Cooperation of different types of swarms of unmanned systems in executing missions
The study addresses the problem of cooperation between heterogeneous swarms of unmanned systems during mission execution in conditions of uncertainty, dynamic environments, and active opposition. The evolution lasting from the classical System of Systems (SoS) concept toward the Swarm of Swarms para...
Збережено в:
| Дата: | 2026 |
|---|---|
| Автори: | , , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Українська |
| Опубліковано: |
Інститут проблем реєстрації інформації НАН України
2026
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://drsp.ipri.kiev.ua/article/view/363204 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Data Recording, Storage & Processing |
| Завантажити файл: |  |
Репозитарії
Data Recording, Storage & Processing| _version_ | 1868294451515883520 |
|---|---|
| author | Додонов, О. Г. Додонов, В. О. Залужний, В. Ф. Кравчук, К. О. Ізварін , І. В. |
| author_facet | Додонов, О. Г. Додонов, В. О. Залужний, В. Ф. Кравчук, К. О. Ізварін , І. В. |
| author_institution_txt_mv | [
{
"author": "О. Г. Додонов",
"institution": "Інститут проблем реєстрації інформації НАН України"
},
{
"author": "В. О. Додонов",
"institution": "Інститут проблем реєстрації інформації НАН України"
},
{
"author": "В. Ф. Залужний",
"institution": "Інститут проблем реєстрації інформації НАН України"
},
{
"author": "К. О. Кравчук",
"institution": "Інститут проблем реєстрації інформації Національної академії наук України"
},
{
"author": "І. В. Ізварін ",
"institution": "Інститут проблем реєстрації інформації Національної академії наук України"
}
] |
| author_sort | Додонов, О. Г. |
| baseUrl_str | http://drsp.ipri.kiev.ua/oai |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2026-06-17T17:50:04Z |
| description | The study addresses the problem of cooperation between heterogeneous swarms of unmanned systems during mission execution in conditions of uncertainty, dynamic environments, and active opposition. The evolution lasting from the classical System of Systems (SoS) concept toward the Swarm of Swarms paradigm is analyzed. In contrast to conventional hierarchical or network-centric architectures, the proposed approach focuses on decentralized interaction, collective behavior, self-organization, and distributed intelligence of autonomous swarms. A multi-level cooperation model is proposed that includes external, inter-swarm, and intra-swarm control levels. The external level is responsible for mission goal definition and initial swarm formation, the inter-swarm level provides mission decomposition and coordination between swarms, while the intra-swarm level ensures local task allocation, routing, and adaptive interaction between agents. The research formulates the key functional problems arising in heterogeneous swarm cooperation, including dynamic swarm composition, cross-domain coordination, distributed decision-making, mission resilience, and adaptive system reconfiguration. Particular attention is paid to maintaining operational capability under losses of individual agents, entire sub-swarms, or communication degradation. Conceptual approaches to self-recovery, functional redundancy, and adaptive behavior are proposed. It is shown that the Swarm of Swarms paradigm extends the traditional SoS approach by enabling scalable, adaptive, and resilient collective systems capable of coordinated operation in complex multi-domain missions. The proposed approach can be applied to the development of distributed control architectures, cooperative mission planning systems, and simulation environments for autonomous unmanned formations. Fig.: 3. Refs: 5 titles. |
| doi_str_mv | 10.35681/1560-9189.2026.28.2.363204 |
| first_indexed | 2026-06-18T01:00:33Z |
| format | Article |
| fulltext |
Системи збереження і масового
розповсюдження даних
ISSN 1560-9189 Реєстрація, зберігання і обробка даних. 2026. Т. 28, № 2 103
DOI: https://doi.org/10.35681/1560-9189.2026.28.2.363204
УДК 004.89:004.942:623.746
О. Г. Додонов, В. О. Додонов, В. Ф. Залужний,
К. О. Кравчук, І. В. Ізварін
Інститут проблем реєстрації інформації НАН України
вул. М. Шпака, 2, 03113 Київ, Україна
Кооперація різнотипних роїв безпілотних систем
при виконанні місій
Розглянуто задачу кооперації різнотипних роїв безпілотних систем під
час виконання спільних місій. Запропоновано багаторівневий підхід, що
ґрунтується на представленні різнотипних роїв безпілотних систем як
об’єднаної системи у вигляді «рою роїв» (Swarm of Swarms), який охоп-
лює зовнішній, міжройовий і внутрішньоройовий рівні управління. Сфо-
рмульовано загальні задачі, які потрібно вирішити для кооперації роїв.
Показано, що на кожному етапі виконання задачі роями виникає специ-
фічний клас функціональних задач, які потребують застосування мате-
матичних методів, алгоритмів і засобів комп’ютерного моделювання.
Ключові слова: рій дронів, кооперація, мультиагентні системи, плану-
вання місій, комп’ютерне моделювання, Swarm of Swarms, System of
Systems.
Вступ
Сучасні військові та спеціальні операції характеризуються дедалі ширшим
використанням безпілотних систем, об’єднаних у рої. Спостерігається перехід від
застосування окремих дронів, до груп однотипних дронів і далі до груп і гетероген-
них (різнотипних) роїв, що включають засоби розвідки, ураження, радіоелектрон-
ної боротьби та іншого призначення.
Ключовим фактором ефективності таких систем стає не лише кількість еле-
ментів рою, а також рівень їхньої кооперації, що забезпечує узгоджене виконання
місій в умовах невизначеності та активної протидії. Методологічним підґрунтям
дослідження є еволюція від концепції System of Systems (SoS) до парадигми Swarm
of Swarms у сфері автономних роботизованих систем.
Прийнято, що Система Систем — System of Systems — це об’єднання незале-
жних функціональних систем у більшу, складнішу структуру, що забезпечує уніка-
льні можливості, недоступні для кожної системи окремо. Вони характеризуються
самостійним керуванням, географічною розподіленістю і еволюційним розвитком.
© О. Г. Додонов, В. О. Додонов, В. Ф. Залужний,К. О. Кравчук, І. В. Ізварін
https://doi.org/10.35681/1560-9189.2026.28.2.363204
О. Г. Додонов, В. О. Додонов, В. Ф. Залужний, К. О. Кравчук, І. В. Ізварін
104
Концепція SoS передбачає інтеграцію незалежних, функціонально різнорід-
них систем для досягнення спільної мети. У військовій сфері це проявляється в
об’єднанні засобів протиповітряної оборони, радіоелектронної боротьби, розвідки
та вогневого ураження — в єдині функціональні контури управління.
Подальший розвиток цієї парадигми приводить до формування концепції
«рою роїв» (Swarm of Swarms), яка зберігає принципи гетерогенності та інтегра-
ції, але доповнює їх новими властивостями (pис. 1):
⎯ децентралізованого управління;
⎯ самоорганізації;
⎯ адаптивності;
⎯ масштабованості.
На відміну від класичних SoS, де інтеграція досягається переважно на рівні
систем, у концепції Swarm of Swarms ключову роль відіграє кооперація на рівні по-
ведінки.
Рис. 1. Рій роїв
Крім того, на відміну від ієрархічних або централізованих SoS, системи типу
«рій роїв» функціонують на основі розподіленого інтелекту, що забезпечує:
⎯ підвищену стійкість до втрат елементів;
⎯ збереження функціональності при порушенні зв’язку;
⎯ здатність до адаптації у динамічному середовищі (рис. 2).
Таким чином, кооперація різнотипних роїв безпілотних систем може розгля-
датися як логічне продовження та розвиток концепції SoS, орієнтоване на ство-
рення інтелектуальних автономних колективів.
Незважаючи на наявність значної кількості досліджень у сфері мультиагент-
них систем та роєвого інтелекту, існуючі підходи переважно зосереджені на управ-
лінні окремими роями або вирішенні часткових задач. Водночас задачі кооперації
різнотипних роїв на всьому циклі місії залишаються недостатньо дослідженими.
У зв’язку з цим, метою напрямку дослідницьких робіт є виявлення, формулю-
вання, та вирішення задач, що потрібні для кооперації різнотипних роїв безпілот-
Кооперація різнотипних роїв безпілотних систем при виконанні місій
ISSN 1560-9189 Реєстрація, зберігання і обробка даних. 2026. Т. 28, № 2 105
них систем при виконанні місій, що враховує багаторівневу структуру системи та
повний цикл задач кооперації — від пошуку рішень до їхньої реалізації із викори-
станням засобів комп’ютерної підтримки.
РІЙ 2:
Автономні
наземні
дрони
РІЙ 1:
Автономні
БПЛА
7
7
7
РІЙ 3:
Автономні
підводні
дрони
8
8
8
9
9
9
10
10
10
РІЙ РОЇВРІЙ РОЇВ
РІЙ 2:
Автономні
наземні
дрони
РІЙ 1:
Автономні
БПЛА
6
3 РІЙ 3:
Автономні
підводні
дрони
1
2
4
6
5
5
5
Рис. 2. Адаптація рою роїв до зовнішніх змін: 1 — зовнішній вплив; 2 — вплив на рій 3;
3 — внутрішнє рішення про локальне реагування на зовнішній вплив; 4 — вибір елементів рою
для задач комунікації; 5 — комунікація з іншими роями; 6 — локальні реагування інших роїв;
7 — формування колективного рішення про реагування рою роїв на зовнішній вплив; 8 — комуні-
кація про реагування рою роїв; 9 — реагування кожного рою;
10 — комунікація про завершення реагування
Від SoS (System of Systems) до «Рою роїв» (Swarm of Swarms)
Подальший розвиток концепції Системи Систем (System of Systems) пов’яза-
ний із переходом до моделі «рою роїв» (Swarm of Swarms), у якій фокус зміщує-
ться від ієрархічного підпорядкування та мережецентричної взаємодії до механіз-
мів самоорганізації і розподіленого управління.
У межах цього підходу зберігається принцип інтеграції різнорідних підсис-
тем, однак змінюється характер їхньої взаємодії — від жорстко визначених струк-
тур до динамічних, адаптивних об’єднань.
Концепція кооперації різнотипних роїв
Пропонується розглядати систему, що складається з декількох роїв («рій
роїв»), як розподілену структуру, яка включає три рівні управління (рис. 3).
Внутрішньоройовий рівень (А). На даному рівні реалізуються:
⎯ розподіл задач між елементами рою;
⎯ маршрутизація;
⎯ локальна координація;
⎯ адаптація до змін.
Міжройовий рівень (Б). На даному рівні вирішуються задачі:
— декомпозиції місії;
— розподілу задач між роями;
О. Г. Додонов, В. О. Додонов, В. Ф. Залужний, К. О. Кравчук, І. В. Ізварін
106
— координації дій;
— синхронізації у часі та просторі;
— обміну інформацією.
Цей рівень визначає тактичний рівень виконання місії.
Зовнішній рівень (В). На даному рівні вирішуються такі задачі:
— постановка цілей місії;
— початкове формування роїв;
— ініціація виконання місії.
Цей рівень визначає глобальну стратегію виконання місії.
РІЙ РОЇВ
РІЙ 3:
Автономні
підводні
дрони
РІЙ 2:
Автономні
наземні
дрони
РІЙ 1:
Автономні
БПЛА
А
А
А
В
В
В
В
Внутрішньоройовий рівень управління
Міжройовий рівень управління
Зовнішній рівень управління
А
Б
В
Б
Б
Б
Рис. 3. Рівні управління рою роїв
Ключовими властивостями систем типу «рій роїв» є наступні.
Децентралізоване управління. Управління системою здійснюється без жор-
стко визначеного централізованого вузла, на основі розподілених алгоритмів прий-
няття рішень. Кожен підрій або агент володіє частковою автономією та здатністю
діяти відповідно до локальної інформації та загального наміру місії. Глобальна уз-
годженість поведінки досягається через обмін інформацією, протоколи взаємодії та
механізми узгодження.
Самоорганізація. Здатність системи формувати структуру взаємодії без зов-
нішнього керування, адаптуючись до змін середовища та складу системи.
Адаптивність. Можливість динамічної зміни поведінки, розподілу задач і
структури кооперації відповідно до умов виконання місії.
Масштабованість. На відміну від класичних SoS, що часто мають фіксовану
або обмежено гнучку архітектуру, «рій роїв» дозволяє динамічно додавати або ви-
ключати окремі підрої без необхідності повної перебудови системи управління між
роями. Це забезпечує гнучке нарощування або зменшення угруповання відповідно
до задачі.
Кооперація різнотипних роїв безпілотних систем при виконанні місій
ISSN 1560-9189 Реєстрація, зберігання і обробка даних. 2026. Т. 28, № 2 107
Колективна стійкість. Система здатна зберігати функціональність не лише
при втраті окремих елементів рою, але й при вибутті цілих підроїв. Це досягається
за рахунок алгоритмів адаптивного перерозподілу задач між елементами, що зали-
шилися.
Розподілений інтелект. Відбувається перехід від централізованих, ієрархіч-
них, або мережецентричних схем управління до децентралізованих механізмів, у
яких окремі підрої мають автономію у виборі способів виконання поставлених за-
дач. При цьому глобальна узгодженість досягається за рахунок обміну інформа-
цією та локальних правил взаємодії.
Таким чином, концепція Swarm of Swarms розширює підхід SoS, забезпечую-
чи не лише інтеграцію систем, а й формування адаптивних, стійких і масштабо-
ваних колективів автономних агентів, що здатні ефективно діяти в умовах неви-
значеності та динамічного середовища.
Ключові задачі кооперації у системі «Рій роїв»
Виходячи з наявності практичного досвіду застосування безпілотних систем,
для концепції «рій роїв» потрібно визначити сукупність задач, що потребують ви-
рішення для кооперації декількох роїв під час виконання місій.
Динамічна композиція системи
Однією із базових задач є формування тимчасових конфігурацій системи з
наявних підроїв відповідно до вимог конкретної місії. На відміну від класичних
SoS, де структура системи зазвичай визначається заздалегідь, у підході «рій роїв»
необхідно забезпечити динамічне компонування, яке передбачає:
⎯ швидке об’єднання підроїв у функціональні групи;
⎯ урахування їхніх можливостей, ресурсів та обмежень;
⎯ підтримку принципу «додай і використовуй» (plug-and-play) на рівні окре-
мих роїв.
Це вимагає розробки алгоритмів автоматизованого формування структури сис-
теми.
Крос-доменна координація (Multi-Domain Operations)
Характерною особливістю сучасних операцій є необхідність узгодженого за-
стосування засобів у різних середовищах: повітряному, наземному та морському.
У цьому контексті виникає задача крос-доменної координації, яка полягає в:
⎯ інтеграції роїв різного типу в єдину функціональну систему;
⎯ синхронізації їхніх дій у часі та просторі;
⎯ забезпеченні узгодженого досягнення цілей місії.
Для цього потрібно вирішити наступний клас задач:
⎯ кожен рій повинен вміти вибрати окремі елементи для комунікації з ін-
шими роями єдиної функціональної системи (окремого «рою роїв»);
⎯ розподілені алгоритми формування рішення задач, що виникають ло-
кально під час виконання місії;
⎯ розподілені алгоритми голосування між роями для прийняття одного з рі-
шень;
⎯ розподілені алгоритми виконання рішень;
О. Г. Додонов, В. О. Додонов, В. Ф. Залужний, К. О. Кравчук, І. В. Ізварін
108
⎯ розподілені алгоритми підтвердження виконання.
Живучість процесу виконання місії
Управління системою типу «рій роїв» для досягнення цілей виконання місії по-
требує впровадження спеціалізованих механізмів живучості, які виходять за межі
класичної відмовостійкості. Живучість забезпечується через наступні підходи [2, 3].
Функціональна надмірність і реконфігурація. Система має здатність операти-
вно перерозподіляти критичні функції (наприклад, ретрансляцію або розвідку) від
уражених підроїв до тих, що залишилися в роботі. Наявність функціональної над-
мірності дозволяє не тільки розподіляти функції між елементами рою, а також ро-
зподіляти елементи одного рою між іншими роями для забезпечення живучості ви-
конання основної місії.
Алгоритми самовідновлення. Застосовуються методи динамічного оновлення
графів зв’язності. У разі втрати «рою-координатора» система ініціює процедуру ви-
бору нового лідера на основі поточного стану ресурсів (енергія, обчислювальні мож-
ливості, зв’язність), або дозволяє корегувати локальну частину плану виконання
місії шляхом кооперативної взаємодії (у тому разі, якщо «рій-координатор» відсут-
ній).
Адаптивна поведінка в умовах деградації зв’язку. Передбачається перехід від
централізованої або щільно узгодженої координації дій до автономного виконання
задач на основі «наміру», що дозволяє зберігати функціональність навіть при втраті
зв’язку.
Висновки
Кооперація різнотипних роїв безпілотних систем є ключовим фактором ефе-
ктивності сучасних і майбутніх операцій. Запропонований багаторівневий підхід
дозволяє об’єднати процеси планування, моделювання та виконання місій у єдину
систему, що забезпечує узгоджене функціонування всіх елементів.
Ефективність кооперації досягається за умови стійкості системи до зовніш-
нього впливу, що забезпечується впровадженням механізмів живучості, та дозво-
ляють зберігати керованість навіть за значних втрат окремих елементів.
Подальші дослідження доцільно спрямувати на розроблення конкретних ал-
горитмів і їхню експериментальну верифікацію.
1. Debie E., Kasmarik K., Garratt M. Swarm Robotics: A Survey from a Multi-Tasking Perspective.
ACM Computing Surveys, 2023. DOI: 10.1145/3611652.
2. Додонов А.Г., Ландэ Д.В. Живучесть информационных систем. Київ: Наук. думка, 2011.
256 с.
3. Додонов О.Г., Ланде Д.В. Мережева модель структурної живучості. Реєстрація, зберігання
і обробка даних. 2021. Т. 23, № 1. С. 15–22. DOI:10.35681/1560-9189.2021.23.1.235075.
4. Bayindir L. A Review of Swarm Robotics Tasks. Neurocomputing. 2016.
5. Lajoie P.-Y., Beltrame G. Swarm-SLAM: Decentralized Collaborative Mapping // arXiv, 2023.
https://arxiv.org/pdf/2301.06230
Надійшла до редакції 20.04.2026
Прийнята до друку 19.05.2026
Опублікована 17.06.2026
|
| id | drspiprikievua-article-363204 |
| institution | Data Recording, Storage & Processing |
| keywords_txt_mv | keywords |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2026-06-18T01:00:33Z |
| publishDate | 2026 |
| publisher | Інститут проблем реєстрації інформації НАН України |
| record_format | ojs |
| resource_txt_mv | drspiprikievua/fe/a1a168b8ed795ea302ab2a017a6ddafe.pdf |
| spelling | drspiprikievua-article-3632042026-06-17T17:50:04Z Cooperation of different types of swarms of unmanned systems in executing missions Кооперація різнотипних роїв безпілотних систем при виконанні місій Додонов, О. Г. Додонов, В. О. Залужний, В. Ф. Кравчук, К. О. Ізварін , І. В. drone swarm, cooperation, multi-agent systems, mission planning, computer modeling, Swarm of Swarms, System of Systems рій дронів, кооперація, мультиагентні системи, планування місій, комп’ютерне моделювання, Swarm of Swarms, System of Systems The study addresses the problem of cooperation between heterogeneous swarms of unmanned systems during mission execution in conditions of uncertainty, dynamic environments, and active opposition. The evolution lasting from the classical System of Systems (SoS) concept toward the Swarm of Swarms paradigm is analyzed. In contrast to conventional hierarchical or network-centric architectures, the proposed approach focuses on decentralized interaction, collective behavior, self-organization, and distributed intelligence of autonomous swarms. A multi-level cooperation model is proposed that includes external, inter-swarm, and intra-swarm control levels. The external level is responsible for mission goal definition and initial swarm formation, the inter-swarm level provides mission decomposition and coordination between swarms, while the intra-swarm level ensures local task allocation, routing, and adaptive interaction between agents. The research formulates the key functional problems arising in heterogeneous swarm cooperation, including dynamic swarm composition, cross-domain coordination, distributed decision-making, mission resilience, and adaptive system reconfiguration. Particular attention is paid to maintaining operational capability under losses of individual agents, entire sub-swarms, or communication degradation. Conceptual approaches to self-recovery, functional redundancy, and adaptive behavior are proposed. It is shown that the Swarm of Swarms paradigm extends the traditional SoS approach by enabling scalable, adaptive, and resilient collective systems capable of coordinated operation in complex multi-domain missions. The proposed approach can be applied to the development of distributed control architectures, cooperative mission planning systems, and simulation environments for autonomous unmanned formations. Fig.: 3. Refs: 5 titles. Розглянуто задачу кооперації різнотипних роїв безпілотних систем під час виконання спільних місій. Запропоновано багаторівневий підхід, що ґрунтується на представленні різнотипних роїв безпілотних систем як об’єднаної системи у вигляді «рою роїв» (Swarm of Swarms), який охоплює зовнішній, міжройовий і внутрішньоройовий рівні управління. Сформульовано загальні задачі, які потрібно вирішити для кооперації роїв. Показано, що на кожному етапі виконання задачі роями виникає специфічний клас функціональних задач, які потребують застосування математичних методів, алгоритмів і засобів комп’ютерного моделювання. Інститут проблем реєстрації інформації НАН України 2026-06-17 Article Article application/pdf https://drsp.ipri.kiev.ua/article/view/363204 10.35681/1560-9189.2026.28.2.363204 Data Recording, Storage & Processing; Vol. 28 No. 2 (2026); 103-108 Регистрация, хранение и обработка данных; Том 28 № 2 (2026); 103-108 Реєстрація, зберігання і обробка даних; Том 28 № 2 (2026); 103-108 1560-9189 uk https://drsp.ipri.kiev.ua/article/view/363204/350532 Авторське право (c) 2026 Реєстрація, зберігання і обробка даних |
| spellingShingle | drone swarm cooperation multi-agent systems mission planning computer modeling Swarm of Swarms System of Systems Додонов, О. Г. Додонов, В. О. Залужний, В. Ф. Кравчук, К. О. Ізварін , І. В. Cooperation of different types of swarms of unmanned systems in executing missions |
| title | Cooperation of different types of swarms of unmanned systems in executing missions |
| title_alt | Кооперація різнотипних роїв безпілотних систем при виконанні місій |
| title_full | Cooperation of different types of swarms of unmanned systems in executing missions |
| title_fullStr | Cooperation of different types of swarms of unmanned systems in executing missions |
| title_full_unstemmed | Cooperation of different types of swarms of unmanned systems in executing missions |
| title_short | Cooperation of different types of swarms of unmanned systems in executing missions |
| title_sort | cooperation of different types of swarms of unmanned systems in executing missions |
| topic | drone swarm cooperation multi-agent systems mission planning computer modeling Swarm of Swarms System of Systems |
| topic_facet | drone swarm cooperation multi-agent systems mission planning computer modeling Swarm of Swarms System of Systems рій дронів кооперація мультиагентні системи планування місій комп’ютерне моделювання Swarm of Swarms System of Systems |
| url | https://drsp.ipri.kiev.ua/article/view/363204 |
| work_keys_str_mv | AT dodonovog cooperationofdifferenttypesofswarmsofunmannedsystemsinexecutingmissions AT dodonovvo cooperationofdifferenttypesofswarmsofunmannedsystemsinexecutingmissions AT zalužnijvf cooperationofdifferenttypesofswarmsofunmannedsystemsinexecutingmissions AT kravčukko cooperationofdifferenttypesofswarmsofunmannedsystemsinexecutingmissions AT ízvarínív cooperationofdifferenttypesofswarmsofunmannedsystemsinexecutingmissions AT dodonovog kooperacíâríznotipnihroívbezpílotnihsistemprivikonannímísíj AT dodonovvo kooperacíâríznotipnihroívbezpílotnihsistemprivikonannímísíj AT zalužnijvf kooperacíâríznotipnihroívbezpílotnihsistemprivikonannímísíj AT kravčukko kooperacíâríznotipnihroívbezpílotnihsistemprivikonannímísíj AT ízvarínív kooperacíâríznotipnihroívbezpílotnihsistemprivikonannímísíj |