Розробка методів мультипотокової передачі даних прикладного рівня безпілотних літальних апаратів
Автор: Чорний Богдан Антонович
Кваліфікаційний рівень: магістр
Спеціальність: Інформаційні мережі зв'язку
Інститут: Інститут телекомунікацій, радіоелектроніки та електронної техніки
Форма навчання: денна
Навчальний рік: 2021-2022 н.р.
Мова захисту: українська
Анотація: Безпілотні літальні апарати (БПЛА) активно використовуються для вирішення завдань моніторингу великих наземних територій (наприклад, відеомоніторинг місцевості), зняття різних показань за допомогою датчиків (наприклад, електромагнітного поля Землі). Більшість наукових досліджень в цій області в даний час проводяться для сценаріїв з одним літаючим вузлом-джерелом, який передає дані на наземну станцію через вузли-ретранслятори. Така мережа є літаючої самоорганізується мережею (Flying Ad Hoc Networks - FANET) з одним джерелом. Нові рішення знаходять відгук при проектуванні таких мереж; так, технологія для межмашинного взаємодії (М2М) LoRa може використовуватися для рішень завдань «розумного міста». Самоорганізуються мережі БПЛА вирішують завдання збільшення площі охоплення досліджуваної території і підвищення якості передачі даних. Однак час виконання місії при цьому залишається значним з огляду на те, що джерелом даних є лише один вузол, якому необхідно облітати всю намічену територію. Все це може негативно позначитися на виконанні місії в режимі надзвичайних ситуацій (НС), коли важлива швидка та якісна передача даних з борту БПЛА на наземну станцію. Використання в мережі декількох літаючих вузлів-джерел може дозволити розділити обследуемую територію на частини згідно маршрутами їх руху і одночасно вести реєстрацію і передачу даних в мультіпотоковом режимі з відеокамер або датчиків на наземну станцію в реальному часі, що призведе до істотного скорочення часу виконання місії. Важливим завданням стає розробка методів і алгоритмів, що дозволяють поліпшити характеристики передачі даних в мережі БПЛА з декількома узламі- джерелами при мультіпотоковой передачі. Дане завдання є новою і на першому етапі вимагає опрацювання самого простого сценарію з мінімальною кількістю активних вузлів-джерел (два, три вузла-джерела). Також на сьогоднішній день вже існують запити від промислового сектора на виконання місій зі зняттям відео з двох одночасно літаючих вузлів-джерел (кількість вузлів понад три вимагає збільшення матеріальних витрат). На сьогоднішній день в сценаріях з одним вузлом-джерелом більш широке застосування знайшли такі методи передачі даних: автоматичний запит повторної передачі ARQ (Automatic Repeat Request) і пряме виправлення помилок FEC (Forward Error Correction). Дані методи продемонстрували свою ефективність в дротяних і бездротових мережах. Однак сценарії застосування цих методів в самоорганізується мережі з декількома джерелами не були достатньо досліджені. Застосування ARQ на канальному рівні в мережі БПЛА з декількома джерелами може викликати перевантаження вхідних буферів даних літаючих вузлів, втрати пакетів і затримки, що може негативно позначатися на якості одержуваних даних. Застосування FEC має на увазі додавання надмірності, що також може мати негативний вплив на обсязі та мінімальної необхідної швидкості переданих даних. Також для виробників БПЛА важливим питанням є економічні витрати на розробку, виробництво і експлуатацію. При реалізації методів передачі даних на канальному і фізичному рівнях стає необхідною закупівля нового обладнання або серйозні витрати на його розробку, в деяких випадках також необхідно переглядати конструкторські особливості БПЛА. У зв’язку з цим найкращим шляхом вирішення завдань підвищення якості передачі даних є зосередження зусиль з дослідження та розробки нових методів і алгоритмів передачі даних на вищих рівнях (мережевому, транспортному, рівні додатків), де нові алгоритми реалізуються програмним способом без внесення будь-яких змін в апаратну частина. При реалізації методів передачі даних на канальному і фізичному рівнях стає необхідною закупівля нового обладнання або серйозні витрати на його розробку, в деяких випадках також необхідно переглядати конструкторські особливості БПЛА. У зв’язку з цим найкращим шляхом вирішення завдань підвищення якості передачі даних є зосередження зусиль з дослідження та розробки нових методів і алгоритмів передачі даних на вищих рівнях (мережевому, транспортному, рівні додатків), де нові алгоритми реалізуються програмним способом без внесення будь-яких змін в апаратну частина. При реалізації методів передачі даних на канальному і фізичному рівнях стає необхідною закупівля нового обладнання або серйозні витрати на його розробку, в деяких випадках також необхідно переглядати конструкторські особливості БПЛА. У зв’язку з цим найкращим шляхом вирішення завдань підвищення якості передачі даних є зосередження зусиль з дослідження та розробки нових методів і алгоритмів передачі даних на вищих рівнях (мережевому, транспортному, рівні додатків), де нові алгоритми реалізуються програмним способом без внесення будь-яких змін в апаратну частина. Магістерська робота спрямована на пошук рішень, які забезпечать поліпшення характеристик QoS для передачі потокових даних в мережі БПЛА з декількома вузлами-джерелами на рівні додатків моделі OSI. Завдання, пов’язані з поліпшенням якості передачі відеоданих з декількох, зокрема з двох вузлів-джерел до наземної станції при вирішенні задач моніторингу, є сьогодні актуальними, в тому числі для промислового сектора в області виробництва і експлуатації систем БПЛА. Після розробки методів і алгоритмів для поліпшення якості доставки мультіпотокових даних з декількох узлов- джерел перспективними напрямками можуть стати методи і алгоритми для установки гнучкою пріоритетності серед кількох вузлів-джерел. Об’єкт дослідження – процес передачі мультіпотокових відеоданих в самоорганізованих мережах БПЛА, що характеризується наявністю втрат фрагментів даних прикладного рівня від декількох літаючих вузлів-джерел. Предмет дослідження – методи мультіпотоковой передачі з відновленням втрачених фрагментів даних прикладного рівня в самоорганізується мережі БПЛА, що забезпечують підвищення якості передачі від декількох літаючих вузлів-джерел. Метою роботи є підвищення якості мультипотокової передачі відеоданих в самоорганізованих мережах БПЛА за рахунок відновлення втрачених фрагментів даних прикладного рівня на основі повторної передачі від декількох літаючих вузлів- джерел. Ключові слова: UAV; MS-AL-ARQ; NC-F; multi-stream video.