ثنائي الاتجاه مقابل انتقال الطائرات بدون طيار

ثنائي الاتجاه مقابل انتقال الطائرات بدون طيار: غوص عميق

المركبات الجوية بدون طيار (الطائرات بدون طيار / طائرات بدون طيار) الاعتماد اعتمادًا كبيرًا على النقل اللاسلكي للبيانات بين الطائرة بدون طيار (محمول جوا) والمحطة الأرضية (أو نقطة تحكم أخرى). اختيار وضع النقل -أحادي الاتجاه (بسيط / اتجاه واحد) مقابل ثنائي الاتجاه (دوبلكس / اتجاهين)- آثار كبيرة على الأداء, مصداقية, أمان, وما أنواع المحتوى التي يمكن تبادلها.

في هذه المقالة سنقارن:

• طرق الإرسال: ما جسديا / من الناحية الفنية يعرّف ثنائي الاتجاه مقابل ثنائية الاتجاه
• ما هو المحتوى الذي ينتقل في كل وضع
• مزايا وعيوب كل منها
• مثال على المنتجات لتوضيح المقايضات

---

ماذا نعني بموجب انتقال ثنائي الاتجاه غير الاتجاهي

• انتقال أحادي الاتجاه (تسمى في بعض الأحيان بسيط) يعني تدفق البيانات فقط في اتجاه واحد. عادة ما يكون هذا من الطائرة بدون طيار إلى الأرض (فيديو, القياس عن بعد), لا تدعم أوامر التحكم في الطيران وأوامر المهمة من الأرض إلى الطائرات بدون طيار.

• انتقال ثنائي الاتجاه (غالبا ما تسمى دوبلكس, أو في بعض الحالات وضع يمكن أن يتحول بين Simplex & دوبلكس) يعني أن البيانات تتدفق في كلا الاتجاهين: من الطائرات بدون طيار إلى الأرض و من الأرض إلى الطائرة بدون طيار. يمكن أن تشمل هذه الإرسالات الفيديو, التحكم في الكاميرا والطائرة / إشارات القيادة, القياس عن بعد, سمعي, إلخ. تتم معالجة السيطرة على طائرات النقل ثنائية الاتجاه بشكل عام من قبل غيرها نقل البيانات اللاسلكية أنظمة. نظرًا لأنهم يستخدمون ترددات وقنوات مختلفة من أنظمة تنزيل الفيديو اللاسلكية, يمكنهم في كثير من الأحيان تجنب التداخل من البنادق المضادة المدمرة في نفس الوقت.

هناك تفاصيل مختلفة:

• نصف المزدوجة مقابل الازدواج الكامل: ما إذا كان يمكن استخدام كلا الاتجاهين في وقت واحد أو فقط في التناوب
• مجال التردد: باستخدام قنوات منفصلة / ترددات ل UP / أسفل الرابط مقابل المشتركين (التقسيم الزمني دوبلكس أو Duplex Division, TDD أو FDD)
• تعديل / التشفير / بروتوكولات RF: أي نوع من الإشارة, عرض النطاق, وقت الإستجابة, إلخ.

---

أوضاع الإرسال & طُرق

فيما يلي الاختلافات الفنية الرئيسية / الطرق المستخدمة:

وجه	أحادي الاتجاه (سيمبلكس)	ثنائي الاتجاه (دوبلكس / اتجاهين)
تخصيص القناة	قناة واحدة أو نطاق تردد مخصص لاتجاه واحد (الهواء → الأرض)	إما قنوات/ترددات منفصلة لأعلى ولأسفل, أو استخدم التقسيم الزمني/التكرار أو حتى الانعكاس الكامل مع إلغاء التداخل
تعقيد الأجهزة	عادة أبسط: جهاز إرسال فقط أو جهاز استقبال فقط على أحد الأطراف; أقل حاجة إلى أجهزة قناة الإرجاع, انعكاس أقل / صدى / إدارة التداخل	أكثر تعقيدًا: بحاجة إلى معدات لإرسالها واستلامها على كلا الطرفين; ربما الحماية أو العزلة لتجنب التدخل الذاتي; المزيد من الهوائيات; المزيد من اعتبارات السلطة
وقت الإستجابة & التزامن	يمكن تحسين هذا الاتجاه; أقل النفقات العامة	المزيد من النفقات العامة لتنسيق اتجاهين; تحتاج بروتوكولات للاعتراف, المذيع, تصحيح الخطأ; ربما المزيد من الكمون في بعض العمليات
نطاق / استخدام النطاق الترددي	فقط الرابط الأمامي يحتاج إلى طيف; هناك حاجة إلى نطاق ترددي أقل بشكل عام	مزيد من الطيف المطلوب; أو تحتاج إلى مشاركة طيف أكثر ذكاءً; في بعض الأحيان يمكن تقليل معدل في اتجاه واحد للسماح بحركة مرور الإرجاع
استهلاك الطاقة	أدنى (أقل أجهزة نشطة, نقل أقل مستمر / يستلم)	أعلى (مساران نشطان, ربما مستمر تحول, دورات واجب أطول)

---

أي نوع من المحتوى يتم حمله

تختلف أنواع المحتوى اعتمادًا على المهمة والوضع. إليك ما يراه المرء عادة:

محتوى الوضع أحادي الاتجاه

• فيديو / وصلة وصلة الهابطة: فيديو عالي الدقة من كاميرا الطائرة إلى المحطة الأرضية
• الوصلة الهائمة السفلية: معلومات الحالة الأساسية (إحداثيات GPS, ارتفاع, مستوى البطارية, توجيه, الشيكات الصحية)
• بيانات المستشعر: بيانات من أجهزة استشعار على متن الطائرة (منها مثلا. صور متعددة الأطياف, ليدار, الحرارية, البيئة) تدفق إلى الأرض
• ربما سجلات أو بيانات الحمولة النافعة المخزنة (إذا لم تكن هناك حاجة لإرسال الأوامر مرة أخرى)

في العديد من FPV البسيطة (عرض الشخص الأول) أو التصوير الجوي / إعدادات الفيديو, الوصلة الهابطة هي الأكثر أهمية.

محتوى الوضع ثنائي الاتجاه

بالإضافة إلى كل ما سبق (فيديو, القياس عن بعد, بيانات الاستشعار), تحصل أيضا:

• مراقبة / الأوامر UPLINK: أوامر الطيار أو الطيار الآلي (مسار الطيران, السيطرة gimbal, سرعة, توجيه) من الأرض إلى الطائرة بدون طيار
• شكر وتقدير / الإبلاغ خطأ: تأكيد الأوامر المستلمة; طلبات إعادة الإرسال; تقارير الجودة, إلخ.
• إرجاع ملاحظات الفيديو أو المستشعر: في الطائرات بدون طيار أكثر تقدما, قد ترسل المحطة الأرضية الصور المصنعة, تراكب الواقع المعزز, أو طلب التعديلات
• سمعي / قنوات الاتصال الداخلي: لمهام مثل البحث & إنقاذ أو عمليات التفتيش, قد يكون الاتصال الصوتي ثنائي الاتجاه مفيدًا
• ترتيب / البرامج الثابتة / تحديثات البرامج: في بعض الحالات ، قم بتحميل التغييرات أو التحديثات في منتصف الرحلة (نادر)

---

مزايا & عيوب

هذه مقارنة بين الإيجابيات والسلبيات:

معيار	ناقل حركة أحادي الاتجاه	انتقال ثنائي الاتجاه
بساطة	بسيط جدا للتنفيذ, أجهزة أخف, عدد أقل من نقاط الفشل	أكثر تعقيدًا; المزيد من الأجهزة, المزيد من البروتوكول النفقات العامة
يكلف	التكلفة الأولية المنخفضة, صيانة أقل للانتقال/تلقي أزواج	تكلفة أعلى (أجهزة الراديو الإضافية, الهوائيات, معالجة الإشارات الخ.)
استهلاك الطاقة	أدنى; اتجاه واحد فقط نشط بشكل مستمر	أعلى; كلاهما ينتقل & يستلم (أو التبديل) زيادة استخدام الطاقة
وقت الإستجابة	يمكن أن يكون أقل للفيديو/القياس عن بعد الوصلة الهابطة, منذ لا أو الحد الأدنى من حركة المرور في المنبع	بعض ميزة التعليقات, ولكن أيضا النفقات العامة; الكمون المحتمل إذا كانت أوامر التحكم تحتاج إلى تأكيد
مصداقية	أقل قوة إذا كانت أوامر التحكم تحتاج إلى ملاحظات; خطر فقدان السيطرة أو أن تكون أعمى في حالة فشل الفيديو ولا توجد معلومات عن الوصلة الصاعدة	موثوقية أكبر; التغذية الراجعة تسمح بتصحيح الخطأ, يحفظ, السيطرة التكيفية
المرونة	يكفي لمهام أبسط (منها مثلا. التقاط الفيديو, رسم الخرائط, التصوير الفوتوغرافي)	ضروري للمهام المتقدمة (تفتيش, السيطرة في الوقت الحقيقي, أمان, استقلال)
سلامة	يحتمل أن يكون أقل أمانًا في البيئات المعقدة في حالة عدم وجود رابط إرجاع للحصول على معلومات مهمة	أكثر أمانًا: القدرة على إرسال أوامر الطوارئ; الإجهاض الخ.; يمكن أن تتدخل الأرض
عرض النطاق / كفاءة الطيف	أكثر كفاءة لكل دفق بيانات في الاهتمام (كل السعة مخصصة لاتجاه واحد)	بشكل عام أقل كفاءة ما لم يتم تصميمه بشكل جيد; نصف عرض النطاق الترددي (إذا كان متماثل) قد يكون من غير المعتاد اعتمادًا على المهمة

---

حالات الاستخدام وحيث يكون كل منها مناسبًا

• انتقال أحادي الاتجاه على ما يرام متى:
  • المهمة بسيطة ويمكن التنبؤ بها: منها مثلا. التصوير السينمائي الجوي / صورة فوتوغرافية / فيديو حيث يطير الطائرات بدون طيار, والطيار يحتاج فقط إلى الفيديو + القياس عن بعد
  • لا تحتاج إلى تحكم أو ردود فعل تفاعلية فورية
  • تريد انخفاض الوزن/الطاقة/المدة / يكلف
• انتقال ثنائي الاتجاه مطلوب متى:
  • لديك مهام ديناميكية أو تفاعلية (تفتيش, بحث & ينقذ, مراقبة) حيث السيطرة الفورية / التعليقات ضرورية
  • تحتاج إلى التحكم عن بعد على الحمولات الصافية (الجمبل أداة, المتلاعبون, أجهزة الاستشعار) أو تحتاج إلى إرسال أوامر إلى الطائرات بدون طيار
  • أنت تهتم بالسلامة وتريد ضوابط احتياطية قوية

---

الاعتبارات التكنولوجية & التحديات

عند تنفيذ انتقال ثنائي الاتجاه, خاصة على النطاقات الطويلة أو من خلال العقبات / غير خط البصر, هناك العديد من التحديات.

• التداخل والمؤتمر الذاتي في الأنظمة الكاملة: إذا كان الجهاز ينقل واستقبالًا على نفس الترددات أو الإغلاق
• وقت الإستجابة & غضب: غالبًا ما تحتاج أوامر التحكم في الوصلة الصاعدة إلى زمن انتقال منخفض; قد يكون للوصلة الهابطة للفيديو أكثر تسامحًا, لكن مجتمعين نحتاج إلى إدارة التأخير
• قيود النطاق الترددي: تدفقات الفيديو ثقيلة, لذلك يمكن أن يكون تخصيص عرض ترددي كافٍ لكل من الفيديو والتحكم يمثل تحديًا
• قيود القوة: المزيد من الأجهزة (الهوائيات, أجهزة الراديو) يعني المزيد من استخدام الطاقة, وزن, وبالتالي يؤثر على وقت الرحلة
• أنظمة: ترخيص الطيف, الطاقة المسموح بها, الترددات, القيود التنظيمية يمكن أن تحد من القدرة ثنائية الاتجاه

---

مثال مقارنة المنتج: من Ivcan

لجلب هذه الأفكار إلى مصطلحات ملموسة, دعونا نلقي نظرة على منتج من Ivcan يدعم أوضاع أحادية الاتجاه وثنائي الاتجاه. هذا يساعد على إظهار المقايضات الحقيقية.

Ivcan / "جهاز إرسال بيانات الفيديو المزدوج مع Duplex-Simplex مع RJ45 Ethernet (170-860 ميغاهيرتز)"

فيكان 1886 هو جهاز للطائرات بدون طيار يدعم كلا الوضعين: بسيط (اتجاه واحد) و Duplex (اتجاهين) انتقال. المواصفات الرئيسية / سمات:

• نطاق الترددات: 170-860 ميغاهيرتز, وهو واسع جدا. هذا يسمح لتواصل الطائرات بدون طيار في العديد من النطاقات.
• تبديل الوضع: يمكن تبديله بين وضع Simplex و Duplex.
• واجهات: إيثرنت RJ45, RS232, UART, TTL, ربما SBUS لتوافق السيطرة على الطيران. وهذا يعطي المرونة في كيفية السيطرة / فيديو / القياس عن بُعد.
• أطوال/نطاقات المسار: تدعي صفحة المنتج > 75 كم لبعض التكوينات. هذا هو المدى الطويل جدا, يفترض في ظل ظروف مواتية (خط البصر, قوة عالية, هوائيات جيدة).
• خيارات تضخيم الطاقة: اختياري لا (مضخمات الطاقة) حتى القوة الكهربائية العالية (اعتمادا على التكوين).
• بشكل منفصل: الهوائيات: يستخدم الجهاز هوائيات RF: واحد للإرسال, واحد لتلقي. يساعد ذلك في عزل التداخل وتحسين أداء دوبلكس.

المفاضلات في هذا المنتج

• بحجم / وزن / قوة: جهاز قادر على أكثر من 75 كم, مع إنتاج الطاقة العالية, هوائيان, إلخ, من المحتمل أن يكون كبيرًا ومجمسًا للطاقة. هذا يؤثر على الطائرات بدون طيار يمكن تركيبه عليها, وكم من الوقت يمكنهم الطيران.
• وقت الإستجابة: بينما يسمح DuPlex بالتعليقات والتحكم في الأوامر, رابط المسافات الطويلة (خاصة مع الطاقة العالية والتردد الطويل) قد يضيف زمن انتقال; قد يتحلل الفيديو أو يحتاج إلى ضغط, الذي يضيف التأخير.
• يكلف & تعقيد: هذه الأجهزة المرنة تميل إلى أن تكون أكثر تكلفة, أكثر تعقيدًا للتكوين (ترخيص التردد, تكوين الواجهة, اختيار مكبر للصوت الصحيح, ضمان محاذاة الهوائي, إلخ).
• القيود التنظيمية: تعمل في طاقة عالية, نطاق تردد واسع, المدى الطويل - قد يتطلب ذلك الترخيص أو الانخفاض تحت اللوائح الراديوية في العديد من الولايات القضائية. أيضا السلامة / مخاوف التدخل.

مقارنة مع جهاز إرسال الوصلة الهابطة للفيديو أحادي الاتجاه

إذا استخدمت بدلاً من ذلك استخدام جهاز إرسال فيديو أحادي الاتجاه (الهواء → الأرض) فقط (قل للتصوير السينمائي):

• ستكون الأجهزة أكثر بساطة (فقط جهاز الإرسال على الطائرة بدون طيار, المتلقي على الأرض)
• سيكون استخدام الطاقة أقل
• ربما أخف وزنا وأقل تكلفة
• لكنك تفقد القدرة على إرسال الأوامر / تلقي ملاحظات حول هذا الرابط (ما لم يتم استخدام رابط تحكم منفصل)

---

أداء & المقاييس: ماذا يقيس

عند الاختيار بين يوني- مقابل ثنائية الاتجاه, أو تقييم المنتجات, تشمل المقاييس الرئيسية:

• نطاق (خط الرحلة مقابل غير LOS)
• عرض النطاق / معدل البيانات (خاصة بالنسبة للفيديو: القرار, معدل الإطارات, ضغط)
• وقت الإستجابة (قيادة الكمون, زمن انتقال الفيديو)
• مصداقية / فقدان الحزمة / معدلات الخطأ
• استهلاك الطاقة وأضاف الوزن
• مرونة التداخل / التداخل الذاتي / كفاءة الطيف
• قابلية التوسع (طائرات بدون طيار متعددة, أو تبديل التردد / قناة)

---

دراسة حالة: باستخدام ثنائي الاتجاه في الممارسة

النظر في مهمة الطائرات بدون طيار للتفتيش الصناعي: يطير الطائرات بدون طيار حول بنية كبيرة (قل برج), يرسل فيديو عالي الدقة إلى أسفل, يكتشف العيوب, ويحتاج المشغل الأرضي إلى إرسال أوامر لضبط gimbal, تكبير, أو حتى إعادة وضع.

• في وضع أحادي الاتجاه, الطائرات بدون طيار ترسل الفيديو + القياس عن بعد. لكن أي أمر (منها مثلا. "انتقل إلى موقع X", "تكبير") يجب إرسالها عبر رابط تحكم منفصل. إذا فشل رابط التحكم هذا (أو لا ملاحظات), زيادة المخاطر. كما لا يمكن الرد على أي عقبة أو مشكلة ديناميكية عبر قناة الفيديو.
• في وضع ثنائي الاتجاه, يتدفق كل من الفيديو/القياس عن بعد والتحكم/الأوامر عبر نفس النظام. يرى المشغل الفيديو ويرسل الأوامر, ربما يتلقى تأكيدات أو حتى ردود فعل معالجة. أفضل للسلامة, دقة.

لكن التكلفة في المزيد من الأجهزة, المزيد من نقاط الفشل المحتملة, ربما المزيد من استهلاك الطاقة, المزيد من الوزن; ربما المزيد من التأخير إذا لم يتم تحسين النظام.

---

ملخص: التي تختار?

فيما يلي إرشادات:

• إذا كانت مهمتك بسيطة, روتين, لا تحتاج إلى تفاعل سريع أو ديناميكي, قد يكون الارتباط أحادي الاتجاه كافيا, وأكثر كفاءة (يكلف, وزن, قوة).
• إذا كنت بحاجة إلى التحكم في الوقت الفعلي, الوعي الظرفي, أمان, أو العمليات الديناميكية, انتقال ثنائي الاتجاه ضروري تقريبًا.
• تقدم العديد من الأنظمة الحديثة الهجينة: في المقام الأول أحادي الاتجاه للفيديو, ولكن مع منفصلة, الوصلة الصاعدة خفيفة الوزن للسيطرة / القياس عن بعد; أو أنظمة ثنائية الاتجاه التي يمكن تحويلها إلى وضع بسيط لتوفير الطاقة عندما يكون التفاعل ضئيلًا (مثل منتج ivcan أعلاه).
• دائما النظر في التنظيم: العديد من نطاقات التردد, مستويات الطاقة, خاصة بالنسبة لثنائي الاتجاه طويل المدى, يتم تنظيمها; ضمان الامتثال.