423
ResearchBib IF - 11.01, ISSN: 3030-3753, Volume 2 Issue 6
UCHUVCHISIZ UCHISH APPARAT TARMOG‘IDA OQIMLI MA’LUMOTLARNI
UZATISHNI RS-ARQ ALGORITMLARINI ISHLAB CHIQISH
Yusupov Bahodir Karamatovich
t.f.f.d. (PhD), professor
Boboyev Nabi Tohir o‘g‘li
t.f.f.d. (PhD)
Komilov Alisher Abdumannob o‘g‘li
t.f.f.d. (PhD)
https://doi.org/10.5281/zenodo.15648525
Annotatsiya.
Mazkur tadqiqotda uchuvchisiz uchish apparatlari (UUA) ishtirokidagi
ortiqcha (overlay) tarmoqlarda oqimli ma’lumotlarni uzatishni boshqarish uchun
moslashuvchan, bosqichli va muvozanatli marshrut tanlash mezonlariga asoslangan protokollar
hamda yordamchi tugunni tanlash algoritmlari ishlab chiqildi. Tadqiqotda Pull-Push
protokoliga mos keluvchi oqimli uzatish algoritmi va fragmentlarni tiklashga yo‘naltirilgan ilova
darajasidagi RS-ARQ algoritmi taklif etildi. Har bir tugun fragmentlar bazasi va buferdan
foydalangan holda ma’lumot almashinuvini amalga oshiradi. Yordamchi tugun tanlovida
raqobatbardosh, bashoratli va “ochko‘z” mezonlar asosida tanlov strategiyalari ishlab
chiqilgan. NS-3 muhiti yordamida turli marshrut tanlash algoritmlari hamda RS-ARQ
algoritmining samaradorligi stasionar va harakatlanuvchi ssenariylar orqali modellashtirildi.
Аннотация.
В настоящем исследовании разработаны протоколы и алгоритмы
выбора вспомогательного узла для управления передачей потоковых данных в
избыточных (overlay) сетях с участием беспилотных летательных аппаратов (БПЛА),
основанные на адаптивных, пошаговых и сбалансированных критериях выбора
маршрута. В работе предложен алгоритм потоковой передачи, соответствующий
протоколу Pull-Push, а также алгоритм RS-ARQ на прикладном уровне, направленный на
восстановление утраченных фрагментов. Каждый узел обменивается данными,
используя буфер и базу фрагментов. Для выбора вспомогательного узла разработаны
стратегии на основе конкурентного, прогностического и жадного критериев.
Эффективность алгоритмов выбора маршрута и RS-ARQ оценивалась с помощью
моделирования в среде NS-3 в стационарных и мобильных сценариях.
Abstract.
This study presents protocols and helper node selection algorithms for
managing streaming data transmission in overlay networks involving unmanned aerial vehicles
(UAVs), based on adaptive, stepwise, and balanced routing criteria. A Pull-Push compatible
streaming transmission algorithm and an application-layer RS-ARQ algorithm aimed at
fragment recovery are proposed. Each node performs data exchange using a fragment database
and buffer. For helper node selection, strategies based on competitive, predictive, and greedy
criteria are developed. The effectiveness of the routing algorithms and RS-ARQ mechanism is
evaluated through NS-3 simulation in both stationary and mobile scenarios.
Qoplovchi tarmoqda oqimli ma’lumotlarni uzatish usuli ma’lumot fragmentlarini
manzilgacha yetkazib berishni boshqaradi. Manzil sifatida tarmoqdagi istalgan tugun qaralishi
mumkin. Har bir tugun talab qilinadigan fragmentlar uchun o‘zining ma’lumotlar bazasiga ega
va qo‘shni tugunlardan so‘rovlar kelib tushgani sari uni to‘ldirib boradi. Tarmoqdagi barcha
tugunlar tarmoq bo‘ylab kontentni tarqatishning yagona vazifasini bajaradi. Har bir tugunning
asosiy maqsadi – barcha zarur fragmentlarni qabul qilishdan iborat.
Mazkur holatda biz uzatilayotgan axborot blokini fragment deb ataymiz. O‘zaro bog‘liq
424
ResearchBib IF - 11.01, ISSN: 3030-3753, Volume 2 Issue 6
va ketma-ket joylashgan fragmentlar yig‘indisini esa kontent deb ataymiz.
Algoritm ishining boshlanishida qabul qiluvchi tugun manba tuguniga kontent raqami va
zarur bo‘lgan fragmentlar raqamlarini ko‘rsatgan so‘rov yuboradi. Keyingi bosqichda qabul
qiluvchi tugun ma'lumot so‘rovini amalga oshirish uchun dasturiy va algoritmik vositalardan
foydalanadi, manba va yordamchi tugun esa bu so‘rovlarni bajarish uchun bir xil dasturiy
ta’minotni qo‘llaydi.
Algoritm bajarilishi davomida kontentning ortiqcha tarmoq ustiga taqsimlanishi yuz
beradi. Har bir tarmoq tuguni kerakli fragmentlar raqamlarini saqlovchi ma’lumotlar bazasiga va
allaqachon qabul qilingan fragmentlar saqlanuvchi buferga ega bo‘ladi. Ma’lumotlar uzatish
algoritmining blok-sxemasi 1-rasmda keltirilgan [1].
Faraz qilaylik,
t
soniya — bu ma’lumotlar bazasini tekshirish uchun oldindan belgilangan
vaqt oralig‘i. Har bir tarmoq tuguni har
t
soniyada o‘z bazasini tekshiradi va mavjud ma’lumotlar
asosida qo‘shni tugunlarga kontent raqami va zarur bo‘lgan fragmentlar raqamlarini o‘z ichiga
olgan so‘rovlarni yuboradi. Fragmentni olgach, tugun uning raqamini bazadan o‘chiradi va
fragmentni buferga qo‘shadi [2].
1 -rasm. Overlay tarmog‘ida oqim ma’lumotlarini
uzatish algoritmining blok-sxemasi.
Agar qo‘shni tugundan so‘rov kelib tushsa, tugun buferda kerakli fragmentlarni izlaydi,
425
ResearchBib IF - 11.01, ISSN: 3030-3753, Volume 2 Issue 6
topilmagan fragmentlar raqamlarini o‘z bazasiga qo‘shadi va mavjud fragmentlarni qo‘shni
tugunga uzatishni boshlaydi. Barcha kerakli fragmentlar uzatilgach va baza bo‘shab qolsa,
algoritm o‘z ishini yakunlaydi.
Ushbu taklif etilgan ortiqcha tarmoqda oqimli ma’lumot uzatish usulini amalga oshirish
uchun
Pull-Push
protokoliga mos keluvchi algoritmni ishlab chiqish talab etiladi. 2-rasmda
yordamchi tugunni tanlashda pog‘onali mezon asosidagi ortiqcha tarmoqda marshrut tanlash
algoritmining blok-sxemasi keltirilgan [3].
2-rasm. Yordamchi tugunni ishlatishning bosqichma-bosqich mezoniga ega bo'lgan
qatlamli tarmoqdagi marshrutni tanlash algoritmining sxemasi.
Ushbu protokolni uch tugundan iborat ortiqcha tarmoq (manba, manzil va yordamchi
tugun) ssenariysi uchun ishlab chiqishda quyidagi algoritmlar taklif etiladi, ular ma’lumotlar
uzatishning turli bosqichlarini tavsiflaydi: ortiqcha tarmoqda yordamchi tugun orqali oqimli
ma’lumotlarni uzatish algoritmi va fragmentlarni tiklash algoritmi [4].
426
ResearchBib IF - 11.01, ISSN: 3030-3753, Volume 2 Issue 6
3-rasm. Yordamchi tugunni tanlash algoritmining blok diagrammasi.
Pog‘onali va moslashuvchan mezonlar har bir fragmentning SD va SRD marshrutlari
haqidagi ma’lumotlarga asoslangan holda uzatilishini belgilaydi. SD marshruti bo‘yicha
uzatilayotganda fragment to‘g‘ridan-to‘g‘ri manzil tuguniga yo‘naltiriladi. SRD marshruti
bo‘yicha esa fragment avval yordamchi tugunga yuboriladi, u esa fragmentni manzilga qayta
yo‘naltiradi [5]. Moslashuvchan mezon ilgari o‘lchangan PDR metrikasi qiymatlarini hamda SD
va SRD marshrutlari uchun mavjud ko‘rsatkichlarni hisobga oladi. Pog‘onali mezon esa faqat
joriy metrika qiymatiga asoslanadi. Muvozanatli mezon asosidagi marshrut tanlash algoritmi esa
fragmentlarning yarmisini manzilga to‘g‘ridan-to‘g‘ri, qolgan yarmisini yordamchi tugun orqali
yuborishni ko‘zda tutadi.
Yordamchi tugunni tanlashning optimal mezoni SD va SRD marshrutlarining uzunligini
kamaytirishga imkon beradi, bu esa pastki darajadagi marshrutlash protokoli (AODV yoki
OLSR) uchun ahamiyatlidir.
Raqobatbardosh mezon — bu mezon manba tuguni so‘rov yuborganidan so‘ng unga eng
birinchi bo‘lib javob bergan tugunni yordamchi tugun sifatida tanlashga asoslanadi. Ya’ni,
tugunlar orasida qay biri Hreq kengaytirilgan so‘roviga eng tez (javob vaqti t
a
) javob qaytarsa,
aynan shu tugun yordamchi tugun sifatida tanlab olinadi [6].
427
ResearchBib IF - 11.01, ISSN: 3030-3753, Volume 2 Issue 6
Manba tugun kengaytirilgan Hreq xabarini uzatadi, unga javoban qo‘shni tugunlar Hrep
javob xabarida o‘z koordinatalarini yuboradi. Manba tugun har bir qo‘shni tugun uchun L
d
metrikaning qiymatini — ya’ni qo‘shni tugundan qabul qiluvchigacha bo‘lgan masofani
hisoblaydi. Ushbu hisoblangan metrika asosida yordamchi tugun aniqlanadi: u tugunki, hozirgi
vaqtda qabul qiluvchigacha bo‘lgan masofasi eng kichik bo‘ladi.
UUAlarning o‘z-o‘zini tashkil qiluvchi tarmog‘ida tugunlarning yuqori harakatchanligini
inobatga olish uchun yordamchi tugunni tanlashda bashoratli mezondan foydalanish taklif
etiladi. Taklif qilinayotgan mezon tugunlarning hozirgi joylashuvini emas, balki belgilangan vaqt
oralig‘idan keyingi holatini hisobga oladi. Bu bashorat tugunning hozirgi koordinatalari, harakat
tezligi va yo‘nalishi asosida amalga oshiriladi.
Qattiq qanotli UUA dan foydalanilganda, ular harakat yo‘nalishini nisbatan sekin
o‘zgartiradi. Bunday holatda, bashorat oralig‘i t
p
orqali hisoblangan koordinatalar yordamchi
tugunni tanlash algoritmida qo‘llanilishi mumkin [7].
Metrika sifatida, qo‘shni tugunning taxminiy joylashuvidan manzil (qabul qiluvchi)
tugunning oldindan ma’lum joylashuvigacha bo‘lgan masofa olinadi. Manba tugun barcha
qo‘shni tugunlarga kengaytirilgan Hreq so‘rovini yuboradi. Hreq so‘rovini qabul qilgan har bir
qo‘shni tugun o‘zining joriy joylashuvini, tezligini va harakat yo‘nalishini biladi.
Shu ma’lumotlar asosida bashorat oralig‘i t
p
orqali tugunning geografik joylashuvi
hisoblab chiqiladi. Har bir qo‘shni tugun o‘zining bashoratlangan koordinatalarini manba
tugunga yuboradi. So‘ng algoritm har bir qo‘shni tugun uchun metrikani hisoblaydi va eng
yaxshi metrika qiymatiga ega tugunni yordamchi tugun sifatida tanlaydi [8].
Ushbu mezonni amaliy UUA tarmog‘ida amalga oshirish uchun tugunlarning geografik
koordinatalarini — ya'ni kenglik (θ), uzunlik (ϕ) va dengiz sathidan balandlik (h) — aniqlash
lozim. Qo‘shni tugunlar H
rep
xabarida o‘z koordinatalarini uzatadi, manba tugun esa har bir
tugundan manzilgacha bo‘lgan masofani hisoblab, ushbu metrika asosida yordamchi tugunni
aniqlaydi.
Imitatsion modellashtirishda esa koordinatalar (x,y,z) ko‘rinishida olinadi va tegishli
formulalar orqali ishlanadi.
Ma’lumotlar uzatish sifatini oshirish uchun OSI modeli darajalarida amalga oshirilgan
qayta so‘rov algoritmidan foydalanish mumkin. 802.11 standartlari oilasida qayta so‘rov
algoritmi kanal darajasida qo‘llaniladi. Ammo, tarmoqli (overlay) tarmoqlarda qo‘llash uchun
ushbu algoritmni OSI modelining ilova (application) darajasida amalga oshirish taklif etiladi.
Dissertatsiya tadqiqot doirasida UUA tarmog‘ida yo‘qotilgan fragmentlar uchun qayta
uzatishni amalga oshiruvchi RS-ARQ algoritmi ishlab chiqilgan.
Taqdim etilayotgan RS-ARQ algoritmi tanlab qayta so‘rov asosidagi uzatish usuliga (ing.
Selective-Repeat ARQ
) asoslangan. Ushbu algoritmda qabul qiluvchi (adresat) fragmentlar
sarlavhasidagi raqamlar (SN) orqali yo‘qotilgan fragmentlarni aniqlaydi va ularni manbadan
qayta so‘rashni amalga oshiradi. Buning uchun adresat maxsus NACK xabarlarini shakllantiradi,
bu xabarlar o‘z ichiga yo‘qotilgan fragmentlar raqamlarini oladi (4-rasm). Agar oldindan
belgilangan
RTO (Retransmission Timeout) vaqt oraliği davomida so‘ralgan fragment qabul qilinmasa,
adresat NACK xabarini takrorlaydi. Adresat fragmentlar muhimligini yo‘qotmaguncha ularni
qayta so‘rashda davom etadi.
428
ResearchBib IF - 11.01, ISSN: 3030-3753, Volume 2 Issue 6
4-rasm. SR-ARQ paketi tuzilmasi.
Ushbu algoritmni amalga oshirish uchun ikkita bufer zarur: biri adresat tomonida,
ikkinchisi manba (uzatuvchi) tomonida. Adresat tomonidagi bufer fragmentlarning ketma-
ketligini saqlash uchun xizmat qiladi, chunki ular qayta so‘rov algoritmi va ehtimoliy jitter
tufayli tartibsiz kelib tushishi mumkin. Manba tomonidagi bufer esa fragmentlarni saqlaydi, ular
qayta so‘rovga javob berish uchun mavjud bo‘lishi kerak. Algoritm RTO vaqt oraliğini RTT
(Round-Trip Time – uzatish va javob vaqtining yig‘indisi) statistikasi asosida aniqlaydi, bu vaqt
adresatdan NACK xabarini olishgacha bo‘lgan uzatish davrini bildiradi.
Agar manba buferida zarur fragmentlar mavjud bo‘lmasa, u holda manba adresatga
mazkur fragmentlar bo‘yicha so‘rovni to‘xtatishni so‘rab, xabar yuboradi. Ushbu xabarni olgan
adresat, unda ko‘rsatilgan raqamlarni o‘zining yo‘qolgan ma’lumotlar bazasidan o‘chiradi.
5-rasmda adresatdagi bufer va yo‘qolgan ma’lumotlar bazasi o‘rtasidagi o‘zaro bog‘liqlik
blok-sxema ko‘rinishida aks ettirilgan. Adresat qabul qilingan fragmentlarni buferda saqlaydi va
ularni raqamlar bo‘yicha tartiblaydi. Buferga yangi fragment kelganda, adresat uning ketma-
ketligini tekshiradi va agar yo‘qolgan fragmentlar aniqlansa, ularning tartib raqamlarini
yo‘qolgan ma’lumotlar bazasiga qo‘shadi. Ushbu bazaga asoslanib, manbaga yuboriladigan
NACK xabari shakllantiriladi.
429
ResearchBib IF - 11.01, ISSN: 3030-3753, Volume 2 Issue 6
5-rasm. RS-ARQ algoritmi blok sxemasi.
Ushbu algoritmning asosiy vazifasi — fragmentlar yo‘qolishini aniqlashdan iborat. Agar
yangi fragment to‘g‘ri ketma-ketlikda kelmasa (ya'ni, u oldingi fragment raqamiga teng bo‘lmasa
yoki undan bitta katta bo‘lmasa), u holda ushbu fragmentlar yo‘qolganlar bazasiga kiritiladi va
har RTO soniyada qayta so‘raladi.
RTO (Retransmission Timeout) vaqt oralig‘i fragment manzilga yetib kelgan vaqt asosida
430
ResearchBib IF - 11.01, ISSN: 3030-3753, Volume 2 Issue 6
hisoblanadi, agar bu fragment haqida ma’lumotlar ma’lumotlar bazasida mavjud bo‘lsa. Agar
manbada zarur fragmentlar buferda mavjud bo‘lmasa, u holda u adresatga maxsus xabar
yuborishi mumkin, va yo‘qolgan fragmentlar haqidagi yozuvlar uning ma’lumotlar bazasidan
o‘chirib yuboriladi. Taklif etilgan algoritmda buferning maksimal hajmi ish boshlanishidan oldin
sozlanadi va u adresatda uzluksiz uzatilayotgan ma’lumotlarni qayta ijro etishdan oldingi
maksimal kechikishni belgilaydi. Bu kechikish uzatish tezligi oldindan ma’lum bo‘lgan sharoitda
aniqlanadi.
Oqimli
ma’lumotlarni
qayta
ijro
etishdan
oldingi
maksimal
kechikish
ITU-T
talablariga
muvofiq
xizmat
ko‘rsatish
sifati
sinfini
belgilaydi
va
1 soniyagacha bo‘lishi mumkin. Aks holda, videotranslyatsiya sinfsiz (ya’ni, noaniq xizmat sifati
bilan) hisoblanadi.
Tadqiqot natijalari yordamchi tugun tanlash strategiyasi va marshrut tanlash
mezonlarining oqimli uzatish samaradorligiga sezilarli ta’sir ko‘rsatishini ko‘rsatdi.
Moslashuvchan mezon stasionar ssenariyda yuqori samaradorlikni ta’minlasa, harakatlanuvchi
tugunli ssenariyda u o‘z ustunligini yo‘qotadi. RS-ARQ algoritmi esa fragmentlarni
yo‘qotmasdan uzatishda ishonchlilikni oshirishga xizmat qilmoqda. Bu algoritm orqali ilova
darajasida selektiv qayta so‘rov asosida ma’lumot uzatish kechikishini nazorat qilish va xizmat
sifati talablarini qondirish imkoniyati yaratiladi. Ushbu yondashuvlar UUA tarmoqlarida video
oqimlarni uzatish ishonchliligini sezilarli darajada oshiradi va amaliy jihatdan qo‘llanilishi
mumkin.
REFERENCES
1.
Vasiliev, D. S. Relaying Algorithms with ARQ in Flying Ad hoc Networks / D. S.
Vasiliev, A. V. Abilov // Proceedings of IEEE International Siberian Conference on
Control and Communications (SIBCON-2015). May 21-23, Omsk, Russia, 2015. –
Omsk, 2015.
2.
Lin S. Error Control Coding / Shu Lin, D. Costello // 2nd Edition, ISBN: 0130426725, —
Prentice-Hall. — 2024.
3.
Романов, С. В. Симуляторы беспроводных MANET-сетей / Жолобов А.Н., 123
Прозоров Д.Е., Романов С.В. // Инфокоммуникационные технологии, 2022. — №3.
— С.28-33. [32] Sorokin A. A study of packet delivery performance in MANETs with
OLSR protocol using NS-3 / A. Sorokin, D. S. Vasiliev, A. V. Abilov // Proceedings of
the 4th Forum of Young Researchers in the Framework of International Forum
“Education Quality – 2014”. – Izhevsk, Russia, 2014. –P. 399–404 / – ISBN 978-5-7526-
0649-6.
4.
Chappell, L. Wireshark Network Analysis The Official Wireshark Certified Network
Analyst Study Guide / Laura Chappell // Protocol Analysis Institute, “Chappell
University” — 2012. — ISBN 978-1-893939-94-3.
5.
Meitis, D. Simulation of MANETs routing protocols for UAVs / D. Meitis, D. Vasiliev,
A. Abilov // In Proceedings of the 4th Forum of Young Researchers in the Framework of
International Forum “Education Quality – 2014”. April 23, Izhevsk, Russia. – 2014. – P.
358–363.
6.
Chappell, L. Wireshark Network Analysis The Official Wireshark Certified Network
Analyst Study Guide / Laura Chappell // Protocol Analysis Institute, “Chappell
University” — 2012. — ISBN 978-1-893939-94-3.
431
ResearchBib IF - 11.01, ISSN: 3030-3753, Volume 2 Issue 6
7.
Broyles, D. Design and Analysis of a 3-D Gauss-Markov Mobility Model for Highly
Dynamic Airborne Networks. / D. Broyles, A. Jabbar, J. Sterbenz // Proceedings of the
International Telemetering Conference – San Diego, CA, 2020.
8.
Vasiliev, D. Simulation-based Comparison of AODV, OLSR and HWMP Protocols for
Flying Ad Hoc Networks. / D. Vasiliev, D. Meitis, A. Abilov // In Proceedings of
NEW2AN/ruSMART 2024. LNCS 8638, Springer International Publishing Switzerland.
– 2024. – P. 245-252.
