nätverk. Som vi kommer att se senare, medan det erbjuder löftet om förbättrad kapacitet och kapacitet, upprättande och upprätthållande av effektiv kommunikation bland UAVs är utmanande. Alla komponenter i UAV:s kommunikationsnät utgör utmanande frågor som behöver lösas. Till skillnad från många andra trådlösa nätverk, topologin av UAV nätverk förblir flytande med antalet noder och länkar förändras och även relativa positioner av noderna att ändra. UAV:er kan röra sig med varierande hastigheter beroende på applikationen, vilket skulle orsaka att länkarna upprättas intermittent. Vilka utmaningar skulle ett sådant uppförande innebära? För det första skulle vissa aspekter av den arkitektoniska utformningen inte vara intuitiva. Flytande topologi, de försvinnande noder och fina länkar skulle alla utmana designern att gå bortom de normala ad hoc mesh nätverk. För det andra kan routingprotokollet inte vara ett enkelt genomförande av ett proaktivt eller reaktivt system. Den inter-UAV ryggraden måste upprepade gånger omorganisera sig när UAVs misslyckas. I vissa fall kan nätverket bli partitionerat. Utmaningen skulle då vara att skicka paketet från en källa till en destination samtidigt som man optimerar det valda mätvärdet. Den tredje utmaningen skulle vara att upprätthålla användarnas sessioner genom att sömlöst överföra dem från en UAV som inte fungerar till en aktiv UAV. Slutligen måste det finnas sätt att bevara energi av makt utsvulten UAVs för att öka livslängden på nätverket. I nästa avsnitt tar vi upp alla dessa frågor mer i detalj. Området UAV nätverk är utmanande för forskare på grund av de kvarstående frågor som ger motivation för forskning. I mobila nätverk och fordonsnätverk ansluter sig noderna ofta till och separerar från nätet, och därför har ad hoc-nätverk visat sig vara lämpliga i de flesta situationer. Dessutom, för snabb och tillförlitlig kommunikation mellan noder, mesh nätverk topologi är ganska lämpligt. Gäller detta även UAV-nätverken? I UAV-nätverk kan noderna nästan vara statiska och sväva över verksamhetsområdet eller spana runt i snabb takt. Noder kan dö ut av många skäl och kan ersättas av nya. Vissa likheter uppmuntrar forskare att undersöka tillämpligheten av det arbete som utförs för mobila ad hoc-nätverk (MANET) och Vehicular Ad hoc Networks (VANETs), men fungerar inom dessa områden inte fullt ut behandlar de unika egenskaperna hos UAV-nätverken. Tabell I ger viktiga egenskaper hos MANETS, VANETS och UAV-nätverk som visar på likheter och skillnader mellan dem. Vi ska karakterisera UAV-näten mer ingående i avsnitt II(C). [123] att det finns många aspekter av UAV-nät som skiljer dem från mobila ad hoc- och fordonsbaserade ad hoc-nät. De viktiga skillnaderna beskrivs här: Mobilitetsmodellerna, som slumpmässig gång, som har använts för att beskriva beteendet hos noder i mobila ad hoc-nätverk och street random walk eller Manhattan modeller för vehicular ad hoc-nätverk är inte riktigt lämpliga för UAV-nätverk. De UAVs kunde flytta slumpmässigt eller i organiserade svärmar inte bara i två utan också i tre dimensioner med snabb förändring i läge. De vehikulära noderna är begränsade till att färdas på vägar och endast i två dimensioner. Förändringar i topologin kan vara mycket vanligare i UAV-nätverk. Relativa positioner av UAVs kan förändras; vissa UAVs kan förlora all sin kraft och kan behöva tas ner för laddning; UAVs kan fel och vara utanför nätverket; länkarna kan bildas och försvinna på grund av ändrade positioner i noderna. I många program densitet noder kanske inte är hög och nätverket kan partitionera ofta. Vehikulära nät har väginfrastruktur för att stödja kommunikation mellan fordon. Det nätverk som är flytande, de mobila stationer som är låsta på en viss UAV för kommunikationsåtkomst skulle behöva överföras till 3 en annan UAV sömlöst, utan att störa användarsessioner. Forskarsamhället försöker fortfarande räkna ut det mest effektiva routingprotokollet samt det sömlösa överlämnandeförfarandet [7]. Energibegränsningarna är mycket större i små UAV-nät. Medan i fordonsnätverk ström kunde dras från bilbatteriet som blir laddad medan bilen är i rörelse. Även de mobila ad hoc-nätverken skulle vanligtvis ha noder (smartphones, bärbara datorer) med kraftkällor som varar några timmar. Små UAVs kan vanligtvis ha tillräckligt med ström för en flygning på trettio minuter! Å ena sidan skulle den överförda signalen vara av lägre effekt och å andra sidan skulle länkarna vara intermittenta på grund av att kraftdränerade UAV:er glider bort eller dör. Dynamisk av noder skulle tvinga nätverket att organisera och omorganisera ofta. Detta ger upphov till unika routing krav. De routing protokollen måste använda energi på ett effektivt sätt för att förlänga stabiliteten i UAV-nätet. UAV-nätverken skulle vanligtvis användas under svåra omständigheter och nätverket kan bli ofta partitionerat, ibland under lång tid. I sådana fall garanterar traditionella lösningar inte anslutningsmöjligheter. Det har föreslagits att dessa nätverk skall bli toleranta mot förseningar och störningar genom att lagerkapaciteten inbegrips. Om vi antar att varje nod har en global kunskap om nätverket kan vi tillämpa deterministiska protokoll, men det kanske inte alltid är ett korrekt antagande. Å andra sidan om vi antar slumpmässigt beteende av noder vi måste möta skalbarhet problem. Ett multi-UAV-nätverk, som är helt autonomt, kräver ett robust inter-UAV-nätverk med UAVs för att samarbeta för att hålla nätverket organiserat även i händelse av länk eller nodfel. UAV-nätverken skulle kräva förändringar vid MAC och nätverkslager, har självorganiserande kapacitet, vara toleranta mot förseningar, ha en mer flexibel och automatiserad kontroll genom SDN och använda energibesparande mekanismer på olika lager [5], [6]. Att dessa frågor behöver uppmärksammas noggrant bekräftas i en väldefinierad undersökning om UAV-baserat ad hoc-nätverk [3]. Författare till denna undersökning har försökt sammanställa många av frågorna och utvecklingen på detta område. Det finns dock frågor om självorganisering, störningstolerans, SDN-kontroll, sömlös överlämning och energieffektivitet som vi tror skulle vara oerhört viktigt för att bygga framgångsrika UAV-nätverk, har inte varit foci i studien. Vår undersökning försöker i första hand ta upp dessa frågor för att ta fram den aktuella statusen och möjliga riktningar. Organisationen av resten av tidningen är som följer: I Avsnitt II försöker vi kategorisera UAV-nätverk och undersöka viktiga egenskaper som topologi, kontroll och klientserverbeteende. Vi ser också de viktiga aspekterna av självorganisering och automatiserad verksamhet genom programvarudefinierat nätverk (SDN) som kommer att bidra till att identifiera det arbete som krävs på detta område. I avsnitt III diskuterar vi krav från de routingprotokoll som är speciella för UAV-nätverk och behovet av avbrottstoleranta nätverk. I avsnitt IV ser vi vikten av sömlösa överlämnanden och behovet av ny forskning på detta område. Slutligen diskuteras i avsnitt V de protokoll som används på olika nivåer för energibesparing. Det är viktigt att karakterisera ett nätverk för att förstå dess natur, begränsningar och möjligheter. Hur snabbt förändras topologin med tiden? Hur ofta får nätverket partitioneras när noderna misslyckas eller flyttar bort? Hur kan nätverkets livslängd ökas? Vilken typ av arkitektur skulle vara lämpligare? Kräver det självorganiserande, självläkande förmågor? Vilka protokoll kan köras på olika lager? Stödjer det tillägg och avlägsnande av noder dynamiskt? Är länkarna intermittenta och vad är deras kvalitet? I detta avsnitt tittar vi på de egenskaper som bildar den gemensamma tråden i olika verk och i vilken riktning forskningen är på väg. Underavsnitt A innehåller egenskaper hos multi-UAV-system och deras fördelar jämfört med enskilda UAV-system. Underavsnitt B behandlar viktiga aspekter som skiljer dem från andra ad hoc-nätverk och även skiljer dem från varandra. Underavsnitt C ger kategorisering av UAV-nät baserat på några av de viktiga egenskaper som diskuteras. Underavsnitt D frambringar UAV-nätverkens självorganiserande beteende. Underavsnitt E handlar slutligen om mindre uppenbara aspekter av användningen av SDN för centralisering och automatiserad kontroll av UAV-nät. Tidig användning av UAV kännetecknades av användning av en enda stor UAV för en uppgift. I dessa system bestod det UAV-baserade kommunikationsnätet därför endast av en flygnod och en eller flera marknoder. Idag kan de flesta offentliga och civila applikationer utföras effektivare med flera UAV-system. I ett multi-UAV system är UAV mindre och billigare och arbetar på ett samordnat sätt. I de flesta multi-UAV-system blir kommunikationsnätet, som bevisar kommunikation mellan UAV:er och mellan UAV:er och marknoder, en viktig beståndsdel. Dessa UAV kan konfigureras för att tillhandahålla tjänster i samarbete och utöka nätverkstäckningen genom att fungera som reläer. Graden av rörlighet för UAV beror på ansökan. När UAV till exempel tillhandahöll kommunikation över ett jordbävningsdrabbade område skulle UAV sväva över verksamhetsområdet och länkarna skulle vara långsamt dynamiska. I motsats till detta kräver tillämpningar som jordbruk eller skogsövervakning att UAV:erna rör sig över ett stort område och länkar ofta bryter och återupprättar. Den dynamiska karaktären hos nätverkskonfigurationen och länkarna framgår av det faktum att UAV:erna kan gå ur drift periodiskt på grund av fel eller batteridränering. Detta gäller även för UAV som behöver sväva över ett område under relativt långa perioder. Nya UAV måste lanseras för att ta sina platser. Ibland kan några av UAV:erna tas ur bruk för att spara kraft under en mer lämplig tid. Det skulle därför vara ett krav att länkarna i alla sådana fall automatiskt skulle konfigurera om sig själva. Även om det är fördelaktigt i många avseenden, multi UAV-system, ökar komplexiteten i UAV-kommunikationsnätet. Några av de viktigaste fördelarna med multi-UAV-system är tillförlitlighet och överlevnad genom redundans. I en multi-UAV system, fel på en enda UAV orsakar nätverket att re-4 organisera och upprätthålla kommunikation genom andra noder. Detta skulle inte vara möjligt i ett enda UAV-system. Men för att skörda de verkliga fördelarna av de flera UAVs arbetar i samarbete, de protokoll som används måste ta hand om de frågor som att ändra topologi, rörlighet och makt begränsningar. När det gäller kommunikationsbehov måste enskilda UAV-system upprätthålla förbindelser med kontrollstationer, basstationer, servrar och även tillhandahålla åtkomstfunktioner. Detta sätter ett tungt hinder på den begränsade batterieffekten och bandbredden. I ett multi-UAV-system får endast en eller två UAV-enheter anslutas till styrning och servrar och mata de andra UAV-enheterna. På detta sätt de flesta UAVs bara måste upprätthålla meshstrukturen och kan enkelt erbjuda åtkomstfunktioner för samtal, video och data. Multi-UAV-system visar sig också vara billigare att förvärva, underhålla och driva än sina större motparter. Som framgår av deras experiment av Mergenthaler et al. I [8], lägga till fler UAVs till nätverket kan relativt enkelt utöka kommunikation paraply som tillhandahålls av ett multi-UAV-system. Uppdragen slutförs i allmänhet snabbare, effektivare och till lägre kostnad med små UAV-system jämfört med ett enda UAV-system [9]. I sitt arbete med PRoPHET-baserade routing protokoll [10] förklarar författarna hur i opportunistiska nätverk multi-UAVs hitta en väg även om två slutpunkter inte är direkt anslutna leder till slutförande av uppdrag. I sitt arbete på Multi-UAV cooperative search in [11] beskriver författarna hur multi-UAV system slutför sökningar snabbare och är robusta mot förlust av vissa UAVs. Fördelarna med multi-UAV-nätverk leder till ökad användning i civila tillämpningar [1]. I detta dokument fokuserar vi på de UAV-nätverk som använder flera små UAV för att bilda ett obemannade flygsystem (UAS). Tabell II ger en jämförelse av enskilda och multi-UAV-system. En fråga som är viktig i samband med multi-UAV system, men inte ett ämne i denna studie är samordning och kontroll för effektiv uppgiftsplanering med flera UAVs. En effektiv algoritm är nödvändig för att styra varje UAV så att hela systemet kan producera komplexa, anpassningsbara och flexibla team beteende. Problemet med uppgiftsplanering för UAV-nätverk med konnektivitetsbegränsning omfattar ett antal parametrar och interaktion av dynamiska variabler. En algoritm har föreslagits för en sådan situation [11]. Det finns också en algoritm för distribuerade intelligenta agentsystem där agenter självständigt samordnar, samarbetar, förhandlar, fattar beslut och vidtar åtgärder för att uppfylla målen för en viss uppgift. Den konnektivitetsbegränsade problemet är NP-hård och en polynom tid heuristic har föreslagits i litteraturen [13]. Detta är ett utmanande område, men vi skulle begränsa vår uppmärksamhet till UAV-baserade kommunikationsnät. För att utveckla ett helt självständigt och samarbetsvilligt multi-UAV-system krävs en robust inter-UAV-kommunikation. Vi har inte tillräckligt med forskning för att med övertygelse säga vilken design som skulle fungera bäst. Det finns ett antal aspekter av UAV-nätverken som inte är exakt definierade och ett förtydligande av dessa skulle bidra till att karakterisera UAV-nätverken: De flesta av den tillgängliga litteraturen behandlar UAV-nätverk som ad hoc-nätverk. Forskning om MANETS och VANETs citeras ofta med hänvisning till UAV-nätverk, men de tar inte helt upp de unika egenskaperna hos UAV-nätverken. Beroende på applikationen, kan UAV-nätverket ha stationära, långsamma rörliga eller mycket mobila noder. Många applikationer kräver UAV noder att fungera som basstationer i himlen för att ge kommunikation täckning till ett område. Till skillnad från MANET och VANET ad hoc-nät skulle därför UAV-näten kunna bete sig mer som infrastrukturbaserade nät för dessa tillämpningar. Dessa skulle ha UAVs kommunicerar med varandra och även med kontrollcentret. Ett sådant nätverk skulle likna det fasta trådlösa nätverket med UAV som basstationer förutom att de är antenner. Det finns dock en klass av tillämpningar där noderna skulle vara mycket rörliga och skulle kommunicera, samarbeta och etablera nätverket dynamiskt på ett ad hoc- sätt. I ett sådant fall topologin kan bestämmas, och noderna som är involverade i vidarebefordra data beslutat, dynamiskt. Det finns många frågor som påverkar både UAV-infrastrukturbaserade och UAV ad hoc-nät. Till exempel, ersätta noder med nya noder när de misslyckas eller deras makt blir utmattad. En annan skillnad är om noden fungerar som server eller klient. I fordonsnätverk är de vanligtvis kunder, i mobila ad hoc-nät större delen av tiden skulle de vara kunder och kan också tillhandahålla vidaresändningstjänster till andra kunders data. I UAV-nätverk är UAV-noder vanligtvis servrar, antingen routing paket för kunder eller vidarebefordra sensordata för att kontrollera centra. Arkitekturen av UAV-nätverk för kommunikationsapplikationer är ett understuderat område. Den enklaste konfigurationen är en enda UAV ansluten till en markbaserad kommando- och styrcentral. I en multi-UAV inställning, de gemensamma topologierna som kan realiseras är stjärna, multi-star, mesh och hierarkiska mesh. I fallet med stjärna topologi alla UAVs skulle anslutas direkt till en eller flera mark noder och alla 5 kommunikation bland UAVs skulle dirigeras genom marken noder. Detta kan resultera i blockering av länkar, högre latens och krav på dyrare hög bandbredd nedlänkar. Dessutom, eftersom noderna är mobila, styrbara antenner kan krävas för att hålla inriktning mot mark nod [15]. Den multi-star topologin är ganska liknande utom UAVs skulle bilda flera stjärnor och en nod från varje grupp ansluter till markstationen. Figurerna 1a och 1b visar stjärn- och flerstjärniga konfigurationer. Stjärnkonfigurationer lider av hög latens eftersom nedlänkens längd är längre än avståndet mellan UAV och all kommunikation måste passera genom markkontrollcentralen. Dessutom, om markcentrumet misslyckas finns det ingen inter-UAV kommunikation. I de flesta civila tillämpningar kräver dock inte normal drift att kommunikationen mellan UAV:er leds genom marknoden. En arkitektur som stöder detta skulle resultera i minskat krav på nedlänk bandbredd och förbättrad latens på grund av kortare länkar bland UAV:er. När det gäller nätnät är UAV sammankopplade och ett litet antal UAV kan ansluta till kontrollcentrum [16]. Siffrorna 1c och 1d visar nät med platta och hierarkiska maskor. Vissa författare anser att konventionell nätteknik inte kan tillgodose behoven hos UAV-nät. Relaterad litteratur pekar på tillämpligheten av nätnät för civila tillämpningar [15, [9]. Det finns oftast flera länkar på en eller flera radioapparater, störningar mellan kanaler, förändringar i överförd effekt på grund av maktbegränsningar, förändringar i antal noder, förändringar i topologi, terräng och vädereffekter. I ad hoc-nätverk noderna kan flytta bort, formationer kan bryta, och därför länkar kan vara intermittenta. Trådlösa nätnät, anpassade på lämpligt sätt, kan ta hand om vissa av dessa problem. För att ta itu med dessa problem måste nätverket vara självläkande med kontinuerlig anslutning och omkonfigurering runt en trasig väg. Jämfört med stjärnnät är nätnäten flexibla, tillförlitliga och ger bättre prestanda. I ett trådlöst nätnät är noderna sammankopplade och kan oftast kommunicera direkt på mer än en länk. Ett paket kan passera genom mellanliggande noder och hitta sin väg från vilken källa som helst till vilken destination som helst i flera humle. Fullt uppkopplade trådlösa nätverk har fördelarna med säkerhet och tillförlitlighet. Ett sådant nätverk kan använda routing eller översvämningsteknik för att skicka meddelanden. Rutprotokollet bör säkerställa leverans av paket från källa till destination via mellanliggande noder. Det finns flera rutter och routingprotokollet bör välja den som uppfyller de givna målen. De routing enheter kan organisera sig för att skapa en ad hoc ryggrad mesh infrastruktur som kan bära användarnas meddelanden över täckningsområdet genom flera humle. Dessutom kan de också rutt paket har sitt ursprung från lednings- och kontrollcentralen och riktas till nödsituationer operatörer eller människor och vice versa. Kontrollcentralen kan bearbeta data för att extrahera information för stöd av beslut under nödsituation [17]. På grund av unika funktioner i UAV noder beskrivs ovan, ibland de befintliga nätverk routing algoritmer, som har utformats för mobila ad hoc-nätverk (MANETS), såsom BABEL eller Optimized Link-State Routing (OLSR) protokoll, misslyckas med att ge tillförlitlig kommunikation [8], [14]. Vi kommer att ge mer information om routing i nästa avsnitt. De största skillnaderna mellan nät av stjärnor och nätnät anges i tabell III.  Alla trådlösa mobilnät är benägna att länka störningar. UAV-näten är inget undantag. Omfattningen av störningar beror på hur mobila UAV:erna är, den kraft som överförs, inter-UAV avstånd och yttre buller. I de tillämpningar där UAV:er ger kommunikationstäckning till ett område svävar UAV:erna och därför skulle sannolikheten för störningar vara låg. Å andra sidan finns det en högre risk för störningar i tillämpningar som kräver snabb UAV-rörlighet. Förseningar i överföringen av data kan bero på dålig länkkvalitet eller på att en eller flera UAV noder som lagrar data på grund av att end-to-end sökväg inte är tillgänglig. Vi kommer att se mer detaljer om detta i avsnitt III. Vi är nu redo att kategorisera UAV-nätverken. I underavsnitt 2.2 har vi sett ett antal inslag som skulle kunna ligga till grund för denna kategorisering. Så hur kategoriserar vi UAV-nätverk, vars tillämpningar kräver varierande grad av nodrörlighet, olika nätverksarkitekturer, routing och styrning? I den slutliga analysen är det ansökningarna som skulle vara viktiga. Därför, med tanke på olika tillämpningar, och sedan besluta vilka egenskaper som skulle behövas för att göra dessa ansökningar möjligt, kan leda oss till en generisk kategorisering som anges i tabell IV. Precis som Internetleveranser finns det många tillämpningar där UAV-stödd trådlös infrastruktur måste etableras för att ge områdestäckande täckning. Katastrofdrabbade områden, avlägsna byar eller oljeriggar till havs skulle alla kräva snabb utbyggnad av ett UAV-baserat nätverk som skulle kunna tillhandahålla röst-, video- och datatjänster. I dessa tillämpningar svävar UAV över ett område och är praktiskt taget stationära. Dessa kan anses vara cellulära torn eller trådlösa åtkomstpunkter på himlen. Däremot skulle en analys av tillämpningar som upptäckt av skogsbränder eller kartläggning av grödor kräva mobila UAV. Det finns andra tillämpningar, särskilt militära, där snabbt rörliga UAVs skulle krävas för att göra forays in i fiendens territorium. Här skulle vi i stor utsträckning fokusera på den första kategorin av tillämpningar och i viss mån på analystillämpningarna. När UAV används för att skapa trådlös kommunikationsinfrastruktur då beroende på applikation, alla UAVs kan vara direkt under kontroll av markkontrollcentralen eller de kan bilda ett trådlöst mesh nätverk med en eller två UAVs kommunicera med styrcentralen. I dessa applikationer fungerar UAVs som servrar för routing användares kommunikation och kontrollinformation. Detta skiljer sig till exempel från de fall där UAV:er som bär på sensorer används för att samla in information eller de som skickas ut för att utföra angrepp. I dessa fall agerar UAV som kunder. Försening eller störning sannolikhet i Internet leverans klass av applikationer är mycket mindre jämfört med andra program eftersom UAV är stationära och formationer är lätt samordnade. När en UAV misslyckas, skulle nätverket förväntas konfigurera om och de pågående sessionerna måste sömlöst överföras till andra UAV. I andra applikationer där noderna är mer dynamiska, länkarna kan fungera intermittent och speciell routing, omkonfigurering, och störningshantering funktioner kan krävas. I följande avsnitt kommer vi att närmare se forskningsläget inom dessa områden.  En anledning till att nätnät anses vara lämpliga för UAV-baserade nät är på grund av deras självbildande och omorganiseringsfunktioner. När noderna har konfigurerats och aktiverats bildar de meshstrukturen automatiskt eller med vägledning från kontrollcentralen. När detta händer blir nätverket motståndskraftigt mot fel på en eller flera noder. Det finns en inneboende feltolerans i nätnäten. När en nod misslyckas, resten av noderna konfigurerar nätverket bland dem. På samma sätt kan en ny nod lätt introduceras. Stöd för ad hoc-nätverk, självbildande, självläkande och självorganiserande förbättrar prestandan hos trådlösa nätnät, gör dem lättanvändbara och feltoleranta [18] [19]. Studier av självorganisering i samband med sensornätverk och trådlösa ad hoc-nätverk kan hjälpa till att förstå UAV-nätverkens krav. Självorganisering består av följande steg: När en nod misslyckas eller en ny nod visas, dess granne (s) får reda på om tillgängliga noder genom grannen upptäckt process. Förändringar i nätverket, i form av borttagning eller tillägg av enheter i nätverket, orsakar ett antal noder att utbyta meddelanden för omorganisation. Detta kan orsaka kollisioner samtidigt som man får tillgång till nätverkens prestanda med medium och påverkan. Medium access control handlar om kontroll av åtkomst till mediet och minimerar fel på grund av kollisioner. Nästa steg innebär att etablera anslutning mellan noder under självorganisering genom lokal anslutning och väg etablering. När konnektiviteten har etablerats utför serviceåterställningsprocessen undvikande av nätavbrott och återhämtning från lokala fel. Slutligen utför energihantering belastningsbalansering av ansvaret för att vidarebefordra data i det självorganiserade nätet och även processerna för att minska energiförbrukningen i de batteridrivna enheterna. Målet i UAV-nätverk skulle då vara att säkerställa anslutning av alla aktiva nätverk noder så att mesh nätet upprätthålls genom multi-hop kommunikation för att ge bästa tillgång till användarna [20]. Trådlösa mesh-nätverk är benägna att länka fel på grund av störningar, rörlighet eller bandbredd efterfrågan. Detta kommer att leda till försämrad nätprestanda men kan hanteras effektivt genom att nätverket omkonfigureras. Noderna övervakar sina länkar och eventuella fel utlöser omkonfigureringsprocessen. Det autonoma nätverkets omkonfigureringssystem kräver beräkningsunderlag och rimlig bandbredd. Det finns tillfällen då några av UAV:erna kan gå ur funktion på grund av batteriavlopp eller kommunikationsfel. I sådana fall de återstående noderna i nätverket omorganisera och återupprätta kommunikation. Medan fördelarna med självorganisering är enorma och uppmuntrande, utmaningar i självorganisering är större vilket gör detta till ett spännande forskningsproblem [21]. UAV-näten är begränsade när det gäller kommunikationsresurser. Noder är icke-permanenta, konnektivitet är intermittent och kanaler kan vara nedsatt. Detta leder till utmaningar i fråga om resursplanering och resursallokering. Olika nätverk använder olika routing protokoll och följaktligen även noder som använder samma access teknik kanske inte fungerar i ett annat nätverk på grund av skillnaderna i högre lager av protokollet stacken. Till exempel fordonsnätverk använder IEEE 802.11p Wireless Access Vehicular Environment (Wave) för att stödja applikationer för intelligenta transportsystem (ITS). För trådlösa nät har IEEE 802.11s-ändringen standardiserats för självkonfigurerande multihop-teknik. Men i båda miljöerna finns det ingen enighet om de routingprotokoll som ska användas, samt om de flesta av de nätverkshanteringsåtgärder som ska utföras. Som en följd av detta kan noder som använder en viss accessteknik i ett nätverk inte fungera i ett annat nätverk med samma åtkomst men olika protokoll med högre skikt. Ovanstående problem skulle kunna lösas genom att man bygger upp förmågan att definiera protokollstacken i programvara. På så sätt kunde UAVs programmeras till flexibelt arbete i olika miljöer. Detta är dock inte det enda skälet till att det är önskvärt med programvarukontroll av nätverket. Det finns ett antal andra krav som uppstår när det gäller nät som MANET, VANET och UAV-nät. De måste stödja dynamiska noder och frekventa förändringar i topologin. Noder kan misslyckas, till exempel på grund av batteri dränering och måste ersättas av nya noder. Kopplingarna är intermittenta och måste därför hanteras. SDN ger ett sätt att programmatiskt styra nätverk, vilket gör det lättare att distribuera och hantera nya applikationer och tjänster, samt att tona nätverkspolicy och prestanda [22], [23]. Utbyggnaden av SDN har varit omfattande i fasta infrastrukturbaserade nät. En stor del av denna utbyggnad har dock skett i datacenter, eftersom man ansåg att SDN var lämpligt för nätverk med centraliserad kontroll och trådlösa nät med ad hoc-nät var decentraliserade. Separation av speditörer och styrenheten väckte också oro för säkerhet, balans mellan kontroll och flexibilitet. Det finns flera politiska frågor som rör balans mellan kontroll och samarbete mellan kontrollanter som måste tas upp. På grund av de fördelar den förväntas ge visar akademin och branschen ett ökat intresse för att tillämpa SDN i dynamiska mobila trådlösa miljöer. I nätverk som VANETs kan användningen av SDN hjälpa till med val av sökväg och kanalval. Detta bidrar till att minska störningar, förbättra användningen av trådlösa resurser, inklusive kanaler och routing i flerhopsnät. Trots ökande intresse finns det ingen tydlig och heltäckande förståelse för vad som är fördelarna med SDN i infrastruktur-mindre trådlösa nätverksscenarier och hur SDN-konceptet bör utvidgas för att passa egenskaperna hos trådlös och mobil kommunikation [22], [24]. Ett av de vanliga protokollen för att implementera SDN i trådlösa nätverk är OpenFlow. OpenFlow påstås ge betydande fördelar för mobila och trådlösa nät. Det hjälper till att optimera resursanvändning i en dynamisk miljö, ger ett sätt att automatisera verksamheten, möjliggör bättre kontroll och enklare genomförande av den globala 8 politik och snabbare införande av nya tjänster [25]. OpenFlow-protokollet separerar vidarebefordran och styrfunktioner. OpenFlow-omkopplarna är programmerbara och innehåller flödestabeller och protokoll för kommunikation med styrenheter [26]. Figur 2 visar separation av styr- och vidarebefordranfunktioner med OpenFlow-gränssnitt mellan kontroll- och dataplan. Ett sådant nätverk kan bildas genom montering av dataplanet eller OpenFlow-brytaren på UAV:erna och kontrollanläggningen på en centraliserad markkontroll eller distribuerad kontroll på UAV:er. De vidarebefordrande elementen, som är enkla OpenFlow-omkopplare, snarare än IP-routrar, innehåller de flödestabeller som manipuleras av styrenheten för att ställa in reglerna. Åtgärderna i flödestabellerna definierar bearbetning som skulle tillämpas på den identifierade uppsättningen paket. Åtgärder kan vara filtrering, vidarebefordra en viss port, skriva om huvudet etc. Figur 3a visar hur det centraliserade styrplanet SDN kan implementeras i ett UAV-nätverk. Styrplanet för SDN-nätverket kan vara centraliserat, distribuerat eller hybridt. Styrenheten har en global syn på nätverket och kan effektivt styra trafiken. Den uppdaterar flödestabeller av OpenFlow växlar med matchande kriterier och bearbetningsåtgärder [27]. I det centraliserade läge, som vi såg ovan, styrenheten, som definierar alla de åtgärder som trådlösa växlar i UAV ta, har visat sig vara på marken. Det kan vara luftburet också. Figur 3b visar distribuerad styrning av SDN-nätet. I distribuerat kontrollläge är kontrollen distribuerad på alla UAVs och varje nod styr sitt beteende. I hybridläget delegerar styrenheten kontrollen över pakethanteringen till den lokala agenten och det finns kontrolltrafik mellan alla SDN-element. Forskare vid Karlstads universitet har visat på möjligheten att integrera OpenFlow med trådlösa nätnät på deras KAUMesh testbädd i liten skala [28]. Simulering av författare i [23] visar jämförelsen av SDN-baserad VANET routing med andra traditionella MANET/VANET routing protokoll, inklusive GPSR, OLSR, AODV och DSDV. De konstaterar att SDN-baserad routing överträffar de andra traditionella ad hoc routing protokollen när det gäller paketleverans förhållandet vid olika hastigheter. Huvudorsaken till detta är den samlade kunskap som SDN-regulatorn har. I [29] sammanfattar författarna den nuvarande situationen genom att säga att SDN erbjuder förbättrad konfiguration, förbättrad prestanda och uppmuntrar innovation, men den är fortfarande i spädbarnsåldern och många grundläggande frågor är fortfarande inte helt lösta. Kapaciteten hos SDN för att uppfylla olika krav på ett UAV mesh-nät anges i tabell V. De UAV-nätverk som bildas för olika tillämpningar kan variera från långsam dynamik till de som flyger i betydande hastigheter. Noderna kan gå ur tjänst på grund av fel eller makt begränsningar och bli ersatt av nya. I gröna nätverk kan radion i noderna automatiskt stängas av för effektbevarande när belastningen är låg. Länk störningar kan ofta uppstå på grund av positionerna för UAVs och markstationer. Dessutom kan länkarna ha höga felfrekvenser på grund av störningar eller naturliga förhållanden. Tillförlitlighetskraven från UAV-näten är också olika. Till exempel, medan skicka jordbävningsdata kan kräva en 100% tillförlitlig transport protokoll, skicka bilder och video av jordbävningen kan göras med lägre tillförlitlighet men strängare fördröjning och jitter krav. Bandbreddskrav för röst, data och video är olika. UAV-näten har därför alla krav på mobila trådlösa nät och mycket mer. Nodrörlighet, nätverkspartitionering, intermittenta länkar, begränsade resurser och varierande QoS-krav gör routing i UAV till en utmanande forskningsuppgift. Flera befintliga routing protokoll har varit i zonen av övervägande av forskare och en hel del variationer har föreslagits. Medan nyare protokoll försöker ta bort några brister av de traditionella, fältet är fortfarande öppen. Underavsnitt A diskuterar de viktiga frågor som routingprotokollen måste ta itu med. Tillämpning av olika traditionella protokoll till UAV-nätverk har diskuterats i underavsnitt B. Även i detta underavsnitt ingår nya varianter av dessa traditionella protokoll samt några nyligen föreslagna UAV specifika routing protokoll. UAV-nätverk är utsatta för förseningar och störningar och underavsnitt C diskuterar de routingprotokoll som kan användas i sådana situationer. Förutom de krav som finns i de allmänna trådlösa nätnäten, t.ex. att hitta den mest effektiva rutten, vilket gör det möjligt för nätverket att skala, kontrollera latensen, säkerställa tillförlitlighet, ta hand om rörligheten och säkerställa nödvändig QoS; routing i luftburna nät kräver platsmedvetenhet, energimedvetenhet, och ökad robusthet till intermittenta länkar och byte topologi. Att utforma nätverksskiktet för UAV-nätverk är fortfarande en av de mest utmanande uppgifterna [3]. Det finns några papper som har undersökt användningen av befintliga routing protokoll för möjlig användning i luftburna nätverk. Även om konventionella ad hoc routing protokoll är utformade för mobila noder, är de inte nödvändigtvis lämpliga för luftburna noder på grund av varierande krav på dynamik och länk avbrott. Därför finns det fortfarande ett behov av ett routingprotokoll som är anpassat till de särskilda behoven hos luftburna nätverk som anpassar sig till hög rörlighet, dynamisk topologi och olika routingkapaciteter [30]. Routing protokoll försöker öka leveranskvoten, minska förseningar och resursförbrukning. Dessutom måste man överväga frågor som rör skalbarhet, Loop-frihet, energibesparing och effektiv resursanvändning måste också lösas [31]. Ett antal routing protokoll som har föreslagits för MANETS försöker anpassa den proaktiva, tabellbaserade, protokoll från den trådbundna eran till ad hoc trådlösa nätverk med mobila noder. Många av dessa och även on-demand eller reaktiva protokoll lider av routing overhead problem och följaktligen har skalbarhet och bandbredd problem. Villkorliga uppdateringsbaserade protokoll minskar overheads men lokaliseringshantering är fortfarande ett problem i dynamiska nätverk som UAV-nätverk. Vissa protokoll som introducerar begreppet klusterhuvuden introducerar prestandafrågor och en enda punkt för misslyckande [32]. En undersökning om WMN stationära eller mobila noder, påpekar att tillgängliga MAC och routing protokoll inte har tillräckligt skalbarhet och genomströmningen sjunker avsevärt när antalet noder eller humle ökar. Det fortsätter att tillägga att protokollförbättring i ett enda skikt inte kommer att lösa alla problem så alla befintliga protokoll behöver förbättras eller ersättas av nya för UAV Networks [33]. På grund av den uppenbara likheten mellan UAV-nätverk med MANETS och VANETs forskare har man studerat protokoll som används i dessa miljöer för möjlig tillämpning i flygnätverk. Även i dessa miljöer söker man efter mer förbättrade protokoll. Multi-UAV-nät kan dock ha ett antal olika krav för att ta hand om t.ex. Mobilitetsmönster och nodlokalisering, frekvent nodborttagning och tillägg, intermittent länkhantering, kraftbegränsningar, tillämpningsområden och deras QoS-krav. På grund av många av dessa frågor som är speciella för UAV-nätverk, medan ändringar har föreslagits till MANET protokoll, finns det ett behov av att utveckla nya routing algoritmer för att ha tillförlitlig kommunikation bland UAV [7] och från UAVs till kontrollcentral(er). Vi kommer att diskutera ett antal nätverksprotokoll med hjälp av följande välkända klassificering för att se deras användbarhet för UAV Networks: 1) Statiska protokoll 2) Proaktiva protokoll 3) På begäran eller Reactive protokoll, och 4) Hybridprotokoll. Statisk protokoll har statiska routing tabeller, som beräknas och laddas när uppgiften startar. Dessa tabeller kan inte uppdateras under en operation. På grund av denna begränsning är dessa system inte feltoleranta eller lämpliga för dynamisk förändring av miljön. Deras tillämplighet på UAV-nätverk är begränsad och presenteras endast här för akademiskt intresse. • Ett sådant protokoll är Load Carry and Deliver Routing (LCAD) [34] där marken noden passerar data till en UAV, som transporterar den till destinationen. Det syftar till att maximera genomströmningen samtidigt öka säkerheten. På grund av användningen av en enda UAV, data leverans förseningar är längre i LCAD men det uppnår högre genomströmning. LCAD kan skala sin genomströmning genom att använda flera UAVs för att vidarebefordra informationen till flera destinationer. Det är möjligt att använda detta för fördröjningstolerant och latency okänslig bulk dataöverföring. [7] löser skalbarhetsproblemen i storskaliga vehikulära nät. Dessa nätverk är normalt organiserade som platta strukturer på grund av vilka prestanda försämras när storleken ökar. Organisera nätverket som hierarkisk struktur ökar storlek och operationsområde. På samma sätt kan UAV-nätverk grupperas i kluster där endast klusterhuvudet har anslutningar utanför kluster. Klustret sprider data genom att sända till andra noder i klustret. I UAV-näten skulle ofta byte av klusterhuvud innebära stora överhuvuden på nätet. Figur 4 visar detta bildligt. Överföring i UAV-nätverk när data efterfrågas av ett antal noder, Det fungerar bra med kluster topologier där klusterhuvudet ansvarar för att sprida information till andra noder i kluster [3]. • Flernivå Hierarkisk Routing [MLHR] Proaktiva routing protokoll (PRP) använder tabeller i sina noder för att lagra all routing information från andra noder eller noder i en viss region i nätverket. Tabellerna behöver uppdateras när topologin ändras. Den största fördelen med proaktiv routing är att den innehåller den senaste informationen om rutterna. Men för att hålla tabellerna uppdaterade måste ett antal meddelanden utbytas mellan noder. Detta gör dem olämpliga för UAV-nätverk på grund av bandbredd begränsningar. En annan fråga som gör dem olämpliga för UAV-nätverk är deras långsamma reaktion på topologi förändringar orsakar förseningar [7]. Två huvudsakliga PRP som har använts i MANETS/VANETS är Optimized Link State Routing (OLSR) och DestinationSequenced Distance Vector (DSDV) protokoll. • Optimerad Link State Routing (OLSR) är för närvarande en av de mest använda routing algoritmer för ad hoc-nätverk. Vägar till alla destinationer bestäms vid start och därefter underhålls av en uppdateringsprocess. Noder utbyter topologi information med andra noder i nätverket regelbundet genom att sända länk-staten kostnader för sina angränsande noder till andra noder med hjälp av en översvämningsstrategi. Andra noder uppdaterar sin syn på nätverket genom att välja nästa hopp genom att tillämpa kortaste sökväg algoritm till alla destinationer. OLSR [124], därför spår nätverk topologi. I UAV ändras knutpunktens lokalisering och sammankoppling av länkar snabbt och detta skulle leda till att ett ökat antal styrmeddelanden utbyts. Ökade omkostnader för topologi styrmeddelanden skulle inte bara leda till tviste- och paketförlust utan skulle också sätta en påfrestning på redan begränsade bandbredd av UAV-nätverk. Optimering innebär att välja några noder som multipunkt reläer (MPR), som ensam framåt kontrolltrafiken minskar den överföring som krävs. MPRs deklarerar länk tillstånd information till alla noder som valt dem som en MPR. MPRs också periodvis meddela nätverket att det har nåbarhet till alla noder som valt det som en MPR. Tillägg av OLSR-länkkvalitet kan användas för att ta hänsyn till länkarnas kvalitet. Frekvensen av uppdateringar kan göras proportionellt mot hastigheten av noder för att minska overhead. Den maximala hastigheten används för att beräkna det möjliga avstånd som destinationen kan röra sig. Denna process upprepas vid varje humle med en odefinierad återhämtningsmekanism om det inte finns någon en-hop grannar inom kilen [125]. Men författarna i [126] har funnit att komplexiteten i DREAM inte verkar ge fördelar jämfört med en enkel översvämning. • Destination Sequenced Distance Vector (DSDV) är en tabelldriven proaktiv routing protokoll, som främst använder Bellman-Ford algoritm med små justeringar för ad hoc-nätverk. Den använder två typer av uppdatering paket-"full-dump" och "incremental". Närhelst nätverkets topologi ändras skickas "incremental-dump"-paket. Detta minskar overhead men overhead är fortfarande stort på grund av periodiska uppdateringar. DSDV använder sekvensnummer för att bestämma färskheten i rutterna och undvika slingor. I överensstämmelse med egenskaperna hos proaktiva protokoll, detta protokoll behöver stor nätverksbandbredd för uppdateringsprocedurer. Tillsammans med detta dator- och lagringsbördan av ett proaktivt protokoll gör DSDV till en nackdel för flygnätverk. I Reactive Routing Protocol (RRP) är en on-demand routing protokoll där en väg mellan ett par noder lagras när det finns kommunikation mellan dem. RRP är utformad för att övervinna overhead problemet med proaktiva routing protokoll. På grund av efterfrågan natur, det finns inga periodiska meddelanden gör RRP bandbredd effektiv. Å andra sidan kan förfarandet för att hitta rutter ta lång tid, och därför kan hög latens uppstå under processen för att hitta rutter. Reaktiv protokoll kan vara av två typer: källkod routing och hopby-hop routing. I källplanering varje datapaket bär den kompletta källan till destinationsadressen så att mellanliggande noder kan vidarebefordra paket baserat på denna information. Ingen periodisk avfyrning krävs för att upprätthålla uppkopplingen. Detta skalar inte så bra som fel på rutten sannolikt ökar med nätverksstorleken och även huvudstorleken ökar öka overheaden. I hop-by-hop-routing innehåller varje datapaket endast destinationsadressen och nästa humleadress. Intermediate noder upprätthålla routing tabell för att vidarebefordra data. Fördelen med denna strategi är att rutterna kan anpassas till den dynamiskt föränderliga miljön. Nackdelen med denna strategi är att varje mellanliggande nod måste lagra och underhålla routing information för varje aktiv rutt och varje nod kan kräva att vara medveten om sina omgivande grannar genom användning av signaler [8], [32]. Två vanliga RRP är Dynamic Source Routing (DSR) och AODV. • Dynamic Source Routing (DSR) har främst utformats för multi-hop trådlösa mesh ad hoc-nätverk av mobila noder. Det gör det möjligt för nätverk att självorganisera och självkonfigurera utan behov av någon befintlig nätinfrastruktur. DSR fungerar helt på begäran och skalar sig automatiskt till vad som behövs för att reagera på förändringar i de linjer som för närvarande används. Det är "väg upptäckt" och "väg underhåll" mekanismer tillåter noder att upptäcka och underhålla rutter till godtyckliga destinationer. Det gör det möjligt att välja från flera rutter till alla destinationer och denna funktion kan användas för applikationer som lastbalansering. Det garanterar loop-free routing [43]. När det gäller UAV-nät kan det vara besvärligt att hitta en ny rutt med DSR [44]. Varje paket måste ha adresser till alla noder från källa till destination vilket gör det olämpligt för stora nätverk och även för nätverk där topologi är flytande. Hop reaktiva routing protokoll för mobila ad hoc-nät. Den anpassar sig väl till dynamiska länkförhållanden, har låg bearbetning och minne overhead, lågt nätutnyttjande, och bestämmer unicast rutter till destinationer inom ad hoc-nätverket [45]. Det liknar DSR men till skillnad från DSR varje paket har endast destination adress så overheads är lägre. I svaret på rutten i DSR finns adress till varje nod medan endast IP-adressen för destinationen i AODV finns i AODV. I AODV lagrar källnoden (och även andra relänoder) nästahop-information som motsvarar varje dataöverföring. Det finns minimal routingtrafik i nätet eftersom rutterna byggs på begäran. Det har studerats för eventuell anpassning i UAV-nätverk. Det finns dock förseningar under vägbygget och länk- eller nodfel kan utlösa vägfyndighet som medför extra förseningar och förbrukar mer bandbredd när nätverkets storlek ökar. Genomströmningen sjunker dramatiskt när intermittenta länkar blir mer genomträngande. Antalet RREQ-meddelanden ökar i början, eftersom rutt upptäckten utlöses oftare och efter någon punkt börjar minska som nätverksprestanda är så påverkad att även RREQ-meddelanden inte längre kan överföras över nätverket [30]. Shirani m.fl. [139] har föreslagit ett kombinerat routingprotokoll, kallat Reactive-Greedy-Reactive (RGR), för flygtillämpningar. Detta protokoll kombinerar Greedy Geographic Forwarding (GGF) och reaktiva routingmekanismer. Den föreslagna RGR använder lokaliseringsinformation för UAV och reaktiva end-to-end-vägar 12 i routingprocessen. Simuleringsresultat visar att RGR överträffar befintliga protokoll såsom AODV i sökuppdrag när det gäller fördröjning och paketleveransförhållande. Ett antal forskare har jämfört olika protokoll i olika miljöer. I en undersökning har det konstaterats att för TCP trafik och mobila noder, när det gäller routing overheads, DSR outperforms AODV, TORA (diskuteras senare) och OLSR som det skickar den minsta mängden routing trafik i nätet. När det gäller genomströmning, OLSR överträffade andra protokoll i alla scenarier som övervägs [46]. I en annan undersökning har effekten av vissa förändringar i AODV undersökts. AODV har en platt struktur och har potential att stödja dynamiska nätverk. För att ta hand om de betydande overhead på grund av frekventa topologiförändringar och intermittenta länkar använde forskarna några stabila länkar och begränsad dubblering under vägbygget. Detta scenario är möjligt i UAV-nätverk eftersom UAV kan sväva över en plats och bilda relativt stabila länkar med varandra. AODV:s platta struktur omvandlas sedan till hierarkisk routingstruktur genom att nätverket segmenteras till kluster. Fördelen här är att dubbla linjeförfrågningar är begränsade till vissa kluster i stället för att översvämma hela nätet [30]. Genom att använda Hybrid Routing Protocols (HRP) kan den stora latensen i den inledande routingprocessen i reaktiva routingprotokoll minskas och omkostnaderna för styrmeddelanden i proaktiva routingprotokoll kan minskas. Det är särskilt lämpligt för stora nät, och ett nätverk är indelat i ett antal zoner där routing inom zonen utförs med ett proaktivt tillvägagångssätt medan routing mellan zoner görs med hjälp av reaktiva tillvägagångssätt. Hybrid routing anpassar strategin efter nätverkets egenskaper och är användbar för MANETS. Men i MANETS och UAV nätverk dynamisk nod och länk beteende gör det svårt att få och underhålla information. Detta gör det svårt att genomföra anpassningsstrategier. • Zon Routing Protocol (ZRP) [47] bygger på begreppet zoner. Zoner bildas av uppsättningar av noder inom ett fördefinierat område. I MANETS är den största delen av hela trafiken riktad till närliggande noder. Intrazone routing använder proaktivt tillvägagångssätt för att upprätthålla rutter. Den interzone routing ansvarar för att skicka datapaket till utanför zonen. Den använder reaktiva metoder för att upprätthålla rutter. Kunskapen om routingzonens topologi utnyttjas av ZRP för att förbättra effektiviteten hos en globalt reaktiv route-fråge/reply-mekanism. Det proaktiva underhållet av routingzoner bidrar också till att förbättra kvaliteten på upptäckta rutter genom att göra dem mer robusta mot förändringar i nätverkstopologin. Noder som tillhör olika subnät måste skicka sin kommunikation till ett subnät som är gemensamt för båda noderna. Detta kan överbelasta delar av nätverket. Den mest dominerande parametern som påverkar ZRP:s effektivitet är zonradien. Men kostnaden för ZRP ökar komplexiteten, och i de fall där ZRP endast presterar något bättre än de rena protokollkomponenterna, kan man spekulera om kostnaden för ytterligare komplexitet uppväger prestandaförbättringen • Tillfälligt beordrad Routing Algorithm (TORA) [48] är en hybrid distribuerad routing protokoll för multi-hop nätverk, där routrar bara upprätthålla information om angränsande routrar. Syftet är att begränsa spridningen av styrbudskap i den mycket dynamiska mobila datormiljön genom att minimera reaktionerna på topologiska förändringar. Den bygger och upprätthåller ett riktat Acykliskt diagram (DAG) från källnoden till destinationen. TORA använder inte en kortaste väglösning, och längre rutter används ofta för att minska nätets omkostnader. Det är att föredra för att snabbt hitta nya rutter i händelse av trasiga länkar och för att öka anpassningsförmågan [7]. Den grundläggande, underliggande algoritmen är varken distans-vektor eller länk-tillstånd; det är en typ av en länk-omvänd algoritm. Protokollet bygger en loop-fri, multipat routing struktur som används för att vidarebefordra trafik till en given destination. Tillåter en blandning av källa och destinationen initieras routing samtidigt för olika destinationer. TORA kan producera tillfälliga ogiltiga rutter. Ett antal routingsystem har föreslagits för tvådimensionella nätverk som kan modelleras med hjälp av plangeometri. Många framträdande personer har beskrivits i denna undersökning och en del har visat sig ha bra prestanda på mätvärden som leverans, latens och genomströmning i simuleringar. Geografiska system antar kunskap om nodernas geografiska läge. De antar att källan känner till nodens geografiska position och skickar meddelande till destinationens koordinater utan att upptäcka färdvägen. Den vanligaste tekniken som används i geografisk routing är girig spedition där varje nod vidarebefordrar meddelandet till en nod närmast destinationen baserat endast på den lokala informationen. En situation kan uppstå när meddelandet fastnar i det lokala minimum och framsteg stannar. Recovery mekanismen är vanligtvis ansikte routing som hittar en väg till en annan nod, där girig spedition kan återupptas [130]. I många tillämpningar kan det vara lämpligare att modellera UAV-nät i tre dimensioner. Vissa protokoll har föreslagits som, liksom deras tvådimensionella motsvarigheter, använder girig routing som försöker leverera paket till noden närmast destinationen. Men återhämtningen från lokala minima blir mer utmanande, när de ansikten som omger nätverkshålet nu expanderar i två dimensioner, och är mycket svårare att fånga. De skiljer sig främst i återvinningsmetoder när paket fastnar i lokala minima [131]. Greedy-Hull-Greedy (GHG) protokoll föreslås i [132] innebär routing på skrovet för att undkomma lokala minima. Detta är en 3-dimensionell motsvarighet till routing i ansiktet för 2-dimensionella protokoll. Författarna har föreslagit PUDT-protokoll (Partial Unit Delaunay Triangulation) för att dela upp nätverksutrymmet i ett antal stängda delrymder för att begränsa den lokala återhämtningsprocessen. I [133] föreslår författarna ett Greedy-Random-Greedy (GRG) protokoll med vilket meddelandet vidarebefordras girigt 13 tills ett lokalt minimum ses. För att komma ut ur lokala minima används en randomiserad återställningsalgoritm som regionbegränsad slumpmässig gång eller slumpmässig gång på ytan. Författarna presenterar simuleringsresultat för följande fem återställningsalgoritmer: slumpmässig gång på den dubbla, slumpmässiga vandringen på ytan, slumpmässig gång på grafen, avgränsad DFS på ett spännträd och avgränsad översvämning. DFS på spanning träd har visat bra prestanda för glesa nätverk medan slumpmässiga promenader tillvägagångssätt fungerar bra för tätare nätverk. GDSTR (Greedy Distribuated Spanning Tree Routing)-3D routing system som beskrivs i [134] använder 2-hop granninformation under girig vidarebefordring för att minska sannolikheten för lokala minima, och aggregat 3D nod koordinater med hjälp av två 2D konvexa skrov. De har genom simulerings- och testbäddsexperiment visat att GDSTR-3D kan garantera paketleverans och uppnå humlesträcka nära 1. Lam och Qian hävdar att växthusgaser antar en enhet-boll graf och kräver korrekt lokaliseringsinformation, som båda är orealistiska antaganden [131]. GRG använder slumpmässig återhämtning, vilket är ineffektivt och garanterar inte leverans. Författarna föreslår MDT (multi-hop Delaunay triangulation) protokoll, som ger garanterad leverans för allmänna konnektivitet grafer i 3 dimensioner, effektiv vidarebefordran av paket från lokala minima och låg routing stretch. Författarna ger också simuleringsresultat som visar att MDT ger bättre routingsträcka jämfört med ett antal 2-dimensionella och 3-dimensionella protokoll. De visar också dess lämplighet för dynamiska topologier med förändringar i antalet noder och länkar. Tabell VI sammanfattar många av de routingprotokoll som diskuterats ovan och deras tillämplighet på UAV-miljön. Enligt gruppen Delay Tolerant Networking Research (Delay Tolerant Networking Research Group) avser termen Delay Tolerant Networking extrema och högpresterande miljöer där kontinuerlig end-to-end-anslutning inte kan antas. Den är från början definierad för interplanetarisk kommunikation och handlar nu om att sammankoppla mycket heterogena nätverk. När katastrofen slår till och den normala kommunikationen bryts ned kan brist på information leda till förseningar i räddnings- och återhämtningsinsatserna. I sådana situationer anses ett UAV-nätverk med fördröjningstoleranta egenskaper vara en av de mest effektiva kommunikationsmetoderna [49]. I avsaknad av dessa funktioner, situationer som intermittenta länkar, dynamiskt nätverk, nodfel och nodersättningar kan resultera i nedbrytning av kommunikationen. Tillämpningar i sådana fall måste tolerera förseningar utöver dem som införs genom konventionell IP-spedition, och dessa nät kallas för fördröjnings-/störningstoleranta nät. I många hårda situationer är konnektivitet intermittent och nätverk blir partitionerade under lång tid. Detta leder till att överföringsförseningar blir längre än de tröskelvärden som beskrivs i TCP-protokollet och paket vars destinationer vanligtvis inte kan nås, vilket gör TCP ineffektivt. För UAV-nätverk benägna att intermittenta länkar och partitionering skulle vi behöva bygga i tolerans mot förseningar och störningar. End-to-end tillförlitlighet metoder som flera steg 14 begäran-svar, erkännanden och utgående överföring kommer inte att fungera på grund av de långa förseningar och frånkopplingar i dessa nätverk. För att uppnå tolerans mot förseningar och störningar måste arkitekturen baseras på SCF-protokollet (store-carry-forward) där en nod lagrar och för med sig data (ofta under längre perioder) tills den kan kopiera den i en eller flera närliggande nod(er). I ett sådant fall måste noden ha tillräcklig buffringskapacitet för att lagra uppgifterna tills den får möjlighet att vidarebefordra dem. För att kunna leverera meddelanden effektivt till sina destinationer, för varje meddelande den bästa nod och tid att vidarebefordra data bör vara kända. Om ett meddelande inte kan levereras omedelbart på grund av nätverkspartitionen, är de noder som valts för att bära meddelandet de som har störst sannolikhet att framgångsrikt leverera meddelandet. I SCF routing meddelandet flyttas från källa till destinationen ett hopp i taget. Val av väg från källa till destination beror på om topologin som utvecklas över tiden är deterministisk eller probabilistisk. Om noderna vet ingenting om nätverket stater då det bästa de kan göra är att slumpmässigt vidarebefordra paket till sina grannar [51], [53]. Eftersom end-to-end banor inte är tillgängliga i UAV-nätverk, traditionella routing protokoll som antar end-to-end vägen innan kommunikationen startar misslyckas med att leverera. Följaktligen har många forskare avancerat nya routingalgoritmer som Direct Delivery [135], som föreslår en enda kopia metod för intermittent anslutna nätverk. Noder tilldelas sannolikhet för leverans av ett paket till destinationen. De innehåller ett hybridsystem som består av slumpmässiga och nyttobaserade strategier. Författarna hävdar att jämfört med Epidemisk metod, som i huvudsak involverar flera kopior, bandbredden som krävs är mindre. Epidemisk routing innebär flera kopior som ska skickas [136]. En kontrollerad replikeringsalgoritm som kallas Spray and Wait har föreslagits i [137]. Eftersom UAV är platsen medveten på grund av navigeringskrav, kan detta användas för att utföra geografisk routing om destinationens position är känd. För att bevara bandbredden och för att göra det möjligt att använda routingalgoritmer i energianslutna system har viabiliteten hos beacon-mindre geografisk routing i opportunistiska intermittenta mobila nätverk undersökts. Beacons överförs regelbundet speciella meddelanden som används av många routing algoritmer för att bestämma en nod grannar. De förbrukar bandbredd och energi och informationen kanske inte är korrekt. För att tillämpa detta på UAV-nätverk måste man komma ihåg att resurserna vid UAV-noderna som lagring, kraft och bandbredd är begränsade. Leveransen påverkas av leveransavstånd, antal möten, nätverkskondition och nodens rörelser. Leveranstid är också viktigt och i detta avseende kan det noteras att denna arkitektur inte är lämplig för realtidsinnehåll eftersom förseningar kan sträcka sig till timmar och dagar. Dessutom kan en lämplig rutt för närvarande inte förbli stabil under lång tid. Hur länge det kommer att förbli stabilt beror på hur snabbt topologin förändras. Om det fastställs att vissa rutter är stabila kan rutt caching användas för att undvika onödiga routing protokoll utbyten [54]. Vissa av systemen använder kunskap om lokalisering av noderna, andra kan översvämma nätverket med paket och ytterligare andra kan använda "bärare" noder för att överföra data. Låt oss helt kort överväga tre typer av routingmetoder som kan undersökas för UAV-nätverk: Cardei, Liu och Wu [138], rutter i nätverk med sporadiska nodkontakter består av en sekvens av tidsberoende kommunikationsmöjligheter, kallade kontakter, under vilka meddelanden överförs från källan till destinationen. Kontakter beskrivs med kapacitet, riktning, de två endpoints, och temporal egenskaper såsom start / sluttid, och latens. Grafer vid olika tidpunkter måste överlappa varandra för att hitta en end-to-end-väg. I UAV-nätverk förändras kontakten med en nod med tiden, eftersom deras varaktighet under vilken de kan kommunicera är begränsad. Med detta i åtanke, låt oss nu se lämpligheten av olika typer av protokoll för UAV-nätverk. I deterministiska routingmetoder antar vi att den framtida rörelsen och kopplingarna är helt kända. Inom ramen för UAV-nätverk skulle detta vara möjligt i tillämpningar där UAV flyger i kontrollerade formationer eller i tillämpningar där de måste sväva över ett område. Om alla värdar har global kunskap om de andra värdarnas tillgänglighet och rörelse kan en trädstrategi användas för att välja sökvägar. Ett träd är byggt med källkod nod som roten och lägga barn noder och den tid som förknippas med dessa noder. En sista sökväg kan väljas från trädet genom att välja den tidigaste tiden för att nå destinationsnoden. Om de karakteristiska profilerna till en början är okända för värdarna så lär de sig dessa genom att utbyta de tillgängliga profilerna med grannarna. Sökvägar väljs utifrån denna partiella kunskap. Denna metod kan förbättras genom att kräva att värdarna registrerar de vägar som tidigare meddelanden har tagit. De deterministiska algoritmerna förutsätter global kunskap om noder och länkar i rum och tid. Handorean m.fl. presentera den globala orakulära algoritmen [56], där en värd har full kunskap om alla värdars karakteristiska profil. Författarna i [57] tillhandahåller en undersökning av sådana protokoll. Dessa metoder skulle därför inte vara lämpliga i fall där topologin för nätverket ändras ofta eller tillgången till noder och länkar inte är säker. Rörligheten hos noderna innebär att nätverkets topologi ständigt kommer att förändras och att noderna ständigt kommer i kontakt med nya noder och lämnar andras kommunikationsområde. Om noder kan uppskatta sannolika mötestider eller mötesfrekvenser, har vi ett nätverk med förutsedda kontakter [138]. I allmänhet, deterministiska tekniker bygger på att formulera modeller för tidsberoende grafer och hitta en rum-tid kortaste vägen i fördröjning benägna nätverk genom att omvandla routing problemet till klassisk grafteori eller genom att använda optimeringstekniker för end-to-end leveransmått. Deterministiska routing protokoll använder encopy unicast för meddelanden i transit och ger bra prestanda med mindre resursanvändning än stokastiska routing tekniker. Detta gäller i tillämpningar där nodbana samordnas eller kan förutsägas med noggrannhet, som i interplanetariska nätverk. En multigraf definieras där hörn representerar de fördröjningstoleranta noderna och kanterna beskriver den tidsvarierande länkkapaciteten mellan noderna. Deterministiska routingmekanismer är lämpliga endast för scenarier där nätverk uppvisar förutsägbara topologier. Detta är fallet när nätverksbeteendet är slumpmässigt och okänt. I denna situation blir det viktigt att bestämma var och när paketen ska vidarebefordras. En möjlig metod för att skicka meddelanden i ett sådant fall är att vidarebefordra dem till eventuella kontakter inom räckhåll. Beslutet kan också baseras på historiska uppgifter, rörlighetsmönster och annan information. Protokollen i denna kategori upprätthålla en tid varierande nätverk topologi som uppdateras när noder möter varandra. Till exempel, i Shortest förväntade Path Routing (SEPR) noder upprätthålla en stokastisk modell av nätverket. Varje nod konstruerar en tidsvarierande graf bestående av noder som de har stött på och länkar som återspeglar anslutningsannolikheten mellan noder. Den viktigaste begränsningen av SEPR är att det har dålig skalbarhet på grund av dess tillit till Dijkstra algoritm som körs i tid i ordningen O(n 2 ), där n är antalet noder. Dessutom är det inte lämpligt för nätverk med fördröjningstoleranta egenskaper och hög nodrörlighet [58]. Ett routingprotokoll kallat Resource allocation Protocol for Intentional Delayy Tolerant Networks (RAPID) har föreslagits som beaktar nätverksresurser såsom bandbredd och lagring när man optimerar en given rutt metrisk. Detta är särskilt viktigt när noder har resursbegränsningar [59]. I UAV nätverk med intermittenta länkar och opportunistiska kontakter, routing är utmanande sedan den tid då noderna kommer i kontakt och för hur länge är inte kända. När kontakten sker måste det avgöras om den person som kommer i kontakt sannolikt kommer att föra paketet närmare destinationen. Beslutet att lämna över paketet till kontakten beror på, förutom sannolikheten för att kontakten tar paketet närmare målet, tillgängliga buffert utrymmen i de två noderna och relativ prioritet att vidarebefordra detta paket jämfört med andra paket noden innehar. Dessutom, om noderna har information om sin plats denna information kan användas till fördel. Enligt [138] i den situation som beskrivs ovan är det huvudsakliga syftet med routing att maximera sannolikheten för leverans vid destinationen samtidigt som förseningen från början till slut minimeras. Vi kommer att diskutera nedan några av de stokastiska protokollen viz. Epidemisk Routing, Spray och Vänta, Node rörelsekontroll och Kodning baserad. Denna metod används i nätverk av mobila noder som mestadels kopplas bort [138]. Det här är ett stokastiskt, översvämningsprotokoll. Noder gör ett antal kopior av meddelanden och vidarebefordra dem till andra noder som kallas reläer. Reläerna överför meddelandena till andra noder när de kommer i kontakt med dem. Ingen förutsägelse görs om länken eller vägen vidarebefordring sannolikhet. På så sätt distribueras meddelanden snabbt via de anslutna delarna av nätverket. Men vid kontakt med varandra noder utbyta endast de data de inte har i deras minne buffert. Därför är det robust att nod eller nätverk misslyckande, vilket garanterar att vid tillräckligt antal slumpmässiga utbyten, alla noder kommer så småningom att ta emot alla meddelanden i minsta tid [54]. Huvudproblemet med epidemisk routing är att budskapen är översvämmade i hela nätverket för att nå bara en destination. Detta skapar strid för buffertutrymme och överföringstid Epidemisk routing använder nodrörelse för att sprida meddelanden under kontakter. Med stora buffertar, långa kontakter eller en låg nätbelastning är epidemisk routing mycket effektiv och ger minimal fördröjning och hög framgång, eftersom meddelanden når destinationen på flera vägar. När ingen information finns tillgänglig om nodernas rörelser vidarebefordras paket som mottagits av en nod till alla eller några av nodens grannar utom varifrån den kom. Detta tillvägagångssätt kräver inte information om nätverksanslutningen. Det kräver dock stora mängder buffertutrymme, bandbredd och kraft. Spraya och vänta är en variation där varje meddelande har ett fast antal kopior [137]. Med detta tillvägagångssätt börjar källnoden med L-kopior för varje meddelande. När en källa eller relä nod med mer än en kopia kommer i kontakt med en annan nod utan kopior kan den överföra alla n kopior i normalt läge eller n/2 kopior i binärt läge (Spray fas). Så efter kontakten båda noderna har n/2 kopior. Med en kopia krävs en direkt kontakt med destinationen (vänta fas). Ett meddelande kommer att lagras fysiskt och överföras bara en gång, även om en överföring praktiskt taget kan innebära flera kopior. Tillvägagångssätt som använder urskillningslösa eller kontrollerade översvämningar använder varierande mängd buffertutrymme, bandbredd och kraft. Det finns variationer som Prophet och MaxProp protokoll, där data arrangeras i prioritetsordning baserat på vissa kriterier. Dessa metoder ger dock goda resultat i ett reguljärt rörelsefall. MaxProp protokoll sätter en prioritetsordning på kön av paket. Det bestämmer vilka meddelanden som ska överföras eller släppas först. Prioriteringarna grundar sig på sannolikheten för att kamraterna kommer att delta [60] [61]. Men vårt luftburna nätverk topologi kan förändras utan något känt mönster. Också, även den slumpmässiga gångmodellen kan inte beskriva rörelser av noder på grund av horisontella såväl som vertikala rörelser. I sådana fall kan en tredimensionell arkitektur bättre definiera de slumpmässigt våldsamma topologiska förändringarna och en användbar väg kan genereras i ett oförutsägbart ögonblick. I myrkolonibaserad routingstrategi [140] har författarna föreslagit en prospekterings-exploateringsmodell för UAV-nätverk som bygger på myrsökbeteende. Exploration definieras som förmågan att utforska diversifierade rutter medan Exploitation är en process för att fokusera på en lovande grupp av lösningar. I nätverk med frekvent delning av nya rutter måste utforskas och varje kontaktmöjlighet används för att vidarebefordra meddelanden. Författarna har visat att prestanda kommer nära Epidemic Routing (som ger en övre gräns) när det gäller leverans. I stället för att skicka meddelanden till grannar urskillningslöst, mellanliggande noder uppskattar sannolikheten för varje utgående länk så småningom nå destinationen. Baserat på denna uppskattning, de mellanliggande noderna besluta om att lagra paketet och vänta på en bättre chans, eller besluta när och till vilken nod att vidarebefordra. Variationer i detta kan vara beslut som grundar sig på uppskattning av nästa hopp vidaresändning sannolikhet eller beslut baserat på genomsnittliga end-to-end-mått såsom kortaste väg eller fördröjning [57]. Ett representativt routing protokoll för nätverk med fördröjningstolerant funktion är en som använder leveransuppskattning. PROPHET (Probabilistic Routing Protocol using History of Encounters and Transitability), i [141] är ett sådant protokoll. PROPHET arbetar på den realistiska premissen att nodrörlighet inte är riktigt slumpmässig. Författarna antar att noder i en DTN tenderar att besöka vissa platser oftare än andra och att nodpar som har haft upprepade kontakter i det förflutna är mer benägna att ha kontakter i framtiden. Noder kan antingen vänta på återkopplingsmöjlighet med en annan nod passivt eller söka en annan nod proaktivt. I det reaktiva fallet, där noden väntar på återkoppling, kan det finnas långa oacceptabla fördröjningar för överföring för vissa tillämpningar. I det proaktiva fallet har ett antal tillvägagångssätt föreslagits för att kontrollera nodrörligheten för att minska förseningarna. I en klass av metoder, banor av vissa noder ändras för att förbättra vissa systemprestanda mätvärden som fördröjning [62]. I meddelande färjan närma sig speciella färjenoder bär data antingen på förplanerade rutter med andra noder som kommer nära en färja och kommunicera med den eller färjenoder flytta slumpmässigt och andra noder skicka en tjänst begäran som ett svar på vilken den valda färjenoden kommer att komma nära den begärande noden [63]. Med hjälp av DataMules, noder som flyttar slumpmässigt, har stor lagringskapacitet och förnybar energikälla, är en annan metod i denna kategori. Enligt [138], kan kontrollerad färja användas i UAV-nätverk för katastrofåterställning där UAVs kan utrustas med kommunikationsenheter som kan lagra ett stort antal meddelanden och kan befallas att följa en bana som kopplar samman frånkopplade partitioner. Begreppet nätverkskodning kommer från informationsteorin och kan tillämpas vid routing för att ytterligare förbättra systemgenomströmningen. Istället för att helt enkelt vidarebefordra paket, kombinerar mellanliggande noder några av de paket som mottagits hittills och skicka ut dem som ett nytt enda paket för att maximera informationsflödet [57]. Radering kodning innebär mer bearbetning och kräver därför mer kraft men förbättra den värsta fall försening [142]. Den grundläggande idén med radering kodning är att koda ett original meddelande i ett stort antal kodning block. Antag att det ursprungliga brevet innehåller k- block. Med raderingskodning kodas brevet till n (n > k) block så att om k eller fler av n- blocken tas emot, kan det ursprungliga brevet avkodas med lyckat resultat. I [143], författarna har visat att nätkodning presterar bättre än probabilistisk vidarebefordring i avbrott benägna nätverk. Raderingskodning omfattar överflödiga data och är användbar när vidaresändning är opraktisk. En aspekt att hålla i åtanke är att i UAV retransmission skulle vara en annan väg med möjligen olika uppsättning noder och även lagring som behövs för överflödig information är begränsad. Hybrid Erasure Coding kombinerar radering kodning och aggressiv speditering mekanism för att skicka alla paket i följd under nod kontakt. Om nodbatteriet har tömts eller noden förlorar rörligheten på grund av fel, kan det inte leverera data till destinationen som skapar ett "svart hål" informationsförlust problem. HEC löser problemet med svarta hål genom att använda nodernas kontaktperiod på ett effektivt sätt. När rörlighet av noder är inte helt slumpmässig och noderna är sannolikt att vara närvarande med större sannolikhet på vissa kända platser då den slumpmässiga rörlighet modell, som används i ett stort antal protokoll, är inte realistisk. De noder som besöker dessa platser har en kontakt sannolikhet och kommer att ha mer framgång med att leverera buntar. Notion av grupper, samhällen och popularitet av noder kan också utnyttjas [31]. Men protokoll kan överanvända populära noder och prestanda kan försämra på grund av begränsad kapacitet av dessa noder. Den förväntade förseningen kan också öka på grund av tvister. Integration av viss grad av slumpmässighet kan gynna prestanda. Detta är relativt ett nytt område och mer arbete måste göras innan det kan utnyttjas på lämpligt sätt [64]. Vissa tillämpningar av UAV-nätverk, t.ex., som tillhandahåller kommunikation över ett katastrofområde eller kommunikation över en oljeborrplattform, kan ge en miljö där denna typ av routing kan tillämpas. Tabell VII ger DTN routing protokoll och överväganden för deras tillämpning i UAV-nätverk. UAV-nätknutpunkterna kan vara stationerade över ett katastrofområde för att tillhandahålla kommunikationstjänster över målområdet och bilda ett nätverk med långsamma dynamiska länkar. Å andra sidan, i tillämpningar som gröda undersökning, som kräver en omfattande täckning av ett område, UAVs kan flytta runt vid nödvändiga hastigheter. Under ett längre uppdrag UAVs kan gå periodiskt ur funktion när de går ut ur makten eller utveckla fel. Deras kommunikationsgränssnitt kan också stängas av för att spara ström, eller en eller flera av de UAV:er kan dras tillbaka, när mindre tätt nät krävs. I alla dessa fall måste nätverket konfigureras om och de pågående röst-, video- eller datasessionerna måste överlämnas till en av de arbetande UAV:erna enligt vissa fördefinierade kriterier. Överlämnande möjliggör total kontinuitet i nätverkskommunikationen med endast en mindre ökning av meddelandelatensen under överlämnandeprocessen [65]. Underavsnitt A beskriver olika typer av överlåtelser i UAV-nät. I underavsnitt B. Underavsnitt C diskuteras den oberoende överföringen av IEEE-standardmedier.  17 Den verkliga fördelen med trådlösa nätnät blir uppenbar när självorganisering kombineras med sömlös överlämning för att ge kontinuitet i servicen till användarna. Överlämnande, eller överlämnande som det brukar kallas, är vanligt i cellulära nätverk, där mobila stationer ofta förflyttar sig ut ur täckningsområdet i ett celltorn och in i ett angränsande torn. Överlämningar kan vara hårda eller mjuka. I en hård eller standardöverlämning bryts anslutningen från det gamla nätverket innan den görs med det nya nätverket. Detta skulle avbryta alla användarsessioner som för närvarande pågår på den mobila noden (Figur 5a ). Vid mjuk eller sömlös överlämning görs anslutningen med det nya nätverket innan anslutningarna från det gamla nätverket bryts. De ursprungliga användarsessionerna på mobilstationen upprätthålls tills den nya länken är uppe och överlämningsåtgärden migrerar sessionen till den nya länken som visas i figur 5b. Förutom att de är hårda eller mjuka kan de också klassificeras som horisontella och vertikala överlämningar. Horisontella överlämnanden är interna system där den mobila åtkomstenheten förflyttar sig från en åtkomstpunkt till en annan i samma nätverk. När det gäller vertikala överlåtelser sker överföringen av förbindelsen mellan två nät av olika teknik. Figur 6 visar dessa två typer av överlämnanden bildligt. Överlämningarna kan också klassificeras utifrån om den mobila åtkomstenheten styr eller hjälper till med överlämnandet. Om både den mobila enheten och nätverket är inblandade så har vi en hybridöverlämning. Dessa har studerats i samband med VANET och mobila IP-nät, men det finns inte mycket arbete tillgängligt för UAV-nät [66]. Brist på metoder för sömlösa överlämnanden i UAV:er, får människor att titta på det arbete som utförs inom områdena MANETS och VANETS. Trots behovet av att tillhandahålla sömlösa överlämnanden i VANET finns det dock få studier om mobilitetsprotokoll och det finns inga praktiska studier om mobilitetsprotokoll med hjälp av IEEE Wireless Access in Vehicular Environments (Wave) communication [67] Den slumpmässiga waypoint (RWP) modellen, där mobil nod rörelse anses slumpmässig, används ofta i studier av MANETS. På grund av VANET:s mycket dynamiska egenskaper kan nätverkspartitioner eller sammanslagningar förekomma ofta, vilket leder till att befintliga rutter inte finns tillgängliga eller att bättre rutter är tillgängliga. Detta får nätverken att konfigurera om och kan utlösa överlämnanden. Överlämningslatensen och paketförlusten under överlämningsprocessen kan orsaka allvarlig försämring av systemets prestanda och QoS som uppfattas av användarna. RWP-modellen anses därför vara en mycket dålig approximation av fordonsrörlighet. En mer exakt och realistisk körbarhetsbeskrivning på både makroskopiska och mikroskopiska nivåer krävs [69]. Den valda modellen bör ta hand om tidsbundna och rumsliga beroenden och geografiska begränsningar som noderna skulle utsättas för. Två modeller som har använts är street random waypoint (STARW) och Manhattan. Dessutom kan storleken på VANET variera i ett stort område och nodtätheten i nätverket kan variera dynamiskt beroende på olika tillämpningsscenarier. Detta är viktiga frågor och det krävs fler studier för att utforma system för överlämnande av VANET-tillämpningar i syfte att minska antalet överlämnanden och förbättra paketleverans och latens. Ovannämnda överväganden gäller även för mobila UAV-nät. Problemet är att det endast finns begränsade studier av effektiv sömlös överlämning även i IEEE 802. När det gäller UAV:s sömlösa överlämnandeförfarande skulle det innebära utbyte av en sekvens av meddelanden mellan användarens mobila enhet och den UAV-noden som tas bort från tjänsten och den UAV-noden till vilken användarens session skulle överföras. Överlämningsförfarandet resulterar i en överföring av fysisk lageranslutning och tillståndsinformation från en UAV till en annan med avseende på den mobila enheten i fråga. Det teoretiska ramverket, liknande det i mobila trådlösa nätverk, innefattar nätverksupptäckt, utlösande och utförande. I nätverksupptäcktsfasen upptäcker mobilstationen flera trådlösa nätverk på tilldelade kanaler och skapar en lista över AP som prioriteras av den mottagna signalstyrkan. Stationen kan lyssna passivt på tv-reklam eller aktivt skicka sonder. Beslutet att utlösa överföring fattas på grundval av flera kriterier som signal-brusförhållande. I genomförandefasen sker den faktiska överföringen av sessionerna till den nya åtkomstpunkten. All kontextuell information relaterad till den mobila användaren överförs till den nya UAV. samma eller annan medietyp, trådbunden eller trådlös. Denna standard ger länkskiktsintelligens och annan relaterad nätverksinformation till de övre skikten för att optimera överlämnandet mellan heterogena nätverk. Den består av signalering och triggers och tillgängliggör information från MAC/PHY till nätverks- och applikationslager. Standarden är en hybridimplementation eftersom den stöder samarbetsbaserad användning av information som finns tillgänglig med mobilstationen och nätverket. Den mobila stationen har information om signal-till-buller-förhållanden i tillgängliga nät och nätverket känner till informationen om åtkomstpunkter, mobila stationer och den högre servicetillgången. Överlämningsprocessen kan initieras genom mätrapporter och triggers som tillhandahålls av länklagren på den mobila stationen. Överlämnande inom teknik, överlämnandepolitik, säkerhet, förbättring av specifik teknik för länkskikt, högre skikt (3 och högre) är inte en del av denna standard. MIH tillhandahåller dock inte intrateknologisk överlämning, överlämningspolitik, säkerhet och förbättringar för att länka samman lagerteknik [76]. Dessa hanteras av respektive länkskiktsteknik. Vid system för räddningsinsatser är det många jurisdiktioner som berörs. Detta ger upphov till samverkansproblem mellan olika jurisdiktioner och leder till ineffektivitet i kommunikationen. Vad som krävs är en arkitektur som tillhandahåller en gemensam nätverksplattform för heterogena nätverk med flera operatörer, för samverkan vid gränsöverskridande nödsituationer. Media Independent Handover erbjuder ett enda enhetligt gränssnitt till högre lager genom teknikoberoende primitiver. Den får information från lägre lager genom mediaspecifika gränssnitt. Detta gör det möjligt för UAV-nätverk att interagera med annan teknik som gör det möjligt att använda dem på ett integrerat sätt [144]. I applikationer som sökning och räddning eller realtidshjälp till trupper i fält, med hjälp av MIH, UAV-nätverk kan ta live videoflöden i samband med andra nätverk, viz., WiFi, WiMAX, LTE, etc. MIH är dock en ny teknik som inte har använts i stor utsträckning och utvärderats. För att detta ska fungera måste både mobila enheter och nätverket implementera standarden [145]. SDN-baserade mekanismer som använder OpenFlow-protokoll har föreslagits för att konfigurera nätverksnoder och upprätta kommunikationsvägar. IEEE 802.21 Media Independent Överlämningsprocedurer har använts för att optimera överlämningar i heterogen trådlös miljö. Det har också visats hur SDN kan användas för att stödja trådlösa kommunikationsvägar med dynamisk mobilitetshanteringskapacitet som tillhandahålls av standardkompatibla noder. Kombinationen möjliggör förbättrade konnektivitetsscenarier; möjliggör "alltid bästa" konnektivitet när flera överlämningskandidater finns tillgängliga och OpenFlow-förfaranden aktiveras förebyggande för att undvika trafikstörningar [77]. Det kan finnas två scenarier i UAV-nätverk. För det första, energi för kommunikationsutrustning samt för att driva UAV kommer från samma källa eller, alternativt, de kan vara från olika källor. I båda fallen är kommunikationsutrustningens energiförbrukning betydande och kan begränsa den användbara flygtiden och eventuellt nätverkets livslängd. Den viktiga punkten att notera här är att det finns en stor förbrukning även när det inte finns någon överföring eller mottagning, dvs. när det trådlösa gränssnittet är inaktivt. Effektklass för ett typiskt Wifi 802.11n-gränssnitt, i icke-MIMO enda antennläge, är 1280mA/940mA/820mA/100mA under Transmission/Reception/idle/sömnläge, respektive [151]. En typisk liten drönare kan ha en batterikapacitet på 5200mAh, 11,1V. En sådan drönare drar omkring 12,5A och ger en flygtid på cirka 25 minuter. Kommunikationsutrustning för UAV i ett nätnät tar normalt emot och sänder kontinuerligt. En snabb beräkning skulle visa att flygtiden skulle minskas med 16 % av det nominella värdet, om kommunikationsutrustningen använder samma batteri som UAV. Tillsammans med GPS och ett par sensorer kan det lätt gå över 20%. I praktiken kan dock nettoeffekten av detta bli allvarligare eftersom batterispänningen sjunker under l1.1V redan innan strömmen är helt dränerad, vilket hämmar UAV:s normala funktion. Låt oss nu överväga scenariot där kommunikationsutrustningen har sitt eget batteri, skilt från UAV-batteriet. I detta fall måste batteriets vikt beaktas i UAV:s begränsade nyttolastkapacitet. I en serie experiment använde författarna till detta papper separata AAA-batterier för att driva upp den luftburna OpenMesh routern. Routern behövde 8 AAA-batterier för att ge tillräcklig spänning för att fungera. Typiska alkaliska batterier väger ca 11,5 g vardera och har en kapacitet på 860 mAh. Denna förordning träder i kraft den tjugonde dagen efter det att den har offentliggjorts i Europeiska unionens officiella tidning. Om flygningen varar i 25 minuter, med kontinuerlig överföring och mottagning, skulle förbrukningen vara 740mAh. Åtta celler skulle teoretiskt arbeta i omkring 9 timmar, men när spänningen sjunker, skulle routern sluta fungera och måste tas ner för förändring eller laddning. I våra experiment, fullt laddade alkaliska celler 20 gav tillräckligt med spänning för ca 8 timmar, tillräckligt för så många som 19 sorter. Med tanke på batteriets vikt var en annan sak. Åtta celler väger 92g. Den döda vikten av den UAV som används är ca 1kg och den kan bära ca 300 gram nyttolast. Batterierna utgjorde ca 30% av nyttolasten som kunde sättas på UAV! En minskning av energiförbrukningen skulle därför leda till en ökning av nätets livslängd eller en ökning av den användbara nyttolast som kan transporteras. Styra överföringskraften i noder, eller få vissa noder att somna, när nätverket kan fungera utan dem kan minska strömförbrukningen. Noder, som används aktivt, transporterar trafik eller hjälper till att sprida uppdateringar som krävs enligt routingprotokollet. De noder som drivs upp men inte transporterar trafik, eller som transporterar låg trafik, förbrukar fortfarande energi. Det är möjligt att undvika detta energislöseri genom att stänga av oanvända nätelement dynamiskt. Vi kommer att få se ett antal sätt på vilka detta kan uppnås. Det måste dock nämnas att det inte bara är på det fysiska lagret som apparaterna kan utformas för att spara energi utan också på datalänken och nätverksskikten [78]. På det fysiska lagret kan de inbyggda strömsparlägena hos anordningarna utnyttjas. Vid datalänkskiktet skulle det vara viktigt att undvika kollisioner och förlänga vilotiden i strömsparläge (PSM). Vid nätet skikt routing för att minimera strömförbrukningen kan vara kriterierna. Bekymren när det gäller energibesparing i UAV-näten liknar på sätt och vis den i mobila ad hoc-nätverk och trådlösa sensornätverk. Det har gjorts några forskningsinsatser för att anpassa några av de befintliga energimedvetna protokollen till UAV-nätverken. Det finns andra som potentiellt kan användas i UAV-tillämpningar men som ännu inte har prövats. Även om det kan finnas olika sätt att klassificera dem, är ett vanligt tillvägagångssätt att i stort klassificera dem på grundval av det protokollskikt de arbetar i. Inom denna breda klassificering klassificerar vi dem också utifrån den energibesparingsstrategi som används. Området utvecklas därför fortfarande, snarare än att vara uttömmande, vi skulle sträva efter att inkludera de representativa protokoll som har prövats i vissa för UAV-nätverk eller är potentiellt bra kandidater. I detta syfte lägger vi också fram några övergripande överväganden för att förbättra energieffektiviteten. Det skulle vara lämpligt att här nämna att energiuttaget eller sophämtningsalternativet till energibesparing har studerats på senare tid. Energi kan skördas från kinetiska, termiska och elektromagnetiska källor. Skapande av två köer, den ena för slumpmässiga energianländande och den andra för dataanländande kräver omkonstruktion av överföringsalgoritmer för trådlösa system inklusive UAV-nätverk. Detta är i sig ett utvecklande, specialiserat område och har inte blivit en del av denna undersökning. Den återstående delen är uppdelad enligt följande: Underavsnitt A diskuterar energieffektiva nätskiktsprotokoll som kan användas i UAV-nätverk. Underavsnitt B handlar om datalänklagerprotokoll för att bevara energi, medan de fysiska skiktmekanismerna anges i underavsnitt C. Energieffektiv routing är viktigt för nät med energibegränsningar. Energieffektiva protokoll använder vanligtvis ett av de vanliga nätverkslagerprotokollen som det underliggande routingprotokollet. Många av MANET-protokollen har prövats men totalt sett har simuleringsresultaten generaliserats till förmån för det ena eller det andra. Det är inte klart vilken klass av protokoll som skulle fungera bäst. De flesta av dessa kan fortfarande tillämpas på olika UAV-nätscenarier. Vi kommer här att titta på många av de protokoll som har prövats i UAV-nätverk, liksom de potentiella kandidaterna. Det finns några välkända sätt att bygga in energibevarande funktioner i UAV-nätverk. Att mäta och styra effektutnyttjandet eller fördela belastningen rättvist baserat på en viss energimått är de två viktiga. Dessutom kan vissa routing protokoll göra några av noderna att sova, eller navigera en låg energiväg, för att undvika slöseri med energi. De protokoll som diskuteras är ytterligare indelade i följande fyra kategorier: 1) Path selection based 2) Node selection based 3) Coordinator based 4) Sleep based. Olika förslag för dessa fyra kategorier beskrivs nedan och sammanfattas i slutet av detta underavsnitt. Dessa protokoll syftar till att välja vägar som minimerar den totala källan till målet energibehov. Fyra protokoll i denna kategori diskuteras nedan. Denna mekanism maximerar energieffektiviteten genom att hitta den kortaste vägen baserad på energi. Det upprätthåller en bra end-to-end-försening och genomströmningsprestanda. Det utökar Max-Min algoritm för att maximera genomströmning, minimera fördröjning och maximera energieffektivitet. Denna utvidgning har tillämpats på det befintliga dynamiska källkods routingprotokollet på begäran (DSR) inom ramen för mobila ad hoc-nätverk, och den resulterande versionen tar namnet EMM-DSR [80]. I [55], var emellertid prestandan baserad på end-to-end latency av DSR sämre för UAV-nätverk jämfört med AODV och riktning OLSR. FAR är ett protokoll för optimering av transmissionseffekten. Den antar ett statiskt nätverk och finner den optimala routingbanan för ett givet källdestinationspar som minimerar summan av länkkostnaderna längs vägen. Kostnaden beror på kostnaden för en enhetsflödesöverföring över länken, startenergin och restenergin vid den sändande noden. Flödesförstärkningsalgoritmen kräver frekventa vägberäkningar och övergångar, men den väljer den kortaste kostnadsvägen varje gång. Eftersom topologins pseudostabilitet endast kan antas i en liten delmängd av UAV-nätverkstillämpningar (t.ex. Kommunikation täckning av ett avlägset område), kommer det att bli kraftiga påföljder i fråga om beräkning av minimikostnad länkvägar när noderna ändrar sina relativa positioner ofta [81]. c) Minimienergi routing: Minimienergi routing sparar kraft genom att välja vägar genom ett multi-hop ad hoc-nätverk som minimerar den totala sändningsenergi. Att fördela energiförbrukningen på ett rättvist sätt maximerar nätverkets livslängd. I detta protokoll justerar noderna sina överföringseffektnivåer och väljer rutter för att optimera prestandan. Detta tar sig många former i UAV-nätverken. Topologi kan väljas genom att justera kraften så att endast omedelbara grannar kommunicerar. Det är möjligt att ställa in detta i UAV-nätverk förutom att grannarna kan förändras oftare. Arbetet med multi-hop 21 kommunikation är en svärm av UAVs [147] har rapporterat användning av minimienergi utgifter multi-hop routing liknande ExOR (extremt opportunistiska routing). Högeffektshopp delas upp i mindre lågeffektshopp. Kantvikter representerar dämpning i nätverket och Dijkstras algoritm används för att beräkna den kortaste (lägsta) energivägen. ExOR sänder varje paket, väljer en mottagare att vidarebefordra endast efter att ha lärt sig uppsättningen noder som faktiskt fick paketet. ExOR är verksamt på partier av paket för att minska kommunikationskostnaderna för avtal. Källan innehåller i varje paket en lista över kandidat skotare som prioriteras av närhet till destinationen. Högsta prioritet nod vidarebefordrar partiet. Återstående skotare framåt i ordning men endast paket som inte har erkänts. En puls, som kallas översvämning, skickas periodiskt med fast intervall som härrör från infrastructure access noder och sprids genom hela komponenten i nätverket. Denna puls uppdaterar varje nod om närmaste pulskälla och varje nod spårar bästa rutten till närmaste pulskälla baserat på något mått. Utbredningen av översvämningen bildar en slinga fri routing träd rotad vid pulskällan. Om en nod behöver skicka ett paket svarar den på pulsen med ett bokningspaket. Detta protokoll kan drabbas av förseningar av översvämningsöverlappning och kan leda till betydande energiförbrukning [82]. Detta har föreslagits inom ramen för de trådlösa nätverken för fast infrastruktur med flera användningsområden. På motsvarande sätt kan det undersökas för infrastrukturkategorin UAV-tillämpningar. Dessa protokoll syftar till att välja noder som bevarar batteritiden för varje nod eller utesluta noder med låg energi. Tre sådana protokoll diskuteras nedan. a) Power-Aware Routing: Dessa protokoll kan minimera det totala strömbehovet för end-to-end-kommunikation eller bevara batteritiden för varje nod. MTPR (Minimum Total Transmission Power Routing) och MBCR (Minimum Battery Cost Routing) är baserade på dessa principer. I MTPR skulle en anpassning av överföringskraften kunna leda till ett nytt dolt terminalproblem. Om detta inträffar skulle ett större antal kollisioner resultera i fler transmissioner som leder till högre energiförbrukning. MBCR endast beaktar den totala kostnaden funktion och kan inkludera en nod med mycket mindre energi om alla andra noder som ingår har hög energi. Variationen, MMBCR (Min-Max Batteri Cost Routing) tar hänsyn till den återstående energinivån för enskilda noder i stället för den totala energin. Nackdelen är att i strävan att minimera total energi det kan välja en lång väg och resultera i alltför förseningar [90], [118]. En variation har föreslagits för trådlösa nät med förnybara energikällor där noden har full kunskap om den energi den kommer att ha fram till nästa förnyelsepunkt. Den föreslagna algoritmen visas vara asymptotiskt optimal. Den föreslagna routing algoritmen använder en sammansatt kostnadsmått som inkluderar kraft för överföring och mottagning, påfyllningshastighet, och restenergi [83]. b) LÄRA (Localized Energy-Aware Routing): LÄRA använder DSR men gör det möjligt för en nod att avgöra om RREQ ska vidarebefordras eller inte beroende på att återstående batterieffekt överstiger ett fastställt tröskelvärde. Om resteffekten ligger under tröskelvärdet, tappar noden meddelandet och deltar inte i återutläggningspaket. Destination noden skulle få ett meddelande endast när alla mellanliggande noder längs en rutt har bra batterinivåer. Om källkodsnoden inte får ett svar, skickar den ett nytt meddelande. Mellanliggande noder sänker tröskeln för att vidarebefordringen ska kunna fortsätta [84]. c) DETAR-protokoll (Distributed Energy-Efficient Ad Hoc Routing): Konventionella kraftmedvetna routingalgoritmer kan kräva ytterligare kontrollpaket för att samla in information som t.ex. nättopologi och återstående kraft. Det är lätt att få sådan information vid proaktiv routing, men vid ondemand-protokoll kan separata kontrollpaket krävas. DER använder redan tillgängliga RREQ-paket för att få nödvändig information och inga extra paket skulle behövas. DERA kräver endast den genomsnittliga återstående batterinivån för hela nätverket. Noder med relativt större batterienergi kommer att återsända RREQ-paket tidigare. Routingprotokoll på begäran släpper dubbletten RREQ utan att sända dem vidare. REDAN kan ställa in rutten som består av noderna med relativt hög batterieffekt. Simulering visar att DER förlänger nätverkets livslängd och också förbättrar leveransförhållandet genom att välja en mer tillförlitlig väg [85]. I dessa protokoll är den dominerande egenskapen val av ett klusterhuvud eller en koordinator som kommer att förbli vaken medan de andra noderna kan sova för att spara kraft. Dessa protokoll är ganska lämpliga för sensornätverk. De kan vara ett naturligt val i hierarkiska UAV-nätverk på flera nivåer och i situationer där flera UAV-nätverk måste kommunicera. Några exempel på sådana protokoll följer: a) CBRP (Cluster Based Routing Protocol): Det är en ondemand routing protokoll där noder är uppdelade i ett antal 2-hop diameter kluster. Varje kluster har ett klusterhuvud som fungerar som samordnare som kommunicerar med andra klusterhuvuden. Alla noder i ett kluster kommunicerar via samordnaren. Protokollet minimerar effektivt översvämningstrafiken under väg upptäckt och påskyndar denna process samt resulterar i betydande energibesparingar [86]. b) Distribuerad Gateway Selection [122] : I denna metod, några överlägsna noder i UAV-nätverket väljs som gateways medan andra noder ansluter till kommandocentret genom dessa gateways. När det gäller val av klusterhuvuden tar valet av gateways hänsyn till nodernas rörelser. De föreslår en adaptiv algoritm för val av gateway baserat på dynamisk nätverkspartition. Urvalsprocessen går igenom flera iterationer. Urvalet är baserat på stabilitet av två-hop grannar. c) GAF-protokoll (Geographic Adaptive Fidelity): I GAF är fullständig nätverkstopologi uppdelad i ett rutnät med rutor med fast storlek. Noder i två intilliggande rutor kan kommunicera med varandra. I varje ruta väljs noden med den högsta restenergin som koordinator eller mästare. Endast en nod i varje kvadrat behöver vara medveten om den geografiska platsen för andra noder i området och denna nod kan bli samordnare. Koordinatorn fortsätter att förändras inom området. Andra noder än koordinatorn kan sova utan att påverka 22 routing trohet. Protokollet ökar nätverkets livslängd. Det är en platsbaserad hierarkisk protokoll där samordnaren inte gör någon aggregering [87]. I UAV nätverk noder skulle inte vara stabil i ett rutnät. Den anslutna uppsättningen gjord av hög energi UAVs i varje kvadrat kan inte bestå som noder rör sig i en ut. Frekvent förändring av kandidater för anslutna inställda i varje kvadrat och närvaro av låga energinoder i vissa av rutorna kan leda till partitionering av nätverket. d) Spanprotokoll: Span minskar energiförbrukningen utan att minska anslutningsmöjligheterna eller kapaciteten. Den fungerar mellan nätverket och MAC-lagren och utnyttjar den effektbesparande funktionen hos MAC-lagret, d.v.s. gör att enheter sover när inga data ska överföras. Varje nod fattar ett lokalt beslut om du ska vara samordnare för när du ska vakna eller sova. Samordnare hålla sig vakna hela tiden och utföra multi-hop routing medan andra noder kan vara i strömsparläge. Varje nod får förmågan att välja grannar och hjälper till att förändra nätverket topologi. Antalet länkar minskas och noderna fortfarande få fördelen av att använda bra QoS-länkar genom andra noder. I UAV-näten skulle bytet av samordnare som bildar stamnätet bero på UAV:s ändrade position. Om ett antal UAV försöker bli koordinatorer då alla utom en måste backa. Under backoff deras position kan förändras och vissa kanske inte förblir kandidater för att bilda ryggraden. Mängden energi som sparas beror på nodtätheten. Systemlivslängden för ett 802.11 nät i strömsparläge med Span är en faktor på 2 bättre än utan det [88]. 4) Sömn baserad: Dessa protokoll sparar energi främst genom att göra så många noder sova så länge som möjligt. Tre sådana protokoll beskrivs nedan. En ansluten dominerad nod är en uppsättning noder sådan att varje annan nod i nätverket är en granne till en av dessa noder. Om medlemmarna i CDS-uppsättningen är anslutna så kommer alla andra noder att få paketen. Medan dominerande uppsättning är alltid aktiv, andra noder kan sova för att spara energi [89]. Med hjälp av CDS routing är lätt och kan anpassa sig till topologi förändringar. Detta protokoll gör det möjligt att spara energi genom att välja CDS noder på energimått och även tillåta icke-CDS noder att sova. b) CaDet (Clustering and Decision-Tree Based) protokoll: Detta protokoll använder data-gruvteknik och analys av verkliga trådlösa data genom probabilistisk platsuppskattning och flera beslut trädbaserad metod. Dessa skulle bidra till att identifiera de mest använda åtkomstpunkterna som i sin tur kommer att ge information om var användarna befinner sig. Dessa beslut hjälper till att välja ut minsta antal anslutningspunkter som ska användas, vilket minskar kundens energiförbrukning och väckartid [76]. Shi och Luo [148] föreslår ett klusterbaserat routingprotokoll för UAV-flottans nätverk. Ett av kriterierna för att välja klusterhuvud är restenergi. Protokollet bildar en stabil klusterarkitektur för UAV-flottan som grund och utför sedan ruttfyndighet och ruttunderhåll med hjälp av den geografiska platsen för UAV:er. I det minsta humle metoder, utan energi överväganden, den kortaste vägen används alltid och noder på denna väg blir utarmade leder till partitionering av nätverket. I EAR routing och trafiktekniska beslut fattas med hänsyn till energiförbrukningen av utrustning även på bekostnad av suboptimala vägar. Det kan faktiskt leda till flera suboptimala lågenergivägar. Energikostnaderna kan användas som det enda målet eller i kombination med andra begränsningar som QoS. Syftet är att helt stänga av komponenter som kommer att bidra till att minska energiförbrukningen i nätet [90]. Ett sätt att uppnå detta genom att synkronisera sända och ta emot tider vid noder eller genom att minimera den nödvändiga totala mottagna och överföra kraft över en rutt. I ett sådant scenario kan en rutt med mer, men kortare, humle vara mer energieffektiv. I många UAV-nätverk sänder och tar noderna kontinuerligt emot och att uppnå denna synkronisering skulle inte vara svårt [149]. Viktiga funktioner och energibesparingsstrategi för nätverkslagerprotokoll sammanfattas i tabell IX Vi diskuterar nu de strategier som bidrar till att spara energi i datalänkskiktet. Det är MAC-underskiktet i datalänken Layer som ansvarar för att säkerställa en rättvis mekanism för att dela åtkomst till mediet mellan noderna. I denna process kan den spela en nyckelroll i maximeringen av nodens energieffektivitet. Effektbesparande läge (PSM) har definierats i 802.11, vilket minskar energiförbrukningen hos mobila enheter genom att sätta dem i viloläge när de är tomgång. En enhet i PSM måste dock väckas upp för att skicka eller ta emot paket. Energibesparingen sker alltså på bekostnad av leveransfördröjningen. IEEE 802.11e definierar automatisk strömsparleverans (APSD) [91]. IEEE 802.11n har infört ytterligare förbättringar av APSD-protokollen, kallade power save multi-poll (PSMP) [92]. Liksom i sina föregångare finns det schemalagda (dvs. S-PSMP) och oplanerade (dvs. U-PSMP) versioner. S-PSMP ger bättre kontroll över AP/station tidslinjen genom att AP definierar en PSMP-sekvens som inkluderar schemalagda tider för nedlänk och upplänköverföringar. Wastage of energy in the MAC lager är främst på grund av kollisioner, overheads, lyssna efter potentiell trafik och höra trafik avsedd för andra noder. Protokoll försöker därför att ta bort ett eller flera av dessa problem. De flesta av de tillgängliga datalänken energibevarande strategier faller in i följande breda kategorier 1) Duty cykel med en enda radio 2) Duty cykel med dubbel radio 3) Topologi kontroll 4) Kluster baserad. Några av de representativa protokollen i var och en av dessa kategorier beskrivs nedan: 1) Duty cykel med en enda radio: Dessa protokoll innebär användning av sömnaktivitet scheman. Endast en enda radio används dock för signal- och datatrafik: a) S-MAC (Sensor-Medium Access Control): Det är ett av de enkla protokoll som föreslås i denna kategori. Noden följer fasta sömncykler och aktiva tider. Detta kommer att förbruka mindre energi än i fall där noden lyssnar hela tiden när overksam. Noderna gör sina egna scheman och sänder dem till grannarna. Kluster av noder som känner varandras schema förblir synkroniserade. Det slösar energi hantering låg trafik och detta kommer att resultera i låg genomströmning [93]. [42] I motsats till fasta scheman för S-MAC, använder detta protokoll anpassningsbara scheman baserade på hörsel ingen aktivitet under en viss tidsperiod. Detta resulterar i förbättrad effektivitet över S-MAC [94] c) ECR-MAC (Efficient Cognitive Radio): Detta protokoll använder flera skotare för varje nod så att flera sökvägar är tillgängliga för destinationen. Den första tillgängliga noden används normalt, vilket resulterar i minskad väntetid i väntan på att en viss nod ska vara fri [95]. d) SOFA (Sleep-Optimal Fair-Attention schemaläggare): Detta protokoll använder en nedlänk trafik schemaläggare på AP för en WLAN, som kallas SOFA, som hjälper sina PSM-klienter att spara energi genom att låta dem sova mer, vilket minskar energiförbrukningen. Om en kund fortfarande har väntande paket från beacon perioden men AP servar andra kunder då denna klient måste hålla sig vaken tills det sista paket som planerats för det i beacon perioden har levererats. Därför kommer en stor del av kundens energislöseri från de åtkomstpunkter som överför andra kunders paket innan den avslutar överföringen av kundens sista paket till den. SOFA lyckas minska sådan energislöseri genom att maximera den totala sömntiden för alla kunder [96], [78]. e) MT-MAC (Multi-hop TDMA Energy-efficient Sleeping MAC) Protocol: För att förbättra prestandan för energieffektivitet, genomströmning och fördröjning i WMSN, kan TDMA-protokollet från Multi-hopen Energieffektiv Sleeping MAC (MT-MAC) användas. Den huvudsakliga idén med MT-MAC är att dela upp en ram i många slots för noder (främst sensor) för att vidarebefordra datapaket, med TDMA schemaläggningsmetod. Eftersom kollision och dolda terminalproblem beaktas i schemaläggningen algoritm, så sannolikheten för kollision i nätverket kommer att minskas och genomströmningen kommer att ökas [97]. 2) Duty cykel med dubbel radio: Dessa protokoll omfattar sömnaktivitet scheman. De använder separata radioapparater för signal- och datatrafik. STEM har varit ett av de tidiga CSMA-baserade MAC-protokollen för sensornätverk som schemalagt sömn och aktiva perioder. En av radioapparaterna används för att väcka grannnoder. Den här radion använder tjänstgöringscykler. Den andra radion används för att skicka data till den vidarebefordrande noden och sover alltid tills vaknat upp. Som vakna upp innebär viss fördröjning finns det en kompromiss där högre effektivitet kommer med högre fördröjning [98]. b) Program för PTW (Pipeline Tone Wakeup): Syftet med detta protokoll är att ta hand om avvägningen mellan energieffektivitet och fördröjning i STEM. Den använder tekniker för att förkorta den tid det tar att väcka noderna för dataöverföring [99]. c) LEEM (Latency minimated Energy Efficient MAC) protokoll: Detta protokoll syftar också till att minska latency samtidigt som energieffektivitet. Noderna längs vägen till destination synkroniseras så att de kan väckas upp sekventiellt [100]. d) PAMAS (Power-aware Multi Access Protocol with Signaling): Detta protokoll använder signalering på en separat radio för att få bra genomströmning och latens för data. Det hör signalerar för andra noder och stänger av en nod radio under den tid som mediet inte kommer att vara tillgängliga. Signaleringsgränssnittet kunde lämnas kvar så att noden lyssnar på signalutbytet och kan reagera snabbt på trafiken riktad mot det [101]. 3) Topologi / effektstyrning baserad: Dessa protokoll justera överföring effektnivåer för att styra anslutningen till andra noder eller välja topologi genom att bestämma vilka noder att hålla på: a) XTC (eXtreme Topology Control): Grannar rankas 24 för länkkvalitet av varje nod sänder vid maximal effekt. Varje nod överför sina rankingresultat till angränsande noder. Slutligen noderna välja grannarna att vara direkt ansluten till. Protokollet behöver inte platsinformation [102]. b) LFTC (Location Free Topology Control): LFTC-protokollet konstruerar strömeffektiv nättopologi. Den undviker också eventuella kollisioner på grund av dolda terminalproblem. Inledningsvis sänder varje nod hej meddelande med närhet tabell. Noderna justerar sedan sin överföringskraft för att kommunicera med direkta grannar. Datakollision och dolda terminalproblem undviks genom att man väljer lämplig effekt för data och kontroll. Detta protokoll förbättrar över XTC eftersom det har mindre humle räkna och bättre tillförlitlighet [103]. c) PEM (Power-Efficient MAC) Protokoll: PEM förbättrar nätutnyttjandet och minskar energiförbrukningen. Stationerna uppskattar sina avstånd från sändaren och få störningsförhållandena mellan överföringspar genom en trevägs handskakning. Överföringen är planerad baserat på interferensförhållandet [104]. d) Virtualisering av NIC: Ett självklart sätt att spara energi är att stänga av några av de trådlösa noderna under lågtrafiktimmarna. Naturligtvis skulle vissa av platserna inom intresseområdet inte omfattas. Dessa kan tillhandahållas konnektivitet genom nättäckningsförlängning/relaying-kapacitet. Inte bara stänga noder sparar energi, NIC virtualisering minskar också energiförbrukningen [105]. 4) Klusterbaserade MAC-protokoll: Dessa protokoll delar upp noder i grupper och väljer ett klusterhuvud eller en koordinator för inter-area kommunikation och dataaggregation. Icke-kluster noder kan sedan ha strömspar sömn scheman: a) LEACH (Low-Energy Adaptive Clustering Hierarchy) protokoll: LEACH är en schemalagd MAC protokoll med kluster topologi. Det är en hierarkisk routingalgoritm som kombinerar minskad energiförbrukning med kvalitet på medietillgången. Det delar upp nätverkets topologi i kluster och ett klusterhuvud representerar varje kluster. Klusterhuvudet aggregerar data för alla noder i ett kluster och ger bättre prestanda i fråga om livslängd [106]. Det oberoende beslutet om huruvida man ska bli ett klusterhuvud eller inte kan leda till att energidräneringen påskyndas för vissa av noderna i nätverket. LEACH-C är ett centraliserat system som kan förbättra några av de frågor som rör LEACH. b) PEGAS (Power-Efficient Assemblying in Sensor Information Systems): Detta protokoll använder sig av klusterhuvuden på ett annat sätt än LEACH och är en förbättring över det. Istället för varje klusterhuvud som kommunicerar med destinationen bildas en kedja av klusterhuvuden. Kedjan byggs från noden längst bort från destinationen och hamnar slutligen närmast destinationen. Därefter väljs ett klusterhuvud som utför dataaggregation. Vid fel på någon av noderna återbyggs kedjan. En ny ledare väljs slumpmässigt under varje omgång av datainsamling [107]. Viktiga funktioner och energibesparingar strategi för datalänkskikt protokoll beskrivs i tabell X. Fysiskt lager (PHY) handlar om hårdvaruimplementering, anslutning till grannar, implementerar kodning och signalering och flyttar bitar över det fysiska mediet. För att utforma energieffektiva protokoll är det viktigt att beakta de fysiska egenskaperna hos den berörda elektroniken. Förståelsen av det fysiska skiktet är viktig för ett framgångsrikt genomförande av data-länk- och nätverkslager. Hög rörlighet av noder i UAV-nätverk skapar problem för fysiska lager. Vi kommer att överväga dessa protokoll i följande fyra grupper: 1) Dynamisk spänningskontroll 2) Node nivå effekt schemaläggning 3) Välja minsta delmängd, och 4) Viloscheman med buffring: Minskad väntetid för vidarebefordra data SOFA Ökar sömntid genom att tillåta noder att inte vakna upp när andra noder paket överförs. MT-MAC delar upp en ram i många fack för sensornoder för att vidarebefordra datapaket. Kollisioner minskas och nätverksgenomströmningen ökas. 2. Utgångspunkten är följande: Duty cykel med dubbel radio STEM Det har schemalagd sömn och aktiv period. Separat radio för signalering och data. Signalradion har schemalagd tid medan dataradion sover tills den vaknar. Högre fördröjning. Dataradio sover längre PTW Tar hand om avvägningen mellan energieffektivitet och fördröjning av STEM. Förkortar den tid det tar att väcka noderna för dataöverföring. Dataradio sover längre, rördragning används för att minska fördröjning LEEM Minska latens samtidigt som energieffektivitet. Noder längs vägen till destination synkroniseras så att de kan väckas upp sekventiellt Noder synkroniseras för snabb väcka upp PAMAS Signalerande radio är kvar för att lyssna. Dataradio från en nod slås på när den tar emot paket som är avsett för den. Dataradio sover när medium inte är tillgängligt 3. Topologi/power control baserad XTC Varje nod ansluter till grannar baserat på länkkvalitet. Bra kvalitet länkval LFTC Noder ändra topologi genom att justera effekt. Datakollision och dolda terminalproblem undviks. Förbättrar över XTC på humle räkna och data leverans. Det fysiska skiktet behandlar modulering och signalkodning och tillhörande signalöverföringsteknik. De extremt höga rörlighet noderna i flygnätverk gör utformningen av det fysiska skiktet mer involverade. När det gäller UAV-nätverk är rörelsen i 3D och för att data inte ska gå förlorade i datakommunikationsarkitekturer måste de fysiska skiktförhållandena vara väl förstådda och väl definierade. 3D-nätverken har flera accentuerade farhågor, såsom variationer i kommunikationsavstånd, riktning av de kommunicerande paren, antennstrålning mönster, skuggning från UAV och ombord elektronisk utrustning, miljöförhållanden, störningar och störning [150]. Författarna föreslår att förmildrande hög länkförlust och variationer genom rumslig och tidsmässig mångfald. De anser att det krävs mer forskning i det fysiska skiktet och antennutbredningen för 3D-miljöer. Dessa protokoll justerar kretsen snedspänningsnivåer, beroende på trafiken, för att optimera energianvändningen. I detta avseende när UAV förbrukar batterieffekt, kan batterispänningen sjunka och UAV kan bli dysfunktionell. Om dock routern och andra kretsar i nyttolasten kan falla tillbaka till lägre spänningsnivåer kan flygtiden för UAV ökas. Följande protokoll är ett exempel. a) Dynamisk spänningsskalning (DVS): DVS utnyttjar variabilitet i processorns arbetsbelastning och latensbegränsningar och inser denna avvägning av energikvalitet på kretsnivå. När trafikbelastningen är låg, kan snedspänningen minskas för att få proportionellt quadratic besparing i energi [108] 2) Node nivå effekt schemaläggning Dessa protokoll gör nod nivå optimeringar för att uppnå energieffektivitet och förbättra nätverkets livslängd. I UAV som kontrollerar överföringskraften kan styra nätets topologi. I extrema fall kan anslutning endast upprätthållas med enkel humle grannar. Kommunikation kan sedan ske på ett multi-hop sätt. Följande protokoll finns i denna kategori. a) LM-SPT (Local Minimum Shortest Path-Tree): Denna metod förbättrar effekteffektiviteten genom en lokaliserad distribuerad strömeffektiv topologistyrningsalgoritm. Huvudidén i detta tillvägagångssätt är att konstruera en overlay graf topologi över den trådlösa mesh så att denna topologi har de nödvändiga funktionerna som ökat genomströmning, ökad nätverkslivslängd och underhållna länkar genom varierande överföringseffekt vid varje nod. Algoritmen balanserar energieffektivitet och genomströmning i trådlösa mesh-nät utan förlust av anslutning. Konceptet med detta tillvägagångssätt bygger på information om det lokala grannskapet som är begränsad till ett humle för att beräkna den minsta kraftöverföringen [109]. b) Topologi för minimienergi: Denna metod genererar en topologidiagram G = (V, E) där V representerar noder och E representerar länkarna. Det har en lokaliserad distribuerad topologi kontroll som beräknar den optimala överföringskraften för att upprätthålla anslutning och minskar kraft för att täcka endast närmaste grannar. Energi sparas och nätverkets livslängd ökar också [110]. c) CPLD (Complex Programmable Logic Devices): CPLD används med populära applikationschipset för att minska standby-effekt och minimera den tid som nyckelprocessorer behöver drivas på för att upptäcka systemhändelser. För att minimera strömförbrukningen i nätet, CPLD kan användas i noderna i mesh nätverket, som skär av strömmen från processorn i stationen medan den är overksam under en viss tid. Den kan upptäcka alla beacon ram anländer från basstationen och slår på strömmen omedelbart till processorn utan att slösa någon tid. Genomförandet av CPLD i enheter, som är en del av trådlösa mesh nätverk i stället för microcontrollers, tillsammans med smarta elektroniska switchar kan drastiskt minska strömförbrukningen [115]. Dessa protokoll fungerar på principen att välja en delmängd av noder att slå på och hålla de andra noderna avstängda för att spara energi. Tre exempel på protokoll i denna kategori är följande. a) CNN (Kritiskt antal grannar): CNN avser det minsta antal grannar som ska underhållas av varje nod i nätverket som ska vara asymptotiskt ansluten. Detta tillvägagångssätt för att upprätthålla konnektivitet kräver endast kunskap om nätstorleken krävs för att fastställa CNN. Denna information kan enkelt erhållas från en proaktiv routing protokoll såsom OLSR. Effekt kontrolleras för enskilda noder för att maximera effektbesparingar och kontrollera störningar [111]. b) Virtuellt WLAN: Denna metod föreslår ett bytessystem som syftar till att driva på det minsta antalet enheter eller kombinationen av enheter som förbrukar minst energi som tillsammans kan ge full täckning och tillräcklig kapacitet. Genom att konsolidera hårdvaran kan en del hårdvara placeras i lågeffektläge och energiförbrukningen kan minskas. Beroende på vilken typ av enhet, olika belopp kan sparas [112]. Detta är ett tillvägagångssätt för att minimera energin i en tid varierande sammanhang genom att välja dynamiskt en delmängd av mesh BS att slå på med avseende på täckning frågor i serviceområdet, trafik routing, samt kapacitetsbegränsningar både på tillträdessegmentet och de trådlösa backhaul länkar. För att uppnå det önskade målet, tar algoritmen hänsyn till trafikkrav för en uppsättning tidsintervall och hanterar energiförbrukningen i nätet med målet att göra det proportionellt mot belastningen [113]. 4) Sovscheman med Buffering Dessa protokoll syftar till att förlänga sömntider genom att buffra paket som anländer medan en nod är inaktiv. Ett exempel diskuteras här: a) SRA (Sleeping and Rate Adaptation): Det finns två former av energistyrningssystem som minskar näts energiförbrukning. Den första sätter nätverksgränssnitten i viloläge under korta tomgångar. För att göra det effektivt små mängder buffring införs för sovande kunder som kommer att lagra paketen för att skapa en tillräckligt lång lucka för kunden att sova och spara energi. Potentiella farhågor är att buffring kommer att lägga till för mycket fördröjningar över hela nätverket och att sprickbildningar kommer att förvärra förlusterna. Algoritmerna ordnar för routrar och växlar att sova på ett sätt som säkerställer att buffring fördröjning straff betalas endast en gång (inte per länk) och att routrar klara sprickor för att inte förstärka förlust märkbart [114]. Viktiga egenskaper och energibesparingsstrategin för de fysiska skiktprotokollen anges i tabell XI-protokoll som anses hittills främst arbeta med att lösa frågor som rör ett enskilt protokollskikt. Nätverkslagerprotokollen behandlar val av sökväg eller nod för att upprätthålla anslutning av hela nätverket. Datalänkskiktsprotokollen (särskilt MAC-underskiktsprotokollen) är mer involverade i att undvika kollisioner och utforma arbetscykler. Det fysiska protokollet gäller anordningarnas egenskaper för spännings- och effektstyrning. Maximering av energibesparingen i ett skikt kan fortfarande ge totalt sett ineffektiv energibesparing i alla skikt. Mycket lite arbete finns tillgängligt på området mellanlager protokoll i mobila ad hoc-nät och tillämpningen av dessa på UAV-nätverk är fortfarande en öppen fråga. Vi diskuterar här ett par representativa arbeten på detta område. För att utforma ett energieffektivt protokoll måste ett antal faktorer som andelen framgångsrika dataöverföringar, restenergi på noderna och trafiktillstånd på noderna beaktas. Denna cross-layer design kan minska energiförbrukningen av dataöverföringar, men den förlänger också nätverkstiden. MTEC routing protokoll fungerar på nätverksskiktet och tar hänsyn till andelen framgångsrika dataöverföringar, trafik belastningen av noder och antalet noder som kämpar för en kanal, för att hitta en lämplig väg. Det minskar energiförbrukningen och förlänger nätverkets livslängd. För detta finner den noder med tillräcklig restenergi för att framgångsrikt överföra alla datapaket. ACW arbetar vid MAC-lagret för att minska energiförbrukningen och genomströmningen. Baserat på andelen framgångsrika dataöverföringar använder en nod en ACW för att dynamiskt justera back-off-tiden mellan olika noder. Det minskar återsändningar genom att tillåta länkar med större andel framgångsrika sändningar att använda kanal mer [116]. Protokollet fungerar över fysiska, MAC och nätverkslager. På den fysiska lagernivån, detta protokoll får först den överföringskraft som krävs för att hålla två angränsande noder anslutna. Det upprätthåller en ansluten granne tabell för varje nod i nätverket. Denna information kan användas av nätverkslagret för att välja en bättre ruttväg för data. Protokollet använder sedan routinginformationen för att bestämma sömn-aktivitetsmönstret för noderna i MAC-skiktet för att maximera sömntider [117]. Detta har föreslagits för att hitta en energieffektiv och tillförlitlig väg från källan till destinationen. Det motverkar kanalkvalitetsvariationer och minskar kostnaderna för vidaresändning för trådlösa ad hoc-nät. För varje nod beräknas kostnaden för att överföra data från källan till destinationen om denna nod faller i rutten. Detta tar också hänsyn till kostnaderna för vidaresändning när det gäller energiförbrukning. Den nod som får en RREQ uppskattar också kanalens kvalitet baserat på den mottagna signalstyrkan. Noden tar också hänsyn till sitt störningsmönster. Med alla dessa beräkningar kan CLE2aR2 hitta en rutt med mindre energiförbrukning och hög tillförlitlighet [119]. UAV-nätverken växer i betydelse och det allmänna 27 intresset för civila tillämpningar. Att tillhandahålla bra inter-UAV-anslutningar och länkar till användare och alla markstationer är ganska utmanande. Forskning om mobila nät för ad hoc-nät tillämpas på UAV-näten, men även det förra är ett område som utvecklas. Dessutom, ett antal funktioner som dynamik av noder, fluid topologi, intermittenta länkar, kraft och bandbredd begränsningar ställer UAV-nätverk bortsett från alla andra som har forskats tidigare. Vissa forskare anser att det finns behov av att bygga upp allt på nytt. Detta inkluderar funktioner i det fysiska lagret, datalänkskiktet, nätverkslagret och transportlagret. Vissa frågor som energibevarande och säkerställande av tillräcklig kvalitet på tjänsterna kräver konstruktion över lager. I denna undersökning försöker vi fokusera på forskning inom områdena Routing, sömlösa överlämnanden och energieffektivitet. Anledningen till att genomföra denna undersökning var att det saknades en undersökning som inriktades på dessa frågor. För att effektivt kunna bearbeta och presentera den tillgängliga informationen i rätt perspektiv ansågs det nödvändigt att kategorisera UAV-näten på grundval av ett antal egenskaper. Det är viktigt att skilja mellan infrastruktur- och ad hoc-UAV-nät, tillämpningsområden där UAV fungerar som servrar eller som kunder, stjärna eller mesh UAV-nät och om utbyggnaden är härdad mot förseningar och störningar. Genom denna diskussion ser vi hur UAV-nätverk har sina egna unika egenskaper, trots att de delar vissa egenskaper med mobila och fordonsspecifika ad-hoc-nätverk. Efter att ha gjort denna klassificering fokuserar vi på huvudfrågorna routing, sömlösa överlämnanden och energieffektivitet i UAV-nät Routing har unika krav - att hitta den mest effektiva rutten, vilket gör det möjligt för nätverket att skala, kontrollera latency, säkerställa tillförlitlighet, ta hand om rörlighet och säkerställa den kvalitet på tjänsten som krävs. I UAV nätverk, ytterligare krav på dynamisk topologi (med nod rörlighet i 2-D och 3-D), frekvent nod addition och borttagning, robusthet till intermittenta länkar, bandbredd och energi begränsningar gör utformningen av ett lämpligt protokoll en av de mest utmanande uppgifter [3]. Detta område utvecklas fortfarande och vi är fortfarande att se inhemska UAV-nätverk protokoll. Forskare har föreslagit ändringar av befintliga protokoll för att göra dem användbara för UAV-scenarier. Vi diskuterar fyra kategorier av protokoll och ser i vilken utsträckning de är lämpliga för UAV-nätverk. Statisk protokoll har begränsad tillämplighet eftersom routing tabeller är manuellt konfigurerade och kan inte ändras när nätverket har lanserats. Proaktiva protokoll håller aktuella tabeller men behöver utbyta ett antal meddelanden mellan noderna. Detta gör dem olämpliga för UAV-nätverk på två räknarbandbredd begränsningar och långsam reaktion på topologi förändringar orsakar förseningar. I denna kategori, ett välkänt protokoll som kallas OLSR skulle spåra snabba förändringar i UAV-nätverket på bekostnad av ökade overhead av styrmeddelanden som leder till stridighet, paketförlust och bandbreddsförbrukning även med Multi Point Relays (MPR). Ett annat traditionellt protokoll, DSDV, när det används i flygnätverk, lägger en hög dator- och lagringsbörda för att upprätthålla färskhet av rutter. Nyare protokoll som BABEL och B.A.T.M.A.N har inte heller visat sig vara klart överlägsna. I reaktiva protokoll som DSR är det besvärligt att hitta nya vägar. AODV har studerats för eventuell anpassning i UAV-nätverk, men förseningar i vägkonstruktionen utlöser vägupptäckter och föreningar förseningar. Genomströmning lider på grund av intermittenta länkar. Vissa anpassningar som reaktiv-greedy-reactive (RGR) har visat sig prestera bättre. Hybridprotokollen utgör en kompromiss mellan högre latens för reaktiva protokoll och högre omkostnader för proaktiva protokoll. I vissa fall som ZRP-protokollet, den ökade komplexiteten i UAV-nätverken kan uppväga den lilla förbättringen i prestanda. I tillämpningar där UAV-nätverk är försenade och avbrott benägna och partitionering är normen snarare än undantag, kan kontinuerlig end-to-end anslutning inte antas. Överföringsförseningarna ökar utöver TCP-gränsvärdena och paketen läggs ned. I sådana situationer anses ett UAV-nätverk med fördröjningstoleranta egenskaper vara ett av de mest effektiva. Arkitekturen skulle baseras på butikstransport framåt. Om data inte kan levereras omedelbart är de noder som valts för att bära meddelandet de som har störst sannolikhet att leverera meddelandet. Val av väg från källa till destination beror på om topologin som utvecklas över tiden är deterministisk eller probabilistisk. Vid probabilistisk topologi kan meddelanden skickas genom översvämningar (epidemisk routing) med stort behov av buffertutrymme, bandbredd och kraft. Variation som spray och vänta använda fast antal kopior och minska resursbehov. Kontrollerad färja kan användas i UAV-nätverk i katastrofåterställning där UAV kan utrustas med kommunikationsenheter som kan lagra ett stort antal meddelanden och kan befallas att följa en bana som kopplar samman frånkopplade partitioner. Vissa applikationer som kommunikationstjänst i ett avlägset område eller över en oljerigg kan dra nytta av social nätverksmodell där noder finns kvar på vissa kända platser. Sömlös överlämning möjliggör total kontinuitet i nätverkskommunikationen med endast en liten ökning av meddelandelatensen under överlämningsprocessen. Överlämningslatensen och paketförlusten under överlämningsprocessen kan orsaka allvarlig försämring av systemets prestanda och QoS som uppfattas av användarna. Det har knappast gjorts någon studie om sömlös överlämning i UAV-miljön och mer så med hjälp av IEEE Wireless Access i Vehicular Environments (Wave) svit av protokoll. Många protokoll för hantering av rörlighet har föreslagits, men en hög grad av rörlighet tvingar ofta överlämning och kommunikationsproblem. IEEE har standardiserade Media Independent Överlämningstjänster (MIH) genom sin standard IEEE 802.21. Dessa tjänster kan användas för överlämning och driftskompatibilitet mellan IEEE-802- och icke-IEEE-802-nät, t.ex. cellulära, 3GPP- och 4G-nät. MIH tillhandahåller dock inte intrateknologisk överlämning, överlämningspolitik, säkerhet och förbättringar för att länka samman lagerteknik. MIH är dock en ny teknik som inte har använts i stor utsträckning och utvärderats. Energieffektivitet är ett mycket viktigt krav i UAV-nät. Minskad energiförbrukning hjälper till att öka nätverkets livslängd och användbar nyttolast som kan transporteras. Energiförbrukningen kan minskas genom kraftstyrning, lastfördelning eller genom att få noderna att sova. Vid det fysiska lagret kan överföringseffekten minskas till det minimum på 28 som krävs för anslutning. Nätverkslagret kan använda informationen om anslutna noder till ruttpaket. Tidsschemat för datalänkskikt på/av tidpunkter för signalering och radioburen data. Tvärskiktsprotokoll kommer att erbjuda system som arbetar på två eller flera lager. Det har funnits några bra studier som har fokuserat på ett antal frågor som applikationer, protokoll och rörlighet [3], [12], [15]. I den aktuella undersökningen fokuserar vi på frågor som rör karakterisering av UAV-nätverk, routing under begränsade omständigheter, automatisera kontroll med SDN, sömlösa överlämnanden och grönare UAV-nätverk som inte har varit i fokus i de tidigare undersökningarna. Såvitt vi vet är detta den första kartläggningen som för fram den aktuella forskningen inom dessa områden och deras betydelse för att bygga framgångsrika multi UAV-nätverk. Vi förväntar oss att denna undersökning skulle stimulera till mer forskningsarbete inom dessa viktiga men underutvecklade områden med öppna forskningsfrågor. Datorer, 2003 vol. Tre, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, jag nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej, nej 8 s. 959-973 [80] Lav Gupta är en ledande medlem av IEEE. Han fick BS-examen från indiska REFERENSER
Olika alternativ för drönarkommunikation har föreslagits i REF som WiFi i ad hoc-läge är en av de mest populära lösningarna.
Survey of Important Issues in UAV Communication Networks
{'venue': 'IEEE Communications Surveys and Tutorials, Volume PP, Issue 99, November 3, 2015', 'journal': None, 'mag_field_of_study': ['Computer Science']}