Red autoorganizada de enjambres de drones

¿Qué es una red autoorganizada de enjambre de drones??

Drone Swarm Self-Organizing Network es una tecnología de solución nueva y eficaz para múltiples drones y múltiples estaciones de control terrestre..

Un enjambre de drones es una red autoorganizada en la que cada dron es a la vez transmisor y receptor y también puede servir como repetidor de transmisiones de otros drones..

La red autoorganizada de drones Swarm significa que en esta red, Cada dron es un transmisor y un receptor., y también puede servir como retransmisión para que otros drones transmitan.

No existe ningún nodo de control central en esta red., y cada nodo es igual. Es una red descentralizada.. Cuando un dron vuela demasiado lejos o pierde señal por otros motivos, se desconectará automáticamente de la red, y otros drones de la red no se verán afectados. Cuando un nuevo dron vuela cerca de la red, Puede unirse automáticamente a la red cuando obtiene la autorización..

Los antecedentes de una red autoorganizada de enjambres de drones.

Con el desarrollo de la tecnología de drones, tecnología de la comunicación, y tecnología de red, La aplicación de drones es cada vez más extensa.. Sus campos de aplicación se han ampliado para incluir diversos sectores militares y civiles, como la industria., agricultura, telemetria, inspección, respuesta de emergencia, extinción de incendios, y operaciones militares. En el dominio militar, Las plataformas aéreas de combate no tripuladas están preparadas para convertirse en una fuerza de combate crucial en el futuro.. Se espera que el combate cooperativo con múltiples vehículos aéreos no tripulados sea una tendencia importante en las aplicaciones de combate con drones., desempeñando un papel cada vez más vital en la guerra. La red IP distribuida y descentralizada, basado en tecnología ad hoc, Sirve como base de comunicación para el combate cooperativo de múltiples UAV.. Esta red puede facilitar el rápido intercambio interactivo de información., permitiendo la percepción colaborativa, tratamiento, Toma de decisiones, y acciones de ataque, mejorando así significativamente la capacidad de supervivencia y la eficacia general de combate de los drones.

La tendencia de desarrollo de las redes de comunicación UAV se basará en la tecnología Ad hoc como arquitectura de red básica.. Estados Unidos. El Departamento de Defensa ya ha explicado específicamente esta tendencia de desarrollo en el “Hoja de ruta para el desarrollo de vehículos aéreos no tripulados” liberado tan pronto como 2005 y ha subrayado repetidamente esta tendencia de desarrollo en las siguientes ediciones. La razón por la que EE.UU.. El ejército le concede tanta importancia es que la aplicación de tecnología ad hoc puede permitir que múltiples UAV formen rápidamente una red distribuida., Red autoorganizada de retransmisión de enrutamiento de múltiples saltos sin centros con autoorganización, autorrecuperación, y altas capacidades antidestrucción, ampliando enormemente el rango de detección del grupo UAV, y mejorar eficazmente la percepción cooperativa y las capacidades de intercambio de información del grupo UAV, mejorando así la capacidad de procesamiento cooperativo, toma de decisiones cooperativa, y huelga coordinada. Estados Unidos. El ejército ha liderado la investigación de aplicaciones en este campo durante muchos años.. TTNT y su versión de evolución simplificada QNT son enlaces de datos tácticos basados ​​en tecnología Ad hoc y arquitectura IP.. Tienen un rendimiento técnico y táctico superior en términos de escala de red., tasa de transmisión, retraso de transmisión, escalabilidad de la red, y anti-interferencia, Formar una fuerte capacidad de coordinación de combate y ampliar enormemente el estilo de combate.. Información relevante muestra que estos dos tipos de enlaces de datos se han aplicado en la coordinación de UAV., coordinación aire-tierra, coordinación avión-misil, coordinación misil-misil, Aterrizaje X47B, y reabastecimiento aéreo de vehículos aéreos no tripulados.

La tecnología ad hoc se conoce como tecnología de red autoorganizada., y la red de comunicación multi-UAV basada en esta tecnología se conoce como red autoorganizada de UAV.. A pesar de casi 20 años de investigación y práctica por parte de investigadores científicos nacionales, Hay pocos sistemas prácticos de aplicación de red autoorganizada de UAV.. Los desafíos son los siguientes.:

• primeramente, la red tiene características distribuidas altamente dinámicas. La topología de la red cambia constantemente., planteando desafíos importantes para la asignación distribuida de recursos de canales y el rápido descubrimiento y establecimiento de rutas..
• En segundo lugar, hay una limitación en los recursos del canal inalámbrico. El protocolo MAC y el protocolo de enrutamiento deben mejorar la tasa de utilización de los recursos del canal con una sobrecarga de control mínima., y soportar eficazmente la asignación dinámica de recursos de canales inalámbricos considerando la entrada tardía y la salida dinámica de los nodos.
• En tercer lugar, garantizar la transmisión de datos Calidad de Servicio (calidad de servicio) es crucial. La optimización del diseño del protocolo MAC y del protocolo de enrutamiento en una red autoorganizada de múltiples saltos implica abordar varios requisitos de servicio para el retraso de la transmisión., tasa de transmisión, y tasa de error de paquetes de transmisión. Lograr la asignación dinámica de recursos de canales y la selección de optimización de rutas de transmisión en condiciones de optimización de múltiples parámetros y múltiples objetivos es una tarea desafiante.
• Por último, La complejidad del entorno electromagnético en aplicaciones de combate es una preocupación importante.. Particularmente en un entorno de contramedidas electrónicas con interferencia deliberada, La degradación de la calidad del enlace de comunicación afecta significativamente el rendimiento general de la red autoorganizada del UAV.. Esto requiere que la forma de onda de comunicación de la capa física y el protocolo MAC de la capa de enlace de datos sean capaces de manejar interferencias electromagnéticas..

La forma de onda de comunicación normalmente utiliza tecnologías antiinterferencias como el espectro ensanchado. (salto de frecuencia, propagación directa) o selección de frecuencia inteligente, junto con sólidas capacidades de codificación de corrección de errores para garantizar la calidad del enlace de comunicación. La forma de onda de comunicación de la capa física debería poder detectar el entorno electromagnético., El protocolo MAC debe reconocer los recursos del canal., y el protocolo de enrutamiento debe comprender la topología de la red.. Diseño e implementación de tecnología antiinterferencias adecuada., estrategia de asignación de recursos del canal, y una estrategia de enrutamiento basada en este conocimiento es esencial.

Las tecnologías clave de las redes autoorganizadas de drones deberían hacer hincapié en el aspecto de las redes de comunicación de los UAV., excluyendo el componente de tarea de carga útil de la capa de aplicación.

El primer aspecto es la tecnología antiinterferencia relacionada con la forma de onda de comunicación de la capa física.. Para aplicaciones militares de redes autoorganizadas de UAV, es esencial para navegar en entornos electromagnéticos complejos, evitar interrupciones enemigas, o mitigar los impactos negativos de la interferencia en la comunicación para garantizar una comunicación efectiva. La tecnología antiinterferencias en las comunicaciones abarca principalmente técnicas de espectro ensanchado y métodos de selección de frecuencia adaptativa.. El espectro ensanchado incluye estrategias antiinterferencias tradicionales, como el salto de frecuencia., espectro ensanchado de secuencia directa, y esparcirse saltando. En esencia, El salto de frecuencia implica que todas las estaciones de radio de la red cambien sincrónicamente su frecuencia portadora de comunicación de acuerdo con una secuencia de salto predeterminada basada en un patrón pseudoaleatorio específico., lo que ayuda a prevenir la interceptación y la interferencia. La selección de frecuencia adaptativa emplea tecnología de radio cognitiva para identificar interferencias y evaluar la calidad de la comunicación en tiempo real en los puntos de frecuencia candidatos designados.. Si la frecuencia actual experimenta interferencias y la calidad de la comunicación disminuye, Puede cambiar rápidamente a la frecuencia con la mejor calidad y libre de interferencias.. Para sistemas de red autoorganizados, La implementación del salto de frecuencia de alta velocidad de banda ancha requiere abordar desafíos como la sincronización de portadoras., sincronización de bits, y sincronización de tramas típica de redes completamente conectadas, además de lograr una sincronización completa de la hora de la red y una sincronización del patrón de salto de frecuencia en escenarios de múltiples saltos., lo cual es técnicamente desafiante. Respecto a la selección de frecuencia adaptativa, Determinar cómo evaluar la calidad de la comunicación de las frecuencias candidatas en tiempo real y cómo realizar una transición rápida y sincrónica de toda la red a la frecuencia con un rendimiento de comunicación óptimo en caso de interferencia son tecnologías críticas que deben resolverse antes de implementar redes autoorganizadas de drones en aplicaciones militares..

El segundo aspecto es el control de acceso al medio. (MAC) protocolo dentro de la capa de enlace de datos. En el contexto de las redes autoorganizadas de drones, Esto implica utilizar un algoritmo distribuido para asignar rápida y dinámicamente recursos de canal adecuados a cada nodo sin depender de un nodo coordinador central.. El objetivo es garantizar que todos los nodos puedan acceder de manera justa y eficiente a los recursos limitados del canal., lograr objetivos como baja latencia, alta fiabilidad, y alto rendimiento. Esto representa un desafío importante y una tecnología crucial que las redes autoorganizadas de drones deben abordar..

El tercer aspecto se refiere al protocolo de enrutamiento en la capa de red.. El rápido movimiento de nodos en las redes autoorganizadas de UAV conduce a cambios constantes en la topología de la red.. Por lo tanto, Diseñar un algoritmo de enrutamiento que sea rápido., eficiente, escalable, y adaptable es esencial. Este algoritmo debe poseer características tales como acceso rápido a la red., conmutación rápida de enrutamiento, rápida convergencia, y gastos generales de control mínimos. Superar estos desafíos es vital para el éxito de las redes autoorganizadas de UAV.

Cuatro, Calidad de servicio (QOS) tecnología. Muchas estaciones de radio de red autoorganizadas actuales se han desarrollado con un enfoque de diseño multicapa.. Al crear la MAC y los protocolos de enrutamiento, Se utilizan factores como la indicación de la intensidad de la señal y la tasa de error de bits de la capa física., junto con la integración de QOS y tecnologías de control de congestión desde la capa de transporte. Además, Varias técnicas de adaptación, como la adaptación de potencia., adaptación de modulación, adaptación de codificación, y adaptación de tarifas: se emplean para satisfacer los diversos requisitos de servicio relacionados con retrasos, tasa, y pérdida de paquetes.

1. Descripción técnica ad hoc

Introducción
Redes inalámbricas ad hoc, Comúnmente conocidas como redes Ad-Hoc surgieron de varias iniciativas de aplicación de redes de paquetes en comunicaciones militares lideradas por DARPA de EE. UU.. Con el tiempo evolucionaron hasta convertirse en lo que ahora se conoce como redes Ad-Hoc., con el IETF designándolos como MANET (Red móvil ad hoc).
Una red Ad Hoc es un tipo único de red de comunicación móvil inalámbrica donde todos los nodos tienen el mismo estatus., eliminando la necesidad de un nodo de control central, y exhibir una gran resiliencia ante las perturbaciones. Cada nodo de la red no sólo realiza las funciones típicas de los dispositivos móviles estándar, sino que también posee la capacidad de transmitir mensajes.. Cuando los nodos de origen y destino están fuera del alcance de comunicación directa de cada uno, todavía pueden intercambiar información enrutando mensajes a través de nodos intermediarios. En algunos casos, La comunicación puede requerir múltiples nodos intermediarios., lo que significa que el mensaje debe atravesar varios saltos para llegar a su destino final.. Esta característica distingue a las redes Ad Hoc de otros sistemas de comunicación móvil.. Los nodos dentro de una red Ad Hoc logran la autoorganización y operación a través de los esfuerzos colaborativos de protocolos de red en capas y algoritmos distribuidos..

Características clave

Descentralizado y distribuido: Cada estación de radio tiene la misma importancia., y no hay un eje central. Los nodos pueden entrar o salir de la red libremente sin comprometer su estabilidad..

Relé de saltos múltiples: Las estaciones de radio autorizadas pueden realizar automáticamente funciones de retransmisión, mejorar la cobertura de la red.

Topología adaptativa: El sistema admite enrutamiento dinámico., lo que lo hace ideal para entornos como eventos deportivos donde el diseño de la red cambia con frecuencia.

Comunicación IP transparente: El sistema permite la transmisión basada en IP para todos los datos..

Transmisión de alta capacidad: Utilizando un enfoque de múltiples operadores, Ofrece un canal de comunicación de banda ancha capaz de manejar diversos tipos de información., incluyendo datos, voz, imágenes, y vídeos.

2. Estudio de caso práctico de un sistema de comunicación de red ad hoc visualizado

1. Resumen de escenarios de aplicación
   En una zona específica se realizó un ejercicio de informe conmemorativo del centenario del Partido Comunista de China, involucrando a participantes de la policía especial, extinción de incendios, rescate de emergencia, reservas de la milicia, y otras unidades relevantes. Los miembros del equipo estaban bien organizados., entusiasta, y lleno de energía. Rápidamente pasaron a la fase de desempeño siguiendo directivas unificadas.. Nuestra empresa era responsable de garantizar una comunicación segura., transmitir una perspectiva en primera persona del evento al punto de observación en tiempo real. Cumplimos esta tarea y recibimos elogios de la unidad de prueba..

(II) Requisitos para la aplicación de escenarios

1. Transmita el video en perspectiva en primera persona desde las fuerzas especiales a la pantalla grande del escritorio de comando en el lugar del ejercicio.;
2. Por protocolos de confidencialidad, Los datos de vídeo no deben transmitirse a través de redes públicas.;
3. Garantiza una transmisión de vídeo fluida, con imágenes claras y estables a lo largo de los ejercicios;
4. Transmita el audio del sitio a la pantalla grande en el punto de observación en tiempo real.

(1) Características funcionales

1. Dirigido a necesidades empresariales específicas: El producto está diseñado para cumplir con los requisitos de la policía armada., policía especial, y otros departamentos relevantes.
2. Se adhiere a los estándares nacionales.: Soporta el protocolo GB/T28181.
3. Posicionamiento en modo dual con Beidou/GPS.
4. Intercomunicador troncal digital PTT para comunicación en equipo.
5. Capacidad de almacenamiento local de 128 GB, permitiendo la grabación continua durante al menos 60 horas.
6. Capacidad de visión nocturna infrarroja incorporada, cambio automático entre los modos día y noche según la sensibilidad a la luz.
7. Fácil instalación: Equipado con velcro especial para policías armados y especiales., haciendo que sea sencillo acoplarlo a los cascos.
8. Operación con un solo botón: Diseñado para facilitar su uso, incluso con guantes.
9. Alarma de emergencia con un clic: Los soldados pueden alertar al centro de mando con un solo clic, Activar una grabación cifrada de la alarma..
10. Admite comunicación cifrada VPN con codificación de doble flujo; una transmisión se envía al centro de comando mientras que la otra se almacena localmente.
11. Compatible con redes 4G de China Mobile, China Unicom, y telecomunicaciones chinas.
12. Proporciona capacidades de intercomunicación de voz y video en tiempo real.
    (2) Presupuesto

(1) Características funcionales

1. Diseño compacto, ideal para uso portátil o portátil.
2. Permite la transmisión bidireccional de servicios IP., incluyendo voz y video.
3. Admite pulsar para hablar (PTT) comunicación de voz.
4. Incluye capacidades de enrutamiento dinámico, permitiendo la autoorganización y recuperación de la red.
5. Cuenta con soporte WiFi incorporado.
6. Incorpora tecnología de posicionamiento GPS/Beidou incorporada.
7. Ofrece funcionalidad de transmisión transparente de puerto serie.
8. Facilita la creación de redes multidispositivo, con capacidad para hasta 32 nodos para retransmisión continua.
9. Proporciona un alto ancho de banda y rendimiento, con redes inalámbricas ad hoc capaces de velocidades de transmisión de datos IP de hasta 70 Mbps.
10. Permite una conexión en red flexible; La estructura de malla admite varios modos de comunicación, como punto a punto., multipunto a multipunto, persona a persona, persona a vehículo, y de vehículo a vehículo.
11. Utiliza una técnica de modulación optimizada con un modo de modulación COFDM único, asegurando un excelente rendimiento de transmisión de penetración de RF y difracción de ruta.
12. Ofrece escalabilidad al admitir cámaras IP de terceros como fuentes de RF y permitir conexiones directas a dispositivos de red autoorganizados..
    (2) Especificaciones técnicas