Arquitectura de Sistemas de Comunicación de Emergencia en Desastres a través de UAVs en 5G y más allá
Autores: Shah, A. F. M. Shahen
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2022
Acceso abierto
Artículo científico
2022
Arquitectura de Sistemas de Comunicación de Emergencia en Desastres a través de UAVs en 5G y más allá
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Robótica
Palabras clave
Vehículos aéreos no tripulados
Capacidades de comunicación
FANETs
Mecanismo basado en clústeres
Métricas de rendimiento
Retraso en el mensaje de seguridad
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 1
Citaciones: Sin citaciones
Los vehículos aéreos no tripulados (VANT) son valorados en redes 5G y 6G debido a sus capacidades de comunicación, bajo costo y despliegue flexible. Recientemente, se han diseñado redes de emergencia asistidas por VANT en desastres donde se utiliza un solo VANT grande. En comparación con un solo VANT grande, las Redes Ad Hoc Voladoras (FANET) con VANT pequeños tienen muchos beneficios. Por lo tanto, en lugar de un solo VANT grande, se propone un FANET en este documento. Para aprovechar al máximo sus servicios, los VANT deben ser capaces de comunicarse de manera eficiente entre sí y con las infraestructuras de red existentes. Sin embargo, la alta movilidad de los nodos es una de las principales características de los FANET, lo que puede resultar en cambios rápidos de topología con frecuentes rupturas de enlace y comunicaciones inestables que causan colisiones y pérdida de paquetes. Como alternativa, las redes pueden dividirse en grupos o clústeres más pequeños para controlar su topología de manera eficiente y reducir la contención del canal. En este estudio, se propone un nuevo mecanismo basado en clústeres para los FANET. Se describe el proceso de gestión de clústeres. El método de retroceso IEEE 802.11 está específicamente destinado a comunicaciones directas y no es apropiado para comunicaciones basadas en clústeres. Por lo tanto, se propone un nuevo mecanismo de retroceso basado en el tamaño del clúster para optimizar el rendimiento. Se presenta un estudio analítico utilizando el modelo de cadena de Markov para explorar el rendimiento del mecanismo propuesto. El estudio tiene en cuenta los canales de desvanecimiento Nakagami-m. Se consideran los parámetros que influyen en el rendimiento y se obtienen las relaciones entre estos parámetros, así como métricas de rendimiento como el rendimiento, la tasa de pérdida de paquetes, la probabilidad de interrupción y el retraso. Además, se proporcionan resultados de simulación que verifican los estudios analíticos. También se presenta una comparación cuantitativa con los métodos actuales basados en clústeres. Los resultados de la simulación muestran que la técnica sugerida mejora el rendimiento del sistema y cumple con la restricción de retraso del mensaje de seguridad de 100 ms.
Descripción
Los vehículos aéreos no tripulados (VANT) son valorados en redes 5G y 6G debido a sus capacidades de comunicación, bajo costo y despliegue flexible. Recientemente, se han diseñado redes de emergencia asistidas por VANT en desastres donde se utiliza un solo VANT grande. En comparación con un solo VANT grande, las Redes Ad Hoc Voladoras (FANET) con VANT pequeños tienen muchos beneficios. Por lo tanto, en lugar de un solo VANT grande, se propone un FANET en este documento. Para aprovechar al máximo sus servicios, los VANT deben ser capaces de comunicarse de manera eficiente entre sí y con las infraestructuras de red existentes. Sin embargo, la alta movilidad de los nodos es una de las principales características de los FANET, lo que puede resultar en cambios rápidos de topología con frecuentes rupturas de enlace y comunicaciones inestables que causan colisiones y pérdida de paquetes. Como alternativa, las redes pueden dividirse en grupos o clústeres más pequeños para controlar su topología de manera eficiente y reducir la contención del canal. En este estudio, se propone un nuevo mecanismo basado en clústeres para los FANET. Se describe el proceso de gestión de clústeres. El método de retroceso IEEE 802.11 está específicamente destinado a comunicaciones directas y no es apropiado para comunicaciones basadas en clústeres. Por lo tanto, se propone un nuevo mecanismo de retroceso basado en el tamaño del clúster para optimizar el rendimiento. Se presenta un estudio analítico utilizando el modelo de cadena de Markov para explorar el rendimiento del mecanismo propuesto. El estudio tiene en cuenta los canales de desvanecimiento Nakagami-m. Se consideran los parámetros que influyen en el rendimiento y se obtienen las relaciones entre estos parámetros, así como métricas de rendimiento como el rendimiento, la tasa de pérdida de paquetes, la probabilidad de interrupción y el retraso. Además, se proporcionan resultados de simulación que verifican los estudios analíticos. También se presenta una comparación cuantitativa con los métodos actuales basados en clústeres. Los resultados de la simulación muestran que la técnica sugerida mejora el rendimiento del sistema y cumple con la restricción de retraso del mensaje de seguridad de 100 ms.