Design and experimental evaluation of unmanned aircraft systems communications

6G networks aim to deliver ultra-low-latency global broadband through Non-Terrestrial Networks (NTN), which integrate drones, high-altitude platforms, and satellites. This project introduces contributions for advancing NTN capabilities, starting with the Drone Control Layer (DCL), a middleware solution enabling efficient operation of mixed drone swarms, equipped with interfaces for hardware abstraction, communication, and drone interconnectivity. Furthermore, IoD-Sim is presented, an open-source simulator for modelling NTN environments, including Intelligent Reflecting Surfaces (IRS) for optimised coverage. IoD-Sim allows realistic simulation of communication protocols and drone mobility in diverse scenarios. In the Internet of Things (IoT), drones extend IoT device battery life through Wireless Power Transfer (WPT), efficiently transmitting data to CubeSats, which simulations show significant gains in data transfer. Additionally, safety and security are addressed via Explainable AI (XAI), for drone spatial awareness, and Counter-Unmanned Aircraft System (C-UAS), for unauthorised drone detection using multi-sensor fusion techniques. Finally, a secure service chain model introduces custom authentication and authorisation to safeguard data flow in Terrestrial/NTN systems, integrated in a comprehensive cloud-based service oriented architecture. These contributions support the development and deployment of resilient space-air-ground integrated communication services, benefiting both research and industry.

Le reti 6G mirano a fornire una banda larga globale a bassissima latenza tramite reti non terrestri (NTN), che integrano droni, piattaforme ad alta quota e satelliti. Questo progetto introduce contributi per l'avanzamento delle capacità NTN, a partire dal Drone Control Layer (DCL), una soluzione middleware che consente un funzionamento efficiente di sciami di droni, dotata di interfacce per l'astrazione hardware, la comunicazione e la loro interconnettività. Inoltre, viene presentato IoD-Sim, un simulatore open source per la modellazione di ambienti NTN, tra cui le superfici riflettenti intelligenti (IRS) per una copertura ottimizzata. IoD-Sim consente una simulazione realistica dei protocolli di comunicazione e della mobilità dei droni in diversi scenari. Nell'Internet of Things (IoT), i droni estendono la durata della batteria del dispositivo IoT tramite Wireless Power Transfer (WPT), trasmettendo in modo efficiente i dati ai CubeSat, le cui simulazioni mostrano significativi guadagni nel trasferimento dei dati. Inoltre, la sicurezza e la protezione sono affrontate rispettivamente tramite Explainable AI (XAI), per la consapevolezza spaziale dei droni, e Counter-Unmanned Aircraft System (C-UAS), per il rilevamento non autorizzato dei droni mediante tecniche di fusione multisensore. Infine, un meccanismo di sicurezza a catena di servizi introduce autenticazione e autorizzazione personalizzati per salvaguardare il flusso di dati nei sistemi Terrestrial/NTN, integrati in un'architettura completa basata sul cloud orientata ai servizi. Questi contributi supportano lo sviluppo e l'implementazione di servizi di comunicazione integrati spazio-aria-terra resilienti, a vantaggio sia della ricerca che dell'industria.