Совместное управление топологией и маршрутизация в рое БПЛА для наблюдения за скоплениями людей

Воздушное наблюдение с использованием беспилотных летательных аппаратов (БПЛА) обеспечивает востребованное по мере необходимости и экономически эффективное решение задач мониторинга умного города благодаря возможности корректировки их трехмерного позиционирования и автономности. Оптимальное развертывание роя БПЛА, также известного как летающая самоорганизующаяся сеть (FANET), для обеспечения покрытия мобильных наземных целей (MGT) по требованию представляет собой сложную задачу с точки зрения управления мобильностью БПЛА, необходимого для максимизации покрытия при сохранении качества обслуживания. Маршрутизация данных от БПЛА к базовой станции (BS) без учета обновленной топологии приводит к разрывам соединений, чрезмерным повторным передачам, высокой перегрузке и возникновению энергетических пустот. Поэтому мы предлагаем протокол совместного управления топологией и маршрутизации (JTCR), состоящий из трех модулей для наблюдения за скоплениями людей. Первый модуль JTCR реализует управление мобильностью на основе виртуальных сил (VFMC), которое управляет мобильностью БПЛА для отслеживания мобильных наземных целей и обеспечения стабильной двусвязности. Второй модуль реализует энергоэффективную нечеткую кластеризацию с учетом мобильности, которая кластеризует FANET для агрегации измеренных данных на каждом кластерном головном узле (CH), используя мобильность БПЛА, обеспечиваемую VFMC. Третий модуль реализует маршрутизацию Q с учетом топологии, которая передает агрегированные данные от БПЛА — кластерных головных узлов — к BS, выбирая оптимальный путь по задержке, стабильности маршрута и энергопотреблению. Согласно результатам исследования производительности, предложенный JTCR превосходит существующие протоколы маршрутизации по коэффициенту покрытия при отслеживании, коэффициенту связности, числу повторных передач, доле доставленных пакетов, сквозной задержке и энергопотреблению. Это преимущество главным образом обеспечивается реалистичным управлением мобильностью роя БПЛА при приемлемых затратах на служебный трафик управления.