Pesquisadores da Queen's University Belfast (QUB) e da Duy Tan University (DTU) têm colaborado em um projeto que visa melhorar os sistemas de comunicação de veículos aéreos não tripulados (UAV). Sua pesquisa recebeu o Prêmio Newton 2017, recebendo £ 200, 000 pelo governo do Reino Unido para o desenvolvimento de um novo sistema de comunicação que pode funcionar em condições climáticas extremas e em momentos de desastres naturais.

Entre 2015 e 2017, a mesma equipe de pesquisadores estava trabalhando em um projeto financiado pela bolsa Newton e administrado pelo conselho britânico, chamado "Construindo uma base para sociedades em rede de desenvolvimento sustentável para as cidades de amanhã." Este projeto teve como objetivo alavancar a tecnologia sem fio contemporânea e infraestrutura para atender às demandas de conectividade no contexto de desastres naturais no Vietnã.

"Depois de concluir com sucesso nosso projeto em abril de 2017, fomos convidados a enviar nossos resultados e planos futuros para a chamada para o Prêmio Newton 2017, "Trung Duong, um dos pesquisadores que realizaram o estudo disse ao TechXplore. "Entre aproximadamente 200 projetos do Fundo Newton apresentados, nosso projeto esteve nos últimos cinco vencedores. Estamos orgulhosos de ter recebido o Prêmio Newton 2017 e continuar a desenvolver nosso projeto para a próxima etapa, usando veículos aéreos não tripulados (UAVs) em comunicações de missão crítica para gerenciamento de desastres. "

Em momentos de condições climáticas extremas ou durante desastres naturais, a tecnologia pode fazer uma grande diferença, ajudando a salvar vidas e prestando assistência às pessoas que vivem nas áreas afetadas. UAVs podem desempenhar um papel fundamental nisso, pois eles poderiam ajudar a alcançar as partes envolvidas e transportar recursos valiosos.

Em seu estudo recente, que foi publicado em Carta de Comunicações Sem Fio IEEE e pré-publicado no arXiv, os pesquisadores desenvolveram um algoritmo de alocação de recursos em tempo real que pode maximizar a eficiência energética para comunicações incorporadas em UAVs. Seu algoritmo funciona otimizando conjuntamente o tempo de coleta de energia e o controle de energia para comunicações dispositivo a dispositivo (D2D) entre UAVs.

"A otimização é fundamental para qualquer problema que envolva a tomada de decisão, seja na engenharia, economia ou sociedade, "Duong explicou." Em comunicações sem fio, técnicas de otimização são frequentemente usadas para escolher ou atualizar os parâmetros do sistema, para otimizar o desempenho da rede. Contudo, esses algoritmos de otimização normalmente resolvem problemas de otimização em escalas de tempo de minutos ou horas. "

Os métodos tradicionais de otimização convexa ainda são caros e sua implementação pode ser extremamente demorada. Isso exige o desenvolvimento de novos métodos, o que pode ser particularmente benéfico quando aplicado em momentos de emergência ou desastres naturais.

"Em comunicações de missão crítica, apoiando a gestão de desastres, como brigadas de incêndio, equipes de resgate, e serviço médico de emergência, o tempo é um fator crítico (por exemplo, com uma latência mínima de milissegundos a segundos), "Duong disse." Um prazo estrito em tempo real é o requisito mais importante para tais cenários, particularmente sob um ambiente em constante mudança. "

Para desenvolver ferramentas que podem realmente fazer a diferença em situações de emergência, Portanto, os pesquisadores devem identificar maneiras de reduzir o tempo de solução e a complexidade computacional dos problemas de otimização. O algoritmo de alocação de recursos em tempo real desenvolvido por Duong e seus colegas faz exatamente isso, efetivamente reduzindo o tempo de execução para milissegundos.

Seu algoritmo pode ser integrado em UAVs, o que pode ser de grande ajuda em situações em que as redes estão congestionadas, edifícios foram destruídos, e há falta de alimentação. Nestes casos, UAVs que estão voando acima da área afetada podem ajudar os socorristas a avaliar a situação o mais rápido possível.

"Os UAVs dependem estritamente de baterias para operar, e, portanto, para que os UAVs permaneçam no ar por mais tempo, a quantidade de recursos (incluindo baterias, largura de banda, etc.) deve ser bem otimizado, "Duong explicou." Isso é muito importante para a realização de missões de busca e resgate bem-sucedidas nas primeiras 72 horas após o desastre, considerando que os UAVs disponíveis comercialmente só podem permanecer no ar por aproximadamente 20 minutos. Portanto, maximizar a vida útil de uma rede de comunicação multi-UAV é vital para tais aplicações. "

Durante e após desastres naturais, A infraestrutura de telecomunicações interrompida pode muitas vezes impedir que equipes de emergência e equipes de evacuação cumpram suas missões. Ao reduzir o tempo de comunicação do UAV para milissegundos, o algoritmo de alocação de recursos ideal para UAVs desenvolvido por Duong e seus colegas pode ajudar a salvar vidas e fornecer assistência oportuna aos sobreviventes.

“Em desastres naturais, manter a conectividade de comunicação fornece uma tábua de salvação, "Duong disse." A falta de comunicação em áreas remotas e as más condições de comunicação nos países em desenvolvimento podem ter efeitos prejudiciais. Acreditamos que nossa pesquisa para otimização em tempo real nas comunicações de UAV é a primeira tentativa no campo para lidar com a restrição de tempo do UAV, que desempenhará um papel crucial em cenários de desastre. "

Atualmente, a equipe que trabalha neste projeto de fundo Newton é composta por 3 alunos de pós-doutorado e 4 de doutorado. Esses pesquisadores agora continuarão trabalhando em seus esforços significativos, enfocando uma série de outros aspectos teóricos e práticos.

"Nosso próximo passo é explorar tecnologias de ponta, (por exemplo, computação distribuída e paralela) e integre o aprendizado de máquina no contexto de otimização em tempo real, para aumentar o tempo de processamento, "Duong disse." Também continuaremos divulgando nossa pesquisa por meio de revistas científicas de alto impacto, em conferências, e para parceiros da indústria. "

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