Спосіб формування фрактальної топології безпровідної повітряної мережі для підвищення надійності передачі даних між територіально розділеними мобільними абонентами

Реферат: Спосіб формування фрактальної топології безпровідної повітряної мережі для підвищення надійності передачі даних між територіально розділеними мобільними абонентами, за яким в повітря піднімають безпілотні літальні апарати, утворюють на земній поверхні зону радіопокриття фіксованого радіуса, забезпечують зв'язок між мобільними абонентами радіомережі, ретранслюють сигнали, будують мінімальне кістякове дерево графа мережі та визначають ступені структурної зв'язності мережі, збирають інформацію про тип, інтенсивність та розподілення трафіку мобільних абонентів, оцінюють показники функціонування мережі. При цьому, в повітря піднімають групу безпілотних літальних апаратів, утворюють в повітряному просторі повнозв'язану топологію безпровідної мережі безпілотних літальних апаратів у відповідності до закладеної програми, розраховують надійність структури в залежності від умов розповсюдження і надійності вузлів мережі, подають запит мобільним абонентам, оцінюють необхідну кількість мобільних абонентів, що знаходяться на території покриття вузлів, піднімають додаткові групи безпілотних літальних апаратів, які утворюють між собою масштабно-інваріантну топологію, розраховують за допомогою рекурсивного методу надійність всієї мережі. UA 116448 U (12) UA 116448 U UA 116448 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до техніки зв'язку, зокрема до способів планування та використання спеціалізованих безпровідних мереж, що самоорганізуються, з динамічним розподіленням ресурсів серед абонентів мережі, а саме до способів формування фрактальної топології безпровідної повітряної мережі для підвищення надійності передачі даних між територіально розділеними мобільними абонентами. Найбільш близьким способом, що розглядається як аналог (прототип), є спосіб забезпечення високої пропускної здатності епізодичної радіомережі [Романченко І.С. Спосіб забезпечення високої пропускної здатності епізодичної радіомережі, UA 106939 С2 H04W 8/02, H04W 8/08, H04W 16/02, H04W 28/08, H04W 84/00, H04W 16/10, 2014/ І.С. Романченко, С.Л. Данилюк, А.І. Семенченко, О.І. Лисенко, С.М. Чумаченко, С.В. Валуйський, П.І. Кірчу], за яким в повітря піднімають один безпілотний літальний апарат, утворюють на земній поверхні зону радіопокриття фіксованого радіуса, ретранслюють сигнали, забезпечують епізодичний зв'язок між мобільними абонентами радіомережі, збирають дані про поточне розміщення мобільних абонентів в центрі управління, будують мінімальне кістякове дерево графа мережі та визначають ступені структурної зв'язності епізодичної радіомережі, визначають координати початкового розміщення одного безпілотного літального апарата, розміщують один безпілотний літальний апарат в одній з випадково генерованих точок простору або в центрі мас наземних вузлів мережі, визначають координати остаточного розміщення одного безпілотного літального апарата методом градієнтного спуску. В центрі управління збирають інформацію про тип, інтенсивність та розподілення трафіку мобільних абонентів, моделюють переміщення рятувальників під час виконання пошуково-рятувальних робіт та на основі цього прогнозують тривалість структурної зв'язності мобільних абонентів мережі, враховують протоколи множинного доступу, маршрутизації потоків та обслуговування повідомлень в вузлах мережі, оцінюють показники функціонування мережі, відбирають варіанти зв'язності мережі та оперативно визначають оптимальне розміщення множини безпілотних літальних апаратів, залежно від одержаної інформації підіймають в повітря додаткові безпілотні літальні апарати та розміщують їх в зонах ретрансляції сигналів, розподіляють трафік між абонентами бездротової епізодичної мережі з високою пропускною здатністю. Спосіб забезпечує високу пропускну здатність епізодичної радіомережі в умовах швидкого та непередбачуваного переміщення мобільних абонентів та забезпечує оперативний зв'язок між мобільними абонентами пошуковорятувальних бригад в зоні стихійного лиха. Для реалізації способу забезпечення зв'язаності розосереджених груп мобільних абонентів в повітря підіймають додаткові літальні апарати недоліками є те, що: 1) не враховують надійність безпровідної повітряної мережі передачі даних; 2) не враховують фізичні обмеження на кількість підключених до кожного безпілотного літального апарата мобільних абонентів; 3) не забезпечують масштабованість мережі у разі різкого збільшення кількості абонентів. В основу корисної моделі поставлено задачу формування фрактальної топології [Yu. Danik et. al., Synthesis of Complex Networks Regular Fractals (2014), pp. 72-78// Режим доступу: http://dx.doi.org/10.15550/asj.2014.10.072] безпровідної повітряної мережі для підвищення надійності передачі даних, забезпечення безперервного зв'язку між територіально розділеними мобільними абонентами за рахунок підняття у повітря групи безпілотних літальних апаратів, які утворюють між собою масштабно-інваріантну топологію, урахування фізичних обмежень в кількості підключених мобільних абонентів до кожного безпілотного літального апарата групи. Поставлена задача вирішується тим, що в способі формування фрактальної топології безпровідної повітряної мережі для підвищення надійності передачі даних між територіально розділеними мобільними абонентами, за яким в повітря піднімають групу безпілотних літальних апаратів, утворюють в повітряному просторі повнозв'язану структуру безпровідної мережі безпілотних літальних апаратів [I. Bekmezci et al., Flying Ad-Hoc Networks (FANETs): A survey, Ad Hoc Netw. (2013)// Режим доступу: http://dx.doi.оrg/10.1016/j.adhoc.2012.12.004], що взаємодіють між собою у відповідності до закладеної програми, формують фрактальну топологію спеціалізованої безпровідної повітряної мережі та визначають ступені структурної зв'язності мережі, утворюють зону радіопокриття фіксованого радіуса на земній поверхні, забезпечують зв'язок між територіально розділеними мобільними абонентами мережі, ретранслюють сигнали, реалізують багатошляхову маршрутизацію при передачі даних від мобільних абонентів, збирають інформацію про тип, інтенсивність та розподілення трафіку мобільних абонентів одним із безпілотних літальних апаратів групи, розраховують поліном надійності безпровідної повітряної мережі, оцінюють надійність мережі в залежності від різних штучних та природних впливів на канали зв'язку, враховують фізичні обмеження на кількість підключених мобільних 1 UA 116448 U 5 10 15 20 абонентів кожного безпілотного літального апарата групи, що обмежуються технічними характеристиками модуля передачі даних кожного безпілотного літального апарата групи. Забезпечують високу надійність мережі і збільшують кількість мобільних абонентів, що рознесені поза радіусом дії групи за рахунок підняття у повітря та розміщення в зонах ретрансляції сигналів додаткових груп безпілотних літальних апаратів. Суть способу формування фрактальної топології безпровідної повітряної мережі для підвищення надійності передачі даних між територіально розділеними мобільними абонентами пояснюється за допомогою ілюстрацій (Фіг. 1-3), де на кресленнях показано один із можливих варіантів схеми топології безпровідної мережі з використанням ретрансляційних аероплатформ на базі безпілотних літальних апаратів. Перший рівень структури безпровідної повітряної мережі (Фіг. 1). Безпілотні літальні апарати (Б 1, Б 2, Б 3), що здійснюють польоти на заданій висоті та по круговій траєкторії радіусом відносно безпілотного літального апарата (Б 4), формують групу безпілотних літальних апаратів (Гр1), що взаємодіють між собою, розглядають як первинний граф топології мережі, утворюють зону радіопокриття фіксованого радіуса на земній поверхні, забезпечують доступ та безперервний зв'язок між територіально розділеними мобільними абонентами мережі на земній поверхні (1, 2, 3, 4, 5), ретранслюють сигнали, реалізують багатошляхову маршрутизацію при передачі даних від мобільних абонентів. Здійснюють збирання інформації про тип, інтенсивність та розподілення трафіку мобільних абонентів безпілотним літальним апаратом Б 4, враховують фізичні обмеження в кількості підключених мобільних абонентів кожного безпілотного літального апарата групи, що обмежуються технічними характеристиками модуля передачі даних кожного безпілотного літального апарата групи, розраховують поліном надійності безпровідної повітряної мережі: 5 4 3 2 Pмережі  р8  рk  p6  pk  2  p5  pk  2  p3  pk  p2  pk , 25 де: Pмережі  р8  р5  p 6  p 4  2  p5  p3  2  p3  p 2  p 2  pk - надійність кожного вузла; k k k k 8 5 6 4 5 3 3 2 2 надійність каналу зв'язку; Pмережі  р  рk  p  pk  2  p  pk  2  p  pk  p  pk 5 4 3 2 Pмережі  р8  рk  p 6  pk  2  p5  pk  2  p3  pk  p 2  pk - надійність прямої передачі даних від 1   2 до 2 вузла мережі; Pmр1  р3  рk - надійність передачі даних від 1 до 2 вузла мережі через 30 35 40 45 50 55   вузол (транзитний) 4; Pmр2  р3  р 2 - надійність передачі даних від 1 до 2 вузла мережі через k вузол (транзитний) 3. На Фіг. 4-6 - надійність мережі (1 - мережа 1-го рівня структури; 2 - мережа аналогу) з: p  1 (Фіг. 4); p  0,75 (Фіг. 5); p  0,5 (Фіг. 6). Другий рівень структури безпровідної повітряної мережі (Фіг. 2). При збільшенні кількості абонентів, що знаходяться поза радіусом дії групи безпілотних літальних апаратів, в повітря піднімають додаткові групи безпілотних літальних апаратів, які утворюють аналогічні структури, безпілотні літальні апарати (Б 5, Б 6, Б 7), (Б 9, Б 10, Б 11), (Б 13, Б 14, Б 15), що здійснюють польоти на заданій висоті та по круговій траєкторії радіусом відносно безпілотних літальних апаратів (Б 8), (Б 12), (Б 16) відповідно, формують групи безпілотних літальних апаратів (ГР 2), (ГР 3), (ГР 4), що взаємодіють між собою, формують фрактальну топологію спеціалізованої безпровідної повітряної мережі, за основу графа якої беруть первинний граф мережі першого рівня структури, утворюють зону радіопокриття фіксованого радіуса на земній поверхні, забезпечують доступ та безперервний зв'язок між територіально розділеними мобільними абонентами мережі на земній поверхні, вузли яких позначені на креслені (6, 7, 8), (9, 10, 11, 12, 13), (14, 15) відповідно, ретранслюють сигнали, реалізують багатошляхову маршрутизацію при передачі даних від мобільних абонентів. Безпілотні літальні апарати (Б 8, Б 12, Б 16) здійснюють збирання інформації про тип, інтенсивність та розподілення трафіку мобільних абонентів, враховують фізичні обмеження в кількості підключених мобільних абонентів кожного безпілотного літального апарата відповідних груп, що обмежують технічними характеристиками модуля передачі даних безпровідної мережі кожного безпілотного літального апарата відповідних груп, надійність груп безпілотних літальних апаратів другого рівня структури прирівнюють значенню надійності вузлів першого рівня структури безпровідної повітряної мережі, розраховують поліном надійності безпровідної повітряної мережі, оцінюють надійність мережі в залежності від різних штучних та природних впливів на канали зв'язку. Третій рівень структури безпровідної повітряної мережі (Фіг. 3). Безпілотні літальні апарати (Б ВР 1, Б ВР 2, Б ВР 3, Б ВР 4) формують групу віртуального рівня доступу до мережі (ГР ВР). 2 UA 116448 U 5 10 15 20 25 30 Таким чином, порівняно з прототипом, запропонований спосіб покращує надійність радіомережі на 15-30 % (на Фіг. 7 - приріст надійності мережі 1-го рівня структури у порівнянні з мережею аналогу з: p  1 (А); p  0,75 (Б); p  0,5 (В)). Спосіб підвищення надійності передачі даних спеціалізованою безпровідною мережею в особливих умовах доцільно застосовувати для оперативної організації зв'язку в районах зі зруйнованою або відсутньою інфраструктурою, наприклад, для ефективного функціонування мобільних засобів зв'язку в особливих умовах в інтересах ефективної взаємодії мобільних абонентів. Спосіб забезпечує високу надійність радіомережі у разі втрати працездатності одного з безпілотних літальних апаратів. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ Спосіб формування фрактальної топології безпровідної повітряної мережі для підвищення надійності передачі даних між територіально розділеними мобільними абонентами, за яким в повітря піднімають безпілотні літальні апарати, утворюють на земній поверхні зону радіопокриття фіксованого радіуса, забезпечують зв'язок між мобільними абонентами радіомережі, ретранслюють сигнали, будують мінімальне кістякове дерево графа мережі та визначають ступені структурної зв'язності мережі, збирають інформацію про тип, інтенсивність та розподілення трафіку мобільних абонентів, оцінюють показники функціонування мережі, який відрізняється тим, що в повітря піднімають групу безпілотних літальних апаратів, утворюють в повітряному просторі повнозв'язану топологію безпровідної мережі безпілотних літальних апаратів у відповідності до закладеної програми, розраховують надійність структури в залежності від умов розповсюдження і надійності вузлів мережі, подають запит мобільним абонентам, оцінюють необхідну кількість мобільних абонентів, що знаходяться на території покриття вузлів, піднімають додаткові групи безпілотних літальних апаратів, які утворюють між собою масштабно-інваріантну топологію, розраховують за допомогою рекурсивного методу надійність всієї мережі, в якій за надійність вузла використовують надійність структури, отриману на попередньому рівні побудови графової траєкторії, за рахунок повнозв’язаної структури забезпечують резервні шляхи для багатошляхової маршрутизації, перерозподіляють потоки даних з метою рівномірного завантаження повітряної мережі, підвищують надійність передачі даних, забезпечують масштабування мережі у разі збільшення кількості абонентів, оцінюють ефективність системи передачі даних. 3 UA 116448 U Комп’ютерна верстка Г. Паяльніков Міністерство економічного розвитку і торгівлі України, вул. М. Грушевського, 12/2, м. Київ, 01008, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4