Децентралізований протокол зв’язку з локальним пріоритетом для малих груп безпілотних літальних апаратів

Автор(и)

  • Віктор Михайлович Синєглазов Державний університет «Київський авіаційний інститут» https://orcid.org/0000-0002-3297-9060
  • Денис Володимирович Таранов Державний університет «Київський авіаційний інститут»

DOI:

https://doi.org/10.18372/1990-5548.85.20430

Ключові слова:

рої безпілотних літальних апаратів, децентралізований протокол зв'язку, контроль доступу до середовища, доступ з локальним пріоритетом, імовірнісне проріджування, керування за допомогою токенів, розподілений максимальний консенсус, вибір сусідів, координація, що запускається подіями, спеціальні мережі, що літають з декількома вузлами, обмін керуючими повідомленнями з низькою затримкою

Анотація

У статті запропоновано децентралізований протокол взаємодії для малих роїв безпілотних літальних апаратів, що забезпечує пріоритезований доступ до керуючого каналу за обмежених радіоресурсів. Підхід ґрунтується на локальному відборі за пріоритетом (строгий максимум у околі вершини заданого радіуса), відображенні агент слот із ротацією сіду для довгострокової справедливості, імовірнісному розрідженні всередині. Така комбінація керує навантаженням у математичному сподіванні, знижує імовірність колізій і забезпечує малу затримку доставки пріоритетних керуючих повідомлень без центрального диспетчера. Результати моделювання для рою з дванадцяти апаратів та трьох слотів на епоху демонструють збільшення корисної пропускної здатності (понад у п’ять разів у порівнянні з базовою подієвою схемою), медіану затримки на рівні однієї епохи та частку колізій на рівні базового підходу при істотно вищій кількості успішних передавань. Запропонований протокол є сумісним із типовим комплексом технічних засобів рою та може слугувати комунікаційно-керуючим шаром для різних стратегій координації польоту.

Біографії авторів

Віктор Михайлович Синєглазов , Державний університет «Київський авіаційний інститут»

Доктор технічних наук

Професор

Завідувач кафедрою авіаційних комп’ютерно-інтегрованих комплексів

Факультет аеронавігації, електроніки і телекомунікацій

Денис Володимирович Таранов , Державний університет «Київський авіаційний інститут»

Aспірант

Кафедра авіаційних комп’ютерно-інтегрованих комплексів

Факультет аеронавігації, електроніки та телекомунікацій

Посилання

Yihang Dou, Guansheng Xing, and Aohua Ma. “A review of event-triggered consensus control in multi-agent systems,” Journal of Control and Decision, pp. 1–23, Received 08 Jan 2024, Accepted 01 Aug 2024, Published online: 11 Aug 2024. https://doi.org/10.1080/23307706.2024.2388551.

Meilin Li, Yue Long, Tieshan Li, Hongjing Liang, C. L. Philip Chen, “Dynamic event-triggered consensus control for input-constrained multi-agent systems with a designable minimum inter-event time,” IEEE/CAA Journal of Automatica Sinica, 11(3), 649–660, 2024. https://doi.org/10.1109/JAS.2023.123582.

T. Xu, Z. Duan, G. Wen, and Z. Sun, “A novel dynamic event-triggered mechanism for dynamic average consensus,” Automatica, 161, 111495, 2024. https://doi.org/10.1016/j.automatica.2023.111495.

K. Liu, W. Wang, C. P. Chen, and H. Li, “Dynamic event-triggered consensus of multi-agent systems under directed topology,” International Journal of Robust and Nonlinear Control, 33(15), 8347–8364, 2023. https://doi.org/10.1002/rnc.6610.

X. Wang, Z. Yang, W. Ren, and Y. Wang, “Event-triggered consensus control of heterogeneous leader/follower multi-agent systems,” Science China Information Sciences, 66, 232201, 2023. https://doi.org/10.1007/s11432-022-3683-y.

W. Su, S. Zhang, and Y. Song, “Event-triggered leader-follower bipartite consensus control under DoS attacks,” Science China Information Sciences, 2025. https://doi.org/10.1007/s11432-024-4148-7.

R. Alligier, P. Flocchini, and N. Kezibri, “Dual-Horizon Reciprocal Collision Avoidance for aircraft and UAS,” Journal of Intelligent & Robotic Systems, 109, 52, 2023. https://doi.org/10.1007/s10846-022-01782-2.

R. Alligier, P. Flocchini, and N. Kezibri, “Dual-Horizon Reciprocal Collision Avoidance for aircraft and UAS,” Journal of Intelligent & Robotic Systems, 109, 52, 2023. https://doi.org/10.1007/s10846-022-01782-2.

D. Clérigues, N. Salvat-Salvat, A. Garcia-Santiago, and A. Garcia-Saavedra, “Enabling resilient UAV swarms through multi-hop wireless communications,” EURASIP Journal on Wireless Communications and Networking, 109, 2024. https://doi.org/10.1186/s13638-024-02373-5.

J. Wu, X. Zhang, Z. Wang, et al., “MAC Optimization Protocol for Cooperative UAV Based on Energy Consumption and Delay Constraints,” IEEE Transactions on Mobile Computing, 23(10), 2024. https://doi.org/10.1109/TMC.2024.3372253.

M. Hosseinzadeh, A. Shahbahrami, and E. Nematbakhsh, “A local filtering-based energy-aware routing scheme in FANETs,” Scientific Reports, 14, 16033, 2024. https://doi.org/10.1038/s41598-024-68471-y.

B. M. M. El-Basioni, Y. M. Wazery, A. A. Wahdan, et al., “Intensive study, tuning and modification of reactive routing in FANETs,” Scientific Reports, 14, 22803, 2024. https://doi.org/10.1038/s41598-024-72983-y

R. Wang, D. Li, H. Liu, et al., “Rapid Initialization Method of UAV Swarm Relative Localization in GNSS-denied Scenarios,” Drones, 8(7), 339, 2024. https://doi.org/10.3390/drones8070339.

Q. Yang, H. Wang, Y., et al., “Enhanced Cooperative Relative Localization Using UWB–VIO Fusion Measurements,” Proceedings of the ACM (Intl. conf.), 2025. https://doi.org/10.1145/3704558.3707111.

F. Pasandideh, P. Azmi, and A. Akbari, “A systematic literature review of flying ad hoc networks: recent challenges, open issues and future trends,” Journal of Field Robotics, 40(8), 1533–1563, 2023. https://doi.org/10.1002/rob.22157.

Y. Alqudsi and M. Makaraci, “UAV swarms: research, challenges, and future directions,” Journal of Engineering and Applied Science, 72, 12, 2025. https://doi.org/10.1186/s44147-025-00582-3.

M. Cuong Tho, et al., “QLR-FANET: A Q-learning and rate-control-based routing protocol,” ETRI Journal, 2024. https://doi.org/10.4218/etrij.2024-0298.

Q. Sun, L. Zhang, and X. Zhu, “Switching MAC Protocols for UAV Networks in a Tactical Scenario,” Proc. IEEE VTC-Spring 2024, 2024. https://doi.org/10.1109/VTC2024-Spring62846.2024.10683278.

F. Paredes-Valles, et al., “U-SMART: unified swarm management and resource tracking for resilient UAV swarms,” Digital Signal Processing and Applications, 2024. https://doi.org/10.1139/dsa-2024-0007.

Y. Zhang, Z. Hu, Z. Wang, X. Wen, and Z. Lu, “Survivability analysis of UAV network based on dynamic weighted clustering with dual cluster heads,” Electronics, 12(7), 1743, 2023. https://doi.org/10.3390/electronics12071743.

W. D. Paredes, et al., “LoRa in FANETs–survey (PubMed entry confirming DOI),” Sensors, 23(5), 2403, 2023. https://doi.org/10.3390/s23052403

ACM Computing Surveys (2025). A Survey on Security of UAV Swarm Networks: Attacks and Countermeasures. https://doi.org/10.1145/3703625.

##submission.downloads##

Опубліковано

2025-09-29

Номер

Том 3 № 85 (2025)

Розділ

АВТОМАТИЗАЦІЯ ТА КОМП’ЮТЕРНО-ІНТЕГРОВАНІ ТЕХНОЛОГІЇ

Ліцензія

Authors who publish with this journal agree to the following terms:

Authors retain copyright and grant the journal right of first publication with the work simultaneously licensed under a Creative Commons Attribution License that allows others to share the work with an acknowledgement of the work's authorship and initial publication in this journal.

Authors are able to enter into separate, additional contractual arrangements for the non-exclusive distribution of the journal's published version of the work (e.g., post it to an institutional repository or publish it in a book), with an acknowledgement of its initial publication in this journal.

Authors are permitted and encouraged to post their work online (e.g., in institutional repositories or on their website) prior to and during the submission process, as it can lead to productive exchanges, as well as earlier and greater citation of published work (See The Effect of Open Access).