Упровадження моделі розгортання мереж мобільного зв’язку 6­го покоління за допомогою безпілотників

D O I: 10.31673/2412-9070.2022.062127

Анотація

Розглянуто варіант упровадження мережі на базі технології мобільного зв’язку 6G, що знаходиться в розробленні. Але зараз безпілотники не мають істотного запасу енергії у своїх акумуляторах, через що обмежується продуктивність і безпілотникам доводиться спускатися на землю для підзарядження. Тому запропоновано впровадження за допомогою тросових БПЛА (тБПЛА), щоб не лишати зону покриття тБПЛА без сигналу. Отже, пропонується установка, яку буде підімкнено до наземної станції за допомогою тросу, через який до тБПЛА надходитиме живлення і дані, що може забезпечити політ до кількох днів. Описано порівняння між тБПЛА і неприв’язаними безпілотниками (БмПЛА). Проаналізовано потенційні застосування (приклад Монте-Карло, де розглядається продуктивність між тБПЛА і БмПЛА), з огляду на покриття, де тБПЛА, що доступний 70% часу, де 30% недоступний через технічний огляд/ремонт. Тут результати моделювання показують, що тБПЛА з 120 м довжиною тросу може забезпечити до 30% збільшення ймовірності охоплення порівняно з БмПЛА. Сформульовано виклики, міркування щодо дизайну та майбутні напрямки досліджень для реалізації запропонованої моделі.

Ключові слова: безпілотний літальний апарат (БПЛА); безпілотний неприв’язаний літальний апарат (БмПЛА); тросовий безпілотний літальний апарат; базові станцції; наземна станція; Iнтернет речей; поширення в прямій видимості; макробазові станції; повітря-земля; оптичний зв’язок у вільному просторі; капітальні витрати; операційні витрати; процес точки Пуассона.

Список використаної літератури
1. 6G wireless networks: vision, requirements, architecture, and key technologies / Z. Zhang, Y. Xiao, Z. Xiao [et al.] // IEEE Veh. Technol. Mag., 2019. 14. Р. 28–41.
2. Space-air-ground integrated network: a survey / J. Liu, Y. Shi, Z.M. Fadlullah, N. Kato // IEEE Commun. Surv. Tutorials, 2018. 20. Р. 2714–2741.
3. Zhao Y., Yu G., Xu H. 6G mobile communication network: vision, challenges and key technologies, arXiv preprint arXiv: 1905.04983, 2019.
4. Towards 6G wireless communication networks: vision, enabling technologies, and new paradigm shifts Sci / X. You, C.-X. Wang, J. Huang [et al.] // China Information Sci., 2021. 64. Р. 1–74.
5. Performance enhancement of SCM/WDM-RoFXGPON system for bidirectional transmission with square root module / B. J. Hamza, W. K. Saad, I. Shayea [et al.] // IEEE Access. 2021. 9. Р. 49487–49503.
6. Saad W., Bennis M., Chen M. A vision of 6G wireless systems: Applications, trends, technologies, and open research problems // IEEE Network, 2020. Vol. 34. №3. Р. 134–142.
7. What should 6G be? / S. Dang, O. Amin, B. Shihada, M.-S. Alouini // Nature Electronics. 2020. Vol. 3. №1. Р. 20–29.
8. Zeng Y., Zhang R., Lim T. J. Wireless communications with unmanned aerial vehicles: Opportunities and challenges // IEEE Communications Magazine. 2016. Vol. 54. №5. Р. 36–42.
9. Bor-Yaliniz I., Yanikomeroglu H. The new frontier in RAN heterogeneity: Multi-tier drone-cells //IEEE Communications Magazine. 2016. Vol. 54. №11. Р. 48–55.
10. Wu Q., L. Liu, Zhang R. Fundamental tradeoffs in communication and trajectory design for UAV-enabled wireless network // IEEE Wireless Communications. 2019. Vol. 26. №1. Р. 36–44.
11. Galkin B., Kibilda J., DaSilva L. A. UAVs as mobile infrastructure: Addressing battery lifetime // IEEE Communications Magazine. 2019. Vol. 57. №6. Р. 132–137.
12. Energy neutral internet of drones / T. Long, M. Ozger, O. Cetinkaya, O. B. Akan // IEEE Communications Magazine. 2018. Vol. 56. №1. Р. 22–28.
13. FSO-based vertical backhaul/fronthaul framework for 5G+ wireless networks / M. Alzenad, M. Z. Shakir, H. Yanikomeroglu, M.-S. Alouini // IEEE Communications Magazine. 2018. Vol. 56. №1. Р. 218–224.
14. Kishk M. A., Bader A., Alouini M.-S. On the 3-D placement of airborne base stations using tethered UAVs // IEEE Transactions on Communications.
15. AT&T, “AT&T’s First Official Deployment of Cell On Wings In Puerto Rico”, 2017. URL: https://about.att.com/inside_connections_blog/flying_cow_puertori
16. Motion planning for a UAV with a straight or kinked tether / X. Xiao, J. Dufek, M. Suhail, R. Murphy // IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS), 2018. Р. 8486–8492.
17. Performance studies of narrow-beam trisector cellular systems. URL: https://ieeexplore.ieee.org/document/683677.
18. Nicotra M. M., Naldi R., Garone E. Taut cable control of a tethered UAV // IFAC Proceedings Volumes, 2014. Vol. 47. №3. Р. 3190–3195.
19. Zikou L., Papachristos C., Tzes A. The powerover-tether system for powering small UAVs: Tetheringline tension control synthesis // 23-rd Mediterranean Conference on Control and Automation (MED), 2015. Р. 681–687.
20. Tethered UAV, “Feasibility study for the propulsion system of a tethered UAV. 2018-2019. URL: https://webthesis.biblio.polito.it/11352/1/tesi.pdf