Hybrid-Based Path Planning for Multiple UAV Sweep Coverage


Creative Commons License

Özdağ R.

International Informatics Congress 2023, Batman, Türkiye, 20 - 21 Mart 2023, ss.63-79, (Tam Metin Bildiri)

  • Yayın Türü: Bildiri / Tam Metin Bildiri
  • Basıldığı Şehir: Batman
  • Basıldığı Ülke: Türkiye
  • Sayfa Sayıları: ss.63-79
  • Van Yüzüncü Yıl Üniversitesi Adresli: Evet

Özet

Tarama Kapsaması (Sweep Coverage - SC) alandaki hedeflerin daha az sayıda mobil algılayıcı düğümler tarafından kapsanması amacıyla Kablosuz Algılayıcı Ağ (KAA)’larda çözülmesi gereken önemli bir problem olarak karşımıza çıkmaktadır. KAA’ları oluşturan mobil düğümlerin ilgili alanda (Area of Interest-AoI) konuşlandırılarak hedeflerin sürekli olarak izlenmesi mobil düğümlerin enerjilerinin hızlı bir şekilde tükenmesine sebep olmakta ve böylece ağın yaşam süresini azaltmaktadır. AoI’de dağıtık (tekdüze olmayan) veya tekdüze olarak konumlanan hedeflerin izlenmesi ve kapsanması amacıyla sınırlı batarya yaşam sürelerine sahip İHA’nın tüm hedeflere uçması mümkün değildir. Ağın yaşam süresini optimize etmek amacıyla önerilen çözümlerden biride yol planlaması yapılarak mobil düğümlerin alandaki hedeflerde SC gerçekleştirmesidir. İnsansız Hava Aracı (İHA) teknolojisindeki gelişmeler ile birlikte askeri ve sivil alanlardaki kullanımları dikkate alınarak, bu çalışmada, SC probleminin çözümünde çoklu İHA ile mobil algıcıyı düğümlerin modellemesi yapılmıştır. Bu çalışmadaki amaç, İHA SC probleminin çözümü için sınırlı batarya gücüne sahip çoklu İHA ile optimum yol planlaması gerçekleştirmektir. Meta-sezgisel tabanlı Karga Arama Algoritması (Crow Search Algorithm - CSA) ile Açgözlü Algoritması (Greedy Algorithm-GA) esas alınarak Ağırlıklı Hedefler Tarama Kapsaması (Weighted Targets Sweep Coverage) yaklaşım algoritması (WTSC-CSGA) geliştirilmiştir. Çoklu İHA ile minimum Görev Tamamlanma (GT) süresinde AoI’de maksimum kapsanma oranına ulaşılması hedeflenmiştir. Tasarlanan yaklaşımın performansını doğrulamak için gerçekleştirilen Monte-Carlo simülasyonlarında, hem çoklu İHA’nın GT süresi hem de AoI’nın kapsanma oranı metrikleri esas alınarak yapılan literatür karşılaştırmaları ile optimum sonuçlara ulaşılmıştır.

Sweep Coverage (SC) is a significant problem that needs to be solved in Wireless Sensor Networks (WSNs) to cover the targets in the area with fewer mobile sensor nodes. The continuous monitoring of the targets by deploying the mobile nodes that make up the WSNs in the area of interest (AoI) causes the mobile nodes to run out of energy quickly, thus reducing the network lifetime. It is not possible for UAVs with limited battery lifetimes to fly to all targets to track and cover targets that are nonuniformly or uniformly in AoI. One of the proposed solutions, to optimize the network's lifetime, is 64 to perform SC on the targets in the area by making path planning by the mobile nodes. Considering the developments in Unmanned Aerial Vehicle (UAV) technology and their use in military and civilian areas, in this study, modeling of mobile sensor nodes with multiple UAVs is made to solve the SC problem of mobile nodes in AoI. This study aims to perform optimum path planning with multiple UAVs with limited battery power for UAV SC problem-solving. The Weighted Targets Sweep Coverage approach algorithm (WTSC-CSGA) based on the meta-heuristic Crow Search Algorithm (CSA) and Greedy Algorithm (GA) is developed. It is aimed to reach the maximum coverage rate of AoI in the minimum Mission Completion (GT) time with the multi-UAV. In Monte-Carlo simulations carried out to verify the performance of the developed approach, it is shown that optimum results are achieved with the literature comparison with both the GT duration of multiple UAVs and the coverage rate metrics of AoI.