マイクロドローンの群れMESH ネットワークは、ドローンの分野におけるモバイル アドホック ネットワークのさらなる応用です。一般的なモバイル アドホック ネットワークとは異なり、ドローン メッシュ ネットワークのネットワーク ノードは移動中の地形の影響を受けず、その速度は通常、従来のモバイル自己組織化ネットワークの速度よりもはるかに高速です。
そのネットワーク構造はほとんどが分散型です。利点は、ルーティングの選択がネットワーク内の少数のノードで完了できることです。これにより、ノード間のネットワーク情報交換が削減されるだけでなく、過度に集中化されたルーティング制御の欠点も克服されます。
UAV swarm のネットワーク構造メッシュネットワーク平面構造とクラスター構造に分けられます。
平面構造では、ネットワークの堅牢性と安全性は高いものの、拡張性が弱いため、小規模な自己組織化ネットワークに適しています。
クラスター構造では、ネットワークは強力な拡張性を備えており、大規模なドローン群のアドホック ネットワーキングにより適しています。
平面構造
平面構造は、ピアツーピア構造とも呼ばれる。この構造では、各ノードはエネルギー分配、ネットワーク構造、およびルーティング選択の点で同じです。
ドローンノードの数が限られており、分散が単純であるため、ネットワークは強力な堅牢性と高いセキュリティを備え、チャネル間の干渉が少ないです。
しかし、ノード数が増加すると、各ノードに格納されるルーティングテーブルやタスク情報が増加し、ネットワーク負荷が増大し、システム制御のオーバーヘッドが急激に増加するため、システムの制御が困難になり、崩壊しやすくなります。
したがって、平面構造は同時に多数のノードを持つことができないため、拡張性が低く、小規模な MESH ネットワークにのみ適しています。
クラスタリング構造
クラスタリング構造は、ドローン ノードをその機能に応じていくつかの異なるサブネットワークに分割することです。各サブネットワークでは、キー ノードが選択されます。その機能は、サブネットワークのコマンド コントロール センターとして機能し、ネットワーク内の他のノードを接続することです。
クラスタリング構造内の各サブネットワークのキー ノードは相互に接続され、通信されます。非キー ノード間の情報交換は、キー ノードを通じて、または直接実行できます。
サブネットワーク全体のキー ノードと非キー ノードが一緒になってクラスタリング ネットワークを構成します。さまざまなノード構成に応じて、単一周波数クラスタリングと複数周波数クラスタリングにさらに分けることができます。
(1)単一周波数クラスタリング
単一周波数クラスタリング構造では、ネットワーク内に 4 種類のノード、つまり、クラスタ ヘッド/非クラスタ ヘッド ノード、ゲートウェイ/分散ゲートウェイ ノードがあります。バックボーン リンクは、クラスタ ヘッドとゲートウェイ ノードで構成されます。各ノードは同じ周波数で通信します。
この構造はネットワークの形成が簡単で高速であり、周波数帯域の利用率も高くなります。ただし、このネットワーク構造は、ネットワーク内のノード数が増加するとチャネル間のクロストークなどのリソース制約が発生しやすくなります。
同一周波数干渉によるミッション実行の失敗を避けるため、大規模ドローン自己組織化ネットワークにおいて各クラスタの半径が近い場合には、この構造は避けるべきである。
(2)多周波数クラスタリング
レイヤーごとに 1 つのクラスターを持つ単一周波数クラスタリングとは異なり、複数周波数クラスタリングには複数のレイヤーが含まれ、各レイヤーには複数のクラスターが含まれます。クラスタ化されたネットワークでは、ネットワーク ノードを複数のクラスタに分割できます。クラスタ内の各ノードはレベルに応じてクラスタヘッドノードとクラスタメンバノードに分けられ、異なる通信周波数が割り当てられます。
クラスターでは、クラスター メンバー ノードは単純なタスクを実行するため、ネットワーク ルーティングのオーバーヘッドが大幅に増加することはありませんが、クラスター ヘッド ノードはクラスターを管理する必要があり、より複雑なルーティング情報を維持する必要があるため、多くのエネルギーを消費します。
同様に、通信カバレッジ機能もノード レベルの違いによって異なります。レベルが高いほど、カバー能力が高くなります。一方、ノードが同時に 2 つのレベルに属する場合、ノードは複数のタスクを実行するために異なる周波数を使用する必要があることを意味するため、周波数の数はタスクの数と同じになります。
この構造では、クラスタ ヘッドはクラスタ内の他のメンバーやクラスタの他の層のノードと通信し、各層の通信は互いに干渉しません。この構造は、大型ドローン間の自己組織化ネットワークに適しています。単一クラスター構造と比較して、拡張性が高く、負荷が高く、より複雑なデータを処理できます。
ただし、クラスタヘッドノードは大量のデータを処理する必要があるため、他のクラスタノードよりもエネルギー消費が速く、ネットワーク寿命は単一周波数クラスタリング構造よりも短くなります。さらに、クラスタリング ネットワークの各層でのクラスター ヘッド ノードの選択は固定されておらず、どのノードもクラスター ヘッドとして機能できます。特定のノードについて、クラスタ ヘッドになれるかどうかは、クラスタリング メカニズムを開始するかどうかを決定するネットワーク構造に依存します。したがって、ネットワーク クラスタリング アルゴリズムはクラスタリング ネットワークにおいて重要な役割を果たします。
投稿日時: 2024 年 6 月 21 日
