Onderzoekers van Queen's University Belfast (QUB) en Duy Tan University (DTU) hebben samengewerkt aan een project om de communicatiesystemen van onbemande luchtvaartuigen (UAV) te verbeteren. Hun onderzoek werd bekroond met de Newton Prize 2017, £ 200 ontvangen, 000 door de Britse regering voor de ontwikkeling van een nieuw communicatiesysteem dat kan werken in extreme weersomstandigheden en in tijden van natuurrampen.

Tussen 2015 en 2017, hetzelfde team van onderzoekers had gewerkt aan een project dat werd gefinancierd met de Newton-beurs en beheerd door de British Council, genaamd "Het bouwen van een fundament voor duurzame ontwikkeling genetwerkte samenlevingen voor de steden van morgen." Dit project was gericht op het benutten van hedendaagse draadloze technologie en infrastructuur om te voldoen aan de vraag naar connectiviteit in de context van natuurrampen in Vietnam.

"Na het succesvol afronden van ons project in april 2017, we werden uitgenodigd om onze resultaten en toekomstplannen in te dienen voor de oproep voor de Newton Prize 2017, "Trung Duong, vertelde een van de onderzoekers die het onderzoek uitvoerden aan TechXplore. "Van de ongeveer 200 ingediende Newton Fund-projecten, ons project zat bij de laatste vijf winnaars. We zijn er trots op dat we de Newton Prize 2017 hebben gewonnen en blijven ons project ontwikkelen naar de volgende stap door het gebruik van onbemande luchtvaartuigen (UAV's) in missiekritieke communicatie voor rampenbeheer."

In tijden van extreme weersomstandigheden of bij natuurrampen, technologie kan een enorm verschil maken, helpen om levens te redden en hulp te bieden aan mensen die in getroffen gebieden wonen. UAV's kunnen hierin een sleutelrol spelen, omdat ze kunnen helpen om de betrokken partijen te bereiken en waardevolle middelen bij zich hebben.

In hun recente studie, die werd gepubliceerd op IEEE Wireless Communications-brief en voorgepubliceerd op arXiv, de onderzoekers ontwikkelden een real-time algoritme voor de toewijzing van hulpbronnen dat de energie-efficiëntie zou kunnen maximaliseren voor communicatie die is ingebed in UAV's. Hun algoritme werkt door gezamenlijk de energie-oogsttijd en vermogensregeling voor apparaat-naar-apparaat (D2D) communicatie tussen UAV's te optimaliseren.

"Optimalisatie staat centraal bij elk probleem dat te maken heeft met besluitvorming, of het nu gaat om techniek, economie of maatschappij, " legde Duong uit. "Bij draadloze communicatie, optimalisatietechnieken worden vaak gebruikt om de systeemparameters te kiezen of bij te werken, netwerkprestaties te optimaliseren. Echter, deze optimalisatie-algoritmen lossen meestal optimalisatieproblemen op in tijdschalen van minuten of uren."

Traditionele convexe optimalisatiemethoden zijn momenteel nog duur en de implementatie ervan kan zeer tijdrovend zijn. Dit vraagt ​​om de ontwikkeling van nieuwe methoden, die bijzonder nuttig kunnen zijn wanneer ze worden toegepast in tijden van nood of natuurrampen.

"In missiekritieke communicatie ter ondersteuning van rampenbeheer, zoals brandweerkorpsen, reddingsteams, en medische hulpdiensten, de tijd is een kritische factor (bijvoorbeeld met een minimale latentie van milliseconden tot seconden), Duong zei. "Een strikte realtime deadline is de belangrijkste vereiste voor dergelijke scenario's, vooral in een voortdurend veranderende omgeving."

Om tools te ontwikkelen die echt het verschil kunnen maken in noodsituaties, daarom, onderzoekers moeten manieren vinden om de oplossingstijd en de computationele complexiteit van optimalisatieproblemen te verminderen. Het door Duong en zijn collega's ontwikkelde realtime algoritme voor resourcetoewijzing doet precies dit, effectief verminderen van de looptijd tot milliseconden.

Hun algoritme zou kunnen worden geïntegreerd in UAV's, die van grote hulp kunnen zijn in situaties waarin netwerken overbelast zijn, gebouwen zijn verwoest, en er is een gebrek aan stroomvoorziening. In deze gevallen, UAV's die boven het getroffen gebied vliegen, kunnen hulpverleners helpen om de situatie zo snel mogelijk te beoordelen.

"UAV's vertrouwen strikt op batterijen om te werken, en daarom, voor UAV's om langer in de lucht te blijven, hun hoeveelheid middelen (inclusief batterijen, bandbreedte, enz.) moeten goed geoptimaliseerd zijn, Duong legde uit. "Dit is erg belangrijk voor het uitvoeren van succesvolle zoek- en reddingsmissies binnen de eerste 72 uur na de ramp, overwegende dat commercieel beschikbare UAV's slechts ongeveer 20 minuten in de lucht kunnen blijven. Daarom, het maximaliseren van de levensduur van een multi-UAV-communicatienetwerk is van vitaal belang voor dergelijke toepassingen."

Tijdens en na natuurrampen, verstoorde telecommunicatie-infrastructuur kan vaak voorkomen dat hulpdiensten en evacuatieploegen hun missies vervullen. Door de UAV-communicatietijd te verminderen tot milliseconden, het optimale algoritme voor het toewijzen van middelen voor UAV's, ontwikkeld door Duong en zijn collega's, zou kunnen helpen levens te redden en tijdige hulp te bieden aan overlevenden.

"Bij natuurrampen, het houden van communicatieconnectiviteit biedt een reddingslijn, Duong zei. "Het gebrek aan communicatie in afgelegen gebieden en de slechte omstandigheden voor communicatie in ontwikkelingslanden kunnen nadelige gevolgen hebben. Wij zijn van mening dat ons onderzoek naar realtime-optimalisatie in UAV-communicatie de eerste poging in het veld is om de tijdsdruk van UAV aan te pakken, die een cruciale rol zullen spelen in rampscenario's."

Momenteel, het team dat aan dit Newtonfondsproject werkt, bestaat uit 3 postdoctorale en 4 PhD-studenten. Deze onderzoekers zullen nu verder werken aan hun zinvolle inspanning, aandacht voor een aantal verdere theoretische en praktische aspecten.

"Onze volgende stap is het benutten van geavanceerde technologieën, (bv. gedistribueerd en parallel computergebruik) en machine learning integreren in de context van realtime-optimalisatie, om de verwerkingstijd te verhogen, Duong zei. "We zullen ons onderzoek ook blijven verspreiden via wetenschappelijke tijdschriften met grote impact, op conferenties, en aan industriepartners."

© 2018 Tech Xplore