Стохастический анализ и максимизация покрытия зоны действия беспроводной воздушной сети на беспилотных летательных аппаратах

Ожидается, что установленные на беспилотных летательных аппаратах базовые станции (БС БПЛА) станут одним из ключевых компонентов беспроводных сетей следующего, шестого, поколения (6G). Быстрое развертывание, мобильность, более высокие шансы на беспрепятственное распространения сигнала и гибкость развертывания БС БПЛА привлекли к себе значительное внимание в фундаментальных и прикладных исследованиях. Несмотря на то, что применение БС БПЛА в сетях 6G потенциально может принести большие выгоды, оно также создает новые проблемы для исследователей. Прежде всего, существенной является задача максимизации покрытия зоны действия летающей БС, т.е. охвата связью с требуемым качеством максимального числа пользователей. При этом, одним из ключевых показателей качества является вероятность покрытия, задаваемая долей пользователей, потребляющих услуги с требуемым качеством. В зависимости от технологии радиодоступа (WiFi, LTE, mmWawe) задача оценки вероятности покрытия представляется нетривиальной. Известны подходы к решению лишь в весьма упрощенных предположениях. Одним из основных подходов к моделированию является метод стохастической геометрии, учитывающий расположение исследуемых объектов друг относительного друга. На этапе установления соединения между БПЛА возникает еще одна проблема – так называемая проблема «направленной глухоты» в ситуации, когда пытающееся установить соединение устройство не может обнаружить занятый радиоканал из-за высоконаправленной линии связи между другими взаимодействующими в это время устройствами. Ситуация «глухоты» может возникнуть между устройствами c высоконаправленными антеннами, например, работающими в миллиметровом диапазоне длин волн, на этапе доступа на основе конкуренции, в частности, в соответствии с протоколами IEEE 802.11ad/ay. Исследуемым показателем эффективности в этом случае является вероятность возникновения события «глухоты» для взаимодействующих устройств в трехмерном пространстве (3D). Для данной задачи решение известно также только в частных случаях. Наконец, для перечисленных и других показателей эффективности (например, энергоэффективности) перспективная задача формулируется для случая движущихся объектов взаимодействия.Именно эти весьма актуальные проблемы входят в тематику предлагаемого проекта. В ее рамках с учетом случайного характера перемещения объектов и обслуживаемого трафика услуг рассматривается задача построения новых вероятностных моделей как в терминах стохастической геометрии, позволяющей описывать взаимное расположение объектов, так и в виде систем массового обсаживания с заявками случайных объёмов, отражающих занятость предоставляемых радиоресурсов. Существенной является также формализация задач оптимизации покрытия зоны действия БС БПЛА, причем их решение станет возможным, скорее всего, лишь численными методами. При выполнении проекта предполагается также разработка численных методов и построение имитационных моделей для оценки показателей эффективности исследуемых систем.