Dinamik ortamlarda uçan tasarsız ağların bağlılığını koruyan yeniden ziyaret problemi için görev planlama stratejileri
Task planning strategies for the revisit problem preserving the connectivity of flying ad hoc networks in dynamic environments
- Tez No: 931706
- Danışmanlar: PROF. DR. VEDAT TOPUZ, PROF. DR. ALİ BULDU
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrol, Computer Engineering and Computer Science and Control
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Marmara Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Bilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 119
Özet
İnsansız Hava Araçları (İHA'lar), otonomi, algılama ve ağ oluşturma kabiliyetlerindeki gelişmeler sayesinde birçok sektörde vazgeçilmez platformlar hâline gelmiştir. Özellikle birden fazla İHA'nın eşzamanlı görev üstlendiği Uçan Tasarsız Ağ (UTA) yapılarında, merkez istasyonla bağlantıyı koruma ve belirli hedefleri düzenli olarak ziyaret etme (yeniden ziyaret) gibi kritik gereksinimler bulunmaktadır. Bu tezde, çoklu-İHA'ların dinamik ortamlarda ağ bağlılığını korurken hedeflerin ortalama tekrar ziyaret sürelerini en aza indirecek şekilde görev planlaması yapabilmesini sağlayan yeni bir yönlendirme algoritması sunulmuştur. Geliştirilen algoritmanın özgün yönü, zaman ve mesafe faktörlerini aynı anda dikkate alan bileşik bir değer fonksiyonu kullanarak hedef önceliklendirmesi yapması ve ağ bütünlüğü kopma riski belirdiğinde röle İHA ataması yoluyla merkez istasyonla kesintisiz haberleşmeyi sürdürmesidir. Yapılan yoğun simülasyon deneylerinde: • Dinamik (zaman+mesafe) yaklaşımla, sabit zaman aralıklı yöntemlere kıyasla ortalama hedefe ulaşma süresinin %20'ye varan oranda kısaldığı, • İHA'ların kopma teşebbüsü oranında %25'e varan azalma sağlandığı, • Aynı sürede ziyaret edilen hedef sayısının %10–15 daha yüksek gerçekleştiği gözlemlenmiştir. Örneğin, 10 İHA ve 30 hedefin bulunduğu bir senaryoda, ortalama hedefe ulaşma süresini 15 birim zaman civarına kadar çekmeyi başaran önerilen yöntem; ağ kopmalarını da büyük ölçüde engelleyerek ağın tek parça hâlinde kalmasını sağlamıştır. Böylece hem haberleşme sürekliliği korunmuş hem de kritik hedeflerin periyodik olarak güncel verilerle izlenmesi mümkün olmuştur. Bu tez toplam altı ana bölüm hâlinde yapılandırılmıştır: 1. Giriş bölümünde problem tanımı ve tezin amacı sunulmuş, UTA'larda yaşanan temel zorluklar tartışılmıştır. ix 2. Literatür Özeti bölümünde, çoklu İHA ağlarında bağlantı ve tekrar ziyaret problemleri üzerine yapılan çalışmalar değerlendirilerek tezdeki özgün katkılar vurgulanmıştır. 3. Temel Kavramlar ve Hedef Değer Fonksiyonu kısmında, zaman+mesafe bileşik fonksiyonu ile hedef önceliği hesaplamasının teorik çerçevesi ayrıntılı biçimde açıklanmıştır. 4. Çoklu-İHA Yönlendirme Algoritması bölümünde ise geliştirilen yöntemin matematiksel modeli, röle İHA atama mekanizması ve bağlantı sürekliliğini korumayı sağlayan stratejiler tüm detaylarıyla sunulmuştur. 5. Simülasyon ve Performans Analizi bölümünde, farklı parametreler altında yapılan deneyler ile elde edilen sonuçlar irdelenmiş, sayısal iyileşmeler istatistiksel verilerle desteklenmiştir. 6. Sonuç ve Öneriler bölümünde, genel bulgular özetlenmiş ve gelecek çalışmalar için enerji yönetimi, 3B hareket modellemesi ve gerçek zamanlı uygulamalar gibi konularda yönlendirici öneriler paylaşılmıştır. Elde edilen sonuçlar, geliştirilen yaklaşımın hem bağlantı sürekliliğini koruması hem de hedeflerin etkin şekilde (periyodik veya gerektikçe) ziyaret edilmesini sağlaması sayesinde tarımsal izleme, afet yönetimi, çevre gözetimi ve sınır güvenliği gibi pek çok alanda uygulanabilir ve ölçeklenebilir bir çözüm sunduğunu göstermektedir.
Özet (Çeviri)
Unmanned Aerial Vehicles (UAVs) have become indispensable platforms in many sectors thanks to advances in autonomy, sensing, and networking capabilities. In Flying Ad Hoc Networks (FANETs), where multiple UAVs undertake tasks simultaneously, there are critical requirements such as maintaining connectivity with the central station and regularly revisiting certain targets. In this thesis, a novel routing algorithm is proposed that enables multiple UAVs to plan tasks in dynamic environments so as to preserve network connectivity while minimizing the average revisit time of the targets. The key innovation of the proposed algorithm lies in its use of a composite valuation function that simultaneously considers time and distance factors for prioritizing targets, and in maintaining uninterrupted communication with the central station through relay UAVs whenever there is a risk of network partition. Comprehensive simulation experiments show that: • By employing the dynamic (time+distance) approach, the average time to reach a target can be reduced by up to 20% compared to fixed-interval methods, • The attempted disconnection (partition) rate of UAVs decreases by up to 25%, • The number of targets visited within the same timeframe is 10–15% higher. For instance, in a scenario with 10 UAVs and 30 targets, the proposed method manages to reduce the average target arrival time to about 15 time units, and it significantly prevents network partitioning by keeping the network in one piece. As a result, both uninterrupted communication is maintained and critical targets can be monitored periodically with updated data. This thesis is organized into six main chapters: 1. Introduction presents the problem statement and the aim of the thesis, discussing the fundamental challenges in FANETs. xi 2. Literature Review evaluates studies on connectivity and revisit problems in multi-UAV networks and highlights the original contributions of this thesis. 3. Fundamental Concepts and Target Valuation Function explains in detail the theoretical framework of the time+distance composite valuation used for prioritizing targets. 4. Multi-UAV Routing Algorithm describes the mathematical model of the developed method, the relay UAV assignment mechanism, and the strategies that help maintain network connectivity. 5. Simulation and Performance Analysis examines experiments conducted under various parameters and presents the resulting numerical improvements with statistical support. 6. Conclusion and Recommendations summarizes the main findings and offers guiding suggestions for future research, including energy management, 3D motion modeling, and real-time applications. The outcomes demonstrate that the proposed approach, which simultaneously preserves network connectivity and effective (periodic or on-demand) target revisits, offers a practical and scalable solution for agricultural monitoring, disaster management, environmental surveillance, border security, and many other fields.
Benzer Tezler
- Flying object detection in high clutter density environment
Yüksek yoğunluklu parazit ortamda uçan nesne tespiti
BUSECAN KARA
Yüksek Lisans
İngilizce
2025
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiOSTİM TEKNİK ÜNİVERSİTESİElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ GÜLSÜM KAYABAŞI KORU
- Formation control of unmanned aerial vehicles fordynamic formation reshaping to abruptly arisingenvironmental features
Aniden ortaya çıkan çevresel durumlara göreşekillenen dinamik formasyonlar için insansız havaaraçlarının formasyon kontrolü
SİNAN ÇİMEN
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiElektrik ve Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AYDAN MÜŞERREF ERKMEN
- Utilizing LoRa for control link in software-defined aerial networks
Yazılım tanımlı hava ağlarında kontrol baglantısı için LoRa kullanımı
ZEYNEP BETÜL ARSLANBENZER
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrolİstanbul Teknik ÜniversitesiBilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ GÖKHAN SEÇİNTİ
- A distributed shared memory framework for complex event processing in resource constrained IoT devices
Kısıtlı kaynağa sahip nesnelerin interneti sistemlerinde karmaşık görev işleme için dağıtık ve paylaşımlı bir bellek anaçatısı tasarımı
HALİT UYANIK
Doktora
İngilizce
2025
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrolİstanbul Teknik ÜniversitesiBilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. TOLGA OVATMAN
- Dinamik ortamlar için yeni bir gerçek zamanlı evrimsel seyrüsefer planlama ve güdümleme sistemi
A new real time evolutionary navigation planning and guidance system for dynamic environments
FERHAT UÇAN
Doktora
Türkçe
2013
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrolİstanbul Teknik ÜniversitesiBilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. DENİZ TURGAY ALTILAR