[論文レビュー] A Feasibility Study of Using Light Fidelity With Multiple Unmanned Aerial Vehicles For Indoor Collaborative And Cooperative Networking

Bashir Olaniyi Sadiq|arXiv (Cornell University)|Jul 16, 2017

Optical Wireless Communication Technologies参考文献 5被引用数 5

ひとこと要約

本稿では、複数の無人航空機（UAV）を用いたLi-Fi（可視光通信）を活用した屋内ネットワーキングフレームワークを提案し、安全で高帯域幅かつ協調的な通信を実現する。動的なUAVからLi-Fiへのリンク安定性を管理するため、リンク速度に基づく接続性アルゴリズム（LVCA）を導入し、高密度かつ干渉が生じやすい環境でのシミュレーションにより、従来のWi-Fiに比べてスペクトル効率とセキュリティが向上した実現可能性を示している。

ABSTRACT

This paper evaluates the feasibility of using light fidelity with multiple Unmanned Aerial Vehicles (UAVs) for indoor collaborative and cooperative networking. A number of works have presentedchallenges for wireless networking with multiple UAVs such as bandwidth efficiency, security and environment amongst others. Due to this fact, there is a need to secure information and data in UAV ad hoc network (FANETs) using a secure transmission medium that guarantees bandwidth efficiency such as the light fidelity (Li-Fi). Li-Fi enables data transmission using visible light through a light emitting diode (LED) and is chosen as against wireless fidelity (Wi- Fi) because it is more ideal for high density wireless data coverage in confined areas, better at addressing radio interference related issues and provides better bandwidth, efficiency, availability and security. Thus, using Light Fidelity as a means of communication necessitates the need to develop a Link Velocity Based Connectivity Algorithm (LVCA) that governs communication between the UAVs and the Li-Fi transmitter and receiver circuits for collaborative and cooperative networking.

研究の動機と目的

• マルチ-UAVアドホックネットワーク（FANET）における帯域効率、セキュリティ、環境的干渉の課題に対処すること。
• 屋内UAVネットワーキングにおけるWi-Fiの代替手段としてのLi-Fiの可能性を検討すること。
• UAVとLi-Fi受信機間の安定した通信リンクを維持するための動的接続性アルゴリズムの開発。
• 限られた空間内に密集した屋内環境における協調的かつ協力的なUAVネットワーキングの実現。
• UAVの移動性および動的ポジショニングとLi-Fiを統合する際のシステムアーキテクチャおよびリアルタイム性能の実現可能性の評価。

提案手法

• 高速かつ安全なデータ伝送のため、LED送信機およびフォトダイオード受信機を用いた可視光通信（Li-Fi）を活用する。
• 相対速度および信号強度に基づき、UAVからLi-Fiへのリンク品質を動的に管理するため、リンク速度に基づく接続性アルゴリズム（LVCA）を導入する。
• 3次元屋内環境におけるUAVの移動性およびリンクダイナミクスをモデル化し、リアルタイムの接続性課題をシミュレートする。
• LVCAの判断に基づき、リンクを再構成するための集中型または分散型制御メカニズムを採用し、ネットワークの統合性を維持する。
• 屋内UAV展開で一般的なマルチパスおよび遮断効果を低減するための信号処理技術を適用する。
• 同一条件下で、データレート、干渉耐性、セキュリティの観点から、Li-FiとWi-Fiの性能を比較する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 Li-Fiは、従来のRFベースのソリューションと比較して、マルチ-UAV屋内ネットワーキングに十分な帯域幅と信頼性を提供できるか？
• RQ2 UAVの移動性は、屋内環境におけるLi-Fiリンクの安定性および品質にどのように影響を与えるか？
• RQ3 LVCAアルゴリズムは、UAVの動的移動および環境変化の下でも、ネットワーク接続性をどの程度維持できるか？
• RQ4 密度の高い屋内UAVネットワークにおいて、Li-FiはWi-Fiに比べてセキュリティおよび干渉の面でどのような利点を有するか？
• RQ5 システムアーキテクチャおよびリアルタイム性能の観点から、複数のUAVとLi-Fiを統合することは実現可能か？

主な発見

• シミュレーションされた屋内環境において、Li-FiはWi-Fiに比べて優れたスペクトル効率とデータレートを示した。
• LVCAアルゴリズムは、UAVの速度および位置の変化に応じて適応することで、安定した通信リンクを効果的に維持した。
• Li-Fiは、密度の高いRFネットワークで一般的な電波干渉の問題を顕著に低減した。
• 可視光の視線伝搬特性のおかげで、システムは高いセキュリティを達成し、盗聴のリスクを制限した。
• 本研究で提案されたフレームワークは、限られた空間内に密集した高密度の屋内空間における協調的UAV運用の実現可能性を示した。
• シミュレーション結果から、Li-FiはリアルタイムのUAV連携に不可欠な信頼性の高い低遅延通信をサポートすることが確認された。