FANET management process simulation at the deployment and operation stage

• Published in: Technology audit and production reserves (Online) Vol. 5; no. 2(73); pp. 40 - 47
• Main Authors: Bieliakov, Robert, Fesenko, Oleksii
• Format: Journal Article
• Language: English
• Published: 30.10.2023
• ISSN: 2664-9969; 2706-5448
• DOI: 10.15587/2706-5448.2023.290033

The object of the study is the process of managing the air network of air communication platforms of the FANET class (Flying Ad-Hoc Network), which is a component of the ground-air communication network, and which is performed on rotary unmanned aerial vehicles (UAVs) of the mini class, at the stage of deployment and operational management. The scientific research is aimed at the managing process formalization of aerial communication platforms of the air communication network in the implementation of two classes of management tasks – the class of traffic management tasks and the class of communication tasks. The analysis of this subject area showed that the management tasks at the stage of deployment and operational management of the air subnet are a multi-parameter optimization task and require the formation of control solutions at the OSI physical, channel and network levels, open systems interaction model. Tasks related to the adaptive management of radio coverage in zones (geographic areas of the area), including the clustering of terrestrial subscribers (communication nodes), were not considered, and relate to processes at the transport and application levels. At the same time, the article shows the mathematical apparatus of the approach to the compensation of the deviations of the trajectory of an unmanned aerial vehicle (UAV) in the conditions of a directional obstacle, which will allow the formation of control solutions for adaptive control, directional patterns at the output of the transmission path. Such compensation is carried out using methods of algorithmic exchange of probes (messages) between the mobile base station and communication platforms with a certain periodicity – solutions at the channel and network levels, as well as the use of Multi User MIMO technologies. This technology allows for information exchange with several client devices at the same time, and not sequentially, sending probes to several spacecraft on one channel, using several transmitting and receiving antennas, and the calculation of channel coefficients allows to estimate the azimuthal angle of deviation and the angle of elevation. Об’єктом дослідження є процес керування повітряною мережею комунікаційних аероплатформ класу FANET (Flying Ad-Hoc Network), що є складовою наземно-повітряної комунікаційної мережі, і виконаної на безпілотних літальних апаратах (БПЛА) роторного типу класу міні, на етапі розгортання та оперативного управління. Дослідження направлене на формалізацію процесу управління комунікаційними аероплатформами повітряної комунікаційної мережі під час реалізації задач управління двох класів – класу задач управління переміщенням та класу комунікаційних задач. Проведений аналіз даної предметної області показав, що задачі управління на етапі розгортання та оперативного управління повітряною підмережою являють собою багатопараметричну оптимізаційну задачу, і вимагають формування управляючих рішень на фізичному, канальному та мережевому рівні моделі взаємодії відкритих систем OSI. Задачі, що пов’язані із адаптивним управлінням радіопокриття в зонах (географічних районах місцевості), в тому числі кластеризації наземних абонентів (комунікаційних вузлів) не розглядались, і стосуються процесів на транспортному та прикладному рівнях. Разом з тим, в роботі показано математичний апарат підходу компенсації відхилень траєкторії польоту КА (БПЛА) в умовах направлених завад, при цьому це дозволить сформувати управляючі рішення для адаптивного управління діаграмою направленості на виході передаючого тракту. Така компенсація здійснюється за рахунок прийомів алгоритмічного обміну зондами (повідомленнями) між мобільною базовою станцією та комунікаційними аероплатформами з певною періодичністю – рішення на канальному та мережевому рівні, та використання технологій Multi User MIMO. Ця технологія дозволяє забезпечити інформаційний обмін з кількома клієнтськими пристроями одночасно, а не послідовно, шляхом відправки зондів до кількох КА по одному каналу, використовуючи кілька передавальних та приймальних антен, а розрахунок канальних коефіцієнтів дозволяє здійснити оцінку азимутального та елеваційного кутів відхилення.