ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ ИЗМЕНЯЮЩИХСЯ УСЛОВИЙ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ НА РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ НАГРУЗКИ В ГРУППЕ БПЛА
Аннотация
Рассмотрена проблема распределения вычислительной нагрузки в группе беспилот-
ных летательных аппаратов (БПЛА) при осуществлении мониторинга некоторой области
в изменяющихся условиях внешней среды, которая оказывает непосредственное влияние на
потребление бортового энергоресурса. Описан один из этапов решения задачи мониторин-
га, осуществляемого гетерогенной группой БПЛА, заключающийся в распределении БПЛА
по полосам сканирования. Отмечено, что при выполнении данного этапа, отсутствует
возможность учета факторов влияния окружающей среды, что важно ввиду ограниченно-
сти бортовых энергоресурсов. В связи с этим, весьма вероятна ситуация, когда БПЛА не в
состоянии выполнить назначенную на него подзадачу, что ставит под угрозу выполнения
всей миссии группы. Во избежание данной ситуации, предложено использовать методику
принятия решения о необходимости перераспределения нагрузки в группе мобильных робо-
тов (МР). В основе принятия решения лежит процедура онтологического анализа, позво-
ляющая ограничить число вариантов для переноса нагрузки. Разработана модель онтоло-
гии распределения вычислительной нагрузки в группе БПЛА, учитывающая возможность
привлечения дополнительной производительности либо за счет ресурсов соседних БПЛА,
либо за счет устройств «туманного» слоя. Приведены примеры продукционных правил, на
основе которых принимается решение о необходимости переноса нагрузки. Показано, что
при увеличении числа изменений условий окружающей среды, время использования допол-
нительных вычислительных ресурсов уменьшается, что, приводит к необходимости привлечения их большего объема для выполнения поставленной задачи. Проведена сравнительная оценка объема привлекаемых ресурсов при реализации двух методов-аналогов решения задачи переноса вычислительной нагрузки в зависимости от частоты изменений условий
окружающей среды. Результаты вычислительных экспериментов показали, что эффективность применения метода на основе онтологического анализа в динамичной среде выше, чем метода на основе ЛГУ (локальных групп устройств). Это позволяет увеличить
время совместного выполнения миссии группой роботов.
Литература
D.O. i dr. Diagnostika i monitoring sostoyaniya slozhnykh tekhnicheskikh sistem: uchebnoe
posobie [Diagnostics and monitoring of the state of complex technical systems: a textbook].
Tyumen': TIU, 2017, 632 p.
2. Demeshko T.S. Ponyatie, sushchnost', zadachi monitoringa i prognoza v sisteme upravleniya
regionom [The concept, essence, tasks of monitoring and forecasting in the regional management
system], Obrazovanie i nauka bez granits: sotsial'no-gumanitarnye nauki [Education and
science without borders: social and humanitarian sciences], 2020, No. 13, pp. 57-63.
3. Frolov S.V., Lyadov M.A., Komarova I.A., Ostapenko O.A. Sovremennye tendentsii razvitiya
meditsinskikh informatsionnykh sistem monitoringa [Modern trends in medical information systems
for monitoring], Voprosy sovremennoy nauki i praktiki. Universitet im. V.I. Vernadskogo
[Problems of Contemporary Science and PracticeVernadsky University], 2013, No. 2 (46),
pp. 66-75.
4. Kapustyan S.G., Orda-Zhigulina M.V., Orda-Zhigulina D.V. Metod robastno ustoychivogo
uprav eniya dvizheniem gruppy m bi 'nykh r b t v s « ider m» d ya sistem m nit ringa i
prognozirovaniya opasnykh protsessov i obespecheniya bezopasnosti naseleniya i beregovoy
infrastruktury [Method of robustly stable motion control of a group of mobile robots with a leader
for monitoring and diagnostics systems and ensuring the safety of the population and coastal infrastructure],
Nauka Yuga Rossii [Science in the south of Russia], 2021, Vol. 17, No. 2, pp. 66-73.
5. GOST R 53564-2009. Kontrol' sostoyaniya i diagnostika mashin. Monitoring sostoyaniya
oborudovaniya opasnykh proizvodstv. Trebovaniya k sistemam monitoring [Condition monitoring
and diagnostics of machines. Hazardous equipment monitoring. Requirements for monitoring
systems]. Moscow: Standartinform, 2019, 16 p.
6. GOST R 56875-2016. Informatsionnye tekhnologii. Sistemy bezopasnosti kompleksnye i
integrirovannye. Tipovye trebovaniya k arkhitekture i tekhnologiyam intellektual'nykh sistem
monitoringa dlya obespecheniya bezopasnosti predpriyatiy i territoriy [Information technologies. Comprehensive and integrated security systems. Standart requirements for the architecture,
hardware and software intelligent monitoring systems to ensure the safety of enterprises
and territories]. Moscow: Standartinform, 2019, 40 p.
7. Kirsanova A.A., Radchenko G.I., Chernykh A.N. Obzor tekhnologiy organizatsii tumannykh
vychisleniy [Overview of fog computing organization technologies], Vestnik YuUrGU. Seriya:
Vychislitel'naya matematika i informatika [Bulletin of the South Ural State University. Series:
Computational Mathematics and Software Engineering], 2020, No. 9 (3), pp. 35-63.
8. Zhang C. Design and application of fog computing and Internet of Things service platform for
smart city, Future Generation Computer Systems, 2020, Vol. 112, pp. 630-640.
9. Naeem R.Z., Bashir S., Amjad M.F., Abbas H., and Afzal H. Fog computing in internet of
things: Practical applications and future directions, Peer-to-Peer Networking and Applications,
2019, Vol. 12, No. 5, pp. 1236-1262.
10. Kapustyan S.G., Gayduk A.R. Informatsionnoe obespechenie gruppovykh deystviy BLA pri
reshenii zadach monitoringa bol'shikh territoriy [Information support for group actions of uavs
when solving problems of monitoring large territories], Zakonomernosti formirovaniya i
vozdeystviya morskikh, atmosfernykh opasnykh yavleniy i katastrof na pribrezhnuyu zonu RF v
usloviyakh global'nykh klimaticheskikh i industrial'nykh vyzovov: Mater. II Mezhdunarodnoy
nauchnoy konferentsii pamyati chlena-korrespondenta RAN D.G. Matishova ("Opasnye
yavleniya - II"). g. Rostov-na-Donu (6–10 iyulya 2020 g.) [Patterns of formation and impact of
marine, atmospheric hazards and disasters on the coastal zone of the Russian Federation in the
context of global climatic and industrial challenges: Materials of the II International Scientific
Conference in Memory of Corresponding Member of the Russian Academy of Sciences
D.G. Matishov ("Dangerous Phenomena - II"). Rostov-on-Don (July 6-10, 2020). Rostov-on-
Don: Izd-vo YuNTS RAN, 2020, pp. 332-335.
11. Gorbunov A.A., Galimov A.F. Vliyanie meteorologicheskikh faktorov na primenenie i
bezopasnost' poleta bespilotnykh letatel'nykh apparatov s bortovym retranslyatorom
radiosignala [The influence of meteorological factors on the use and flight safety of unmanned
aerial vehicle with side repeater radio], Vestnik Sankt-Peterburgskogo universiteta GPS MCHS
Rossii [Scientific and analytical journal bulletin of the St. Petersburg university of the state fire
service of the ministry of emergency situations of Russia], 2016, Issue No. 1, pp. 7-15.
12. BPLA v usloviyakh arkticheskogo regiona [UAVs in the conditions of the Arctic region],
Neftegaz.ru, 2019. Available at: https://magazine.neftegaz.ru/articles/tsifrovizatsiya/473748-
bpla-v-usloviyakh-arkticheskogo-regiona (accessed 02 July 2021).
13. Mel'nikov A.V., Gayday V.A., Rogozin E.A. Postroenie optimal'noy traektorii poleta
bespilotnogo letatel'nogo apparata pri vypolnenii zadachi poiska [Construction of optimal
flight path of unmanned aircraft when performing a search task], Vestnik voronezhskogo
instituta MVD Rossii [The bulletin of Voronezh Institute of the Ministry of Internal Affairs of
Russia], 2017, No. 1, pp. 52-62.
14. Kalyaev I.A., Kapustyan S.G., Usachev L.Zh. Metod resheniya zadachi raspredeleniya tseley v
gruppe BPLA setetsentricheskoy sistemoy upravleniya [The method of solving the problem of the
distribution of goals in the group of uavs by network-centric control system], Izvestiya YuFU.
Tekhnicheskie nauki [Izvestiya SFedU. Engineering Sciences], 2016, No. 12 (185), pp. 55-70.
15. Kureychik V.M., Safronenkova I.B. Ontologicheskiy podkhod k realizatsii tekhnologiy
raspredelennykh vychisleniy v seti Internet [An ontological approach to distributed computing
technologies implementation on the internet], Izvestiya YuFU. Tekhnicheskie nauki [Izvestiya
SFedU. Engineering Sciences], 2020, No. 4 (214), pp. 71-82.
16. Safronenkova I.B., Klimenko A.B. Otsenka effektivnosti metodov resheniya zadachi perenosa
vychis ite 'n y nagruzki v «tumann y» srede [The efficiency evaluation of workload relocation
pr b em s ving meth ds in «f g-c mputing» envir nment], Izvestiya TulGU. Tekhnicheskie
nauki [Izvestiya Tula State University. Engineering Sciences], 2020, No. 12, pp. 156-165.
17. Noy Natal'ya F, MakGinness Debora L. Razrabotka ontologiy 101: rukovodstvo po sozdaniyu
Vashey pervoy ontologii [Ontology Development 101: A Guide to Creating Your First Ontology].
Available at: http://www.labrate.ru/20181225/razrabotka_ontologiy_101_ruk.pdf (accessed
02 July 2021).
18. Gergel' V.P., Strongin R.G. Osnovy parallel'nykh vychisleniy dlya mnogoprotsessornykh
vychislitel'nykh sistem: ucheb. posobie [Fundamentals of parallel computing for multiprocessor
computing systems. Training manual]. Nizhniy Novgorod: Izd-vo NNGU im.
N.I. Lobachevskogo, 2003, 184 p.
19. Voevodin V.V., Voevodin Vl.V. Parallel'nye vychisleniya [Parallel computing]. Saint Petersburg:
BKhV-Peterburg, 2003, 608 p.
20. Mel'nik E.V., Safronenkova I.B., Klimenko A.B. Formirovanie ogranicheniy v zadache
perenosa vychislitel'noy nagruzki v RSAPR kak uslovie povysheniya kachestva
proektirovaniya [The restrictions forming in the workload relocation problem in DCAD systems
as a condition for design quality increasing], Izvestiya TulGU. Tekhnicheskie nauki
[Izvestiya Tula State University. Engineering Sciences], 2021, No. 2, pp. 357-364.
21. Klimenko A.B., Safronenkova I.B. A Technique of Workload Distribution Based on Parallel
Algorithm Structure Ontology, Advances in Intelligent Systems and Computing, 2019,
Vol. 1046, pp. 37-48.