یک پروتکل مسیریابی جدید مبتنی بر کیفیت سرویس برای جریان سازی ویدیو در شبکه های موردی بین خودرویی با استفاده از الگوریتم کلونی مورچگان و منطق فازی

روش‌های هوشمند در صنعت برق

دوره 12، شماره 46، شهریور 1400، صفحه 49-68   

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

محمد وفائی¹؛ احمد خادم زاده^{* 2}؛ محمدعلی پورمینا¹

¹دانشکده مهندسی مکانیک، برق و کامپیوتر- واحد علوم و تحقیقات، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران

²مرکز تحقیقات مخابرات، تهران، ایران

چکیده

انتقال چند مسیره یک روش انتقال مناسب برای بسته‌هایی با سرعت داده بالا مانند جریان‌سازی ویدیو می‌باشد. به منظور جریان‌سازی ویدیو با کیفیت بالا، بسته‌های ویدیویی برای انتقال از مسیرهای متفاوت به فریم‌های مختلفی تقسیم می‌شوند. با این حال، بسیاری از ویژگی‌های ذاتی شبکه‌های موردی بین خودرویی، طراحی یک پروتکل مسیریابی کارآمد و پایدار را برای کاربردهای مختلف در این شبکه‌ها‌ دشوار می‌کند. به طور خاص، ماهیت پویای توپولوژی و قطعی‌های ارتباط برقراری کیفیت سرویس را بسیار دشوار می‌کند. برای تامین کیفیت سرویس در کاربردهای سرگرمی و موارد ایمنی در شبکه‌های موردی بین خودرویی، ما یک پروتکل مسیریابی مبتنی بر تقاطع با توجه به کیفیت سرویس از نظر تاخیر، نرخ تحویل بسته و احتمال اتصال پیشنهاد نمودیم. به منظور ایجاد مسیرهایی با بهترین کیفیت سرویس، مسئله مسیریابی مربوطه را به عنوان مسئله بهینه‌سازی در نظر گرفتیم و یک الگوریتم مبتنی بر کلونی مورچگان برای حل آن پیشنهاد نمودیم. علاوه بر این، یک الگوریتم مبتنی بر منطق فازی برای انتخاب بهترین وسیله نقلیه گام بعدی با در نظر گرفتن موقعیت خودرو، کیفیت لینک و مدل تحرک وسیله نقلیه پیشنهاد شده است. با توجه به نتایج شبیه سازی، الگوریتم پیشنهادی نرخ تحویل بسته بیشتر از 2/84 درصد، تاخیر انتها به انتها کمتر از 58/3 ثانیه، سربار کمتر از 65/15 درصد و نرخ بیشینه سیگنال به نویز بیشتر از 82/20 دسی‌بل را ارائه می‌دهد. تجزیه و تحلیل نتایج نشان می‌دهد که عملکرد روش پیشنهادی بسیار خوب است.

کلیدواژه‌ها

الگوریتم کلونی مورچگان؛ جریان‌سازی ویدیو؛ شبکه‌های موردی بین خودرویی؛ کیفیت سرویس؛ مسیریابی چند مسیره؛ منطق فازی

مراجع

[1] G. Sun, L. Song, H. Yu, V. Chang, X. Du, M. Guizani, “V2V routing in a VANET based on the autoregressive integrated moving average model”, IEEE Trans. on Vehicular Technology, vol. 68, no. 1, pp. 908-922, Jan. 2019 (doi: 10.1109/TVT.2018.2884525).

[2] O. S. Al-Heety, Z. Zakaria, M. Ismail, M. M. Shakir, S. Alani, H. Alsariera, “A comprehensive survey: benefits, services, recent works, challenges, security, and use cases for SDN-VANET”, IEEE Access, vol. 8, pp. 91028-91047, May 2020 (doi: 10.1109/ACCESS.2020.2992580).

[3] M. Azees, P. Vijayakumar, L. J. Deborah, “Comprehensive survey on security services in vehicular ad-hoc networks”, IET Intelligent Transport Systems, vol. 10, no. 6, pp. 379–388, August 2016 (doi: 10.1049/iet-its.2015.0072).

[4] S. More, U. Naik, “Optimal multipath routing for video transmission in VANETs”, Wireless Personal Communications, vol. 116, no. 1, pp. 805-827, January 2021 (doi: 10.1007/s11277-020-07740-1).

[5] M. Vafaei, A. Khademzadeh, M.A. Pourmina, “QoS-aware multi-path video streaming for urban VANETs using ACO algorithm”, Telecommunication Systems,vol. 75, no. 1, pp.79-96, September 2020 (doi: 10.1007/s11235-020-00677-7).

[6] M. A. Salkuyeh, B. Abolhassani, “Optimal video packet distribution in multipath routing for urban VANETs”, Journal of Communications and Networks, vol. 20, no. 2, pp. 198-206, April 2018 (doi: 10.1109/JCN.2018.­00­0026).

[7] H. Xie, A. Boukerche, A. A. F. Loureiro, “A multipath video streaming solution for vehicular networks with link disjoint and node-disjoint”, IEEE Trans. on Parallel and Distributed Systems, vol. 26, no. 12, pp. 3223-3235, Dec. 2015 (doi: 10.1109/TPDS.2014.2371027).

[8] A. Aliyu, A. H. Abdullah, N. Aslam, A. Altameem, R. Z. Radzi, R. Kharel, M. Mahmud, S. Prakash, U. M. Joda, “Interference-aware multipath video streaming in vehicular environments”, IEEE Access, vol. 6, pp. 47610-47626, August 2018 (doi: 10.1109/ACCESS.2018.2854784).

[9] S. Kamali, J. Opatrny. “A position based ant colony routing algorithm for mobile ad-hoc networks”, Journal of Networks, vol. 3, no. 4, pp. 459-462, Apr. 2008 (doi: 10.1109/ICWMC.2007.68).

[10] J. Nzouonta, N. Rajgure, G. Wang, C. Borcea, “Vanet routing on city roads using real-time vehicular traffic information”, IEEE Trans. on Vehicular Technology, vol. 58, no. 7, pp. 3609-3626, Sept. 2009 (doi: 10.1109/TVT.2009.2014455).

[11] R. Tavakkoli-Moghaddam, N. Safaei, Y. Gholipour, “A hybrid simulated annealing for capacitated vehicle routing problems with the independent route length”, Applied Mathematics and Computation, vol. 176, no. 2, pp. 445-454, May 2006 (doi: 10.1016/j.amc.2005.09.040).

[12] G. Zhang, M. Wu, W. Duan, X. Huang, “Genetic algorithm based QoS perception routing protocol for VANETs”, Wireless Communications and Mobile Computing, vol. 2018, no. 1, pp. 1–10, Jan. 2018 (doi: 10.1155/2018/3897857).

[13] E. Moridi, H. Barati, “RMRPTS: A reliable multi-level routing protocol with tabu search in VANET”, Telecommunication Systems, vol. 65, no. 1, pp. 127–137, May 2017 (doi: 10.1007/s11235-016-0219-6).

[14] G. Li, L. Boukhatem, J. Wu, “Adaptive quality of service based routing for vehicular ad hoc networks with ant colony optimization”, IEEE Trans. on Vehicular Technology, vol. 66, no. 4, pp. 3249-3264, April 2017 (doi: 10.1109/TVT.2016.2586382).

[15] M. H. Eiza, T. Owens, Q. Ni, Q. Shi, “Situation-aware QoS routing algorithm for vehicular ad hoc networks”, IEEE Trans. on Vehicular Technology, vol. 64, no. 12, pp. 5520-5535, Dec. 2015 (doi: 10.1109/TVT.2015.24­85305).

[16] F. Goudarzi, H. Asgari, H. S. Al-Raweshidy, “Traffic-aware VANET routing for city environments—A protocol based on ant colony optimization”, IEEE Systems Journal, vol. 13, no. 1, pp. 571-581, March 2019 (doi: 10.1109/JSYST.2018.2806996).

[17] M. Asefi, J. W. Mark, X. S. Shen, “A Mobility-aware and quality-driven retransmission limit adaptation scheme for video streaming over VANETs”, IEEE Trans. on Wireless Communications, vol. 11, no. 5, pp. 1817–1827, May 2012 (doi: 10.1109/TWC.2012.030812.111064).

[18] M. Xing, L. Cai, “Adaptive video streaming with intervehicle relay for highway VANET scenario”, Proceedings of the IEEE/ICC, pp. 5168–5172, Ottawa, Canada, Nov. 2012 (doi: 10.1109/ICC.2012.6364143).

[19] K. Kastsaros, M. Dianati, R. Tafazolli, R. Kernchen, “CLWPR- A novel cross layer optimized position based routing protocol for VANETs”, Proceedings of the IEEE/VNC, pp. 139-146, Amsterdam, Netherlands, Nov. 2011 (doi: 10.1109/VNC.2011.6117135).

[20] C. Wu, S. Ohzahata, T. Kato, “Flexible, portable, and practicable solution for routing in VANETs: A fuzzy constraint Q-learning approach”, IEEE Trans. on Vehicular Technology, vol. 62, no. 9, pp. 4251-4263, Nov. 2013, (doi: 10.1109/TVT.2013.2273945).

[21] O. Alzamzami, I. Mahgoub, “Fuzzy logic-based geographic routing for urban vehicular networks using link quality and achievable throughput estimations”, IEEE Trans. on Intelligent Transportation Systems, vol. 20, no. 6, pp. 2289-2300, June 2019 (doi: 10.1109/TITS.2018.2867177).

[22] H. Xie, A. Boukerche, A. A. F. Loureiro, “MERVS: A novel multichannel error recovery video streaming protocol for vehicle ad hoc networks”, IEEE Trans. on Vehicular Technology, vol. 65, no. 2, pp. 923-935, Feb. 2016 (doi: 10.1109/TVT.2015.2397862).