Dinamik ortamlarda uçan tasarsız ağların bağlılığını koruyan yeniden ziyaret problemi için görev planlama stratejileri - Erkalkan, Ercan (My University, 2025)
İnsansız Hava Araçları (İHA’lar), otonomi, algılama ve ağ oluşturma kabiliyetlerindeki gelişmeler sayesinde birçok sektörde vazgeçilmez platformlar hâline gelmiştir. Özellikle birden fazla İHA’nın eşzamanlı görev üstlendiği Uçan Tasarsız Ağ (UTA) yapılarında, merkez istasyonla bağlantıyı koruma ve belirli hedefleri düzenli olarak ziyaret etme (yeniden ziyaret) gibi kritik gereksinimler bulunmaktadır. Bu tezde, çoklu-İHA’ların dinamik ortamlarda ağ bağlılığını korurken hedeflerin ortalama tekrar ziyaret sürelerini en aza indirecek şekilde görev planlaması yapabilmesini sağlayan yeni bir yönlendirme algoritması sunulmuştur. Geliştirilen algoritmanın özgün yönü, zaman ve mesafe faktörlerini aynı anda dikkate alan bileşik bir değer fonksiyonu kullanarak hedef önceliklendirmesi yapması ve ağ bütünlüğü kopma riski belirdiğinde röle İHA ataması yoluyla merkez istasyonla kesintisiz haberleşmeyi sürdürmesidir. Yapılan yoğun simülasyon deneylerinde: • Dinamik (zaman+mesafe) yaklaşımla, sabit zaman aralıklı yöntemlere kıyasla ortalama hedefe ulaşma süresinin %20’ye varan oranda kısaldığı, • İHA’ların kopma teşebbüsü oranında %25’e varan azalma sağlandığı, • Aynı sürede ziyaret edilen hedef sayısının %10–15 daha yüksek gerçekleştiği gözlemlenmiştir. Örneğin, 10 İHA ve 30 hedefin bulunduğu bir senaryoda, ortalama hedefe ulaşma süresini 15 birim zaman civarına kadar çekmeyi başaran önerilen yöntem; ağ kopmalarını da büyük ölçüde engelleyerek ağın tek parça hâlinde kalmasını sağlamıştır. Böylece hem haberleşme sürekliliği korunmuş hem de kritik hedeflerin periyodik olarak güncel verilerle izlenmesi mümkün olmuştur. Bu tez toplam altı ana bölüm hâlinde yapılandırılmıştır: 1. Giriş bölümünde problem tanımı ve tezin amacı sunulmuş, UTA’larda yaşanan temel zorluklar tartışılmıştır. ix 2. Literatür Özeti bölümünde, çoklu İHA ağlarında bağlantı ve tekrar ziyaret problemleri üzerine yapılan çalışmalar değerlendirilerek tezdeki özgün katkılar vurgulanmıştır. 3. Temel Kavramlar ve Hedef Değer Fonksiyonu kısmında, zaman+mesafe bileşik fonksiyonu ile hedef önceliği hesaplamasının teorik çerçevesi ayrıntılı biçimde açıklanmıştır. 4. Çoklu-İHA Yönlendirme Algoritması bölümünde ise geliştirilen yöntemin matematiksel modeli, röle İHA atama mekanizması ve bağlantı sürekliliğini korumayı sağlayan stratejiler tüm detaylarıyla sunulmuştur. 5. Simülasyon ve Performans Analizi bölümünde, farklı parametreler altında yapılan deneyler ile elde edilen sonuçlar irdelenmiş, sayısal iyileşmeler istatistiksel verilerle desteklenmiştir. 6. Sonuç ve Öneriler bölümünde, genel bulgular özetlenmiş ve gelecek çalışmalar için enerji yönetimi, 3B hareket modellemesi ve gerçek zamanlı uygulamalar gibi konularda yönlendirici öneriler paylaşılmıştır. Elde edilen sonuçlar, geliştirilen yaklaşımın hem bağlantı sürekliliğini koruması hem de hedeflerin etkin şekilde (periyodik veya gerektikçe) ziyaret edilmesini sağlaması sayesinde tarımsal izleme, afet yönetimi, çevre gözetimi ve sınır güvenliği gibi pek çok alanda uygulanabilir ve ölçeklenebilir bir çözüm sunduğunu göstermektedir.

Unmanned Aerial Vehicles (UAVs) have become indispensable platforms in many sectors thanks to advances in autonomy, sensing, and networking capabilities. In Flying Ad Hoc Networks (FANETs), where multiple UAVs undertake tasks simultaneously, there are critical requirements such as maintaining connectivity with the central station and regularly revisiting certain targets. In this thesis, a novel routing algorithm is proposed that enables multiple UAVs to plan tasks in dynamic environments so as to preserve network connectivity while minimizing the average revisit time of the targets. The key innovation of the proposed algorithm lies in its use of a composite valuation function that simultaneously considers time and distance factors for prioritizing targets, and in maintaining uninterrupted communication with the central station through relay UAVs whenever there is a risk of network partition. Comprehensive simulation experiments show that: • By employing the dynamic (time+distance) approach, the average time to reach a target can be reduced by up to 20% compared to fixed-interval methods, • The attempted disconnection (partition) rate of UAVs decreases by up to 25%, • The number of targets visited within the same timeframe is 10–15% higher. For instance, in a scenario with 10 UAVs and 30 targets, the proposed method manages to reduce the average target arrival time to about 15 time units, and it significantly prevents network partitioning by keeping the network in one piece. As a result, both uninterrupted communication is maintained and critical targets can be monitored periodically with updated data. This thesis is organized into six main chapters: 1. Introduction presents the problem statement and the aim of the thesis, discussing the fundamental challenges in FANETs. xi 2. Literature Review evaluates studies on connectivity and revisit problems in multi-UAV networks and highlights the original contributions of this thesis. 3. Fundamental Concepts and Target Valuation Function explains in detail the theoretical framework of the time+distance composite valuation used for prioritizing targets. 4. Multi-UAV Routing Algorithm describes the mathematical model of the developed method, the relay UAV assignment mechanism, and the strategies that help maintain network connectivity. 5. Simulation and Performance Analysis examines experiments conducted under various parameters and presents the resulting numerical improvements with statistical support. 6. Conclusion and Recommendations summarizes the main findings and offers guiding suggestions for future research, including energy management, 3D motion modeling, and real-time applications. The outcomes demonstrate that the proposed approach, which simultaneously preserves network connectivity and effective (periodic or on-demand) target revisits, offers a practical and scalable solution for agricultural monitoring, disaster management, environmental surveillance, border security, and many other fields.
Task planning strategies for the revisit problem preserving the connectivity of flying ad hoc networks in dynamic envıronments
Keywords: Ağ Bağlantısı; Control systems; Denetim sistemleri; Dinamik Ortam; Drone aircraft; Dynamic Environment; Flying Ad Hoc Network (FANET); Görev Planlama; İnsansız Hava Aracı (İHA); İnsansız hava araçları; Network Connectivity; Relay UAV; Revisit Problem; Röle İHA; Task Planning; Tekrar Ziyaret Problemi; Uçan Tasarsız Ağ (UTA); Unmanned Aerial Vehicle (UAV); Unmanned air Vehicles; Uzaktan kumandalı uçak