شبکه خودسازماندهی ازدحام پهپادها

شبکه خودسازماندهی ازدحام پهپاد چیست؟?

شبکه خودسازماندهی ازدحام بدون سرنشین یک فناوری راه حل جدید و موثر برای چندین پهپاد و چندین ایستگاه کنترل زمینی است..

گروهی از پهپادها یک شبکه خودسازماندهی هستند که در آن هر پهپاد هم فرستنده و هم گیرنده است و همچنین می تواند به عنوان یک تکرار کننده برای انتقال از پهپادهای دیگر عمل کند..

شبکه خودسازماندهی پهپاد Swarm به این معنی است که در این شبکه, هر پهپاد یک فرستنده و یک گیرنده است, و همچنین می تواند به عنوان رله برای سایر پهپادها برای انتقال عمل کند.

هیچ گره کنترل مرکزی در این شبکه وجود ندارد, و هر گره برابر است. این یک شبکه غیر متمرکز است. زمانی که یک پهپاد خیلی دور پرواز می کند یا سیگنال را به دلایل دیگر از دست می دهد, به طور خودکار از شبکه قطع می شود, و سایر پهپادهای موجود در شبکه تحت تأثیر قرار نخواهند گرفت. هنگامی که یک پهپاد جدید در نزدیکی شبکه پرواز می کند, هنگامی که مجوز دریافت کرد می تواند به طور خودکار به شبکه بپیوندد.

پس زمینه یک شبکه خودسازماندهی ازدحام پهپاد.

با توسعه فناوری پهپاد, فناوری ارتباطات, و فناوری شبکه, استفاده از هواپیماهای بدون سرنشین گسترده تر می شود. زمینه های کاربردی آنها گسترش یافته و بخش های مختلف نظامی و غیرنظامی مانند صنعت را شامل می شود, کشاورزی, تله متری, بازرسی, واکنش اضطراری, آتش نشانی, و عملیات نظامی. در حوزه نظامی, سکوهای جنگی بدون سرنشین آماده تبدیل شدن به یک نیروی جنگی حیاتی در آینده هستند.. انتظار می رود که نبرد همکاری چند پهپاد روند قابل توجهی در کاربردهای جنگی هواپیماهای بدون سرنشین باشد, نقش حیاتی فزاینده ای در جنگ بازی می کند. شبکه IP توزیع شده و غیرمتمرکز, مبتنی بر فناوری Ad hoc, به عنوان پایه ارتباطی برای نبرد تعاونی چند پهپاد عمل می کند. این شبکه می تواند به اشتراک گذاری اطلاعات تعاملی سریع را تسهیل کند, امکان ادراک مشارکتی, در حال پردازش, تصمیم گیری, و اقدامات حمله, در نتیجه به طور قابل توجهی بقا و اثربخشی رزمی کلی پهپادها را افزایش می دهد.

روند توسعه شبکه های ارتباطی پهپاد مبتنی بر فناوری Ad hoc به عنوان معماری اصلی شبکه خواهد بود. ایالات متحده. وزارت دفاع قبلاً به طور خاص در مورد این روند توسعه در کشور توضیح داده است “نقشه راه توسعه وسایل نقلیه هوایی بدون سرنشین” به همان زودی منتشر شد 2005 و در نسخه های بعدی بارها بر این روند توسعه تأکید کرده است. دلیل اینکه ایالات متحده. ارتش اهمیت زیادی برای آن قائل است به طوری که استفاده از فناوری Ad hoc می تواند چندین پهپاد را قادر سازد تا به سرعت یک پهپاد توزیع شده را تشکیل دهند., شبکه خودسازماندهی رله مسیریابی چند هاپ بدون مرکز با خودسازماندهی, خود بازیابی, و قابلیت ضد تخریب بالا, گستره تشخیص گروه پهپاد را تا حد زیادی گسترش می دهد, و بهبود موثر درک همکاری و قابلیت های اشتراک اطلاعات گروه پهپاد, در نتیجه توانایی پردازش مشارکتی را افزایش می دهد, تصمیم گیری تعاونی, و اعتصاب هماهنگ. ایالات متحده. ارتش سال هاست که در تحقیقات کاربردی در این زمینه پیشرو بوده است. TTNT و نسخه تکاملی ساده شده آن QNT پیوندهای داده تاکتیکی مبتنی بر فناوری Ad hoc و معماری IP هستند.. از نظر مقیاس شبکه ای عملکرد فنی و تاکتیکی برتری دارند, نرخ انتقال, تأخیر انتقال, مقیاس پذیری شبکه, و ضد تداخل, ایجاد یک قابلیت هماهنگی رزمی قوی و گسترش بسیار سبک رزمی. اطلاعات مربوطه نشان می دهد که این دو نوع پیوند داده در هماهنگی پهپاد اعمال شده اند, هماهنگی هوا به زمین, هماهنگی هواپیما و موشک, هماهنگی موشک و موشک, فرود X47B, و سوخت گیری هوایی پهپاد.

فناوری Ad hoc به عنوان فناوری شبکه خود سازماندهی نامیده می شود, و شبکه ارتباطی چند پهپاد مبتنی بر این فناوری به شبکه خودسازماندهی پهپاد معروف است. با وجود تقریبا 20 سالها تحقیق و عمل توسط محققان علمی داخلی, تعداد کمی از پهپادهای کاربردی سیستم های کاربردی شبکه خودسازمان ده وجود دارد. چالش ها به شرح زیر است:

• اولا, شبکه دارای ویژگی های توزیع شده بسیار پویا است. توپولوژی شبکه به طور مداوم تغییر می کند, ایجاد چالش های مهم برای تخصیص توزیع شده منابع کانال و کشف و ایجاد سریع مسیرها.
• دوما, محدودیتی در منابع کانال بی سیم وجود دارد. پروتکل MAC و پروتکل مسیریابی نیاز به افزایش نرخ استفاده از منابع کانال با حداقل سربار کنترل دارند, و به طور موثر از تخصیص پویا منابع کانال بی سیم با در نظر گرفتن ورود دیرهنگام و خروج پویا گره ها پشتیبانی می کند.
• ثالثا, تضمین کیفیت خدمات انتقال داده (QoS) مهم است. بهینه سازی طراحی پروتکل MAC و پروتکل مسیریابی در یک شبکه خودسازماندهی چند هاپ شامل رسیدگی به الزامات سرویس های مختلف برای تاخیر انتقال است., نرخ انتقال, و نرخ خطای بسته انتقال. دستیابی به تخصیص دینامیک منابع کانال و انتخاب بهینه‌سازی مسیر انتقال تحت شرایط بهینه‌سازی چند پارامتری و چند هدفه، یک کار چالش برانگیز است..
• در نهایت, پیچیدگی محیط الکترومغناطیسی در کاربردهای رزمی یک نگرانی مهم است. به ویژه در یک محیط مقابله الکترونیکی با تداخل عمدی, کاهش کیفیت پیوند ارتباطی به طور قابل توجهی بر عملکرد کلی شبکه خودسازماندهی پهپاد تأثیر می گذارد. این امر مستلزم آن است که شکل موج ارتباطی لایه فیزیکی و پروتکل MAC لایه پیوند داده قادر به مدیریت تداخل الکترومغناطیسی باشد..

شکل موج ارتباطی معمولاً از فناوری‌های ضد تداخل مانند طیف گسترده استفاده می‌کند (پرش فرکانس, گسترش مستقیم) یا انتخاب فرکانس هوشمند, همراه با قابلیت های کدگذاری تصحیح خطا قوی برای اطمینان از کیفیت لینک ارتباطی. شکل موج ارتباطی لایه فیزیکی باید بتواند محیط الکترومغناطیسی را تشخیص دهد, پروتکل MAC باید منابع کانال را تشخیص دهد, و پروتکل مسیریابی باید توپولوژی شبکه را درک کند. طراحی و پیاده سازی تکنولوژی مناسب ضد تداخل, استراتژی تخصیص منابع کانال, و استراتژی مسیریابی بر اساس این درک ضروری است.

فناوری‌های کلیدی شبکه‌های خودسازماندهی پهپاد باید بر جنبه شبکه‌های ارتباطی پهپاد تأکید کنند, به استثنای مولفه وظیفه بارگذاری لایه برنامه.

اولین جنبه فناوری ضد تداخل مربوط به شکل موج ارتباطی لایه فیزیکی است. برای کاربردهای نظامی شبکه های خودسازماندهی پهپاد, حرکت در محیط های پیچیده الکترومغناطیسی ضروری است, جلوگیری از اختلالات دشمن, یا اثرات منفی تداخل در ارتباطات را برای اطمینان از ارتباط موثر کاهش دهید. فن آوری ضد تداخل در ارتباطات در درجه اول شامل تکنیک های طیف گسترده و روش های انتخاب فرکانس تطبیقی ​​می شود.. طیف گسترده شامل استراتژی های سنتی ضد تداخل مانند پرش فرکانس است, طیف گسترده توالی مستقیم, و پرش را پخش کنید. در اصل, پرش فرکانس شامل تمام ایستگاه های رادیویی در شبکه است که به طور همزمان فرکانس حامل ارتباطی خود را بر اساس یک توالی پرش از پیش تعیین شده بر اساس یک الگوی شبه تصادفی خاص تغییر می دهند., که به جلوگیری از رهگیری و تداخل کمک می کند. انتخاب فرکانس تطبیقی ​​از فناوری رادیویی شناختی برای شناسایی تداخل و ارزیابی کیفیت ارتباط در زمان واقعی در نقاط فرکانس نامزد تعیین شده استفاده می کند.. اگر فرکانس فعلی تداخل داشته باشد و کیفیت ارتباط کاهش می یابد, می تواند به سرعت به فرکانس با بهترین کیفیت بدون تداخل سوئیچ کند. برای سیستم های شبکه خود سازماندهی, اجرای پرش فرکانس پرسرعت پهنای باند مستلزم پرداختن به چالش هایی مانند همگام سازی حامل است., همگام سازی بیت, و همگام سازی فریم معمولی برای شبکه های کاملا متصل, و همچنین دستیابی به همگام سازی کامل زمان شبکه و همگام سازی الگوی پرش فرکانس در سناریوهای چند هاپ, که از نظر فنی چالش برانگیز است. در مورد انتخاب فرکانس تطبیقی, تعیین چگونگی ارزیابی کیفیت ارتباط فرکانس‌های نامزد در زمان واقعی و نحوه انتقال سریع و همزمان کل شبکه به فرکانس با عملکرد بهینه ارتباط در صورت تداخل، فناوری‌های حیاتی هستند که باید قبل از استقرار شبکه‌های خودسازماندهی پهپادها در کاربردهای نظامی حل شوند..

جنبه دوم کنترل دسترسی متوسط ​​است (مک) پروتکل در لایه پیوند داده. در زمینه شبکه های خودسازماندهی پهپادها, این شامل استفاده از یک الگوریتم توزیع شده برای تخصیص سریع و پویا منابع کانال مناسب به هر گره بدون تکیه بر یک گره هماهنگ کننده مرکزی است.. هدف این است که اطمینان حاصل شود که همه گره ها می توانند به طور منصفانه و کارآمد به منابع کانال محدود دسترسی داشته باشند, دستیابی به اهدافی مانند تاخیر کم, قابلیت اطمینان بالا, و توان عملیاتی بالا. این یک چالش مهم و یک فناوری حیاتی است که شبکه های خودسازمان پهپاد باید به آن رسیدگی کنند.

جنبه سوم به پروتکل مسیریابی در لایه شبکه مربوط می شود. حرکت سریع گره ها در شبکه های خودسازماندهی پهپاد منجر به تغییرات مداوم در توپولوژی شبکه می شود. از این رو, طراحی یک الگوریتم مسیریابی سریع, کارآمد, مقیاس پذیر, و سازگاری ضروری است. این الگوریتم باید دارای ویژگی هایی مانند دسترسی سریع به شبکه باشد, سوئیچینگ مسیریابی سریع, همگرایی سریع, و حداقل سربار کنترل. غلبه بر این چالش ها برای موفقیت شبکه های خودسازمان دهنده پهپاد حیاتی است.

چهارم, کیفیت خدمات (QOS) فن آوری. بسیاری از ایستگاه های رادیویی شبکه خودسازمان کنونی با رویکرد طراحی چندلایه توسعه یافته اند. در ایجاد MAC و پروتکل های مسیریابی, عواملی مانند نشان دادن قدرت سیگنال و نرخ خطای بیت از لایه فیزیکی استفاده می شود, همراه با ادغام QOS و فناوری های کنترل تراکم از لایه حمل و نقل. علاوه بر این, تکنیک های مختلف سازگاری - مانند تطبیق قدرت, سازگاری مدولاسیون, سازگاری کدگذاری, و انطباق نرخ - برای برآورده کردن الزامات خدمات متنوع در مورد تأخیر استفاده می شود, نرخ, و از دست دادن بسته.

1. توضیحات فنی Ad-Hoc

معرفی
شبکه های موردی بی سیم, معمولاً به عنوان شبکه های Ad-Hoc از ابتکارات برنامه های کاربردی شبکه بسته های مختلف در ارتباطات نظامی به رهبری دارپا ایالات متحده به وجود آمده است.. آنها در نهایت به شبکه هایی تبدیل شدند که امروزه به عنوان شبکه های Ad-Hoc شناخته می شوند, IETF آنها را به عنوان MANET تعیین کرد (شبکه تبلیغاتی موبایل).
شبکه Ad Hoc نوع منحصر به فردی از شبکه های ارتباطی سیار بی سیم است که در آن همه گره ها وضعیت یکسانی دارند, از بین بردن نیاز به یک گره کنترل مرکزی, و نشان دادن انعطاف پذیری قوی در برابر اختلالات. هر گره در شبکه نه تنها عملکردهای معمول دستگاه های تلفن همراه استاندارد را انجام می دهد، بلکه دارای قابلیت انتقال پیام ها نیز می باشد.. زمانی که گره های مبدا و مقصد خارج از محدوده ارتباط مستقیم یکدیگر باشند, آنها همچنان می توانند با مسیریابی پیام ها از طریق گره های واسطه، اطلاعات را مبادله کنند. در برخی موارد, ارتباط ممکن است به چندین گره واسطه نیاز داشته باشد, به این معنی که پیام باید چندین پرش را طی کند تا به مقصد نهایی خود برسد. این ویژگی شبکه های Ad Hoc را از سایر سیستم های ارتباطی سیار متمایز می کند. گره‌های درون یک شبکه Ad Hoc از طریق تلاش‌های مشترک پروتکل‌های شبکه لایه‌ای و الگوریتم‌های توزیع‌شده به خود سازماندهی و عملیات دست می‌یابند..

خصوصیات اصلی

غیر متمرکز و توزیع شده است: هر ایستگاه رادیویی از اهمیت یکسانی برخوردار است, و هیچ هاب مرکزی وجود ندارد. گره ها می توانند آزادانه وارد یا خارج شوند بدون اینکه ثبات آن به خطر بیفتد.

رله چند هاپ: ایستگاه های رادیویی مجاز می توانند به طور خودکار عملکردهای رله را انجام دهند, افزایش پوشش شبکه.

توپولوژی تطبیقی: این سیستم از مسیریابی پویا پشتیبانی می کند, آن را برای محیط هایی مانند رویدادهای ورزشی که در آن طرح شبکه اغلب تغییر می کند، ایده آل است.

ارتباطات شفاف IP: این سیستم انتقال مبتنی بر IP را برای همه داده ها فعال می کند.

انتقال با ظرفیت بالا: استفاده از رویکرد چند حامل, این یک کانال ارتباطی پهنای باند را ارائه می دهد که قادر به مدیریت انواع مختلف اطلاعات است, از جمله داده ها, صدا, تصاویر, و فیلم ها.

2. مطالعه موردی عملی سیستم ارتباطی شبکه موقت بصری شده

1. خلاصه ای از سناریوهای کاربردی
   تمرین گزارشی به مناسبت صدمین سالگرد حزب کمونیست چین در یک منطقه خاص برگزار شد., شامل شرکت کنندگانی از پلیس ویژه, آتش نشانی, نجات اضطراری, ذخایر شبه نظامی, و سایر واحدهای مربوطه. اعضای تیم به خوبی سازماندهی شده بودند, مشتاق, و پر انرژی. آنها بلافاصله پس از دستورالعمل های یکپارچه به مرحله عملکرد منتقل شدند. شرکت ما مسئول تضمین ارتباطات ایمن بود, انتقال دیدگاه اول شخص از رویداد به نقطه مشاهده در زمان واقعی. ما این وظیفه را انجام دادیم و از واحد آزمایشی لوح تقدیر دریافت کردیم.

(دوم) الزامات برای برنامه سناریو

1. ویدئوی پرسپکتیو اول شخص را از نیروهای ویژه به صفحه بزرگ میز فرماندهی در محل تمرین پخش کنید;
2. با توجه به پروتکل های محرمانه, داده های ویدئویی نباید از طریق شبکه های عمومی منتقل شوند;
3. از انتقال ویدیوی روان اطمینان حاصل کنید, با تصاویر واضح و پایدار در طول تمرین;
4. صدا را در محل به صفحه بزرگ در نقطه مشاهده در زمان واقعی انتقال دهید.

(1) ویژگی های عملکردی

1. برای نیازهای تجاری خاص هدف گذاری شده است: این محصول برای پاسخگویی به الزامات پلیس مسلح طراحی شده است, پلیس ویژه, و سایر بخش های مربوطه.
2. استانداردهای ملی را رعایت می کند: از پروتکل GB/T28181 پشتیبانی می کند.
3. موقعیت یابی دو حالته با Beidou/GPS.
4. اینترکام ترانک دیجیتال PTT برای ارتباطات تیمی.
5. ظرفیت ذخیره سازی محلی 128 گیگابایت, امکان ضبط مداوم برای حداقل 60 ساعت ها.
6. قابلیت دید در شب مادون قرمز داخلی, تغییر خودکار بین حالت روز و شب بر اساس حساسیت به نور.
7. نصب آسان: مجهز به نوار چسب مخصوص پلیس مسلح و ویژه, اتصال آن به کلاه ایمنی را آسان می کند.
8. عملکرد یک دکمه: برای سهولت استفاده طراحی شده است, حتی هنگام پوشیدن دستکش.
9. زنگ هشدار اضطراری با یک کلیک: سربازان می توانند با یک کلیک به مرکز فرماندهی هشدار دهند, ایجاد یک ضبط رمزگذاری شده از زنگ هشدار.
10. از ارتباطات رمزگذاری شده VPN با رمزگذاری جریان دوگانه پشتیبانی می کند; یک جریان به مرکز فرمان ارسال می شود در حالی که دیگری به صورت محلی ذخیره می شود.
11. سازگار با شبکه های 4G از China Mobile, چین یونیکوم, و مخابرات چین.
12. قابلیت های ویدئویی و صوتی را در زمان واقعی فراهم می کند.
    (2) مشخصات

(1) ویژگی های عملکردی

1. طراحی فشرده, ایده آل برای استفاده پوشیدنی یا قابل حمل.
2. انتقال دو طرفه خدمات IP را فعال می کند, از جمله صدا و تصویر.
3. از Push-To-Talk پشتیبانی می کند (PTT) ارتباط صوتی.
4. شامل قابلیت های مسیریابی پویا است, allowing for network self-organization and recovery.
5. Features built-in WiFi support.
6. Incorporates built-in GPS/Beidou positioning technology.
7. Offers serial port transparent transmission functionality.
8. Facilitates multi-device networking, accommodating up to 32 nodes for continuous relaying.
9. Provides high bandwidth and throughput, with wireless ad hoc networks capable of IP data transmission rates up to 70Mbps.
10. Allows for flexible networking; the mesh structure supports various communication modes such as point-to-point, multi-point-to-multi-point, person-to-person, person-to-vehicle, and vehicle-to-vehicle.
11. Utilizes an optimized modulation technique with a unique COFDM modulation mode, ensuring excellent RF penetration and path diffraction transmission performance.
12. با پشتیبانی از دوربین های IP شخص ثالث به عنوان منابع RF و امکان اتصال مستقیم به دستگاه های شبکه خودسازماندهی، مقیاس پذیری را ارائه می دهد..
    (2) مشخصات فنی