International Science and Technology Journal

Home < Articles < Article Details

Comparative Performance Analysis of Reactive vs. Proactive Routing Protocols in High-Mobility Flying Ad Hoc Networks

Researcher(s):
  • Mohamed Meftah Alrayes
  • Abd Alrahman Alfagi
Institution:Faculty of Information Technology, University of Tripoli, Libya
Faculty of Information Technology, University of Zawia, Libya
Field:Computer science, expert systems and information technology
Published in:37th volume - July 2025
الملخص
تُعد شبكات الطيران الموجهة ذاتياً (FANETs) من التقنيات الحديثة التي تكتسب أهمية متزايدة في العديد من التطبيقات مثل المراقبة، والاستجابة للكوارث، والاستشعار عن بُعد. وتُعد FANETs امتداداً متقدماً لشبكات المركبات (VANETs)، وهي بدورها جزء من شبكات الأجهزة المحمولة الموجهة ذاتياً (MANETs). ومع ذلك، فإن الخصائص الفريدة لحركة الطائرات بدون طيار (UAVs) في الفضاء ثلاثي الأبعاد، والتغير المستمر في هيكلية الشبكة، والمدى المحدود للتواصل اللاسلكي، تفرض تحديات كبيرة أمام تصميم بروتوكولات توجيه فعالة وموثوقة. كما أن FANETs لا تمتلك حتى الآن بروتوكول توجيه مخصص يتلاءم مع طبيعة هذه البيئة الديناميكية. تهدف هذه الدراسة إلى تحليل أداء ثلاثة بروتوكولات توجيه في بيئة FANET وهي: بروتوكول AODV (تفاعلي)، ونسخته المحسّنة AODV-ETX التي تعتمد على مؤشر عدد النقل المتوقع (ETX) لقياس جودة الروابط، بالإضافة إلى بروتوكول OLSR (استباقي) الذي يعتمد على تحديثات دورية لحالة الروابط. وقد تم تقييم الأداء استناداً إلى مؤشرات أساسية تشمل متوسط التأخير من طرف إلى طرف، ونسبة تسليم الحزم (PDR)، ونسبة الحركة المفيدة (UTR)، ومعدل الإنتاجية (Throughput). أظهرت النتائج أن بروتوكول OLSR يتفوق على نظيريه في جميع السيناريوهات. فعند سرعات عالية للطائرات بدون طيار (60 م/ث)، حقق OLSR أقل تأخير (من 159 إلى 179 مللي ثانية) وأعلى نسبة تسليم حزم (68%)، في حين سجل AODV-ETX أعلى تأخير (يصل إلى 260 مللي ثانية) بسبب عبء مراقبة جودة الروابط. وفي الشبكات الكثيفة التي تضم 200 طائرة بدون طيار، حافظ OLSR على نسبة تسليم حزم تصل إلى 67% ومعدل نقل قدره 1330 بت/ث، مقارنة بانخفاض حاد في أداء AODV الذي بلغ 40% PDR و829 بت/ث فقط. أما عند زيادة حجم الحركة داخل الشبكة، فقد أظهر OLSR قدرة على الحفاظ على أعلى نسبة للحركة المفيدة (من 5.1% إلى 8.4%) وأداء ثابت، في حين تدهور أداء كل من AODV وAODV-ETX بشكل ملحوظ. توضح هذه النتائج أن بروتوكول OLSR يتمتع بقدرة عالية على التكيف مع بيئات FANET ذات الكثافة العالية والحركية المرتفعة، مما يجعله الخيار الأكثر ملاءمة كحل توجيه فعّال وقابل للتوسع في مثل هذه الشبكات.وبالمثل، في ظل الأحمال المرورية المتزايدة، حافظ OLSR على أعلى نسبة حركة مفيدة (من 5.1% إلى 8.4%) وإنتاجية مستقرة، في حين أظهرت بروتوكولات AODV وAODV-ETX تدهوراً واضحاً في الأداء. وتؤكد هذه النتائج متانة OLSR وقدرته العالية على التوسع، مما يجعله الخيار الأمثل لبيئات FANET التي تتميز بالكثافة العالية والحركية الكبيرة................ الكلمات المفتاحية:.......... شبكات الطيران الموجهة ذاتياً ، برنامج محاكاة الشبكات-3 ، AODV-ETX, OLSR, AODV
Abstract
Flying Ad Hoc Networks (FANETs) are emerging as critical components in a wide range of applications, including surveillance, disaster response, and remote sensing. FANETs (Flying Ad Hoc Networks) represent specialized extension of VANETs (Vehicular Ad-Hoc Networks), which in turn are a subset of Mobile Ad-hoc network. However, the dynamic nature of UAV mobility in 3-D dimension, frequent topology changes, and limited communication range present significant challenges to efficient routing, further FANETs lack a dedicated routing protocol to efficiently manage communication between UAVs. This study investigates the performance of two reactive routing protocols On-Demand Distance Vector (AODV) and AODV with Expected Transmission Count (AODV-ETX) and one proactive protocol— Optimized Link State Routing (OLSR) under varying UAV mobility speeds, network densities, and traffic source densities. The performance was evaluated using key metrics such as end-to-end delay, Packet Delivery Ratio (PDR), useful traffic ratio (UTR), and throughput. The results reveal that OLSR consistently achieves superior performance across all scenarios. At high UAV speeds (60 m/s), OLSR maintains the lowest end-to-end delay (159 ms–179 ms) and highest PDR (68%), while AODV-ETX shows the highest delay (up to 260 ms) due to link-quality monitoring overhead. In dense networks with 200 UAVs, OLSR sustains a PDR of up to 67% and throughput of 1330 bps, compared to AODV’s significant decline to 40% PDR and 829 bps throughput. Similarly, under increasing traffic loads, OLSR maintains the highest UTR (rising from 5.1% to 8.4%) and stable throughput, whereas AODV and AODV-ETX exhibit notable performance degradation. These findings underscore OLSR's robustness and scalability, making it more suitable for high-density and high-mobility FANET environments................... Keywords:............AODV-ETX, OLSR, AODV, FANETs, NS-3.