Forskare vid Queen's University Belfast (QUB) och Duy Tan University (DTU) har samarbetat i ett projekt som syftar till att förbättra kommunikationssystemen för obemannade flygfarkoster (UAV). Deras forskning belönades med Newtonpriset 2017, får 200 £, 000 av den brittiska regeringen för utvecklingen av ett nytt kommunikationssystem som kan fungera under extrema väderförhållanden och vid tider av naturkatastrofer.

Mellan 2015 och 2017, samma team av forskare hade arbetat med ett projekt finansierat av Newton-anslaget och förvaltat av det brittiska rådet, kallas "Att bygga en grund för hållbar utveckling nätverkssamhällen för morgondagens städer." Detta projekt syftade till att utnyttja modern trådlös teknik och infrastruktur för att möta kraven på anslutning i samband med naturkatastrofer i Vietnam.

"Efter att vi framgångsrikt slutfört vårt projekt i april 2017, vi var inbjudna att skicka in våra resultat och framtida planer till utlysningen av Newtonpriset 2017, "Trung Duong, en av forskarna som genomförde studien berättade för TechXplore. "Bland cirka 200 Newton Fund-projekt som lämnats in, vårt projekt var bland de senaste fem vinnarna. Vi är stolta över att ha tilldelats Newtonpriset 2017 och fortsätter att utveckla vårt projekt till nästa steg genom att använda obemannade flygfarkoster (UAV) i uppdragskritisk kommunikation för katastrofhantering."

Vid tider av extrema väderförhållanden eller under naturkatastrofer, teknik kan göra stor skillnad, hjälpa till att rädda liv och ge hjälp till människor som bor i drabbade områden. UAV kan spela en nyckelroll i detta, eftersom de kan hjälpa till att nå inblandade parter och bära värdefulla resurser.

I deras senaste studie, som publicerades den IEEE trådlös kommunikationsbrev och förpublicerad på arXiv, forskarna utvecklade en resursallokeringsalgoritm i realtid som kunde maximera energieffektiviteten för kommunikation inbäddad i UAV:er. Deras algoritm fungerar genom att gemensamt optimera energiskördtid och effektkontroll för enhet-till-enhet-kommunikation (D2D) mellan UAV:er.

"Optimering är centralt för alla problem som involverar beslutsfattande, oavsett om det är inom teknik, ekonomi eller samhälle, " Duong förklarade. "Inom trådlös kommunikation, optimeringstekniker används ofta för att välja eller uppdatera systemparametrarna, för att optimera nätverkets prestanda. Dock, dessa optimeringsalgoritmer löser vanligtvis optimeringsproblem i minut- eller timmes tidsskalor."

Traditionella konvexa optimeringsmetoder är för närvarande fortfarande dyra och implementeringen av dem kan vara extremt tidskrävande. Detta kräver utveckling av nya metoder, vilket kan vara särskilt fördelaktigt när det används vid nödsituationer eller naturkatastrofer.

"I uppdragskritisk kommunikation som stöder katastrofhantering som brandkårer, räddningsteam, och akutsjukvård, tiden är en kritisk faktor (t.ex. med en minsta latens på millisekund till sekunder), ", sa Duong. "En strikt deadline i realtid är det viktigaste kravet för sådana scenarier, särskilt under en ständigt föränderlig miljö."

Att utveckla verktyg som verkligen kan göra skillnad i nödsituationer, därför, Forskare bör identifiera sätt att minska lösningstiden och beräkningskomplexiteten för optimeringsproblem. Realtidsresursallokeringsalgoritmen utvecklad av Duong och hans kollegor gör precis detta, vilket effektivt minskar körtiden ner till millisekunder.

Deras algoritm kan integreras i UAV, som kan vara till stor hjälp i situationer där nätverken är överbelastade, byggnader har förstörts, och det är brist på strömförsörjning. I dessa fall, UAV:er som flyger ovanför det drabbade området kan hjälpa räddningspersonal att bedöma situationen så snabbt som möjligt.

"UAV förlitar sig strikt på batterier för att fungera, och följaktligen, för att UAV:er ska förbli luftburna längre, deras mängd resurser (inklusive batterier, bandbredd, etc.) måste vara väl optimerade, " Duong förklarade. "Detta är mycket viktigt för att genomföra framgångsrika sök- och räddningsuppdrag inom de första 72 timmarna efter katastrofen, med tanke på att kommersiellt tillgängliga UAV:er endast kan förbli luftburna i cirka 20 minuter. Därför, att maximera livslängden för ett multi-UAV-kommunikationsnätverk är avgörande för sådana applikationer."

Under och efter naturkatastrofer, störd telekommunikationsinfrastruktur kan ofta hindra räddningspersonal och evakueringspersonal från att utföra sina uppdrag. Genom att minska UAV-kommunikationstiden ner till millisekunder, den optimala resursallokeringsalgoritmen för UAV:er utvecklad av Duong och hans kollegor kan hjälpa till att rädda liv och ge snabb hjälp till överlevande.

"I naturkatastrofer, att behålla kommunikationsanslutningen ger en livlina, ", sa Duong. "Bristningen av kommunikationer i avlägsna områden och dåliga förhållanden för kommunikation i utvecklingsländer kan ha skadliga effekter. Vi tror att vår forskning för realtidsoptimering inom UAV-kommunikation är det första försöket på området för att ta itu med tidsbrist hos UAV, som kommer att spela en avgörande roll i katastrofscenarier."

För närvarande, teamet som arbetar med detta Newtonfondprojekt består av 3 postdoktorala och 4 doktorander. Dessa forskare kommer nu att fortsätta arbeta med sin meningsfulla strävan, med fokus på ytterligare ett antal teoretiska och praktiska aspekter.

"Vårt nästa steg är att utnyttja den senaste tekniken, (t.ex. distribuerad och parallell beräkning) och integrera maskininlärning i samband med realtidsoptimering, för att öka handläggningstiden, ", sa Duong. "Vi kommer också att fortsätta att sprida vår forskning via vetenskapliga tidskrifter med stor inverkan, på konferenser, och till industripartners."

© 2018 Tech Xplore