[論文レビュー] Communications and Networking Standards for UASs: The 3GPP Perspective and Research Drivers.

Aly Sabri Abdalla, Vuk Marojevic|arXiv (Cornell University)|Sep 8, 2020

UAV Applications and Optimization参考文献 10被引用数 4

ひとこと要約

本論文は、3GPPの標準化活動を通じて、セルラーネットワーク統合による信頼性の高い長距離・自律型ドローン運用を実現する取り組みを提示している。UMTSおよびLTE/5Gネットワークを介したドローンおよびリモートコントローラーのためのアーキテクチャフレームワーク、通信要件、および主要サービスを概説しており、将来的なUTMおよびミッションクリティカルなアプリケーションを支援するための世界的なR&Dイニシアチブによって駆動されている。

ABSTRACT

The unmanned aircraft system (UAS) is becoming increasingly popular for a myriad of applications, including commercial, public safety, and mission critical. A UAS consists of an unmanned aerial vehicle (UAV) and the UAV controller which use radios to communicate. While the controller is traditionally a human operator who is maintaining line of sight with the UAV it controls, the trend is moving towards long-range control and autonomous operation. To enable this, reliable and omnipresent wireless connectivity is indispensable as it is the only way to control or take control of the UAV flight. This paper surveys the ongoing 3GPP standardization activities for enabling networked UAVs. In particular, we discuss the requirements, envisaged architecture and services to be offered to UAVs and to remote controllers, which will communicate with one another and the UAS Traffic Management (UTM) through cellular networks. Global research and major R\&D platforms are presented as those will drive future standards.

研究の動機と目的

• 視認範囲外での信頼性の高い長距離・自律型ドローン運用の増大するニーズに対応すること。
• セルラーベースのインfraストラクチャを用いたドローンおよびリモートコントローラーの通信およびネットワーキング要件を定義すること。
• 標準化されたセルラーネットワーク接続を通じて、ドローンをUASトラフィック管理（UTM）システムにシームレスに統合すること。
• 将来の3GPP標準化におけるUAS通信の枠組みを形作る主要な研究開発ドライバーを特定すること。
• 3GPPネットワーク上でスケーラブルで安全かつ低遅延のドローン通信を支援するアーキテクチャフレームワークを提案すること。

提案手法

• ドローン固有の無線およびコアネットワーク強化に焦点を当てた、進行中の3GPP標準化活動の調査。
• 既存のUMTSおよびLTE/5G無線アクセスおよびコアネットワークを介してドローンおよびリモートコントローラーを支援するネットワークアーキテクチャの定義。
• セルラーバックホールを介した標準化インターフェースおよびシグナリングプロトコルを通じて、ドローンをUTMシステムに統合すること。
• 商業的・公的セクター・ミッションクリティカルなアプリケーションにおけるユースケースを分析し、技術的要件を導出すること。
• グローバルなR&Dプラットフォームおよび研究イニシアチブを評価し、将来の3GPP標準化におけるイノベーションドライバーを特定すること。
• ドローンの移動性、遅延、信頼性、セキュリティ要件を3GPPネットワークの能力および強化技術にマッピングすること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 セルラーネットワークは、視認範囲外での信頼性の高い長距離・自律型ドローン運用をどのように支援できるか？
• RQ2 3GPPネットワーク経由でドローンをUTMシステムに統合するには、どのようなアーキテクチャ的およびプロトコル的強化が必要か？
• RQ3 ミッションクリティカルおよび商業的アプリケーションにおけるドローンおよびリモートコントローラーの主な通信要件は何か？
• RQ4 世界的なR&Dプラットフォームおよび研究イニシアチブは、UAS通信における3GPP標準化の進化にどのように影響を与えているか？
• RQ5 既存の3GPP無線およびコアネットワーク技術は、スケーラブルで安全なドローン接続を実現するために果たす役割は何か？

主な発見

• 3GPPは、長距離および自律飛行運用を可能にするために、ドローン向けのセルラーベース通信の標準化を積極的に進めている。
• 既存の3GPP UMTSおよびLTE/5Gネットワークを介した標準化インターフェースを通じて、ドローンをUTMシステムに統合することが可能である。
• 3GPPの既存モバイルネットワークアーキテクチャへの強化により、信頼性の高い低遅延かつ安全な接続が実現可能である。
• グローバルなR&Dプラットフォームおよび研究イニシアチブは、将来のUAS通信における3GPP標準化の枠組みを形作る上で重要なドライバーである。
• 提案されたアーキテクチャは、スケーラブルで相互運用性のあるセルラーネットワーク接続を通じて、公共安全および商業的運用を含む多様なドローンアプリケーションを支援する。
• 標準化活動は、共有スペクトル環境で運用するドローンのシームレスな移動性、サービス品質、およびセキュリティを確保することに注力している。