Réseau auto-organisé d’essaim de drones

Qu'est-ce qu'un réseau auto-organisé d'essaim de drones?

Le réseau auto-organisateur Drone Swarm est une nouvelle solution technologique efficace pour plusieurs drones et plusieurs stations de contrôle au sol..

Un essaim de drones est un réseau auto-organisé dans lequel chaque drone est à la fois émetteur et récepteur et peut également servir de répéteur pour les transmissions d'autres drones..

Le réseau auto-organisé de drones Swarm signifie que dans ce réseau, chaque drone est un émetteur et un récepteur, et peut également servir de relais pour que d'autres drones transmettent.

Il n'y a pas de nœud de contrôle central dans ce réseau, et chaque nœud est égal. C'est un réseau décentralisé. Lorsqu'un drone vole trop loin ou perd le signal pour d'autres raisons, il se déconnectera automatiquement du réseau, et les autres drones du réseau ne seront pas affectés. Quand un nouveau drone vole à proximité du réseau, il peut rejoindre automatiquement le réseau lorsqu'il obtient l'autorisation.

Le contexte d’un réseau auto-organisé d’essaim de drones.

Avec le développement de la technologie des drones, technologie des communications, et technologie de réseau, l'application des drones est de plus en plus étendue. Leurs champs d'application se sont élargis pour inclure divers secteurs militaires et civils tels que l'industrie., agriculture, télémétrie, inspection, intervention d'urgence, pompiers, et opérations militaires. Dans le domaine militaire, les plates-formes de combat aérien sans pilote sont sur le point de devenir une force de combat cruciale à l'avenir. Le combat coopératif multi-UAV devrait constituer une tendance importante dans les applications de combat par drones, jouer un rôle de plus en plus vital dans la guerre. Le réseau IP distribué et décentralisé, basé sur la technologie Ad hoc, sert de base de communication pour le combat coopératif multi-UAV. Ce réseau peut faciliter le partage interactif rapide d'informations, permettant une perception collaborative, En traitement, prise de décision, et actions d'attaque, améliorant ainsi considérablement la capacité de survie et l'efficacité globale au combat des drones.

La tendance au développement des réseaux de communication des drones sera basée sur la technologie ad hoc comme architecture de réseau de base.. Les États-Unis. Le ministère de la Défense a déjà spécifiquement développé cette tendance de développement dans le “Feuille de route pour le développement des véhicules aériens sans pilote” libéré dès 2005 et a souligné à plusieurs reprises cette tendance de développement dans les éditions suivantes. La raison pour laquelle les États-Unis. L'armée y attache une grande importance, c'est que l'application de la technologie ad hoc peut permettre à plusieurs drones de former rapidement un système distribué., réseau auto-organisé de relais de routage multi-sauts sans centre avec auto-organisation, auto-récupération, et des capacités anti-destruction élevées, élargissant considérablement la portée de détection du groupe UAV, et améliorer efficacement la perception coopérative et les capacités de partage d'informations du groupe UAV, améliorant ainsi la capacité de traitement coopératif, prise de décision coopérative, et grève coordonnée. Les États-Unis. l'armée est à la pointe de la recherche appliquée dans ce domaine depuis de nombreuses années. TTNT et sa version évolutive simplifiée QNT sont des liaisons de données tactiques basées sur une technologie Ad hoc et une architecture IP. Ils ont des performances techniques et tactiques supérieures en termes d’échelle de réseau, taux de transmission, délai de transmission, évolutivité du réseau, et anti-interférence, former une forte capacité de coordination de combat et élargir considérablement le style de combat. Les informations pertinentes montrent que ces deux types de liaisons de données ont été appliqués dans la coordination des drones, coordination air-sol, coordination avion-missile, coordination missile-missile, Atterrissage du X47B, et ravitaillement aérien de drones.

La technologie ad hoc est appelée technologie de réseau auto-organisée, et le réseau de communication multi-UAV basé sur cette technologie est connu sous le nom de réseau auto-organisé d'UAV.. Malgré presque 20 années de recherche et de pratique par des chercheurs scientifiques nationaux, il existe peu de systèmes d'application réseau auto-organisés pratiques pour les drones. Les défis sont les suivants:

• Premièrement, le réseau a des caractéristiques distribuées hautement dynamiques. La topologie du réseau change constamment, posant des défis importants pour l'allocation distribuée des ressources de canal et la découverte et l'établissement rapides de routes.
• Deuxièmement, il existe une limitation dans les ressources des canaux sans fil. Le protocole MAC et le protocole de routage doivent améliorer le taux d'utilisation des ressources du canal avec une surcharge de contrôle minimale., et prend en charge efficacement l'allocation dynamique des ressources de canaux sans fil en tenant compte de l'entrée tardive et de la sortie dynamique des nœuds.
• Troisièmement, assurer la qualité de service de la transmission des données (QoS) est crucial. L'optimisation de la conception du protocole MAC et du protocole de routage dans un réseau auto-organisé multi-sauts implique de répondre à diverses exigences de service en matière de délai de transmission., taux de transmission, et taux d'erreur des paquets de transmission. Réaliser une allocation dynamique des ressources de canal et une sélection d'optimisation des routes de transmission dans des conditions d'optimisation multi-paramètres et multi-objectifs est une tâche difficile..
• Dernièrement, la complexité de l'environnement électromagnétique dans les applications de combat est une préoccupation majeure. En particulier dans un environnement de contre-mesures électroniques avec interférence délibérée, la dégradation de la qualité des liaisons de communication a un impact significatif sur les performances globales du réseau auto-organisé du drone. Cela nécessite que la forme d'onde de communication de la couche physique et le protocole MAC de la couche liaison de données soient capables de gérer les interférences électromagnétiques..

La forme d'onde de communication utilise généralement des technologies anti-interférences telles que l'étalement du spectre (saut de fréquence, diffusion directe) ou sélection intelligente de fréquence, ainsi que de robustes capacités de codage de correction d'erreur pour garantir la qualité des liaisons de communication. La forme d'onde de communication de la couche physique doit être capable de détecter l'environnement électromagnétique, le protocole MAC doit reconnaître les ressources du canal, et le protocole de routage doit comprendre la topologie du réseau. Concevoir et mettre en œuvre une technologie anti-interférence appropriée, stratégie d'allocation des ressources de canal, et une stratégie de routage basée sur cette compréhension est essentielle.

Les technologies clés des réseaux auto-organisés de drones devraient mettre l’accent sur l’aspect réseau de communication des drones, à l'exclusion du composant de tâche de charge utile de la couche application.

Le premier aspect est la technologie anti-interférence liée à la forme d'onde de communication de la couche physique. Pour les applications militaires des réseaux auto-organisés de drones, il est essentiel de naviguer dans des environnements électromagnétiques complexes, éviter les perturbations ennemies, ou atténuer les impacts négatifs des interférences sur la communication pour garantir une communication efficace. La technologie anti-interférence dans les communications englobe principalement les techniques d'étalement du spectre et les méthodes de sélection adaptative de fréquence.. Le spectre étalé inclut des stratégies anti-interférences traditionnelles telles que le saut de fréquence, Spectre étalé à séquence directe, et propagation de sauts. En substance, le saut de fréquence implique que toutes les stations radio du réseau changent de manière synchrone leur fréquence porteuse de communication selon une séquence de sauts prédéterminée basée sur un modèle pseudo-aléatoire spécifique, ce qui aide à prévenir les interceptions et les interférences. La sélection de fréquence adaptative utilise la technologie radio cognitive pour identifier les interférences et évaluer la qualité de la communication en temps réel sur les points de fréquence candidats désignés.. Si la fréquence actuelle subit des interférences et que la qualité de la communication diminue, il peut rapidement passer à la fréquence avec la meilleure qualité, sans interférence. Pour les systèmes de réseau auto-organisés, la mise en œuvre du saut de fréquence haut débit à large bande nécessite de relever des défis tels que la synchronisation des porteuses, synchronisation des bits, et synchronisation de trame typique des réseaux entièrement connectés, ainsi que la réalisation d'une synchronisation complète de l'heure du réseau et d'une synchronisation des modèles de sauts de fréquence dans des scénarios multi-sauts., ce qui est techniquement difficile. Concernant la sélection adaptative de fréquence, déterminer comment évaluer la qualité de communication des fréquences candidates en temps réel et comment faire passer rapidement et de manière synchrone l'ensemble du réseau à la fréquence offrant des performances de communication optimales en cas d'interférence sont des technologies critiques qui doivent être résolues avant de déployer des réseaux auto-organisés de drones. dans les applications militaires.

Le deuxième aspect est le contrôle d'accès au support (MAC) protocole au sein de la couche liaison de données. Dans le contexte des réseaux auto-organisés de drones, cela implique l'utilisation d'un algorithme distribué pour allouer rapidement et dynamiquement les ressources de canal appropriées à chaque nœud sans dépendre d'un nœud de coordination central.. L'objectif est de garantir que tous les nœuds peuvent accéder de manière équitable et efficace aux ressources limitées des canaux., atteindre des objectifs tels qu’une faible latence, grande fiabilité, et un débit élevé. Cela représente un défi important et une technologie cruciale que les réseaux auto-organisés de drones doivent relever..

Le troisième aspect concerne le protocole de routage au niveau de la couche réseau. Le mouvement rapide des nœuds dans les réseaux auto-organisés de drones entraîne des changements constants dans la topologie du réseau.. Donc, concevoir un algorithme de routage rapide, efficace, évolutif, et adaptable est essentiel. Cet algorithme doit posséder des caractéristiques telles qu'un accès rapide au réseau, commutation de routage rapide, convergence rapide, et une surcharge de contrôle minimale. Surmonter ces défis est vital pour le succès des réseaux auto-organisés de drones.

Quatrième, Qualité de service (QOS) La technologie. De nombreuses stations de radio en réseau auto-organisées actuelles ont été développées avec une approche de conception multicouche. Dans la création du MAC et des protocoles de routage, des facteurs tels que l'indication de la force du signal et le taux d'erreur binaire de la couche physique sont utilisés, ainsi que l'intégration des technologies de QOS et de contrôle de la congestion de la couche transport. En outre, diverses techniques d'adaptation, telles que l'adaptation de puissance, adaptation de la modulation, adaptation du codage, et adaptation des tarifs - sont utilisés pour répondre aux diverses exigences de service en matière de retard, taux, et perte de paquets.

1. Description technique ad hoc

introduction
Réseaux ad hoc sans fil, communément appelés réseaux Ad-Hoc ont émergé de diverses initiatives d'application de réseaux de paquets dans les communications militaires menées par la DARPA américaine.. Ils ont finalement évolué vers ce que l'on appelle désormais les réseaux Ad-Hoc., avec l'IETF les désignant comme MANET (Réseau mobile ad hoc).
Un réseau Ad Hoc est un type unique de réseau de communication mobile sans fil où tous les nœuds ont le même statut., éliminant le besoin d'un nœud de contrôle central, et faisant preuve d’une forte résilience aux perturbations. Chaque nœud du réseau remplit non seulement les fonctions typiques des appareils mobiles standards, mais possède également la capacité de relayer des messages.. Lorsque les nœuds source et destination sont en dehors de la portée de communication directe l’un de l’autre, ils peuvent toujours échanger des informations en acheminant les messages via des nœuds intermédiaires. Dans certains cas, la communication peut nécessiter plusieurs nœuds intermédiaires, ce qui signifie que le message doit parcourir plusieurs sauts pour atteindre sa destination finale. Cette caractéristique distingue les réseaux Ad Hoc des autres systèmes de communication mobile. Les nœuds d'un réseau Ad Hoc parviennent à s'auto-organiser et à fonctionner grâce aux efforts collaboratifs de protocoles réseau en couches et d'algorithmes distribués..

Caractéristiques clés

Décentralisé et distribué: Chaque station de radio a la même importance, et il n'y a pas de hub central. Les nœuds peuvent entrer ou sortir librement du réseau sans compromettre sa stabilité.

Relais multi-sauts: Les stations de radio autorisées peuvent exécuter automatiquement des fonctions de relais, améliorer la couverture du réseau.

Topologie adaptative: Le système prend en charge le routage dynamique, ce qui le rend idéal pour les environnements tels que les événements sportifs où la disposition du réseau change fréquemment.

Communication transparente sur IP: Le système permet la transmission sur IP de toutes les données.

Transmission haute capacité: Utiliser une approche multi-opérateurs, il offre un canal de communication à large bande capable de traiter différents types d'informations, y compris les données, voix, photos, et des vidéos.

2. Étude de cas pratique d'un système de communication réseau ad hoc visualisé

1. Résumé des scénarios d'application
   Un exercice de reportage commémorant le 100e anniversaire du Parti communiste chinois a eu lieu dans une zone spécifique, impliquant des participants de la police spéciale, pompiers, secours d'urgence, réserves de milice, et autres unités concernées. Les membres de l'équipe étaient bien organisés, enthousiaste, et plein d'énergie. Ils sont rapidement passés à la phase de performance en suivant des directives unifiées.. Notre entreprise était responsable d’assurer une communication sécurisée, transmettre une perspective à la première personne de l'événement au point d'observation en temps réel. Nous avons accompli cette tâche et reçu les éloges de l'unité d'essai.

(II) Conditions requises pour l'application du scénario

1. Diffusez la vidéo en perspective à la première personne des forces spéciales sur le grand écran du bureau de commandement sur le lieu de l'exercice.;
2. En raison des protocoles de confidentialité, les données vidéo ne doivent pas être transmises sur les réseaux publics;
3. Assurer une transmission vidéo fluide, avec des images claires et stables tout au long des exercices;
4. Relayez l'audio sur place sur le grand écran du point d'observation en temps réel.

(1) Caractéristiques fonctionnelles

1. Ciblé pour les besoins spécifiques de l'entreprise: Le produit est conçu pour répondre aux exigences de la police armée, police spéciale, et autres départements concernés.
2. Adhère aux normes nationales: Il prend en charge le protocole GB/T28181.
3. Positionnement bimode avec Beidou/GPS.
4. Interphone numérique à ressources partagées PTT pour la communication d'équipe.
5. Capacité de stockage locale de 128 Go, permettant un enregistrement continu pendant au moins 60 heures.
6. Capacité de vision nocturne infrarouge intégrée, commutation automatique entre les modes jour et nuit en fonction de la sensibilité à la lumière.
7. Installation facile: Equipé de Velcro spécial pour la police armée et spéciale, ce qui simplifie la fixation aux casques.
8. Fonctionnement à un seul bouton: Conçu pour une utilisation facile, même en portant des gants.
9. Alarme d'urgence en un clic: Les soldats peuvent alerter le centre de commandement d'un simple clic, déclencher un enregistrement crypté de l'alarme.
10. Prend en charge la communication cryptée VPN avec encodage double flux; un flux est envoyé au centre de commande tandis que l'autre est stocké localement.
11. Compatible avec les réseaux 4G de China Mobile, Chine Unicom, et China Telecom.
12. Fournit des capacités d'interphone vidéo et vocal en temps réel.
    (2) Caractéristiques

(1) Caractéristiques fonctionnelles

1. Design compact, idéal pour une utilisation portable ou portable.
2. Permet la transmission bidirectionnelle des services IP, y compris voix et vidéo.
3. Prend en charge Push-To-Talk (PTT) communication vocale.
4. Inclut des capacités de routage dynamique, permettant l'auto-organisation et la récupération du réseau.
5. Comprend une prise en charge Wi-Fi intégrée.
6. Intègre la technologie de positionnement GPS/Beidou intégrée.
7. Offre une fonctionnalité de transmission transparente sur le port série.
8. Facilite la mise en réseau multi-appareils, pouvant accueillir jusqu'à 32 nœuds pour un relais continu.
9. Fournit une bande passante et un débit élevés, avec des réseaux ad hoc sans fil capables de taux de transmission de données IP allant jusqu'à 70 Mbps.
10. Permet une mise en réseau flexible; la structure maillée prend en charge divers modes de communication tels que point à point, multipoint à multipoint, de personne à personne, personne à véhicule, et de véhicule à véhicule.
11. Utilise une technique de modulation optimisée avec un mode de modulation COFDM unique, assurant d'excellentes performances de transmission en matière de pénétration RF et de diffraction de trajet.
12. Offre une évolutivité en prenant en charge les caméras IP tierces comme sources RF et en permettant des connexions directes à des périphériques réseau auto-organisés.
    (2) Spécifications techniques