Co je to síť samoorganizující se dronů?
Drone Swarm Self-Organizing Network je nová a efektivní technologie řešení pro více dronů a více pozemních řídicích stanic.
Roj dronů je samoorganizující se síť, ve které je každý dron zároveň vysílačem i přijímačem a může také sloužit jako opakovač pro přenosy z jiných dronů..
Swarm drone samoorganizující se síť znamená, že v této síti, každý dron je vysílač a přijímač, a může také sloužit jako relé pro vysílání jiných dronů.
V této síti není žádný centrální řídicí uzel, a každý uzel je stejný. Jedná se o decentralizovanou síť. Když dron letí příliš daleko nebo ztrácí signál z jiných důvodů, automaticky se odpojí od sítě, a další drony v síti nebudou ovlivněny. Když nový dron letí blízko sítě, může se automaticky připojit k síti, když získá oprávnění.
Pozadí samoorganizující se sítě Drone Swarm.
S rozvojem technologie dronů, komunikační technologie, a síťové technologie, aplikace dronů je stále rozsáhlejší. Oblasti jejich použití se rozšířily o různé vojenské a civilní sektory, jako je průmysl, zemědělství, telemetrie, inspekce, řešení nouzových událostí, hašení požáru, a vojenské operace. Ve vojenské oblasti, bezpilotní vzdušné bojové platformy jsou připraveny stát se v budoucnu klíčovou bojovou silou. Očekává se, že kooperativní boj s více UAV bude významným trendem v aplikacích pro boj s drony, hrají stále důležitější roli ve válčení. Distribuovaná a decentralizovaná IP síť, založené na technologii Ad hoc, slouží jako komunikační základ pro kooperativní boj s více UAV. Tato síť může usnadnit rychlé interaktivní sdílení informací, umožňující kolaborativní vnímání, zpracovává se, rozhodování, a útočné akce, čímž výrazně zvyšuje schopnost přežití a celkovou bojovou účinnost dronů.
Trend rozvoje komunikačních sítí UAV bude založen na technologii Ad hoc jako základní síťové architektuře. USA. Ministerstvo obrany tento vývojový trend již konkrétně rozpracovalo “Plán vývoje bezpilotních letounů” propuštěn již jako 2005 a tento vývojový trend opakovaně zdůrazňuje v následujících vydáních. Důvod, proč U.S. armáda tomu přikládá tak velký význam, že použití technologie Ad hoc může umožnit několika UAV rychle vytvořit distribuovaný, bezcentrové víceskokové směrovací relé samoorganizující se síť se samoorganizací, sebeobnovení, a vysokou odolností proti zničení, výrazně rozšiřuje detekční dosah skupiny UAV, a efektivně zlepšovat kooperativní vnímání a schopnosti sdílení informací skupiny UAV, čímž se zvyšuje schopnost kooperativního zpracování, kooperativní rozhodování, a koordinovaná stávka. USA. armáda vede v aplikačním výzkumu v této oblasti již řadu let. TTNT a jeho zjednodušená evoluční verze QNT jsou taktické datové spoje založené na technologii Ad hoc a IP architektuře. Mají vynikající technický a taktický výkon, pokud jde o síťový rozsah, přenosová rychlost, zpoždění přenosu, škálovatelnost sítě, a proti rušení, vytváří silnou bojovou koordinační schopnost a výrazně rozšiřuje bojový styl. Relevantní informace ukazují, že tyto dva typy datových spojů byly použity v koordinaci UAV, koordinace vzduch-země, koordinace letadlo-raketa, koordinace rakety a střely, Přistání X47B, a tankování UAV ze vzduchu.
Technologie ad hoc se označuje jako samoorganizující se síťová technologie, a multi-UAV komunikační síť založená na této technologii je známá jako UAV samoorganizující se síť. Navzdory téměř 20 let výzkumu a praxe domácích vědeckých výzkumníků, existuje jen málo praktických UAV samoorganizujících se síťových aplikačních systémů. Výzvy jsou následující:
- Za prvé, síť má vysoce dynamické distribuované vlastnosti. Topologie sítě se neustále mění, představuje významné výzvy pro distribuovanou alokaci zdrojů kanálů a rychlé objevování a vytváření tras.
- Za druhé, existuje omezení ve zdrojích bezdrátového kanálu. Protokol MAC a směrovací protokol musí zvýšit míru využití zdrojů kanálu s minimální režií řízení, a účinně podporovat dynamické přidělování zdrojů bezdrátového kanálu s ohledem na pozdní vstup a dynamický výstup uzlů.
- Za třetí, zajištění přenosu dat Quality of Service (QoS) je zásadní. Optimalizace návrhu protokolu MAC a směrovacího protokolu ve víceskokové samoorganizující se síti zahrnuje řešení různých požadavků na služby pro zpoždění přenosu., přenosová rychlost, a chybovost přenosových paketů. Dosažení dynamické alokace kanálových zdrojů a výběru optimalizace přenosové trasy za podmínek optimalizace s více parametry a více cíli je náročný úkol..
- Konečně, složitost elektromagnetického prostředí v bojových aplikacích je významným problémem. Zejména v prostředí elektronického protiopatření se záměrným rušením, zhoršení kvality komunikačního spojení významně ovlivňuje celkový výkon samoorganizující se sítě UAV. To vyžaduje, aby tvar vlny komunikace fyzické vrstvy a protokol MAC vrstvy datového spoje byly schopné zvládnout elektromagnetické rušení.
Komunikační průběh obvykle využívá technologie proti rušení, jako je rozprostřené spektrum (přeskakování frekvence, přímé šíření) nebo inteligentní výběr frekvence, spolu s robustními schopnostmi kódování opravy chyb pro zajištění kvality komunikačního spojení. Tvar vlny komunikace fyzické vrstvy by měl být schopen detekovat elektromagnetické prostředí, protokol MAC by měl rozpoznat zdroje kanálu, a směrovací protokol by měl rozumět topologii sítě. Návrh a implementace vhodné technologie proti rušení, strategie alokace zdrojů kanálu, a strategie směrování založená na tomto porozumění je nezbytná.
Klíčové technologie samoorganizujících se sítí dronů by měly klást důraz na komunikační síťový aspekt UAV, vyjma komponenty úlohy užitečného zatížení aplikační vrstvy.
Prvním aspektem je technologie proti rušení související s průběhem komunikace fyzické vrstvy. Pro vojenské aplikace UAV samoorganizujících se sítí, je nezbytné orientovat se ve složitých elektromagnetických prostředích, vyhnout se nepřátelským výpadům, nebo zmírnit negativní dopady rušení na komunikaci, aby byla zajištěna efektivní komunikace. Technologie proti rušení v komunikaci zahrnuje především techniky rozprostřeného spektra a metody adaptivního výběru frekvence. Rozprostřené spektrum zahrnuje tradiční strategie proti rušení, jako je frekvenční přeskakování, přímá sekvence rozprostřeného spektra, a šíření poskakování. V podstatě, frekvenční přeskakování zahrnuje všechny rádiové stanice v síti, které synchronně mění svou komunikační nosnou frekvenci podle předem určené sekvence přeskakování založené na specifickém pseudonáhodném vzoru, což pomáhá předcházet odposlechu a rušení. Adaptivní výběr frekvence využívá kognitivní rádiovou technologii k identifikaci rušení a posouzení kvality komunikace v reálném čase napříč určenými kandidátskými frekvenčními body. Pokud je aktuální frekvence rušena a kvalita komunikace klesá, dokáže rychle přepnout na frekvenci s nejlepší kvalitou, která je bez rušení. Pro samoorganizující se síťové systémy, implementace širokopásmového vysokorychlostního frekvenčního přeskakování vyžaduje řešení problémů, jako je synchronizace nosičů, bitová synchronizace, a synchronizace rámců typická pro plně propojené sítě, stejně jako dosažení úplné synchronizace času sítě a synchronizace vzoru přeskakování frekvence ve scénářích s více skoky, což je technicky náročné. Ohledně adaptivního výběru frekvence, určení, jak vyhodnotit kvalitu komunikace kandidátských frekvencí v reálném čase a jak rychle a synchronně převést celou síť na frekvenci s optimálním komunikačním výkonem v případě rušení, jsou kritické technologie, které je třeba vyřešit před nasazením samoorganizujících se sítí dronů ve vojenských aplikacích.
Druhým aspektem je střední kontrola přístupu (MAC) protokol v rámci datové vrstvy. V kontextu samoorganizujících se sítí dronů, to zahrnuje použití distribuovaného algoritmu pro rychlé a dynamické přidělování vhodných kanálových zdrojů každému uzlu bez spoléhání se na centrální koordinační uzel. Cílem je zajistit, aby všechny uzly mohly spravedlivě a efektivně přistupovat k omezeným zdrojům kanálu, dosažení cílů, jako je nízká latence, vysoká spolehlivost, a vysokou propustností. To představuje významnou výzvu a zásadní technologii, kterou musí samoorganizující se sítě dronů řešit.
Třetí aspekt se týká směrovacího protokolu na síťové vrstvě. Rychlý pohyb uzlů v samoorganizujících se sítích UAV vede k neustálým změnám v topologii sítě. Proto, navrhování směrovacího algoritmu, který je rychlý, účinný, škálovatelné, a adaptabilní je zásadní. Tento algoritmus by měl mít vlastnosti, jako je rychlý přístup k síti, rychlé přepínání směrování, rychlá konvergence, a minimální kontrolní režii. Překonání těchto výzev je zásadní pro úspěch samoorganizujících se sítí UAV.
Čtvrtý, Kvalita služeb (QOS) technika. Mnoho současných samoorganizujících se síťových rádiových stanic bylo vyvinuto s přístupem k návrhu napříč vrstvami. Při vytváření MAC a směrovacích protokolů, jsou využívány faktory, jako je indikace síly signálu a bitová chybovost z fyzické vrstvy, spolu s integrací QOS a technologií řízení přetížení z transportní vrstvy. dodatečně, různé adaptační techniky – jako je adaptace energie, modulační adaptace, adaptace kódování, a adaptace rychlosti – se používají ke splnění různých požadavků na služby týkající se zpoždění, hodnotit, a ztrátu paketů.
1. Ad-Hoc technický popis
Úvod
Bezdrátové sítě ad hoc, běžně označované jako sítě Ad-Hoc vznikly z různých iniciativ aplikací paketových sítí ve vojenských komunikacích vedených americkou DARPA. Nakonec se vyvinuly v to, co je nyní známé jako sítě Ad-Hoc, IETF je označila jako MANET (Mobilní ad hoc síť).
Síť Ad Hoc je jedinečný typ bezdrátové mobilní komunikační sítě, kde mají všechny uzly stejný status, eliminuje potřebu centrálního řídicího uzlu, a vykazující silnou odolnost vůči narušení. Každý uzel v síti nejen vykonává funkce typické pro standardní mobilní zařízení, ale má také schopnost předávat zprávy. Když jsou zdrojové a cílové uzly navzájem mimo dosah přímé komunikace, stále si mohou vyměňovat informace směrováním zpráv přes zprostředkující uzly. V některých případech, komunikace může vyžadovat více zprostředkujících uzlů, což znamená, že zpráva musí projít několika skoky, aby dosáhla svého konečného cíle. Tato vlastnost odlišuje sítě Ad Hoc od jiných mobilních komunikačních systémů. Uzly v síti Ad Hoc dosahují samoorganizace a provozu prostřednictvím společného úsilí vrstvených síťových protokolů a distribuovaných algoritmů..
Klíčové vlastnosti
Decentralizované a distribuované: Každá rozhlasová stanice má stejnou důležitost, a není tam žádný centrální rozbočovač. Uzly mohou volně vstupovat nebo vystupovat ze sítě, aniž by byla ohrožena její stabilita.
Víceskokové relé: Autorizované rádiové stanice mohou automaticky provádět reléové funkce, zvýšení pokrytí sítě.
Adaptivní topologie: Systém podporuje dynamické směrování, Díky tomu je ideální pro prostředí, jako jsou sportovní události, kde se často mění rozložení sítě.
IP transparentní komunikace: Systém umožňuje přenos všech dat na základě IP.
Vysokokapacitní přenos: Využití multi-carrier přístupu, nabízí širokopásmový komunikační kanál schopný zpracovávat různé typy informací, včetně dat, hlas, obrázky, a videa.
2. Praktická případová studie vizualizovaného síťového komunikačního systému ad hoc
- Souhrn aplikačních scénářů
Reportážní cvičení ke 100. výročí Komunistické strany Číny se uskutečnilo ve specifické oblasti, zahrnující účastníky ze speciální policie, hašení požáru, nouzová záchrana, zálohy domobrany, a další relevantní jednotky. Členové týmu byli dobře organizovaní, nadšený, a plný energie. Okamžitě přešly do výkonnostní fáze podle jednotných směrnic. Naše společnost byla zodpovědná za zajištění bezpečné komunikace, přenos pohledu z první osoby na událost do pozorovacího bodu v reálném čase. Tento úkol jsme splnili a obdrželi pochvalu od zkušební jednotky.
(II) Požadavky na aplikaci scénáře
- Streamujte video z pohledu první osoby ze speciálních sil na velkou obrazovku velitelského pultu na místě cvičení;
- Kvůli důvěrným protokolům, video data nesmí být přenášena přes veřejné sítě;
- Zajistěte hladký přenos videa, s jasným a stabilním obrazem během cvičení;
- Přenášejte zvuk na místě na velkou obrazovku v místě pozorování v reálném čase.
(1) Funkční vlastnosti
- Zaměřeno na specifické obchodní potřeby: Výrobek je navržen tak, aby splňoval požadavky ozbrojené policie, speciální policie, a další příslušné útvary.
- Dodržuje národní normy: Podporuje protokol GB/T28181.
- Polohování ve dvou režimech s Beidou/GPS.
- PTT digitální trunkový interkom pro týmovou komunikaci.
- Kapacita místního úložiště 128 GB, umožňující nepřetržité nahrávání po dobu min 60 hodiny.
- Vestavěné infračervené noční vidění, automatické přepínání mezi denním a nočním režimem na základě citlivosti na světlo.
- Lehká instalace: Vybaveno speciálním suchým zipem pro ozbrojené a speciální policii, usnadňuje připevnění na helmy.
- Ovládání jedním tlačítkem: Navrženo pro snadné použití, i když nosíte rukavice.
- Nouzový alarm na jedno kliknutí: Vojáci mohou varovat velitelské centrum jediným kliknutím, spuštění šifrovaného záznamu poplachu.
- Podporuje šifrovanou komunikaci VPN s kódováním duálního proudu; jeden proud je odeslán do řídícího centra, zatímco druhý je uložen lokálně.
- Kompatibilní se sítěmi 4G od China Mobile, China Unicom, a China Telecom.
- Poskytuje funkce video a hlasového interkomu v reálném čase.
(2) Specifikace
(1) Funkční vlastnosti
- kompaktní design, ideální pro nošení nebo přenosné použití.
- Umožňuje obousměrný přenos IP služeb, včetně hlasu a videa.
- Podporuje Push-To-Talk (PTT) Hlasová komunikace.
- Zahrnuje možnosti dynamického směrování, umožňující samoorganizaci a obnovu sítě.
- Obsahuje vestavěnou podporu WiFi.
- Zahrnuje vestavěnou technologii určování polohy GPS/Beidou.
- Nabízí transparentní přenos pomocí sériového portu.
- Usnadňuje propojení s více zařízeními, vstřícný až 32 uzly pro nepřetržité předávání.
- Poskytuje vysokou šířku pásma a propustnost, s bezdrátovými sítěmi ad hoc schopnými přenosu dat IP rychlostí až 70 Mbps.
- Umožňuje flexibilní síťování; síťová struktura podporuje různé komunikační režimy, jako je point-to-point, Vícebodový-multi-point, od člověka k člověku, od osoby k vozidlu, a od vozidla k vozidlu.
- Využívá optimalizovanou modulační techniku s jedinečným režimem modulace COFDM, zajišťující vynikající přenosový výkon RF penetrace a difrakce dráhy.
- Nabízí škálovatelnost podporou IP kamer třetích stran jako RF zdrojů a umožňuje přímé připojení k samoorganizujícím se síťovým zařízením.
(2) Technické specifikace
Položit otázku
Děkujeme za Vaši odpověď. ✨