Araştırma Makalesi

Cluster-Based Age of Information Minimization in UAV-Assisted IoT Networks

Cilt: 41 Sayı: 3 31 Aralık 2025
PDF İndir
TR EN

Cluster-Based Age of Information Minimization in UAV-Assisted IoT Networks

Öz

Unmanned Aerial Vehicles (UAVs) have attracted attention for collecting data in large-scale Internet of Things (IoT) networks. However, the Age of Information (AoI) minimization under energy constraints remains a computationally challenging problem. Although metaheuristic algorithms such as the Clonal Selection Algorithm (CSA) provide near-optimal solutions for sparse IoT networks, their scalability rapidly decreases with increasing numbers of IoT nodes in the network. To overcome this limitation, this work proposes a cluster-based method for scalable AoI minimization in UAV-assisted IoT networks. In the proposed approach, IoT nodes are clustered by using K-means clustering with optimal cluster size determination via the Silhouette Score method. Each cluster is solved independently using the CSA, and the results are merged to construct a global solution. This approach significantly reduces computational complexity while preserving the quality of the solution. Furthermore, parallel processing is used to optimize multiple clusters simultaneously. The results illustrate that the proposed cluster-based approach reduces the computation time by 90.54% compared to the baseline CSA while maintaining a comparable average AoI and energy efficiency. The method thus enables AoI-aware data collection in large-scale UAV-assisted IoT networks with hundreds of nodes.

Anahtar Kelimeler

Proje Numarası

TÜBİTAK 3501 (124E544)

Kaynakça

  1. J. Liu, X. Wang, B. Bai, and H. Dai, “Age-optimal trajectory planning for UAV-assisted data collection,” in IEEE INFOCOM 2018 - IEEE Conference on Computer Communications Workshops (INFOCOM WKSHPS), IEEE, Apr. 2018, pp. 553–558. doi: 10.1109/INFCOMW.2018.8406973.
  2. J. Liu, P. Tong, X. Wang, B. Bai, and H. Dai, “UAV-Aided Data Collection for Information Freshness in Wireless Sensor Networks,” IEEE Trans Wirel Commun, vol. 20, no. 4, pp. 2368–2382, Apr. 2021, doi: 10.1109/TWC.2020.3041750.
  3. C. Liu, Y. Guo, N. Li, and X. Song, “AoI-Minimal Task Assignment and Trajectory Optimization in Multi-UAV-Assisted IoT Networks,” IEEE Internet Things J, vol. 9, no. 21, pp. 21777–21791, Nov. 2022, doi: 10.1109/JIOT.2022.3182160.
  4. M. Sun, X. Xu, X. Qin, and P. Zhang, “AoI-Energy-Aware UAV-Assisted Data Collection for IoT Networks: A Deep Reinforcement Learning Method,” IEEE Internet Things J, vol. 8, no. 24, pp. 17275–17289, Dec. 2021, doi: 10.1109/JIOT.2021.3078701.
  5. A. Ferdowsi, M. A. Abd-Elmagid, W. Saad, and H. S. Dhillon, “Neural Combinatorial Deep Reinforcement Learning for Age-Optimal Joint Trajectory and Scheduling Design in UAV-Assisted Networks,” IEEE Journal on Selected Areas in Communications, vol. 39, no. 5, pp. 1250–1265, May 2021, doi: 10.1109/JSAC.2021.3065049.
  6. O. A. Amodu, U. A. Bukar, R. A. Raja Mahmood, C. Jarray, and M. Othman, “Age of Information minimization in UAV-aided data collection for WSN and IoT applications: A systematic review,” Journal of Network and Computer Applications, vol. 216, p. 103652, Jul. 2023, doi: 10.1016/j.jnca.2023.103652.
  7. O. A. Amodu et al., “Deep Reinforcement Learning for AoI Minimization in UAV-Aided Data Collection for WSN and IoT Applications: A Survey,” IEEE Access, vol. 12, pp. 108000–108040, 2024, doi: 10.1109/ACCESS.2024.3425497.
  8. H. Shen, D. Wang, Z. Huang, and Y. Jia, “Optimization of Clustering and Trajectory for Minimizing Age of Information in Unmanned Aerial Vehicle-Assisted Mobile Edge Computing Network,” Sensors, vol. 24, no. 6, p. 1742, Mar. 2024, doi: 10.3390/s24061742.

Ayrıntılar

Birincil Dil

İngilizce

Konular

Ağ Oluşturma ve İletişim, Dağıtılmış Sistemler ve Algoritmalar, Eşzamanlı / Paralel Sistemler ve Teknolojiler, Siberfizik Sistemleri ve Nesnelerin İnterneti

Bölüm

Araştırma Makalesi

Yayımlanma Tarihi

31 Aralık 2025

Gönderilme Tarihi

12 Kasım 2025

Kabul Tarihi

18 Aralık 2025

Yayımlandığı Sayı

Yıl 2025 Cilt: 41 Sayı: 3

Kaynak Göster

APA
Dedeturk, B. K., & Tekın, N. (2025). Cluster-Based Age of Information Minimization in UAV-Assisted IoT Networks. Erciyes Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Fen Bilimleri Dergisi, 41(3), 973-984. https://doi.org/10.65520/erciyesfen.1822011
AMA
1.Dedeturk BK, Tekın N. Cluster-Based Age of Information Minimization in UAV-Assisted IoT Networks. Erciyes Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Fen Bilimleri Dergisi. 2025;41(3):973-984. doi:10.65520/erciyesfen.1822011
Chicago
Dedeturk, Bilge Kagan, ve Nazlı Tekın. 2025. “Cluster-Based Age of Information Minimization in UAV-Assisted IoT Networks”. Erciyes Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Fen Bilimleri Dergisi 41 (3): 973-84. https://doi.org/10.65520/erciyesfen.1822011.
EndNote
Dedeturk BK, Tekın N (01 Aralık 2025) Cluster-Based Age of Information Minimization in UAV-Assisted IoT Networks. Erciyes Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Fen Bilimleri Dergisi 41 3 973–984.
IEEE
[1]B. K. Dedeturk ve N. Tekın, “Cluster-Based Age of Information Minimization in UAV-Assisted IoT Networks”, Erciyes Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Fen Bilimleri Dergisi, c. 41, sy 3, ss. 973–984, Ara. 2025, doi: 10.65520/erciyesfen.1822011.
ISNAD
Dedeturk, Bilge Kagan - Tekın, Nazlı. “Cluster-Based Age of Information Minimization in UAV-Assisted IoT Networks”. Erciyes Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Fen Bilimleri Dergisi 41/3 (01 Aralık 2025): 973-984. https://doi.org/10.65520/erciyesfen.1822011.
JAMA
1.Dedeturk BK, Tekın N. Cluster-Based Age of Information Minimization in UAV-Assisted IoT Networks. Erciyes Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Fen Bilimleri Dergisi. 2025;41:973–984.
MLA
Dedeturk, Bilge Kagan, ve Nazlı Tekın. “Cluster-Based Age of Information Minimization in UAV-Assisted IoT Networks”. Erciyes Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Fen Bilimleri Dergisi, c. 41, sy 3, Aralık 2025, ss. 973-84, doi:10.65520/erciyesfen.1822011.
Vancouver
1.Bilge Kagan Dedeturk, Nazlı Tekın. Cluster-Based Age of Information Minimization in UAV-Assisted IoT Networks. Erciyes Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Fen Bilimleri Dergisi. 01 Aralık 2025;41(3):973-84. doi:10.65520/erciyesfen.1822011

✯ Etik kurul izni gerektiren, tüm bilim dallarında yapılan araştırmalar için etik kurul onayı alınmış olmalı, bu onay makalede belirtilmeli ve belgelendirilmelidir.
✯ Etik kurul izni gerektiren araştırmalarda, izinle ilgili bilgilere (kurul adı, tarih ve sayı no) yöntem bölümünde, ayrıca makalenin ilk/son sayfalarından birinde; olgu sunumlarında, bilgilendirilmiş gönüllü olur/onam formunun imzalatıldığına dair bilgiye makalede yer verilmelidir.
✯ Dergi web sayfasında, makalelerde Araştırma ve Yayın Etiğine uyulduğuna dair ifadeye yer verilmelidir.
✯ Dergi web sayfasında, hakem, yazar ve editör için ayrı başlıklar altında etik kurallarla ilgili bilgi verilmelidir.
✯ Dergide ve/veya web sayfasında, ulusal ve uluslararası standartlara atıf yaparak, dergide ve/veya web sayfasında etik ilkeler ayrı başlık altında belirtilmelidir. Örneğin; dergilere gönderilen bilimsel yazılarda, ICMJE (International Committee of Medical Journal Editors) tavsiyeleri ile COPE (Committee on Publication Ethics)’un Editör ve Yazarlar için Uluslararası Standartları dikkate alınmalıdır.
✯ Kullanılan fikir ve sanat eserleri için telif hakları düzenlemelerine riayet edilmesi gerekmektedir.