Análise da disseminação de dados em redes FANET

• Ano de defesa: 2019
• Autor(a) principal: Pires, Rayner de Melo
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
• Palavras-chave em Português: Broadcast mitigation techniques; Broadcast storm; Flying ad hoc networks; Redes sem fio; Técnicas de mitigação de broadcast; Tempestade de broadcast; Unmanned aerial vehicles; Veículos aéreos não tripulados; Wireless networks
• Link de acesso: http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/55/55134/tde-13062019-090320/

Os veículos aéreos não tripulados (VANTs) vêm apresentando destaque crescente no setor aeronáutico mundial, tanto no desenvolvimento dos mesmos quanto nas diferentes aplicações desses veículos, devido ao seu grande potencial de utilização. Em muitas aplicações, a utilização de múltiplos VANTs apresenta várias vantagens sobre um VANT sozinho. No entanto, o agrupamento pode experimentar problemas inerentes à comunicação sem fio, podendo originar novos problemas como inviabilizar a coordenação e a execução cooperativa de uma missão, por exemplo. Em um cenário não colaborativo, VANTs com algum nível de autonomia e que partilhem do mesmo espaço aéreo também deverão ser capazes de trocar informações entre si, principalmente informações sobre posicionamento e rota de voo, e também estarão suscetíveis aos distúrbios da comunicação sem fio. Para balancear as vantagens e as desvantagens, esses robôs precisarão se comunicar cientes das restrições e utilizando a rede de modo otimizado, por meio da aplicação de algoritmos que equilibrem adequadamente técnicas de difusão de informações e técnicas de mitigação de retransmissões. Neste projeto de doutorado foi feita a investigação sobre o método de disseminação de dados, por meio de broadcasting, em uma rede móvel ad hoc entre VANTs, denominada Flying Ad hoc Networks (FANETs). FANETs são um novo paradigma que pode superar as restrições de missões de um único VANT. As FANETs são compostas por vários VANTs que cooperam para realizar alguma missão crítica (por exemplo, uma missão de busca e resgate). Para manter a coordenação, todos os VANTs devem continuamente enviar ou retransmitir mensagens através do canal sem fio para garantir que todos os membros da rede saibam o estado da rede. Geralmente, a troca de dados necessários para manter a sincronização da missão exige o uso de broadcast para que todos os membros da rede possam recebê-los. No entanto, quando essa troca de mensagens é feita arbitrariamente, isso pode causar o problema da tempestade de broadcast (BSP), levando o meio sem fio a um estado inoperante. Apesar de alguns esforços relatados na literatura para o provimento de técnicas gerais de mitigação do problema BSP, o desafio de agregar novas informações ou conhecimento a receptores que estejam voando, ao invés de apenas espalhar os dados na rede, tem recebido menos atenção. Nesta tese, além de demonstrar que o problema BSP intensifica a contenção de rede à medida que o número de VANTs aumenta, também foi criado um método que se prova mais eficiente que os existentes até então. Tal técnica, denominada de Algoritmo Baseado em Vizinhança Dinâmica para o Problema da Tempestade de Broadcast (DNA-BSP), foi desenvolvida e validada com base em experimentos de mundo real e em simulações computacionais. Ele pode mitigar o problema BSP, que é um desafio real nas FANETs, reduzindo a redundância de mensagens em mais de 98% e tornando a entrega de mensagens 99,5% mais rápida do que no cenário de flooding, superando as técnicas gerais de mitigação do BSP quando aplicado em FANETs. Os resultados detalhados neste texto também poderão orientar trabalhos futuros ao fornecer informações úteis para o planejamento e otimização de redes ad hoc móveis para VANTs.