Roje mikrodronówSieć MESH to kolejne zastosowanie mobilnych sieci ad-hoc w dziedzinie dronów. W odróżnieniu od zwykłej mobilnej sieci AD hoc, na węzły sieci w sieciach typu mesh dronów nie wpływa teren podczas ruchu, a ich prędkość jest na ogół znacznie większa niż w przypadku tradycyjnych mobilnych, samoorganizujących się sieci.
Struktura sieci jest w większości rozproszona. Zaletą jest to, że wyboru routingu dokonuje niewielka liczba węzłów w sieci. To nie tylko zmniejsza wymianę informacji sieciowych między węzłami, ale także eliminuje wadę nadmiernie scentralizowanej kontroli routingu.
Struktura sieciowa roju UAVSieci MESHmożna podzielić na strukturę płaską i strukturę klastrową.
W strukturze planarnej sieć charakteryzuje się wysoką wytrzymałością i bezpieczeństwem, ale słabą skalowalnością, co jest odpowiednie dla samoorganizujących się sieci o małej skali.
W strukturze klastrowej sieć ma dużą skalowalność i jest bardziej odpowiednia do tworzenia sieci ad hoc roju dronów na dużą skalę.
Struktura planarna
Struktura planarna jest również nazywana strukturą peer-to-peer. W tej strukturze każdy węzeł jest taki sam pod względem dystrybucji energii, struktury sieci i wyboru trasy.
Ze względu na ograniczoną liczbę węzłów dronów i prostą dystrybucję sieć charakteryzuje się dużą wytrzymałością i wysokim bezpieczeństwem, a zakłócenia między kanałami są niewielkie.
Jednakże wraz ze wzrostem liczby węzłów zwiększa się tablica routingu i informacje o zadaniach przechowywane w każdym węźle, wzrasta obciążenie sieci, a narzut związany z kontrolą systemu gwałtownie wzrasta, co sprawia, że system jest trudny do kontrolowania i podatny na awarie.
Dlatego struktura planarna nie może mieć jednocześnie dużej liczby węzłów, co skutkuje słabą skalowalnością i nadaje się tylko do małych sieci MESH.
Struktura klastrowa
Struktura klastrowa polega na podziale węzłów dronów na kilka różnych podsieci w zależności od ich różnych funkcji. W każdej podsieci wybierany jest węzeł kluczowy, którego funkcją jest pełnienie roli centrum dowodzenia podsieci oraz łączenie innych węzłów w sieci.
Kluczowe węzły każdej podsieci w strukturze klastrowej są połączone i komunikują się ze sobą. Wymiana informacji pomiędzy węzłami niekluczowymi może odbywać się poprzez węzły kluczowe lub bezpośrednio.
Węzły kluczowe i węzły niekluczowe całej podsieci tworzą razem sieć klastrową. Według różnych konfiguracji węzłów można je dalej podzielić na klastry jednoczęstotliwościowe i klastry wieloczęstotliwościowe.
(1) Klastrowanie o pojedynczej częstotliwości
W strukturze klastrowej o pojedynczej częstotliwości w sieci występują cztery typy węzłów, mianowicie węzły główne klastra/węzły główne nieklastrowe, węzły bramowe/bramy rozproszone. Łącze szkieletowe składa się z węzłów głównych klastra i bram. Każdy węzeł komunikuje się z tą samą częstotliwością.
Struktura ta pozwala na proste i szybkie utworzenie sieci, a stopień wykorzystania pasma częstotliwości jest również wyższy. Jednakże ta struktura sieci jest podatna na ograniczenia zasobów, takie jak przesłuchy między kanałami, gdy wzrasta liczba węzłów w sieci.
Aby uniknąć niepowodzenia realizacji misji spowodowanego zakłóceniami częstotliwości, należy unikać tej struktury, gdy promień każdego klastra jest podobny w wielkoskalowej samoorganizującej się sieci dronów.
(2) Klastrowanie wieloczęstotliwościowe
W odróżnieniu od klastrowania jednoczęstotliwościowego, w którym na warstwę przypada jeden klaster, klastrowanie wieloczęstotliwościowe składa się z kilku warstw, a każda warstwa zawiera kilka klastrów. W sieci klastrowej węzły sieciowe można podzielić na wiele klastrów. Różne węzły w klastrze są podzielone na węzły główne klastra i węzły członkowskie klastra zgodnie z ich poziomami i przypisane są różne częstotliwości komunikacyjne.
W klastrze węzły członkowskie klastra mają proste zadania i nie zwiększają znacząco narzutu na routing sieciowy, ale węzły główne klastra muszą zarządzać klastrem i muszą utrzymywać bardziej złożone informacje o routingu, co zużywa dużo energii.
Podobnie możliwości zasięgu komunikacji również różnią się w zależności od różnych poziomów węzłów. Im wyższy poziom, tym większy zasięg. Z drugiej strony, gdy węzeł należy jednocześnie do dwóch poziomów, oznacza to, że węzeł musi wykorzystywać różne częstotliwości do wykonywania wielu zadań, zatem liczba częstotliwości jest równa liczbie zadań.
W tej strukturze głowa klastra komunikuje się z pozostałymi członkami klastra oraz węzłami w innych warstwach klastrów, a komunikacja poszczególnych warstw nie zakłóca się wzajemnie. Struktura ta nadaje się do samoorganizujących się sieci pomiędzy dronami na dużą skalę. W porównaniu ze strukturą jednoklastrową ma lepszą skalowalność, większe obciążenie i może obsługiwać bardziej złożone dane.
Ponieważ jednak węzeł główny klastra musi przetwarzać dużą ilość danych, zużycie energii jest większe niż w przypadku innych węzłów klastra, przez co żywotność sieci jest krótsza niż w przypadku struktury klastrowej o pojedynczej częstotliwości. Ponadto wybór węzłów głównych klastra w każdej warstwie sieci klastrowej nie jest ustalony i każdy węzeł może pełnić funkcję głowy klastra. W przypadku danego węzła to, czy może on stać się głową klastra, zależy od struktury sieci, która decyduje o uruchomieniu mechanizmu klastrowania. Dlatego algorytm klastrowania sieci odgrywa ważną rolę w sieci klastrowej.
Czas publikacji: 21 czerwca 2024 r
