ОСОБЕННОСТИ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ В САМООРГАНИЗУЮЩИХСЯ СЕТЯХ БПЛА

FEATURES OF DATA TRANSFER IN SELF-ORGANIZING NETWORKS OF UAV

Мобильные устройства стремительно ворвались в жизнь современного человека. Мы не представляем ни дня без телефонов, ноутбуков, смартфонов и планшетов. Благодаря развитию технологий перед разработчиками сетевых решений открываются новые возможности. Примерами таких направлений являются развитие обмена данными между различными устройствами и самоорганизующиеся сети мобильных устройств. Они предоставляют возможность развития сферы применения сетевых технологий на основе IP-протокола на устройства, которые не имеют доступа к сети Интернет.

Примером современных мобильных устройств являются беспилотные летательные аппараты (БПЛА). Данные устройства имеют множество аппаратных возможностей и могут применяться для выполнения следущих задач:

обеспечение связи в труднодоступных территориях;

воздушный мониторинг местности для проведения поисково-спасательных и разведывательных мероприятий;

передача данных на наземную станцию изображений и видеоданных в режиме настоящего времени.

Для выполнения этих задач используются комплексы, включающие одну или несколько малых БПЛА. Передача данных с борта на наземную станцию происходит по прямому каналу. Что в свою очередь имеет ряд недостатков:

необходимость использования дорогостоящего БПЛА с мощным радиооборудованием;

ограничение качества радиоданных и заряда аккумуляторной батареи, что, в свою очередь, влияет на время выполнения задач и территорию;

уязвимость перед искусственными радиопомехами, из-за чего устройства могут быть выведены из строя.

В связи с этим для согласованного выполнения задач в настоящее время исследуется возможность использования относительно недорогих БПЛА. Такие узлы используют стандартные технологии для передачи радиоданных, такие как WiFi, WiMAX, LTE. Данные устройства могут применяться не только в качестве источника данных, но и в качестве ретранслятора, образуя многосвязную топологию сети.  Достоинством данной сети является возможность работы без прекращения выполнения задач при выходе из строя одного или нескольких аппаратов. Использование самоорганизующихся высокомобильных устройств БПЛА дает следующие возможности:

расширение территории выполнения задач за счет передачи данных через промежуточные узлы;

увеличение максимальной дальности полета используя поэтапную замену устройств с разряженными аккумуляторными батареями;

возможность повышения живучести сети путем автоматической реконфигурации топологии сети при непреднамеренном выводе из строя одного или нескольких аппаратов;

снижение стоимости технических решений.

Однако использование самоорганизующихся сетей мобильных устройств открывает множество новых проблем, над решением которых работает множество научных коллективов. Одним из таких недостатков является низкое качество обслуживания. Это связано с тем, что устройства такой сети имеют высокую скорость движения и частое изменение ориентации узлов. Топология сети может подвергаться частым и быстрым изменениям. Действующие в настоящее время устройства могут отключаться, а новые подключаться. Как следствие, могут изменяться маршруты доставки видеоданных и изображений с бортов летательных аппаратов до получателя (земной станции). Использование популярных протоколов маршрутизации, таких как AODV, OLSR, в большинстве случаев не обеспечивает необходимое качество передачи данных, и, как следствие, не приводит к возможности выполнения задач. Таким образом, при работе высокомобильных устройств, актуальной задачей является повышение качества передачи радиоданных путем использования новых разработанных алгоритмов и исследования эффективности узлов.

Самоорганизующаяся сеть высокомобильных устройств построена на передаче радиоданных при помощи IP-протоколов. Данные же маршрутизируются на сетевом уровне OSI. Такое использование применяется как в инфраструктурных, так и самоорганизующихся сетях, причем последние опираются на особые протоколы маршрутизации, такие как AODV, OLSR, HWMP и другие, что требует поддержки на всех узлах. Использование того или иного протокола маршрутизации зависит от различных условий работы устройств. Поэтому особой задачей является повышение качества передачи данных в различных условиях выполнения задач и учетом особенностей работы протоколов маршрутизации.

Для повышения качества передачи в самоорганизующихся сетях высокомобильных устройств применяется подход на основе наложенных сетей (P2P-сетей). Передача данных при помощи данного подхода называется вещанием. Работа наложенных сетей обеспечивается на прикладном уровне модели OSI и имеют ряд сходств с сетями MANET и FANET. В данной сети на узлы накладывается часть функций сервера, а ее структура может быть древовидной или многосвязной. Данный подход является альтернативой клиент-серверному подходу к вещанию и используется для уменьшения нагрузки на сервер. Передача данных осуществляется в виде фрагментов информации, а задача маршрутизация возлагается на прикладной уровень. Данный подход существенно повышает качество передачи радиоданных в многосвязной структуре.

Результаты научных исследований за последние несколько лет показали, что традиционные методы маршрутизации и коррекции потерь данных, на основе которых изобретены алгоритмы и протоколы коммуникации на нижних уровнях модели взаимодействия открытых систем (модель OSI), не обеспечивают необходимую качественную передачу данных в самоорганизующихся сетях высокомобильных устройств. В настоящее время проводится множество исследований, направленных на поиск новых эффективных методов передачи данных в  данных сетях, в том числе основанные на наложенной сети прикладного уровня модели OSI.

Отключение устройств и переключение узлов на другой маршрут в наложенной сети может привести к значительному ухудшению качества обслуживания. Исследования новых методов и алгоритмов, а также разработка их эффективности дает возможность предложить разработчикам протоколов идеи и рекомендации для улучшения качества передачи данных в самоорганизующихся сетях высокомобильных устройств. Это должно ускорить исследование и развитие новых подходов для построения сетей БПЛА и самоорганизующихся сетей в целом.

 

Библиографический список

  1. МакЛейн, Т.У. Малые беспилотные летательные аппараты: теория и практика, 2015. – 315-368 с.