Оценка качества передачи мультипотоковых видеоданных с борта беспилотного летательного              аппарата к наземной станции в имитационной среде Network Simulator 3 с использованием стандартов Wi-Fi

Роман Эдуардович Шибанов; Ирина Алексеевна Кайсина; Альберт Винерович Абилов; Кирилл Эдуардович Корепанов

doi:10.22213/2413-1172-2023-1-91-99

Авторы

Р. Э. Шибанов ИжГТУ имени М. Т. Калашникова
И. А. Кайсина ИжГТУ имени М. Т. Калашникова
А. В. Абилов Санкт-Петербургский государственный университет телекоммуникаций имени профессора М. А. Бонч-Бруевича
К. Э. Корепанов ИжГТУ имени М. Т. Калашникова

DOI:

https://doi.org/10.22213/2413-1172-2023-1-91-99

Ключевые слова:

мультипотоковая передача, бпла

Аннотация

Представлены результаты имитационного моделирования процесса передачи видеоданных в режиме реального времени с видеокамер на борту беспилотных летательных аппаратов к наземной станции. Основной целью статьи является оценка влияния количества летающих узлов-источников на метрики Qualityof Service (QoS), такие как коэффициент доставки пакетов (Packet Delivery Ratio) и полезная пропускная способность (Goodput) на прикладном уровне модели Open Systems Interconnection (OSI). Рассмотрен сценарий, в котором зависшие в воздухе беспилотные летательные аппараты в зоне устойчивой связи передавали поток видеоданных на наземную станцию. Далее расстояние между беспилотными летательными аппаратами и наземной станцией увеличивалось для повторной итерации эксперимента. В ходе эксперимента скорость передачи данных поддерживалась на одном уровне, близком к скорости передачи реального видео высокого разрешения. Эксперимент проводился в среде имитационного моделирования Network Simulator 3 (NS-3). В эксперименте рассматривались сценарии с разным количеством узлов-источников: одним, двумя, четырьмя и восемью. По результатам моделирования было выявлено негативное влияние увеличения количества летающих узлов-источников на показатели качества обслуживания (QoS), таких как коэффициент доставки пакетов (PDR) и Goodput. Даны рекомендации по улучшению качества связи для сценариев использования беспилотных летательных аппаратов в режиме мультипотоковой передачи видеоданных, такие как добавление узлов-ретрансляторов для балансировки нагрузки и использование ARQ прикладного уровня. Также было обнаружено изменение зависимости полезной пропускной способности на 15 % от количества узлов-источников.

Биографии авторов

Р. Э. Шибанов, ИжГТУ имени М. Т. Калашникова

студент

И. А. Кайсина, ИжГТУ имени М. Т. Калашникова

кандидат технических наук, доцент кафедры сетей связи и телекоммуникационных систем

А. В. Абилов, Санкт-Петербургский государственный университет телекоммуникаций имени профессора М. А. Бонч-Бруевича

кандидат технических наук, доцент, первый проректор-проректор по учебной работе

К. Э. Корепанов, ИжГТУ имени М. Т. Калашникова

магистрант

Библиографические ссылки

Saliba D. (2019) Planning and Profit Sharing in Overlay WiFi and LTE Systems toward 5G Networks. J. of Software Engineering and Applications, 2019, vol. 12, pp. 491-508.

Chen Y. C., Towsley D., Khalili R. (2016) MSPlayer: Multi-source and multi-path video streaming. IEEE J. on Selected Areas in Communications, 2016, vol. 34, no. 8, pp. 2198-2206.

Shvyrev B. A., Timonov D. A. (2019) Acoustic information leakage channel by means of visible light modulation // Вестник УрФО. 2019. Т. 31, № 1. С. 11-16.

Глушаков В. Е. Исследование различных моделей передачи данных двумя станциями в сети Wi-Fi // Международный научно-исследовательский журнал. 2021. № 9-1 (111). С. 17-24.

Masiukiewicz A. (2019) Throughput comparison between the new HEW 802.11 ax standard and 802.11 n/ac standards in selected distance windows.International J. of Electronics and Telecommunications, 2019,vol. 65, no. 1, pp. 79-84.

Khan G. Z. (2016) On the Field Level Loss of a VHT PPDU in a MIMO-OFDM System for a WiFi Direct 802.11 ac WLAN.2016 International Conference on Frontiers of Information Technology (FIT). IEEE, 2016, pp. 164-169.

Karmakar R., Chattopadhyay S., Chakraborty S. (2017) Impact of IEEE 802.11 n/ac PHY/MAC high throughput enhancements on transport and application protocols. IEEE Communications Surveys & Tutorials, 2017, vol. 19, no. 4, pp. 2050-2091.

Sun X. (2019) Physical layer security in UAV systems: Challenges and opportunities. IEEE Wireless Communications, 2019, vol. 26, no. 5, pp. 40-47.

Li B. (2019) Physical-layer security in space information networks. IEEE Internet of Things J., 2019, vol. 7, no. 1, pp. 33-52.

Фокин Г. А., Владыко А. Г. Позиционирование транспортных средств с комплексированием дальномерных, угломерных и инерциальных измерений в расширенном фильтре Калмана // Труды учебных заведений связи. 2021. № 7 (2). С. 51-67.

Borges D. (2019) Low Complexity Millimeter Wave Point-to-point Communication: Interference Assessment of BPSK vs QPSK Decomposition. 2019 PhotonIcs & Electromagnetics Research Symposium-Spring (PIERS-Spring). IEEE, 2019, pp. 2376-2384.

Sharoar Jahan Choyon A. K. M., Chowdhury R. (2020) Performance comparison of free-space optical (FSO) communication link under OOK, BPSK, DPSK, QPSK and 8-PSK modulation formats in the presence of strong atmospheric turbulence. J. of Optical Communications, 2020.

Репин Д. С., Филаретов Г. Ф., Червова А. А. Исследование фрактальных характеристик сетевого трафика // Информатизация образования и науки. 2019. № 2. С. 48-67.

Кутузов О. И., Татарникова Т. М. Метод ускоренного имитационного моделирования сетевых узлов коммутации // Известия высших учебных заведений. Приборостроение. 2019. Т. 62, № 1. С. 23-31.

Rochim A. F. (2020) Performance Comparison of Wireless Protocol IEEE 802.11 ax vs 802.11 ac. 2020 International Conference on Smart Technology and Applications (ICoSTA). IEEE, 2020, pp. 1-5.

Ravindranath N. S. (2016) Performance Evaluation of IEEE 802.11 ac and 802.11 n using NS3. Indian J. of Science and Technology, 2016, vol. 9, no. 26, pp. 1-9.

Masiukiewicz A. (2019) Throughput comparis on between the new HEW 802.11 ax standard and 802.11 n/ac standards in selected distance windows.International J. of Electronics and Telecommunications, 2019, vol. 65, no. 1, pp. 79-84.

Обзор методов улучшения доставки потоковых данных в беспроводных самоорганизующихся сетях / В. В. Титов [и др.] // Приборостроение в XXI веке - 2020. Интеграция науки, образования и производства: материалы конференции. Изд-во УИР ИжГТУ имени М. Т. Калашникова, 2020. С. 226-233.

Campanile L. (2020) Computer network simulation with ns-3: A systematic literature review. Electronics, 2020, vol. 9, no. 2, p. 272.

Кайсина И. А. Моделирование полезной пропускной способности сети БПЛА при мультипотоковой передаче // Труды учебных заведений связи. 2020. Т. 6, № 1. С. 100-108.