Indonesi an  Journa l  of El ect ri cal Engineer ing  an d  Comp ut er  Scie nce   Vo l.   22 ,  No.   2 ,  Ma y   202 1 ,  pp.   1216 ~ 1222   IS S N: 25 0 2 - 4752, DO I: 10 .11 591/ijeecs .v2 2 .i 2 . pp 1216 - 1222          1216       Journ al h om e page :  http: // ij eecs.i aesc or e.c om   Data c om mu nication fo r dron e - en abled  i ntern et of  t hin gs       Yousra  Abdul  A lsa hib S .   Aldeen, Haider   Moham med  A bdulh ad i   Depa rtment  o f  C om pute r  Scie n ce,  Col le ge   of   Science   for   W om en,   Univer sit y   of   Ba ghdad,   B aghda d ,   Ira q       Art ic le  In f o     ABSTR A CT   Art ic le  history:   Re cei ved   Dec   1 1,  2020   Re vised  Ma r   2 9 , 2 02 1   Accepte d  Apr   14 , 202 1       Inte rne t  of  t hin gs  (IoT )  is  one  of  the   prom ine nt  emerge d  t e chnol og y   o f   int er conne c te d  devi c es  for  peopl e  conve n ie nt  and  sm art   servic es.   Recent   adva nc ement  i n  thi s  are a   c ause d  var ious  new  challe ng es   espe c ia l l y   depl o y m ent   of   i nfra struct ur e.  In  orde r  to   fulfi ll   th e  ne twork  re quir ements,   th e   d y nami c  and  de dic a te d  drone   n e tworks  have   desi gned  as  a  cost  ef fe ctive  and   fle xible  soluti on .   The   t ec hno logies  of  IoT  and  dr one  are   emerge d   to  col l ec t ,   forward  the   dat a   for  furthe r  proc ess.  Data   communic a ti on  among  drone s  a nd   IoT  infr astructur e  is  n ew  ar ea  o f  re sea rc h  wh er e  var ious  diff er ent   exi sting  protoc ol  ar e  use d.   How eve r,   stil l  thi s  area  nee d  at t ent ion  due  to  m obil ity   o f   drone s,  obstac l e s  and  int erf er ences  in  the se  net w orks.  Thi s  pape r   proposes  a   drone   ena bl ed  dat a  com m unic ati on  for  i nte rne t  of   t hings  (DD C - Io T)  as  a  dat a  comm unic at ion  soluti on  for  Io T  net works ,   da ta   c oll e ct ion   ce n te rs   and  dron es.   The   proposed  d a ta   comm ina ti on  soluti on  is  te st ed   in  sim ula ti on  to   ana l y z e  it s  per form anc e  es pec i al l y   for  re al  ti m e  cri tical   a ppli c at ions  in  term s  of   dat a   throughput   and dat a   dela y .   Ke yw or d s :   Com m un ic at io n   Data   Drone   IoT   Tech no l og y   This   is  an  open   acc ess arti cl e   un der  the  CC  B Y - SA   l ic ense .     Corres pond in g  Aut h or :   Yous ra  Abd ul  Alsahi b  S . Ald een   Dep a rtm ent o f C om pu te r  Scie nce,  C ollege  of  Science  f or   W om en   Un i ver sit y o f B aghda d,  Ba ghda d, I raq   Em a il : y ou sraa lkaal esi @g m ail.co m       1.   INTROD U CTION     W it h  ra pid   de velo pm ent  of   new   te c hnolog ie s,  s m art  intel li gen t  syst e m s  and   inte gr at ed  net works  op e n  t he  ne w  a reas o f   resea rc h  for  bette r  a nd  c os t  e ff ect ive   ser vices. Th e r e  are v a rio us   e xam ples  of  ne w  a reas   includi ng  i n t e r n et   of  t hi ngs   ( Io T ) ,  sm art  hom es,  sm art  tr a ns po rtat ion   syst e m s,  s m art  gri ds ,   an d  a ug m ented   reali ty   and   dro ne  te ch no l og ie s  [1 ] ,  [ 2] .  T he  existi ng  n et w orks  ha ve  suffe r ed  with v ari ous  data  com m un ic at ion  issues  du e  t o  c ongeste d  areas ,  urba n  ci ti es  and   i nfrastr uctu re  de plo ym ent.  On e  of  the  e xam ple  is  Io T  wh e r e   the  nu m ber   of  dev ic es   are   c onn ect e d  with  e ach  oth e r  a nd  a ble  to   com m unic at ion   a nd  fac il it at e  the  us ers .  T his  netw ork  pro vi des  m or e  c on ven ie nt  se rv ic es  to   us e rs  suc h  as   in   sm art   hom e  connec te d  a pp li ance s,   sm art   healt hcar e  syst e m s  fo r  patie nt   ta ke  care,  sm art  gr i d  syst em s   to  m anag e  the  e le ct rici ty ,  s mart  secu rity   thing s  t o  secur e   the  ho m e  fo rm   any  ty pe  of  sec ur it y   threat  [3] .  D ue   to  this  de vel op m ent  of  va ri ou s   te ch nolo gies,  the  a m ou nt  of   data   is  gen erate d  by   diff ere nt  te chno lo gies  an d  a  big   pa rt  of   t hi s  data  belo ng s   to  Io T  [1 ] ,  [ 4 ] ,  [ 5] .   The  co nce pt  of  Io T  c om es  fr om   ever yday   obj ect s,  f ro m   fash io nab le   dev ic es  to  Ind us tria l  dev ic es.  Bi ll ion s  of   dev ic es  al l  ar ound  the   w or l d  com m un ic at ed  and   sh a rin g  da ta   throu gh   i ntern et .  In  com pin g  ye ars ’  sta ti sti cs  sh ow  t h at   m or e  bu si ness  a nd  in vestm ent  com e  in  Io T   sect or .   I oT  ha ve  huge  im pact  on  ove r  daily   li fe  dr ast ic al ly  it  shapes e ver yt hi ng. It  is  pr e dicte d  that t il l 2 025,  the im pact o f I oT reach  to 6 t rill ion   do ll ars .    In   the  c onte xt  of   data  ha nd li ng   i n  I oT,   the  existi ng   in frast ru ct ur e  based   so luti on  are  s uffe red   with   cost,  m ai ntenan ce  issues.  Dron e  te ch nolo gy   or   un m ann e d  aerial   veh ic l e  (U A V)   is  on e  of   the  ad vance  and   sm art   so luti on   for  data  colle ct ion   in  I oT  net works  for  in  ti m e  data  pr oces sing   [6 ] ,  [ 7] .  D rone  are  aut onom ou s   rob ots  us e d  f or  data  gather i ng,  tra nsporta ti on,  ag ricult ure   sp ray,  sa fety   and   s ec uri ty ,  di saste r  m anag em ent,  and   f or est   a nd   weathe r  m anag em ent.  Dron e s  are  al s o  gai ne d  po pula rity   in  intel li gen t  tr ans portat ion   s yst e m   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
Ind on esi a n  J  E le c Eng &  Co m p  Sci     IS S N:  25 02 - 4752       Da t a  c omm un i cation f or dr on e - en able d  i nter net o f   t hings   ( Y ou s ra Ab dul Al sa hi b S.   Aldee n )   1217   wh e re  these  dron e  ca pture  th e  acci den t  sce ne  from   al l   ang le s  be fore  ph ysi cal   pr esenc e  of   pe ople   wi thin  le ss  tim e  [8 ] ,  [ 9] .  Drone  are  al s o  util iz ed  for  fire - fig hting   pur po s es,  pack a ge   delivery,  m ed ic al   kit  deliver y  on  diff ic ult  s it es  wh e re  the  hum an  presenc e  ne ed  m or e  tim e  [10 ] ,  [ 11] .  Fig ure  1  sho ws  the   dron e  e nab le d  Io T   netw orks  a nd  da ta  co m m un ic at ion   process .           Figure  1. D ron e ena bled data   com m un ic at ion   with  Io T       Ther e a re v a rio us  notable b en efit s h ave  ob s e rv e d  in dr on e t echnolo gies s uc h  as co ntr ol the polluti on,  energy  sa ving,  less  risk, quic k  res pons e   an d ac cess  ti m e  in  e m erg encies ,  l ess  co st  s olu ti on,  e asy   to   ha nd le   an d   m ai ntain.  W it h  m any  ben efit s   the  dro ne  te c hnol og ie s   areas   and  com m un ic at ion   protoc ols   ha ve  s uffe red  with  degra dation  iss ues,  scala bili ty an d  im ple m entat ion  issues,  c ov e ra ge  areas i ssu es, lim i te d  energy res ourc es and  ph ysi cal   sec ur i ty   issues  [12 ] ,  [ 13] .  T his  pa pe r  m ai n  fo c us   is  on  data  com m un ic at ion   pr oto c ols  betwee n  Io T   and   dro ne  te ch no l og ie s .  D ron es  are  dynam icall y  colle ct   the  Io T  dev ic es  da ta   and   pr oces s  it   on   real - ti m e  and  sen d  to  data  m anag em ent  centers  [14 ] ,  [ 15] .  I n  this   co nt ext,  this  pap e r  prese nts  the  data  com m un ic at io n  so luti on  cal le d  dro ne  e na bled   data  c omm un ic at ion   f or  i nte rn et   of  t hi ng s   (DDC - Io T )  f or  dro ne  e na bled   I oT   netw orks. T he othe r object ive s of this  p a per  are as  f ollow s:     Discuss  the  ex i sti ng  s ol utio ns  and their  lim it a ti on s     Pr op os e d  a  dro ne  e nab le   I oT data  co m m un ic at ion  s olu t ion     An al yz ed  the  pro posed  wo rk  with stat e  of  t he  art s olu ti ons   The  rest  of  the   pap e r  is   or gan i zed  as   f ollo ws:   Sect io n  2  pro vi des  a   relat ed   work  in   the   are a  of  dro nes  in  IoT  netw ork s.  Sect ion   3  pr esents  the  pr opos e d  data  com m un ic at ion   so l ution   for  I oT  ne two rk s .  The  r esults   and d isc us si on  pr ese nt in  Sect ion4. The  last  s ect ion  c oncl ud es the  pa per   wi th futu re  direct ion .       2.   RELATE D  W ORK   Ma ny  stud ie s  a nd   s olu ti on  ha ve  bee n  desi gned  to  facil it at e  the  Io T  netw orks  an d  overc om e  the  data  com m un ic at ion   lo ad   by  us i ng  sm a rt  sens or  de vices,  i nfra structu re  base d  so l utions.  H oweve r,  these   e xisti ng   so luti ons  are  no t  a ble  to  ov erco m e  the  IoT  existi ng   c ha ll eng es.  In   t his  sect ion ,  we  discuss   so m e  of   th e   existi ng so l utio ns   for Io T  networks to  an al y ze thei r  li m i ta tio ns a nd ch al le ng e s.    Moh am ed,   et   al .  [16]   disc usse d  t he  te ch ni cal   issues  of  dro ne  e na ble  te chno lo gies  i n  sm art  citie s  env i ronm ent.  Au t hors  discu ssed  t he  di ff ic ulti es  of   dro ne   i m ple m entation   i n  sm art  ci ti es  su ch  as   safety ,   pr i vacy,  a nd  ot her   le gal  a nd  et hical   issues.   This  ne w  a nd  at tract ive  te ch no l og y   has   vari ou s   te ch nical   issues  relat ed  to  it s  hard w are,  s of t war e ,  data  co m m un ic at ion   and   oth e r  ope rati on s .  Safety   is  on e  of  the   m ai n   con ce r ns   of   th ese  un m ann e d  aerial   veh ic le   (d r one)  beca us e   it s  pr esence  in  the  ai r  and   a m on g  the  bu il ding s   and  cl os e  t o  pe op le .   The   su cc essfu l  operati ons  of   t his  te ch no l og y  ne e d  m or e  s afety   re quirem ents.  Secu rity   is   5 G ,  4 G ,  3 G 5 G ,  4 G ,  3 G D a ta   M a n a g emen t  Cen tr e D r o n es   N etw o r k I o T   N etw o r k Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2502 - 4752   Ind on esi a n  J  E le c Eng &  Co m p  Sci,   Vo l.   22 , N o.   2 ,  Ma y   2021   :   1216   -   1222   1218   ano t her   factor   du e  to  t he  org anizat ion s ,  industries  an d  pe op le   c onfide ntial   data.  Dron e  need   c omm un ic at io n  li nk s  with  e xis ti ng   syst em   for  data  com m un ic at ion  an d  ne ed  s pecific  re qu i rem ents  in  te rm s  of   ba nd width,  tran s fer   rate ,  j i tt er  and   delay .  Diff e re nt  ty pes  of   data  com m un ic at io n  platf or m   are  us ed  t o  facil it at e  the  dro nes   with  gro und  netw orks  s uch  as  sat el li te  com m un ic at ion ,  cel lular  c om m un ic at ion ,  and   m esh  net works.   Howe ver, sti ll  these  netw orks  are  s uffe red w it h  t hese  data c omm un ic at ion   so luti ons.     N.   H os sei n  Motl agh,  et   al .  [17] ,  disc us se d  the  d r on e  a rch it ect ure  f or  Io T  netw orks   op e rati ons.   Au t hors  al s o  di scusse d  ab out  these  dron e   te chnolo gies  c ha ll eng es  relat ed   to  physi cal   co ll isi on ,  brea king  th e   people  pri vacy ,  an d  use d  or  il le gal  purposes   li ke  dru g  sm ug glin g.   The  da ta   com m un ic ation   te c hnologi e s  in   these  netw orks   are  based   on  W iM AX,  W i - Fi,  3  to  5  G  sta nd a r ds .  The  dro ne  is  us ed  these  te chnol ogie s  to   com m un ic at e  betwee n  dro ne s  or   with  net w ork  de vices.  T his  pap e r  pres ented  a  com m un ic at io n  arc hitec ture  and  co ns i der e d  m achine - to - m achine  data  c om m un ic at ion .  Howe ver,  this  pap e r  discu sse d  the   c urren t  s cenari o  of   dro ne  te ch nolo gies  an d  it s   chall en ges  an d  issue s.  T his  stud y  do es  not   discuss  the  propose r  m echani s m   fo r  dro ne  e nab le  te chnolo gies  with  oth e r  c omm u nicat ion  tec hnol og ie s.     Motl agh,  et   al .  [ 18 ]   pr ese nt ed  a  dron e   en able  syst em   f or   IoT  net wor k  ba sed  on  ne w  em erg ing  te chnolo gies.  The  pro po s ed  so luti on  pro vid es  offloa ding   vid e o  data  proce ssin g  proce ss  am on g  dro ne s  a nd   Io T  de vices.  The  pr opos e d  syst e m   is  us e d  f or   disaste r  reli ef  m anag em ent,  captu rin g  the  im ages  for  sit e   assessm ent  and   real  ti m e  dat a  com m un ic at i on.  U A Vs  are  integrati ng  with  I oT  netw ork s  an d  pro vid e  a  high - le vel  view .  I n  ad di ti on ,   the   auth ors  al so  pr ese nted   the  UAV  base d  c rowd  sur veill ance  by  us i ng  facial  recog niti on   t ools.  T he  pro pose d  m od el   is  te ste d  in  real  tim e  netwo r k.  The   te stbed   resu lt s  in dicat ed  the  pro po se d  m odel   qu ic k  detect ion   a nd   rec ogni ti on   of  suspici ou s   pe ople .  H ow e ve r,   these   ty pe  of   s olu ti ons  are  us e d  f or se ns in g or rec ognizin g  s om e o bject s but d i ff ic ult  for precisel y data  h a nd li ng.   Au t hors  i n  [19 ] ,  pro posed   a  qu e uing  delay   and  tra ns m issio n  del ay   (QD TD)  r outi ng  pr oto c ol.  T his   protoc ol  is  ba sed  on  que uing  delay   an d  t ran sm issi on   de la y  strat egies  for  reli able  data  com m un ic at ion .  Au t hors  cl ai m ed  that  the  pro po s ed  s olu ti on   has  bette r  res ults  to  re du ce  the  data  delay   an d  i ncr ease  t he  data  thr oughput  in   the  networ ks .   This  so luti on   is  especial ly  desig ne d  for  dro nes  ena ble  Io T  net works .  This   so luti on  is  fea sible  to  handle   the  load  to  al le viate   the  network   c ongesti on,  transm issi on   delay   and   qu e uing  delay .  Howe ve r,   this  so l ut ion   has  com plex  proces sin g  m e tho d  a nd   ta ke s  m or e  co m pu ta ti on   tim e  wh ic h  le ads  to d at a  delay  a nd d ec reasin g  t he data  th rou ghput.   Mozaf far i ,  et   al .  [ 20 ]   prese nted  an  op ti m al   trajector y  a nd   dep l oym en t  of   m ult iple  UAVs  in  I oT   netw orks  f or   da ta   colle ct ion .  The  pro posed  so luti on  pro vi des  reli able  da ta   co m m un ic at ion   with  le ss  energy  consum ption .   This  st ud y  us e s  swa rm   dron e s  to  m ini m iz es   the  t ra ns m issio n  po wer  f rom   Io T  de vices .  Ea c h  dro ne  is  us e d  to  delive r  the  s erv ic es  to  t he  cl us te r  of  I oT  dev ic es  on  the   groun d.   T he  pro posed  s olu ti on   is  a   novel  fr am ework   ba sed  on   cl us te rin g  m et ho d  for  opti m a l  dep loym ent  of   UAVs  an d  obt ai ned   the  tra j e ct or ie s  us e d  in   U A Vs   to  se rv e   the   m ob il e  Io T  de vices.  T he   sim ulati on  res ults  ind ic at ed   that  t he  pro po se d  s olu ti on   decr ease d  tra nsm it   po wer   a nd  net wor k  will   op e rati onal   for   long  tim e.  Howev e r,   t his  ty pe  of   s olu ti on  is   us ef ul   for  sta ti c n et w orks w her e  the  cl us te rin g  is   ea sy t o dep l oy.    A.  K.  Saha,   et   a l   [21] ,  pr e sen t ed  a  UAVs  en able  so luti on  f or   I oT  net wor k  by  us in g  di gi ta l  ca m eras,  sens or s ,  an d  da ta   com m un icati on   de vices.  This  syst em   pr ovides  i nteg ra ti ng   s olu ti ons  to  achie ve  the   easy ,  eff ic ie nt,  pr eci se  an d  m on it ori ng .  The  pro posed  s olu ti on  is   base d  on  m ac hin e  le ar n in g  c on ce pts  to  i ncrea se   the  scop e  of   f urt her   im pr ove m ent.  This  syst e m   is  design e d  for  ag ricult ure  crop  m on it or in g  with  le ss  energy  consum ption .   W it h  t he  help  of  local iz at ion  m app ing,  the   pro po se d  syst em   captur es  high  reso l utio n  i m ages  and   f or  crop  m anag em ent.  The  dro ne  pro vid es  m or e  preci se  and   accu rate  groun d  sit uation  a nd   a dju st  a nd   m easur e  the   di sta nce  f ro m   te rr ai n  an d  cal c ul at e  the  de pth   l evel  of  water,   stress  le vel  of  crop.  H ow e ve r ,  this   ty pe  of  syst em   is  lim it ed  in  sco pe  a nd  hi gh  r esol ution  im ages  ca pt ur i ng  nee d  m or e  band width  an d  stron g  infr a struct ur e  on th e  gr ound fo r dron e  co m m un ic at ion .  Ta ble 1  s how s the  c om par ison o f d isc us se d  stu die s.   The  var i ou s   surveys  ha ve  bee n  c onduct ed  to   discu ss  the  dr on e ’s  be nef it s  and  com patibil it y  with  IoT   bu t  sti ll   this  area  is  in  blur  sha pe  w here  the  m os t  sign ific ant  area  is  data  com m un ic at ion   am on g  drones  an d  Io T  netw orks . In  Ta ble 1, m os t of  the e xist ing  s ol ution s a r e n ot  offer i ng  s ecur it y an d  pri vacy facto rs.   S om e o f  them  o ff er  en e rg y m anag em e nt and c ons umpti on p a ram et e rs.         Table  1 .   C om par iso n of  disc usse d  st ud ie s   S#   So lu tio n   Field   Energy Co n su m p ti o n   Data Co llectio n   Secu rity an d   Priva cy   1   [ 1 6 ] /2 0 1 8   Dron e enab le S m a rt  Cities   No   Yes   No   2   [ 1 7 ] /2 0 1 6   Dron e enab le I o T   No   No   No   3   [ 1 8 ] /2 0 1 7   Dron e enab le  IoT   No   Yes   No   4   [ 1 9 ] /2 0 1 7   Dron e Ro u tin g   No   Yes   No   5   [ 2 0 ] /2 016   Dron e enab le I o T   Yes   Yes   No   6   [ 2 1 ] /2 0 1 8   Dro n e enab le I o T   Ag ricultu re   Yes   Yes   No     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
Ind on esi a n  J  E le c Eng &  Co m p  Sci     IS S N:  25 02 - 4752       Da t a  c omm un i cation f or dr on e - en able d  i nter net o f   t hings   ( Y ou s ra Ab dul Al sa hi b S.   Aldee n )   1219   3.   PROP OSE D SOLUTI ON   This  sect ion   presents  the  deta il   of   pro po se d  so luti on  cal le d  dron e  e na bled   data  com m un i cat ion   for  i ntern et   of  t hi ng s   ( DD C - I oT ).   T he  pro po s ed  s olu ti on  prov i des  a n  e ff i ci ent  data  c om m un ic at ion   f or   I oT   netw orks  s uc h  as  f or   a gr ic ultu re  fiel ds,  disaste r  reli ef ,  an d  s m art  bu il di ng.  The  tra diti on al   syst e m   is  based   on   dep l oyed  se nsors  nodes  w hic h  are  costl y  an d  com plex  syst e m .  DD C - I oT  pro vid es  cost  e ff ect ive,  reli able  and   m ai ntenan ce  f r ee  so luti on  for   data  colle ct ion .  I n  this  syst em   the  dr ones  are  be hav i ng   li ke  acce ss  poin ts  and  flie s  over   the   f il ed  area  an d  c onnect  with  ba se  sta ti on  an d  sens or  de vices  at   t he  I oT   net work  side .  T he   D DC - Io T   desi gn  is  base d  on  c omm un ic at ion   IE EE  80 2.11   sta nd a r d  an d  l ow  powe r  I oT  te chnolo gies  inc lud i ng   IEEE  80 2.15.4  and   Sig Fox  a nd   L or a .  The  pro po se d  m od el   is  based   on   two  ty pes  of   data  com m un ic at ion  dro ne - to - dron e   and   dro ne  to   Io T  net works   fo r  data  gath erin g.   The se  two  propose d  data  com m un ic at ion   syst e m s ar e ex plainin g  in   next  subsecti ons.      3.1 .    Dr on e - to - Dr on e  Data  Co m munic at i on     In   pro posed   DD C - I oT  prot oco l,   we  us e   two  par am et ers  transm issi on  p ow e r  ( TP)  and  beac on   fr e qu e ncy  (BF ).   Be aco n  fr e quency  s houl d  be  at   le vel  bec ause  high  f requen cy   le ad s  to   interfe ren ce  a nd   l ow   fr e qu e ncy  le ad s  to  pack et   droppin g  issue s.  We  are  usi ng  the  beac on  fr e quency  as  pe r  ne twork  sit uatio n  by   us in g  c hannel  sit uation  (C S) ,  and   queue  fact or   (QF).   The  pr op os ed  D DC - Io T  is  div i ded   into  tw o  m ai n  ph a ses   cal le d  I niti al izati on   ph a se a nd  process  phas e. T he ph ase s a re  discuss i ng in next  sub sect ion s .      3.1.1 .   I nitiali z at i on  P hase   In   t his  ph ase ,   the  local   i nfor m at ion   inclu ding  the   up da te   of   one  hop  neig hbors  a nd  c heck  the   com m un ic at ion   cha nnel   est im at ion .  The  dro nes  gather   t he  nei ghbor  dro ne’s  inf or m at ion   an d  cre at e  an   inf or m at ion   li st  D  (OH N).  T his  ph as e  est i m at es  the  que ue  sta tu s  a nd  com m un ic at ion   c ha nn el   us a ge.  The   m axi m u m   chan nel  cap aci ty   m easur es  by  MC capaci ty .  This  capaci ty   shows  t he  m axi m u m   beaco ns   in  qu e ue  without  cha nn el   ov erl oad.  T hr es hold  rati o  is  us ed  to  e valuate  the  cha nnel   capaci ty .  Equ at io n  1  s ho ws  the  eff ect ive  ch a nn el  capacit y.                               (1)     Wh e re  α   denotes  the  c ha nnel   capaci ty ,  β  de no te s   thr esh old   rati o  a nd                  denoted  t he   m axi m u m   cha nn el   capaci ty .  The  nei ghbor  dro nes  help  to  com pu te   the  QF   and   est im a tes  the  qu es  sta tus  a nd   beacon  fr e quen cy  o f  drones  and its  neig hbor  dro nes  as  sho w s in  ( 2 ) .                                           (2)     Wh e re  the  Q F   denotes  the  queue  facto r,   BF  denotes  the   beacon  f requ ency,  the  ( 2)   are  us e d  to   evaluate t he  c ha nn el  c onge sti on sit uatio n.   W hen the  QF ≤  α, the c onge sti on  fr ee  sit uation i s d e fine d.       3.1.2. P roces s  Pha se     In  this  phase,   the  al l  the   de fine d  a nd  im portant  pa ram et ers  are   eval uated  t o  c hec k  the   ne tw ork   conditi on  an d  oth e r  data  tr ansm issi on   pa ram et ers.   This   phase  al so  a dju sts  t he  bea con  f reque ncy  as  pe r  dynam ic  n at ure o f  the  drone  nodes . T he bea con f reque ncy  is ad j us te d   with the  h el p of  ( 3 ) .                                              (3)     Wh e re  the          de note s  the  dro ne  fr e qu e ncy  f or  e ach  dr on e  i ,   an d         denotes  the  adopted   f racti on.     Af te r  t his,  t he  nex t  ste p  is  set  tran sm issi on   powe r  based  on ad aptat io n  f rac ti on   a nd  D r one   Tra ns m issi on   (D T ).  Figure  2  s ho ws  the  Al gor it h m   1  fo r  si m ple  dr on e - to - dro ne  data  com m un ic at ion   process  a nd  adjust   transm issi on  pow e r  a nd  beac on freq ue ncy to a vo i d  a ny s ort  o f  ch a nnel  cong e sti on.       Alg o rith m  1   1   Inp u t   On e ho p  sea rch in g   2   Ou tp u t   Up d a te bea co n  tra n smis sio n  po wer   3   do   Dro n e comp u tes QF    4   do   Evalu a te CS     5   do   Dro n es u p d a te beacon  dr o n e freq u en cy  ( D F)  ba sed  on :    6   do                                            7     Dro n es a d ju st b ea co n  dr o n e tra n smis sio n  ( DT )   8   en d  pr o cedu re         Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2502 - 4752   Ind on esi a n  J  E le c Eng &  Co m p  Sci,   Vo l.   22 , N o.   2 ,  Ma y   2021   :   1216   -   1222   1220   3.2.     Drone  to Io T  Net w ork Data C omm u nicati on   In   t his  sect io n,  the  dro ne - to - dro ne  data  co m m un ic at ion   i s  f ur th er  c onne ct ed  to  I oT  ne tworks   by   su in g  5G  ba se d  netw ork  i nfr ast ru ct ure.   Th e   5G  base d  ser vices  a nd  te ch no l og ie s   are  a ble  to  pro vid e   a  f ully  connecte d,  fas t  and  ef fecti ve   platf or m   to  m ake  the  data   com m un ic at ion   possible  bet ween  dr on es   a nd  I oT  sm art  dev ic es.   This   le vel  pro vid es   net w ork   res ources   and  sc hedulin g  m et ho ds  f or  a  bette r  net work   env i ronm ent  [ 22 ] .   This   le vel   al so   offe rs  rea l - tim e,  on - dem and,  reconfi gu rab le ,   en d - to - e nd  co ordi natio n,   a nd   intel li gen t  ser vi ces.  High  f re qu e ncy  ba sed  on   ba nd   6  GHz  with  a  10   G b/s  is  us e d  f or   data  rate.  Anothe r   featur e  of  this   te chnolo gy  is  prov i ding   an  eff ic ie nt  I oT  de vices  data  c om m un ic at ion   inf rastr uctu re  without  any  extra  a nd  costly   har dw are - s pecific  m et hods .  T his  phase  al so   us ef ul  for  lo w  la te ncy  arou nd   1m s   an d  handlin g 1 m il l ion   de vices/ km2. The  d e plo y m ent o f  n e w  se rv ic es is  set at   le ss tim e (ar ou nd 1 ho ur).       4.   RESU LT S  AND DI SCUS S ION   In   t his  sect io n,  we  discu ss  th e  si m ulati on   se tup   require   to  evaluate  the   pr opos e d  DD C - I oT  s olu ti on   with  Q DT D  [ 19]   s ta te   of   the  art  so luti ons.  Nu m ber   of  sim ulati on s  run  he lp  to  evaluate  t he  pro posed  s ol ution  in  te rm s  of   data  delive ry,  en d - to - e nd  delay   and  net work  over hea d.   We  s el ect ed  Ns - 3  sim ula ti on   w hic h  is  a   netw ork  sim ul at or   ba sed  on   op e n  s ource  di screte  eve nt  ne two rk   featur e s.   This  sim ulati on   is  use f ul  f or  data   transm issi on   prot oco ls   an d  i m ple m entat ion   of  TCP/ IP   sta nd a r d.   NS - 3  si m ula tor  pro vide s  a  C+ +  a nd  python   scriptin g,   al ig nm ent  with  real   tim e  syst e m   [23 - 25] .  Ta ble  2  s hows  th e  sim ula ti on   pa ra m et ers  adopte d  to  te st  the pr opos e d  s olu ti on.        Table  2.   Sim ul at ion   p aram et e rs   S#   Para m eters   Valu es   1   Netwo rk Size   1 0 0  ×  1 0 0   2   No  of  Dr o n es   12   3   No  of  I o T  Dev ices   20   4   Co m m u n icatio n  St an d ard   5G   5   Prop ag atio n  M o d el   Two - Ra y   6   No  of  Si m u la tio n  Ru n s   10   7   Tr an s m iss io n  Pow er   1 2  dB m   8   Rad io  I n terface    IE E E  8 0 2 .11 p       4.1.  D ata  T hr oughp ut     In   the se  ex perim ents,  we  ev al uate  the  dat a  throu ghput  to  analy ze  the   perform ance  of   pro po se d  DDC - I oT  so l ut ion   with  Q D TD.  F or  these   ex per im ents,  we  us e d  to   a na ly ze  the  ef fec ts  of  c omm un i cat ion   channel  busy ne ss  rati o  a nd   e valuate  the  dat a  thr oughput.  We  sel e ct ed  diff e ren t  ra ndom   seeds  a nd   co nduct   exp e rim ents.  We  tracke d  th e  data  pack et s   and   m easur e  the  data  thr oughput  in  Mbit s/s  by  us in g  di ff ere nt   values  of   cha nnel   busyness  r at io.  Chan nel  bu sy ness  val ue   def ine d  as  a  f racti on   of   co nst ant  tim e   un it   wh e re   the  ch a nn el   in n o  i dle  sit uation.   Fi gure  2  cl e arly   sh ows  the b et te r  pe rfor m ance  of  pro pos ed  D DC - IoT  so luti on   com par ed  to  Q DTD   e ve n  with  m or e  channe l  bu synes s  sit uation.   Wh e n  th e  channel  busyness  rati o  re ac hed   t o  0.5 th e n  t he pr opos e d  s olu ti on is s howi ng bet te r  r es ults co m par ed  to e xis ti ng  s olu ti on.         Figure  2. Data  Thro ughput  A naly sis   0 0 . 1 0 . 2 0 . 3 0 . 4 0 . 5 0 . 6 0 . 7 0 . 8 0 . 9 1 D A T A   T H R O UG H P UT C H AN N E L   B USY N E S S   RA T I O Q DT D DD C - I o T Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
Ind on esi a n  J  E le c Eng &  Co m p  Sci     IS S N:  25 02 - 4752       Da t a  c omm un i cation f or dr on e - en able d  i nter net o f   t hings   ( Y ou s ra Ab dul Al sa hi b S.   Aldee n )   1221   4.2.  D ata Del ay   These  e xp e rim ents  show  t he   data  delay   i m pact  in  netw or ks   w he n  the  dro nes  are  c omm un ic at ing   with  IoT  netw orks  to  gat her   the  data  an d  res ponds  to  base  sta ti on .  I n  thes e  exp e rim ents,  we  evaluate  th e  data   delay   to  a naly ze  the  pe rfor m ance  of  pr opose d  D DC - I oT   so luti on  with  QD T D.  F or  th ese  ex pe rim en ts,  w e   analy zed  the  channel  busyn ess  rati o  to  c heck   t he  ef fec ts  of   com m un ic at ion   cha nn e l  bu syne ss  rat io  an d  evaluate  the  da t a  delay .  W e  sel ect ed  diff e r ent  rand om   se eds  an d  co nduc t  exp erim ents.  W e  tracke d  the  data   pack et s  a nd  m easur e  t he  dat a  throu ghput  in  Mbit s/s  by  us in g  di ff e ren t   values  of   c ha nn el   bu sy ness   rati o.   Chan nel  busy ne ss  val ue  de fi ned  as  a  fr act i on  of  c on sta nt   tim e  u nit  wh e re  the  c ha nn el   in  no  i dle  sit uation.  Figure  3  cl ea rly   shows  the  be tt er  pe rfor m ance  of  pro po se d  D DC - Io T   s olut ion   c om par ed  to  Q DT D  e ve n  wit h  m or e  channel  bu sy ness   sit ua ti on .   The   propose d  s olu ti on  DD C - I oT  pe rfor m ance  is  be tt er  eve n  with   m or e   channel  bu syn ess  rati o.  Wh en  t he  c hanne l  busyness   rat io  reac he d  t o  0.5  t hen  the   pro po se d  so l ution   is   sh owin g  bette r   res ults  com par ed  t o  e xisti ng  so luti on  a nd  has  le ss  delay   in  the  netw ork .  Both   the  res ul ts  are  sh owin g p os it ive  perform ance in  te rm s o f  dat a d el ay  and  da ta  throug hput.         Figure  3. Data  Delay  Analy sis       5.   CONCL US I O N   In te r net  of  t hi ng s   ( Io T )  is  a  connecte d  de vi ces  netw ork  wh e re  a  nu m ber   of  de vices  gen e rated  t he   data.  Data  ga theri ng   is  one  of   the  c halle ng ing   ta sks  in  th ese  netw orks.   Drones  are  one  of   the  c os t  e ff ect ive   and  m anag eabl e  so l ution  f or  data  gat her i ng  from   Io T  dev i ces  an d  se nd  f or  f ur t her   a nal ysi s  by  usi ng  f ast   an d  reli able  data  c omm un ic at ion   sta nd a rds.  T he re  are   va rio us   chall enges  have  bee n  f aced   I oT  netw orks  s uch  as   costly   infr ast r uctu re  de plo y m ent,  data  de la y,  un reli a ble  data  com m u nicat ion .  In   orde r  to  ad dres s  these   chal le nges, the  d ynam ic  an d  ded ic at e d  dro ne  n et w orks have  d esi gne d  as a  co st effecti ve  an d flexi ble sol ution.   Data  com m un ic at ion   am on g  dron e s  an d  Io T  i nfrastr uc ture  is  an oth e r  chall en ge  f or   e xisti ng   ne twork   protoc ols.  We   pro po se d  a   dr one  e nab le d  dat a  com m un ic a tio n  f or  i nter net   of  t hi ng s   ( D D C - I oT)  so l utio n  for   data  com m un i cat ion   am on g  dr ones  an d  I oT  de vices.  T he  pro posed  s olu ti on  is  cont ro ll ing   the  be aco n  fr e qu e ncy  a nd  transm issi on   powe r  a nd  im pr ov e   data   deliv er  in   le ss  ti m e   an d  e nhance   data  th rou ghpu t.  The   pro p os e d  s olu t ion   is  evaluate d  in  sim ulatio n  w her e  the  re su lt s  ind ic at ed   the  bette r  perf or m ance  of   pr opos e d  so luti on  as  co m par ed  to  existi ng   prot oc ols.  In   f ut ur e,  w e  te st  the  pr opose d  protoc ol   with  m or e  com plex  netw orks  a nd  use  m or e p e rform ance p a ram eter s.       R EFE RE NCE S   [1]   K.  N.  Qureshi ,   M.  U.  Bashir ,   J.   Ll or et ,   and  A .   Le on,   “ Optimized  Cluste r - B ase d   D y nami c  En erg y - Aw are  Routi n g  Protocol   for  W ire le ss   Sensor  Networks  in   Agric ult u re   Prec ision, ”   Jou rnal  of  Senso rs ,   2020 ,   do i :   10. 1155/2020/ 90 40395 .   [2]   K.  N.  Qureshi,   S.  Din,   G.  Jeon,   and  F.  Picc ialli,   “ Li nk  Quali t y   a nd  Ene rg y   Ut il i z at ion  Based  Pref era bl e  Next  Hop  Sele c ti on  Routi n g  for  W ire le ss   Bod y   Are a  Net works , ”   Comp ute r  Comm unic ations ,   vol.   149,   p p.   382 - 392,   202 0 ,  doi:   10 . 1016/j.c o m com.2019. 10. 0 30 .   [3]   K.  N.  Qureshi,  G.  Jeon,   and  F.   Picc i al l i,   “ Ano m aly   De tec ti on   and  Trust  Auth ority   in   Artifici al   Int el l ige n ce   a nd   Cloud  Com put in g, ”   Comput er  Ne tworks,   vol .   184 ,   2020 ,   doi:  10. 10 16/j . comnet. 202 0. 107647 .   0 0 . 1 0 . 2 0 . 3 0 . 4 0 . 5 0 . 6 0 . 7 0 . 8 D E L A Y  ( S E C O N D S ) C H AN N E L   B USY N E S S   RA T I O Q DT D DDC - I o T Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2502 - 4752   Ind on esi a n  J  E le c Eng &  Co m p  Sci,   Vo l.   22 , N o.   2 ,  Ma y   2021   :   1216   -   1222   1222   [4]   K.  N.  Qureshi,   F.  Bashir  and  A.  H.  Abdulla h,   “ An  Ene rg y   and  L i nk  Aw are   Next  Node  Sele ction  Protoc ol  for  Bod y   Area   Networks , ”  2018  In te rnat ional   Conf ere nc e  on  In formatio n  Net work ing  ( ICOIN) ,   2018,   p p.   721 - 726 ,   doi :   10. 1109/ICOIN. 2018. 8343213 .   [5]   M.  S.  Alie ro,   K.  N.  Qureshi,   M.  F.  Pasha,   I.   Ghani,   and  R .   A.  Yauri ,   “ Sy st ematic  Mapping  Stud y   on  En e r g y   Optimiza ti o n  Soluti ons  in  S m art   Buil ding   Struct ure :  Op portuni ties  and   Chal l enge s, ”   Wirel ess  Pe rs o nal  Comm unic ati ons,  pp . 1 - 37 ,   2021 ,   doi:  10. 1007 /s11277 - 021 - 08316 - 3 .   [6]   F.  Moham m ed,   A.  Idrie s,  N.  M ohamed,   J.  Al - Jaroodi  and  I .   Ja whar,   “ UA Vs   fo r  Sm art   Cit ie s:  Opportunit ie s  a n d   Chal le n g es, ”   20 14  Inte rnat ional  Confe ren ce  on   Unm anned  Ai r craft   S yste ms   ( ICUAS) ,   2014,   p p.   267 - 273 ,   doi :  10. 1109/ICUAS . 2014. 6842265 .   [7]   J. - M.  Jo,  “ An  Ef fic i ent   MA NET  Routi ng  Protoco l  for  the   Drone  Deli ver y   Com m unic a ti on  Netwo rk  Sy st em, ”   The   Journal  of  the   Korea  insti tute  of  el e ct roni c  co mm unic ati on  sci enc es,   vo l.   10 ,   no.   9,   pp.   973 - 978,   2015 ,   doi :   10. 13067/JKIEC S.2015. 10. 9 . 973 .   [8]   K.  N.  Qureshi,   A.  Ahm ad,   F.  P ic c ia l li ,   G.  Caso ll a ,   and  G.  Jeon,   “ Natur e - Inspire d  Algorit hm - Based  Secur e  Dat a  Diss eminat ion  Fram ework  for  S m art   Cit y   Ne tworks , ”   Neural  C omputing  and  Appl ic at ions,  pp.   1 - 20,   2020 ,   doi :   10. 1007/s00521 - 020 - 04900 - z .   [9]   K.  A.  M .   Abid   Ali,   A.   Alabaic h i,   and  A.  S.   Abbas,  "D ual   Me tho d  Cr y p togra ph y   Im a ge  b y   Two  F orc e  Se cur e  and   Stega nogra ph y   Secr et   Mess age   in  IoT, "  T elkomnik a  ( T el e communic a ti on,   Com p uti ng,   El e ct roni c s  and  Control ) ,  vol.   18 ,   no .   6 ,   pp .   2928 - 2938 ,   20 20 ,   doi :  10 . 1292 8/T EL KO MN IKA . v18i6. 15847 .   [10]   Rat h y   G.  A. ,   Sivasanka r  P.,   and T.   Z.   Fadhi l,   “ An e ffic i ent   IoT  b ase d  biomedic a l  hea l th  m onit oring  and  Diagnosing  S y stem  Us ing  my RIO, ”   Telk omn ik a   ( Tele communic ati on ,   Computing,   E lectronic s   and  Control) ,  vol.   18,   no .   6,   pp .   3050 - 3057,   202 0 ,   doi :  10 . 12928 /t el kom nika.v18i 6. 14375 .   [11]   A.  M.  Al - Ghaili,   H.  Kasim ,   M .   Othm an,   and  W .   Hashim ,   “ Q R  Code  Based  Authent i ca t ion  Method  for  Io T   Applic a ti ons  Us ing  Thre e  S ecurit y   L a y ers , ”   Telk omnika   ( Tele communic a ti o n,   Computing,  El e ct ronics  and   Control) ,  vol. 18 ,   no .   4 ,   pp .   2004 - 2011,   2020 ,   doi :  10. 12928 /t e lko m nika . v18i4. 147 48 .   [12]   S.  H.  Alsam hi,  O.  Ma,   and  M.   S.  Ans ari ,   “ Pred ic ti v e  Esti m at io n  of  th e  Optima l  Signal  Strength  from   Unm anne d  Aeri al Vehicle  Over  Internet   of  Thi ngs U sing A NN , ”   arXi v  prep rint  arXi v:1 805. 07614,   2018 .   [13]   C.   Bunse  and  S.  Plotz ,   “ Secur ity   An aly sis  of  Drone  Com m unic at ion  Protoco ls , ”   in  Inte rnation al  Symposium  o n  Engi ne ering  Se c ure  Soft ware   an d  Syste ms ,   2018,   pp.   96 - 107 ,   doi:  1 0 . 1 0 0 7 / 9 7 8 - 3 - 319 - 9 4 4 9 6 - 8_7 .   [14]   M.  Moza ffa ri ,   W .   Saad,   M.  Benni s  and  M.  Debba h,   "M obile  Unm anne d  Aeri al   Vehicle s  (UA Vs )  for  Ene rg y - Eff icient   Int ern e t  of  Thi ngs  Comm unic at ions,"  in   IEEE  Tr ansacti ons  on  Wirel ess  Comm unic ati ons ,   vol.   16,   no.   1 1 ,   pp.   7574 - 7589 ,   Nov.  2017,   doi:  10. 1109/T W C. 2 017. 2751045 .   [15]   T.   La gk as,   V.  Arg y riou ,   S.  Bibi ,   and  P.  Sarig ia nnidi s ,   “ UA V   IoT  Fram ewor k  Views  and  C hal l enge s:  Towa rds  Protec ti ng   Dron es  as  “ Thi ngs” , ”   Sensors ,   vol. 18, no. 11, 2018 ,   do i:   10 . 3390/s1811 4015 .   [1 6]   N.  Moham ed,   J.   Al - Jaroodi,   I .   Jawhar,   A.  Idr ie s ,   and  F.  Moham m ed,   “ Unm anne d  Aeri al   Veh ic l e s  Applic at ions  i n  Fu ture   Sm art   Cit ie s , ”   Te chnol ogi cal   F orec asting  an d  Soci al  Ch ange,   vol .   153,   2020,   d oi:   10. 1016/j.techfo re . 2018. 05 . 004 .   [17]   N.  Hos sein  Motla gh,   T .   Tale b  an d  O.  Arouk,  “ Low - Alti tude   Unm anne d  Aeri al   Ve hic l es - Based  Int ern et   of  Th ings  Servic es:  Com pre hensive   Surve y  And  Future  Per spec ti v es , ”  in  IE EE   Inte rne t  of  Things   Journal ,   vol.   3,   no.   6,   pp .   899 - 922,   De c. 2 016,   doi :  10 . 110 9/JIOT. 2016. 26 12119 .   [18]   N.  H.  Motla gh ,   M.  Bagaa  and  T .   Tale b ,   “ UA V - Based  IoT  Pla tf orm :  A  Crowd  Surveil la n ce   Us e  Case , ”  in   IEEE  Comm unic ati ons Magazine ,   v ol .   55,   no .   2 ,   pp .   12 8 - 134,   Febru ar y   2017,   doi :  10 . 11 09/MCOM . 2017. 1600587CM .   [19]   P.  Yang,   X.  Cao,   C.   Yin,   Z.   Xi ao,   X.  Xi  and  D.  W u,   “ Routi ng  protoc ol  desig n  for  Drone - Cel l  Com m unic at ion   Net works , ” 2017   IEE E  Inte rn ati onal  Confe r enc e  on  Co mm unic ati ons  ( ICC ) ,   2017,   pp.   1 - 6,   doi:   10. 1109/ICC. 20 17. 7996484 .   [20]   M.  Moza ffa ri ,   W .   Saad,   M.  Benni s  and  M.  Debba h,   “ Mobile   Inte rne t  of  Thi ng s:  Can  UA V s  Provide  an  Ene rg y - Eff icient  Mobile  Archi t ec tur e ? , ”   2016  IEEE  Glo bal  Comm unic at ions  Confe renc e   ( GLOBE COM) ,   2016,   pp .   1 - 6 ,  doi:   10 . 1109/GL OCO M.2016. 7841993 .   [21]   A.  K.  Saha,   et   al . ,   “ IoT - base d  Drone  for  Im pr ovement  of  Crop  Quali t y   in  Agric ult u ra l  Fiel d , ”  2018  IEE E  8t h   Annual   Computing  and  Comm unic ati on  Wo rkshop  and  C onfe renc e  ( CC WC) ,   2018,   p p.   612 - 615,   doi:  10. 1109/CCWC. 2018 . 8301662 .   [22]   G.  A.  Akpakwu,  B.   J.  Silva ,   G.  P.  Hanc ke  and  A.  M.  Abu - Mahfouz ,   “ A  Surve y   on  5G  Networks  fo r  the   Inte rn et   o f   Thi ngs:  Com m unic a ti on  Te chn ologi es  and  Ch al l enge s,”  in   IE EE   Ac c ess ,   vol .   6,   pp .   3619 - 3 647,   2018,   doi :   10. 1109/ACCESS . 2017. 2779844 .   [23]   J.  Le e ,   K.  Kim ,   H.  Kim   and  H.  Kim ,   "D evi sing  Geogra phi c   Diffusion  for  Drone  Networks,”   2016  Ei ghth  Inte rnational   Confe renc e  on   Ubiquit ous  and  Fut ure  Net works  ( ICUFN) ,   2016,   pp.   76 - 78 ,   doi:   10. 1109/ICUFN . 2016. 7536985 .   [24]   G.  F.  Ri ley   and   T.  R.   Hende rs o n,   “ The  ns - 3  netw ork  sim ula tor, ”   in   Mode l ing  a nd  tool s  for   networ k  simulati on ,  B e r l i n ,   H e i d e l b e r g ,  Germ an y :  S pringe r,  2010,   p p.   15 - 34 ,   doi :  1 0 . 1 0 0 7 / 9 7 8 - 3 - 642 - 1 2 3 3 1 - 3 _ 2 .   [25]   G.  J.  A.   M.   Carn ei ro,  “ NS - 3:  Net work sim ula tor 3, ”   in  UT M  Lab  Me eting  Apri l ,   v ol.   20 ,   pp .   4 - 5 ,   2 010.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.