АЛГОРИТМИ ПОБУДОВИ ТРАЄКТОРІЇ КОМУНІКАЦІЙНОЇ АЕРОПЛАТФОРМИ ДЛЯ ЗБОРУ ДАНИХ З ВУЗЛІВ БЕЗПРОВОДОВОЇ СЕНСОРНОЇ МЕРЕЖІ

Автор(и)

  • В. А. Романюк Військовий інститут телекомунікацій та інформатизації імені Героїв Крут
  • А. Г. Гримуд Національний університет оборони України

DOI:

https://doi.org/10.58254/viti.6.2024.15.186

Ключові слова:

безпроводна сенсорна мережа, комунікаційна аероплатформа, збір даних, траєкторія польоту, алгоритми побудови траєкторії

Анотація

Пропонується рішення задачі побудови траєкторії польоту комунікаційної аероплатформи для збору
даних моніторингу з вузлів незв’язної безпроводової сенсорної мережі великої розмірності для досягнення різних
цільових функцій: мінімізація часу збору або максимізація часу функціонування мережі. Задача вирішується
послідовно за застосуванням визначеної послідовності алгоритмів: кластеризації, пошуку найкоротшого шляху
та його корегування за визначеними евристиками. Отримання допустимих рішень в реальному часі базується на
застосуванні множини розроблених алгоритмів (евристик), які враховують взаємне розташування вузлів,
наявність енергії їх батарей та об’єм трафіка моніторингу. Для оцінки ефективності застосування алгоритмів
побудови траєкторії польоту та збору даних розроблена відповідна імітаційна модель. Отримані залежності
показників ефективності (час збору даних, витрати енергії батарей, час функціонування мережі) на множині
алгоритмів побудови траєкторії збору даних комунікаційною аероплатформою при різних вхідних даних.
Результати імітаційного моделювання довели можливість зменшення часу збору даних до 20 % або підвищення
часу функціонування мережі до 15 % порівняно з існуючими рішеннями.

 

Посилання:

  1. Amodu, O.A.; Nordin, R.; Jarray, C.; Bukar, U.A.; Raja Mahmood, R.A.; Othman, M. A Survey on
    the Design Aspects and Opportunities in Age-Aware UAV-Aided Data Collection for Sensor Networks and
    Internet of Things Applications. Drones 2023, 7, 260. URL: https://doi.org/10.3390/ drones7040260.
    2. Minh T. Nguyen, Cuong V. Nguyen, Hai T. Do, Hoang T. Hua, Thang A. Tran, An D. Nguyen,
    Guido Ala, and Fabio Viola. (2021). UAV-Assisted Data Collection in Wireless Sensor Networks:
    A Comprehensive Survey. Electronics. 10, 2603. DOI: 10.3390/electronics10212603.
    3. Imad Jawhar, Nader Mohamed, Jameela Al-Jarood (2015) UAV-based data communication in
    wireless sensor networks: Models and Strategies. International Conference on Unmanned Aircraft Systems
    (ICUAS). DOI: 10.1109/ICUAS.2015.7152351.
    4. V. Romaniuk, O. Lysenko, A. Romaniuk, O. Zhuk (2020). Increasing the efficiency of data
    gathering in clustered wireless sensor networks using UAV. Information and Telecommunication Sciences,
    11 (1), 102–107. DOI: 10.20535/2411-2976.12020.102-107.
    5. Zhiqing Wei, Mingyue Zhu, Ning Zhang, Lin Wang (2022). Zhiyong Feng UAV Assisted Data
    Collection for Internet of Things: A Survey. IEEE Internet of Things Journal 9(17): 1-1,
    DOI:10.1109/JIOT.2022.3176903.
    6. Sarmad Rashedand Mujdat Soyturk (2017). Analyzing the Effects of UAV Mobility Patterns on Data
    Collection in Wireless Sensor Networks Sensors. 17, 413. DOI: 10.3390/s17020413.
    7. Weihuang Huang, Jeffrey Xu Yu. (2017). Investigating TSP Heuristics for Location-Based Services
    Data Sci. Eng. 2: 71–93. DOI: 10.1007/s41019-016-0030-0.
    8. Helsgaun K. (2017). An Extension of the Lin-Kernighan-Helsgaun TSP Solver for Constrained
    Traveling Salesman and Vehicle Routing Problems; Roskilde University: Roskilde, Denmark.
    DOI:10.13140/RG.2.2.25569.40807.
    9. Hahsler M., Hornik, K. (2007). TSP – Infrastructure for the traveling salesperson problem. J. Stat.
    Softw., 23, 1–21.
    10. Wu Yue, Zhu Jiang (2018). Path Planning for UAV to Collect Sensors Data Based on Spiral
    Decomposition. Procedia Computer Science 131, 873–879. DOI: 10.1016/j.procs.2018.04.29.
    11. Chengliang W, Jun-hui Y (2015). Path Planning for UAV to Collect Sensor Data in Large-Scale
    WSNs. Transaction of Beijing Institute of Technology; 35: 1044–1049. DOI: 10.1016/j.procs.2018.04.291.
    12. Kumar Nitesh, Prasanta K. Jana (2019). Convex hull based trajectory design for mobile sink in
    wireless sensor networks/International Journal of Ad Hoc and Ubiquitous Computing 30 (1): 26.
    DOI: 10.1504/IJAHUC.2019.097092.
    13. Q. F., Yu W., Xiao K., Liu C., Liu W. (2022). Trajectory generation and optimization using the
    mutual learning and adaptive colony algorithm in uneven environments. Appl. Sci., 12, 4629.
    URL: https://doi.org/10.3390/app12094629.
    14. Katoch S., Chauhan S.S., Kumar V. (2021). A review on genetic algorithm: past, present, and future.
    Multimed. Tools Appl., 80, 8091–8126. DOI: 10.1007/s11042-020-10139-6.
    15. Emambocus B.A.S., Jasser M.B., Hamzah M., Mustapha A., Amphawan A. (2021). An enhanced
    swap sequence-based particle swarm optimization algorithm to Solve TSP. IEEE Access, 9, 164820–164836.
    DOI: 10.1109/ACCESS.2021.3133493.
    16. Haider S.K., Jiang A., Almogren A., Rehman A.U., Ahmed A., Khan W.U., Hamam H. (2021).
    Energy Efficient UAV Flight Path Model for Cluster Head Selection in Next-Generation Wireless Sensor
    Networks. Sensors., 21, 8445. URL: https://doi.org/10.3390/s21248445.
    17. Josiane da Costa Vieira Rezende, RoneIlídio da Silva and Marcone Jamilson Freitas Souza. (2020).
    Gathering Big Data in Wireless Sensor Networks by Drone. Sensors, 20, 6954. DOI: 10.3390/s20236954.
    18. Dac-Tu Ho, EstenIngar Grotli, and Tor Arne Johansen (2013). Heuristic Algorithm and Cooperative
    Relay for Energy Efficient Data Collection with a UAV and WSN. International Conference Computing,
    Management and Telecommunications (ComManTel). DOI: 10.1109/ComManTel.2013.6482418.
    19. Cariou, C., Moiroux-Arvis, L., Pinet, F., Chanet, J.-P. (2023). Evolutionary Algorithm with
    Geometrical Heuristics for Solving the Close Enough Traveling Salesman Problem: Application to the
    Trajectory Planning of an Unmanned Aerial Vehicle. Algorithms, 16, 44. URL:
    https://doi.org/10.3390/a16010044.
    20. Nguyen, K. K., Duong, T. Q., Do-Duy, T., Claussen, H., & Hanzo, L. (2022). 3D UAV Trajectory
    and Data Collection Optimization via Deep Reinforcement Learning. IEEE Transactions on Communications.
    DOI: 10.1109/TCOMM.2022.3148364
    21. Hrymud A., Romaniuk V. (2023). A model of situational control of the telecommunication aerial
    platform flight trajectory to collect data from nodes of a wireless sensor network. Communication,
    informatization and cyber-security systems and technologies, № 3. p. 88–100. DOI:
    10.58254/viti.3.2023.12.101.
MITIT_6_15

##submission.downloads##

Опубліковано

2024-12-12