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Authors
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Abstract(s)
Aquatic Unmanned Surface Vehicles (USV) have potential in a variety of maritime activities such as environmental monitoring or sea-life tracking. They can be applied to military missions sup¬porting army in potentially dangerous situations such as reconnaissance or surveillance. USV are capable of many tasks due to technological progress and minimization of equipment in recent years. Size and price drop while reliability improved enables development of large scale multi-agent systems consisting of autonomous USVs.
Multi-agent system of aquatic autonomous USVs may act like a distributed sensing system im¬proving the overall performance when compared to the performance of one unit of USV: more units in the system, larger monitored area. A promising approach inspired from nature is swarm intelligence, which can be found for instance in population of insects such as ants. Swarmbe¬haviour is a motion of large number of units, where each one is autonomous but only as a group they are able to solve the problem. The exchange of information between units is essential for the success of the group. Wireless Sensor Networks (WSNs) have potential as communication architecture applied to swarms.
A scenario for the communication both with and within the swarm has been proposed. The challenges implied by tough environmental conditions call for heterogeneous approach such as the one proposed in this dissertation. A communication within the swarm is held using short-range communication technology such as XBee-PRO modules. All nodes acting as sensing agents are equipped with short-range communication technology. The communication with the swarm is held using nodes acting as gateways to the shore equipped with long-range technology, such as SX1272 modules from Semtech, called LoRa. The deployment of nodes acting as gateways to the shore, called buoys, with fixed localization has been proposed. Each node in the network is aware of the GPS coordinates of buoys, thus in case of communication loss, it can orient itself in the direction of the nearest buoy, increasing chances of successful communication with the base station.
The short-range communication XBee-PRO technology has been tested in order to determine communication range with and without Line of Sight (LoS). The objective is to improve the range of the communication link, which nowadays in held via Wi-Fi in the distance around 30
m. The results were promising for real-world implementation into swarms of aquatic surface drones.
Os veículos não-tripulados de superfície aquática (VNTSA) tem um enorme potencial para uma vasta gama de atividades marítimas, tais como a monitorização ambiental ou a amortização da vida marinha. Estes veículos podem ser também aplicados em miss6es militares de apoio ao exercito, em situaç6es potencialmente perigosas, tais como miss6es de reconhecimento ou de vigilância. Os USVs (VNTSA) são capazes de realizar diversas tarefas devido ao progresso tecnológico e a redução do tamanho dos equipamentos nos últimos anos. A redução do tamanho e preço, acompanhado pelo aumento da fiabilidade, permitiu o desenvolvimento de sistemas multi-agente em larga escala. Os sistemas multi-agente dos USVs autónomos aquáticos podem agir como um sistema de sen¬sores distribuídos, melhorando o desempenho global, quando comparado com o desempenho de uma unidade de USV isolado, ou seja, quantos mais unidades no sistema, maior área monitor¬izada. Uma abordagem promissora, inspirada na natureza, e inteligência de cardume (swarm intelligence), que pode ser observada na população de insetos, como por exemplo nas formigas. O comportamento do cardume (swarm) e um movimento de um grande numero de elementos, em que cada ume autónomo, porem só em grupo são capazes de resolver tarefas complexas. A troca de informaç6es entre as unidades e essencial para o sucesso do grupo. A arquitectura de comunicação aplicada a cardume pode ser suportada pelas Redes de Sensores Sem Fios (RSSF). Nesta dissertação, foi proposto um cenário para a comunicação "com" e "dentro" do cardume. Os desafios decorrentes das condiç6es ambientais difíceis exigem uma abordagem heterogénea, tal como o proposto nesta dissertação. A comunicação dentro do cardume e realizada uti¬lizando tecnologia de comunicação de curto alcance, tais como os módulos XBee-PRO. Todos os nos atuam como agentes de deteção, que estão equipados com tecnologia de comunicação de curto alcance. A comunicação com o cardume e concretizada usando os nos que funcionam como portas de comunicação (gateways) para a estação de base equipada com tecnologia de longo alcance, tais como os módulos SX1272 de Semtech, chamados LoRa. Foi ainda proposto, implementar nos, atuando como portas de comunicação (gateways) para a estação de base, designados de boias, com localização fixa. Cada no na rede tem conhecimento das coordenadas de GPS das boias, assim, em caso de perda de comunicação, podem (re)orientar-se na direção da boia mais próxima, aumentando a probabilidade de sucesso de comunicação com a estação de base. A tecnologia de comunicação de curto alcance XBee-PRO foi testada, a fim de determinar o alcance da comunicação com linha de vista e sem linha de vista. O objetivo foi melhorar o alcance da ligação (link) de comunicação, que hoje em dia e realizado via Wi-Fi, a distancias de aproximamente 30 m. Os resultados revelam potencial para a implementação no mundo real dos drones aquáticos de superfície.
Os veículos não-tripulados de superfície aquática (VNTSA) tem um enorme potencial para uma vasta gama de atividades marítimas, tais como a monitorização ambiental ou a amortização da vida marinha. Estes veículos podem ser também aplicados em miss6es militares de apoio ao exercito, em situaç6es potencialmente perigosas, tais como miss6es de reconhecimento ou de vigilância. Os USVs (VNTSA) são capazes de realizar diversas tarefas devido ao progresso tecnológico e a redução do tamanho dos equipamentos nos últimos anos. A redução do tamanho e preço, acompanhado pelo aumento da fiabilidade, permitiu o desenvolvimento de sistemas multi-agente em larga escala. Os sistemas multi-agente dos USVs autónomos aquáticos podem agir como um sistema de sen¬sores distribuídos, melhorando o desempenho global, quando comparado com o desempenho de uma unidade de USV isolado, ou seja, quantos mais unidades no sistema, maior área monitor¬izada. Uma abordagem promissora, inspirada na natureza, e inteligência de cardume (swarm intelligence), que pode ser observada na população de insetos, como por exemplo nas formigas. O comportamento do cardume (swarm) e um movimento de um grande numero de elementos, em que cada ume autónomo, porem só em grupo são capazes de resolver tarefas complexas. A troca de informaç6es entre as unidades e essencial para o sucesso do grupo. A arquitectura de comunicação aplicada a cardume pode ser suportada pelas Redes de Sensores Sem Fios (RSSF). Nesta dissertação, foi proposto um cenário para a comunicação "com" e "dentro" do cardume. Os desafios decorrentes das condiç6es ambientais difíceis exigem uma abordagem heterogénea, tal como o proposto nesta dissertação. A comunicação dentro do cardume e realizada uti¬lizando tecnologia de comunicação de curto alcance, tais como os módulos XBee-PRO. Todos os nos atuam como agentes de deteção, que estão equipados com tecnologia de comunicação de curto alcance. A comunicação com o cardume e concretizada usando os nos que funcionam como portas de comunicação (gateways) para a estação de base equipada com tecnologia de longo alcance, tais como os módulos SX1272 de Semtech, chamados LoRa. Foi ainda proposto, implementar nos, atuando como portas de comunicação (gateways) para a estação de base, designados de boias, com localização fixa. Cada no na rede tem conhecimento das coordenadas de GPS das boias, assim, em caso de perda de comunicação, podem (re)orientar-se na direção da boia mais próxima, aumentando a probabilidade de sucesso de comunicação com a estação de base. A tecnologia de comunicação de curto alcance XBee-PRO foi testada, a fim de determinar o alcance da comunicação com linha de vista e sem linha de vista. O objetivo foi melhorar o alcance da ligação (link) de comunicação, que hoje em dia e realizado via Wi-Fi, a distancias de aproximamente 30 m. Os resultados revelam potencial para a implementação no mundo real dos drones aquáticos de superfície.
Description
Keywords
Lora Multi-Agent Systems Rf Communication Short-Range Communication Swarms of Aquatic Drones Unmanned Surface Vehicles Usvs Wsns Xbee