АЛГОРИТМІЧНЕ ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ ВІДМОВОСТІЙКОГО КЕРУВАННЯ ТА АВТОНОМНОЇ НАВІГАЦІЇ ГРУПИ НАЗЕМНИХ БЕЗПІЛОТНИХ ОБ’ЄКТІВ
DOI:
https://doi.org/10.20535/1970.71(1).2026.361573Ключові слова:
наземний безпілотний об'єкт, мобільний робот, наземний робот, рій роботів, автономна навігація, відмовостійке керування, стиснення даних, mesh-мережаАнотація
Статтю присвячено розробці та обґрунтуванню комплексу алгоритмічного забезпечення для відмовостійкого керування та автономної навігації групи (рою) мобільних наземних безпілотних об’єктів (МНБО) в умовах нестабільної радіообстановки, втрати сигналів глобальних систем позиціонування та розриву зв’язку з центральним координатором. Метою роботи є підвищення відмовостійкості та автономності групи МНБО шляхом синтезу ефективних алгоритмів навігації, повернення та децентралізованого керування з урахуванням обмежених апаратних ресурсів окремих учасників групи. Показано, що традиційні методи реєстрації навігаційних параметрів та стандартні протоколи мережевого обміну є неефективними для вузькосмугових децентралізованих mesh-мереж, оскільки призводять до перевантаження радіоканалу та швидкого вичерпання пам’яті автономних вузлів. Для вирішення задачі збереження просторової орієнтації запропоновано алгоритм подієвого стиснення вектора маршруту на основі модифікованого методу RLE, який дозволяє перейти від лінійної складності зберігання, забезпечуючи коєфіцієнт стиснення до 360–900 разів для типових маршрутів. Керування екстреним поверненням реалізовано у вигляді асинхронного неблокуючого скінченного автомата, що забезпечує безперервний моніторинг каналу зв’язку та динамічний перерахунок координат при його відновленні. Розроблено легковаговий протокол децентралізованих виборів лідера, заснований на порівнянні конфігураційних пріоритетів та MAC-адрес, який виключає виникнення широкомовних колізій за рахунок припинення трансляції вузлами з нижчим пріоритетом та зменшує службовий трафік у мережі. Комплексна реалізація запропонованих рішень підвищує відмовостійкість системи, оптимізує використання апаратних ресурсів, знижує навантаження на радіоканал та забезпечує автономне продовження місії без участі оператора в умовах динамічної зміни топології мережі.
Посилання
H. Duan, M. Huo, and Y. Fan, "From animal collective behaviors to swarm robotic cooperation", National Science Review, vol. 10, no. 5, 2023. DOI: 10.1093/nsr/nwad040
R. Siegwart, I. R. Nourbakhsh, and D. Scaramuzza, “Introduction to Autonomous Mobile Robots”, 2nd ed. MIT Press, 344 p., 2011.
I. Bekmezci, O. K. Sahingoz, and Ş. Temel, “Flying Ad-Hoc Networks (FANETs): A survey”, Ad Hoc Networks, vol. 11, Iss. 3, pp. 1254-1270, 2013. DOI: 10.1016/j.adhoc.2012.12.004
P. Baronti, P. Pillai, V. W. C. Chook, S. Chessa, A. Gotta, and Y. F. Hu, “Wireless sensor networks: A survey on the state of the art and the 802.15.4 and ZigBee standards”, Computer Communications, vol. 30, Iss. 7, pp. 1655-1695, 2007. DOI: 10.1016/j.comcom.2006.12.020
J. Borenstein, and L. Feng, “Measurement and correction of systematic odometry errors in mobile robots”, IEEE Transactions on Robotics and Automation, vol. 12, Iss. 6, pp. 869-880, 1996. DOI: 10.1109/70.544770
E. A. Lee, “The problem with threads”, Computer, vol. 39, Iss. 5, pp. 33-42, 2006. DOI: 10.1109/MC.2006.180
W. Chen et al., "A survey of autonomous robots and multi-robot navigation: Perception, planning and collaboration", Biomimetic Intell. Robot, 2024. DOI: 10.1016/j.birob.2024.100203
J. P. Hespanha, P. Naghshtabrizi, and Y. Xu, “A survey of recent results in networked control systems”, Proceedings of the IEEE, vol. 95, Iss. 1, pp. 138-162, 2007. DOI: 10.1109/jproc.2006.887288
K. L. Ketshabetswe, A. M. Zungeru, B. Mtengi, C. K. Lebekwe, and S. R. S. Prabaharan, “Data Compression Algorithms for Wireless Sensor Networks: A Review and Comparison”, IEEE Access, vol. 9, pp. 136872-136891, 2021. DOI: 10.1109/access.2021.3116311
D. Ongaro, and J. Ousterhout, “In search of an understandable consensus algorithm”, USENIX Annual Technical Conference, pp. 305-320, 2014.
S.-Y. Ni, Y.-C. Tseng, Y.-S. Chen, and J.-P. Sheu, “The broadcast storm problem in a mobile ad hoc network”, Proceedings of the 5th annual ACM/IEEE international conference on Mobile computing and networking (MobiCom), pp. 151-162, 1999. DOI: 10.1145/313451.313525
S. W. Golomb, “Run-length encodings”, IEEE Transactions on Information Theory, vol. 12, Iss. 3, pp. 399-401, 1966. DOI: 10.1109/tit.1966.1053907
O. V. Sokolov, O. M. Pavlovskyi, “Obgruntuvannia vyboru tekhnolohii bezdrotovoho zviazku dlia keruvannia hrupoiu nazemnykh mobilnykh bezpilotnykh obiektiv” Vcheni zapysky TNU imeni V.I. Vernadskoho. Seriia: Tekhnichni nauky, Tom 37 (76) №1, 2026. (in Ukrainian)
H. Garcia-Molina, “Elections in a Distributed Computing System”, IEEE Transactions on Computers, vol. C-31, Iss. 1, pp. 48-59, 1982. DOI: 10.1109/TC.1982.1675885
A. S. Tanenbaum, and M. Van Steen, “Distributed Systems: Principles and Paradigms”, 2nd ed. Prentice Hall, 2006.
M. A. Haddar, "SEALEA: Scalable and Energy Aware k-Leaders Election Algorithm in IoT Wireless Sensor Networks", Wireless Personal Communications, vol. 125, pp. 209–229, 2022. DOI: 10.1007/s11277-022-09547-8
O. V. Sokolov, O. M. Pavlovskyi, “Systema bezdrotovoi peredachi danykh dlia keruvannia hrupoiu nazemnykh malohabarytnykh bezpilotnykh obiektiv” KhXI Vseukr. nauk.-prakt. konf. "Efektyvnist ta avtomatyzatsiia inzhenernykh rishen u pryladobuduvanni", 10–11 hrud. 2025 r., Kyiv. S. 34–37. (in Ukrainian)
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2026 Соколов О.В., Павловський О.М.
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Авторське право на публікацію залишається за авторами.
Автори можуть використовувати власні матеріали в інших публікаціях за умови посилання на збірник наукових праць "Вісник Київського політехнічного інституту. Серія ПРИЛАДОБУДУВАННЯ" як на перше місце видання та на Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» як на видавця.
Автори публікують свої статті в збірнику на умовах ліцензії Creative Commons:
- Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії CC BY 4.0, яка дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Політика журналу дозволяє розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на динаміці цитування опублікованої роботи.
Видавець (КПІ ім. Ігоря Сікорського) має право за будь-якого використання цього видання зазначати своє ім'я або вимагати такого зазначення.
Редакційна колегія залишає за собою право розміщувати опубліковані в збірнику статті в різних інформаційних базах для надання відкритого доступу до матеріалів з метою популяризації наукових досліджень та підвищення цитованості авторів.
