$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Een van de meest begeerde doelen binnen het nieuwe tijdperk van de mobiele communicatie (meestal bekend als de 5e mobiele generatie of 5g) is om robuuste informatietechnologie diensten te kunnen leveren in situaties waarin de primaire telecommunicatie infrastructuur mogelijk niet beschikbaar is (bijvoorbeeld vanwege een noodsituatie). In deze context krijgen de Uavm steeds meer aandacht van de onderzoeksgemeenschap vanwege hun inherente veelzijdigheid. Er zijn tal van werken die deze apparaten gebruiken als hoeksteen voor het leveren van een grote verscheidenheid aan diensten. Zo heeft de literatuur de capaciteit van deze apparaten geanalyseerd om een antenne communicatie-infrastructuur te bouwen voor multimedia-diensten1,2,3. Bovendien is uit voorafgaand onderzoek gebleken hoe de samenwerking tussen verschillende UAVs de functionaliteit van verschillende communicatiediensten kan uitbreiden, zoals surveillance4, Collaboratief zoeken en Rescue5,6,7,8of agribusiness9.
Aan de andere kant, de NFV-technologie heeft grote betekenis verworven binnen de telecom operators als een van de 5G key enablers. NFV vertegenwoordigt een paradigmatische verandering met betrekking tot de telecommunicatie-infrastructuur door het verlichten van de huidige afhankelijkheid van netwerkapparaten op gespecialiseerde hardware via de softwarisatie van de netwerk functionaliteiten. Dit maakt een flexibele en agile implementatie van nieuwe soorten communicatiediensten mogelijk. Daartoe vormde het Europees Instituut voor telecommunicatienormen (ETSI) een specificatie groep om het NFV-architecturale kader10te definiëren. Daarnaast host de ETSI momenteel de open source Mano (OSM) groep11, die belast is met het ontwikkelen van een Nfv Management and ORCHESTRATION (Mano) software stack uitgelijnd met de definitie van het ETSI nfv-architecturale kader.
Gezien alle bovengenoemde overwegingen wordt de synergische convergentie tussen UAVs en NFV-technologieën momenteel bestudeerd bij de ontwikkeling van nieuwe netwerktoepassingen en-diensten. Dit wordt geïllustreerd door verschillende onderzoekswerken in de literatuur die wijzen op de voordelen van dit soort systemen14,15,16, de uitdagingen van deze convergentie en de ontbrekende aspecten ervan te identificeren, toekomstige onderzoekslijnen over dit onderwerp17te benadrukken en Pioneer-oplossingen te presenteren op basis van open source-technologieën.
Met name de integratie van NFV-technologieën in de UAV-Arena maakt een snelle en flexibele uitrol van netwerkdiensten en-toepassingen mogelijk via afgebakende geografische gebieden (bijv. een IP-Telefoniedienst). Naar aanleiding van deze aanpak, een aantal UAVs kan worden geïmplementeerd op een specifieke locatie, het transport van Compute-platforms als Payload (bijvoorbeeld kleine single board computers). Deze Compute-platforms zou bieden een programmeerbare netwerkinfrastructuur (dat wil zeggen, een NFV-infrastructuur) over het implementatie gebied, ondersteuning van de instantiëring van netwerkservices en toepassingen onder de controle van een MANO-platform.
Niettegenstaande de voordelen presenteert de realisatie van deze weergave een reeks fundamentele uitdagingen die zorgvuldig moeten worden aangepakt, zoals de juiste integratie van deze Compute-platforms als een NFV-infrastructuur, met behulp van een bestaande NFV-software stack, zodat een NFV-Orchestration-service virtuele functies op de UAVs kan implementeren; de beperkingen in termen van de rekenkundige middelen die door de Compute-platforms, als de UAVs transport van hen kunnen meestal beperkingen in termen van grootte, gewicht en rekencapaciteit van Payload-apparatuur te presenteren; de juiste plaatsing van de virtuele functies op UAVs (d.w.z. het selecteren van de beste UAV-kandidaat om een bepaalde virtuele functie te implementeren); het onderhoud van de controle communicatie met de UAVs om de levenscyclus van het VNFs te beheren, ondanks de mogelijk intermitterende beschikbaarheid van netwerkcommunicatie met hen (bijvoorbeeld veroorzaakt door mobiliteit en batterij beperkingen); de beperkte bedrijfstijd van de UAVs door het batterijverbruik; en de migratie van de virtuele functies wanneer een UAV moet worden vervangen vanwege de uitputting van de batterij. Deze voordelen en uitdagingen worden gedetailleerd beschreven in vorig werk18,19 met het ontwerp van een nfv-systeem dat de geautomatiseerde uitrol van netwerkfuncties en-diensten op UAV-platformen kan ondersteunen, evenals de validatie van de praktische haalbaarheid van dit ontwerp.
In deze context richt deze paper zich op het beschrijven van een protocol om de geautomatiseerde uitrol van matig complexe netwerkdiensten via een netwerk van UAVs met behulp van de NFV-standaarden en open source-technologieën mogelijk te maken. Ter illustratie van de verschillende stappen van het protocol wordt een heruitwerking van een experiment gepresenteerd in Nogales et al.19 , dat bestaat uit de uitrol van een IP-Telefoniedienst. Om de reproduceerbaarheid van dit werk te helpen, wordt echte vlucht beschouwd als optioneel in de gepresenteerde procedure en worden de prestatieresultaten verkregen met de UAV-apparaten op de grond. Geïnteresseerde lezers moeten de uitvoering van het protocol kunnen repliceren en valideren, zelfs in een gecontroleerde laboratoriumomgeving.
Afbeelding 1 illustreert de netwerkservice die is ontworpen voor deze procedure. Deze Netwerkservice is gebouwd als een samenstelling van specifieke softwarisatie-eenheden (gecategoriseerd binnen het NFV-paradigma als virtuele netwerkfuncties of VNFs) en biedt de functionaliteit van een IP-telefonieservice aan gebruikers in de nabijheid van de UAVs. De VNF die de service opstelt, wordt als volgt gedefinieerd:
- Toegangspunt VNF (AP-VNF): deze VNF biedt een Wi-Fi-toegangspunt voor apparatuur van eindgebruikers (d.w.z. IP-telefoons in dit experiment).
- IP-telefonieserver VNF (IP-telefonie-server-VNF): het is verantwoordelijk voor het beheer van de oproep signalering van berichten die worden uitgewisseld tussen IP-telefoons om een spraakoproep tot stand te brengen en te beëindigen.
- Domeinnaam systeem VNF (DNS-VNF): deze VNF biedt een service voornaam omzetting, die meestal nodig is in IP-telefonieservices.
- Access router VNF (AR-VNF): biedt netwerk routeringsfuncties, ondersteuning van de uitwisseling van verkeer (d.w.z. oproep signalering in dit experiment) tussen de IP-telefoons en de telecommunicatie-operator domein.
- Core router VNF (CR-VNF): biedt netwerk routeringsfuncties in het domein van de telecommunicatie-operator, die toegang bieden tot operator-specifieke services (d.w.z. de IP-telefonieserver) en externe gegevensnetwerken.
Bovendien presenteert Figuur 1 de fysieke apparaten die worden gebruikt voor het experiment, hoe ze onderling zijn verbonden en de specifieke toewijzing van vnfs aan apparaten.