Метод оцінювання гарантоздатності розподіленої системи управління БПЛА на основі інтегральної моделі стану та прогнозування
DOI:
https://doi.org/10.34121/1028-9763-2026-2-110-126Ключові слова:
безпілотні літальні апарати, гарантоздатність, інтегральна модель стану, прогнозування, розподілена система управління, ризик, часові затримки, коефіцієнти регресії, орієнтований графАнотація
Розподілені системи управління безпілотними літальними апаратами (БПЛА), що поєднують бортові обчислювальні модулі, сенсори, канали зв’язку та наземні/edge-сервіси, характеризуються підвищеною складністю оцінювання функціонального стану в умовах збурень, деградації компонентів і можливих кібервпливів. У роботі запропоновано метод оцінювання гарантоздатності такої системи на основі інтегральної моделі стану та прогнозування динаміки узагальненого показника. Структуру системи формалізовано як орієнтований граф взаємодіючих вузлів, кожному з яких поставлено у відповідність локальний вектор стану, що охоплює показники безвідмовності, доступності, функціональної коректності керування, кіберстійкості та часових затримок. Для переходу від локальних характеристик до системної оцінки сформовано нормовану інтегральну метрику гарантоздатності в діапазоні [0;1] з урахуванням структурної важливості вузлів. Прогнозна складова реалізує оцінювання майбутніх значень інтегрального показника на кінцевому горизонті, виявляє тенденції деградації та формує кількісну оцінку глибини можливого порушення критичної межі, що забезпечує перехід від реактивного до попереджувального прийняття рішень. Чисельне моделювання для сценаріїв номінального режиму, поступової деградації, раптової часткової відмови та комбінованого впливу підтвердило, що прогнозування забезпечує часовий резерв для коригування режимів керування й перерозподілу ресурсів та зменшує ймовірність втрати допустимого рівня гарантоздатності. За результатами експериментів середній виграш часу випередження становить 7,3 кроку дискретизації (≈22 % скорочення часу реакції) порівняно з підходом без прогнозу. Табл.: 2. Іл.: 5. Бібліогр.: 23 назв.
Посилання
1. Demirbaga U., Aujla G., Singh M.P., Singh A., Sun H., Camp J. An intelligent monitoring and warning framework in drone swarm digital twin systems. Proc. of the IEEE International Conference on Communications (ICC 2024). DOI: https://doi.org/10.1109/ICC51166.2024.10622736.
2. Peng Y., Yan H., Rao K., Yang P., Lv Y. Distributed model predictive control for unmanned aerial vehicles and vehicle platoon systems: A review. Intelligence &Robotics. 2024. Vol. 4 (3). P. 293–317. DOI: https://doi.org/10.20517/ir.2024.19.
3. Lv X., Yang R., Zhang H., He W., Feng Z. Cooperative performance assessment of UAV formations under communication delay via belief rule base. Journal of the Franklin Institute. 2025. Vol. 362. P. 108103. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jfranklin.2025.108103.
4. Gräfe A., Eickhoff J., Zimmerling M. et al. DMPC-Swarm: Distributed model predictive control on nano UAV swarms. Autonomous Robots. 2025. Vol. 49. P. 28. DOI: https://doi.org/10.1007/s10514-025-10211w.
5. Abdulhamid A., Kabir S., Ghafir I., Lei C. An overview of safety and security analysis frameworks for the Internet of Things. Electronics. 2023. Vol. 12 (14). P. 3086. DOI: https://doi.org/10.3390/electronics12143086.
6. Zaitseva E., Levashenko V., Mysko V., Czapp S., Zhaxybayev D. Availability of UAV fleet evaluation based on multi-state system. IEEE Access. 2024. Vol. 12. P. 15290–15307. DOI: https://doi.org/10.1109/ACCESS.2024.3358198.
7. Wang L., Zhao X., Zhang Y., Wang X., Ma T., Gao X. Unmanned aerial vehicle swarm mission reliability modeling and evaluation method oriented to systematic and networked mission. Chinese Journal of Aeronautics. 2021. Vol. 34 (2). P. 466–478. DOI: https://doi.org/10.1016/j.cja.2020.02.026.
8. Puchalski R., Giernacki W. UAV fault detection methods, state-of-the-art. Drones. 2022. Vol. 6 (11). P. 330. DOI: https://doi.org/10.3390/drones6110330.
9. Sarkar S., Shafaei S., Jones T.S., Totaro M.W. Secure communication in drone networks: A comprehensive survey of lightweight encryption and key management techniques. Drones. 2025. Vol. 9 (8). P. 583. DOI: https://doi.org/10.3390/drones9080583.
10. Ma Z., Gong H., Wang X. Fault-tolerant event-triggered control for multiple UAVs with predefined tracking performance. Drones. 2024. Vol. 8 (1). P. 25. DOI: https://doi.org/10.3390/drones8010025.
11. Zou Z., Yang S., Zhao L. Dual-loop control and state prediction analysis of QUAV trajectory tracking based on biological swarm intelligent optimization algorithm. Scientific Reports. 2024. Vol. 14. P. 19091. DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-024-69911-5.
12. Yang R., Gong X., Feng Z., Hao Y. Distributed fault-tolerant for leader-following multi-unmanned aerial vehicle systems with faulty sensors based on belief rule base. Engineering Applications of Artificial Intelligence. 2025. Vol. 157. P. 111388. DOI: https://doi.org/10.1016/j.engappai.2025.111388.
13. Al-Haddad L.A., Khalid W., Tariq S.Z., Mrah M.M., Flah A., Tazay A.F., Jaber A.A. Reliability oriented framework for UAV-based inspection missions in modern power and energy systems. Scientific Reports. 2025. Vol. 16 (1). P. 958. DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-025-30410-w.
14. Костюк Ю., Бебешко Б., Крючкова Л., Литвинов В., Оксанич І., Складанний П., Хорольська К. Захист інформації та безпека обміну даними в безпроводових мобільних мережах з аутентифікацією і протоколами обміну ключами. Кібербезпека: освіта, наука, техніка. 2024. № 1 (25). P. 229–252. DOI: https://doi.org/10.28925/2663-4023.2024.25.229252.
15. Zhao X., Zhao T., Wang F., Wu Y., Li M. SAC-based UAV mobile edge computing for energy minimization and secure data transmission. Ad Hoc Networks. 2024. Vol. 157. P. 103435. DOI: https://doi.org/10.1016/j.adhoc.2024.103435.
16. Kostiuk Y., Skladannyi P., Sokolov V., Rzaieva S. Intelligent system for simulation modeling and research of information objects. Proc. of the 1st Workshop on Software Engineering and Semantic Technologies (SEST 2025) (CEUR-WS). 2025. Vol. 4053. P. 237–251.
17. Fu M., Yu Z. Resilient tracking control of UAV with event-triggered communication against stochastic DoS faults. Information Sciences. 2026. Vol. 735. P. 123074. https://doi.org/10.1016/j.ins.2026.123074.
18. Chen Y., Deng T. Leader-follower UAV formation flight control based on feature modelling. Systems Science & Control Engineering. 2023. Vol. 11. Article 2268153. DOI: https://doi.org/10.1080/21642583.2023.2268153.
19. Kostiuk Y., Skladannyi P., Samoilenko Y., Khorolska K., Bebeshko B., Sokolov V. A system for assessing the interdependencies of information system agents in information security risk management using cognitive maps. Proc. of the Third International Conference on Cyber Hygiene & Conflict Management in Global Information Networks (CH&CMiGIN’24) (CEUR-WS). 2024. Vol. 3925. P. 249–264.
20. Rzaeva S., Skladannyi P., Kostiuk Y., Abramov V., Kravchenko V. Adaptive information security management in cloud-oriented intelligent transportation systems. Ukrainian Scientific Journal of Information Security. 2025. Vol. 31 (1). P. 23–36. DOI: https://doi.org/10.18372/2225-5036.31.20634.
21. Subramaniyan M., Venkatasamy T.K., Mathiyalagan N., Hossen A. Adaptive resource allocation and routing for integrated sensing and communications for wireless technologies. EURASIP Journal on Wireless Communications and Networking, 2025. Article 2461. DOI: https://doi.org/10.1186/s13638-025-02461-0.
22. Skladannyi P., Kostiuk Y., Sokolov V., Khorolska K. Network traffic analysis and management / A.L. Agbotiname et al. (eds.). Handbook of cybersecurity challenges and solutions for emerging technologies. 2026. P. 148–172. CRC Press. DOI: https://doi.org/10.1201/9781003640790-9.
23. Kostiuk Y., Skladannyi P., Korshun N., Bebeshko B., Khorolska K. Integrated protection strategies and adaptive resource distribution for secure video streaming over a Bluetooth network. Cybersecurity Providing in Information and Telecommunication Systems II (CPITS-II 2024) (CEUR-WS). 2024. Vol. 3826. P. 129–138.
29
10Опубліковано
Номер
Розділ
Ліцензія
Ця робота ліцензується відповідно до ліцензії Creative Commons Attribution 4.0 International License.
