Väitös, tietoverkkotekniikka, MSc Oussama Bekkouche

Väitöskirjan nimi: Mobile Edge Computing for Next-Generation UAV Services and Operations

Väittelijä: Oussama Bekkouche
Vastaväittäjä: Prof. Dusit Niyato, Nanyang Technological University, Singapore
Kustos: Prof. Yu Xiao, Aalto-yliopiston sähkötekniikan korkeakoulu

Miehittämättömiä ilma-aluksia (UAV), joita kutsutaan yleisesti drooneiksi, käytetään yhä enemmän esimerkiksi pakettien kuljetuksessa, infrastruktuurin tarkastuksissa, maataloudessa ja pelastustoiminnassa. Käyttökohteiden lisääntyessä droonien odotetaan toimivan yhä useammin lennättäjänsä näköyhteyden ulkopuolella. Tällainen toiminta edellyttää luotettavaa viestintää ja tehokasta ilmatilan hallintaa turvallisuuden varmistamiseksi.

Drooniliikenteen hallintajärjestelmiä (UAV Traffic Management, UTM) kehitetään droonien toiminnan koordinointiin ja niiden turvalliseen integrointiin yhteiseen ilmatilaan. Näiden järjestelmien onnistunut käyttöönotto edellyttää kuitenkin myös viestintäverkkoja ja laskentapalveluja, jotka pystyvät reagoimaan nopeasti ja pysyvät käytettävissä koko lennon ajan. Pienetkin viestintäviiveet voivat vaikuttaa etäohjattavien droonien ohjauksen tarkkuuteen ja lentovakauteen.

Mobiilireunalaskenta (Mobile Edge Computing, MEC) tarjoaa lupaavan ratkaisun tuomalla laskentatehoa lähemmäs drooneja. Sen sijaan, että tietoja lähetettäisiin kaukana sijaitseviin pilvipalvelukeskuksiin, reunalaskennassa tiedot käsitellään matkaviestinverkon tukiasemien läheisyydessä sijaitsevilla palvelimilla. Lyhyempi tiedonsiirtoreitti vähentää viiveitä, jolloin droonit voivat saada nopeampia vastauksia lennon aikana.

Aalto-yliopistossa tekemässään väitöstutkimuksessa Oussama Bekkouche selvitti, miten reunalaskennan avulla voidaan tukea turvallista ja tehokasta droonitoimintaa. Tutkimuksessa tarkasteltiin viestintäviiveiden ja verkkoyhteyksien luotettavuuden vaikutuksia droonien etäohjaukseen sekä sitä, voidaanko reunalaskennalla parantaa lentovakautta. Lisäksi tutkimuksessa selvitettiin rajallisten laskentaresurssien hallintaan ja palvelujen jatkuvuuden varmistamiseen liittyviä haasteita droonien liikkuessa verkkoalueelta toiselle.

Väitöstutkimuksessa kehitettiin viitekehyksiä reunalaskennan ja drooniliikenteen hallintajärjestelmien yhdistämiseksi sekä menetelmiä droonien lentoreittien suunnitteluun käytettävissä olevien laskentaresurssien perusteella. Lisäksi tutkimuksessa esitettiin optimointimenetelmiä, joiden avulla laskentapalvelujen jatkuvuus voidaan varmistaa droonien siirtyessä verkkoalueiden välillä.

Tulokset osoittavat, että reunalaskenta voi parantaa droonien etäohjauksen reagointinopeutta ja luotettavuutta. Hyötyjen saavuttaminen edellyttää kuitenkin laskentaresurssien tehokasta hallintaa ja palvelujen jatkuvuuden varmistamista. Kehitetyt ratkaisut osoittavat, miten lentoreittien suunnittelun ja laskentaresurssien käytön yhteensovittaminen voi parantaa droonitoiminnan luotettavuutta ja tehokkuutta.

Tutkimustulokset edistävät matkaviestinverkkoihin, reunalaskentaan ja drooniliikenteen hallintaan liittyvää tutkimusta. Niitä voidaan hyödyntää tulevaisuuden droonipalvelujen kehittämisessä erityisesti sovelluksissa, joissa tarvitaan luotettavaa ja vähäviiveistä tiedonsiirtoa. Väitöstutkimuksen johtopäätöksenä on, että reunalaskennan yhdistäminen drooniliikenteen hallintajärjestelmiin tarjoaa lupaavan lähestymistavan droonitoiminnan turvallisuuden parantamiseen ja laajamittaisemman käytön mahdollistamiseen.

Linkki väitöskirjan sähköiseen esittelykappaleeseen (esillä 7 päivää ennen väitöstä): Aalto-yliopiston riiputussivu