1. 
   Сетевые требования
   

Трафик данных, связанный с работой этой системы, можно разделить на два ос­новных типа [4]:

1. 
   трафик управления, предназначенный для отслеживания и изменения поведе­ния дронов пунктом наземного контроля, а также мониторинга информационных со­общений о состоянии дрона;
   
2. 
   трафик координации, включающий информацию, связанную с взаимодейст­вием дронов и предотвращением их столкновений.
   

Дополнительно осуществляется обмен данными между беспилотниками о по­лезной нагрузке и услугам, реализуемым на борту (типа данных, полученных в резуль­тате наблюдений за физической средой, и данных, генерируемых и потребляемых уст­ройствами, находящимися на борту летательного аппарата). Что касается линий связи «воздух-земля», то Международный союз электросвязи в рамках Партнерского проекта 3-го поколения (3GPP) [17] классифицировал командно-диспетчерскую связь, а также связь с полезной нагрузкой для безопасных операций беспилотных летательных аппа­ратов с точки зрения пропускной способности, надежности и задержки (см. табл. 1). Перечисленные требования к производительности направлены на гарантирование свое­временной связи, качественную обработку данных и реализацию скоординированного движения в режиме реального времени. Хотя информация, предоставленная 3GPP, от­носится к линиям связи «воздух-земля» в стратегии развертывания без взаимодействия (см. рис. 1), следует ожидать, что к любым линиям связи между беспилотными лета­тельными аппаратами будут предъявляться те же требования к качеству.Таблица 1Требования к связи «воздух-земля» для операций беспилотных летательных
аппаратов, определенные 3GPP [17]Table 1. Air-to-ground communications requirements for unmanned aerial
vehicle operations defined by 3GPP [17]

	Тип данных	Пропускная способность	Надежность	Задержка
DL (наземная станция - БПЛА)	Команды управле­ния и директивы	60-100 Кбит/с	Коэффициент ошибок пакетов 10-3	50 мс
UL (БПЛА - наземная станция)	Команды управле­ния и директивы	60-100 Кбит/с	Коэффициент ошибок пакетов 10-3	—
UL (БПЛА - наземная станция)	Прикладные дан­ные	до 50 Мбит/с	—	Аналогично на­земному исполь­зованию

---

Предполагается, что для выполнения миссии роем дронов первостепенное зна­чение необходимо уделять связи по каналам «воздух-воздух», поскольку беспилотные летательные аппараты требуют обмена информацией между собой, чтобы иметь воз­можность принимать локальные решения; рои беспилотных летательных аппаратов требуют надежной беспроводной связи для распределенной координации и обработки в реальном времени для достижения общесистемных целей [4]. Следовательно, для обес­печения роем широкополосной связи, поддерживающей скоординированную и распре­деленную обработку данных в реальном времени, сетевая система должна иметь харак­теристики производительности сети, охватывающие надежность, высокую пропускную способность и низкие задержки, чтобы обеспечить более тесное сотрудничество и син­хронизацию для эффективного управления воздушными узлами.

2. 
   Сетевые проблемы
   

С точки зрения обеспечения надежности выполнение полета беспилотным лета­тельным аппаратом является затруднительным из-за прерывистого характера исполь­зуемых беспроводных линий связи, что может привести к снижению производительно­сти передачи по сети. На синхронное маневрирование соседними беспилотными лета­тельными аппаратами могут оказать влияние и такие аспекты, как наличие эффекта До­плера или сложности настройки антенны. Предполагается, что обеспечение мобильно­сти беспилотников можно решать на основе повышения пропускной способности пере­дачи данных и расширения канала связи за счет внедрения функций хранения, переноса и пересылки (store-carry-and-forward, SCF) в беспилотных летательных аппаратах [18]. Следовательно, беспилотные летательные аппараты подвержены отказам исполнитель­ных механизмов и системным неопределенностям, что влияет на способность системы поддерживать удовлетворительную производительность. Неопределенности присущи самой системе беспилотного летательного аппарата из-за параметрических изменений массы и инерции, скорости, высоты и динамики положения, углов возвышения и слу­чайного шума от самолета во время полета.Беспилотный летательный аппарат также может подвергаться внешним воздей­ствиям погоды и системным неопределенностям, а именно связанным со свойствами используемых беспроводных каналов, такими как крупномасштабные и мелкомас­штабные замирания. Крупномасштабное и мелкомасштабное замирание каналов спо­собствует повышению надежности передачи и оказывает значительное влияние на связь «воздух-земля» и эксплуатационные характеристики систем с несколькими бес­пилотными летательными аппаратами [19]. Крупномасштабное затухание обычно при­водит к таким проблемам, как затухание в свободном пространстве, затухание и зате­нение. Явление затухания в свободном пространстве зависит от условий линии прямой видимости, а также от эффектов отражения поверхности земли, снижающих силу пере­дачи при распространении волн в свободном пространстве. Ослабление, с другой сто­роны, происходит из-за потери мощности передачи радиосигнала при его прохождении в полосе частот. Основной причиной ослабления при передаче сигналов «воздух- воздух» и «воздух-земля» являются атмосферные условия, такие как дождь и газы. Кроме того, эффект затенения может быть вызван самим корпусом БПЛА и несоосно- стью из-за углового расположения антенн на БПЛА. Тем не менее, основное ограниче­ние эффектов затенения при связи беспилотных летательных аппаратов «воздух-земля» в значительной степени объясняется ограничениями в отношении приемлемых рабочих высот беспилотника, которые ограничивают его работу на меньших высотах и, следо­вательно, склонны к затенению препятствий от высотных зданий и наземных объектов на пути передачи данных «воздух-земля». Наземные линии связи вызывают рассеива­ние сигнала, что влияет на эффективность связи.

---

2. 
   
   1   2   3   4

---

Вычислительная система Вычисления в рое дронов основаны на процессе, аналогичном NCS, в котором простые данные могут привести к принятию сложных решений. Следовательно, разра­ботка подходящей вычислительной системы основывается на исследовании наилучших стратегий принятия решений в зависимости от используемой стратегии развертывания и алгоритмов разведки.

1. 
   Самоорганизованное принятие решений
   

Любой беспилотный летательный аппарат обладает вычислительной способно­стью для выполнения полета с базовым уровнем управления, но только летательные аппараты с высоким уровнем автономности могут принимать решения для выполне­ния задач без вмешательства наземной станции управления. В рое дронов принятие решений может осуществляться самими агентами распределенным образом и центра­лизованным управляющим органом. Последнее происходит в роях беспилотных лета­тельных аппаратов с низкой автономностью. Однако в рое беспилотных летательных аппаратов с высоким уровнем автономии принятие решений может осуществляться самими дронами.Централизованный процесс принятия решений предлагает простые решения с точки зрения общей конструкции системы, способствуя при этом снижению энергопо­требления каждого дрона. С другой стороны, распределенный подход к принятию ре­шений может привести к созданию более надежного и масштабируемого роя дронов. Поэтому стоит уделить внимание распределенным процессам принятия решений, кото­рые могут привести к созданию более автономного, надежного и масштабируемого роя беспилотных летательных аппаратов.Самоорганизующееся поведение роя дронов означает, что они находятся во взаимодействии и поддерживают сетевое подключение, учитывая изменяющиеся усло­вия сети [4]. При этом используется ряд самоорганизующихся алгоритмов, направлен­ных на оказание помощи распределенным агентам: уже упоминавшиеся методы опти­мизации роя частиц (Particle Swarm Optimization, PSO), колонии муравьев (Ant Colony Optimization, ACO) и пчелиной колонии (Bee Colony Optimization, BCO).В целом децентрализованная архитектура использования самоорганизующихся средств управления принятием решений для систем с несколькими БПЛА представлена на рисунке 4. Для взаимодействия и функционирования каждого беспилотного лета­тельного аппарата самоорганизующиеся процедуры поддержки принятия решений де­лятся на три этапа, а именно: восприятие, принятие решения и действие (см. рис. 4). Информация о местоположении и скорости беспилотных летательных аппаратов и со­седей собирается путем рассмотрения стационарных и мобильных препятствий, после чего выполняются процессы принятия решений на основе моделирования и оптимиза­ции для улучшения результатов. Затем исполнительный механизм обрабатывает пред­последние наилучшие возможные решения, и процессы повторяются снова.

---

Для выработки коллективного поведения и обмена собираемыми данными рабо­та дронов также должна быть синхронизирована. Синхронизация позволяет координи­ровать события между отдельными агентами в разных беспилотных летательных аппа­ратах для поддержки их гармоничной работы в рое. Это помогает распределенным процессорам иметь общее представление о времени посредством обмена сообщениями- маяками, позволяющими эффективно диагностировать неисправности и восстанавли­вать их. Синхронизация облегчает объединение данных с разных распределенных узлов в единую значимую информацию посредством так называемого слияния данных.Рис. 4. Самоорганизующиеся процедуры принятия решенийFig. 4. Self-organizing decision-making procedures

2. 
   Роевой интеллект
   

Цель роевого интеллекта (Swarm Intelligence) - создание продвинутого и слож­ного поведения роя дронов, которые локально взаимодействуют между собой и с окру­жающей средой. Работа систем роевого интеллекта направлена на имитацию некоторых биологических систем, в которых агенты (например, муравьи, пчелы) следуют простым правилам, которые не диктуются какой-либо центральной организацией. В этих систе­мах взаимодействия между агентами уступают место появлению глобальных моделей поведения. В этом контексте алгоритмы роевого интеллекта направлены на управление роем дронов в том, что касается его поведения, на основе двух подходов, а именно оп­тимизации и консенсуса.

3. 
   Вычислительная и сетевая интеграция
   

Для создания замкнутого цикла в стае дронов необходимо обеспечить тесную связь между вычислительными и сетевыми системами, что позволит наилучшим образом использовать ограниченные ресурсы, которыми может располагать каждый беспилотный летательный аппарат для решения задач зондирования, вычислений и создания сетей.

1. 
   Сеть, поддерживающая вычисления
   

---

Смотрите также файлы

• Прочитайте текст и выполните задания 1 А.Ф.Кони. Искусство речи на суде.docx

• Сор 1 за раздел 1А Отношения и пропорции Тема.docx

• Орловский Государственный университет им. Тургенева Презентация.pptx

• Инструкция по применению вакцины туберкулезной (бцжм) сухой (для щадящей первичной иммунизации) вакцины бцжм АлмМа Ахмед.pptx

• Исполнитель студентка гр. 392 Мс, актуальность темы задачи Провести наблюдение за собственным образом жизни.pptx