Πώς θα είναι τα drones του μέλλοντος;

Η ανάπτυξη των τηλεπικοινωνιακών δικτύων 5ης γενιάς αποτελεί αναμφίβολα μια τεχνολογική επανάσταση. Η μετάβαση της παγκόσμιας κοινότητας προς τα δίκτυα 5G θα αλλάξει πρωτίστως τον τρόπο που επικοινωνούμε, θα αυξήσει την χωρητικότητα των δικτύων και ως συνέπεια τις ταχύτητες μετάδοσης δεδομένων ενώ επιπλέον θα επιτρέψει σε δισεκατομμύρια συσκευές να συνδέονται μεταξύ τους σε πραγματικό χρόνο. Συνεπώς, τα ιδιαίτερα και καινοτόμα χαρακτηριστικά των δικτύων 5^ης Γενιάς προσφέρουν ανταγωνιστικά πλεονεκτήματα, αναβαθμίζοντας τους διάφορους τεχνολογικούς τομείς και ως εκ τούτου δημιουργούν ευκαιρίες για νέα επιχειρηματικά μοντέλα στις «κάθετες» βιομηχανίες.

Τα τελευταία χρόνια, η τεχνολογία των μη επανδρωμένων εναέριων οχημάτων (UAVs-drones) έχει εξελιχθεί σημαντικά, με αποτέλεσμα να χρησιμοποιούνται σε μια πληθώρα από πραγματικές εφαρμογές και όχι μόνο για ψυχαγωγικές δραστηριότητες. Ενώ η χρήση τους προσφέρει αρκετά πλεονεκτήματα, εντούτοις υπάρχουν και κάποιοι παράγοντες που περιορίζουν την καθολική εφαρμογή τους. Για παράδειγμα, μέχρι τώρα ο έλεγχος και η επικοινωνία μεταξύ πιλότου και drone γίνεται κυρίως με ραδιοσυχνότητες. Σε τέτοιου είδους επικοινωνία όμως, υπάρχουν οι περιορισμοί που σχετίζονται με την εμβέλεια του πομπού, τα εμπόδια που δυσκολεύουν την επικοινωνία πομπού δέκτη, τις παρεμβολές, τις αντανακλάσεις και μια πληθώρα άλλων παραγόντων. Καθώς ο αριθμός των UAV αναμένεται να αυξηθεί σημαντικά τα επόμενα χρόνια, o συγκερασμός τους με τα κυψελοειδή δίκτυα 5G, είναι μια ευοίωνη λύση για την αντιμετώπιση των διαφόρων περιορισμών και προκλήσεων που υπάρχουν μέχρι σήμερα και περιορίζουν τις δυνατότητες τους.

Η σημαντική ανάπτυξη των UAV καθώς και η ανάπτυξη εμπορικών δραστηριοτήτων σαν επακόλουθο αυτής, έθεσαν το ζήτημα της διαχείρισης της εναέριας κυκλοφορίας των UAVs και δημιούργησαν εφαρμογές που βασίζονται σε αυτή την παράμετρο. Συστήματα που καλούνται UTM (UAS Traffic Management) έχουν σχεδιαστεί με σκοπό να διαχειρίζονται την κυκλοφορία στα χαμηλότερα υψόμετρα και στον εναέριο χώρο εν γένει, και σε συνδυασμό με τα δίκτυα 5^ης γενιάς παρέχουν μια ολοκληρωμένη υπηρεσία για τη συγκέντρωση πληροφοριών σε πραγματικό χρόνο.

Τα UAVs-drones σε καταστάσεις έκτακτης ανάγκης

Περιπτώσεις χρήσης (use-cases) που σχετίζονται με φυσικές καταστροφές μπορούν επίσης να επωφεληθούν από τα UAVs και τα κυψελωτά δίκτυα, καθώς ο συνδυασμός των δυο τεχνολογιών μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τον γρήγορο εντοπισμό θυμάτων και την παροχή βοήθειας σε ακραίες συνθήκες. Ιδιαίτερο ενδιαφέρον παρουσιάζουν και οι εφαρμογές όπου τα UAVs χρησιμοποιούνται για την επιθεώρηση μιας υποδομής ή μιας αγροτικής καλλιέργειας. Στην περίπτωση αυτή οι διάφοροι σένσορες που χρησιμοποιούνται είναι ενσωματωμένοι στα UAVs και η μετάδοση μεγάλων όγκων δεδομένων που απαιτείται γίνεται μέσω των συνδέσεων υψηλού εύρους ζώνης, όπου τα δίκτυα 5G μπορούν να προσφέρουν.

Το Ευρωπαϊκό ερευνητικό έργο 5G!Drones που συμμετέχει η Ελλάδα

To ΕΚΕΦΕ “ΔΗΜΟΚΡΙΤΟΣ”, και πιο συγκεκριμένα το εργαστήριο Media Net Lab του Ινστιτούτου Πληροφορικής και Τηλεπικοινωνιών πρωτοστατεί στην έρευνα του 5G στην Ελλάδα, αλλά και στην Ευρώπη. Συμμετέχει και συντονίζει ερευνητικά προγράμματα που έχουν ως σκοπό να αναπτύξουν μια πληθώρα καινοτόμων σεναρίων χρήσης 5G (use-cases), αξιοποιώντας τα ανταγωνιστικά τεχνολογικά πλεονεκτήματα των δικτύων 5ης γενιάς. Με τον τρόπου αυτό το ΕΚΕΦΕ “Δημόκριτος” συμβάλλει ουσιαστικά στη διαμόρφωση των νέων επιχειρηματικών μοντέλων που θα αναδυθούν στο μέλλον από τους παρόχους 5G σε συνεργασία με τις καθετοποιημένες αγορές, όπως αυτή των μη επανδρωμένων εναέριων οχημάτων.

Στο πλαίσιο αυτό, το Ευρωπαϊκό ερευνητικό πρόγραμμα 5G!Drones πραγματοποιεί δοκιμές στις προαναφερθείσες εφαρμογές UAVs, οι οποίες αξιοποιούν τα διαφορετικά́ χαρακτηριστικά́ όπου τα δίκτυα 5G προσφέρουν (eMBB, uRLLC και mMTC). Μέσα από αυτές τις δοκιμές, συλλέγονται μετρήσεις για τον προσδιορισμό́ των δεικτών απόδοσης του δικτύου, όπως για παράδειγμα η ποιότητα της ασύρματης σύνδεσης (QoS), ο χρόνος καθυστέρησης (latency), ο ρυθμό απόδοσης (throughput) και η διαθεσιμότητα του δικτύου. Για το συγκεκριμένο ερευνητικό πρόγραμμα χρησιμοποιούνται υποδομές 5^ης Γενιάς που βρίσκονται σε τρεις ευρωπαϊκές χώρες (Ελλάδα, Γαλλία, Φιλανδία), και έχουν τροποποιηθεί με κατάλληλες τεχνολογίες και εξοπλισμό, προκειμένου να υποστηρίξουν τα διάφορα σενάρια χρήσης των UAVs. Επιπλέον, το πρόγραμμα μελετάει και εφαρμόζει την τεχνολογία του κατακερματισμού του δικτύου “network slicing”, η οποία αποτελεί ένα βασικό στοιχείο της αρχιτεκτονικής του συστήματος 5G, προκειμένου να επιτευχθεί η αυτοματοποίηση των δικτυακών λειτουργιών σε όλο τα επιμέρους τμήματα της υποδομής (RAN, Backhaul-Fronthaul, Core).

Αναμφισβήτητα, τα δίκτυα 5ης Γενιάς και τα UAVs είναι αμφότερες δυο τεχνολογίες με μεγάλες δυνατότητες αλλά και αρκετές προκλήσεις που πρέπει να ξεπεραστούν, σε ότι αφορά στον συνδυασμό τους. Οι διάφορες περιπτώσεις εφαρμογής των UAVs, αξιοποιώντας τα χαρακτηριστικά που τα δίκτυα 5G μπορούν να προσφέρουν, είναι μια νέα τεχνολογική τάση της εποχής μας που συνεχώς θα εξελίσσεται και θα ωριμάζει παράλληλα με την ωρίμανση των 5G δικτύων. Στη χώρα μας, άλλωστε, οι πάροχοι ήδη προχωρούν σε εκτεταμένες επενδύσεις ώστε να είναι εφικτή η υποστήριξη τέτοιων υπηρεσιών. Δίχως αμφιβολία, αυτές οι υποδομές θα αποτελέσουν για τη χώρα καθοριστικό παράγοντα και πόλο ανάπτυξης και παραγωγής της καινοτομίας και των αυτοματισμών.

Τέλος, από την πλευρά του και ο φορέας 3GPP, μια κοινοπραξία οργανισμών τυποποίησης που αναπτύσσουν πρωτόκολλα για τις κινητές τηλεπικοινωνίες, δραστηριοποιείται εξίσου έντονα για τον προσδιορισμό των απαιτήσεων, των τεχνολογιών καθώς και των πρωτοκόλλων για τις εναέριες επικοινωνίες ώστε στο άμεσο μέλλον να αντιμετωπιστούν οι διάφορες ερευνητικές και τεχνολογικές προκλήσεις που υπάρχουν αυτή την στιγμή και η κοινωνία να αποκομίσει τα οφέλη και τα πλεονεκτήματα από την ευρύτερη υιοθέτηση των δυο αυτών τεχνολογιών.

Γιώργος Μακρόπουλος: Επιστημονικός Συνεργάτης ΕΚΕΦΕ Δημόκριτος, Ινστιτούτο Πληροφορικής & Τηλεπικοινωνιών, Υποψήφιος Διδάκτορας-Τμήμα Πληροφορικής και Επικοινωνιών, Εθνικό και Καποδιστριακό Πανεπιστήμιο Αθηνών

Δρ. Χαρίλαος Κουμαράς: Εντεταλμένος Ερευνητής, Επιστημονικός Υπεύθυνος Ευρωπαϊκού Ερευνητικού Έργου 5GDRONES, Ινστιτούτο Πληροφορικής & Τηλεπικοινωνιών, ΕΚΕΦΕ Δημόκριτος