İHA ağları arasında daha güvenilir ve verimli iletişim için yenilikçi model

İstanbul Medipol Üniversitesi Mühendislik ve Doğa Fakültesi Dekanı Prof. Dr. Hüseyin Arslan’ın da araştırma ekibinde yer aldığı çalışma, insansız hava araçları (İHA) ile yer istasyonları arasındaki kablosuz iletişimi daha verimli ve güvenilir hâle getirecek yeni bir yöntem ortaya koydu. “Cooperative Non-Orthogonal Multiple Access With Index Modulation for Air-Ground Multi-UAV Networks” başlıklı çalışma, IEEE Journal on Selected Areas in Communications isimli bilimsel dergide yayımlandı.

İHA’LAR ARASI YOĞUN BAĞLANTI İHTİYACINA YENİLİKÇİ ÇÖZÜM
Günümüzde İHA’lar, afet bölgelerinde acil haberleşmenin sağlanmasından tarım alanlarının izlenmesine, çevresel gözlemden güvenlik uygulamalarına kadar pek çok alanda aktif olarak kullanılıyor ve kritik bir görev üstleniyor. Bu alanların büyük bir bölümünde, aynı anda birden fazla İHA’nın hem yer istasyonuyla hem de birbirleriyle veri alışverişi yapması gerekiyor. Ancak sınırlı zaman ve frekans kaynakları, bu yoğun bağlantı ihtiyacını karşılamayı zorlaştırıyor. Çok sayıda İHA’nın aynı anda iletişim kurması, sinyallerin birbirini etkilemesine ve veri kayıplarına yol açabiliyor. Bu durum özellikle yer istasyonuna uzak İHA’lar için ciddi performans sorunları doğuruyor.

Araştırma ekibi, bu soruna çözüm olarak, birden fazla kullanıcının aynı zaman-frekans kaynağını paylaşmasına imkân tanıyan non-orthogonal multiple access (NOMA) yaklaşımını, indeks modülasyon (IM) ile birleştiren yenilikçi bir yapı geliştirdi. Bu sayede, özellikle uzak mesafedeki İHA’lar için hata oranlarının düşürülmesi ve ağ kaynaklarının daha verimli kullanılması hedefleniyor.

GİRİŞİMİ AZALTAN VE HATALARI DÜŞÜREN YENİ SİSTEM GELİŞTİRİLDİ
Klasik NOMA sistemleri, yüksek bağlantı kapasitesi sunsa da kullanıcılar arası girşim (inter-user interference- IUI) nedeniyle performans kaybına yol açabiliyor ve sistemin güvenilirliği düşebiliyor. Araştırma ekibi, bu sınırlamaları aşmak amacıyla indeks modülasyon (IM) destekli ve İHA’ların birbirine yardımcı olduğu yeni bir sistem tasarladı. MCU-NOMA-IM adı verilen bu yapıda, İHA’lara ait bilgiler yalnızca sinyalin kendisiyle değil; aynı zamanda hangi alt taşıyıcının kullanıldığı ve enerjinin nasıl dağıtıldığı gibi ek ipuçlarıyla iletiliyor.

Bu model sayesinde kullanıcılar arası girişim önemli ölçüde azaltılırken, daha güvenilir bir iletişim sağlanıyor.

FARKLI İHA SENARYOLARI TEST EDİLDİ
Çalışmada üç ve dört İHA’nın yer aldığı farklı haberleşme senaryoları ayrıntılı olarak analiz edildi. Bu senaryolarda sistemin bit hata oranı matematiksel olarak türetildi ve geliştirilen yöntemin güvenilirliği sayısal sonuçlarla ortaya kondu.

Ayrıca, birbirine yakın konumda bulunan İHA’ların kümeler hâlinde çalıştığı MCCU-NOMA-IM adlı geliştirilmiş bir yapı da önerildi. Bu yapı, iletişim için gereken zaman dilimi sayısını azaltarak, özellikle gecikmenin kritik olduğu uygulamalarda önemli avantajlar sunuyor.

SİMÜLASYON SONUÇLARI NE SÖYLÜYOR?
Yapılan simülasyonlar, hem MCU-NOMA-IM hem de MCCU-NOMA-IM yöntemlerinin, mevcut iş birlikli NOMA ve iş birliği içermeyen NOMA-IM sistemlerine kıyasla belirgin biçimde daha yüksek performans sunduğunu ortaya koyuyor. Önerilen yaklaşımlar özellikle hata oranlarını ciddi ölçüde düşürüyor; bu kazanım ise sinyal-gürültü oranının yüksek olduğu koşullarda ve yer istasyonuna daha uzak konumlanan İHA’lar için çok daha belirgin hâle geliyor. Ayrıca teorik olarak hesaplanan bit hata oranı üst sınırlarının simülasyon sonuçlarıyla büyük ölçüde örtüşmesi, geliştirilen modelin yalnızca pratikte değil, kuramsal açıdan da tutarlı olduğunu gösteriyor.

GELECEĞİN HAVA-YER HABERLEŞMELERİNE ÖNEMLİ KATKI
Bu araştırma, çoklu İHA ağları için yalnızca yeni bir teknik yaklaşım önermekle kalmıyor; aynı zamanda literatürde uzun süredir temel bir sorun olarak ele alınan kullanıcılar arası girişim problemini, pratikte uygulanabilir ve ölçeklenebilir bir modelle ele alıyor. Önerilen sistem, sınırlı haberleşme kaynakları altında daha fazla İHA’nın aynı anda, daha güvenilir biçimde iletişim kurabilmesine olanak tanıyor.

Çalışma kapsamında geliştirilen yaklaşım; karmaşık, hata üretmeye açık ve yüksek işlem yükü gerektiren yöntemlere ihtiyaç duymadan girişimin azaltılmasını sağlıyor. Bu sayede özellikle yer istasyonuna daha uzak konumlanan İHA’lar için iletişim kalitesi belirgin biçimde artıyor ve sistem performansı daha dengeli hâle geliyor. Aynı zamanda sunulan yapı, gelecekte daha kalabalık ve yoğun İHA ağlarının tasarlanmasına imkân tanıyacak esnek bir çerçeve ortaya koyuyor.

Elde edilen bulgular; afet sonrası acil haberleşme altyapılarından akıllı şehir uygulamalarına, çevresel izleme faaliyetlerinden otonom hava sistemlerine kadar geniş bir kullanım alanına işaret ediyor. Bu yönüyle çalışma, hava-yer haberleşmesinde daha güvenilir ve verimli sistemlerin geliştirilmesi açısından önemli bir bilimsel katkı sunuyor.