ما هي شبكة التنظيم الذاتي لسرب الطائرات بدون طيار?
شبكة Drone Swarm ذاتية التنظيم هي تقنية حلول جديدة وفعالة للعديد من الطائرات بدون طيار ومحطات التحكم الأرضية المتعددة.
سرب الطائرات بدون طيار عبارة عن شبكة ذاتية التنظيم حيث تكون كل طائرة بدون طيار بمثابة جهاز إرسال واستقبال ويمكن أيضًا أن تكون بمثابة مكرر للإرسال من طائرات بدون طيار أخرى.
شبكة التنظيم الذاتي للطائرات بدون طيار تعني أن هذه الشبكة موجودة في هذه الشبكة, كل طائرة بدون طيار هي جهاز إرسال واستقبال, ويمكن أيضًا أن يكون بمثابة مرحل لطائرات بدون طيار أخرى للإرسال.
لا توجد عقدة تحكم مركزية في هذه الشبكة, وكل عقدة متساوية. إنها شبكة لا مركزية. عندما تطير طائرة بدون طيار بعيدًا جدًا أو تفقد الإشارة لأسباب أخرى, سيتم قطع اتصاله تلقائيًا بالشبكة, ولن تتأثر الطائرات بدون طيار الأخرى في الشبكة. عندما تطير طائرة بدون طيار جديدة بالقرب من الشبكة, ويمكنه الانضمام تلقائيًا إلى الشبكة عندما يحصل على الترخيص.
خلفية شبكة التنظيم الذاتي لسرب الطائرات بدون طيار.
مع تطور تكنولوجيا الطائرات بدون طيار, تكنولوجيا الاتصالات, وتكنولوجيا الشبكات, أصبح تطبيق الطائرات بدون طيار أكثر اتساعًا. وقد توسعت مجالات تطبيقها لتشمل مختلف القطاعات العسكرية والمدنية مثل الصناعة, زراعة, القياس عن بعد, تفتيش, رد طارئ, مكافحة الحريق, والعمليات العسكرية. في المجال العسكري, ومن المتوقع أن تصبح منصات القتال الجوية بدون طيار قوة قتالية حاسمة في المستقبل. من المتوقع أن يكون القتال التعاوني متعدد الطائرات بدون طيار اتجاهًا مهمًا في تطبيقات القتال بدون طيار, تلعب دورا حيويا متزايدا في الحرب. شبكة IP الموزعة واللامركزية, على أساس التكنولوجيا المخصصة, بمثابة أساس الاتصالات للقتال التعاوني متعدد الطائرات بدون طيار. يمكن لهذه الشبكة تسهيل تبادل المعلومات التفاعلية السريعة, تمكين الإدراك التعاوني, معالجة, صناعة القرار, والافعال الهجومية, وبالتالي تعزيز القدرة على البقاء والفعالية القتالية الشاملة للطائرات بدون طيار بشكل كبير.
سيعتمد اتجاه تطوير شبكات اتصالات الطائرات بدون طيار على التكنولوجيا المخصصة باعتبارها بنية الشبكة الأساسية. الولايات المتحدة. لقد قامت وزارة الدفاع بالفعل بتوضيح هذا الاتجاه التنموي في “خارطة طريق لتطوير المركبات الجوية بدون طيار” صدر في وقت مبكر 2005 وقد أكد مرارًا وتكرارًا على هذا الاتجاه التنموي في الإصدارات التالية. السبب وراء قيام الولايات المتحدة. يولي الجيش أهمية كبيرة لذلك لدرجة أن تطبيق التكنولوجيا المخصصة يمكن أن يمكّن العديد من الطائرات بدون طيار من تشكيل مجموعة موزعة بسرعة, شبكة ترحيل توجيه متعددة القفزات غير مركزية ذات تنظيم ذاتي مع تنظيم ذاتي, التعافي الذاتي, وقدرات عالية ضد التدمير, توسيع نطاق الكشف لمجموعة الطائرات بدون طيار بشكل كبير, وتحسين الإدراك التعاوني وقدرات تبادل المعلومات لمجموعة الطائرات بدون طيار بشكل فعال, وبالتالي تعزيز قدرة المعالجة التعاونية, صنع القرار التعاوني, والضربة المنسقة. الولايات المتحدة. كان الجيش رائداً في الأبحاث التطبيقية في هذا المجال لسنوات عديدة. TTNT ونسختها التطورية المبسطة QNT عبارة عن روابط بيانات تكتيكية تعتمد على التكنولوجيا المخصصة وبنية IP. لديهم أداء تقني وتكتيكي متفوق من حيث حجم الشبكات, معدل الإرسال, تأخير الإرسال, قابلية التوسع في الشبكة, ومكافحة التدخل, تشكيل قدرة تنسيق قتالية قوية وتوسيع أسلوب القتال بشكل كبير. تظهر المعلومات ذات الصلة أنه تم تطبيق هذين النوعين من روابط البيانات في تنسيق الطائرات بدون طيار, التنسيق جو-أرض, التنسيق بين الطائرات والصواريخ, التنسيق الصاروخي الصاروخي, هبوط X47B, والتزود بالوقود الجوي بدون طيار.
يشار إلى التكنولوجيا المخصصة باسم تقنية الشبكة ذاتية التنظيم, وتعرف شبكة الاتصالات متعددة الطائرات بدون طيار القائمة على هذه التقنية باسم شبكة التنظيم الذاتي للطائرات بدون طيار. على الرغم من ما يقرب من 20 سنوات من البحث والممارسة من قبل الباحثين العلميين المحليين, هناك عدد قليل من أنظمة تطبيقات الشبكة ذاتية التنظيم للطائرات بدون طيار. التحديات هي كما يلي:
- أولا, تتمتع الشبكة بخصائص موزعة ديناميكية للغاية. تتغير طوبولوجيا الشبكة باستمرار, تشكل تحديات كبيرة للتخصيص الموزع لموارد القناة والاكتشاف السريع وإنشاء الطرق.
- ثانيًا, هناك قيود في موارد القناة اللاسلكية. يحتاج بروتوكول MAC وبروتوكول التوجيه إلى تعزيز معدل استخدام موارد القناة مع الحد الأدنى, ودعم بشكل فعال التخصيص الديناميكي لموارد القناة اللاسلكية بالنظر إلى المتأخر في الدخول والخروج الديناميكي للعقد.
- ثالثا, ضمان جودة خدمة نقل البيانات (جودة الخدمة) أمر بالغ الأهمية. يتضمن تحسين تصميم بروتوكول MAC وبروتوكول التوجيه في شبكة تنظيم ذاتي متعددة القوانين معالجة متطلبات الخدمة المختلفة لتأخير الإرسال, معدل الإرسال, ومعدل خطأ حزمة الإرسال. يعد تحقيق التخصيص الديناميكي لموارد القناة واختيار تحسين مسار الإرسال في ظل ظروف التحسين متعددة المعلمات ومتعددة الأهداف مهمة صعبة.
- أخيرا, يعد تعقيد البيئة الكهرومغناطيسية في التطبيقات القتالية مصدر قلق كبير. لا سيما في بيئة التدابير المضادة الإلكترونية مع التدخل المتعمد, يؤثر التدهور في جودة رابط الاتصال بشكل كبير على الأداء العام لشبكة التنظيم الذاتي للطائرات بدون طيار. وهذا يتطلب أن يكون شكل موجة اتصال الطبقة المادية وبروتوكول MAC لطبقة ارتباط البيانات قادرين على التعامل مع التداخل الكهرومغناطيسي.
يستخدم شكل موجة الاتصال عادةً تقنيات مضادة للتداخل مثل الطيف المنتشر (قفز التردد, انتشار مباشر) أو اختيار التردد الذكي, جنبا إلى جنب مع قدرات ترميز تصحيح الأخطاء القوية لضمان جودة رابط الاتصال. يجب أن يكون شكل موجة اتصال الطبقة المادية قادرًا على اكتشاف البيئة الكهرومغناطيسية, يجب أن يتعرف بروتوكول MAC على موارد القناة, ويجب أن يفهم بروتوكول التوجيه طوبولوجيا الشبكة. تصميم وتنفيذ تقنية مكافحة التداخل المناسبة, استراتيجية تخصيص موارد القناة, واستراتيجية التوجيه بناءً على هذا الفهم ضرورية.
يجب أن تؤكد التقنيات الرئيسية لشبكات التنظيم الذاتي للطائرات بدون طيار على جانب شبكات الاتصالات الطائرات بدون طيار, باستثناء مكون مهمة الحمولة النافعة لطبقة التطبيق.
الجانب الأول هو تقنية مكافحة المؤتمرات المتعلقة بالشكل الموجي للاتصال بالطبقة المادية. للتطبيقات العسكرية للشبكات ذاتية الطائرات بدون طيار, من الضروري التنقل في البيئات الكهرومغناطيسية المعقدة, تجنب اضطرابات العدو, أو التخفيف من الآثار السلبية للتداخل على الاتصالات لضمان التواصل الفعال. تشمل تكنولوجيا مكافحة التداخل في الاتصالات في المقام الأول تقنيات الطيف المنتشر وطرق اختيار التردد التكيفي. يتضمن الطيف المنتشر استراتيجيات تقليدية لمكافحة التداخل مثل قفز التردد, تسلسل مباشر انتشار الطيف, وانتشر القفز. في جوهره, يتضمن قفز التردد جميع محطات الراديو في الشبكة التي تقوم بتغيير تردد حامل الاتصالات الخاص بها بشكل متزامن وفقًا لتسلسل قفز محدد مسبقًا يعتمد على نمط عشوائي زائف محدد, مما يساعد على منع الاعتراض والتداخل. يستخدم اختيار التردد التكيفي تقنية الراديو المعرفية لتحديد التداخل وتقييم جودة الاتصال في الوقت الفعلي عبر نقاط التردد المرشحة المعينة. إذا تعرض التردد الحالي للتداخل وتنخفض جودة الاتصال, يمكنه التبديل بسرعة إلى التردد بأفضل جودة خالية من التداخل. لأنظمة الشبكات ذاتية التنظيم, يتطلب تنفيذ التنقل عالي السرعة للنطاق العريض معالجة التحديات مثل تزامن الموجة الحاملة, تزامن البت, ومزامنة الإطارات نموذجية للشبكات المتصلة بالكامل, بالإضافة إلى تحقيق مزامنة كاملة لوقت الشبكة ومزامنة نمط التنقل الترددي في سيناريوهات متعددة القفزات, وهو ما يمثل تحديًا تقنيًا. فيما يتعلق باختيار التردد التكيفي, يعد تحديد كيفية تقييم جودة الاتصال للترددات المرشحة في الوقت الفعلي وكيفية نقل الشبكة بأكملها بسرعة وبشكل متزامن إلى التردد مع أداء الاتصال الأمثل في حالة التداخل من التقنيات المهمة التي يجب حلها قبل نشر شبكات التنظيم الذاتي للطائرات بدون طيار في التطبيقات العسكرية.
الجانب الثاني هو التحكم في الوصول إلى الوسائط (ماك) بروتوكول داخل طبقة ربط البيانات. في سياق شبكات الطائرات بدون طيار ذاتية التنظيم, يتضمن ذلك استخدام خوارزمية موزعة لتخصيص موارد القناة المناسبة بسرعة وديناميكية لكل عقدة دون الاعتماد على عقدة التنسيق المركزية. الهدف هو التأكد من أن جميع العقد يمكنها الوصول بشكل عادل وفعال إلى موارد القناة المحدودة, تحقيق أهداف مثل الكمون المنخفض, موثوقية عالية, وإنتاجية عالية. ويمثل هذا تحديًا كبيرًا وتقنية حاسمة يجب على شبكات التنظيم الذاتي للطائرات بدون طيار معالجتها.
الجانب الثالث يتعلق ببروتوكول التوجيه في طبقة الشبكة. تؤدي الحركة السريعة للعقد في شبكات الطائرات بدون طيار ذاتية التنظيم إلى تغييرات مستمرة في طوبولوجيا الشبكة. وبالتالي, تصميم خوارزمية توجيه سريعة, فعال, قابلة للتطوير, والتكيف أمر ضروري. يجب أن تمتلك هذه الخوارزمية خصائص مثل الوصول السريع إلى الشبكة, تبديل التوجيه السريع, التقارب السريع, والحد الأدنى من التحكم في النفقات العامة. يعد التغلب على هذه التحديات أمرًا حيويًا لنجاح شبكات الطائرات بدون طيار ذاتية التنظيم.
الرابعة, جودة الخدمة (جودة الخدمة) تقنية. تم تطوير العديد من محطات الراديو الشبكية ذاتية التنظيم الحالية باستخدام نهج التصميم متعدد الطبقات. في إنشاء MAC وبروتوكولات التوجيه, يتم استخدام عوامل مثل مؤشر قوة الإشارة ومعدل خطأ البت من الطبقة المادية, إلى جانب دمج تقنيات جودة الخدمة والتحكم في الازدحام من طبقة النقل. بالإضافة إلى ذلك, تقنيات التكيف المختلفة - مثل التكيف مع الطاقة, التكيف التشكيل, التكيف الترميز, وتكييف المعدل - يتم استخدامها لتلبية متطلبات الخدمة المتنوعة فيما يتعلق بالتأخير, معدل, وفقدان الحزمة.
1. الوصف الفني المخصص
المقدمة
الشبكات اللاسلكية المخصصة, يشار إليها عادةً باسم الشبكات المخصصة، وقد نشأت من مبادرات تطبيقات شبكة الحزم المختلفة في الاتصالات العسكرية بقيادة وكالة مشاريع البحوث المتطورة الدفاعية (DARPA) الأمريكية. لقد تطورت في النهاية إلى ما يعرف الآن بالشبكات المخصصة, مع تعيين IETF لهم على أنهم MANET (شبكة الجوال المخصصة).
الشبكة المخصصة هي نوع فريد من شبكة اتصالات الهاتف المحمول اللاسلكية حيث تحتفظ جميع العقد بالمتساوية, التخلص من الحاجة إلى عقدة التحكم المركزية, وإظهار مرونة قوية في الاضطرابات. لا تؤدي كل عقدة في الشبكة فقط الوظائف النموذجية للأجهزة المحمولة القياسية ولكنها تمتلك أيضًا القدرة على ترحيل الرسائل. عندما تكون العقد المصدر والوجهة خارج نطاق الاتصال المباشر لبعضهما البعض, لا يزال بإمكانهم تبادل المعلومات عن طريق توجيه الرسائل من خلال العقد الوسيطة. في بعض الحالات, قد يتطلب الاتصال العقد الوسيطة المتعددة, بمعنى أن الرسالة يجب أن تجتاز العديد من القفزات للوصول إلى وجهتها النهائية. تميز هذه الخاصية الشبكات المخصصة عن أنظمة الاتصالات المحمولة الأخرى. تحقق العقد الموجودة داخل شبكة Ad Hoc التنظيم الذاتي والتشغيل من خلال الجهود التعاونية لبروتوكولات الشبكة ذات الطبقات والخوارزميات الموزعة.
الخصائص الرئيسية
لامركزية وموزعة: كل محطة إذاعية لها نفس القدر من الأهمية, وليس هناك محور مركزي. يمكن للعقد الدخول إلى الشبكة أو الخروج منها بحرية دون المساس باستقرارها.
تتابع متعدد القفزات: يمكن لمحطات الراديو المعتمدة أداء وظائف الترحيل تلقائيًا, تعزيز تغطية الشبكة.
طوبولوجيا التكيف: يدعم النظام التوجيه الديناميكي, مما يجعلها مثالية لبيئات مثل الأحداث الرياضية حيث يتغير تخطيط الشبكة بشكل متكرر.
اتصالات IP شفافة: يتيح النظام النقل المستند إلى IP لجميع البيانات.
نقل عالي السعة: استخدام نهج متعدد الناقلات, فهو يوفر قناة اتصال واسعة النطاق قادرة على التعامل مع أنواع مختلفة من المعلومات, بما في ذلك البيانات, صوت, الصور, ومقاطع الفيديو.
2. دراسة حالة عملية لنظام اتصالات الشبكة المخصص المتصور
- ملخص سيناريوهات التطبيق
تم إجراء تمرين تقريري بمناسبة الذكرى المئوية لتأسيس الحزب الشيوعي الصيني في منطقة معينة, بمشاركة مشاركين من الشرطة الخاصة, مكافحة الحريق, اسعاف الحالات الطارئة, احتياطيات الميليشيات, والوحدات الأخرى ذات الصلة. كان أعضاء الفريق منظمين بشكل جيد, متحمس, ومليئة بالطاقة. لقد انتقلوا على الفور إلى مرحلة الأداء باتباع التوجيهات الموحدة. كانت شركتنا مسؤولة عن ضمان التواصل الآمن, نقل منظور الشخص الأول للحدث إلى نقطة المراقبة في الوقت الفعلي. لقد أنجزنا هذه المهمة وتلقينا الثناء من وحدة التجربة.
(II) متطلبات تطبيق السيناريو
- قم ببث الفيديو من منظور الشخص الأول من القوات الخاصة إلى شاشة مكتب القيادة الكبيرة في موقع التمرين;
- بسبب بروتوكولات السرية, يجب ألا يتم نقل بيانات الفيديو عبر الشبكات العامة;
- ضمان نقل الفيديو على نحو سلس, مع صور واضحة وثابتة طوال التمارين;
- قم بنقل الصوت الموجود في الموقع إلى الشاشة الكبيرة في نقطة المراقبة في الوقت الفعلي.
(1) الميزات الوظيفية
- تستهدف احتياجات العمل المحددة: تم تصميم المنتج لتلبية متطلبات الشرطة المسلحة, شرطة خاصة, والإدارات الأخرى ذات الصلة.
- تلتزم بالمعايير الوطنية: وهو يدعم بروتوكول GB/T28181.
- تحديد المواقع في الوضع المزدوج مع Beidou/GPS.
- نظام الاتصال الداخلي الرقمي PTT لتواصل الفريق.
- سعة التخزين المحلية 128 جيجابايت, مما يسمح بالتسجيل المستمر لمدة على الأقل 60 ساعات.
- المدمج في القدرة على الرؤية الليلية بالأشعة تحت الحمراء, التبديل تلقائيًا بين أوضاع النهار والليل بناءً على حساسية الضوء.
- سهلة التركيب: مزودة بشريط فيلكرو خاص للشرطة المسلحة والخاصة, مما يجعل من السهل ربطها بالخوذات.
- عملية بزر واحد: مصممة لسهولة الاستخدام, حتى عند ارتداء القفازات.
- إنذار الطوارئ بنقرة واحدة: يمكن للجنود تنبيه مركز القيادة بنقرة واحدة, إطلاق تسجيل مشفر للإنذار.
- يدعم اتصال VPN المشفر مع تشفير الدفق المزدوج; يتم إرسال دفق واحد إلى مركز القيادة بينما يتم تخزين الآخر محليًا.
- متوافق مع شبكات 4G من شركة تشاينا موبايل, تشاينا يونيكوم, والصين للاتصالات.
- يوفر إمكانيات الاتصال الداخلي عبر الفيديو والصوت في الوقت الحقيقي.
(2) مواصفات
(1) الميزات الوظيفية
- تصميم مضغوط, مثالية للاستخدام القابل للارتداء أو المحمول.
- تمكين النقل في اتجاهين لخدمات IP, بما في ذلك الصوت والفيديو.
- يدعم خاصية الضغط والتحدث (الضغط والتحدث) التواصل الصوتي.
- يتضمن قدرات التوجيه الديناميكي, السماح للتنظيم الذاتي للشبكة والانتعاش.
- يتميز بدعم WiFi مدمج.
- يشتمل على تقنية تحديد المواقع GPS/Beidou المدمجة.
- يوفر وظيفة نقل شفافة للمنفذ التسلسلي.
- يسهل الشبكات متعددة الأجهزة, استيعاب ما يصل إلى 32 العقد للترحيل المستمر.
- يوفر عرض النطاق الترددي العالي والإنتاجية, مع شبكات لاسلكية مخصصة قادرة على نقل بيانات IP بمعدلات تصل إلى 70 ميجابت في الثانية.
- يسمح بشبكات مرنة; يدعم هيكل الشبكة أوضاع الاتصال المختلفة مثل نقطة إلى نقطة, متعدد النقاط إلى متعدد النقاط, من شخص لآخر, من شخص إلى مركبة, ومن مركبة إلى مركبة.
- يستخدم تقنية تعديل محسنة مع وضع تعديل COFDM فريد, ضمان اختراق الترددات اللاسلكية الممتازة وأداء نقل حيود المسار.
- يوفر قابلية التوسع من خلال دعم كاميرات IP التابعة لجهات خارجية كمصادر للترددات اللاسلكية وتمكين الاتصالات المباشرة بأجهزة الشبكة ذاتية التنظيم.
(2) المواصفات الفنية
طرح سؤال
شكرًا لردكم ✨