רשת ארגון עצמי של נחיל מזל"טים

מהי רשת ארגון עצמי של נחיל מזל"טים?

Drone Swarm Self Organizing Network היא טכנולוגיית פתרון חדשה ויעילה עבור רחפנים מרובים ותחנות בקרה קרקעיות מרובות.

נחיל של מל"טים היא רשת מתארגנת עצמית שבה כל מזל"ט הוא גם משדר וגם מקלט ויכול לשמש גם כריפטר לשידורים מרחפנים אחרים.

רשת ארגון עצמי של מזל"ט נחיל אומר שברשת זו, כל מזל"ט הוא משדר ומקלט, ויכול לשמש גם כממסר לרחפנים אחרים לשידור.

אין צומת בקרה מרכזי ברשת זו, וכל צומת שווה. זוהי רשת מבוזרת. כאשר מזל"ט טס רחוק מדי או מאבד אות מסיבות אחרות, זה יתנתק אוטומטית מהרשת, ומזל"טים אחרים ברשת לא יושפעו. כאשר מזל"ט חדש טס קרוב לרשת, הוא יכול להצטרף אוטומטית לרשת כאשר הוא מקבל הרשאה.

הרקע של רשת לארגון עצמי של נחיל מזל"טים.

עם התפתחות טכנולוגיית הרחפנים, טכנולוגיית תקשורת, וטכנולוגיית רשת, היישום של מזל"טים נעשה נרחב יותר. תחומי היישום שלהם התרחבו לכלול מגזרים צבאיים ואזרחיים שונים כגון תעשייה, חַקלָאוּת, טלמטריה, בְּדִיקָה, תגובת חירום, מלחמת אש, ופעולות צבאיות. בתחום הצבאי, פלטפורמות לחימה אוויריות בלתי מאוישות עומדות להפוך לכוח קרבי מכריע בעתיד. קרב שיתופי מרובה מל"טים צפוי להיות מגמה משמעותית ביישומי לחימה ברחפנים, משחק תפקיד חיוני יותר ויותר במלחמה. רשת ה-IP המבוזרת והמבוזרת, מבוסס על טכנולוגיית אד-הוק, משמש בסיס תקשורת ללחימה שיתופית מרובה מל"טים. רשת זו יכולה לאפשר שיתוף מידע אינטראקטיבי מהיר, המאפשר תפיסה שיתופית, מעבד, קבלת החלטות, ופעולות תקיפה, ובכך לשפר משמעותית את השרידות ואת יעילות הלחימה הכוללת של רחפנים.

מגמת הפיתוח של רשת תקשורת מל"טים תתבסס על טכנולוגיית אד-הוק כארכיטקטורת הרשת הבסיסית. ארה"ב. משרד ההגנה כבר הרחיב באופן ספציפי על מגמת התפתחות זו ב- “מפת דרכים לפיתוח כלי טיס בלתי מאוישים” שוחרר כבר 2005 והדגיש שוב ושוב מגמת התפתחות זו במהדורות הבאות. הסיבה לכך שארה"ב. הצבא מייחס לזה כל כך חשיבות היא שהיישום של טכנולוגיית אד-הוק יכול לאפשר למל"טים מרובים ליצור במהירות מבוזר, ממסר ניתוב רב-הופ חסר מרכז רשת ארגון עצמי עם ארגון עצמי, התאוששות עצמית, ויכולות גבוהות נגד הרס, מרחיב מאוד את טווח הגילוי של קבוצת המל"טים, ושיפור יעיל של התפיסה השיתופית ויכולות שיתוף המידע של קבוצת המל"טים, ובכך לשפר את היכולת של עיבוד שיתופי, קבלת החלטות בשיתוף פעולה, ושביתה מתואמת. ארה"ב. הצבא מוביל במחקר יישומים בתחום זה כבר שנים רבות. TTNT וגרסת האבולוציה הפשוטה שלו QNT הם קישורי נתונים טקטיים המבוססים על טכנולוגיית אד-הוק וארכיטקטורת IP. יש להם ביצועים טכניים וטקטיים מעולים במונחים של קנה מידה רשת, קצב שידור, עיכוב שידור, מדרגיות רשת, ונגד הפרעות, יצירת יכולת תיאום לחימה חזקה ומרחיבה מאוד את סגנון הלחימה. מידע רלוונטי מראה כי שני סוגי קישורי נתונים אלה יושמו בתיאום מל"טים, תיאום אוויר לקרקע, תיאום מטוס-טיל, תיאום טיל-טיל, נחיתה X47B, ותדלוק אווירי של מל"טים.

טכנולוגיית אד-הוק מכונה טכנולוגיית רשת המארגנת את עצמה, ורשת התקשורת מרובת מל"טים המבוססת על טכנולוגיה זו ידועה כרשת ארגון עצמי של מל"טים. למרות כמעט 20 שנים של מחקר ותרגול על ידי חוקרים מדעיים מקומיים, יש מעט מערכות יישומי רשת מעשיות של מל"טים המארגנים בעצמם. האתגרים הם כדלקמן:

• קוֹדֶם כֹּל, לרשת יש מאפיינים מבוזרים דינמיים ביותר. טופולוגיית הרשת משתנה כל הזמן, מציבים אתגרים משמעותיים להקצאה מבוזרת של משאבי ערוצים וגילוי מהיר והקמת מסלולים.
• שנית, יש מגבלה במשאבי ערוץ אלחוטי. פרוטוקול MAC ופרוטוקול הניתוב צריכים לשפר את קצב הניצול של משאבי הערוצים עם תקורה מינימלית של שליטה, ותומכים ביעילות בהקצאה דינמית של משאבי ערוץ אלחוטי בהתחשב בכניסה מאוחרת ויציאה דינמית של צמתים.
• שְׁלִישִׁית, הבטחת העברת נתונים איכות השירות (QoS) הוא מכריע. אופטימיזציה של העיצוב של פרוטוקול MAC ופרוטוקול ניתוב ברשת מארגנת עצמית מרובת הופ כרוך במתן מענה לדרישות שירות שונות עבור עיכוב שידור, קצב שידור, ושיעור שגיאות מנות שידור. השגת הקצאה דינמית של משאבי ערוצים ובחירת אופטימיזציה של נתיב שידור בתנאי אופטימיזציה מרובה פרמטרים ורב-אובייקטיביים היא משימה מאתגרת.
• לבסוף, המורכבות של הסביבה האלקטרומגנטית ביישומי לחימה היא דאגה משמעותית. במיוחד בסביבת אמצעי נגד אלקטרוניים עם הפרעות מכוונות, הירידה באיכות קישורי התקשורת משפיעה באופן משמעותי על הביצועים הכוללים של רשת המל"טים המארגנת את עצמה. זה מחייב את צורת גל התקשורת השכבה הפיזית ואת פרוטוקול MAC שכבת קישור הנתונים כדי להיות מסוגלים לטפל בהפרעות אלקטרומגנטיות.

צורת גל התקשורת משתמשת בדרך כלל בטכנולוגיות נגד הפרעות כמו ספקטרום פרוס (דילוג תדר, התפשטות ישירה) או בחירת תדרים חכמה, יחד עם יכולות קידוד חזקות לתיקון שגיאות כדי להבטיח איכות קישורי תקשורת. צורת גל תקשורת השכבה הפיזית אמורה להיות מסוגלת לזהות את הסביבה האלקטרומגנטית, פרוטוקול MAC צריך לזהות משאבי ערוץ, ופרוטוקול הניתוב צריך להבין את טופולוגיית הרשת. תכנון ויישום טכנולוגיה מתאימה למניעת הפרעות, אסטרטגיית הקצאת משאבי ערוץ, ואסטרטגיית ניתוב המבוססת על הבנה זו היא חיונית.

טכנולוגיות המפתח של רשתות ארגון עצמי של מזל"טים צריכות להדגיש את היבט רשתות התקשורת של מל"טים, לא כולל רכיב משימת המטען של שכבת היישום.

ההיבט הראשון הוא הטכנולוגיה נגד הפרעות הקשורה לצורת גל התקשורת של השכבה הפיזית. ליישומים צבאיים של רשתות ארגון עצמי של מל"טים, חיוני לנווט בסביבות אלקטרומגנטיות מורכבות, למנוע שיבושים של האויב, או להפחית את ההשפעות השליליות של הפרעות על תקשורת כדי להבטיח תקשורת יעילה. טכנולוגיה נגד הפרעות בתקשורת כוללת בעיקר טכניקות של ספקטרום מפוזר ושיטות בחירת תדרים אדפטיבית. הספקטרום המרווח כולל אסטרטגיות מסורתיות נגד הפרעות כגון קפיצת תדר, רצף ישיר פרוס ספקטרום, ומורחים קפיצות. בעצם, קפיצת תדר כוללת את כל תחנות הרדיו ברשת משנות באופן סינכרוני את תדר נושא התקשורת שלהן לפי רצף דילוגים קבוע מראש המבוסס על דפוס פסאודו אקראי ספציפי, מה שעוזר למנוע יירוט והפרעות. בחירת תדרים אדפטיבית משתמשת בטכנולוגיית רדיו קוגניטיבית כדי לזהות הפרעות ולהעריך את איכות התקשורת בזמן אמת על פני נקודות תדר מועמדות ייעודיות.. אם התדר הנוכחי חווה הפרעות ואיכות התקשורת יורדת, הוא יכול לעבור במהירות לתדר באיכות הטובה ביותר ללא הפרעות. לארגון עצמי של מערכות רשת, יישום דילוג תדרים מהיר בפס רחב דורש טיפול באתגרים כגון סנכרון הספק, סנכרון סיביות, וסנכרון מסגרת אופייני לרשתות מחוברות לחלוטין, כמו גם השגת סנכרון זמן רשת מלא וסנכרון דפוסי דילוג תדר בתרחישי ריבוי הופ, שזה מאתגר מבחינה טכנית. לגבי בחירת תדר אדפטיבית, קביעה כיצד להעריך את איכות התקשורת של תדרים מועמדים בזמן אמת וכיצד להעביר במהירות ובסינכרוני את כל הרשת לתדר עם ביצועי תקשורת אופטימליים במקרה של הפרעות הן טכנולוגיות קריטיות שיש לפתור לפני פריסת רשתות מארגנות רחפנים. ביישומים צבאיים.

ההיבט השני הוא בקרת גישה בינונית (מק) פרוטוקול בתוך שכבת קישור הנתונים. בהקשר של רשתות ארגון עצמי של מזל"טים, זה כרוך בשימוש באלגוריתם מבוזר כדי להקצות במהירות ודינמית משאבי ערוץ מתאימים לכל צומת מבלי להסתמך על צומת תיאום מרכזי. המטרה היא להבטיח שכל הצמתים יוכלו לגשת בצורה הוגנת ויעילה למשאבי הערוץ המוגבלים, השגת יעדים כגון זמן אחזור נמוך, אמינות גבוהה, ותפוקה גבוהה. זה מייצג אתגר משמעותי וטכנולוגיה חיונית שרשתות ארגון עצמי של מזל"טים חייבות להתמודד איתה.

ההיבט השלישי נוגע לפרוטוקול הניתוב בשכבת הרשת. התנועה המהירה של צמתים ברשתות ארגון עצמי של מל"טים מובילה לשינויים מתמידים בטופולוגיית הרשת. לָכֵן, עיצוב אלגוריתם ניתוב מהיר, יָעִיל, ניתן להרחבה, והסתגלות היא חיונית. אלגוריתם זה צריך להיות בעל מאפיינים כגון גישה מהירה לרשת, מיתוג ניתוב מהיר, התכנסות מהירה, ושליטה מינימלית תקורה. התגברות על אתגרים אלו חיונית להצלחתן של רשתות ארגון עצמי של מל"טים.

רְבִיעִית, איכות השירות (QOS) טֶכנוֹלוֹגִיָה. הרבה תחנות רדיו ברשת המתארגנות עצמית פותחו בגישת עיצוב חוצה שכבות. ביצירת ה-MAC והפרוטוקולים לניתוב, נעשה שימוש בגורמים כגון חיווי עוצמת האות ושיעור שגיאות סיביות מהשכבה הפיזית, יחד עם שילוב טכנולוגיות QOS ובקרת גודש משכבת ​​התחבורה. בנוסף, טכניקות הסתגלות שונות - כגון התאמת כוח, הסתגלות אפנון, התאמת קידוד, והתאמת תעריפים - מועסקים כדי לעמוד בדרישות השירות המגוונות לגבי עיכוב, ציון, ואיבוד מנות.

1. תיאור טכני אד-הוק

מבוא
רשתות אד הוק אלחוטיות, המכונה בדרך כלל רשתות אד-הוק נוצרו מיוזמות שונות של יישומי רשת מנות בתקשורת צבאית בראשות ה-DARPA האמריקאית. בסופו של דבר הם התפתחו למה שמכונה כיום רשתות אד-הוק, עם ה-IETF שמגדיר אותם כ-MANET (רשת אד הוק לנייד).
רשת אד הוק היא סוג ייחודי של רשת תקשורת סלולרית אלחוטית שבה כל הצמתים מחזיקים במעמד שווה, ביטול הצורך בצומת בקרה מרכזי, ומפגין עמידות חזקה בפני שיבושים. כל צומת ברשת לא רק מבצע את הפונקציות האופייניות למכשירים ניידים סטנדרטיים, אלא גם בעל יכולת להעביר הודעות. כאשר צמתי המקור והיעד נמצאים מחוץ לטווח התקשורת הישיר זה של זה, הם עדיין יכולים להחליף מידע על ידי ניתוב הודעות דרך צמתים מתווכים. במקרים מסוימים, תקשורת עשויה לדרוש מספר צמתים מתווכים, כלומר ההודעה חייבת לעבור מספר דילוגים כדי להגיע ליעד הסופי שלה. מאפיין זה מבדיל רשתות אד הוק ממערכות תקשורת ניידות אחרות. הצמתים בתוך רשת אד-הוק משיגים ארגון ותפעול עצמיים באמצעות מאמצים משותפים של פרוטוקולי רשת מרובדים ואלגוריתמים מבוזרים.

מאפיינים מרכזיים

מבוזרת ומופצת: לכל תחנת רדיו יש חשיבות שווה, ואין רכזת מרכזית. צמתים יכולים להיכנס או לצאת מהרשת בחופשיות מבלי לפגוע ביציבות שלה.

ממסר רב-הופ: תחנות רדיו מורשות יכולות לבצע באופן אוטומטי פונקציות ממסר, שיפור הכיסוי של הרשת.

טופולוגיה אדפטיבית: המערכת תומכת בניתוב דינמי, מה שהופך אותו לאידיאלי עבור סביבות כמו אירועי ספורט שבהם פריסת הרשת משתנה לעתים קרובות.

תקשורת IP שקופה: המערכת מאפשרת העברה מבוססת IP עבור כל הנתונים.

שידור בעל קיבולת גבוהה: שימוש בגישה מרובה נשאיות, הוא מציע ערוץ תקשורת בפס רחב המסוגל לטפל בסוגים שונים של מידע, כולל נתונים, קוֹל, תמונות, וסרטונים.

2. תיאור מקרה מעשי של מערכת תקשורת רשת חזותית אד-הוק

1. סיכום תרחישי יישום
   תרגיל דו"ח לציון 100 שנה למפלגה הקומוניסטית של סין התקיים באזור ספציפי, בהשתתפות משתתפים ממשטרה מיוחדת, מלחמת אש, חילוץ חירום, עתודות המיליציה, ויחידות רלוונטיות נוספות. חברי הצוות היו מאורגנים היטב, נִלהָב, ומלא אנרגיה. הם עברו מיד לשלב הביצועים בעקבות הנחיות מאוחדות. החברה שלנו הייתה אחראית להבטיח תקשורת מאובטחת, העברת נקודת מבט בגוף ראשון של האירוע לנקודת התצפית בזמן אמת. עשינו משימה זו וקיבלנו ציון לשבח מיחידת הניסוי.

(II) דרישות עבור יישום תרחיש

1. הזרימו את סרטון הפרספקטיבה בגוף ראשון מהכוחות המיוחדים למסך הגדול של שולחן הפיקוד במקום התרגיל;
2. בשל פרוטוקולי סודיות, אין להעביר נתוני וידאו ברשתות ציבוריות;
3. ודא שידור וידאו חלק, עם תמונות ברורות ויציבות לאורך כל התרגילים;
4. העבר את האודיו באתר למסך הגדול בנקודת התצפית בזמן אמת.

(1) תכונות פונקציונליות

1. ממוקד לצרכים עסקיים ספציפיים: המוצר מיועד לעמוד בדרישות של משטרה חמושה, משטרה מיוחדת, ומחלקות רלוונטיות נוספות.
2. עומד בסטנדרטים הלאומיים: הוא תומך בפרוטוקול GB/T28181.
3. מיקום דו-מצבי עם Beidou/GPS.
4. אינטרקום טראנק דיגיטלי PTT לתקשורת צוות.
5. קיבולת אחסון מקומית של 128GB, המאפשר הקלטה רציפה לפחות 60 שעות.
6. יכולת ראיית לילה אינפרא אדום מובנית, מעבר אוטומטי בין מצבי יום ולילה בהתבסס על רגישות לאור.
7. התקנה קלה: מצויד בסקוטש מיוחד למשטרה חמושה ומיוחדת, מה שהופך אותו לפשוט לחיבור לקסדות.
8. פעולה בלחצן אחד: עוצב עבור נוחות שימוש, גם כאשר לובשים כפפות.
9. אזעקת חירום בלחיצה אחת: חיילים יכולים להתריע למרכז הפיקוד בלחיצה אחת, הפעלת הקלטה מוצפנת של האזעקה.
10. תומך בתקשורת מוצפנת VPN עם קידוד זרם כפול; זרם אחד נשלח למרכז הפיקוד ואילו השני מאוחסן באופן מקומי.
11. תואם לרשתות 4G מבית China Mobile, צ'יינה יוניקום, וצ'יינה טלקום.
12. מספק יכולות וידאו ואינטרקום קולי בזמן אמת.
    (2) מפרטים

(1) תכונות פונקציונליות

1. עיצוב קומפקטי, אידיאלי לשימוש לביש או נייד.
2. מאפשר שידור דו-כיווני של שירותי IP, כולל קול ווידאו.
3. תומך ב-Push-To-Talk (PTT) תקשורת קולית.
4. כולל יכולות ניתוב דינמי, המאפשר ארגון והתאוששות עצמית של הרשת.
5. כולל תמיכה מובנית ב-WiFi.
6. משלב טכנולוגיית מיקום GPS/Beidou מובנית.
7. מציע פונקציונליות שידור שקופה של יציאה טורית.
8. מקל על רשת מרובת מכשירים, להכיל עד 32 צמתים עבור ממסר רציף.
9. מספק רוחב פס ותפוקה גבוהים, עם רשתות אד-הוק אלחוטיות המסוגלות לקצבי העברת נתונים IP של עד 70Mbps.
10. מאפשר יצירת רשת גמישה; מבנה הרשת תומך במצבי תקשורת שונים כגון נקודה לנקודה, מרובה נקודות לריבוי נקודות, מאדם לאדם, מאדם לרכב, ורכב לרכב.
11. משתמש בטכניקת אפנון אופטימלית עם מצב אפנון COFDM ייחודי, הבטחת חדירת RF וביצועי שידור של עקיפה מעולים.
12. מציע מדרגיות על ידי תמיכה במצלמות IP של צד שלישי כמקורות RF ומאפשר חיבורים ישירים להתקני רשת המתארגנים בעצמם.
    (2) מפרט טכני