Rede Multi-VANT softwarizada e resiliente aplicada à varredura de área de impacto de foguetes

• Autor(a) principal: Pereira, Diego da Silva
• Data de Publicação: 2023
• Tipo de documento: Tese
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Institucional da UFRN
• Texto Completo: https://repositorio.ufrn.br/handle/123456789/54547
• topic: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA; Rede softwarizada; FANET; SD-FANET; Seleção de caminhos; Resiliência

O procedimento de varredura de área da provável região de impacto é uma etapa obrigatória da fase de pré-lançamento de qualquer foguete. O objetivo é coibir a presença de embarcações não autorizadas, evitando eventuais acidentes e, consequentemente, a preservação de vidas humanas. Considerando o alto custo operacional desse procedimento, normalmente executado por uma aeronave P-95, o projeto SpaceVANT II propôs a execução da varredura de área a partir de uma frota de Veículos Aéreos Não Tripulados (VANTs) que, atuando de forma cooperativa, tem a capacidade de executar a missão com menor custo e complexidade operacional. Nesse contexto, é fundamental a constituição de uma rede de comunicação apta a assegurar a troca de informações entre as aeronaves que integram o sistema. Uma das alternativas mais utilizadas para prover essa rede de comunicação é a utilização de procolos de redes ad hoc móveis (MANET) adaptados para redes ad hoc aéreas (FANET). Contudo, gerenciar o comportamento dinâmico desse tipo de rede com o objetivo de minimizar desconexões e viabilizar as condições necessárias para o funcionamento das aplicações embarcadas nas aeronaves não é trivial e tem encontrado limitações nas soluções adotadas. Nessa perspectiva, esta tese propôs um gerenciamento baseado no conceito de Redes Definidas por Software (Software-Defined Networking - SDN) chamado SD-FANET. Modelado em uma arquitetura distribuída e hierárquica, o plano de controle SD-FANET permite um gerenciamento centralizado e atribui ao controlador a capacidade de programar os comutadores, alterando o encaminhamento dos dados a partir de uma visão holística da rede softwarizada. A abordagem SDN permite a utilização de diferentes algoritmos de seleção de caminhos, que agrega mais flexibilidade e aprimoramento ao processo de encaminhamento. Para validação da solução proposta foram realizados experimentos no ambiente emulado provido pelo Mininet-Wifi e uma prova de conceito a partir de uma prototipação utilizando um protocolo de comunicação desenvolvido para viabilizar a transmissão de imagens em enlaces de comunicação ZigBee embarcados em drones DJI Phanton 3 Standard. Os resultados mostraram que o throughput obtido pelo SD-FANET foi 22,2% superior aos protocolos MANET e 5,4% em relação a outra abordagem baseada em SDN. Quanto ao mecanismo de resiliência, observou-se que o tempo médio de recuperação foi de, aproximadamente, 1,5 s.