PT Unknown
AU Simon Dr.-Ing., T
TI A Self-Organized Unmanned Aerial Message Ferrying System
PD March
PY 2015
WP https://www.db-thueringen.de/receive/dbt_mods_00025692
LA en
DE UAV; Self-Organization; Networks; Communications
AB Message Ferrying mit kontrollierter Mobilität ist ein vielversprechender
Ansatz zur effizienten und autonomen Erzeugung transienter Konnektivität
zwischen ansonsten nicht verbundenen Netzwerkknoten. Das Ziel dieser Arbeit
ist es, einen selbstorganisierten Algorithmus zur Mobilitätssteuerung
einer UAV-basierten Datenfähre ohne Long-Range Signalisierung zu
entwickeln und in einem realen System zu demonstrieren. Die Fähre kann
durch den Nachrichtenaustausch mit einem Knoten lokales Wissen erwerben und
entscheiden, welcher der nächste zu besuchende Knoten ist. Das als
Grundlage für diese Arbeit entwickelte Systemmodell reduziert die
Komplexität des Zustandsraumes eines Message Ferrying Netzes, indem
Zustandsübergänge nur nach einem Kontakt zwischen Knoten und Fähre
entstehen können. Hierdurch wird ermöglicht, die optimale obere Grenze
für die Leistungsfähigkeit der Fähre zu identifizieren. Basierend auf
diesen Untersuchungen schlägt diese Arbeit einen selbstorganisierten
Algorithmus namens SOFCOM (Self-Organized Ferrying using Controlled
Mobility) zur Fähren-Entscheidungsfindung vor. SOFCOM erlaubt nicht nur
einen effizienten Transport gleichberechtigter Nachrichten, sondern auch
eine feingranuläre Berücksichtigung von Nachrichten- und
Knotenprioritäten. Im Vergleich zu TSP-basierten Ansätzen zeigt sich,
dass SOFCOM eine geringere durchschnittliche Nachrichtenverzögerung
erzielen kann, obwohl nur lokale Entscheidungen getroffen werden.
Detaillierte Untersuchungen der Fährentrajektorien liefern Aufschluss
über emergente Eigenschaften des Algorithmus, wie z.B. die Imitation
zyklischer Routen, Fairness beim Knotenbesuch, Reaktion auf Lastumschaltung
und implizite Koordination mehrerer Fähren. Zur Validierung von SOFCOM im
Außeneinsatz präsentiert diese Arbeit ein Testsystem namens SOFAR
(Self-Organized Ferrying using Airborne Robots), welches aus 5 Netbooks und
einem UAV besteht. Die zugrundeliegende UAV Plattform namens ARCADE
(Airborne Robot for Communication and Autonomy in Disaster Environments)
verfügt über eine universelle, Linux-basierte Softwarearchitektur, die
eine Implementierung verschiedener Funktionen in getrennten Adressräumen
und auf verschiedenen CPU-Cores erlaubt. Outdoor-Experimente mit SOFAR
zeigen, dass die reale Leistungsfähigkeit den Simulationsergebnissen
vergleichbar nahe kommt, wobei Modellungenauigkeiten berücksichtig werden
müssen.
ER