Please use this identifier to cite or link to this item: https://hdl.handle.net/10216/121959
Author(s): André Duarte Correia de Oliveira
Title: Routing for Flying Networks using Software-Defined Networking
Issue Date: 2019-07-11
Abstract: In recent years, Unmanned Aerial Vehicles (UAVs) are being increasingly used in various applications, both military and civilian. Their miniaturisation and low cost paved the way to the usage of swarms of UAVs, which provide better results when performing tasks compared to single UAVs. However, to enable cooperation between the UAVs, always-on and reliable communications must be ensured. Moreover, swarms of UAVs are being targeted by the scientific community as a way to provide Internet access to ground users in scenarios such as disaster reliefs and Temporary Crowded Events (TCEs), taking advantage of the capability of UAVs to carry Wi-Fi Access Points (APs) or Long-Term Evolution (LTE) cells. Solutions relying on a Control Station (CS) capable of positioning the UAVs according to the users' traffic demands have been shown to improve the Quality of Service (QoS) provided by the network. However, they introduce important challenges regarding network routing. Recently, a solution was proposed to take advantage of the knowledge provided by a CS regarding how the network will change, by dynamically updating the forwarding tables before links in the flying network are disrupted, rather than recovering from link failure, as is the case in most of the existing routing protocols. Although it does not consider the impact of reconfigurations on the access network due to the mobility of the APs, it is a promising approach worthy of being improved and implemented in a real system. This dissertation focuses on implementing a routing solution for flying networks based on Software-Defined Networking (SDN). Specifically, it addresses the mobility management and network load balancing issues from a centralised perspective, while simultaneously enabling uninterruptible and broadband communications between ground users and the Internet, thus allowing UAVs to reposition and reconfigure themselves without interfering with the terminals' connections to the network.
Description: Nos últimos anos, os Veículos Aéreos Não Tripulados (UAVs) estão a ser usados de forma crescente em inúmeras aplicações, tanto militares como civis. A sua miniaturização e o preço reduzido abriram o caminho para o uso de enxames de UAVs, que permitem melhores resultados na realização de tarefas em relação a UAVs independentes. Contudo, para permitir a cooperação entre UAVs, devem ser asseguradas comunicações contínuas e fiáveis. Além disso, os enxames de UAVs foram identificados pela comunidade científica como meio para permitir o acesso à Internet a utilizadores terrestres em cenários como prestação de socorros e Eventos Temporários Lotados (TCEs), tirando partido da sua capacidade para transportar Pontos de Acesso (APs) Wi-Fi e células Long-Term Evolution (LTE). Soluções que dependem de uma Estação de Controlo (CS) capaz de posicionar os UAVs de acordo com as necessidades de tráfego dos utilizadores demonstraram aumentar a Qualidade de Serviço (QoS) oferecida pela rede. No entanto, estas soluções introduzem desafios importantes no que diz respeito ao encaminhamento do tráfego. Recentemente, foi proposta uma solução que tira partido do conhecimento da CS sobre o estado futuro da rede para atualizar dinamicamente as tabelas de encaminhamento de modo a que as ligações na rede voadora não sejam interrompidas, em vez de se recuperar da sua interrupção, como é o caso na maioria dos protocolos de encaminhamento existentes. Apesar de não considerar o impacto das reconfigurações na rede de acesso, como consequência da mobilidade dos APs, ou o balanceamento da carga na rede, esta abordagem é promissora e merece ser desenvolvida e implementada num sistema real. Esta dissertação tem como foco a implementação de um protocolo de encaminhamento para redes voadoras baseado em Software-Defined Networking (SDN). Especificamente, aborda os problemas de mobilidade e de balanceamento da carga na rede de uma perspetiva centralizada, garantindo simultaneamente comunicações ininterruptas e de banda-larga entre utilizadores terrestres e a Internet, permitindo assim que os UAVs se possam reposicionar e reconfigurar sem interferir com as ligações dos terminais à rede.
Subject: Engenharia electrotécnica, electrónica e informática
Electrical engineering, Electronic engineering, Information engineering
Scientific areas: Ciências da engenharia e tecnologias::Engenharia electrotécnica, electrónica e informática
Engineering and technology::Electrical engineering, Electronic engineering, Information engineering
DOI: 10.34626/vhdk-qa93
TID identifier: 202389596
URI: https://hdl.handle.net/10216/121959
Document Type: Dissertação
Rights: openAccess
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