Sciami di micro-droniLa rete MESH è un’ulteriore applicazione delle reti mobili ad-hoc nel campo dei droni. A differenza della comune rete mobile AD hoc, i nodi di rete nelle reti mesh di droni non sono influenzati dal terreno durante il movimento e la loro velocità è generalmente molto più veloce di quella delle tradizionali reti mobili auto-organizzanti.
La sua struttura di rete è per lo più distribuita. Il vantaggio è che la selezione dell'instradamento viene completata da un numero limitato di nodi nella rete. Ciò non solo riduce lo scambio di informazioni di rete tra i nodi, ma supera anche lo svantaggio del controllo del routing eccessivamente centralizzato.
La struttura della rete dello sciame di UAVReti MESHpossono essere suddivisi in struttura planare e struttura clusterizzata.
Nella struttura planare, la rete ha elevata robustezza e sicurezza, ma debole scalabilità, adatta per reti auto-organizzanti su piccola scala.
Nella struttura cluster, la rete ha una forte scalabilità ed è più adatta per reti ad hoc di sciami di droni su larga scala.
Struttura planare
La struttura planare è anche chiamata struttura peer-to-peer. In questa struttura, ciascun nodo è lo stesso in termini di distribuzione dell’energia, struttura della rete e selezione del routing.
A causa del numero limitato di nodi di droni e della semplice distribuzione, la rete ha una forte robustezza e un’elevata sicurezza e l’interferenza tra i canali è ridotta.
Tuttavia, all'aumentare del numero di nodi, aumentano la tabella di routing e le informazioni sulle attività memorizzate in ciascun nodo, aumenta il carico di rete e il sovraccarico di controllo del sistema aumenta drasticamente, rendendo il sistema difficile da controllare e incline al collasso.
Pertanto, la struttura planare non può avere un gran numero di nodi contemporaneamente, con conseguente scarsa scalabilità ed è adatta solo per reti MESH su piccola scala.
Struttura di clustering
La struttura di clustering consiste nel dividere i nodi dei droni in diverse sottoreti in base alle loro diverse funzioni. In ciascuna sottorete viene selezionato un nodo chiave, la cui funzione è quella di fungere da centro di controllo comando della sottorete e di collegare altri nodi nella rete.
I nodi chiave di ciascuna sottorete nella struttura di clustering sono connessi e comunicano tra loro. Lo scambio di informazioni tra nodi non chiave può essere effettuato tramite nodi chiave o direttamente.
I nodi chiave e i nodi non chiave dell'intera sottorete costituiscono insieme una rete di clustering. In base alle diverse configurazioni del nodo, può essere ulteriormente suddiviso in clustering a frequenza singola e clustering multifrequenza.
(1) Clustering a frequenza singola
Nella struttura di clustering a frequenza singola, ci sono quattro tipi di nodi nella rete, vale a dire nodi testa cluster/nodi testa non cluster, nodi gateway/gateway distribuiti. Il collegamento backbone è composto dalla testa del cluster e dai nodi gateway. Ogni nodo comunica con la stessa frequenza.
Questa struttura è semplice e veloce per formare una rete e anche il tasso di utilizzo della banda di frequenza è più elevato. Tuttavia, questa struttura di rete è soggetta a vincoli di risorse, come la diafonia tra i canali quando aumenta il numero di nodi nella rete.
Al fine di evitare il fallimento dell’esecuzione della missione causato da interferenze di co-frequenza, questa struttura dovrebbe essere evitata quando il raggio di ciascun cluster è simile in una rete auto-organizzante di droni su larga scala.
(2) Clustering multifrequenza
Diversamente dal clustering a frequenza singola, che ha un cluster per livello, il clustering multifrequenza contiene diversi livelli e ogni livello contiene diversi cluster. In una rete in cluster, i nodi di rete possono essere divisi in più cluster. Diversi nodi in un cluster sono divisi in nodi principali del cluster e nodi membri del cluster in base ai loro livelli e vengono assegnate frequenze di comunicazione diverse.
In un cluster, i nodi membri del cluster hanno compiti semplici e non aumenteranno in modo significativo il sovraccarico di routing della rete, ma i nodi principali del cluster devono gestire il cluster e avere informazioni di routing più complesse da mantenere, il che consuma molta energia.
Allo stesso modo, anche le capacità di copertura della comunicazione variano a seconda dei diversi livelli di nodo. Più alto è il livello, maggiore è la capacità di copertura. D'altra parte, quando un nodo appartiene a due livelli contemporaneamente, significa che il nodo deve utilizzare frequenze diverse per eseguire più attività, quindi il numero di frequenze è uguale al numero di attività.
In questa struttura, il capo del cluster comunica con gli altri membri del cluster e con i nodi di altri strati del cluster e le comunicazioni di ciascuno strato non interferiscono tra loro. Questa struttura è adatta per reti auto-organizzanti tra droni su larga scala. Rispetto a una struttura a cluster singolo, ha una migliore scalabilità, un carico più elevato e può gestire dati più complessi.
Tuttavia, poiché il nodo principale del cluster deve elaborare una grande quantità di dati, il consumo di energia è più rapido rispetto ad altri nodi del cluster, quindi la vita della rete è più breve rispetto alla struttura di clustering a frequenza singola. Inoltre, la selezione dei nodi principali del cluster su ciascun livello della rete di clustering non è fissa e qualsiasi nodo può funzionare come testa del cluster. Per un determinato nodo, se può diventare un cluster head dipende dalla struttura della rete per decidere se avviare il meccanismo di clustering. Pertanto, l'algoritmo di clustering di rete svolge un ruolo importante nella rete di clustering.
Orario di pubblicazione: 21 giugno 2024
