tuzsutТруды учебных заведений связиProceedings of Telecommunication Universities1813-324X2712-8830СПбГУТ10.31854/1813-324X-2022-8-4-82-88tuzsut-419Research ArticleРЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ МОЛОДЫХ УЧЕНЫХRESEARCH RESULTS BY YOUNG SCIENTISTSЛетающие мобильные граничные вычисления на базе БПЛА для узлов Интернета вещей в «умном» сельском хозяйствеFlying Fog Mobile Edge Computing Based on UAV-Assisted for IoT Nodes in Smart Agriculturehttps://orcid.org/0000-0003-2937-9934АлзагирА. А.AlzaghirA.

Алзагир Аббас Али, аспирант кафедры сети связи и передачи данных

Санкт-Петербург, 193232

Abbas Alzaghir

St. Petersburg, 193232

abbasaltamimi89@gmail.comСанкт-Петербургский государственный университет телекоммуникаций им. М.А. Бонч-БруевичаРоссияThe Bonch-Bruevich Saint-Petersburg State University of TelecommunicationsRussian Federation202210012023848288Copyright © Алзагир А.А., 20232023Алзагир А.А.Alzaghir A.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://tuzs.sut.ru/jour/article/view/419

Летающие мобильные граничные вычисления могут сыграть ключевую роль в области «умного» (интеллектуального) сельского хозяйства. Кроме того, это идеальный выбор благодаря таким важным характеристикам, как возможность работы в удаленных местах, широкий охват территорий, достаточная пропускная способность, а также способность решать проблемы с подключением. Для «умного» сельского хозяйства, оснащенного IoT-устройствами, важно использовать выгрузку данных в режиме реального времени и выполнять удовлетворительные шаги для определенных обстоятельств с помощью мобильных граничных вычислений. Летающие мобильные граничные вычисления ‒ хороший выбор для решения проблем с подключением. В статье предлагается парадигма сотрудничества БПЛА и «мир» IoT в интересах интеллектуального сельского хозяйства путем выгрузки и выполнения вычислительных задач от имени IoT-узлов за счет использования алгоритма динамического программирования и получения удовлетворительного решения задачи оптимизации с ограничениями, а также минимизации задержки для выполнения задач.

Flying Fog Mobile Edge Computing can play a pivotal part in the field of smart agriculture. Moreover, is an ideal choice for the significant features it enjoys such as its capability of functioning in remote locations, its wide coverage of areas, sufficient bandwidth, as well as its ability of dealing with connectivity issues. Hence, it is essential for smart agriculture provided with IoT devices to utilize offloading data in a real time and execution the satisfactory steps for a certain circumstance by using flying fog mobile edge computing. Flying Fog Mobile Edge Computing is a good choice to treat connectivity issues. In this paper, proposed a cooperation paradigm of UAVs and IoT devices towards smart agriculture for offloading and executing the computation tasks on-behalf IoT nodes by using dynamic programming algorithm and get satisfactory solution for constrained optimization problem and achieving minimize delay to accomplish tasks.

БПЛАИнтернет вещеймобильные граничные вычисленияIoT-узлыUAVsIoTMobile Edge ComputingIoT nodesReferencesNaqvi S.A.R., Hassan S.A., Pervaiz H., Ni Q. Drone-Aided Communication as a Key Enabler for 5G and Resilient Public Safety Networks // IEEE Communications Magazine. 2018. Vol. 56. Iss. 1. PP. 36–42. DOI:10.1109/MCOM.2017.1700451Naqvi S.A.R., Hassan S.A., Pervaiz, Ni Q. Drone-Aided Communication as a Key Enabler for 5G and Resilient Public Safety Networks. IEEE Communications Magazine. 2018;56(1):36–42. DOI:10.1109/MCOM.2017.1700451Zhang M., Su C., Liu Y., Hu M., Zhu Y. Unmanned Aerial Vehicle Route Planning in the Presence of a threat Environment Based on a Virtual Globe Platform // ISPRS International Journal of Geo-Information. 2016. Vol. 5. Iss. 10. P. 184. DOI:10.3390/ijgi5100184Zhang M., Su C., Liu Y., Hu M., Zhu Y. Unmanned Aerial Vehicle Route Planning in the Presence of a threat Environment Based on a Virtual Globe Platform. ISPRS International Journal of Geo-Information. 2016;5(10):184. DOI:10.3390/ijgi5100184Mahmud I., Cho Y.-Z. Adaptive Hello Interval in FANET Routing Protocols for Green UAVs // IEEE Access. 2019. Vol. 7. PP. 63004–63015. DOI:10.1109/ACCESS.2019.2917075Mahmud I., Cho Y.-Z. Adaptive Hello Interval in FANET Routing Protocols for Green UAVs. IEEE Access. 2019;7: 63004–63015. DOI:10.1109/ACCESS.2019.2917075Cao X., Yang P., Alzenad M., Xi X., Wu D., Yanikomeroglu H. Airborne Communication Networks: A Survey // IEEE Journal on Selected Areas in Communications. 2018. Vol. 36. Iss. 9. PP. 1907–1926. DOI:10.1109/JSAC.2018.2864423Cao X., Yang P., Alzenad M., Xi X., Wu D., Yanikomeroglu H. Airborne Communication Networks: A Survey. IEEE Journal on Selected Areas in Communications. 2018;36(9):1907–1926. DOI:10.1109/JSAC.2018.2864423Mozaffari M., Saad W., Bennis M., Debbah M. Mobile Unmanned Aerial Vehicles (UAVs) for Energy-Efficient Internet of Things Communications // IEEE Transactions on Wireless Communications. 2017. Vol. 16. Iss. 11. PP. 7574‒7589. DOI:10.1109/TWC.2017.2751045Mozaffari M., Saad W., Bennis M., Debbah M. Mobile Unmanned Aerial Vehicles (UAVs) for Energy-Efficient Internet of Things Communications. IEEE Transactions on Wireless Communications. 2017;16(11):7574‒7589. DOI:10.1109/TWC.2017.2751045Alsamhi S.H., Ma O., Ansari M.S., Almalki F.A. Survey on Collaborative Smart Drones and Internet of Things for Improving Smartness of Smart Cities // IEEE Access. 2019. Vol. 7. PP. 128125‒128152. DOI:10.1109/ACCESS.2019.2934998Alsamhi S.H., Ma O., Ansari M.S., Almalki F.A. Survey on Collaborative Smart Drones and Internet of Things for Improving Smartness of Smart Cities. IEEE Access. 2019;7:128125‒128152. DOI:10.1109/ACCESS.2019.2934998Alsamhi S.H., Ma O., Ansari M.S., Meng Q. Greening Internet of Things for Smart Everythings with a Green-Environment Life: A Survey and Future Prospects. 2018. DOI:10.48550/arXiv.1805.00844Alsamhi S.H., Ma O., Ansari M.S., Meng Q. Greening Internet of Things for Smart Everythings with a Green-Environment Life: A Survey and Future Prospects. 2018. DOI:10.48550/arXiv.1805.00844Alsamhi S.H., Ma O., Ansari M.S., Gupta S.K. Collaboration of Drone and Internet of Public Safety Things in Smart Cities: An Overview of QoS and Network Performance Optimization // Drones. 2019. Vol. 3. Iss. 1. P. 13. DOI:10.3390/drones3010013Alsamhi S.H., Ma O., Ansari M.S., Gupta S.K. Collaboration of Drone and Internet of Public Safety Things in Smart Cities: An Overview of QoS and Network Performance Optimization. Drones. 2019;3(1):13. DOI:10.3390/drones3010013Alsamhi S.H., Ma O., Ansari M.S., Almalki F.A. Survey on Collaborative Smart Drones and Internet of Things for Improving Smartness of Smart Cities // IEEE Access. 2019. Vol. 7. PP. 128125‒128152. DOI:10.1109/ACCESS.2019.2934998Alsamhi S.H., Ma O., Ansari M.S., Almalki F.A. Survey on Collaborative Smart Drones and Internet of Things for Improving Smartness of Smart Cities. IEEE Access. 2019;7:128125‒128152. DOI:10.1109/ACCESS.2019.2934998Menouar H., Guvenc I., Akkaya K., Uluagac A. S., Kadri A., Tuncer A. UAV-Enabled Intelligent Transportation Systems for the Smart City: Applications and Challenges // IEEE Communications Magazine. 2017. Vol. 55. Iss. 3. PP. 22–28. DOI:10.1109/MCOM.2017.1600238CMMenouar H., Guvenc I., Akkaya K., Uluagac A. S., Kadri A., Tuncer A. UAV-Enabled Intelligent Transportation Systems for the Smart City: Applications and Challenges. IEEE Communications Magazine. 2017;55(3):22–28. DOI:10.1109/MCOM.2017.1600238CMMotlagh N.H., Taleb T., Arouk O. Low-Altitude Unmanned Aerial Vehicles-Based Internet of Things Services: Comprehensive Survey and Future Perspectives // IEEE Internet Things Journal. 2016. Vol. 3. Iss. 6. PP. 899–922. DOI:10.1109/JIOT.2016.2612119Motlagh N.H., Taleb T., Arouk O. Low-Altitude Unmanned Aerial Vehicles-Based Internet of Things Services: Comprehensive Survey and Future Perspectives. IEEE Internet Things Journal. 2016;3(6):899–922. DOI:10.1109/JIOT.2016.2612119Mohammad M., Saad W., Bennis M., Debbah M. Mobile Internet of Things: Can UAVs Provide an Energy-Efficient Mobile Architecture? // Proceedings of the Global Communications Conference (GLOBECOM, Washington, USA, 04‒08 December 2016). IEEE, 2016. DOI:10.1109/GLOCOM.2016.7841993Mohammad M., Saad W., Bennis M., Debbah M. Mobile Internet of Things: Can UAVs Provide an Energy-Efficient Mobile Architecture? Proceedings of the Global Communications Conference, GLOBECOM, 04‒08 December 2016, Washington, USA. IEEE; 2016. DOI:10.1109/GLOCOM.2016.7841993Chen X., Shi Q., Yang L., Xu J. ThriftyEdge: Resource-Efficient Edge Computing for Intelligent IoT Applications // IEEE Network. 2018. Vol. 32. Iss. 1. PP. 61–65. DOI:10.1109/MNET.2018.1700145Chen X., Shi Q., Yang L., Xu J. ThriftyEdge: Resource-Efficient Edge Computing for Intelligent IoT Applications. IEEE Network. 2018;32(1):61–65. DOI:10.1109/MNET.2018.1700145Li X., Ma Z., Zheng J., Liu Y., Zhu L., Zhou N. An Effective Edge-Assisted Data Collection Approach for Critical Events in the SDWSN-Based Agricultural Internet of Things // Electronics. 2020. Vol. 9. Iss. 6. P. 907. DOI:10.3390/electronics9060907Li X., Ma Z., Zheng J., Liu Y., Zhu L., Zhou N. An Effective Edge-Assisted Data Collection Approach for Critical Events in the SDWSN-Based Agricultural Internet of Things. Electronics. 2020;9(6):907. DOI:10.3390/electronics9060907Alzaghir A., Koucheryavy A. Multi Task Multi-UAV Computation Offloading Enabled Mobile Edge Computing Systems // Proceedings of the 24th International Conference on Distributed Computer and Communication Networks (DCCN, Moscow, Russia, 20–24 September 2021). Communications in Computer and Information Science. Vol. 1552. Cham: Springer, 2021. DOI:10.1007/978-3-030-97110-6_1Alzaghir A., Koucheryavy A. Multi Task Multi-UAV Computation Offloading Enabled Mobile Edge Computing Systems. Proceedings of the 24th International Conference on Distributed Computer and Communication Networks, DCCN, 20–24 September 2021, Moscow, Russia. Communications in Computer and Information Science, vol.1552. Cham: Springer; 2021. DOI:10.1007/978-3-030-97110-6_1Shahzad H., Szymanski T.H. A dynamic programming offloading algorithm for mobile cloud computing // Proceedings of the Canadian Conference on Electrical and Computer Engineering (CCECE, Vancouver, Canada, 15‒18 May 2016). IEEE, 2016. DOI:10.1109/CCECE.2016.7726790Shahzad H., Szymanski T.H. A dynamic programming offloading algorithm for mobile cloud computing. Proceedings of the Canadian Conference on Electrical and Computer Engineering, CCECE, 15‒18 May 2016, Vancouver, Canada. IEEE; 2016. DOI:10.1109/CCECE.2016.7726790Кучерявый А.Е., Владыко А.Г., Киричек Р.В. Летающие сенсорные сети-новое приложение интернета вещей // IV Международная научно-техническая и научно-методическая конференция «Актуальные проблемы инфотелекоммуникаций в науке и образовании» (Санкт-Петербург, Россия, 03‒04 марта 2015). Сборник научных статей. СПб.: СПбГУТ, 2015. С. 17‒22.Koucheryavy A.E., Vladyko A.G., Kirichek R.V. Flying Ubiquitous Sensor Networks ‒ A New Application of Internet of Things. Proceedings of the IV International Conference on Infotelecommunications in Science and Education, 03‒04 March 2015, St. Petersburg, Russia. St. Petersburg: The Bonch-Bruevich Saint-Petersburg State University of Telecommunications Publ.; 2015. p.17‒22. (in Russ.)Вырелкин А.Д., Кучерявый А.Е. Использование беспилотных летательных аппаратов для решения задач «умного города» // Информационные технологии и телекоммуникации. 2017. Т. 5. № 1. С. 105‒113.Vyrelkin A., Koucheryavy A. Using of Unmanned Aerial Vehicles for Solving the Problems of the Smart City. Telecom IT. 2017;5(1): 105‒113. (in Russ.)Алзагир А.А., Кучерявый А.Е. Разгрузка трафика при интеграции БПЛА и граничных вычислительных систем // СПбНТОРЭС: труды ежегодной НТК. 2022. № 1(77). С. 115‒116.Alzaghir A.A., Koucheryavy A.E. Offloading Traffic When Integrating UAVs and Edge Computing Systems. SPbNTORES: Proceedings of the Annual Scientific and Technical Conference. 2022;1(77):115-116. (in Russ.)Филимонова М.И., Алзагир А.А., Мутханна А.С.А. Разработка методов применения БПЛА для обеспечения устойчивости сетей связи 2030 // СПбНТОРЭС: труды ежегодной НТК. 2020. № 1(75). С. 164‒165.Filimonova M.I., Alzagir A.A., Muthanna A.S.A. Development of Methods of UAV Application to Ensure Stability of Communication Networks 2030. SPbNTORES: Proceedings of the Annual Scientific and Technical Conference. 2020;1(75):164‒165. (in Russ.)

The authors declare that there are no conflicts of interest present.