scholarly journals Resource allocation and service management in next generation 5G wireless networks

2019 ◽  
Author(s):  
Παναγιώτης Βαμβακάς
Keyword(s):  
Machine Learning ◽  
Resource Allocation ◽  
Unmanned Aerial Vehicles ◽  
Utility Theory ◽  
Service Management ◽  
Learning Automata ◽  
Expected Utility Theory ◽  
Visible Light Communications ◽  
Aerial Vehicles

Η παρούσα διδακτορική διατριβή πραγματεύτεται το πρόβλημα της βέλτιστης κατανομής πόρων και την πολύπλευρη διαχείριση υπηρεσιών σε ασύρματα δίκτυα 5ης γενιάς (5G). Βασικό αντικείμενο της εργασίας αποτελεί η βελτιστοποίηση της ποιότητας υπηρεσίας (Quality of Service) εντός του δικτύου τόσο στα πλαίσια της αύξησης της ενεργειακής αποδοτικότητας του δικτύου συνολικά, αλλά και λαμβάνοντας υπόψη την ετερογένεια μεταξύ των χρηστών ως προς τις απαιτήσεις της εκπομπής τους. Ειδικά σχεδιασμένες συναρτήσεις χρησιμότητας (utility functions) επιτρέπουν στους χρήστες να ποσοτικοποιούν διάφορες παραμέτρους της επικοινωνίας ζεύξης ανόδου (uplink communication) αντικατοπτρίζοντας την ικανοποίηση τους από την κατανομή των εκάστοτε πόρων (π.χ. ισχύς εκπομπής, ρυθμός μετάδοσης, κοστολόγηση κλπ.). Συγκεκριμένα, τα προβλήματα κατανομής πόρων μελετώνται υπό διαφορετικές τεχνολογίες αιχμής, τεχνικές πρόσβασης, αρχιτεκτονικές δικτύου και διακριτά είδη υπηρεσιών, υπό συνθήκες ανταγωνισμού των χρηστών ή σε αντίξοα περιβάλλοντα επικοινωνίας. Τα εκάστοτε προβλήματα μοντελοποιούνται ως μη συνεργατικά παίγνια τα οποία επιλύθηκαν με βάση τις αρχές της Θεωρίας Παιγνίων και Βελτιστοποίησης, παρέχοντας στους χρήστες τον βασικό έλεγχο της λήψης των αποφάσεων κατά την διάρκεια της εκπομπής τους. Με αυτόν τον τρόπο, επιτυγχάνεται η αποκέντρωση του συστήματος και η ισχυροποίηση του ρόλου των χρηστών στην διαδικασία της κατανομής πόρων και της βελτιστοποίηση της λειτουργίας του ασύρματου δικτύου. Σε κάθε περίπτωση, επιβεβαιώνεται η ύπαρξη του σημείου ισορροπίας κατά Nash (Nash Equilibrium) το οποίο αντιπροσωπεύει μια σταθερή έκβαση της κατανομής από την οποία κανένας χρήστης δεν επιθυμεί να παρεκλίνει. Παράλληλα, κατανεμημένοι αλγόριθμοι χαμηλής πολυπλοκότητας αναλαμβάνουν την σύγκλιση των παιγνίων στα ανωτέρω σημεία ισορροπίας. Πιο αναλυτικά, αρχικά ερευνήθηκε η κατανομή πόρων σε πολυεπίπεδα δίκτυα με χρήση μάκρο και φεμτοκυψελών (macro and femtocells) με τα προβλήματα να επεκτείνονται σε πιο ευρείες και σύνθετες κατανομές της ισχύος εκπομπής και του ρυθμού μετάδοσης για διαφορετικά είδη υπηρεσιών. Επίσης μελετήθηκε το πρόβλημα της κατανομής ισχύος και οπτικών σημείων πρόσβασης για επικοινωνίες ορατού φωτός (Visible Light Communications) για διαφορετικές τεχνικές πρόσβασης. Εν συνεχεία, αναλύθηκε το πρόβλημα της εξατομικευμένης κοστολόγησης της εκπομπής των χρηστών. Βασική καινοτομία της εν λόγω προσέγγισης, αποτελεί η παραδοχή ότι η εκάστοτε τιμή συνιστά έναν ακόμη πεπερασμένο πόρο προς κατανομή, σε αντίθεση με την βιβλιογραφία στην οποία αντιμετωπίζεται ως μια εξωτερική ποινή που επιβάλλεται από τον διαχειριστή ώστε να μειωθούν οι παρεμβολές εντός του δικτύου. Το πρόβλημα μελετάται για διαφορετικούς συνδυασμούς πόρων (ισχύος εκπομπής ή / και ρυθμού μετάδοσης) για ποικίλα σενάρια κοστολόγησης. Συνακόλουθα, το πρόβλημα εξετάστηκε υπό συνθήκες ανταγωνισμού των παρόχων υπηρεσίας, οι οποίοι προσαρμόζοντας τις πολιτικές και τα επίπεδα των τιμών, επιδιώκουν την απόκτηση μεγαλύτερων μεριδίων αγοράς. Οι χρήστες μοντελοποιούνται και λαμβάνουν αποφάσεις ως μανθάνοντα αυτόματα (learning automata) υπό τις αρχές της Νοημοσύνης των Μηχανών (Machine Learning), αυτοματοποιώντας έτσι την βέλτιστη επιλογή του παρόχου. Η παρούσα διατριβή επίσης διερευνά τα προβλήματα της δυναμικής σύνθεσης υπηρεσιών (service bundling) και κατανομής πόρων μέσω του σχεδιασμού συνεργατικών τηλεπικοινωνιακών προϊόντων, τα οποία καθορίζονται αυτόνομα από τους χρήστες. Παράλληλα, μελετήθηκε η βέλτιστη ασύρματη φόρτιση της μπαταρίας των χρηστών με κριτήριο τις ενεργειακές ανάγκες των χρηστών από την επικείμενη εκπομπή τους. Ολοκληρώνοντας, στην διδακτορική αυτή διατριβή, το πρόβλημα της κατανομής πόρων αντιμετωπίζεται συνολικά μέσω μίας καινοτόμου και ρεαλιστικής προσέγγισης υιοθετώντας την χρήση της Θεωρίας Προοπτικής (Prospect Theory), η οποία ανατρέπει την έως τώρα επιλογή της Θεωρίας Αναμενόμενης Χρησιμότητας (Expected Utility Theory) σε θέματα κατανομής πόρων. Για πρώτη φορά στην σχετική βιβλιογραφία, τα προβλήματα διατυπώνονται ενσωματώνοντας την υποκειμενικότητα των χρηστών στην λήψη αποφάσεων όταν επικρατούν συνθήκες αβεβαιότητας, ενώ ταυτόχρονα για πρώτη φορά εισάγεται η συνθήκη της πιθανής κατάρρευσης του εύρους ζώνης λόγω της υπέρμετρης χρήσης του εντός του δικτύου. Το ανωτέρω πλαίσιο υλοποιείται για διαφορετικά σενάρια (συνδυασμός αδειοδοτημένου και μη εύρους ζώνης, ταυτόχρονη εκπομπή μέσω πολλαπλών τεχνικών πρόσβασης), ενώ επιπλέον αναλύεται η κατανομή πόρων και η ασφάλεια (network security) σε δίκτυα δημόσιας ασφάλειας (Public Safety Networks) με αξιοποίηση μη επανδρωμένων αεροσκαφών (Unmanned Aerial Vehicles).

scholarly journals Active stabilization of unmanned aerial vehicle imaging platform

2020 ◽  
Vol 26 (19-20) ◽  
pp. 1791-1803 ◽  
Author(s):  
Mohit Verma ◽  
Vicente Lafarga ◽  
Mael Baron ◽  
Christophe Collette
Keyword(s):  
Unmanned Aerial Vehicles ◽  
Unmanned Aerial Vehicle ◽  
Vibration Isolation ◽  
Isolation System ◽  
Aerial Vehicles ◽  
Active Stabilization ◽  
Aerial Vehicle ◽  
Active Vibration ◽  
Improved Performance

The advancement in technology has seen a rapid increase in the use of unmanned aerial vehicles for various applications. These unmanned aerial vehicles are often equipped with the imaging platform like a camera. During the unmanned aerial vehicle flight, the camera is subjected to vibrations which hamper the quality of the captured images/videos. The high-frequency vibrations from the unmanned aerial vehicle are transmitted to the camera. Conventionally, passive rubber mounts are used to isolate the camera from the drone vibrations. The passive mounts are able to provide reduction in response near the resonance. However, this comes at the cost of amplification of response at the higher frequency. This article proposes an active vibration isolation system which exhibits improved performance at the higher frequencies than the conventional system. The active isolation system consists of a contact-less voice coil actuator supported by four springs. Experiments are carried out to study the effect of vibrations on the quality of images captured. The characterization of drone vibrations is also carried out by recording the acceleration during different flight modes. The performance of the proposed isolation system is experimentally validated on a real drone camera subjected to the recorded drone acceleration spectrum. The isolation system is found to perform better than the conventional rubber mounts and is able to reduce the vibrations to a factor of one-fourth. It can be effectively used to improve the image acquisition quality of the unmanned aerial vehicles.

scholarly journals Internet of Unmanned Aerial Vehicles: QoS Provisioning in Aerial Ad-Hoc Networks

Sensors ◽  
2020 ◽  
Vol 20 (11) ◽  
pp. 3160 ◽  
Author(s):  
Kirshna Kumar ◽  
Sushil Kumar ◽  
Omprakash Kaiwartya ◽  
Ajay Sikandar ◽  
Rupak Kharel ◽  
...  
Keyword(s):  
Ad Hoc Networks ◽  
Unmanned Aerial Vehicles ◽  
Ad Hoc Network ◽  
Ad Hoc ◽  
Qos Provisioning ◽  
Smart Services ◽  
Aerial Vehicles ◽  
Service Oriented ◽  
Hoc Networks

Aerial ad-hoc networks have the potential to enable smart services while maintaining communication between the ground system and unmanned aerial vehicles (UAV). Previous research has focused on enabling aerial data-centric smart services while integrating the benefits of aerial objects such as UAVs in hostile and non-hostile environments. Quality of service (QoS) provisioning in UAV-assisted communication is a challenging research theme in aerial ad-hoc networks environments. Literature on aerial ad hoc networks lacks cooperative service-oriented modeling for distributed network environments, relying on costly static base station-oriented centralized network environments. Towards this end, this paper proposes a quality of service provisioning framework for a UAV-assisted aerial ad hoc network environment (QSPU) focusing on reliable aerial communication. The UAV’s aerial mobility and service parameters are modelled considering highly dynamic aerial ad-hoc environments. UAV-centric mobility models are utilized to develop a complete aerial routing framework. A comparative performance evaluation demonstrates the benefits of the proposed aerial communication framework. It is evident that QSPU outperforms the state-of-the-art techniques in terms of a number of service-oriented performance metrics in a UAV-assisted aerial ad-hoc network environment.

scholarly journals Methodological Ambiguity and Inconsistency Constrain Unmanned Aerial Vehicles as A Silver Bullet for Monitoring Ecological Restoration

2019 ◽  
Vol 11 (10) ◽  
pp. 1180 ◽  
Author(s):  
Todd M. Buters ◽  
Philip W. Bateman ◽  
Todd Robinson ◽  
David Belton ◽  
Kingsley W. Dixon ◽  
...  
Keyword(s):  
Machine Learning ◽  
Unmanned Aerial Vehicles ◽  
Ecological Restoration ◽  
Large Scale ◽  
Ecological Monitoring ◽  
Policy Framework ◽  
Strong Positive Correlation ◽  
Aerial Vehicles ◽  
The Future ◽  
Thermal Cameras

The last decade has seen an exponential increase in the application of unmanned aerial vehicles (UAVs) to ecological monitoring research, though with little standardisation or comparability in methodological approaches and research aims. We reviewed the international peer-reviewed literature in order to explore the potential limitations on the feasibility of UAV-use in the monitoring of ecological restoration, and examined how they might be mitigated to maximise the quality, reliability and comparability of UAV-generated data. We found little evidence of translational research applying UAV-based approaches to ecological restoration, with less than 7% of 2133 published UAV monitoring studies centred around ecological restoration. Of the 48 studies, > 65% had been published in the three years preceding this study. Where studies utilised UAVs for rehabilitation or restoration applications, there was a strong propensity for single-sensor monitoring using commercially available RPAs fitted with the modest-resolution RGB sensors available. There was a strong positive correlation between the use of complex and expensive sensors (e.g., LiDAR, thermal cameras, hyperspectral sensors) and the complexity of chosen image classification techniques (e.g., machine learning), suggesting that cost remains a primary constraint to the wide application of multiple or complex sensors in UAV-based research. We propose that if UAV-acquired data are to represent the future of ecological monitoring, research requires a) consistency in the proven application of different platforms and sensors to the monitoring of target landforms, organisms and ecosystems, underpinned by clearly articulated monitoring goals and outcomes; b) optimization of data analysis techniques and the manner in which data are reported, undertaken in cross-disciplinary partnership with fields such as bioinformatics and machine learning; and c) the development of sound, reasonable and multi-laterally homogenous regulatory and policy framework supporting the application of UAVs to the large-scale and potentially trans-disciplinary ecological applications of the future.

Streamlined bridge inspection system utilizing unmanned aerial vehicles (UAVs) and machine learning

Measurement ◽  
2020 ◽  
Vol 164 ◽  
pp. 108048 ◽  
Author(s):  
Brandon J. Perry ◽  
Yanlin Guo ◽  
Rebecca Atadero ◽  
John W. van de Lindt
Keyword(s):  
Machine Learning ◽  
Unmanned Aerial Vehicles ◽  
Inspection System ◽  
Bridge Inspection ◽  
Aerial Vehicles
Sign in / Sign up

Export Citation Format

Share Document