Hacia el diseño de SAGIN de baja latencia: comunicaciones de tierra a UAV sobre canal de interferencia
Autores: Arya, Sudhanshu; Yang, Jingda; Wang, Ying
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2023
Acceso abierto
Artículo científico
2023
Hacia el diseño de SAGIN de baja latencia: comunicaciones de tierra a UAV sobre canal de interferencia
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Robótica
Palabras clave
Marco teórico de la información
Vehículo aéreo no tripulado de tierra
Retraso de transmisión
Interferencia
UAV de retransmisión
Latencia de extremo a extremo
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 1
Citaciones: Sin citaciones
Presentamos un marco teórico de la información novedoso y único en su tipo para la consideración y implementación del diseño clave de una red de comunicación de vehículo terrestre a vehículo aéreo no tripulado (G2U), con el objetivo de minimizar el retraso de transmisión de extremo a extremo en presencia de interferencias en las Redes Integradas Espacio-Aire-Tierra (SAGIN). Para caracterizar el retraso de transmisión, utilizamos la desigualdad de Fano y derivamos el límite superior ajustado para la capacidad del canal de enlace ascendente G2U en presencia de interferencias, ruido y posible interferencia intencionada. Además, como función de la información de ubicación del UAV, se obtiene un límite inferior ajustado sobre la potencia de transmisión sujeto a la restricción de fiabilidad y al umbral máximo de retraso. Además, se considera un UAV de retransmisión en modo de retransmisión de doble salto, con protocolo de amplificación y reenvío (AF), para el cual obtenemos conjuntamente las posiciones óptimas de los UAV de retransmisión y receptor en presencia de interferencias, con trayectorias en línea recta, circulares y helicoidales como trazado del UAV. Curiosamente, aumentar la potencia proporciona una ganancia negligible en términos de minimización del retraso, aunque puede mejorar significativamente el rendimiento en caso de caída de señal. Además, demostramos que existe una altura óptima que minimiza el retraso de transmisión de extremo a extremo en presencia de interferencias. Mostramos el interesante resultado del análisis de retraso. En particular, se demuestra que la ubicación del receptor y la relación de potencia de señal a ruido de extremo a extremo juegan un papel crítico en la latencia de extremo a extremo. Por ejemplo, con la ubicación del transmisor fijada en (0, 0, 0) y la ubicación del interferidor establecida en (0, 500 m, 0), la latencia generalmente aumenta al incrementar la altura vertical del receptor (eje z). Con las coordenadas horizontales del receptor, es decir, (xR, yR) fijadas en (0, 0), reducir la altura del receptor de 200 m a 50 m disminuye la latencia de retraso (longitud del código) en más del 30% para un canal limitado por interferencias. Mientras que, para un canal de interferencia con una relación de potencia de señal a ruido igual a 30 dB, la latencia disminuye aproximadamente un 2%. El marco propuesto puede ser utilizado en la práctica por un controlador de red como un criterio de selección de parámetros del sistema, donde entre un conjunto de parámetros, se pueden incorporar aquellos que conducen a la menor latencia de transmisión. El análisis basado también establece la evaluación de referencia al aplicar estándares de Comando y Control (C2) a servicios críticos de misión G2U y de UAV a UAV (U2U).
Descripción
Presentamos un marco teórico de la información novedoso y único en su tipo para la consideración y implementación del diseño clave de una red de comunicación de vehículo terrestre a vehículo aéreo no tripulado (G2U), con el objetivo de minimizar el retraso de transmisión de extremo a extremo en presencia de interferencias en las Redes Integradas Espacio-Aire-Tierra (SAGIN). Para caracterizar el retraso de transmisión, utilizamos la desigualdad de Fano y derivamos el límite superior ajustado para la capacidad del canal de enlace ascendente G2U en presencia de interferencias, ruido y posible interferencia intencionada. Además, como función de la información de ubicación del UAV, se obtiene un límite inferior ajustado sobre la potencia de transmisión sujeto a la restricción de fiabilidad y al umbral máximo de retraso. Además, se considera un UAV de retransmisión en modo de retransmisión de doble salto, con protocolo de amplificación y reenvío (AF), para el cual obtenemos conjuntamente las posiciones óptimas de los UAV de retransmisión y receptor en presencia de interferencias, con trayectorias en línea recta, circulares y helicoidales como trazado del UAV. Curiosamente, aumentar la potencia proporciona una ganancia negligible en términos de minimización del retraso, aunque puede mejorar significativamente el rendimiento en caso de caída de señal. Además, demostramos que existe una altura óptima que minimiza el retraso de transmisión de extremo a extremo en presencia de interferencias. Mostramos el interesante resultado del análisis de retraso. En particular, se demuestra que la ubicación del receptor y la relación de potencia de señal a ruido de extremo a extremo juegan un papel crítico en la latencia de extremo a extremo. Por ejemplo, con la ubicación del transmisor fijada en (0, 0, 0) y la ubicación del interferidor establecida en (0, 500 m, 0), la latencia generalmente aumenta al incrementar la altura vertical del receptor (eje z). Con las coordenadas horizontales del receptor, es decir, (xR, yR) fijadas en (0, 0), reducir la altura del receptor de 200 m a 50 m disminuye la latencia de retraso (longitud del código) en más del 30% para un canal limitado por interferencias. Mientras que, para un canal de interferencia con una relación de potencia de señal a ruido igual a 30 dB, la latencia disminuye aproximadamente un 2%. El marco propuesto puede ser utilizado en la práctica por un controlador de red como un criterio de selección de parámetros del sistema, donde entre un conjunto de parámetros, se pueden incorporar aquellos que conducen a la menor latencia de transmisión. El análisis basado también establece la evaluación de referencia al aplicar estándares de Comando y Control (C2) a servicios críticos de misión G2U y de UAV a UAV (U2U).