Application Layer Cooperative Automatic Repeat Request Method for Data Streaming over UAVs Network

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

In this article, an evaluation study was conducted on an Application Layer Cooperative Automatic Repeat ReQuest Algorithm ALC-ARQ designed for data streaming over a Wi-Fi Unmanned Aerial Vehicles standalone networks. A simulation model in NS-3 was implemented to investigate the performances of the method and conduct a comparative analysis with well-known routing protocols such like Ad hoc On Demand Distance Vector (AODV) and Optimized Link State Routing Protocol (OLSR) in terms of declaring link state information, rapidity of relaying and transmission range. The QoS metrics measured was Packet Loss Rate (PLR) and One-way Transmission Delay. Results show that the proposed method consistently outperform the classical routing protocols it terms of rapidity of relying and transmission range. In addition, the results show that the method maintains its stability it terms of packet recovery along the relay-node transmission range and keeps the QoS metrics under the permissible rates.

About the authors

M. A. Lamri

Kalashnikov Izhevsk State Technical University

Email: lamri.amin@istu.ru
ORCID iD: 0000-0001-7226-7087

A. V. Abilov

The Bonch-Bruevich Saint-Petersburg State University of Telecommunications

Email: abilov.av@sut.ru
ORCID iD: 0000-0003-2358-4478

A. M. Presnetsov

Neftemash LLC

Email: alexandrpresnetsov@gmail.com
ORCID iD: 0009-0009-1453-4082

References

  1. Ngo H.A., Hanzo L. Hybrid Automatic-Repeat-reQuest Systems for Cooperative Wireless Communications // IEEE Communications Surveys and Tutorials. 2013. Vol. 16. Iss. 1. PP. 25‒45. doi: 10.1109/SURV.2013.071913.00073
  2. He X., Kumar R., Mu L., Gjøsæter T., Li F.Y. Formal verification of a Cooperative Automatic Repeat reQuest MAC protocol // Computer Standards and Interfaces. 2012. Vol. 34. Iss. 4. PP. 343‒354. doi: 10.1016/j.csi.2011.12.001
  3. Jamshidi A. Efficient cooperative ARQ protocols based on relay selection in underwater acoustic communication sensor networks // Wireless Networks. 2019. Vol. 25. PP. 4815‒4827. doi: 10.1007/s11276-018-1773-5
  4. Goel J., Jagadeesh H. Listen to Others’ Failures: Cooperative ARQ Schemes for Low-Latency Communication Over Multi-Hop Networks // IEEE Transactions on Wireless Communications. 2021. Vol. 20. Iss. 9. PP. 6049‒6063. doi: 10.1109/TWC.2021.3071504
  5. Tutgun R., Aktas E. A Markovian Analysis of Cooperative ARQ with Random Access // Wireless Personal Communications. 2022. Vol. 123. PP. 3201–3211. doi: 10.1007/s11277-021-09282-6
  6. Goel J., Harshan J. Minimal Overhead ARQ Sharing Strategies for URLLC in Multi-Hop Networks // Proceedings of the 93rd Vehicular Technology Conference (Helsinki, Finland, 25‒28 April 2021). IEEE, 2021. doi: 10.1109/VTC2021-Spring51267.2021.9448948
  7. Mheich Z., Savin V. Cooperative communication protocols with energy harvesting relays // Proceedings of the Wireless Days (Porto, Portugal, 29‒31 March 2017). IEEE, 2017. PP. 60‒65. doi: 10.1109/WD.2017.7918116
  8. Kim S., Kim B.S., Kim K.H., Kim K.I. Opportunistic Multipath Routing in Long-Hop Wireless Sensor Networks // Sensors. 2019. Vol. 19. Iss. 19. P. 4072. doi: 10.3390/s19194072
  9. He X., Li F.Y. A Multi-Relay Cooperative Automatic Repeat Request Protocol in Wireless Networks // Proceedings of the International Conference on Communications (Cape Town, South Africa, 23‒27 May 2010). IEEE, 2010. doi: 10.1109/ICC.2010.5502169
  10. Shafique T., Abdelhady A.M., Amin O., Alouini M. S. Energy Efficiency, Spectral Efficiency and Delay Analysis for Selective ARQ Multichannel Systems // IEEE Transactions on Green Communications and Networking. 2018. Vol. 2. Iss. 3. PP. 612‒622. doi: 10.1109/TGCN.2018.2809729
  11. Yufeng S. Cross-Layer Techniques for Adaptive Video Streaming over Wireless Networks // EURASIP Journal on Advances in Signal Processing. 2005. doi: 10.1155/ASP.2005.220
  12. Kang S.H., Zakhor A. Packet scheduling algorithm for wireless video streaming // International Packet Video Workshop. 2002.
  13. Aramvith S., Lin C.W., Roy S. Sunet M.T. Wireless video transport using conditional retransmission and low-delay interleaving // IEEE Transactions on Circuits and Systems for Video Technology. 2002. Vol. 12. Iss. 6. PP. 558‒565. doi: 10.1109/TCSVT.2002.800326
  14. Lamri M.A., Abilov A., Vasiliev D., Kaisina I., Nistyuk A. Application Layer ARQ Algorithm for Real-Time Multi-Source Data Streaming in UAV Networks // Sensors. 2021. Vol. 21. Iss. 17. P. 5763. doi: 10.3390/s21175763
  15. Zhai F., Eisenberg Y., Pappas T.N., Berry R., Katsaggelos A.K. Joint source-channel coding and power allocation for energy efficient wireless communications // Proceedings of the 41st Allerton Conference on Communication, Control and Computing, (Monticello, USA, 1‒3 October 2003). 2003.
  16. Kondi L.P., Ishtiaq F., Katsaggelos A.K. Joint source channel coding for motion-compensated DCT-based SNR scalable video // IEEE Transactions on Image Processing. 2002. Vol. 11. Iss. 9. PP. 1043‒1052. doi: 10.1109/TIP.2002.802507
  17. Paxson V., Allman M., Chu J., Sargent M. Computing TCP's Retransmission Timer // RFC 6298. 2011. doi: 10.17487/RFC6298
  18. Hasslinger G., Hohlfeld O. The Gilbert-Elliott Model for Packet Loss in Real Time Services on the Internet // Proceedings of the 14th GI/ITG Conference: Measurement, Modeling and Evaluation of Computer and Communication Systems (Dortmund, Germany, 31 March‒02 April 2008). VDE, 2008.
  19. Rondeau E., Lepage F., Georges J. P., Morel G. Chapter 3 ‒ Measurements and Sustainability // In: Dastbaz M., Pattinson C., Akhgar B. (ed.) Green Information Technology. A Sustainable Approach: Measurements and Sustainability. Elsevier, 2015.
  20. PP. 29–59. doi: 10.1016/B978-0-12-801379-3.00003-6
  21. Hofmann U., Pfeiffenberger T., Hechenleitner B. One-way-delay measurements with CM toolset // Proceedings of the International Performance, Computing, and Communications Conference (Phoenix, USA, 05‒08 February 2000). IEEE, 2000. PP. 41‒47. doi: 10.1109/PCCC.2000.830300

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download


Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».