Límites de Latencia Informados por Medición para la Coordinación de Enjambres de UAV en Tiempo Real
Autores: Vera-Amaro, Rodolfo; Luviano-Juárez, Alberto; Rivero-Ángeles, Mario E.; Márquez-González, Diego; Suárez-Ángeles, Danna P.
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2026
Acceso abierto
Artículo científico
2026
Límites de Latencia Informados por Medición para la Coordinación de Enjambres de UAV en Tiempo Real
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Robótica
Palabras clave
Latencia de comunicación
Vehículo aéreo no tripulado
Enjambres de UAV
Control de formación
Comunicación entre UAV
Modelo de retraso estocástico
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
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La latencia de comunicación es uno de los principales factores que limita la escalabilidad práctica de los enjambres de vehículos aéreos no tripulados (UAV) que operan con control de formación distribuido. En misiones de UAV en tiempo real, como la navegación coordinada de enjambres, la inspección autónoma y el monitoreo aéreo, el intercambio de información retrasado afecta directamente la estabilidad de la formación y la seguridad operativa. En redes aéreas prácticas, la latencia de comunicación entre UAV se ve influenciada por efectos estocásticos que incluyen jitter, retrasos por ráfagas y propagación de múltiples saltos, que rara vez se capturan con las suposiciones de retraso determinista simplificadas comúnmente adoptadas en estudios analíticos de control de formación. Este documento introduce un modelo de retraso estocástico informado por mediciones y un marco de viabilidad de retraso de control de comunicación que tiene en cuenta conjuntamente el comportamiento de latencia por enlace, la acumulación de retrasos por múltiples saltos y la tolerancia al retraso a nivel de controlador. El marco propuesto se evalúa utilizando un controlador de formación basado en un campo potencial de distancia atractiva-repulsa (ARD-PF), para el cual se cuantifica el retraso máximo admisible de extremo a extremo como una función del tamaño del enjambre y la separación entre UAV. El modelo de retraso se calibra y valida utilizando más de 15,000 muestras de retraso de comunicación en vuelo recolectadas de una plataforma multi-UAV LoRa que opera bajo condiciones de vuelo realistas. Los resultados muestran que diferentes mecanismos limitan la operación del enjambre bajo diferentes escenarios operativos. En algunas configuraciones, la latencia de comunicación estocástica se convierte en la restricción dominante, mientras que en otras, la geometría de la formación o la carga de la red determinan la región operativa factible. Basado en estos elementos, el marco propuesto caracteriza las regiones operativas viables en términos de retraso y predice el tamaño máximo factible del enjambre bajo control de formación distribuido y latencia de comunicación de múltiples saltos realista.
Descripción
La latencia de comunicación es uno de los principales factores que limita la escalabilidad práctica de los enjambres de vehículos aéreos no tripulados (UAV) que operan con control de formación distribuido. En misiones de UAV en tiempo real, como la navegación coordinada de enjambres, la inspección autónoma y el monitoreo aéreo, el intercambio de información retrasado afecta directamente la estabilidad de la formación y la seguridad operativa. En redes aéreas prácticas, la latencia de comunicación entre UAV se ve influenciada por efectos estocásticos que incluyen jitter, retrasos por ráfagas y propagación de múltiples saltos, que rara vez se capturan con las suposiciones de retraso determinista simplificadas comúnmente adoptadas en estudios analíticos de control de formación. Este documento introduce un modelo de retraso estocástico informado por mediciones y un marco de viabilidad de retraso de control de comunicación que tiene en cuenta conjuntamente el comportamiento de latencia por enlace, la acumulación de retrasos por múltiples saltos y la tolerancia al retraso a nivel de controlador. El marco propuesto se evalúa utilizando un controlador de formación basado en un campo potencial de distancia atractiva-repulsa (ARD-PF), para el cual se cuantifica el retraso máximo admisible de extremo a extremo como una función del tamaño del enjambre y la separación entre UAV. El modelo de retraso se calibra y valida utilizando más de 15,000 muestras de retraso de comunicación en vuelo recolectadas de una plataforma multi-UAV LoRa que opera bajo condiciones de vuelo realistas. Los resultados muestran que diferentes mecanismos limitan la operación del enjambre bajo diferentes escenarios operativos. En algunas configuraciones, la latencia de comunicación estocástica se convierte en la restricción dominante, mientras que en otras, la geometría de la formación o la carga de la red determinan la región operativa factible. Basado en estos elementos, el marco propuesto caracteriza las regiones operativas viables en términos de retraso y predice el tamaño máximo factible del enjambre bajo control de formación distribuido y latencia de comunicación de múltiples saltos realista.