Вибір стратегій розгортання і забезпечення надійності рою БпЛА для підтримки комунікацій в умовах руйнувань
DOI:
https://doi.org/10.30837/2522-9818.2024.3.091Ключові слова:
БпЛА; LiFi; літальні мережі; алгоритми вибору; надійність; ефективність стратегіїАнотація
Предметом дослідження в статті є система комунікаційних мереж БпЛА (літальних мереж, ЛМ), що використовують технологію LiFi для передачі інформації від джерела до приймача в умовах фізичних перешкод і кіберзагроз, а також стратегії розгортання та забезпечення надійності (СРЗН) ЛМ. Мета роботи – розроблення критеріїв і алгоритмів вибору СРЗН ЛМ, що забезпечують необхідний рівень надійності та ефективності за умови заданих обмежень. У статті розв’язуються конкретні завдання: систематизація стратегій розгортання та забезпечення надійності літальної мережі; формулювання принципів і розроблення алгоритму вибору оптимальної стратегії розгортання та забезпечення надійності ЛМ; надання рекомендацій щодо вибору оптимальних стратегій розгортання та забезпечення надійності літальної мережі. Упроваджено такі методи: системний аналіз для вибору оптимальної стратегії розгортання та забезпечення надійності; теорія надійності та ефективності системи. Досягнуті результати: розширено класифікатор стратегій розгортання ЛМ завдяки додатковим ознакам ремонту й обслуговування, а також наявності кібератак; сформульовано критерії вибору стратегій розгортання та забезпечення надійності ЛМ; розроблено алгоритм вибору оптимальної стратегії розгортання та забезпечення надійності ЛМ; проаналізовано та наведено приклад застосування розроблених алгоритмів для ілюстрації покрокової процедури вибору стратегії, що супроводжується розрахунками показників надійності. Висновки: запропоновані множини, критерії та алгоритм вибору стратегій розгортання та забезпечення надійності комунікаційних мереж БпЛА дають змогу обґрунтувати сукупність параметрів і спланувати реалізацію оптимальної (за визначеним критерієм) політики впровадження автоматичної системи підтримки комунікацій на об’єктах критичної інфраструктури в умовах руйнувань та кібервпливів, а також підвищити ефективність (мінімізувати вартість) застосування літальних мереж.
Посилання
Список літератури
A review of flying ad hoc networks: key characteristics, applications, and wireless technologies / F. Pasandideh et al. Remote Sensing. 2022. Vol. 14, No. 18. 4459 р. DOI: 10.3390/rs14184459
Non-terrestrial networks with UAVs: A projection on flying ad-hoc networks / M. Nemati et al. Drones. 2022. Vol. 6, No. 11. 334 р. DOI: 10.3390/drones6110334
Petritoli E., Leccese F., Ciani L. Reliability and Maintenance Analysis of Unmanned Aerial Vehicles. Sensors. 2018. Vol. 18, No. 9. 3171 р. DOI: 10.3390/s18093171
Modeling and analysis of self-organizing UAV-assisted mobile networks with dynamic on-demand deployment / D. Horvath et al. Entropy. 2019. Vol. 21, No. 11. 1077 р. DOI: 10.3390/e21111077
Tian Z., Haas Z. J., Shinde S. Routing in Solar-Powered UAV Delivery System. Drones. 2022. Vol. 6, No. 10. 282 р. DOI: 10.3390/drones6100282
Lee G., Saad W., Bennis M. Online Optimization for UAV-Assisted Distributed Fog Computing in Smart Factories of Industry 4.0. GLOBECOM 2018 - 2018 IEEE global communications conference, Abu Dhabi, United Arab Emirates, 9–13 December 2018. DOI: 10.1109/glocom.2018.8647441
Ruban I., Lebediev V. Method for determining the rational number of uav flotilla taking into account the reliability of the aircraft. Innovative technologies and scientific solutions for industries. 2023. No. 1 (23). P. 108–114. DOI: 10.30837/itssi.2023.23.108
Deep Neural Network for Autonomous UAV Navigation in Indoor Corridor Environments / R. P. Padhy et al. Procedia Computer Science. 2018. Vol. 133. P. 643–650. DOI: 10.1016/j.procs.2018.07.099
Bachrach A., He R., Roy N. Autonomous Flight in Unknown Indoor Environments. International Journal of Micro Air Vehicles. 2009. Vol. 1, No. 4. P. 217–228. DOI: 10.1260/175682909790291492
Bills C., Chen J., Saxena A. Autonomous MAV flight in indoor environments using single image perspective cues. 2011 IEEE International Conference on Robotics and Automation (ICRA), Shanghai, China, 9–13 May 2011. DOI: 10.1109/icra.2011.5980136
Duong T. Q., Nguyen L. D., Nguyen L. K. Practical optimisation of path planning and completion time of data collection for uav-enabled disaster communications. 2019 15th international wireless communications and mobile computing conference (IWCMC), Tangier, Morocco, 24–28 June. 2019. DOI: 10.1109/iwcmc.2019.8766511.
Robust UAV mission planning / L. Evers et al. Annals of Operations Research. 2012. Vol. 222, No. 1. P. 293–315. DOI: 10.1007/s10479-012-1261-8
Alwateer M., Loke S. W., Rahayu W. Drone services: An investigation via prototyping and simulation. 2018 IEEE 4th World Forum on Internet of Things (WF-IoT), Singapore, 5–8 February 2018. DOI: 10.1109/wf-iot.2018.8355153
Autonomous Decision-Making Method for Combat Mission of UAV based on Deep Reinforcement Learning / J. Xu et al. 2019 IEEE 4th Advanced Information Technology, Electronic and Automation Control Conference (IAEAC), Chengdu, China, 20–22 December 2019. DOI: 10.1109/iaeac47372.2019.8998066
Deployment of a UAV swarm-based LiFi network in the obstacle-ridden environment: algorithms of finding the path for UAV placement / K. Leichenko et al. Radioelectronic and Computer Systems. 2024. Vol. 2024, No. 1. P. 176–195. DOI: 10.32620/reks.2024.1.14
Лейченко К. М., Фесенко Г. В. Програмний засіб підтримки планування розгортання LіFі мережі на основі БПЛА для забезпечення передачі даних в умовах руйнувань. Системи управління, навігації та зв’язку. Збірник наукових праць. 2024. Т. 1, № 75. С. 193–200. DOI: 10.26906/SUNZ.2024.1.193
Лейченко К. М., Фесенко Г. В., Харченко В. С. Стратегії розгортання та методи забезпечення надійності рою БПЛА для утворення LiFi мережі. Вимірювальна та обчислювальна техніка в технологічних процесах. 2024. № 1. С. 21–31. DOI: 10.31891/2219-9365-2024-77-3
Тереник Д., Харченко В. С. Класифікація стратегій забезпечення надійності літаючої мережі для забезпечення комунікацій в умовах руйнувань. Вимірювальна та обчислювальна техніка в технологічних процесах. 2024. № 2. С. 357–370. DOI: 10.31891/2219-9365-2024-78-41
Тереник Д., Кучук Г. A. Порівняння SQL та NoSQL баз даних на прикладі проектування аффілейт репорт систем. Радіоелектронні і комп'ютерні системи. 2020. № 1. С. 83–89. DOI: 10.32620/reks.2020.1.08
Gal Y., Zarrouk D. Task-Based Motion Planning Using Optimal Redundancy for a Minimally Actuated Robotic Arm. Applied Sciences. 2022. Vol. 12, No. 19. P. 9526. DOI: 10.3390/app12199526
Stochastic Modeling for Assessing the Reliability and Availability of Drone-Based Surveillance Systems / L. Lins et al. 2024 IEEE International Systems Conference (SysCon), Montreal, QC, Canada, 15–18 April 2024. DOI: 10.1109/syscon61195.2024.10553470
References
Pasandideh, F., da Costa, J. P. J., Kunst, R., Islam, N., Hardjawana, W., Pignaton de Freitas, E. (2022), "A review of flying ad hoc networks: key characteristics, applications, and wireless technologies". Remote sensing. No. 14(18), 4459 р. DOI: 10.3390/rs14184459
Nemati, M., Al Homssi, B., Krishnan, S., Park, J., Loke, S. W., Choi, J. (2022), "Non-terrestrial networks with uavs: a projection on flying ad-hoc networks". Drones. 6(11), 334 р. DOI: 10.3390/drones6110334
Petritoli, E., Leccese, F., Ciani, L. (2018), "Reliability and maintenance analysis of unmanned aerial vehicles". Sensors. 18(9), 3171 р. DOI: 10.3390/s18093171
Horvath, D., Gazda, J., Slapak, E., Maksymyuk, T. (2019), "Modeling and analysis of self-organizing uav-assisted mobile networks with dynamic on-demand deployment". Entropy. 21(11), 1077 р. DOI: 10.3390/e21111077
Tian, Z., Haas, Z. J., Shinde, S. (2022), "Routing in solar-powered UAV delivery system". Drones. 6(10), 282 р. DOI: 10.3390/drones6100282
Lee, G., Saad, W., Bennis, M. (2018), "Online optimization for uav-assisted distributed fog computing in smart factories of industry 4.0". GLOBECOM 2018 - 2018 IEEE global communications conference, 9–13 December 2018, Abu Dhabi, United Arab Emirates. IEEE. DOI: 10.1109/glocom.2018.8647441
Ruban, I., Lebediev, V. (2023), "Method for determining the rational number of uav flotilla taking into account the reliability of the aircraft". Innovative technologies and scientific solutions for industries. 1 (23), Р. 108–114. DOI: 10.30837/itssi.2023.23.108
Padhy, R. P., Verma, S., Ahmad, S., Choudhury, S. K., Sa, P. K. (2018), "Deep neural network for autonomous UAV navigation in indoor corridor environments". Procedia computer science. 133, Р. 643–650. DOI: 10.1016/j.procs.2018.07.099
Bachrach, A., He, R., Roy, N. (2009), "Autonomous flight in unknown indoor environments". International journal of micro air vehicles. 1(4), Р. 217–228. DOI: 10.1260/175682909790291492
Bills, C., Chen, J., Saxena, A. (2011), "Autonomous MAV flight in indoor environments using single image perspective cues". 2011 IEEE international conference on robotics and automation (ICRA), 9–13 May 2011, Shanghai, China. IEEE. DOI: 10.1109/icra.2011.5980136
Duong, T. Q., Nguyen, L. D., Nguyen, L. K. (2019), "Practical optimisation of path planning and completion time of data collection for uav-enabled disaster communications. 2019 15th international wireless communications and mobile computing conference (IWCMC), 24–28 June 2019, Tangier, Morocco. IEEE. DOI: 10.1109/iwcmc.2019.8766511
Evers, L., Dollevoet, T., Barros, A. I., Monsuur, H. (2012), "Robust UAV mission planning". Annals of operations research. 222(1), Р. 293–315. DOI: 10.1007/s10479-012-1261-8
Alwateer, M., Loke, S. W., Rahayu, W. (2018), "Drone services: an investigation via prototyping and simulation". 2018 IEEE 4th world forum on internet of things (wf-iot), 5–8 February 2018, Singapore. IEEE. DOI: 10.1109/wf-iot.2018.8355153
Xu, J., Guo, Q., Xiao, L., Li, Z., Zhang, G. (2019), "Autonomous decision-making method for combat mission of UAV based on deep reinforcement learning". 2019 IEEE 4th advanced information technology, electronic and automation control conference (IAEAC), 20–22 December 2019, Chengdu, China. IEEE. DOI: 10.1109/iaeac47372.2019.8998066
Leichenko, K., Fesenko, H. Kharchenko, V. Illiashenko, O. (2024), "Deployment of a UAV swarm-based LiFi network in the obstacle-ridden environment: algorithms of finding the path for UAV placement". Radioelectronic and computer systems. 2024(1), Р. 176–195. DOI: 10.32620/reks.2024.1.14
Leichenko, K., Fesenko, H. (2024), "A software tool to support the planning of the deployment of a lifi network based on BPL to ensure data transmission in conditions of destruction". [Prohramnyi zasib pidtrymky planuvannia rozghortannia lifi merezhi na osnovi bpla dlia zabezpechennia peredachi danykh v umovakh ruinuvan]. Control, navigation and communication systems. Collection of scientific papers. 1(75), Р. 193–200. DOI: 10.26906/sunz.2024.1.193
Leichenko, K., Fesenko, H., Kharchenko, V. (2024), "Deployment strategies and methods for ensuring the reliability of a swarm of UAVs for the formation of a lifi network". [Stratehiji rozhortannja ta metody zabezpečennja nadijnosty roju bpla dlja utvorennja lifi mereži]. Measuring and computing devices in technological processes. (1), Р. 21–31. DOI: 10.31891/2219-9365-2024-77-3
Terenik, D., Kharchenko, V. (2024), "Classification of strategies for ensuring the reliability of the flying network for ensuring communications in conditions of destruction". [Klasyfikacija stratehij zabezpečennja nadijnosti litajučoji mereži dlja zabezpečennja komunikacij v umovax rujnuvanʹ]. Measuring and computing devices in technological processes. No. 2, Р. 357–370. DOI: 10.31891/2219-9365-2024-78-35
Terenik, D., Kuchuk, H. (2020), "Comparison of sql and nosql databases on the example of designing affiliate report systems". [Porivnjannja sql i nosql baz danyx na prykladi proektuvannja affilejt report system]. Radioelectronic and computer systems. (1), Р. 83–89. DOI: 10.32620/reks.2020.1.08
Gal, Y. and Zarrouk, D., (2022), "Task-Based motion planning using optimal redundancy for a minimally actuated robotic arm". Applied Sciences. 12(19), 9526 р. DOI: 10.3390/app12199526
Lins, L., Nascimento, E., Dantas, J., Araujo, J. and Maciel, P. (2024), "Stochastic modeling for assessing the reliability and availability of drone-based surveillance systems". IEEE international systems conference (syscon), 5–18 April, Montreal, QC, Canada. IEEE, Р. 1–8. DOI: 10.1109/syscon61195.2024.10553470
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike 4.0 International License.
Наше видання використовує положення про авторські права Creative Commons для журналів відкритого доступу.
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:
Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike 4.0 International License (CC BY-NC-SA 4.0), котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо не комерційного та не ексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису опублікованої роботи, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи.
