РЕФЕРАТ

Текстовая часть магистерской диссертации содержит: 95 страниц, 17

рисунков, 17 таблиц, 8 графиков да источников.

Дана дипломная работа посвящена использованию дронов для

передачи данных между базовой станцией да пользовательскими

терминалами.

На данный время эффективной техникой для предоставление услуг

беспроводного абонентского доступа становится использование

технологии соты, сформированного дроном. Небольшие БПЛА (дроны)

являются практичными выбором для применений из-за их простоты

развертывания, низкие затраты на приобретение и обслуживание, высокая

маневренность и способность зависать. Одним с ключевых задач есть

использование дрона для увеличение покрытие сети радиодоступа (RAN)

В данной работе проведено исследование по улучшение эффективности

использование дронов с использованием усовершенствованного

алгоритма PSO.

Исследована проблема развертывания дрона в сетях радиодоступа,

согласно модели канала «Дрон-земля», была сформирована проблема

развертывание дрона с целью охват необходимых пользователей.

Определено влияние высоты зависание на зону покрытие, что

обеспечивает максимальное покрытие.

Ключевые слова: сотовая связь с использованием беспилотных

летательных аппаратов, дрон-сота, зона покрытие

2 
 
 
 
СОДЕРЖАНИЕ: 
 
ВВЕДЕНИЕ  ....................................................................................................... 9 
РАЗДЕЛ  1  АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩИХ ВИДОВ БЕЗПИЛОТНЫХ 
ЛЕТАЛЬНЫХ аппаратов (БПЛА)  .................................................................. 10 
1.1 Определение, что Да  есть БПЛА, да какая разница между 
терминами Дрон да БПЛА  .......................................................................... 
 10 
1.2 Развитие БПЛА  ................................................................................ 10 
1.3 Разновидности беспилотных летательных аппаратов да их 
характеристики13 
1.3.1 Дрон как один из разновидностей беспилотных летательных аппаратов. 
17 
1.4 Использование беспилотных летательных аппаратов сегодня  .. 18 
1.5 Проблемы относительно внедрение БПЛА в пространстве ........ 20 
1.5.1 Безопасность в воздушном пространстве  .............................. 20 
1.5.2 Безопасность наземной инфраструктуры  ............................... 26 
Выводы  ............................................................................................................ 32 
РАЗДЕЛ  2  АНАЛИЗ Беспроводная СВЯЗИ С БЕЗПИЛОТНЫМИ 
ЛЕТАЛЬНЫМИ аппаратами  ......................................................................... 34 
2.1 Беспроводные сети  .......................................................................... 34 
2.2 Архитектура связи БПЛА  ............................................................... 36 
2.2.1. Прямой связь БПЛА  ................................................................ 37 
2.2.2. Связь БПЛА через спутниковые сети  .................................... 38 
2.2.3. Связь БПЛА через сотовые сети  ............................................ 39 
2.2.4. Связь БПЛА через сети Ad-Hoc  ............................................. 40 
2.3 Связь БПЛА через беспроводные сети ........................................ 42 
2.3.1 Cloud-RAN (C-RAN)  ................................................................. 44 
2.3.2 Беспроводная сеть образована беспилотными 
летательными аппаратами  ...................................................................... 46 
2.3.2.1 VANET  ................................................................................ 47 
2.3.2.2 MANET  ............................................................................... 49 

3 
 
2.3.2.3 FANET  ................................................................................. 50 
2.3.2.4 Сравнение  MANET, VANET  да FANET  ........................ 53 
2.3.2.5 Ограничение БПЛА в сети  ............................................... 54 
Выводы  ............................................................................................................ 56 
РАЗДЕЛ  3  ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ДРОНОВ ДЛЯ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ 
МЕЖДУ БС ТА ПОЛЬЗОВАТЕЛЬСКИМИ ТЕРМИНАЛАМИ  ................ 58 
3.1 Структура DA-RAN  ......................................................................... 58 
3.2 Использование алгоритма PSO (оптимизация роя частиц) для 
максимального охват пользователей  ........................................................ 77 
Выводы  ............................................................................................................ 83 
РАЗДЕЛ 4 РАЗРАБОТКА СТАРТАП ПРОЕКТА  ...................................... 86 
4.1 Описание идеи проекта (товара, услуги, технологии)  ................. 86 
4.2 Технологический аудит идеи проекта  ........................................... 87 
4.3 Анализ рыночных возможностей запуска стартап-проекта  ........ 89 
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЫ  .............................................................. 103 
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ  ................................... 104 

ПЕРЕЧЕНЬ СОКРАЩЕНИЙ

BBU

(Battery Backup Unit)- резервный аккумулятор

C-RAN

(Cloud-RAN)- сеть радиодоступа на основе облака

(coating holes)- отверстия покрытие

D2B

(Drone-to-base station)-

D2U

(Drone-to-user)-

(demanding areas)- требовательны области

(Drone cells)- соты, сформированный дроном

FANET

летающая специальная сеть

HAP

(high altitude platform) - высокоуровневая платформа

LAP

(Low altitude platform)- низкоуровневая платформа

LoS

(Line of sight) – прямая линия видимости

QoS

(quality of service)- качество обслуживание

RAN

(Radio access network) - сеть радиодоступа в разных

стандартах сотового связи

TBS

(traffic break points)- разрыв трафика

Wi-Fi

(Wireless Fidelity) - беспроводная правдивость

воспроизведение

БПЛА

беспилотные летательные аппараты

БС

Базовая станция

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы

В результате стремительного технологического прогресса в области

электронных, сенсорных и коммуникационных технологий стало

возможным изготовление беспилотных летательных аппаратов - дронов,

которые могут работать автономно или через дистанционное управление,

без задействование человеческого персонала. Использование дронов

делает их пригодными в широком спектре применений Благодаря их

универсальности, гибкости, простоте установки и относительно

небольшим эксплуатационным расходам. Оснащены специальными

беспроводными телекоммуникационными модулями, дроны

рассматриваются как беспилотные летательные аппараты для

предоставление коммуникационных услуг. Сравнительно с обычными

базовыми станциями, дроны имеют два преимущества: 1) большее

вероятность поддерживать соединение линии прямой видимости (LoS) с

наземными пользователями; 2) возможность динамического

развертывание на основе пространственных и временных вариаций

запросов на обслуживание.

Целью работы есть максимизировать охват пользователя,

поддерживая качество связи D2B

Объект исследования – сеть радиодоступа с поддержкой дронов, в

какой дроны используются для передачи данных между базовыми

станциями да пользователями;

Предмет исследования – развертывание дрона с целью

максимизации охват пользователей

РАЗДЕЛ 1

АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩИХ ВИДОВ БЕЗПИЛОТНЫХ

ЛЕТАЛЬНЫХ аппаратов (БПЛА)

1.1 Определение, что такое БПЛА, и какая разница между

терминами Дрон да БПЛА

Если говорить о сроке БПЛА, то на это затруднились ответить, ведь

разные организации по-разному называют БПЛА. При быстром росте

популярности беспилотных систем, этот срок да и нет имеет четких

определений. В самом базовом понимании БПЛА – это любой

летательный аппарат, на котором можно управлять без человека на

борту[1].

В прошлом FAA называли самолеты "дистанционно управляемыми

транспортными средствами", а позже "самолетами с дистанционным

управлением". Также БПЛА называли "самолет с дистанционным

управлением" да беспилотный самолет", но эти термины используются

все реже.

В технологическом плане дрон – это беспилотный летательный

аппарат. по сущности, дрон – это летающий робот, которым можно

дистанционно управлять или летать автономно, и какой заранее

запрограммированный для выполнения конкретной задачи в воздухе.

Беспилотный летательный аппарат (БПЛА) определяется как

беспилотный летательный аппарат, какой летает без пилота, удаленно и

полностью контролируется с другого места (земля, другой самолет,

космос) или запрограммирован и полностью автономный [2].

В основном, термины схожи, но использование обоих терминов

имеет быть разным, исходя из особенностей летательного аппарата, а

также сферы применение.

1.2 Развитие БПЛА

История беспилотных летательных аппаратов является одним из

циклических событий, часто сосредоточенных на военных конфликтах,

что достигали середины XVIII век, когда беспилотные воздушные шары

использовались в Европе, а позже во время гражданской войны в США

для сброса бомб. Только в 1920 году был построен первый действительно

дистанционно управляемый самолет. Sperry Messenger. Но интерес

мирного времени отвлек финансирование от этого и других самолетов с

дистанционным управлением. Мало кто к тому времени видел

практическое использование гражданской технологии гражданско.

Рис.1.1 Sperry Messenger

Тогда, в 1930 -х годах, когда снова началась война, интерес к БПЛА

оживился, но на этот раз для практики целей. В течение 1930-х годов

англичане разработали да изготовили более 400 беспилотных целевых

аппаратов, известных как «пчелы-королевы» США также начали

создавать БПЛА для целевой практики В концы 1930-х лет известный

актер на экране да энтузиаст моделей дистанционного управление

Реджинальд Дневные убедил армию США использовать свой самолет с

дистанционным управлением для обучение зенитчиков. С 1939 года к

Второй мировой войны было изготовлено свыше 15 000 таких

«беспилотников Дневные».

Хотя США да Великобритания выпускали небольшие беспилотные

системы, но немцы под время Второй мировой войны достигли

крупнейших успехов в беспилотной авиационной технике с появлением

бомбардировщика V-1- самолета, способного к автономного

управление. V-1 был значительным тем, что

демонстрировал, насколько огромную угрозу может представлять

беспилотный самолет. После войны США извлекли уроки из V-1 и

применили их к новых конструкций БПЛА дома.

Во время войны между Кореей да Вьетнамом было

разработано несколько важных технологических достижений в системе

управление беспилотными системами. Эти достижения

завершились разработкой БПЛА Firebee _

автомобиля с реактивным двигателем, подобного за размерами к

самолета малого бизнеса. Этот автомобиль был уникальным в

определении новой роли беспилотников: наблюдение. Установлено,

что наблюдение есть идеальной миссией для беспилотников,

какая остается и сегодня как основное применение. Firebee осуществил

более 3400 рейсов к Северного Вьетнама да Китая в течении своих лет

службы. Также в течении 1960-х лет США развернули высококлассный

автомобиль, известный как D-21, который мог развивать

скорость более 3 мах и мог летать на высотах до 90 000 футов. Хотя

инвестиции США в беспилотники снизились после Вьетнама, другие

страны начали разрабатывать программы беспилотников. В течении 1970 -

х и 1980

-х годов ВВС Израиля были первыми в создании нескольких новых

машин, которые в конце 1980-х – начале 1990-х годов были

интегрированы во флот других стран, включая США. Конфликты под

время первой войны в Ираке, а позже на Балканах, началась новая эра для

беспилотников, предоставив им доступ к средств массовой информации.

Этот показатель был усиленный под время последних конфликтов в

Афганистане и Ираке. Эволюционировали разнообразные новые военные

системы и концепции использования БПЛА быстро время.

Также в 1990 -х годах была задумана более мирная роль систем

БПЛА. Научные усилие, такие как постоянный мониторинг окружающего

среды, считавшиеся идеальной функцией для БПЛА Самолеты Pathfinder

и Helios на солнечных батареях, разработанных НАСА и корпорацией

Aero Environment в конце 1990-х лет, есть примером развития

инновационных

исследовательских БПЛА. Другие страны также начали разрабатывать

БПЛА для невоенных применений. К примеру, в 1998 году австралийская

фирма выпустила 30 -килограммовый БПЛА под названием Aerosonde

Laima, какой автономно пересек Атлантический океан всего на 1,5 литра

автомобильного бензина [1].

1.3 Разновидности беспилотных летательных аппаратов да их характеристики

Промышленность БПЛА велика и разнообразна. В этом разделе

мы классифицировали БПЛА за разными параметрами, которые

используются для сравнение БПЛА. БПЛА были классифицированы на

основе весы, высоты дальности, крыльев и винтов, а также их

применения. Единого стандарта классификации в отрасли не

существует.

БПЛА также можно классифицировать по дальности

передвижения (на близкую, ближнюю и среднюю дальность), их

выносливостью в воздух, размером (малые и большие), а также по

назначению (гоночные дроны, дроны-триктурщики, дроны-вертолеты,

дроны доставки, дроны для фотографирование, дроны GPS и VTOL

(дроны вертикального взлета и посадки)).Благодаря своей высокий

мобильности да низкой стоимости беспилотные летательные аппараты

(БПЛА) нашли широкое применение в последние несколько

десятилетий.

A. на основе веса

•Nano: БПЛА весом меньше 250 г

• Микро: БПЛА весом больше 250 г и меньше нож 2 кг

•Мали: БПЛА с массой больше 2 кг и меньше 25 кг

•Средние: БПЛА весом больше 25 кг и меньше 150 кг

•Большие: БПЛА с массой более 150 тыс

B. на основе высоты да дальности

•Ручные: БПЛА, которые могут летать на высоте меньше 600 м и

имеют дальность действия меньше 2 км.

•Близко: БПЛА с высотой меньше 1500 м и дальностью действия меньше 10

км.

•НАТО: БПЛА с высотой меньше 3000 м и дальностью действия меньше 50

•Тактические: БПЛА с высотой меньше 5500 м и дальностью действия

меньше

160 км.

• MALE (Medium Altitude Long Endurance): БПЛА с высотой

меньше 9100 м и дальностью действия меньше 200 км.

• HALE (High Altitude Long Endurance): БПЛА с высотой свыше

9100 м и неопределенной дальностью

•Гиперзвуковые: БПЛА с высотой близко 15200 м и дальностью

более 200 км.

C. на основе крыльев и роторов

• С фиксированным крылом: БПЛА, которые напоминают

конструкцию самолета с неподвижными крыльями.

•Один винт: БПЛА, напоминающие конструкцию вертолета из

одним главным винтом и другим небольшим в хвостовой части.

• Многороторные: БПЛА, которые имеют больше одного

винтов. Чаще встречаются трикоптеры, квадрокоптеры, гексакоптеры и

октакоптеры.

• Гибридный VTOL с фиксированным крылом: гибридные БПЛА с

большим временем полета. Они имеют устойчивость БПЛА, а также

способность зависать, взлетать и приземляться вертикально [16].

Каждый вид БПЛА со своими особенностями. БПЛА с

фиксированным крылом, рис. 1.2 (а), имеют высокую скорость и

большое полезное нагрузка, но они должны поддерживать непрерывный

движение вперед, чтобы оставаться вверху, поэтому они нет

пригодны для стационарных

приложений, таких как инспекционные работы. Однако беспилотники с

поворотным крылом, рис. 1.2(б), несмотря на ограниченную

мобильность и полезная нагрузка, способные двигаться в любом

направлении, а также оставаться неподвижными в воздухе. Итак, выбор

БПЛА в основном зависит от применение [3].

Таблица 1.1

Характерные признаки отличительных БПЛА

Многоповоротное крыло

Фиксированное крыло

Один ротор

Гибридный VTOL

Ограниченный время

полета, 20–30 мин

(приблизительно).

Средняя

полета

несколько

часов.

продолжи

тельность

составляе

За конструкцией да

структурой похож на

настоящие вертолеты.

Сочетает

преиму

щества моделей с

фиксированным

крылом с датчиком на

основе ротора

(гироскопы и

акселерометры)

Ограничено

выносливост

и.

скорость

Нет может стоять на

месте

воздухе/Движетс

я только вперед.

Способен зависать

вертикально в воздухе.

Не подходит для

аэрофотокартографирова

ние я или наблюдение.

Дрон с газовым

двигателем может летать

к 16 часов.

Возможность великого

полезного погрузки.

Больше количество

энергии, что используется

для стабилизации в

воздухе.

Высшее

стоимость/Нужна

взлетно-посадочная

туман.

Газовые двигатели

могут обеспечивать

больший время полета.

Может летать на

большой

высоте.

Высшая

сложность

операционные

риски.

да

Способность нести

большую

вес.

Обычно используется в

аэрокартографии,

сельское хозяйство,

строительство,

инспекции

Обычно используется

исследованиях,

геодезии,

аэрофотосканировании

LIDAR.

Сегодня большинство гражданских применений можно более

эффективно выполнять с несколькими небольшими беспилотниками.

Использование нескольких БПЛА в сети дает несколько преимуществ:

• Низкая стоимость: использование БПЛА дешевле с точки

зрения приобретение да обслуживание

• Низкое время выполнения миссий: при большом количестве

миссий БПЛА, такие как наблюдение да Поиск и спасение, могут быть

реализованы.

быстрее (когда много БПЛА возделывают запрос, он будет готов

скорее, чем один БПЛА).

• Масштабируемость: новые БПЛА можно просто добавлять в

зону эксплуатации. Система динамически перестраивала свою сетевую

структуру

• Системы с несколькими БПЛА устойчивы к неисправностям.

датчиков и БПЛА. Если некоторые датчики выходят из строя или

некоторые БПЛА потеряют контроль, миссия может Продолжить

нормально с любыми БПЛА, что остались.

Тем не менее, БПЛА обладают ограниченной мощностью. Тот

факт, что БПЛА имеет небольшие размеры, значит, что он

ограниченный в своей мощности в зависимости от его использование.

Небольшие БПЛА имеют очень малый вес, что ограничивает их

возможности с точки зрения нагрузки, которая они могут перевозить

любые приложения, какие можно к ним добавить.

1.3.1 Дрон как один с разновидностей беспилотных летательных аппаратов

В технологическом плане дрон – это беспилотный летательный

аппарат. Дроны более формально известны как беспилотные летательные

аппараты (БПЛА). по сущности, дрон – это летающий робот, которым

можно дистанционно управлять или летать автономно с помощью

программно-управляемых планов полета в встроенных системах,

работающих вместе с бортовыми датчиками и GPS [4].

Дроны - это особый тип беспилотных летательных аппаратов,

которые особенно популярные для дистанционного зондирование,

фотографирование и видеонаблюдение. Из-за их низкой пропускной

способности, как с точки зрения полезной нагрузки, так и автономности,

они, как правило, ограничены низкими или даже очень низкими

высотами. Из-за своего малого размера микродроны могут поднимать

очень ограниченное вес. Обычно полезное нагрузка варьируется от

нескольких десятков граммов- для микродронов, к 5-7 килограммов- для

больших беспилотных летательных аппаратов. Из-за это,

как правило, беспилотники используют легкие литий-ионные

аккумуляторы, питающие БПЛА (включая двигательную установку,

телеметрию и полезное нагрузки).

Типы дронов

Платформы для дронов бывают двух основных типов: роторные,

включая однороторные или многороторные (например, трикоптеры,

квадрокоптеры, гексакоптеры да октокопторы), или беспилотные

летательные аппараты с неподвижным крылом, включающие гибридные

беспилотные летательные аппараты с вертикальным вдоль. нужны

взлетно-посадочные полосы [5].

1.4 Использование беспилотных летательных аппаратов сегодня

Интерес к БЛА продолжает расти в всему мире. Последние

достижение в отрасли компьютерных технологий, разработки

программного обеспечение, облегченных материалов, глобальной

навигации, усовершенствованных каналов передачи данных, сложных

датчиков и миниатюризации компонентов укрепляют возможности да

стимулируют спрос на БПЛА. Сегодня не менее 32 стран разрабатывают

БПЛА. Из них США лидируют за размером, разнообразием да

сложностью систем БПЛА, Возможно, откомандированными Израиль,

какой имеет очень сильный рынок для своих военных БПЛА, некоторые из

которых были приобретены США для обеспечения военной и внутренней

безопасности. Другие страны, имеющие значительные программы

развития БПЛА, включают Японию, Южная Корею, Австралию,

Францию, Англию, Италию, Германию да Швеция. До вещи, за

количеством действующих БПЛА Япония лидирует в мире с почти 2000

БПЛА, которые сегодня используются для сельскохозяйственных

опрыскиваний да посадок.

В дополнение к разрабатываемым БПЛА странам известно, что 41

страна эксплуатирует БПЛА. По оценкам, во всем мире существует от 200

до 300 моделей БПЛА (оценки широко варьируются через отсутствие

единого понимание или принятие в определении БПЛА). С всех типов

БПЛА

преобладающая большинство (приблизительно от 90 к 95 процентов) -

военные, и большинство с них используется для наблюдения.

За последние годы растет количество

инициатив, направленных на продвижение БПЛА да

облегчение их интеграции в гражданский воздушный пространство. Эти

инициативы представляют национальные и интернациональные интересы.

Несмотря на много достижений прошлого века, много кто считает,

что беспилотные летательные аппараты находятся на зародышевой

стадии. Прогнозы того, куда двигается отрасль, остаются

спекулятивными. Ряд влияющих элементов, таких как прогресс в

технологиях, сдерживание затрат, регуляторный контроль да

общественное принятие, наконец концов, будут определять направление

да силу рынке БПЛА. Но с позиций настоящее

перспективы рост БПЛА выглядят обнадеживающими.

В самом широком контексте есть три основные сегменты рынке

БПЛА: военный, гражданский и коммерческий. Несмотря на то, что

рыночные механизмы и динамика между этими сегментами существенно

отличаются, они имеют общую цель: предоставить услугу, которую не

может выполнить пилотируемый самолет, или выполнить существующую

операцию с пилотированием за меньше стоимостью. Поэтому развитие

рынка БПЛА зависит от уникальных характеристик и стоимости услуг

БПЛА по операциям с пилотируемым оборудованием. Это касается

каждого рынка. Для коммерческого рынка потенциальные бизнес -

проекты БПЛА будут нуждаться создание достаточной бизнес -

обоснованности, демонстрируя инвесторам, что потенциально прибыль

превышает риски. Или бизнес -кейсы будут значительно отличаться в

зависимости от спроса на предлагаемое услугу (услуги), расходов на

приобретение да эксплуатацию системы, уровня конкуренции,

регуляторных препятствий, страховой ответственности тому подобное.

Несмотря на то, что беспилотные летательные аппараты нет есть

новой технологией, они демонстрируют много характеристик

новообразованного рынке технологий [1].

1.5 Проблемы относительно внедрение БПЛА в просторные

Технологии, что используются сегодня в системах БПЛА, быстро

развиваются и демонстрируют большие перспективы Автономные

системы становятся все более сложными и надежными. БПЛА, благодаря

своей способности выполнять миссии с высоким риском да их

потенциала для осуществление недорогих операций относительно

пилотируемых самолетов, делают их идеальной испытательной

площадкой для развития новых авиационных технологий. При отсутствии

многих ограничений, связанных с пилотируемыми самолетами,

исследователи исследуют широкий спектр технологий, которые можно

применить к уникальным качествам БПЛА. Исследования в таких

областях, как самовосстановление материалов; топливные элементы,

адаптивное программное обеспечение; сплавы с памятью формы; плёнка

и распыление на антеннах; а лазерный связь может изменить рынок

авиации да создать новые программы.

Однако для того, чтобы рынок беспилотных летательных аппаратов

действительно продвинулся, будет нужно больше доступа к гражданского

воздушного пространства и полной интеграции и принятия с системой

воздушного движения. Итак, БПЛА будут требовать регуляторных да

технических механизмов для обеспечение достаточного уровня

безопасности и безопасности. Чтобы достичь этого, сначала след

обнаружить, проанализировать да решить ряд проблем. Или вопросы,

много связанные между собой, отличаются сложностью, графиками,

расходами да рисками..

Безопасный доступ БПЛА к гражданского воздушного пространства

включает многочисленные вопросы, затрагивающие почти все аспекты

авиационной технической, эксплуатационной и правовой системы Есть

два основных вопроса безопасности: безопасность в воздушном

просторные, безопасность наземной инфраструктуры[1].

1.5.1 Безопасность в воздушном просторные

Успешно интеграция БПЛА в гражданский воздушный

пространство будет требовать гарантий того, что они могут безопасно

работать в конструкциях совместной авиационной системы и

окружающей среды. Таким образом, БПЛА должны продемонстрировать,

что они не составляют лишней опасности для других самолетов или

людей на земли. БПЛА отличаются от пилотируемых самолетов. А

поскольку пилот больше нет находится под угрозой аварии беспилотника,

возникает вопросы, или можно или нужно придерживаться систем БПЛА

за теми же стандартами безопасности, что и пилотируемые самолеты.

Риски безопасности повсеместны при проектировании и работе

любой сложной системы. БПЛА нет исключение. Сортировка да

определение многочисленных индивидуальных факторов риска

безопасности и их взаимосвязей является сложным задачей, которая

выходит за рамки настоящей статьи. Обсудим четыре вопроса

безопасности высокого уровня, которые вызывают особенное

беспокойство: избегание столкновений, надежность системы,

человеческий фактор и погода.

Избегание столкновений выбрано с обзора на его потенциал

привести к катастрофических аварий, в то время как надежность системы,

человеческий фактор и опасность погоды - это существующие слабые

звенья.

 Избегание столкновений

Из-за потенциала катастрофических последствий предотвращения

столкновений, возможно, стало самой актуальной проблемой

безопасности, а значит, и центром многочисленных исследований.

Проблема обнаружение да избегание самолетов да других объектов для

БПЛА является сложной задачей. Чтобы избежать столкновений, БПЛА

должны иметь возможность «видеть и избегать» (часто упоминается

как

«чувствовать и избегать» или «обнаруживать и избегать» в сообществе

БПЛА), что позволяет им обнаруживать и безопасно держаться подальше

от самолета или другие препятствия.

Одним из первых шагов, необходимых, является разработка

разумного базового показателя для требований « видеть и избегать», какой

можно перевести в стандарт минимальной производительности (MPS).

Это MPS должен быть чувствительным к и достаточно гибкой , чтобы

счета для диапазона БЛА типов, миссий и рабочих сред. Любая

требование, что следует с MPS, нет должна быть специфической для

технологии, а также нет требовать почти совершенной системы, где такой

на сегодня нету.

Другим серьезным вызовом в разработке разумной требования

«избежать и избежать» будет решение уникальных проблем, связанных с

малыми БПЛА. Поскольку пилоты пилотируемых самолетов будут иметь

большие трудности при свидании этих небольших транспортных средств,

могут возникнуть аргументы по разработке общей системы

датчиков/наблюдения, которая может помочь как пилотом пилотируемых

самолетов, да и автомобилям/операторам БПЛА в обнаружении да

избегании близкого движения.

Есть основания для оптимизма относительно того, что решение

«видеть и избегать» будут найдены для всех типов БПЛА . исследование

проводятся и достижение в области существующих технологий

показывают , что устройства обнаружение будут продолжать

уменьшаться и в требованиям размера и мощности , а одновременно

увеличивая в способности и доступности. Новые технологии, которые

исследовались не только пользу, но будут мигрировать на пилотируемые

летательные аппараты и могут в конечном итоге снизить риск от

столкновений для всех воздушных судов.

 Надежность системы

Плохая надежность систем БПЛА часто упоминается как главный

тормоз интеграции и широкого распространения БПЛА Если никаких

улучшений не будет сделан, этот вопрос, вероятно, станет величайшим

препятствием. Однако для решения этого вопроса прилагается много

усилий отрасли. Насколько надежны должны быть беспилотные

летательные аппараты, вероятно, будет изменяться в зависимости от

размера транспортного средства, скорости, использование воздушного

пространства да предполагаемой миссии.

Существует, по сущности, два пути повышение надежности:

1) улучшить целостность компонентов и систем и/или

2) встроить избыточность

Каждый метод имеет свою цену. Использование высоконадежных

да сертифицированных авиационных деталей увеличивает расходы на

приобретение да обслуживание. Кроме того, необходимо учитывать

необходимый уровень безопасности, особенно с обзора на значительные

вариации типов да задач БПЛА.

Улучшение надежности, вероятно, растет, поскольку для решения

этому вопросу уделяется больше внимания и финансирования. Этот

вопрос есть прежде всего инженерным вызовом, хотя расходы играют

решающую роль. В некоторых случаях затраты на повышение

надежности могут быть слишком высокими относительно общих расходов

на транспортный средство/полезного погрузки и/или рентабельности

инвестиций от миссии БПЛА. Из-за этого маловероятно, что меньшие

недорогие БПЛА смогут достичь уровня надежности, ожидаемого от

более крупных транспортных средств. Это также есть разумным ожидать

, что уровень требований безопасности, а также их связаны с этим

расходы, будет самым высоким для этих беспилотных летательных

аппаратов , которые представляют наибольшую опасность для других

воздушных судов или лиц, земли (есть, большие и быстрые транспортные

средства , что работают в густонаселенных или районах с высокой

плотностью движения ).

 Человеческий фактор

БПЛА долгое время рассматривались как вызов технической

инженерии, при этом акцент делался на проектировании системы, ее

функциональности и производительности. Человеческая стихия чаще

всего второстепенна. Однако, когда БПЛА становятся все более

заметными, а их система усложняется. человека будет расти.

исследование производительности человека в системах БПЛА

показывает, что реакция и эффективность человека зависят от объема

автоматизации, уровня верности системы и скорости обновления

информации, связанной с определенной системой.

Хотя человеческий фактор является постоянной проблемой

безопасности, до сих пор нет единой мнения относительно уровня

квалификации, необходимого для пилотирование БПЛА (или нескольких

БПЛА одновременно).

Существует много уникальных для операций БПЛА переменных,

которые ставят под сомнение общие предположения относительно

навыков пилотирования и взаимосвязи между диспетчерами воздушного

движения, пилотами и автономными системами на транспортных

средствах да на земли. Уровни квалификации наземных пилотов (и,

Возможно, контролеров) будут отличаться в зависимости от уровня

автономности транспортного средства, что эксплуатируется, и, Возможно,

от количества эксплуатируемых транспортных средств. Это сделает

сложный регуляторный вызов. Правила должны, как основу, иметь

согласован набор квалификационных критериев, учитывающий

уникальные навыки пилотирования, необходимы для БПЛА. Также

необходимо , есть определение обязанностей , взятых на себя ИЛИ

операторы. Если оператор управляет несколькими высоко автономными

транспортных средств, его или ее навыки, вероятно , будет очень

отличаться от пилота дистанционного управления с ручным управлением

БПЛА.

Другой вопрос касается не только человек-в-петле

производительности и функции, но снова формируется концепции

протестированного в армии антропогенного на -The контура , в котором

транспортное средство оператор играет только минимальную,

второстепенную роль в автономную систему .

Вне фокуса личности есть более сложные системные вопросы, что

касаются деятельности и суждения человека, когда они сталкиваются как

с автономными, да и со смешанными автономными операциями. Еще

одним существенным касается зоны реакции человека да машины к

влияния нарушают событий (т.е. погода или чрезвычайные операции) на

сложных системных взаимодействий, таких как с операциями , где

пилотируемый самолет, высоко автономные БПЛА, директивные

воздушного движения поддержки системы, и БЛА того ограниченное

автономию все имеют принять решение о ответные действия.

 Погода

Несмотря на то, что не было найдено официальной статистики

относительно количества аварий с БПЛА, связанной непосредственно с

погодой, существует ряд анекдотических сообщений о то, что погода

есть основным или фактором, способствующим ряду военных аварий

БПЛА. Влияние погоды на БПЛА, как и на любом самолете, зависит от

размера, конфигурации, оснастки и силовой установки самолета, а

также от типа погоды, с которой сталкиваются, продолжительности

экспозиции да тяжести. Много БПЛА имеют конфигурации и

характеристики, делающие их более уязвимыми к погодных условий,

нож большинство пилотируемых самолетов.

Несмотря на то, что погода является известным фактором,

способствующим нескольким авариям БПЛА, она остается менее

критической проблемой безопасности (по крайней мере относительно

риска для людей) сравнительно с другими проблемами безопасности,

рассмотренными в этой главе. Даже если жизнь нет под угрозой,

операторы БПЛА должны учитывать экономические последствия да

последствия, связанные с ответственностью третьих сторон, связаны с

авариями, связанными с погодой. Таким образом, погода будет

продолжать играть важную роль в определении эксплуатационной

возможности по ИЛИ приложения и в получении признание с

регулирующими органами.

Несмотря на многочисленные уязвимости БПЛА в погодных

условиях, они располагают большей наземной информацией о погоду в

реальном времени, чем пилоты большинства пилотируемых самолетов

Это говорит о том, что усовершенствование наземных систем

обнаружения погоды и распространение информации улучшит

способность операторов БПЛА прогнозировать, обнаруживать да

избегать опасной погоды. Кроме того, беспилотники, как правило,

имеют намного большую выносливость, нож пилотируемые

летательные аппараты, и часто могут выдерживать неблагоприятные

погодные условия, пока они не улучшатся, а высотные БПЛА могут

летать выше большинства погодных опасностей.

Несмотря на то, что не было найдено официальной статистики

относительно количества аварий с БПЛА, связанной непосредственно с

погодой, существует ряд анекдотических сообщений о то, что погода

есть основным или фактором, способствующим ряду военных аварий

БПЛА. Влияние погоды на БПЛА, как и на любом самолете, зависит от

размера, конфигурации, оснастки и силовой установки самолета, а

также от типа погоды, с которой сталкиваются, продолжительности

экспозиции да тяжести. Много БПЛА имеют конфигурации и

характеристики, делающие их более уязвимыми к погодных условий,

нож большинство пилотируемых самолетов.

Вообще говоря, современные БПЛА более легкие, медленные и

более хрупкие, чем их пилотируемые коллеги, а значит, они более

уникально чувствительны к определенных метеорологических событий,

таких как ветры, вызваны поверхностью/рельефом (пограничный слой),

турбулентность, обледенение, сильный холод и осадки. Особенно

чувствительны небольшие БПЛА и те, что имеют небольшое нагрузка

на крыло . Даже с большими БПЛА погодные условия, такие как

турбулентность, повлекли за собой потерю связей (выпадение сигнала)

и даже потерю контроля, когда условия превышали способность

автопилота восстанавливаться[1].

1.5.2 Безопасность наземной инфраструктуры

Эксплуатация БПЛА осуществляется с наземных средств. Или

средства могут варьироваться от небольших мобильных единиц к

сложных взаимосвязанных глобальных систем Необходимые требования

безопасности для этих объектов контроля Это становится более сложным

вопросом, поскольку функции контроля да инфраструктура некоторых

наземных операций могут быть распределены в разных местах. Объем

безопасности, примененный к наземному объекта управление, будет

зависеть от размера БПЛА, какой эксплуатируется, используемого

воздушного пространства и выполняемых задач. Для больших операций,

которые могут управлять несколькими транспортными средствами из

одного пункта и объединенных в сеть с другими объектами, нужен

намного высший степень безопасности, нож одна станция управление,

какая отвечает за транспортный средство среднего да малого размера.

Защита сетей мобильной и беспроводной связи будет постоянной

вызовом не только для беспилотников, но и для многих существующих

и запланированных технологий связи. Необходима оценка угроз разным

системам связи данных да имеющихся средств защиты от умышленных

неправомерных действий. Степень безопасности, что применяется к

линий связи , вероятно, будет зависеть от типа транспортного средства,

потенциального летальности (определяется размерами, скоростью да

близостью к летательных аппаратов и населенных пунктов),

предполагаемых операций и среды полета . Шифрование целостность

уровень будет быть определен в сертификационных требованиям

Стоимость будет весомым фактором. Кроме того, существует

беспокойство, что слишком высокие требования безопасности могут

повлиять на производительность к такой меры, что пользователи

обходят контроль безопасности, чтобы разрешить системе работать более

эффективно. Требования безопасности системы связи и компонентов,

которые она связывает, следует учитывать в начале. Это должно повлечь

за собой выработку политики безопасности, содержащей оценку угрозы

для системы, уровня безопасности данных связи, оценки уязвимости в

системе, а также требования о том , как система должна быть защищена.

БПЛА, особенно небольшие БПЛА, отличаются типом сред взлета

да посадки да системами, которые они используют. Некоторые

беспилотные летательные аппараты способны взлетать вертикально,

как вертолет, запускать с вершин зданий, проектировать с

транспортных средств или даже запускать вручную .

Эта универсальность дает БЛА на возможность работать

практически любой среде, включая городские районы. Хотя эта гибкость

эксплуатации есть плюсом, она также создает угрозу безопасности,

поскольку тайные полеты могут быть облегчены.

 Воздушный движение

Обеспечение безопасной и эффективной интеграции БПЛА в

операции воздушного движения будет требовать, чтобы БПЛА

действовали в рамках ограничений системы воздушного движения, что

развивается. Оценка потенциального влияния на БЛА на операции

воздушного движения будет зависеть от типов БЛА, цифр, рабочих сред,

частоты полетов, характеристик выполнения и уровня оснащение в

соответствия с инфраструктурой да операциями воздушного движения -

текущими да планируемыми. Поскольку на сегодняшний день

количество беспилотных летательных аппаратов была ограниченной да

целенаправленно оставалась подальше от воздушного движения, трудно

оценить влияние иначе как за помощью анализа, моделирование да

моделирование.

 Взаимодействие системы

Если БПЛА имеют быть полностью интегрированные в

гражданский воздушный пространство, они должны будут

взаимодействовать с разными наземными компонентами,

составляющими общую систему воздушного пространства. Операции

БПЛА будут требовать прямого связи между наземными диспетчерами

да диспетчерами воздушного движения , как и ожидается сегодня с

пилотируемыми самолетами. Кроме того, необходимо доказать, что

передача данных БПЛА, устройства отчетности о местонахождении

(т.е. транспондеры, ADS-B) да программное кодирование работают

эффективно да безопасно в соответствии с наземным оборудованием и

процедурами управления воздушным движением . Хотя эта

соответствие обычно практикуется с основными системами БПЛА,

некоторые разработчики БПЛА предлагают или используют различные

системы связи, датчиков, наводки и другие системы, которые могут

быть несовместимыми с существующей системой воздушного

пространства. Для того, чтобы БПЛА были общей архитектурой, нужен

консенсус FAA, DoD, индустрии. Эта архитектура должна

сформулировать требования к взаимодействию, и при этом, должна

быть достаточно гибким , чтобы обеспечить инновационный и стоить

эффективных подходов к быть применены.

Много систем БПЛА будут иметь автономные возможности,

которые позволяют принимать определенные решения независимо от

введения наземного оператора. Действия этих систем должны

действовать таким образом, что не противоречит инструментом

поддержки принятие решений относительно воздушного движения.

Операции беспилотных летательных аппаратов , что наличие

уникальных летных характеристик и ограничений (цены , например,

медленное схождения/спуска) также должны учитываться в системах

наземных воздушного движения таким образом , чтобы их фактические

показатели значение попадет в ожидаемых диапазонах ,

запрограммированных в или системы.

Вполне возможно, что системы воздушного движения могут

потребовать модификаций для размещение беспилотников. Например,

ERAM может понадобиться добавить элементы, которые адресуют БПЛА

да контролером может потребуется (или пожелать) идентификатор на их

дисплеях, чтобы указать БПЛА, а также оборудование да значение

навигационных характеристик автомобиля. Эти изменения могут занять

время , чтобы приспособить и должны быть сообщены как можно

раньше.

 Коммуникации

Защита сетей мобильной и беспроводной связи будет постоянной

вызовом не только для беспилотников, но и для многих существующих

и запланированных технологий связи. Необходима оценка угроз

разным системам связи данных да имеющихся средств защиты от

умышленных неправомерных действий. Степень безопасности, что

применяется к линий связи , вероятно, будет зависеть от типа

транспортного средства, потенциального летальности (определяется

размерами, скоростью да близостью к летательных аппаратов и

населенных пунктов), предполагаемых операций и среды полета .

Шифрование целостность уровень будет быть определен в

сертификационных требованиям

Успешно работа БПЛА зависит от эффективного да надежного

связи. Большинство БПЛА используют три типы линий передачи

данных: линия управления полетом, система мониторинга системы

(телеметрия); а также Задача или ссылка полезного нагрузка, какое

используется для управления, управления или мониторинга различных

бортовых датчиков или другого оборудование. Эффективная да уверена

коммуникация по линии передачи данных абсолютно необходима почти

для всех операций БПЛА. Однако то, как БПЛА будут общаться с

пилотами наземного базирование да системой управление воздушным

движением-и как данные команды да управление будут передаваться к

да с БПЛА к своего оператора-остается плавной областью для

обсуждение.

Большинство БПЛА, летящих в гражданском воздушном

пространстве, сегодня общаются с органами управление воздушным

движением за с помощью радиореле очень высокой частоты (УКВ) на

борту БПЛА. Это позволяет осуществлять прозрачные операции с

контроллером и информирует о ситуацию других самолетов. Это

достаточно для больших военных и гражданских БПЛА, но наличие

требования к радиоприемнику на меньших БПЛА есть проблематичным

с двух причин. по -первых, большинство БПЛА имеют очень

ограниченное полезную нагрузка да возможности генерирование

электроэнергии; по -второе, необходимость полагаться как на

воздушный, да и на наземном трансивере увеличивает вероятность отказа

системы. Другим вариантом было б создать систему, какая позволит

диспетчеру воздушного движения передавать так же, но с

распределением речи между радио и стационарной сетью,

непосредственно направляющейся к наземной станции управление. Это,

однако, нуждается значительных инвестиций в инфраструктуру и годы ,

чтобы достичь более безопасной двойной связи системы.

Существует несколько технологий, которые используются или

исследуются, которые могут повлиять на технологии радиосвязи да

данных, которые оцениваются. К примеру, европейцы проверили данные

с использованием цифровой ссылки. Другие используют "Wi-Fi"

стандарта 802.11b. Сети с высокой пропускной способностью,

используемые Wi-Fi, могут передавать данные команды и управления

вместе с видео и другими данным датчиков через Интернет. Есть даже

коммерческие приложения , которые позволяют для загоризонтного

возможностей с использованием Wi-Fi. Однако в системах Wi -Fi

существуют суровые ограничение относительно мощности, которые

могут ограничить их использование. Были сделаны и другие

предложения относительно использование сети сотовой башни .

Исследуется даже использование лазерного связи для БПЛА. Но одним

с наиболее жизнеспособных вариантов было использование

спутникового созвездие Иридиевая низкоземная орбита (LEO).

Исследование, проведенное в 2003 г., Показало, что можно использовать

спутники Iridium как резервную копию для управления и управления

операциями ВВС ВВС за пределами горизонта, хочет вопрос

относительно задержки сообщений нуждаются дальнейшего изучения 59

Австралийский аэрозондовый БПЛА (15 кг с выносливостью 26 часов)

используется для метеорологической отчетности над Тихим океаном и

контролируется через интернет -интерфейс. Недавно Aerosonde также

заключила контракт с Иридиум на услуги связи.

Большинство антенн, используемых гражданскими

пилотируемыми самолетами, оказываются проблематичными для

небольших БПЛА, которые нет способны нести относительно большие

антенны. Дополнительные антенны, такие как пленочные,

распиловочные да наноантенны, исследуются как альтернатива этим

традиционным антеннам. Одним с преимуществ этих новых

конструкций, кроме того

, что маленький и легкий, что они могут быть использованы для

нескольких функций связи (например, GPS, радио реле, данные связи).

Однако или антенны находятся на ранний стадии исследование и

могут нет быть практическими или доступными в течении многих лет[1].

Выводы

Количество перспективных применений БПЛА в разных сферах

ограничена возможностями перемещения БПЛА вне воздушного

пространства специального назначения

В первой главе было представлено четыре вида рисков

безопасности, которые вызывают особое беспокойство: избегание

столкновений, надежность системы, человеческий фактор да погода.

При проектировании и работе любой системы применения БПЛА

может вызвать риски применений. Избегание столкновений, надежность

системы, человеческий фактор и погода являются известными рисками,

что способствует количествам аварий БПЛА, при этом погода остается

менее критичной проблемой безопасности сравнительно с другими.

Интеграция систем да технологий БПЛА, особенно тех, что касаются

специализированных приложений, которых нету на пилотируемых

самолетах, остается достаточно сложной. Технологии коммуникации

БПЛА и концепции очень динамичны. При рассмотрении разных

вариантов режимов связи и частот, возникает вопрос о распределение,

пропускную способность, целостность связи, безопасность да

совместимость с существующими системами связи на воздушный да

наземной основе. Сфера беспроводной и сетевой связи быстро меняется

появлением новых технологий и возможностей, поэтому неправильно

ограничивать будущие системы связи на основе БПЛА.

Выходя с выше указанного можно сформулировать следующие

задачи для проведение исследований:

1. внедрение дронов в сеть RAN для улучшения связи между БС и

пользователями

2. улучшение эффективности использования дронов с

использованием усовершенствованным алгоритмом PSO

РАЗДЕЛ 2

АНАЛИЗ БЕСПЛАТНОЙ СВЯЗИ С БЕЗПИЛОТНЫМИ

ЛЕТАЛЬНЫМИ аппаратами

2.1 Беспроводные сети

Беспроводные сети – это сеть, которая организована без

проводов. Есть, все соединение осуществляются по радиоканалы.

Существует несколько типов беспроводных сетей, которые отличаются

между собой масштабами:

PAN – самый простой тип соединения, сочетающий устройства

одного хозяина, например, ПК, ноутбук, смарфоны да планшеты, что

находятся в одной квартире;

LAN – наиболее подходящий тип соединения. AN в данном

случае означает Area Network, L – local (локальный). Такие группы

объединяют два и более абонентских устройств (ПК) в одной квартире

или даже в целом дома;

CAN - кампусно связь, какая способна объединить несколько

близко расположенных один от одного зданий;

MAN – тип соединение за масштабом, какой может объединять

компьютеры в пределах одного или даже нескольких соседних городов;

WAN – это глобальная сеть, которая может связывать

пользовательские устройства в пределах регионов и стран. Для

организации беспроводной сети в замкнутому просторные

применяются передатчики с всенаправленными антеннами. Стандарт

IEEE

802.11 определяет два режима работы сети – Ad-hoc и клиент-сервер.

Режим Ad-hoc («точка-точка») – это простая сеть, в которой связь

между станциями (клиентами) устанавливается непосредственно, без

использования специальной точки доступа[7].

Специальная сеть (Ad hoc) – это сеть, какая спонтанно

образуется, когда устройства подключаются да общаются один с

одним. Термин ad hoc является латинским словом, которое буквально

означает «для этого», имея на подразумевает импровизированный или

экспромт.

Специальные сети – это преимущественно беспроводные

локальные сети (LAN). Устройства общаются друг с другом

непосредственно вместо того, чтобы полагаться на базовую станцию или

точки доступа, как в беспроводных локальных сетях для координации

передачи данных. Каждое устройство берет участие в маршрутизации,

определяя маршрут за помощью алгоритма маршрутизации и

пересылая данные другим устройствам через этот маршрут.

Специальные сети можно разделить на несколько типов в

зависимости от характера их применения.

2.2 Архитектура связи БПЛА

Архитектура связи определяет правила да механизмы, которые

определяют, как передается информация между GCS и несколькими

БПЛА или между БПЛА. Как показано на рис. 2.2.1, для сетей БПЛА

введено четыре базовые архитектуры связи:

 прямой связь БПЛА (a)

 связь БПЛА через спутниковые сети (b)

 связь БПЛА через сотовые сети (c)

 связь БПЛА через сети Ad-Hoc (d)

Рис 2.2. Архитектура связи БПЛА

2.2.1. Прямой связь БПЛА

Между GCS и каждым БПЛА может использоваться прямой

канал связи как показано на рис. 2.2.2.1 (а). Это самая простая

архитектура, в какой ГКС выступает в качестве центрального узла, к

которому подключены все БПЛА. Однако прямая связь БПЛА с БПЛА

невозможна из-за централизованной схему. Эта архитектура нет может

быть применена для связи NLOS (Non- Line-Of-Sight) и динамических

сред. Более того, GCS представляет уязвимость FANET, например, если

GCS столкнется с некоторыми проблемами, вся сеть БПЛА выйдет из

строя. Поэтому эта схема связи не является надежной[3].

Рис 2.3 между GCS и каждым БПЛА

2.2.2. Связь БПЛА через спутниковые сети

Для связи двух очень отдаленных точек, расположенных в

регионах, где невозможно иметь фиксированную инфраструктуру,

наилучшим решением является спутниковый связь, как показано на

рис. 4 (б). Спутники могут обеспечивать связь между ОКС и БПЛА в

системах с одним БПЛА. Итак, для систем с несколькими БПЛА каждый

самолет может связываться с GCS через спутник. Таким образом, связь

между БПЛА также может проходить таким же образом. Однако этот

подход имеет некоторые слабые стороны, такие как высокая задержка

передачи данных и стоимость аренды спутника. Кроме того, БПЛА и

ОКС должны быть на прямой видимости спутника. Действительно, для

некоторых миссий дерева или здания могут быть помехой для сигнала,

которым обмениваются БПЛА да их спутник-ретранслятор. Кроме того,

производительность спутниковых систем связана с мощностью

передачи наземных передатчиков, что может быть недостатком для

мини- или микро- БПЛА, которые оснащены аккумуляторами малой

емкости [3].

Рис 2.4 Связь БПЛА через спутниковые сети

2.2.3. Связь БПЛА через сотовые сети

Сейчас наиболее используемым типом связи есть сотовая сеть,

как показано на рис. 4 (c). Основанная на централизованной топологии,

эта технология складывается с разрезание территории на зоны (ячейки),

каждое из которых обслуживается базовой станцией (центральной

точкой). Все коммуникации должны проходить через эту центральную

точку, какая выполняет роль маршрутизации их к места назначение.

Сотовый связь является основой технологий мобильной связи, таких как

GSM, GPRS, UMTS, LTE и беспроводной связи, таких как Wi-Fi и

WiMAX. Поскольку они предлагают чрезвычайную свободу кочевым

пользователям. на отличие от спутниковых сетей, сотовые сети

используют передатчики малой мощности. Для этого это может быть

решением для связи БПЛА с помощью уже существующей телефонной

инфраструктуры оператора, чтобы устранить ограничение дальности и

мобильности. Однако, стоимость связи нет есть незначительной даже с

обустройством новой инфраструктуры Кроме того, в некоторых

случаях тяжело охватить все территории и сохранить эту

инфраструктуру в безопасности, например, после стихийных бедствий

[3].

Рис 2.5 Связь БПЛА через сотовые сети

2.2.4. Связь БПЛА через сети Ad-Hoc

Чтобы устранить недостаток архитектур коммуникаций,

рассмотренных выше, предлагается сеть FANET для группы БПЛА, как

показано на рис. 4 (d). Эта сетевая архитектура является частью

MANET, в которой узлы общаются. между собой без необходимости в

центральной инфраструктуре. Каждый БПЛА рассматривается как

конечная система. Все БПЛА должны сотрудничать и, таким образом,

должны организоваться для передачи информации. Архитектура Ad-

Hoc хорошо справляется с постоянными изменениями топологии сетей

БПЛА, являющихся результатом высокой мобильности БПЛА. В

FANET GCS также действует как обычный конечный узел, который

может иметь фиксированное или переменное географическое

расположение. Он связывается с ближайшим БПЛА, который

выполняет роль шлюза [3].

Рис 2.6 Связь БПЛА через сети Ad-Hoc

Таким образом, в беспроводной сети с использованием БПЛА след

рассмотреть два типа связи: связь БПЛА с БПЛА и связь БПЛА с ОКС.

Связь БПЛА с БПЛА: БПЛА общаются один с одним

для выполнения совместной миссии, как совместное

отслеживание целей или планирование пути. Этот тип связи может

быть прямым или многохоповым. БПЛА могут иметь короткую или

большую дальность связи между собой, и это может повысить

эффективность FANET с точки зрения дальности связи и скорости

передачи данных

Связь БПЛА с GCS: в этом типе связи БПЛА связываться с

стационарной инфраструктурой (наземная станция, военный корабль,

инфраструктура сотового связи или спутник), чтобы предоставлять

информационные услуги других пользователей в глобальной сети.

Тем не менее, существуют программы (транспорт, наблюдение за

инфраструктурой), где БПЛА выходит за границы LoS GCS. Однако

беспроводное соединение может быть недостаточным для требований

связи BVLo (вне визуальной прямой видимости), особенно для

нуждающихся широкозонное подключение. Чтобы разрешить BVLoS

UAS, с января 2017 года года в США было запущено общую

инициативу FAA (Федеральное управление авиации) да NASA

(Национальное управление с аэронавтики да

исследование космического пространства). Одной с сфер интереса есть

навигация да связь, ориентированная на изучение решений оператора,

чтобы гарантировать безопасное управление БПЛА BVLoS.

Несмотря на ряд преимуществ сети FANET, маршрутизация все

еще остается сложной проблемой через динамическую смену топологии

сети да недостаточную точность доступной информации. Чтобы

удовлетворить или потребности, были предложены некоторые

протоколы маршрутизации для сетей FANET [3].

2.3 Связь БПЛА через беспроводные сети

В результате стремительного технологического прогресса в области

электронных, сенсорных и коммуникационных технологий стало

возможным изготовление беспилотных летательных аппаратов (БПЛА),

которые могут летать автономно или управляться дистанционно без

перевозка человеческого персонала. Благодаря их универсальности,

гибкости, простоте установки да относительно небольшим

эксплуатационным расходам использования БПЛА обещает новые пути

для применений. Благодаря хорошо развитым технологиям управления

полетами и разнообразным коммерческим продуктам для беспилотников,

научные круги и промышленность уделяют все большее усилие

исследованию коммуникации дронов. Оснащены специальными

беспроводными модулями да управляемые соответствующими

контроллерами (например, периферийными серверами на BS), летающие

дроны могут работать как дроны-соты для предоставление временных

услуг связи и услуг связи по требованию сфер интересов. Сравнительно со

устаревшими BS, использование дронов имеет две преимущества:

1) Соединение прямой видимости (LoS): по сравнению с

наземными BS, дроны-соты, что летают в воздухе, имеют большую

вероятность подключение наземных пользователей через каналы LoS, что

способствует высоком надежном связи. Эта преимущество дополнительно

усиливается функцией мобильности drone-cell, какая разрешает 3D-

корректировать положение дрон ячейки, чтобы избежать помех между

связями Drone-to-User (D2U). Для каналов «Дрон-БС» (D2B), поскольку

высота полета ячеек дронов может быть близкой к высоте антенн БС,

соединение D2B, естественно, является LoS с малышкой вероятностью

блокировка высокими домами .

2) Динамическое развертывание: на отличие от традиционных BS,

которые статически закреплены на выделенных местах, дроны можно

динамически развертывать соответственно к требований реального

времени и распределять разным пользователям или контролером по

требованию.

Два типы методов управление рассматриваются при развертывании дронов:

1) Все беспилотные клетки подключаются к соответствующих

центральных БС, которые берут на себя контроль над развертыванием, что

подобное к архитектуре Cloud-RAN (C-RAN), тогда как функции RRH

выполняются летающим беспилотниками;

2) Рой беспилотных ячеек формирует Flying Ad Hoc Network

(FANET) и БПЛА ведет переговоры один с одним, чтобы определить

результаты развертывание. Этот метод в основном используется в

сценариях без инфраструктуры, таких как восстановление связи [6], [18].

Рис.2.7. Формирование сети на базе дронов:

 1 – радиолиния D2D; 2 – радиолиния D2B; 3 –

базовая станция; 4 – отдельные пользователи; 5 – дрон, что

формирует соты; 6 –

зоны покрытие

2.3.1 Cloud-RAN (C-RAN)

RAN (Radio Access Network) – сеть радиодоступа для мобильной

связи, состоящей из множества базовых станций (мачт принимают

антенн с радиочастью RRH (Remote Radio Head), базовых блоков BBU

(Base Ban Unit).

Cloud RAN, или cloud-based RAN - сеть радиодоступа на основе

облака – это виртуализированная сеть радиодоступа, координирующая

работу многих базовых станций, где базовые блоки BBU

виртуализированы в облаке. При этом базовые блоки BBU

размещаются в ближайших дата-центрах. граничной сети (Edge) в виде

виртуализированных сетевых функций VNF (Virtual Network Function).

Хотя в таком определении имеется в виду виду некоторая

централизация управление базовыми станциями, она отличается от

понятие Centralized RAN.

С точки зрения экономики сеть радиодоступа RAN – самая

затратная часть мобильной сети связи. По оценкам экспертов, расходы

на RAN составляют до 80% капитальных и до 60% операционных

расходов оператора мобильного связи

Cloud RAN – архитектура мобильной сети, которая хорошо

подходит для решения проблемы роста затрат на сеть доступа одна из

главных проблем в бизнесе оператора связи. Функции обработки

звонков в базовых блоках BBU в Cloud RAN могут гибко

перераспределяться между виртуальными устройствами BBU. Для

этого создается BBU Pool, какой находится в дата-центрах предельной

облака. Гибкое перераспределение ресурсов между базовыми

станциями сети доступ позволяет лучше адаптироваться к временным и

сезонным изменениям трафика [17].

При традиционном построении сети доступа для каждой зоны

будет нужно количество ресурсов BBU с расчета на максимальный

трафик в определенные часы да дни недели. Другим временем ресурсы

BBU нет загружены. Это приводит к рост стоимости владение сети

радиодоступа, поскольку количество BBU рассчитывается с

максимальных значений.

В сети Cloud RAN расходы на сеть доступа удается снизить за счет

двух основных факторов:

 Виртуализация сетевых функций BBU, что они

реализуются не аппаратно, в выделенных устройствах, а

программно, как VNF на виртуальных машины. Это разрешает

повысить загрузка процессоров стандартного вычислительного

оборудование COTS (Commercial Off The Шелф), где они работают.

 Миграция виртуальных машин, на которых работают

VNF между распределенными дата-центрами предельной сети,

разрешающей организовывать более оптимальное загрузка ресурсов

BBU в времени.

Поскольку стоимость ресурсов для виртуальных BBU ниже по

сравнению с традиционной архитектурой, и нужно меньше самих BBU в

количественном выражении, решение Cloud RAN может значительно

снизить расходы на строительство и обслуживание сети радиодоступа.

Основные преимущества решение Cloud RAN:

1. Более рациональное использование ресурсов BBU счет

их работы на виртуальных машинах;

2. Снижение операционных расходов счет автоматизации

обслуживание виртуальной инфраструктуры BBU, быстрого

внедрение новых сервисов программным путем;

3. Гибкость перераспределения ресурсов BBU счет

миграции виртуальных машин за распределенной структурой

дата-центры.

Таким образом, становится возможным перемещать виртуальные

BBU в места. с максимальной загрузкой трафика;

4. Сеть радиодоступа можно быстро расширять,

устанавливая только недорогие антенны с радиоблоками RRH. При

этом BBU можно быстро создавать как VNF в дата-центрах на

пределы сети;

5. Виртуально сетевая инфраструктура NFV в виде

распределенных дата-центров может использоваться совместно

несколькими операторами, причем их ресурсы BBU будут логично

разделены. Этим достигается еще большая эффективность

использования BBU [9].

Рис 2.8 Ресурсы BBU в Cloud RAN.

2.3.2 Без проводная сеть образована

беспилотными летательными аппаратами

Существующие специальные сети и FANET

можно правильно идентифицировать да

сосредоточить на их функциональности, использовании,

коммуникации и цели. MANET, VANET и FANET, показанные на рис.

2.9, отличаются с точки зрения узлов и конкретных ограничений

определенных моделей мобильности и т.д. Различные исследователи

имеют свои соображения и убеждение, что FANET есть подклассом

VANET, а VANET, в свою очередь, есть разделом от MANET [10].

Рис. 2.9 MANET, FANET , VANET

2.3.2.1 VANET

VANET: Автомобильные сети остаются явно определенной

группой беспроводных специальных сетей, отдельным типом MANET,

какой разрешает транспортным средствам взаимодействовать между

другими, включая поддержку на дорогах. Или транспортные средства

имеют независимую энергию, включая способность оценки, а также все

они описаны во время их решающего движения, прогнозирование

которых, кроме того, ограничено моделями дорог. Он поддерживает

безопасность дорожного движения и комфорт, а также помогает в

интеллектуальной транспортной системе Типы связи, имеющие место в

Vanet, - это инфраструктура-автомобилем, транспортный средство-

инфраструктура да транспортный средство-автомобилем.

VANET - это отдельный случай беспроводной многопрыжковой

сети, какая имеет ограничение на быстрые изменения топологии через

высокую мобильность узлов. со увеличением количества транспортных

средств, оснащенных вычислительными технологиями да устройствами

беспроводного связи, межавтомобильный связь становится

перспективной сферой исследований, стандартизации и развития

VANET обеспечивают широкий спектр применений, таких как

предотвращение столкновений, безопасность, слепой сечение,

динамическое планирование маршрутов, мониторинг состояния

дорожного движения в режиме реального времени тому подобное.

Другим важным применением для VANET есть обеспечение

подключение к Интернета для автомобильных узлов. на рис 2.10

показано пример VANET.

Рис. 2.10 Пример организации VANET

VANet – это новый тип мобильной сети ad hoc, какая включает

самоорганизующиеся транспортные средства как мобильные узлы.

VANet, который охватывает связь между транспортным средством

(V2V) и/или транспортным средством с обочинами (V2R) , был

предложенный для повышение безопасности (например, избегание

столкновения, оптимизация движения, помощь при смене полосы

движения) и комфорта. (например, оплата проезда/парковки, доступ в

Интернет, расположение АЗС) [11] .

2.3.2.2 MANET

Мобильные Ad-Hoc сети – это многопрыжковые сети, где узлы

могут быть стационарными или мобильными; и формируются они на

динамической основе.

MANET: MANET означает самозапускающуюся активную сеть,

включая мобильные узлы, объединенные беспроводным путем в рамках

какой-то самонастраиваемый, самообслуживаемой да самоуправляемой

системы, какая снаружи имеет любую постоянную основу. Узлы

MANET остаются открытыми для случайного перемещение, поскольку

эта топология сети регулярно меняется. Коммуникационный устройство,

через который осуществляется отправка получения сообщений в

MANET, имеет характеристики ограниченной мощности батареи

(энергии), ограниченной пропускной способности и емкости памяти

Мобильные Ad-Hoc сети позволяют людям эффективно

выполнять задачи, предлагая беспрецедентный уровень доступа к

информации. В мобильных сетях ad-hoc топология очень динамична и

случайная; и кроме того, важную роль играет распределение узлов и их

способность к самоорганизации Их основные характеристики можно

подытожить следующим образом: Топология очень динамична, и

частые изменения в топологии тяжело предусмотреть; Мобильные сети

ad-hoc основаны на беспроводных каналах, которые и в дальнейшем

будут иметь значительно низшую пропускную способность, чем их

проводные аналоги; Физическая безопасность ограничена из-за

беспроводную передачу; на мобильные сети ad-hoc влияют более

высокие показатели потерь, и они могут иметь большие задержки да

дрожь, нож

фиксированные сети через беспроводную передачу; и мобильные узлы

сети ad- hoc для получения энергии используют батареи или другие

исчерпывающие средства. В результате экономия энергии есть важным

критерием проектирование системы. Кроме того, узлы должны знать о

мощности: набор функций, которые предлагает узел, зависит от его

доступной мощности (ЦП, память тому подобное).

Хорошо разработана архитектура для мобильных сетей ad-hoc

включает все сетевые уровни, начиная от физического и заканчивая

прикладным. Управление питанием имеет первостепенное значение;

необходимо рассмотреть общие стратегии экономии энергии, а также

адаптацию к специфике узлов общего канала и методам кодирования

источники, управление радиоресурсами да множественным доступом.

В мобильных сетях ad-hoc с уникальной характеристикой полной

независимости от любых органов власти и инфраструктуры является

большой потенциал для пользователей Фактически, грубо говоря, два

или больше пользователей могут стать мобильной сетью ad-hoc, просто

находясь достаточно близко, чтобы соответствовать ограничениям

радио, без любого внешнего вмешательство.

Проблемы маршрутизации были решены путём исследований; где

протоколы маршрутизации между любой парой узлов в сети ad-hoc

могут быть сложными, поскольку узлы могут перемещаться случайным

образом, а также присоединяться к сети или оставлять ее. Это означает,

что оптимальный маршрут в определенное время может не работать

через несколько секунд [12].

2.3.2.3 FANET

FANET – это сетевая структура Ad-Hoc, образованная набором

БПЛА, и по крайней мере один с них должен быть подключен к GC

(Ground controller) или спутник. FANET отличается от существующих

сетей Ad-

Hoc, но его можно рассматривать как особую форму MANET или

VANET. Хотя между ими есть определенные отличия с точки зрения

дизайнерских рассуждений. Сеть БПЛА имеет свои особенности, в

следующих пунктах подробно описаны некоторые характеристики

FANET:

• Топология сети: у FANET топология сети часто меняется через

более высокая степень мобильности БПЛА .

• Модели мобильности: в некоторых моделях мобильности план

полета заранее определен и карта перечисляется при каждой изменении.

Другие модели есть случайными (есть используют случайные

скорость и направления).

• Мобильность узлов: степень мобильности БПЛА важна в

сравнении с MANET и VANET. БПЛА может менять свои места за

намного меньший промежуток времени, и это может вызвать проблему

связи между БПЛА.

• Плотность узлов: в сетях FANET узлы должны быть

небольшими друг от друга в небе с большими расстояниями между

ними, соответственно к характера полета. Итак, плотность узлов в

FANET гораздо ниже, нож в MANET и VANET.

• Модель распространение радиосигнала: MANET нет

использует радиосигнал между узлами Однако в FANET БПЛА

используют LoS (линия видимости) между ними и GС.

• Локализация: трудно определить точное положение БПЛА в

FANET через их высокий степень мобильности. Данные локализации

должны обновляться через меньшие промежутки времени.

• Потребление энергии: у FANET аппаратное обеспечение связи,

используется, питается от самого источника энергии БПЛА. Сети

FANET, использующие большие БПЛА, не чувствительны к мощности.

отличие от MANET сети. Однако это нет касается мини-БПЛА, их

электрическая мощность очень ограничена [15] .

В FANET категоризация БПЛА осуществляется по диапазону

высот, в высотных БПЛА (HAU), средневысотных БПЛА (MAUs) да

маловысотных БПЛА (LAUs). Высота более 20 км есть HAU и почти

стабильно, как спутники, самолеты да воздушные пули. Средняя

высота составляет примерно 11 км, где летает MAU, поэтому, кроме

того, самолеты мгновенно смещаются некоторой точки зрения от

базовых узлов. Высоты относительно LAU достигают определенной

дальности (км) плюс обозначают невероятно мобильные, такие как

дроны или квадрокоптеры, как показано на рис.2.12

Рис 2.12 Категоризация БПЛА по диапазону высот

Обычно управление FANET осуществляется станцией

управление, или

наземной базовой станцией (GBS), или наземно станция управление

(GCS), какая используется в связи с спутником, кроме того, для

получение важного сообщения. Разная количество функций БПЛА,

определенных соответственно к типа соединение, может быть с

наземными станциями, разными мобильными узлами, размещенными

на наземный зоне (т.е. танк, транспортное средство или катер), а также

спутники, следовательно, осуществление БПЛА к- БПЛА (U2U)

передает через инфраструктурную сеть [13].

2.3.2.4 Сравнение MANET, VANET да FANET

Использование беспилотников в беспроводных сетях отличается

от существующих сетей Ad-Hoc, но ее можно рассматривать как особую

форму MANET или VANET. Хотя между ними есть определенные

отличия, которые приведены в таблицы

Таблица 2.1

Сравнение FANET с другими Ad hoc сетями

Параметры

MANET

VANET

FANET

Скорость

узла

Низшая (6 км/ч)

От средней до

высокой (средняя

20–

130 км/ч)

От низкой

до высокой

(6–460

км/ч)

Степень

мобильност

Последовательный

, 2D,

случайные

траектории, низкий

Последовательный,

2D,

случайные

траектории,

высокий

Бесплатный, 3D,

Случайные

ил

и заранее определены

траектории, Очень

высокий

Модель

распространен

ие

на земли

В воздухе

Диапазон

частот

30 МГц–5 ГГц

5,9 ГГц

UAV-2-UAV: 5 ГГц

UAV-2-G: 2,4 ГГц

Топология

Ad hoc, случайный

Звезда с

придорожной

инфраструктурой да

Ad hoc

среди

транспортны

х средств

Звезда и сетка (с

базовой станцией,

специальный среди

БПЛА)

Смена

топологи

Динамический,

непредсказуемый

Линейное

движени

е, но более

прогрессивный,

че

м VANET

Стационарный,

медленный и

быстрый

Беспроводные

технологии

IEEE 802.11a/b/g/n,

IEEE 802.16

IEEE 802.11p

IEEE

802.11a/b/g/ac/s/n/p

Продолжение таблицы 2.1

Линия зрения

Недоступно

Низкая в

городских

районах

Высокий

Вычислитель

ный процесс

Ограниченный

Высокий

Энергетически

ограничение

Средний

Низкий высокий

(15–30 мин)

Средний (до 5 год)

Локализация

GPS

(глобальн

о система

позиционирование

)

GPS/AGPS

(вспомогательная

система

глобального

позиционирован

ие)

GPS/AGPS

(вспомогательная

система

глобального

позиционирован

ие)

Запуск

Дороги

Аэродром /

Непосредстве

нно вручную

2.3.2.5 Ограничение БПЛА в сети

БПЛА продемонстрировали значительное рост в разных областях

применения, а также в уязвимых областях инфраструктурной сети.

Результаты и выводы изменили интерес и полное внимание к

беспилотным десантных или летательных аппаратов (БПЛА). Развитие

БПЛА да его технологии зависят от рыночного спроса, который, в свою

очередь, зависит от его размера, стоимости, веса,

увеличения/уменьшения использования датчиков, а также

производительности процессора. Различные компоненты БПЛА, в

основном, БПЛА, полезная нагрузка, центр управления, система

запуска, управление и линии передачи данных.

Ограничение БПЛА в сети:

Перед использованием в каждой программе необходимо

учитывать ограничение дронов в системах БПЛА:

•Ограничение скорости

В очень мобильных атмосферах изменение топологии FANET

происходит гораздо дальше, чем у таких, как MANET или VANET, что

приводит к быстрого превращение в меры узла плюс свойства

соединение. Кроме того, в определенный момент могут возникнуть

изменения подключение.

•Энергетическое ограничение

Основным энергетическим дополнением к БПЛА является их

встроение. аккумулятор или солнечная панель через неподходящие

размеры батареи. Диапазон мощности остается ограниченным,

особенно для целей мониторинга, которые потребляют огромный объем

энергии под время хранение, включая передачу на другие узлы.

•Ограничение хранение

Емкость БПЛА также ограничена. БПЛА должны хранить

собранные данные перед отправкой на землю или на другие

ретрансляционные станции. С этой причины это ограничение

ограничивает количество данных, которые могут означать смягчение

благодаря расширенному умению отправка.

• Ограничение угла

При установленных ограничениях мощности направлены

антенны удерживают свои позиции над всенаправленными антеннами.

Напротив, отношение БПЛА создает проблемы с центровкой антенн.

•Тип сети

Сеть нескольких БПЛА имеет много усовершенствований в одной

сети БПЛА с точки зрения расширяемость, долговечности, скорости

исполнение Задача, необходимой пропускной способности, контроля

сложности, невозможности организовать.

• Использование узла

В Vanet они работают как клиент; Корпус Manet является

клиентом или сервером, в случае Fanet обычно есть серверы как для

маршрутизации пакетов, да и для передачи данных датчика к базовой

станции

Разную архитектуру сети БПЛА, разные сценарии связи, что

включают отдельные компоненты, объясняемые для получения

дополнительной информации в коммуникации Fanet.

Беспилотный летательный аппарат, какой нет требует

немедленной личной участия во время полета и может осуществлять

навигацию с дистанционным управлением. В списке БПЛА есть

многороторное крыло», квадрокоптер (4 винты), гексакоптер (6

роторов), квадрокоптер (8 винтов)», дроны из фиксированным крылом,

дроны с одним ротором, гибрид с фиксированным крылом (VTOL).

Использование БПЛА в рамках беспилотной воздушной системы

(БПЛА) является сравнительно откровенным заданием для расширения

покрытия и сбора данных (изображение в реальном времени,

аудио/видео) узлов системы.

Как только среди всех присутствующих БПЛА практиковалось

создание базы беспроводной связи для передачи сообщений

Неожиданно, тип программы, каждый БПЛА может стоять прямо за

командой со своего базового управления Вместо этого все могут

построить беспроводную сетевую сеть между отдельными лицами или

больше одной группы БПЛА присоединиться к этому базовому

контролю. В этих целях БПЛА могут функционировать как серверы под

время маршрутного соединение да командного сообщения. Для таких

ситуаций существуют разные сценарии; Беспилотники действуют как

клиенты, когда они имеют датчики для сбора информации или для

совершение атаки. В случае задержки или сбоя доставки приложений

намного меньше при рассмотрении с другими приложениями,

формирование БПЛА есть стационарным и эффективно

скоординированным. Или соединение могут работать периодически в

ситуациях, когда узлы остаются активными, включая конкретную

маршрутизацию, перенастройка, а также функции обработки

прерываний, которые могут понадобиться [3], [13].

Выводы

В другому разделе было рассмотрено виды беспроводных сетей да

было рассмотрено 4 варианты применения БПЛА:

 прямой связь между GCS да БПЛА

 связь БПЛА через спутниковые сети

 связь БПЛА через сотовые сети

 связь БПЛА через сети Ad-Hoc

Рассмотрено связь БПЛА через беспроводную сеть, да две

основные преимущества: -соединение прямой видимости

-Динамическое развертывание

Также было рассмотрено два типы методов управление при

развертывании дронов:

1) когда дроны выполняют ф-цию приемопередатчиков в воздухе

да подключаются к соответствующих центральных БС, которые берут

на себя контроль над развертыванием, что подобно архитектуре Cloud-

RAN, которую были рассмотрены и проанализированы.

2) Рой беспилотных ячеек формирует Flying Ad Hoc Network

(FANET), которая также как и Cloud-RAN была рассмотрена и

проанализирована. С проведенного анализа видно, что системы

беспроводной связи,

что включают беспилотные летательные аппараты, могут обеспечить

экономически эффективное беспроводное соединение для устройств

без покрытие инфраструктуры

РАЗДЕЛ 3

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ДРОНОВ ДЛЯ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ МЕЖДУ БС И

ПОЛЬЗОВАТЕЛЬСКИМИ ТЕРМИНАЛАМИ

3.1 Структура DA-RAN

В результате стремительного технологического прогресса в области

электронных, сенсорных и коммуникационных технологий стало

возможным использование дронов, которые могут летать автономно или

управляться дистанционно. Благодаря их универсальности, гибкости,

простоте установки и относительно небольшим эксплуатационным

расходам использование дронов обещает новые пути для применений.

Хотя системы с одним БПЛА используются десятилетиями, вместо

разработки и эксплуатации одного крупного БПЛА, использование

группы небольших БПЛА имеет много преимуществ. Тем не менее,

многофункциональные БПЛА имеют также уникальные проблемы, и одна

из наиболее заметных проблем проектирование – это связь.

Обеспечение повсеместного подключение для пользователей и

устройств с разнообразными требованиями к услугам рассматривается как

одно из ключевых проблем в сетях. Для поддержки надежного доступа с

низкими задержками массовых пользователей мобильной связи

необходим значительный уровень гибкого развертывание будущих сетей

радиодоступа. Однако текущие базовые станции (BS) и удаленные

приемопередатчики (RRH) развернуты в определенных географических

местах в соответствии с долгосрочной поведения трафика с малой

гибкостью для повторного развертывания Такой жесткий RAN нет

желают поддерживать повсеместное подключение для большинства

сценариев, где динамический трафик данных происходит как в

пространственной, так и во временной областях. Хотя плотное

развертывание BS или RRH есть одним с интуитивно понятных способов

улучшить покрытие RAN,

высокие расходы да низкая эффективность, которые приносит этот метод,

неприемлемы для операторов. Чтобы повысить гибкость RAN для

поддержки массивных динамических соединений, перспективным

решением есть новая технология связи «дрон-сота».

Некоторые из положительных аспектов использования базовых

станций дронов: Достижимость: легко добраться к целевых да

перегруженных

участко

в.

Быстрое развертывание: дроны можно развернуть за потребности.

3D-покрытие: мобильность дрона может охватывать всю территорию

вокруг них с вероятностью находиться на прямой видимости (LoS) с

наземными приемниками больше часть времени.

Улучшенное энергопотребление: усовершенствование батарей да

использование альтернативных источников энергии.

Интеллектуальный и адаптивный: можно настроить высоту,

скорость да ориентацию в соответствии с приложений.

Благодаря хорошо развитым технологиям управление полетами да

разнообразным коммерческим продуктам для беспилотников, научные

круги и промышленность уделяют все большее усилие исследованию

коммуникации дронов. Оснащены специальными беспроводными

модулями да управляемые соответствующими контроллерами (например,

периферийными серверами на BS), летающие дроны могут работать как

дроны-соты для предоставление временных услуг связи и услуг связи по

требованию сфер интересов. Сравнительно со устаревшими BS,

использование дронов имеет две преимущества:

1) Соединение прямой видимости (LoS): по сравнению с

наземными BS, дроны-соты, что летают в воздухе, имеют большую

вероятность подключение наземных пользователей через каналы LoS, что

способствует высоком надежном связи. Эта преимущество дополнительно

усиливается функцией мобильности drone-cell, какая разрешает 3D-

корректировать положение дрон- ячейки, чтобы избежать препятствий

между связями Drone-to-User (D2U) . Для

каналов «Дрон-БС» (D2B), поскольку высота полета ячеек дронов может

быть близкой к высоте антенн БС, соединение D2B, естественно, является

LoS с малышкой вероятностью блокировка высокими домами.

2) Динамическое развертывание: на отличие от традиционных BS,

которые статически закреплены на выделенных местах, дроны можно

динамически развертывать соответственно к требований реального

времени и распределять разным пользователям или контролерам по

требованию. Два типа методов управления рассматриваются при

развертывании дронов:

1) Все беспилотные клетки подключаются к соответствующих

центральных БС, которые берут на себя контроль над развертыванием, что

подобное к архитектуре Cloud-RAN (C-RAN), тогда как функции RRH

выполняются летающим беспилотниками;

2) Рой беспилотных сотов формирует Flying Ad Hoc Network

(FANET) и ведет переговоры один с одним, чтобы определить результаты

развертывание. Этот метод в основном используется в сценариях без

инфраструктуры, таких как восстановление связи[18].

Хотя предлагаются разные подходы для оптимизации

развертывание дронов, коммуникация D2B игнорируется или

идеализируется во многих работах. Поскольку конечной целью внедрение

дронов в RAN есть улучшение доступности пользователей к сетевых

услуг, неизбежно рассмотреть коммуникации D2B и обеспечить их

надежность при развертывании беспилотных сотов. Таким образом, на

проблему развертывания дрона влияют не не только распределения

пользователей, но и качество связей D2B. На основе модели потери тракта

A2G в и модели потери тракта D2B, предложено структуру сетей

радиодоступа с поддержкой дронов (DA-RAN). Покрытие пользователей

и D2B обратные характеристики дронов анализируются за с помощью

стохастических методов. Проблема развертывания дрона-соты в DA-RAN

сформулирована для максимизации коэффициента охват пользователей,

когда предоставляется отдельная количество дронов [17].

Тремя ограничениями есть качество связей D2B, максимальное

число пользователей, какое поддерживается на одного дрона, и

препятствия для пользователей с несколькими дронами. Эта оптимизация

является сложной, что можно решить с помощью эвристических

подходов. Настраивая эвристические алгоритмы в связанных работах в

сценарий DA-RAN, предлагается чистый алгоритм на основе PSO.

Поскольку конечной целью внедрения дронов в сеть RAN является

улучшение доступа пользователей к сетевым службам, следует учитывать

связь D2B и обеспечивать его надежность.

На рис. 3.1 представлена структура DA-RAN (Drone Assisted Radio

Access Network). Дроны выполняют функцию воздушных RRH для своих

соответствующих BS. Каждая BS разворачивает группу дроновых сотов

для ретрансляции передачи данных в требовательных областях DA

(demanding areas), таких как дыры в зоне покрытия или места взрывного

трафика. Соответственно к пространственных и временных вариаций DA,

3D-развертывание дроновых сот может гибко регулироваться BS, что

повышает способность RAN справляться с динамическим трафиком.

Двумя типами DA являются точки разрыва трафика TBS (traffic break

points) и отверстия покрытие (CH- coating holes). DA- RAN включает в себя

3 типа каналов: U2B, D2U и D2B.

U2B есть классическим связью между пользователями и BS без участия

дронов.

D2U: соединяют дроны и пользователей в DA. Для ослабления

помех и предоставление дополнительных ресурсов для пользователей в

TBS.

D2B: дрон связывается с BS через линии D2B. Благодаря

одинаковому уровня высоты полета дрона и высоты антенн BS, функция

LoS линий D2B, гарантирует надежность. Пропускно способность линий

D2B остается сложной, поскольку каждая линия D2B должна передавать

все данные между BS да пользователями покрыта дроновым сотом.

Рис. 3.1. Формирование сети радиодоступа на базе дронов:

 1 – радиолиния D2D; 2 – радиолиния D2B; 3 –

базовая станция; 4 – отдельные пользователи; 5 – дрон, что

формирует соты; 6 –

ℎ

зоны покрытие

Учитывая трехмерное развертывание дроновых сотов в зоне

действия одной БС. БС устанавливается в исходной точке (координата (0,

0, 0)) с радиусом покрытия R BS . Не теряя общее содержание, область

покрытия БС моделируется как сетка, состоящая из нескольких

квадратных сеток. Выделенное количество сеток выбирается случайным

образом, в качестве DA для покрытие дроновыми сотами. БС

разворачивает дроновый соты на основе текущего сценария DA и

повторно развертывает их при изменении сценария на новый. Для

упрощение анализа, можно предположить, что пользователи равномерно

распределены по зоне покрытие BS.

Модель A2G (air-to-ground) затухания пути, используется для

анализа связей D2U и D2B. Возможность объединение LoS A2G

составляет: