Анализ надёжности многороторного лётного модуля привязной телекоммуникационной платформы при работе в случайной среде

  • Dmitry Vladimirovich Kozyrev Российский университет дружбы народов; Институт проблем управления им. В.А.Трапезникова РАН http://orcid.org/0000-0003-0538-8430
  • Duy Phuong Nguyen Московский физико-технический институт (национальный исследовательский университет) http://orcid.org/0000-0002-3003-5613

Аннотация

Одним из перспективных направлений в рамках концепции создания сетей нового поколения 5G / IMT-2020 является развитие широкополосных беспроводных сетей на базе автономных и привязных беспилотных летательных аппаратов (БПЛА). Преимуществом таких сетей является их быстрое и гибкое развертывание, более широкая зона телекоммуникационного покрытия и повышенная надежность беспроводной связи, управляемая мобильность, снижение эксплуатационных расходов и т. д. Помимо интереса к высотным платформам, реализуемым на базе автономных БПЛА, в настоящее время ведущими исследователями передовых стран мира ведутся интенсивные научные работы по проектированию и реализации привязных беспилотных высотных платформ. Платформы этого типа предназначены для эксплуатации в течение длительного времени и широко используются как в гражданской, так и в военной сфере. Возможность длительной эксплуатации привязных беспилотных высотных платформ, являющаяся одним из основных преимуществ перед автономными БПЛА, выдвигает ряд новых требований к надежности как отдельных узлов, так и высотной платформы в целом. Высотные модули привязных беспилотных высотных платформ, как и большинство технических систем, функционируют в условиях изменяющейся внешней среды. Внешними факторами, влияющими на длительность безотказной работы привязных беспилотных высотных платформ, являются, в частности, погодные условия. Влияние этих факторов на надёжность системы представляет значительный интерес.
Поэтому в данной статье решается актуальная задача исследования аналитической модели надёжности многороторного лётного модуля привязной мультироторной высотной платформы как однородной системы горячего резервирования, состоящей из n элементов, работающей в случайной среде. Предложена общая марковская модель надёжности системы, функционирующей в случайной среде, с учётом повышения функциональной нагрузки и расположения отказавших элементов.

Сведения об авторах

Dmitry Vladimirovich Kozyrev, Российский университет дружбы народов; Институт проблем управления им. В.А.Трапезникова РАН

доцент кафедры прикладной информатики и теории вероятностей, факультет физико-математических и естественных наук; старший научный сотрудник, кандидат физико-математических наук

Duy Phuong Nguyen, Московский физико-технический институт (национальный исследовательский университет)

аспирант физтех-школы радиотехники и компьютерных технологий

Литература

[1]Perelomov V.N., Myrova L.O., Aminev D.A., Kozyrev D.V. Efficiency Enhancement of Tethered High Altitude Com­munication Platforms Based on Their Hardware-Software Unification. In: Vishnevskiy V., Kozyrev D. (ed.) Distributed Computer and Communication Networks. DCCN 2018. Com­munications in Computer and Information Science. 2018; 919:184-200. Springer, Cham. (In Eng.) DOI: http://doi-org-443.webvpn.fjmu.edu.cn/10.1007/978-3-319-99447- 5_16
[2] Vishnevsky V.M., Efrosinin D.V., Krishnamoorthy A. Prin­ciples of Construction of Mobile and Stationary Tethered High-Altitude Unmanned Telecommunication Platforms of Long-Term Operation. In: Vishnevskiy V., Kozyrev D. (ed.) Distributed Computer and Communication Networks. DCCN 2018. Communications in Computer and Information Science. 2018; 919:561-569. Springer, Cham. (In Eng.) DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-319-99447-5_48
[3] Khan M.A., Hamila R., Kiranyaz M.S., Gabbouj M. A Novel UAV-Aided Network Architecture Using Wi-Fi Direct. IEEE Access. 2019; 7:67305-67318. (In Eng.) DOI: https://doi. org/10.1109/ACCESS.2019.2916041
[4] Kiribayashi S., Yakushigawa K., Nagatani K. Design and De­velopment of Tether-Powered Multirotor Micro Unmanned Aerial Vehicle System for Remote-Controlled Construction Machine. In: Hutter M., Siegwart R. (ed.) Field and Service Robotics. Springer Proceedings in Advanced Robotics. 2018; 5:637-648. Springer, Cham. (In Eng.) DOI: https://doi. org/10.1007/978-3-319-67361-5_41
[5] G. Wang, W. Samarathunga, S. Wang. Uninterruptible Power Supply Design for Payload Tethered Hexaroters. Interna­tional Journal of Emerging Engineering Research and Tech­nology. 2016; 4(2):16-21. Available at: https://www.ijeert. org/pdf/v4-i2/3.pdf (accessed 10.08.2020). (In Eng.)
[6] Vishnevsky V., Meshcheryakov R. Experience of Develop­ing a Multifunctional Tethered High-Altitude Unmanned Platform of Long-Term Operation. In: Ronzhin A., Rigoll G., Meshcheryakov R. (ed.) Interactive Collaborative Ro­botics. ICR 2019. Lecture Notes in Computer Science. 2019; 11659:236-244. Springer, Cham. (In Eng.) DOI: https://doi. org/10.1007/978-3-030-26118-4_23
[7] Vishnevsky V.M., Tereschenko B.N., Tumchenok D.A., Shirvanyan A.M., Sokolov A. Principles of Building a Pow­er Transmission System for Tethered Unmanned Telecom­munication Platforms. In: Vishnevskiy V., Samouylov K., Kozyrev D. (eds) Distributed Computer and Communica­tion Networks. DCCN 2019. Lecture Notes in Computer Sci­ence. 2019; 11965:94-110. Springer, Cham. (In Eng.) DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-030-36614-8_8
[8] Vishnevskiy V.M., Shirvanyan A.M., Tumchenok D.A. Mathe­matical Model of the Dynamics of Operation of the Tethered High-Altitude Telecommunication Platform in the Turbu­lent Atmosphere. In: 2019 Systems of Signals Generating and Processing in the Field of on Board Communications. Moscow, Russia; 2019. p. 1-7. (In Eng.) DOI: https://doi. org/10.1109/SOSG.2019.8706784
[9] Barabanova E., Vytovtov K., Vishnevskiy V.M., Podlazov V. Model of Optical Non-blocking Information Processing Sys­tem for Next-Generation Telecommunication Networks. In: Vishnevskiy V., Samouylov K., Kozyrev D. (ed.) Distributed Computer and Communication Networks. DCCN 2019. Com­munications in Computer and Information Science. 2019; 1141:188-198. Springer, Cham. (In Eng.) DOI: https://doi. org/10.1007/978-3-030-36625-4_16
[10] Kozyrev D.V., Rykov V.V., Vishnevsky V.M. Reliability Model­ing of the Rotary-Wing Flight Module of a High-altitude Tele­communication Platform. In: Proceedings of the Thirteenth International Conference on New Information Technologies in the Study of Complex Structures. Tomsk; 2020. Available at: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=44189928 (ac­cessed 10.08.2020). (In Eng.)
[11] Trivedi K.S. Probability and Statistics with Reliability, Queuing and Computer Science Applications. John Wiley & Sons, Inc., New York; 2016. (In Eng.) DOI: https://doi. org/10.1002/9781119285441
[12] Chakravarthy S.R., Krishnamoorthy A., Ushakumari P.V. A (k-out-of-n) reliability system with an unreliable serv­er and Phase type repairs and services: The (N, T) pol­icy. International Journal of Stochastic Analysis. 2001; 14(4): 361-380. (In Eng.) DOI: https://doi.org/10.1155/ S1048953301000326
[13] Zhang T., Xie M., Horigome M. Availability and reliability of k-out-of-(M+N):G warm standby systems. Reliability En­gineering & System Safety. 2006; 91(4):381-387. (In Eng.) DOI: https://doi.org/10.1016/j.ress.2005.02.003
[14] Gertsbakh I., Shpungin Y. Reliability Of Heterogeneous ((k, r)-out-of-(n, m)) System. Reliability: Theory & Applica­tions. 2016; 11(3):8-10. Available at: http://www.gned­enko.net/RTA/index.php/rta/article/view/471 (accessed 10.08.2020). (In Eng.)
[15] Levitin G., Lisnianski A. Multi-state System Reliability Anal­ysis and Optimization (Universal Generating Function and Genetic Algorithm Approach). In: Pham H. (ed.) Handbook of Reliability Engineering. Springer, London; 2003. (In Eng.) DOI: https://doi.org/10.1007/1-85233-841-5_4
[16] Ushakov I. Universal Generating Function. Soviet Journal of Computer and Systems Sciences. 1986; 24(5):118-129. (In Eng.)
[17] Ushakov I. Optimal standby problem and a universal gener­ating function. Soviet Journal of Computer and Systems Sci­ences. 1987; 25(4):79-82.
[18] Levitin G.The Universal Generating Function in Reliability Analysis and Optimization. Springer Series in Reliability En­gineering. Springer, London; 2005. (In Eng.) DOI: https:// doi.org/10.1007/1-84628-245-4
[19] Yuge T., Maruyama M., Yanagi S. Reliability of a k-out-of-n System with Common-cause Failures Using Multivariate Exponential Distribution. Procedia Computer Science. 2016; 96:968-976. (In Eng.) DOI: https://doi.org/10.1016/j. procs.2016.08.101
[20] Kozyrev D.V., Nguyen D.P. Calculation of the reliability char­acteristics of the flight module of a tethered multi-rotor un­manned high-altitude platform based on a hexacopter. In: Proceedings of the 22nd International Scientific Conference on Distributed Computer and Communication Networks: Control, Computation, Communications (DCCN-2019). Mos­cow, RUDN; 2019. p. 504-513. Available at: https://www. elibrary.ru/item.asp?id=41384279 (accessed 10.08.2020). (In Russ.)
[21] Kozyrev D.V., Phuong N.D., Houankpo H.G.K., Sokolov A. Reliability Evaluation of a Hexacopter-Based Flight Mod­ule of a Tethered Unmanned High-Altitude Platform. In: Vishnevskiy V., Samouylov K., Kozyrev D. (ed.) Distributed Computer and Communication Networks. DCCN 2019. Com­munications in Computer and Information Science. 2019; 1141:646-656. Springer, Cham. (In Eng.) DOI: https://doi. org/10.1007/978-3-030-36625-4_52
[22] Kim C.S., Klimenok V., Mushko V., Dudin A. The BMAP/PH/N retrial queueing system operating in Markovian random environment. Computers & Operations Research. 2010; 37(7):1228-1237. (In Eng.) DOI: https://doi.org/10.1016/j. cor.2009.09.008
[23] Kim C.S., Dudin A., Klimenok V., Khramova V. Erlang loss queueing system with batch arrivals operating in a ran­dom environment. Computers & Operations Research. 2009; 36(3):674-697. (In Eng.) DOI: https://doi.org/10.1016/j. cor.2007.10.022
[24] Rykov V.V., Chan A.N. Investigation of the reliability of a ho­mogeneous system of lightweight redundancy in a random environment. Proceedings of the 17th International Scientif­ic Conference on Distributed Computer and Communication Networks: Control, Computation, Communications (DCCN- 2013). Moscow, Technosphere; 2013. p. 156-162. (In Russ.)
[25] Rykov V.V., Nghia T.A. On reliability of binary systems in a random environment. Automatic Control and Computer Sciences. 2013; 47(6):342-351. (In Eng.) DOI: https://doi. org/10.3103/S0146411613060096
Опубликована
2020-09-30
Как цитировать
KOZYREV, Dmitry Vladimirovich; NGUYEN, Duy Phuong. Анализ надёжности многороторного лётного модуля привязной телекоммуникационной платформы при работе в случайной среде. Международный научный журнал «Современные информационные технологии и ИТ-образование», [S.l.], v. 16, n. 2, p. 426-438, sep. 2020. ISSN 2411-1473. Доступно на: <http://sitito.cs.msu.ru/index.php/SITITO/article/view/646>. Дата доступа: 07 mar. 2021 doi: https://doi.org/10.25559/SITITO.16.202002.426-438.
Раздел
Научное программное обеспечение в образовании и науке