Разработка моделей и интеллектуальных алгоритмов поддержки связности в автономных роях дронов при полном отсутствии внешней информации о позиционировании
Разработка моделей и интеллектуальных алгоритмов поддержки связности в автономных роях дронов при полном отсутствии внешней информации о позиционировании
Год 2022-2023
Департамент Факультет физико-математических и естественных наук
Идея проекта
Ряд важных приложений для дронов (точнее — для беспилотных летательных аппаратов, БПЛА), таких как спасательные операции и доставка грузов первой помощи, выполняются в местах, где внешняя информация о местоположении недоступна — в лесах, периферийных территориях, закрытых помещениях. Однако существующие подходы по организации и поддержке топологии в роях БПЛА используют сведения о локальном положении устройств, полученные из внешних источников (GNSS, базовые станции, Wi-Fi) и не работают в случае отсутствия внешней информации о позиционировании.
Таким образом, необходимо предложить новый класс динамических алгоритмов, не зависящих от внешних источников данных о позиционировании, которые будут выполнять функции организации и поддержки топологии для обеспечения связности роя дронов. Именно эта весьма актуальная проблема входит в тематику предлагаемого проекта.
Проект направлен на решение научной проблемы разработки теоретико-информационного подхода и эффективных практических алгоритмов для обеспечения и поддержки связности в автономных роях дронов, выполняющих миссии в труднодоступных районах (на труднопроходимых открытых территориях и внутри помещений с экранированием) при полном отсутствии информации о позиционировании от внешних источников.
Перечень РИД по проекту
Статьи:
- Chukhno O. et al. A Holistic Assessment of Directional Deafness in mmWave-Based Distributed 3D Networks // in IEEE Transactions on Wireless Communications, vol. 21, no. 9, pp.
7491-7505, Sept. 2022, (Scopus Q1, WoS Q1). - Bobrikova E., Platonova A., Medvedeva E., Gaidamaka Y., Shorgin S. Using neural networks for channel quality prediction in wireless 5G networks // In V. M. Vishnevskiy et al. (Eds.): DCCN 2022, LNCS 13766, pp.
1–12, 2022, (Scopus Q2). - Keyela, Yartseva I.S., Gaidamaka Yu.V. Discrete time Markov chain for drone’s buffer data exchange in an autonomous swarm // In V. M. Vishnevskiy et al. (Eds.): DCCN 2022, LNCS 13766, pp.
1–12, 2022 (Scopus Q2). - Бесчастный В.А., Острикова Д.Ю., Шоргин С.Я., Молчанов Д.А., Гайдамака Ю.В. Анализ плотности базовых станций 5G NR для предоставления услуг виртуальной и дополненной реальности // Информ. и её примен., 2022, 16:2, с.
102-108, (Scopus Q3). - Platonova A., Medvedeva E., Gaidamaka Y. Analysis of UAVs’ Coverage Efficiency in Flight and Static Mode // 2022 International Conference on Modern Network Technologies (MoNeTec), 2022, pp.
1-5, (Scopus). - Бесчастный В.А., Валиева Н.Р., Виноградова В.С., Острикова Д.Ю., Молчанов Д.А., Гайдамака Ю.В.. Модель для анализа энергоэффективности обслуживания пользовательских устройств в системах 5G/6G с прерыванием связи сб.: Информационно-телекоммуникационные технологии и математическое моделирование высокотехнологичных систем: материалы Всероссийской конференции с международным участием. Москва, РУДН,
18–22 апреля 2022 г (2022 г.) — Москва: РУДН, 2022. — C.92-97, (РИНЦ). - Аксенова А.В., Острикова Д.Ю., Бесчастный В.А., Голос Е.С., Конюхов Р.И., Гайдамака Ю.В. Модель энергопотребления устройства в режиме прерывистого приёма DRX в сети 5G NR сб.: Информационно-телекоммуникационные технологии и математическое моделирование высокотехнологичных систем: материалы Всероссийской конференции с международным участием. Москва, РУДН,
18–22 апреля 2022 г (2022 г.). — Москва: РУДН, 2022. — C.85-91, (РИНЦ). - Иванова О.И., Острикова Д.Ю., Бесчастный В.А., Молчанов Д.А., Гайдамака Ю.В. Анализ эффекта молекулярной абсорбции на показатели качества обслуживания в системах связи терагерцевого диапазона сб.: Информационно-телекоммуникационные технологии и математическое моделирование высокотехнологичных систем: материалы Всероссийской конференции с международным участием. Москва, РУДН,
18–22 апреля 2022 г (2022 г.). — Москва: РУДН, 2022. — C.118-123, (РИНЦ).
РИД:
- Свидетельство РФ на программу для ЭВМ № RU2022619907/ 26.05.2022. Киреева А.А., Гайдамака Ю.В., Самуйлов К.Е., Царев А.С. Утилита для аналитической оценки пропускной способности канала протокола многостанционного доступа на основе модели отсрочки передачи пакета данных.
- Свидетельство РФ на программу для ЭВМ № RU2022661749/ 24.06.2022. Кейела Патачона, Чистякова Х.И., Хайров Э.М., Гайдамака Ю.В. Оценка показателей эффективности схемы множественного доступа по протоколу CSMA/CA.
- Свидетельство РФ на программу для ЭВМ № RU2022660920/ 10.06.2022. Зорин И.М., Острикова Д.Ю., Бесчастный В.А., Гайдамака Ю.В. Расчет показателей эффективности модели установления V2X соединений в терагерцевом диапазоне.
- Свидетельство РФ на программу для ЭВМ № RU2022619091/ 19.05.2022. Аксенова А.В., Голос Е.С., Бесчастный В.А. [и др.]. Расчет энергопотребления устройства в режиме DRX для различных типов трафика.
Поддержка проекта: Российский научный фонд.
Цели проекта
- Разработка новых локальных динамических алгоритмов самоогранизации и поддержки топологии роев дронов при полном отсутствии внешней информации о позиционировании.
- Разработка моделей для анализа эффективности алгоритмов построения маршрутов в самоорганизующихся сетях для доставки данных между узлами при отсутствии информации о позиционировании.
Руководитель проекта
Все участники
Гайдамака Юлия Васильевна
Российский университет дружбы народов, г. Москва, с.н.с., к.ф.-м.н., доцент кафедры прикладной информатики и теории вероятностей РУДН.
Результаты проекта
Новые методики, позволяющие проводить оценку и выявлять классы алгоритмов, наиболее приближенных по своим показателям к теоретически достижимым характеристикам точности и надежности механизмов самоорганизации и поддержки топологии в роях дронов в условиях отсутствия внешней информации о позиционировании.
Верхние оценки точности и надежности механизмов самоорганизации и поддержки топологии в роях дронов в условиях отсутствия внешней информации о позиционировании для дальнейшего отбора предложенных практических алгоритмов.
Класс практических алгоритмов самоорганизации и поддержки топологии в роях дронов в отсутствие внешней информации о позиционировании. Алгоритмы будут обеспечивать эффективный выбор траектории установления соединения, а также надежность передачи данных в сетях дронов.
Сравнительный анализ производительности разработанных алгоритмов установления соединения с аналитическими моделями с полной информацией о текущей топологии сети в контексте ключевых показателей, таких как вероятность отказа в установлении соединения, средняя задержка при установлении соединения, пропускная способность соединения.
Область исследования
- Использование роев дронов для поисково-спасательных операций в труднодоступных удаленных территориях как для человека, так и для сигнала (лес, гористая местность, пещеры), где полностью отсутствует сигнал GPS/Глонасс и покрытие сети. При этом важно отметить, что сотовая связь не может являться единственным источником информации для позиционирования дронов из-за недостаточно высокой точности (например, в сетях 4G ошибки в позиционировании достигают нескольких метров), что является критичным для таких систем. Поэтому сигнал сотовой сети используется лишь в качестве дополнения к GPS сигналу.
- Использование роев миниатюрных дронов внутри помещений, например, внутри крупных торговых центров, для определения и устранения причин локальных катаклизмов. Внутри помещений сигнал GPS типично отсутствует из-за экранирования, а дополнительные источники информации о позиционировании дронов, например, сотовая сеть, могут быть также на данный момент полностью недоступны (например, из-за возникновения чрезвычайной ситуации).
- В ситуациях, когда внешняя информация о позиционировании частично или временно доступна на некотором подмножестве дронов, например, когда рой формируется из дронов разных типов, оснащенных разным функционалом (например, датчиками сотовой сети), либо внутри помещений, когда дроны перемещаются от одного участка к другому, временно получая доступ к внешней информации.