Un marco optimizado de drones asistidos por múltiples objetivos para una comunicación segura y confiable en ciudades inteligentes resilientes a desastres
Autores: Alwasel, Bader; Salim, Ahmed; Patinjare Veetil, Pravija Raj; Khedr, Ahmed M.; Osamy, Walid
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2026
Acceso abierto
Artículo científico
2026
Un marco optimizado de drones asistidos por múltiples objetivos para una comunicación segura y confiable en ciudades inteligentes resilientes a desastres
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Robótica
Palabras clave
Desastres naturales
Infraestructuras de comunicación
Marco basado en UAV
Respuesta a desastres
WAA-CR
Evaluación de confianza.
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 1
Citaciones: Sin citaciones
En las ciudades inteligentes de hoy, densamente pobladas y impulsadas por la tecnología, los desastres naturales y provocados por el ser humano amenazan cada vez más la resiliencia de las infraestructuras de comunicación, creando desafíos críticos para mantener una conectividad fiable. La falla de las redes convencionales durante las crisis obstaculiza significativamente la respuesta de emergencia, la coordinación y la difusión de información. Para abordar estos desafíos, este documento presenta el Algoritmo de Promedio Ponderado basado en Agrupamiento y Enrutamiento (WAA-CR), un marco novedoso, seguro y adaptativo basado en UAV para la respuesta y recuperación ante desastres. WAA-CR integra tres componentes clave: refugios o Estaciones de Control en Tierra (GCS) como anclas de comunicación y centros de apoyo, agrupamiento y enrutamiento sobrevivibles utilizando un optimizador metaheurístico basado en WAA, y comunicación de drones segura y confiable habilitada por un mecanismo de evaluación de confianza ligero y un modelo de autenticación. El marco formula un modelo de optimización multiobjetivo que minimiza simultáneamente el número de UAV activos y el costo de enrutamiento, mientras maximiza la confianza, la fiabilidad de la comunicación y la cobertura. La elección del líder de clúster (CH) y las decisiones de enrutamiento son guiadas por una función de aptitud compuesta que considera la energía residual, la estabilidad del enlace, la movilidad y las puntuaciones de confianza dinámicas. Además, un mecanismo de mantenimiento adaptativo permite la reconfiguración dinámica para manejar fallas de CH, degradación de confianza o cambios de topología impulsados por la movilidad. Simulaciones extensivas realizadas en MATLAB R2020a demuestran que WAA-CR supera significativamente a los protocolos base existentes de FANET en términos de eficiencia energética, estabilidad del clúster, precisión de confianza y rendimiento de entrega de extremo a extremo. Estos resultados validan la efectividad del marco propuesto para construir redes de comunicación basadas en UAV resilientes, escalables y seguras para entornos post-desastre.
Descripción
En las ciudades inteligentes de hoy, densamente pobladas y impulsadas por la tecnología, los desastres naturales y provocados por el ser humano amenazan cada vez más la resiliencia de las infraestructuras de comunicación, creando desafíos críticos para mantener una conectividad fiable. La falla de las redes convencionales durante las crisis obstaculiza significativamente la respuesta de emergencia, la coordinación y la difusión de información. Para abordar estos desafíos, este documento presenta el Algoritmo de Promedio Ponderado basado en Agrupamiento y Enrutamiento (WAA-CR), un marco novedoso, seguro y adaptativo basado en UAV para la respuesta y recuperación ante desastres. WAA-CR integra tres componentes clave: refugios o Estaciones de Control en Tierra (GCS) como anclas de comunicación y centros de apoyo, agrupamiento y enrutamiento sobrevivibles utilizando un optimizador metaheurístico basado en WAA, y comunicación de drones segura y confiable habilitada por un mecanismo de evaluación de confianza ligero y un modelo de autenticación. El marco formula un modelo de optimización multiobjetivo que minimiza simultáneamente el número de UAV activos y el costo de enrutamiento, mientras maximiza la confianza, la fiabilidad de la comunicación y la cobertura. La elección del líder de clúster (CH) y las decisiones de enrutamiento son guiadas por una función de aptitud compuesta que considera la energía residual, la estabilidad del enlace, la movilidad y las puntuaciones de confianza dinámicas. Además, un mecanismo de mantenimiento adaptativo permite la reconfiguración dinámica para manejar fallas de CH, degradación de confianza o cambios de topología impulsados por la movilidad. Simulaciones extensivas realizadas en MATLAB R2020a demuestran que WAA-CR supera significativamente a los protocolos base existentes de FANET en términos de eficiencia energética, estabilidad del clúster, precisión de confianza y rendimiento de entrega de extremo a extremo. Estos resultados validan la efectividad del marco propuesto para construir redes de comunicación basadas en UAV resilientes, escalables y seguras para entornos post-desastre.