DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-025-33702-3
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41513703
تاريخ النشر: 2026-01-09
المؤلف: S. Hemalatha وآخرون
الموضوع الرئيسي: الشبكات المتنقلة المؤقتة
نظرة عامة
تقدم البحث إطار عمل جديد يهدف إلى تحسين عمر الشبكات اللاسلكية المتنقلة (MANETs) من خلال سير عمل منظم يدمج الوعي بالطاقة، وإدارة الثقة، وتحسين ذكاء السرب. يتكون الإطار من أربعة وحدات مترابطة: معدل تأثير سلوك الاتصال (CBIR)، اختيار القناة الكبرى الواعي بالطاقة (EAMCS)، اختيار المسار القائم على ذكاء السرب الأمثل (OSIBRS)، وبروتوكول التوجيه الذاتي المتقاطع (CMSSRP). تقوم وحدة CBIR بتقييم سلوكيات الاتصال لإبلاغ EAMCS، التي تخصص القنوات بناءً على نماذج استهلاك الطاقة. بعد ذلك، يستخدم OSIBRS ذكاء السرب لتحديد المسارات المثلى للتوجيه، بينما يعالج CMSSRP الازدحام ويضمن توجيهًا فعالًا من حيث الطاقة.
تشير النتائج إلى أن طريقة CMSSRP المقترحة تعزز بشكل كبير عمر الشبكة، محققة نسبة مثيرة للإعجاب تبلغ 95.7%، مقارنة بـ 63.8% لـ GAHC، و76.4% لـ C-SSA، و84.2% لـ IWT-MRD. على الرغم من هذه التقدمات، يعترف البحث بالقيود، بما في ذلك حجم الشبكة المحدود بـ 40 عقدة والافتراضات المتعلقة بظروف الاتصال المثالية، والتي قد لا تعكس السيناريوهات الواقعية. تشمل اتجاهات البحث المستقبلية توسيع الإطار لشبكات أكبر ومتنوعة، ودمج التعلم الآلي للتوجيه التكيفي، واستكشاف التطبيقات العملية في إنترنت الأشياء والشبكات اللاسلكية المتنقلة (VANETs). بالإضافة إلى ذلك، يُقترح تعزيز إطار الأمان مع نمذجة التهديدات التكيفية وتقنية البلوكشين لتحسين المتانة وقابلية التوسع في هياكل MANET.
مقدمة
تناقش مقدمة الورقة خصائص وتحديات الشبكات اللاسلكية المتنقلة (MANETs)، وهي شبكات لاسلكية لامركزية تتكون من عقد متنقلة تعمل ككل من المضيفين والموجهين. تعتبر هذه الشبكات ذات قيمة خاصة في السيناريوهات التي تكون فيها بنية الاتصال التقليدية غير متاحة، مثل العمليات العسكرية واستعادة الكوارث. تؤكد الورقة على أهمية إدارة استهلاك الطاقة، حيث تعمل كل عقدة على طاقة بطارية محدودة، وتبرز دور بروتوكولات التوجيه في الحفاظ على أداء الشبكة وسط الطوبولوجيا الديناميكية الناتجة عن حركة العقد.
على الرغم من التقدم في التوجيه وتحسين الطاقة، غالبًا ما تفشل البروتوكولات الحالية في تقديم حل شامل يدمج الكفاءة الطاقية، والأمان، واستقرار التوجيه. تعتمد العديد من الأساليب التقليدية على مقاييس ثابتة ولا تتكيف مع الظروف المتغيرة للشبكة، مما يؤدي إلى عدم الكفاءة. يقترح المؤلفون سير عمل متكامل جديد يتكون من أربعة مكونات—CBIR، EAMCS، OSIBRS، وCMSSRP—مصمم لتحسين استخدام الطاقة ديناميكيًا، وتعزيز استقرار المسار، وتحسين قابلية استرجاع موارد الاتصال. يهدف هذا النهج إلى معالجة التحديات الحرجة التي تواجه MANETs وتحسين الأداء العام للشبكة والثقة.
طرق
تتكون المنهجية المقترحة لإدارة عمر الشبكات اللاسلكية المتنقلة (MANETs) من أربع مراحل متميزة: CBIR، EAMCS، OSIBRS، وCMSSRP. تم تصميم كل مرحلة خصيصًا لمواجهة التحديات الفريدة التي تواجه MANETs. يتم توضيح هيكل هذه المنهجية في الشكل 2.
يقوم نظام CBIR (استرجاع المعلومات القائم على المحتوى) بتقييم أنماط الاتصال التاريخية لتحديد موثوقية العقد، مما يسهل نقل البيانات بشكل آمن. ينفذ EAMCS (نظام القناة المتعددة الواعي بالطاقة) استراتيجية تخصيص القنوات التي تأخذ في الاعتبار الطاقة المتبقية للعقد وحركة مرور الشبكة، مما يطيل فعليًا تشغيل الشبكة مع تقليل استهلاك الطاقة. يستخدم OSIBRS (نظام التوجيه القائم على ذكاء السرب المحسن) تقنيات ذكاء السرب، مثل تحسين مستعمرة النمل وتحسين سرب الجسيمات، لتحديد المسارات المستقرة والفعالة ديناميكيًا في ظروف الشبكة المتقلبة. أخيرًا، يعزز CMSSRP (بروتوكول التوجيه الذاتي المتقاطع) كفاءة الطاقة من خلال تنفيذ آليات التهجين المتقاطع والتخطيط الذاتي، مما يساعد على تخفيف الازدحام وتحسين قدرات استرجاع الاتصال.
مناقشة
ت outlines قسم المناقشة في ورقة البحث إطار عمل شامل لتعزيز أداء الشبكات اللاسلكية المتنقلة (MANETs) من خلال دمج أربع وحدات رئيسية: ذكاء سلوك الاتصال والتعرف (CBIR)، اختيار القناة الكبرى الواعي بالطاقة (EAMCS)، نظام التوجيه القائم على ذكاء السرب المحسن (OSIBRS)، وبروتوكول التوجيه الذاتي المتقاطع (CMSSRP). تقوم وحدة CBIR بتحليل بيانات الاتصال الشبكي لتحديد أنماط الحركة وسلوكيات العقد، مما يسهل اكتشاف الشذوذ ويدعم إدارة الشبكة الفعالة. يستخدم EAMCS رؤى من CBIR لتخصيص قنوات الراديو ديناميكيًا، مما يحسن استهلاك الطاقة ويطيل عمر الشبكة. يستخدم OSIBRS تقنيات ذكاء السرب لضمان توجيه فعال في البيئات الديناميكية، بينما يعزز CMSSRP الحفاظ على الطاقة والتحكم في الازدحام من خلال جدولة النقل الذاتية المستندة إلى مقاييس الثقة.
يعالج الإطار المقترح قيود البروتوكولات الحالية للتوجيه، التي غالبًا ما تعمل في عزلة وتفشل في التكيف مع الطبيعة الديناميكية لـ MANETs. من خلال دمج آليات التغذية المرتدة عبر الطبقات، يضمن الإطار أن سلوك الاتصال، وإدارة الطاقة، وقرارات التوجيه مترابطة، مما يؤدي إلى تحسين موثوقية الاتصال، وتقليل استهلاك الطاقة، وتعزيز استقرار الشبكة بشكل عام. يمثل الربط المبتكر بين الذكاء السلوكي واختيار القناة وتحسين التوجيه تقدمًا كبيرًا في تصميم MANETs التكيفية والفعالة من حيث الطاقة، مما يحولها إلى أنظمة استباقية قادرة على الاستجابة للتغيرات البيئية في الوقت الحقيقي.
DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-025-33702-3
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41513703
Publication Date: 2026-01-09
Author(s): S. Hemalatha et al.
Primary Topic: Mobile Ad Hoc Networks
Overview
The research presents a novel framework aimed at improving the lifetime of Mobile Ad Hoc Networks (MANETs) through a structured workflow that integrates energy awareness, trust management, and swarm intelligence optimization. The framework comprises four interdependent modules: Communication Behavioral Impact Rate (CBIR), Energy Aware Macro Channel Selection (EAMCS), Optimal Swarm Intelligence-Based Route Selection (OSIBRS), and Cross-Mutation Self-Scheduling Routing Protocol (CMSSRP). The CBIR module evaluates communication behaviors to inform EAMCS, which allocates channels based on energy consumption models. Subsequently, OSIBRS utilizes swarm intelligence to determine optimal routing paths, while CMSSRP addresses congestion and ensures energy-efficient routing.
The findings indicate that the proposed CMSSRP method significantly enhances network lifetime, achieving an impressive 95.7%, compared to 63.8% for GAHC, 76.4% for C-SSA, and 84.2% for IWT-MRD. Despite these advancements, the study acknowledges limitations, including a restricted network size of 40 nodes and assumptions of ideal communication conditions, which may not reflect real-world scenarios. Future research directions include scaling the framework for larger, heterogeneous networks, integrating machine learning for adaptive routing, and exploring practical implementations in IoT and vehicular ad hoc networks (VANETs). Additionally, enhancing the security framework with adaptive threat modeling and blockchain technology is suggested to improve robustness and scalability in MANET architectures.
Introduction
The introduction of the paper discusses the characteristics and challenges of Mobile Ad Hoc Networks (MANETs), which are decentralized wireless networks formed by mobile nodes that function as both hosts and routers. These networks are particularly valuable in scenarios where traditional communication infrastructure is unavailable, such as military operations and disaster recovery. The paper emphasizes the importance of energy consumption management, as each node operates on limited battery power, and highlights the role of routing protocols in maintaining network performance amidst the dynamic topology caused by node mobility.
Despite advancements in routing and energy optimization, existing protocols often fail to provide a comprehensive solution that integrates energy efficiency, security, and routing stability. Many traditional approaches rely on static metrics and do not adapt to the changing conditions of the network, leading to inefficiencies. The authors propose a novel integrated workflow consisting of four components—CBIR, EAMCS, OSIBRS, and CMSSRP—designed to dynamically optimize energy usage, enhance route stability, and improve communication resource recallability. This approach aims to address the critical challenges faced by MANETs and improve overall network performance and trust.
Methods
The proposed methodology for managing the lifetime of Mobile Ad Hoc Networks (MANETs) consists of four distinct phases: CBIR, EAMCS, OSIBRS, and CMSSRP. Each phase is specifically designed to tackle the unique challenges faced in MANETs. The architecture of this methodology is illustrated in Figure 2.
The CBIR (Content-Based Information Retrieval) system assesses historical communication patterns to determine node trustworthiness, thereby facilitating secure data transfers. EAMCS (Energy-Aware Multi-Channel System) implements a channel assignment strategy that considers node residual power and network traffic, effectively prolonging network operation while minimizing energy consumption. OSIBRS (Optimized Swarm Intelligence-Based Routing System) employs swarm intelligence techniques, such as ant colony optimization and particle swarm optimization, to dynamically identify stable and efficient routing paths in fluctuating network conditions. Lastly, CMSSRP (Cross-Mutation Self-Scheduling Routing Protocol) enhances energy efficiency by implementing cross-mutation and self-scheduling mechanisms, which help to alleviate congestion and improve communication recall capabilities.
Discussion
The discussion section of the research paper outlines a comprehensive framework for enhancing the performance of Mobile Ad Hoc Networks (MANETs) through the integration of four key modules: Communication Behavior Intelligence and Recognition (CBIR), Energy-Aware Macro Channel Selection (EAMCS), Optimized Swarm Intelligence-Based Routing System (OSIBRS), and Cross-Mutated Self-Scheduling Routing Protocol (CMSSRP). The CBIR module analyzes network communication data to identify traffic patterns and node behaviors, facilitating the detection of anomalies and supporting effective network management. EAMCS utilizes insights from CBIR to allocate radio channels dynamically, optimizing energy consumption and prolonging network lifespan. OSIBRS employs swarm intelligence techniques to ensure efficient routing in dynamic environments, while CMSSRP enhances energy conservation and congestion control through autonomous transmission scheduling based on trust metrics.
The proposed framework addresses the limitations of existing routing protocols, which often operate in isolation and fail to adapt to the dynamic nature of MANETs. By integrating cross-layer feedback mechanisms, the framework ensures that communication behavior, energy management, and routing decisions are interdependent, leading to improved communication reliability, reduced energy consumption, and enhanced overall network stability. The innovative coupling of behavioral intelligence with channel selection and routing optimization represents a significant advancement in the design of adaptive, energy-efficient MANETs, transforming them into proactive systems capable of responding to real-time environmental changes.