Design and analysis of routing protocols for the internet of drones

Abstract

A Internet dos Drones (IoD) é uma tecnologia emergente que permitirá uma nova era de serviços e aplicações de drones. No entanto, muitas barreiras e desafios permanecem até que possamos controlar uma rede IoD complexa. A comunidade científica ainda está discutindo, estudando e investigando a melhor forma de implementar essa rede para tornar o IoD viável, confiável e eficiente. Além disso, os princípios que norteiam as redes sem fio terrestres e mesmo as redes tradicionais de VANTs (Veículos Aéreos Não Tripulados) não se aplicam ao IoD principalmente porque permite que drones distintos realizando diferentes aplicações compartilhem o espaço aéreo. Primeiramente, esta tese discute, explora e estuda os desafios da IoD através da Computação Urbana. Essa análise pode trazer insights sobre a organização do espaço aéreo e os protocolos de comunicação IoD, porque revelam a dimensão, as necessidades e os desafios desse ambiente. Em seguida, propomos e estudamos uma arquitetura topológica do espaço aéreo e das vias aéreas para construir um ambiente de acesso coordenado para drones. Discutimos a aplicação de entrega por drone no contexto do IoD e apresentamos diretrizes de decisão sobre quando usar a entrega por drone e quando optar por entregas tradicionais. Apresentamos um método para gerar planejamento de trajetória para cobrir o espaço aéreo organizado em vias aéreas. Em seguida, estudamos os protocolos de roteamento para IoD considerando à topologia estabelecida. Propomos um protocolo de roteamento geocast para IoD para disseminar mensagens de alerta em situações imprevisíveis que possam ocorrer na rede. Além disso, propomos um protocolo IoD usando a abordagem IoD definida por software para controlar e permitir maior programabilidade e adaptabilidade da rede. Adicionalmente, exploramos a colaboração de IoD com outras redes por meio de dois protocolos híbridos. Primeiramente, propomos um protocolo para unir redes IoD e redes de ônibus. As redes de ônibus apresentam alta previsibilidade, permitindo que os drones aproveitem os ônibus para preencher lacunas em sua comunicação quando a rede IoD é escassa. Por fim, propomos um protocolo para um cenário futurístico em que redes veiculares, IoD e Internet of Flying Cars (IoFC) colaboram em situações especificas como, por exemplo a disseminação de mensagens de emergência. As soluções desenvolvidas foram comparadas com trabalhos relacionados através de simulações em um simulador que permite a criação e gerenciamento de vias aéreas. Os resultados são promissores e mostram o potencial de métodos de planejamento de caminhos e protocolos de comunicação desenvolvidos em diferentes cenários. Finalmente, apresentamos as próximas etapas a serem desenvolvidas. Em resumo, esta tese fornece procedimentos e discussões que podem orientar o desenvolvimento futuro para superar barreiras relacionadas a problemas fundamentais em IoD, como comunicação e mobilidade.