Моделювання трафіку в каналі зв'язку дистанційно пілотованої повітряної системи

Автор(и)

  • Andrii Grekhov Національний авіаційний університет
  • Svitlana Ilnytska Національний авіаційний університет; Університет Веньчжоу, Китай
  • Vasyl Kondratiuk Національний авіаційний університет

DOI:

https://doi.org/10.18372/2306-1472.85.15134

Ключові слова:

дистанційно пілотована повітряна система, канал зв'язку, трафік даних, дрон, розмір транзакції, час між транзакціями, час передачі, частота бітових помилок, пропускна здатність, відкинуті пакети, закон статистичного розподілу

Анотація

Дане дослідження присвячене отриманню характеристик трафіку каналу зв'язку між дистанційно пілотованих літальних апаратом і базовою станцією, модель якого створена в професійному програмному забезпеченні NetCracker. Були проаналізовані залежності втрачених пакетів, часу проходження повідомлення і середнього використання каналу в залежності від розміру транзакції, пропускної здатності каналу і частоти помилок по бітам для різних законів розподілу часу між транзакціями. Було відмічено, що при меншому часі між транзакціями може передаватися менший розмір транзакції, що вірно для усіх розподілів. Але найнижчий відсоток втрати пакетів спостерігається для логнормального розподілу. Крім того, було відмічено, що час передачі повідомлення не залежить від значення параметра «час між транзакціями» з експоненціальним або логарифмічним законами розподілу, що не є правдою для константного закону. Завантаження хаба не перевищує ≈ 20% для всіх типів розподілу з часом між передачею транзакціями в 1 с. Проте, максимальний розмір транзакції для логнормального закону в десять разів більше, ніж для інших законів. Час передачі транзакції зменшується зі збільшенням швидкості передачі і для смуги пропускання Т3 складає приблизно 0,5 с для всіх розглянутих типів розподілів. Однак найменший відсоток втрати пакетів і використання каналу спостерігається для логнормального закону. Час передачі повідомлення не перевищує 1 с для низьких значень частоти помилок по бітам для всіх розподілів часу між транзакціями. Такий чисельний аналіз дозволяє нам налаштовувати і змінювати параметри трафіку, спостерігаючи за результатами при заданих режимах передачі.

Біографії авторів

Andrii Grekhov, Національний авіаційний університет

Doctor of Physical and Mathematical Sciences, Professor, National Aviation University. Education: Kyiv State T. Shevchenko University (1973). Research area: surveillance, ADS-B systems, telecommunications, computer modeling.

Svitlana Ilnytska, Національний авіаційний університет; Університет Веньчжоу, Китай

Ph.D, Senior Researcher in the Institute of Laser and Optoelectronics Intelligent Manufacturing, Wenzhou University (China). Education: National Aviation University (2007) Research area: computer modelling, integrated satellite-inertial navigation systems, unmanned aerial vehicles, global navigation satellite systems, aviation, performance-based navigation (PBN), UAV communication channels, space-air-ground integrated systems, experimental techniques.

Vasyl Kondratiuk, Національний авіаційний університет

Director of Research and Training Centre "Aerospace Centre", National Aviation University. Education: Kyiv Polytechnic Institute (1985). Research area: global navigation satellite systems, unmanned aerial vehicles, aviation, performance-based navigation (PBN), experimental techniques.

Посилання

Yan, C., Fu, L., Zhang, J., & Wang, J. (2019). A Comprehensive Survey on UAV Communication Channel Modeling. IEEE Access, 7, pp. 107769–107792. https://doi.org/10.1109/ACCESS.2019.2933173

Khuwaja, A. A., Chen, Y., Zhao, N., Alouini, M. S., & Dobbins, P. (2018). A survey of channel modeling for uav communications. IEEE Communications Surveys and Tutorials, 20(4), pp 2804–2821. https://doi.org/10.1109/COMST.2018.2856587

Khawaja, W., Guvenc, I., Matolak, D. W., Fiebig, U., & Schneckenburger, N. (2019). A Survey of Air-to-Ground Propagation Channel Modeling for Unmanned Aerial Vehicles. IEEE Communications Surveys & Tutorials, 21(3), pp. 2361–2391. https://doi.org/10.1109/COMST.2019.2915069

Cao, X., Yang, P., Alzenad, M., Xi, X., Wu, D., & Yanikomeroglu, H. (2018). Airborne communication networks: A survey. In IEEE Journal on Selected Areas in Communications (Vol. 36, Issue 9, pp. 1907–1926). https://doi.org/10.1109/JSAC.2018.2864423

Li, B., Fei, Z., & Zhang, Y. (2019). UAV Communications for 5G and Beyond: Recent Advances and Future Trends. IEEE Internet of Things Journal, 6(2), pp. 2241–2263. https://doi.org/10.1109/JIOT.2018.2887086

Mozaffari, M., Saad, W., Bennis, M., Nam, Y. H., & Debbah, M. (2019). A Tutorial on UAVs for Wireless Networks: Applications, Challenges, and Open Problems. IEEE Communications Surveys and Tutorials, 21(3), pp. 2334–2360. https://doi.org/10.1109/COMST.2019.2902862

Vinogradov, E., Sallouha, H., De Bast, S., Azari, M. M., & Pollin, S. (2018). Tutorial on UAVs: A blue sky view on wireless communication. In Journal of Mobile Multimedia (Vol. 14, Issue 4, pp. 395–468). https://doi.org/10.13052/jmm1550-4646.1443

Sharma, V. (2019). Advances in Drone Communications, State-of-the-Art and Architectures. Drones, 3(1), 21 p. https://doi.org/10.3390/drones3010021

Shi, W., Li, J., Xu, W., Zhou, H., Zhang, N., Zhang, S., & Shen, X. (2018). Multiple drone-cell deployment analyses and optimization in drone assisted radio access networks. IEEE Access, 6, pp. 12518–12529. https://doi.org/10.1109/ACCESS.2018.2803788

Catherwood, P. A., Black, B., Mohamed,

E. B., Cheema, A. A., Rafferty, J., & McLaughlin, J. A. D. (2019). Radio channel characterization of mid-band 5G service delivery for ultra-low altitude aerial base stations. IEEE Access, 7, pp. 8283–8299. https://doi.org/10.1109/ACCESS.2018.2885594

Marchese, M., Moheddine, A., & Patrone, F. (2019). IoT and UAV integration in 5G hybrid terrestrial-satellite networks. Sensors (Switzerland), 19(17), 3704 p. https://doi.org/10.3390/s19173704

Naqvi, S. A. R., Hassan, S. A., Pervaiz, H., & Ni, Q. (2018). Drone-Aided Communication as a Key Enabler for 5G and Resilient Public Safety Networks. IEEE Communications Magazine, 56(1), pp. 36–42. https://doi.org/10.1109/MCOM.2017.1700451

Al-Hourani, A., & Gomez, K. (2018). Modeling Cellular-to-UAV Path-Loss for Suburban Environments. IEEE Wireless Communications Letters, 7(1), pp. 82–85. https://doi.org/10.1109/LWC.2017.2755643

Amorim, R., Nguyen, H., Mogensen, P., Kovács, I. Z., Wigard, J., & Sørensen, T. B. (2017). Radio Channel Modeling for UAV Communication over Cellular Networks. IEEE Wireless Communications Letters, 6(4), pp. 514–517. https://doi.org/10.1109/LWC.2017.2710045

Fotouhi, A., Ding, M., & Hassan, M. (2018). Flying Drone Base Stations for Macro Hotspots. IEEE Access, 6, pp. 19530–19539. https://doi.org/10.1109/ACCESS.2018.2817799

Bithas, P. S., Michailidis, E. T., Nomikos, N., Vouyioukas, D., & Kanatas, A. G. (2019). A survey on machine-learning techniques for UAV-based communications. In Sensors (Switzerland) (Vol. 19, Issue 23, p. 5170). Multidisciplinary Digital Publishing Institute. https://doi.org/10.3390/s19235170

Kharchenko, V., Wang, B., Grekhov, A., & Leschenko, A. (2016). Modelling the satellite communication links with orthogonal frequency-division multiplexing. Transport, 31(1), pp. 22–28. https://doi.org/10.3846/16484142.2014.1003599

Grekhov, A. M. (2019). Recent Advances in Satellite Aeronautical Communications Modeling. IGI Global. https://doi.org/10.4018/978-1-5225-8214-4

Grekhov, Andriy, Kondratiuk, V., Ilnytska, S., Vyshnyakova, Y., Kondratiuk, M., & Trykoz, V. (2019). Satellite Traffic Simulation for RPAS Swarms. 2019 IEEE 5th International Conference Actual Problems of Unmanned Aerial Vehicles Developments, APUAVD 2019 - Proceedings, pp. 265–269. https://doi.org/10.1109/APUAVD47061.2019.8943881

Grekhov, Andrii, Kondratiuk, V., & Ilnitska, S. (2020). RPAS Satellite Communication Channel Based on Long-Term Evolution (LTE) Standard. Transport and Aerospace Engineering, 8(1), pp. 1–14. https://doi.org/10.2478/tae-2020-0001

A. Grekhov, V. Kondratiuk, S. Ilnytska. “RPAS Communication Channels Based on WCDMA 3GPP Standard”. Aviation, vol. 24, no. 1 (May 2020), pp. 42-49, doi:https://doi.org/10.3846/aviation.2020.12166.

S. I. Ilnytska, F. Li, A. Grekhov and V. Kondratiuk. (2020). "Loss Estimation for Network-Connected UAV/RPAS Communications," in IEEE Access, vol. 8, pp. 137702-137710, 2020, doi: 10.1109/ACCESS.2020.3011956.

Downloads

Як цитувати

Grekhov, A., Ilnytska, S., & Kondratiuk, V. (2020). Моделювання трафіку в каналі зв’язку дистанційно пілотованої повітряної системи. Вісник Національного авіаційного університету, 85(4), 21–29. https://doi.org/10.18372/2306-1472.85.15134

Номер

Том 85 № 4 (2020)

Розділ

Аерокосмічні системи моніторінгу та керування

Ліцензія

Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з такими умовами:

  1. Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.

  2. Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.

  3. Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див. The Effect of Open Access).