Модель сбора данных подвижным агентом с неподвижного точечного источника при перемещении над ним

Аннотация. При необходимости частой реконфигурации каналов передачи или высокой их стоимости возможно производить сбор данных с датчиков при помощи мобильных агентов (в частности БПЛА). В данной работе приведена модель, позволяющая оценить объём собранных данных в зависимости от скорости, высоты полёта и применяемого стандарта беспроводной связи.
Ключевые слова: БПЛА, беспроводная сеть, передача данных.

Процесс снятия данных статическим агентом с точечного источника определяется наличием энергии и состоянием среды. В то время как для динамического агента требуется дополнительно соблюсти ряд условий, касающихся его ориентации, местоположения, и их поддержания в ограниченных рамках в течение некоторого промежутка времени. Процесс сканирования заключается в считывании информации с источника. Скорость считывания описывается функцией s(x), x-вектор, описывающий взаимное положение источника и агента и зависит от используемого стандарта связи [1]. Источником может служить, например, некоторый измеряемый параметр окружающей среды (в частности фотографирование), считывание информации с накопителя или устройства (при помощи прямого или удалённого подключения). Прямое подключение требует остановки и нахождения мобильного агента в состоянии контакта с накопителем. Удалённое подключение позволяет считать информацию при нахождении в окрестности накопителя. Объём данных, считанный мобильным агентом, выражается соотношением (1).

В общем случае вектор характеризует взаимное положение, ориентацию относительно друг друга, а также относительно поверхности, если  расчёт сигнала ведётся на основе соответствующих соотношений (например, интерференционная формула Введенского [2]). Функция s может быть получена экспериментально. Положим, что функция s зависит от  расстояния между накопителем и агентом. В случае, если траектория перемещения агента с постоянной скоростью v проходит через накопитель С (рис.1а), то (1) примет вид (2). Предполагая наличие поверхности, возможно определить высоту h как проекцию отрезка, соединяющего агента и накопитель на нормаль к поверхности, если траектория перемещения агента не проходит через С (рис.1б).  Выражение (2) примет вид (3).

Рисунок 1. Пролёт агента а - на высоте источника данных, б - над источником данных

Однако, при цифровом сигнале скорость передачи данных, описываемая s, имеет ступенчатый характер (например, рисунок 2 из [3]). В этом случае область вокруг C может быть разбита на концентрические кольца, в пределах которых скорость передачи одинакова. Что даёт возможность перейти от интегрирования к сумме.

Рисунок 2. Зависимость скорости передачи данных от расстояния для различных стандартов WiFi

Функция s разбивается на последовательность  скоростей передачи, каждой из которых соответствует максимальное расстояние  , в рамках которого эти скорости действуют. Для расчёта величины переданных данных возможно применить следующий алгоритм: найти k наименьшее r_k большее h, вычислить путь агента в каждой из областей (4)

 вычислить время нахождения агента в каждой из областей , вычислить объём снятых данных . Геометрический смысл – рис. 3.

Рисунок 3.Геометрический смысл алгоритма подсчёта полученных данных

Опираясь на вид функций s из рис. 2 возможно рассчитать объёмы снятых данных для разных высот и скоростей  (рис. 4-9). 

Рисунок 4. Условные обозначения для скоростей

а                                            б                                           в

Рисунок 5. Скорость передачи при h=0м, a-802.11g, б-802.11a, в-802.11b

а                                            б                                           в

Рисунок 6. Скорость передачи при h=10, a-802.11g, б-802.11a, в-802.11b

а                                            б                                           в

Рисунок 7. Скорость передачи при h=20м, a-802.11g, б-802.11a, в-802.11b

а                                            б                                           в

Рисунок 8. Скорость передачи при h=30м, a-802.11g, б-802.11a, в-802.11b

                   а                                            б                                           в

Рисунок 9. Скорость передачи при h=40м, a-802.11g, б-802.11a, в-802.11b

Заключение

В работе приведена модель для расчёта собранных равномерно и прямолинейно движущимся агентом с неподвижного источника данных в зависимости от его скорости и высоты. Данный результат возможно использовать при планировании сбора данных при помощи БПЛА решая прямую задачу – определяя максимальный объём данных при заданный скорости и высоте, либо обратную – определить допустимые пределы изменения скорости и высоты при заданным объёме собираемых данных.

Список литературы:

1.     Технологии современных беспроводных сетей Wi-Fi: учебное пособие / [Е. В. Смирнова, А.В. Пролетарский и др.]; под общ.  ред. А. В. Пролетарского. — Москва : Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2017. — 446, [2] с. : ил. — (Компьютерные системы и сети).

2.     Распространение радиоволн: Учеб. пособие для радиотехн. специальностей вузов / Г. П. Грудинская. - 2-е изд., перераб. и доп. - Москва : Высш. школа, 1975. – 280c.

3.      Wi-Fi (Wireless Fidelity) стандарт беспроводной связи [Электронный ресурс].-Режим доступа: www.tadviser.ru/index.php  (дата обращения 01.08.2017)