Διαστρωματικές τεχνικές για αδόμητα IoT δίκτυα μη επανδρωμένων εναέριων οχημάτων με έμφαση στην αποτελεσματική δρομολόγηση

Abstract

The dissertation conducts an in-depth study and comparative evaluation of multiple cross-layer protocol designs spanning the link, network, and transport layers for ad hoc IoT networks comprising unmanned aerial vehicles. The research demonstrates how dynamic, energy- and link-aware decision-making sustains high packet-delivery ratios and low end-to-end delay at a low energy cost per packet -even under rapid topology changes and severe channel variability. This is achieved by correlating real-time channel-quality indicators and mobility estimates with adaptive routing metrics, intelligent flow control, and congestion-management mechanisms. Integration pathways with non-terrestrial network elements - such as low-Earth-orbit relays and next-generation cellular infrastructure - are explored, revealing control-plane security gaps and proposing mitigation strategies to safeguard session continuity and connectivity. High-fidelity simulations and field experiments show that these cross-layer techniques substantially improve resilience and efficiency in drone-based IoT deployments, supporting mission-critical, time-sensitive communications in contested environments and enabling scalable, secure operation across heterogeneous B5G/6G ecosystems.

Η διατριβή διεξάγει εις βάθος μελέτη και συγκριτική αξιολόγηση πολλαπλών διαστρωματικών σχεδιασμών που καλύπτουν τα επίπεδα ζεύξης, δικτύου και μεταφοράς για αδόμητα δίκτυα IoT, συναποτελούμενα από μη επανδρωμένα εναέρια οχήματα. Η έρευνα καταδεικνύει ότι η δυναμική λήψη αποφάσεων με επίγνωση παραμέτρων ενέργειας και ζεύξης διατηρεί υψηλά ποσοστά παράδοσης πακέτων και χαμηλή καθυστέρηση από άκρο σε άκρο με χαμηλό ενεργειακό κόστος ανά πακέτο, ακόμη και κάτω από ταχείες αλλαγές τοπολογίας και υψηλή μεταβλητότητα καναλιού. Αυτό επιτυγχάνεται με τη συσχέτιση δεικτών ποιότητας καναλιού και εκτιμήσεων κινητικότητας σε πραγματικό χρόνο με προσαρμοστικές μετρικές δρομολόγησης, ευφυή έλεγχο ροής και μηχανισμούς διαχείρισης συμφόρησης. Διερευνάται η ενσωμάτωση με μη επίγεια δικτυακά στοιχεία, όπως δορυφορικοί αναμεταδότες χαμηλής γήινης τροχιάς και κυψελοειδείς υποδομές επόμενης γενιάς, αποκαλύπτοντας κενά ασφαλείας στο επίπεδο ελέγχου και προτείνοντας στρατηγικές για την προστασία της συνέχειας και της συνδεσιμότητας δικτυακών συνεδριών. Μέσω προσομοιώσεων υψηλής πιστότητας και πειραμάτων πεδίου, παρουσιάζονται διαστρωματικές τεχνικές που βελτιώνουν σημαντικά την ανθεκτικότητα και την αποδοτικότητα σε αναπτύξεων IoT με βάση drones, υποστηρίζοντας κρίσιμες, ευαίσθητες στον χρόνο επικοινωνίες σε αντίξοα περιβάλλοντα και επιτρέποντας κλιμακούμενη, ασφαλή λειτουργία σε ετερογενή οικοσυστήματα B5G/6G.