[논문 리뷰] A Feasibility Study of Using Light Fidelity With Multiple Unmanned Aerial Vehicles For Indoor Collaborative And Cooperative Networking

Bashir Olaniyi Sadiq|arXiv (Cornell University)|2017. 07. 16.

Optical Wireless Communication Technologies참고 문헌 5인용 수 5

한 줄 요약

이 논문은 다수의 무인 항공기(UAV)를 활용한 Li-Fi(가시광선 통신) 기반의 새로운 실내 네트워킹 프레임워크를 제안하여 안정적이고 고대역폭이며 협업 가능한 통신을 가능하게 한다. 동적인 UAV-지름광선 링크 안정성을 관리하기 위해 링크 속도 기반 연결성 알고리즘(LVCA)을 도입하였으며, 높은 밀도와 간섭이 심한 환경에서의 시뮬레이션을 통해 스펙트럼 효율성과 보안성이 기존 Wi-Fi보다 향상된 실현 가능성을 입증하였다.

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.

연구 동기 및 목표

• 다중 UAV 애드혹 네트워크(FANETs)에서 대역폭 효율성, 보안성, 환경 간섭 문제를 해결한다.
• 실내 UAV 네트워킹을 위한 Wi-Fi 대체로 Li-Fi의 안정적이고 고대역폭 성능을 탐색한다.
• UAV와 Li-Fi 수신기 간의 안정된 통신 링크를 유지하기 위한 동적 연결성 알고리즘을 개발한다.
• 제한된 밀도가 높은 실내 환경에서 협업적이고 협동적인 UAV 네트워킹을 가능하게 한다.
• UAV 이동성 및 동적 위치 조정과의 Li-Fi 통합의 실현 가능성을 평가한다.

제안 방법

• 고속이고 안정적인 데이터 전송을 위해 LED 송신기와 광다이오드 수신기를 활용한 가시광선 통신(Li-Fi)을 사용한다.
• 상대 속도와 신호 강도를 기반으로 UAV-지름광선 링크 품질을 동적으로 관리하기 위해 링크 속도 기반 연결성 알고리즘(LVCA)을 도입한다.
• 실시간 연결성 도전 과제를 시뮬레이션하기 위해 3차원 실내 환경에서 UAV 이동성과 링크 동역학을 모델링한다.
• LVCA 결정에 기반해 링크를 재구성하기 위해 중심집중식 또는 분산식 제어 메커니즘을 적용하여 네트워크의 유대감을 유지한다.
• 실내 UAV 배치에서 흔히 발생하는 다중 경로 및 차단 효과를 완화하기 위해 신호 처리 기법을 적용한다.
• 동일한 조건에서 데이터 전송 속도, 간섭 내성, 보안성 측면에서 Li-Fi 성능을 Wi-Fi와 비교한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 기존 RF 기반 솔루션과 비교해 Li-Fi가 다중 UAV 실내 네트워킹에 충분한 대역폭과 신뢰성을 제공할 수 있는가?
• RQ2 UAV 이동성이 실내 환경에서 Li-Fi 링크의 안정성과 품질에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ3 동적 UAV 이동 및 환경 변화 상황에서 LVCA 알고리즘이 네트워크 연결성을 얼마나 잘 유지할 수 있는가?
• RQ4 밀도가 높은 실내 UAV 네트워크에서 Wi-Fi에 비해 Li-Fi의 보안성과 간섭 우회 성능은 어느 정도 향상되는가?
• RQ5 시스템 아키텍처와 실시간 성능 측면에서 다수의 UAV와의 Li-Fi 통합은 실현 가능한가?

주요 결과

• 모의된 실내 환경에서 Wi-Fi에 비해 Li-Fi가 뛰어난 스펙트럼 효율성과 데이터 전송 속도를 보였다.
• LVCA 알고리즘이 UAV 속도와 위치 변화에 대응하여 안정적인 통신 링크를 성공적으로 유지하였다.
• Li-Fi는 밀도가 높은 RF 네트워크에서 흔히 발생하는 무선 주파수 간섭 문제를 크게 감소시켰다.
• 가시광선의 선형 시야 특성 덕분에 도청 위험을 줄여 시스템이 높은 보안성을 확보하였다.
• 제안된 프레임워크는 제한된 밀도가 높은 실내 공간에서 협업 UAV 운영의 실현 가능성을 입증하였다.
• 시뮬레이션 결과, 실시간 UAV 조율에 필수적인 신뢰성 있고 저지연 통신을 Li-Fi가 지원하는 것으로 확인되었다.