Mobil Ad-Hoc Ağları için Kaynak Tüketme Saldırılarına Karşı Enerji Duyarlı Dağıtık İzolasyon Yöntemi: E-DIP

Abstract

Bu çalışma, Mobil Tasarsız Ağlarda (MANET) pil ile çalışan düğümlerin enerjisini hızla tüketen Kaynak Tüketme (Uyku Mahrumiyeti) saldırılarına karşı geliştirilen Enerji Duyarlı Dağıtık İzolasyon Protokolü’nü (E-DIP) önermektedir. Geleneksel saldırı tespit yaklaşımlarından farklı olarak E-DIP, saldırgan düğümü tespit edildiği anda komşuluk düzeyinde izole eden dağıtık ve reaktif bir mimari sunar. Bu sayede kötü niyetli trafiğin ağ içinde yayılması engellenirken, masum düğümlerde oluşan gereksiz işlem yükü ve enerji tüketimi azaltılmaktadır. Protokol, hafif siklet erken kimlik doğrulama ve kara liste yayılım mekanizmalarını entegre ederek güvenliği sağlarken hesaplama maliyetini düşük tutmayı hedefler. E-DIP, farklı saldırı senaryoları altında NS-3 simülasyon ortamında kapsamlı biçimde değerlendirilmiştir. Performans analizi düğüm başına enerji tüketimi, ağ ömrü ve izolasyon başarısı metrikleri üzerinden gerçekleştirilmiştir. Elde edilen sonuçlar, E-DIP’in saldırı altındaki düğüm başına enerji tüketimini 34.4 mJ seviyesine düşürdüğünü ve standart AODV protokolüne kıyasla yaklaşık %90 oranında enerji tasarrufu sağladığını göstermektedir. Ayrıca önerilen yöntem, TASEHP ve SDN-MANET gibi güncel yaklaşımlara göre daha düşük hesaplama maliyeti ve daha yüksek izolasyon etkinliği sunmaktadır. Elde edilen bulgular, reaktif izolasyon ile hafif güvenlik mekanizmalarının birlikte kullanılmasının görev kritik MANET senaryolarında ağ ömrünü sürdürülebilir kılmada etkili olduğunu ortaya koymaktadır.

Keywords

• MANET
• Kaynak Tüketme Saldırısı
• Enerji Verimliliği
• Dağıtık İzolasyon
• NS-3

Energy-Aware Distributed Isolation Method Against Resource Consumption Attacks for Mobile Ad-Hoc Networks: E-DIP

Abstract

This study proposes the Energy-Aware Distributed Isolation Protocol (E-DIP), developed against Resource Depletion attacks that rapidly drain the energy of battery-powered nodes in Mobile Ad Hoc Networks (MANETs). Unlike traditional attack detection approaches, E-DIP offers a distributed and reactive architecture that isolates the malicious node at the neighborhood level the moment it is detected. In this way, while the spread of malicious traffic within the network is prevented, unnecessary processing load and energy consumption on innocent nodes are reduced. The protocol aims to maintain security while keeping computational cost low by integrating lightweight early authentication and blacklist dissemination mechanisms. E-DIP has been comprehensively evaluated under different attack scenarios in NS-3 simulation environment. Performance analysis was conducted using metrics of per-node energy consumption, network lifetime, and isolation success. The obtained results show that E-DIP reduces per-node energy consumption under attack to 34.4 mJ and provides approximately 90% energy savings compared to the standard AODV protocol. In addition, proposed method offers lower computational cost and higher isolation effectiveness compared to current approaches such as TASEHP and SDN-MANET. The findings reveal that the combined use of reactive isolation and lightweight security mechanisms is effective in sustaining network lifetime in mission-critical MANET scenarios.

Keywords

• MANET
• Resource Exhaustion
• Energy Efficiency
• Distributed Isolation
• NS-3

References

1. [1] M. Soytürk, E. Harmancı, E. Çayırcı. “Gezgin Ad Hoc Ağlar ve Yol Atama”, Bilişim Zirvesi, 2001.
2. [2] M. Sharma, P. Kumar, R. S. Tomar, "Weight-Based Clustering Algorithm for Military Vehicles," Defense Sciences, cilt. 114, no. 1, ss. 25–34, 2022.
3. [3] S. Jindal, D. Kumar, "VANET-Inter Military Tanks Communication Using Wireless Sensor Networks with Collision Prevention," Procedia Computer Science, 2014.
4. [4] A. Kabarcık, L. Kandiller, H. Aygüneş, "Ağların Hareketli Yol-Kesici Tarafından En Kısa Güzergâh Kullanılarak Kesilmesi," Savunma Bilimleri Dergisi, cilt. 11, no. 1, ss. 223-237, 2012.
5. [5] V. K. Akram, O. Dağdeviren, "Nesnelerin İnterneti İçin Gerçek Zamanlı Tasarsız Veri Toplama Platformu," Bilişim Teknolojileri Dergisi, cilt. 13, no. 4, ss. 451–462, 2020.
6. [6] I. A. Sumra, P. Sellappan, A. Abdullah, A. Ali, "Security Issues and Challenges in MANET-VANET-FANET: A Survey," EAI Endorsed Transactions on Energy Web, cilt. 5, no. 17, 2018.
7. [7] Y.Vural, M. Aydos, M. Tekerek, "Tasarsız Ağlarda Yönlendirme Güvenliği Üzerine Kapsamlı Bir Araştırma," Bilişim Teknolojileri Dergisi, cilt. 9, no. 2, ss. 171–180, 2016.
8. [8] M. M. Hamdi, L. Audah, M. S. Abood, S. A. Rashid, A. S. Mustafa, H. Mahdi, A. S. Al-Hiti, "A Review on Various Security Attacks in Vehicular Ad Hoc Networks," Bulletin of Electrical Engineering and Informatics, cilt. 10, no. 5, ss. 2627–2635, 2021.

9. [9] B. Korkuter, A. H. Ulusoy, A. Rizaner, "Gezgin Tasarsız Ağ Yönlendirme Protokollerinde Enerji Tüketim Değerlendirilmesi," SAÜ Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, cilt. 21, no. 6, 2017.
10. [10] T. Bhattasali, R. Chaki, "Sleep Deprivation Attack Detection in Wireless Sensor Network," International Journal of Computer Applications, cilt. 40, no. 15, ss. 19–25, 2012.
11. [11] H. Mliki, A. H. Kacem, L. Chaari, "A Comprehensive Survey on Intrusion Detection based Machine Learning for IoT Networks," EAI Endorsed Transactions on Security and Safety, 2021.
12. [12] S. Muti, E. E. Ülkü, "A Review on Machine Learning Techniques Used in VANET and FANET Networks," Bilecik Şeyh Edebali Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi, cilt. 9, no. 2, ss. 1150–1165, 2022.
13. [13] A. Borah, A. Paranjothi, "Enhancing VANET Security: An Unsupervised Learning Approach for Mitigating False Information Attacks," Electronics (MDPI), cilt. 11, no. 24, 2024.
14. [14] S. M. Hassan, M. M. Mohamad, F. B. Muchtar, "Advanced Intrusion Detection in MANETs: A Survey of Machine Learning and Optimization Techniques for Mitigating Black/Gray Hole Attacks," IEEE Access, 2024.
15. [15] Narmadha, A. S., Maheswari, S., & Deepa, S. N. (2023). Watchdog malicious node detection and isolation using deep learning for secured communication in MANET. Automatika: časopis za automatiku, mjerenje, elektroniku, računarstvo i komunikacije, 64(4), 996-1009.
16. [16] A. Wasef, X. Shen, "EMAP: Expedite Message Authentication Protocol for Vehicular Ad Hoc Networks," IEEE Transactions on Mobile Computing, cilt. 12, no. 1, 2011.
17. [17] C. Akdemir, C. Ay, H. Karakücük, Y. Timar, "Dağıtık Simülasyon Sistemlerinde Performans Analiz Altyapısı," Savunma Bilimleri Dergisi, cilt. 11, no. 1, ss. 163-175, 2012.
18. [18] A. Mahnamfar, N. Ünlü, "Cyber-Physical Systems and Their Security Issues," Savunma Bilimleri Dergisi, no. 41, ss. 101-118, 2022.
19. [19] M. Temür, "Araçsal Tasarsız Ağlar," İstanbul Sebahattin Zaim Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, 2020.
20. [20] İ. A. Doğru, M. Şimşek, M. A. Akcayol, "Hareketli Ad-Hoc Ağlarda Bir Hareketlilik Yönetimi Protokolü," Politeknik Dergisi, cilt. 11, no. 4, ss. 313-318, 2008.
21. [21] S. Yogarayan, "Wireless Ad Hoc Network of MANET, VANET, FANET and SANET: A Review," Journal of Telecommunication, Electronic and Computer Engineering, cilt. 13, no. 4, ss. 13-18, 2021.
22. [22] M. Cicioğlu, A. Çalhan, "İnsansız Araçla Sualtı Tasarsız Ağlarının Başarım Analizi," Osmaniye Korkut Ata Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, cilt. 6, no. 2, ss. 1079-1093, 2023.
23. [23] K. B. Kelarestaghi, M. Foruhandeh, K. Heaslip ve R. Gerdes, "Survey on Vehicular Ad Hoc Networks And its Access Technologies Security Vulnerabilities And Countermeasures," Preprint, arXiv preprint arXiv:1903.01541., 2019
24. [24] P. G. Argyroudis, D. O’Mahony, "Secure Routing for Mobile Ad Hoc Networks," IEEE Communications Surveys and Tutorials, cilt. 7, no. 3, ss. 2-21, 2005.
25. [25] B. K. Soujanya, F. Azam, "Ensuring Security and Privacy in VANET: A Comprehensive Survey of Authentication Approaches," Journal of Computer Networks and Communications, cilt. 2024, no. 1818079, 2024.
26. [26] J. Molina-Gil, P. Caballero-Gil, C. Caballero-Gil, "Aggregation and Probabilistic Verification for Data Authentication in VANETs," Information Sciences, cilt. 262, ss. 172-189, 2014.
27. [27] R. Naveed, I. A. Sumra, S. A. Muzaffar, S. Sundas, "Using Blockchain Technology to Enhance Security in VANET: A Comprehensive Analysis," Journal of Computing & Biomedical Informatics, cilt. 8, no. 1, 2024.
28. [28] Y. Yigit, I. Panitsas, L. Maglaras, L. Tassiulas, B. Canberk, "Cyber-Twin: Digital Twin-Boosted Autonomous Attack Detection for Vehicular Ad-Hoc Networks," IEEE ICC, 2024.
29. [29] R. Fonti, A. Piroddi, "Enhancing Mobile Ad Hoc Networks (MANETs) with Software-Defined Networking (SDN): A Balanced Approach," Journal of Advances in Computer Networks, cilt. 13, no. 1, 2025.
30. [30] N. Veeraiah, O. I. Khalaf, C.V.P.R. Prasad, Y. Alotaibi, A. Alsufyani, S. Alghamdi, N. Alsufyani, "Trust Aware Secure Energy Efficient Hybrid Protocol for MANET," IEEE Access, 2021.
31. [31] P. Mishra, N. Ivković, S. Lipsa, R. K. Dash, K. Cengiz, "QLB-IoT: Intelligent and Trust-Aware Routing for IoT-Edge Networks With Blockchain-Assisted Q-Learning," IEEE Internet of Things Journal, cilt. 14, no. 8, 2025.
32. [32] J. A. Arízaga-Silva, A. M. Santiago, M. Espinosa-Tlaxcaltecatl, C. Muñiz-Montero, "Machine Learning-Powered IDS for Gray Hole Attack Detection in VANETs," World Electric Vehicle Journal, cilt. 16, no. 526, 2025.