Ученые ТПУ и Катара предлагают схему использования дронов для сетей 5G

Ученые Томского политехнического университета совместно с коллегами из Катарского университета и филиала Техасского университета A&M в Катаре разработали схему передачи энергии и данных на беспилотные летательные аппараты (БПЛА), которая позволит эффективно использовать дроны в сетях связи нового поколения 5G.

Международный проект Self-Energised UAV-assisted Communications for 5G Wireless Networks возглавляет профессор научно-образовательного центра «Автоматизация и информационные технологии» ТПУ Налин Джаякоди. По его словам, одной из ключевых проблем в сфере телекоммуникаций и создания сетей нового поколения является энергоэффективность. Участники научного коллектива исследуют возможности использования беспилотников для обеспечения беспроводной связи. В частности, разработан алгоритм оптимизации профиля траектории полета БПЛА на дальние расстояния, обеспечивающий постоянный сбор энергии и передачу информации.

«Ограничения в подаче энергии влияют на производительность и эффективность системы. Для решения этой проблемы необходимо оптимизировать управление подачей энергии на БПЛА, чтобы ограничения источника питания не сокращали длительность полета аппарата. Традиционные механизмы сбора энергии солнца и ветра могут приводить к существенному увеличению веса БПЛА из-за установки дополнительного блока», — поясняют ученые.

Идея, которую предложили политехники, состоит в унификации системы управления энергией на основе беспроводной передачи (WPT), одновременной беспроводной передачи информации и энергии (SWIPT) и схем сбора энергии самоинтерференции в системах связи с полнодуплексным режимом (full duplex). Беспилотники используются в качестве вспомогательного канала связи для приема и передачи данных мобильным пользователям в режиме full duplex. Радиочастотный механизм сбора энергии предлагает современное решение проблемы ограничения источника питания БПЛА. Для снижения вероятности перебоев и повышения энергоэффективности беспилотника исследователи оптимизировали чувствительность и передаваемую мощность аппарата.

«Беспилотные летательные аппараты активно рассматриваются как технология для обеспечения 5G и выступают в качестве промежуточного приемопередающего модуля для бесперебойной связи  высокого качества. По сравнению с полудуплексным каналом полнодуплексная связь интенсивно использует спектральные ресурсы, увеличивая пропускную способность сети. Предложенная нами коммуникационная схема на БПЛА работает в полнодуплексном режиме, что значительно улучшает работу системы в целом», — говорит Налин Джаякоди.

Участник проектной группы, инженер-исследователь отделения информационных технологий ТПУ Таринду Перера добавляет, что вопрос коммуникации между двумя отдаленными мобильными узлами — это новое перспективное направление, которое стало возможным благодаря интернету вещей. БПЛА и станции воздушного базирования (ABSs) с недавнего времени стали областью особого внимания инженеров и исследователей из-за увеличивающейся потребности пользователей в высокой скорости передачи данных. ABSs необходимы при обслуживании любого рода массовых мероприятиях, где большим группам людей требуется высокоскоростная передача данных.

«Кроме того, низкая стоимость, гибкость в использовании и высокая степень мобильности — все это преимущества систем на БПЛА по сравнению со стационарными наземными базовыми станциями. Все это способствует использованию БПЛА в беспроводных системах коммуникаций для надежного обеспечения мероприятий в сфере управления катастрофами, общественной безопасности, спасательных операций и других», — подчеркивает молодой ученый.

Исследование поддержано индийским фондом SPARC, Министерством развития гуманитарных ресурсов Индии, Национальным исследовательским фондом Катара и программой повышения конкурентоспособности ТПУ.

Иллюстрация: схема предложенной системы