Capacity and Delay of Unmanned Aerial Vehicle Networks with Mobility

要約

無人航空機 (UAV) は、環境監視、捜索救助などに広く活用されています。しかし、UAV の機動性と飛行時間の短さは、UAV ネットワーキングに課題をもたらします。
この論文では、航空センサーとして機能する n 台の UAV を備えた UAV ネットワークを研究します。
UAV は一般に飛行時間が短く、管制ステーションから頻繁にエネルギーの補給を受ける必要があります。
したがって、戻ってきた UAV は、ストア キャリー アンド フォワード (SCF) モードで、UAV のデータを戻りパスに沿って制御ステーションに運びます。
UAV と制御ステーション間の距離の臨界範囲が発見されました。
臨界範囲内では、SCF モードのノードあたりの容量はマルチホップ モードの O(n/log n) 倍です。
ただし、臨界範囲外の SCF モードのノードあたりの容量は、UAV と制御ステーション間の距離に応じて減少します。
臨界範囲を排除するために、SCF モードの容量スケーリング則がすべての UAV で同じになるようなモビリティ制御スキームが提案され、これにより UAV ネットワークの容量パフォーマンスが向上します。
また、SCFモードの遅延を導出します。
SCFモードの遅延に対する領域全体のサイズ、UAVの速度、UAVの数、およびUAVの飛行時間の影響が分析されます。
この論文は、UAV の機動性と短い飛行時間が UAV ネットワークのパフォーマンスに有益な効果をもたらしていることを明らかにしており、これが UAV ネットワークの SCF スキームの研究の動機となる可能性があります。

要約(オリジナル)

Unmanned aerial vehicles (UAVs) are widely exploited in environment monitoring, search-and-rescue, etc. However, the mobility and short flight duration of UAVs bring challenges for UAV networking. In this paper, we study the UAV networks with n UAVs acting as aerial sensors. UAVs generally have short flight duration and need to frequently get energy replenishment from the control station. Hence the returning UAVs bring the data of the UAVs along the returning paths to the control station with a store-carry-and-forward (SCF) mode. A critical range for the distance between the UAV and the control station is discovered. Within the critical range, the per-node capacity of the SCF mode is O(n/log n) times higher than that of the multi-hop mode. However, the per-node capacity of the SCF mode outside the critical range decreases with the distance between the UAV and the control station. To eliminate the critical range, a mobility control scheme is proposed such that the capacity scaling laws of the SCF mode are the same for all UAVs, which improves the capacity performance of UAV networks. Moreover, the delay of the SCF mode is derived. The impact of the size of the entire region, the velocity of UAVs, the number of UAVs and the flight duration of UAVs on the delay of SCF mode is analyzed. This paper reveals that the mobility and short flight duration of UAVs have beneficial effects on the performance of UAV networks, which may motivate the study of SCF schemes for UAV networks.

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