Ανάπτυξη Δυναμικών Δικτύων Μετάδοσης Δεδομένων από μη επανδρωμένα ιπτάμενα οχήματα UAVs

Abstract

Στη παρούσα διπλωματική εργασία μελετήθηκε η χρήση των μη επανδρωμένων ιπτάμενων οχημάτων – Unmanned Aerial Vehicles (UAVs) ως κόμβοι μετάδοσης, για την ανάπτυξη δυναμικών δικτύων μετάδοσης δεδομένων. Τα UAVs αποτελούν σύγχρονες πτητικές συσκευές μικρής ή μεγάλης κλίμακας, οι οποίες μπορούν να κινηθούν με ακρίβεια στον τρισδιάστατο χώρο. Οι εφαρμογές που έχουν βασιστεί στη χρήση των UAVs, είναι πολλές και επεκτείνονται ραγδαία στην καθημερινότητα με τη συνεχή πρόοδο της επιστήμης. Η χρήση τους για την ανάπτυξη δυναμικών (ad-hoc) δικτύων αποτελεί μία αρκετά υποσχόμενη εφαρμογή τους, η οποία θα επιλύσει πολλά προβλήματα κάλυψης δικτύων μετάδοσης, ειδικότερα σε περιοχές οι οποίες είναι απομονωμένες ή η ανάπτυξη σταθερών δικτύων είναι δαπανηρή. Η διασύνδεση των UAVs μεταξύ τους, απαιτεί τη χρήση έτοιμων πρωτοκόλλων διασύνδεσης, που κυρίως βασίζονται στις τεχνολογίες ασύρματης δικτύωσης. Τα χαρακτηριστικά αυτών των πρωτοκόλλων αφορούν κυρίως σε σταθερούς σταθμούς βάσης και κατά συνέπεια δυσκολεύονται να ακολουθήσουν τις απαιτήσεις των δυναμικών δικτύων. Η διασύνδεση των UAVs μεταξύ τους σχηματίζει δυναμικά ιπτάμενα ad-hoc δίκτυα – FANETs. Οι αρχιτεκτονικές διασύνδεσης μεταξύ των μελών UAVs του σμήνους, κάνουν χρήση των παραδοσιακών τεχνολογιών που έχουν μελετηθεί και για τα επίγεια δίκτυα. Στα πλαίσια της παρούσας διπλωματικής εργασίας παρουσιάσθηκε η ακόλουθη πληροφορία: Στο Κεφάλαιο 1 παρουσιάσθηκε μία εισαγωγή για τα UAVs καθώς και για τις εφαρμογές τους. Επιπλέον, τέθηκαν όλα τα ανοικτά θέματα που αφορούν την διασύνδεση τους, και οι προσφερόμενες τεχνολογίες για την κάλυψη τους. Στο Κεφάλαιο 2 παρουσιάσθηκαν οι αρχιτεκτονικές συγκρότησης των ad-hoc δικτύων FANETs. Διερευνήθηκαν οι αρχιτεκτονικές και οι τεχνολογίες διασύνδεσης με χρήση των κλασικών πρωτοκόλλων ασύρματης τεχνολογίας. Εναλλακτικά παρουσιάσθηκαν διασυνδέσεις με τεχνολογίες δορυφόρων καθώς και τα πιο εξελιγμένα πρωτόκολλα 802.11x. Η διασύνδεση αντιμετωπίζει προβλήματα μέσω των τεχνολογιών Wi-Fi, οπότε προτείνεται η χρήση και εναλλακτικών τύπων διαμορφώσεων, όπως η διαμόρφωση LoRa. Πρόκειται για μία διαμόρφωση εξαπλωμένου φάσματος, με χρήση ορθογωνικών κωδίκων, η οποία επιτρέπει την ταυτόχρονη μετάδοση και λήψη πολλαπλών πακέτων, μειώνοντας τις ενεργειακές απαιτήσεις των πομποδεκτών, καθώς και τις παρεμβολές μεταξύ τους. Στο Κεφάλαιο 3 παρουσιάσθηκαν πειραματικές μετρήσεις από μικρής κλίμακας δίκτυα FANETs, κάνοντας χρήση αρχιτεκτονικών κόμβου με χρήση τεχνολογιών διασύνδεσης Wi-Fi. Τέλος στο Κεφάλαιο 4 παρουσιάσθηκαν τα γενικά συμπεράσματα από τη μελέτη, καθώς και η μελλοντική συνδρομή διαφόρων κλάδων των επιστημών για την μετεξέλιξη της διασυνδεσιμότητας και κάλυψης από τα FANETs.