[论文解读] On the Usage of Networked Tethered Flying Platforms for Massive Events -- Case Study: Hajj Pilgrimage

Baha Eddine Youcef Belmekki, Mohamed‐Slim Alouini|arXiv (Cornell University)|Nov 1, 2021

Opportunistic and Delay-Tolerant Networks被引用 6

一句话总结

本文提出了一种网络化系留飞行平台（NTFP）系统——利用无人机、赫利基特（Helikites）和系留飞艇并将其系留在地面——以应对大规模活动（如朝觐）期间的移动性、安全性和连通性挑战。通过提供持续的高空覆盖以及持续供电和回传能力，NTFPs增强了监控能力，改善了交通协调，并确保了可靠的连通性，为传统塔式天线提供了一种成本效益高、抗气象干扰的替代方案，已在世界杯、奥运会和超级碗等活动中得到验证和应用。

ABSTRACT

The Hajj is a religious Muslim pilgrimage undertaken annually by 2-3 million people in Makkah. Consequently, several problems arise due to the sheer number of pilgrims, and therefore negatively impact their stay and the conduct of the rituals. During the Hajj, several problems occur related to mobility, security, and connectivity. The current solutions used to deal with these problems have limitations and they usually require a lot of resources with suboptimal results. In this paper, we proposed an aerial-based solution that rely on Networked Tethered Flying Platforms (NTFPs). NTFPs are flying vehicles such as drones, Helikites, and blimps, that are tethered to the ground via a cable that supplies them with constant data and power. NTFPs can fly at high altitude with a great backhaul capacity and large coverage. We show in this paper how NTFP-based solution solve mobility, security, and connectivity problems during the Hajj and the main advantages and benefits as well as the cost-efficiency of such solution. For the sake of completeness, we also present other similar case studies in which NTFPs can be used.

研究动机与目标

• 解决大型宗教和公共活动（如朝觐）中因大规模人群聚集而对移动性、安全性和通信系统造成的重大挑战。
• 提出一种基于空中的解决方案，利用网络化系留飞行平台（NTFPs），以克服传统塔式天线等现有基础设施的局限性。
• 评估NTFPs在提升大型活动期间的监控、交通管理及连通性方面的可行性、优势及成本效益。
• 展示NTFPs在多种大型集会（如体育赛事和政治集会）中的可扩展性和适应性。

提出的方法

• 通过电源和数据电缆将无人机、赫利基特（Helikites）和飞艇等NTFPs系留在地面，以提供持续的高空覆盖。
• 利用系留缆线持续供电并提供大容量回传，支持稳定、长时间运行。
• 利用高空定位实现广域监控、实时交通监测以及无缝的蜂窝网络覆盖延伸。
• 将NTFPs与现有通信和监控系统集成，以支持应急响应人员和活动协调人员。
• 将NTFPs模型应用于世界杯、奥运会、超级碗、政治集会和音乐节等案例研究，以验证其在各类活动中的适用性。

实验结果

研究问题

• RQ1 NTFPs如何改善朝觐等大型活动期间的移动性管理和交通协调？
• RQ2 NTFPs在哪些方面能够增强安全监控，防止大规模集会中发生踩踏或恐怖袭击等事件？
• RQ3 在塔式天线不切实际的高峰活动期间，NTFPs在多大程度上能提供可靠且大容量的连通性？
• RQ4 在大型活动场景下，NTFPs的成本和运行效率与传统塔式天线基础设施相比如何？
• RQ5 在极端天气和高密度环境中，NTFPs在运行和环境方面具有哪些关键优势？

主要发现

• NTFPs能够提供持续的高空覆盖，并具备足够的回传容量，以满足朝觐等大型活动期间的大规模连通性需求。
• 该系统显著降低了对临时或固定塔式天线的依赖，后者部署成本高且耗时长。
• NTFPs在通过实时空中监控和人群监测预防致命事故（如2015年明纳踩踏事件）方面展现出巨大潜力。
• 该解决方案可为使用移动应用的朝觐者提供可靠的连通性，避免了因地图应用故障导致的帐篷寻觅时间长达4小时的严重问题。
• NTFPs具备抗气象能力，可在极端温度和高湿度环境下运行，确保在麦加等恶劣环境中的可靠性。
• 该系统具有可扩展性，适用于其他大型活动，包括世界杯、奥运会、超级碗和音乐节，这些活动对人群安全和连通性要求极高。