Jaringan Pengorganisasian Mandiri Kawanan Drone

Apa itu Jaringan Pengorganisasian Mandiri Kawanan Drone?

Jaringan Pengorganisasian Mandiri Drone Swarm adalah teknologi solusi baru dan efektif untuk beberapa drone dan beberapa stasiun kontrol tanah.

Segerombolan drone adalah jaringan yang mengatur diri sendiri di mana setiap drone adalah pemancar dan penerima dan juga dapat berfungsi sebagai repeater untuk transmisi dari drone lain.

Jaringan pengorganisasian diri drone swarm berarti bahwa di jaringan ini, Setiap drone adalah pemancar dan penerima, dan juga dapat berfungsi sebagai relay untuk ditransmisikan oleh drone lain.

Tidak ada node kontrol pusat di jaringan ini, dan setiap node sama. Ini adalah jaringan yang terdesentralisasi. Saat drone terbang terlalu jauh atau kehilangan sinyal karena alasan lain, itu akan secara otomatis memutuskan sambungan dari jaringan, dan drone lain dalam jaringan tidak akan terpengaruh. Saat drone baru terbang dekat dengan jaringan, ia dapat secara otomatis bergabung dengan jaringan ketika memperoleh otorisasi.

Latar belakang Jaringan Pengorganisasian Mandiri Kawanan Drone.

Dengan berkembangnya teknologi drone, teknologi komunikasi, dan teknologi jaringan, penerapan drone menjadi lebih luas. Bidang penerapannya telah diperluas hingga mencakup berbagai sektor militer dan sipil seperti industri, pertanian, telemetri, inspeksi, tanggap darurat, pemadam kebakaran, dan operasi militer. Di ranah militer, platform tempur udara tak berawak siap menjadi kekuatan tempur penting di masa depan. Pertarungan kooperatif multi-UAV diperkirakan akan menjadi tren signifikan dalam aplikasi tempur drone, memainkan peran yang semakin penting dalam peperangan. Jaringan IP terdistribusi dan terdesentralisasi, berdasarkan teknologi Ad hoc, berfungsi sebagai landasan komunikasi untuk pertempuran kooperatif multi-UAV. Jaringan ini dapat memfasilitasi pertukaran informasi interaktif yang cepat, memungkinkan persepsi kolaboratif, pengolahan, pengambilan keputusan, dan tindakan menyerang, sehingga secara signifikan meningkatkan kemampuan bertahan hidup dan efektivitas tempur drone secara keseluruhan.

Tren perkembangan jaringan komunikasi UAV akan didasarkan pada teknologi Ad hoc sebagai arsitektur jaringan dasar. AS. Departemen Pertahanan telah menguraikan secara spesifik tren perkembangan ini di “Peta Jalan Pengembangan Kendaraan Udara Tak Berawak” dirilis sedini mungkin 2005 dan telah berulang kali menekankan tren perkembangan ini pada edisi-edisi berikutnya. Alasan mengapa AS. militer sangat mementingkan hal ini sehingga penerapan teknologi ad hoc dapat memungkinkan banyak UAV dengan cepat membentuk sistem distribusi., relai perutean multi-hop tanpa pusat jaringan yang mengatur dirinya sendiri dengan pengaturan mandiri, pemulihan diri, dan kemampuan anti kehancuran yang tinggi, sangat memperluas jangkauan deteksi kelompok UAV, dan secara efektif meningkatkan persepsi kooperatif dan kemampuan berbagi informasi kelompok UAV, sehingga meningkatkan kemampuan pemrosesan kooperatif, pengambilan keputusan yang kooperatif, dan serangan terkoordinasi. AS. militer telah memimpin dalam penelitian aplikasi di bidang ini selama bertahun-tahun. TTNT dan versi evolusinya yang disederhanakan QNT adalah tautan data taktis berdasarkan teknologi Ad hoc dan arsitektur IP. Mereka memiliki kinerja teknis dan taktis yang unggul dalam hal skala jaringan, tingkat transmisi, penundaan transmisi, skalabilitas jaringan, dan anti-interferensi, membentuk kemampuan koordinasi tempur yang kuat dan memperluas gaya bertarung. Informasi yang relevan menunjukkan bahwa kedua jenis data link ini telah diterapkan dalam koordinasi UAV, koordinasi udara-ke-darat, koordinasi pesawat-rudal, koordinasi rudal-rudal, Pendaratan X47B, dan pengisian bahan bakar udara UAV.

Teknologi ad hoc disebut sebagai teknologi jaringan yang mengatur dirinya sendiri, dan jaringan komunikasi multi-UAV berdasarkan teknologi ini dikenal sebagai jaringan pengorganisasian mandiri UAV. Meskipun hampir 20 penelitian dan praktik bertahun-tahun oleh peneliti ilmiah dalam negeri, hanya ada sedikit sistem aplikasi jaringan swakelola UAV yang praktis. Tantangannya adalah sebagai berikut:

• pertama, jaringan memiliki karakteristik terdistribusi yang sangat dinamis. Topologi jaringan terus berubah, menimbulkan tantangan yang signifikan terhadap distribusi sumber daya saluran dan penemuan serta penetapan rute secara cepat.
• Kedua, ada keterbatasan dalam sumber daya saluran nirkabel. Protokol MAC dan protokol routing perlu meningkatkan tingkat pemanfaatan sumber daya saluran dengan overhead kontrol minimal, dan secara efektif mendukung alokasi dinamis sumber daya saluran nirkabel dengan mempertimbangkan keterlambatan masuk dan keluarnya node secara dinamis.
• Ketiga, memastikan Kualitas Layanan transmisi data (QoS) sangat penting. Mengoptimalkan desain protokol MAC dan protokol perutean dalam jaringan pengorganisasian mandiri multi-hop melibatkan penanganan berbagai persyaratan layanan untuk penundaan transmisi, tingkat transmisi, dan tingkat kesalahan paket transmisi. Mencapai alokasi dinamis sumber daya saluran dan pemilihan optimalisasi rute transmisi dalam kondisi optimasi multi-parameter dan multi-tujuan adalah tugas yang menantang.
• Akhirnya, kompleksitas lingkungan elektromagnetik dalam aplikasi pertempuran merupakan kekhawatiran yang signifikan. Khususnya dalam lingkungan penanggulangan elektronik dengan gangguan yang disengaja, penurunan kualitas tautan komunikasi secara signifikan berdampak pada kinerja keseluruhan jaringan pengorganisasian mandiri UAV. Hal ini memerlukan bentuk gelombang komunikasi lapisan fisik dan protokol MAC lapisan data link agar mampu menangani interferensi elektromagnetik.

Bentuk gelombang komunikasi biasanya menggunakan teknologi anti-interferensi seperti spektrum tersebar (lompatan frekuensi, penyebaran langsung) Atau pemilihan frekuensi cerdas, bersama dengan kemampuan pengkodean koreksi kesalahan yang kuat untuk memastikan kualitas tautan komunikasi. Bentuk gelombang komunikasi lapisan fisik harus mampu mendeteksi lingkungan elektromagnetik, protokol MAC harus mengenali sumber daya saluran, dan protokol perutean harus memahami topologi jaringan. Merancang dan menerapkan teknologi anti-interferensi yang tepat, strategi alokasi sumber daya saluran, dan strategi perutean berdasarkan pemahaman ini sangat penting.

Teknologi utama jaringan pengorganisasian mandiri drone harus menekankan aspek jaringan komunikasi UAV, tidak termasuk komponen tugas muatan pada lapisan aplikasi.

Aspek pertama adalah teknologi anti-interferensi yang terkait dengan bentuk gelombang komunikasi lapisan fisik. Untuk aplikasi militer dari jaringan pengorganisasian mandiri UAV, penting untuk menavigasi lingkungan elektromagnetik yang kompleks, menghindari gangguan musuh, atau mengurangi dampak negatif gangguan pada komunikasi untuk memastikan komunikasi yang efektif. Teknologi anti-interferensi dalam komunikasi terutama mencakup teknik spektrum tersebar dan metode pemilihan frekuensi adaptif. Spektrum penyebaran mencakup strategi anti-interferensi tradisional seperti lompatan frekuensi, spektrum penyebaran urutan langsung, dan menyebarkan lompatan. Intinya, lompatan frekuensi melibatkan semua stasiun radio dalam jaringan yang secara serempak mengubah frekuensi pembawa komunikasinya sesuai dengan urutan lompatan yang telah ditentukan berdasarkan pola pseudo-acak tertentu, yang membantu mencegah intersepsi dan interferensi. Pemilihan frekuensi adaptif menggunakan teknologi radio kognitif untuk mengidentifikasi interferensi dan menilai kualitas komunikasi secara real time di seluruh titik frekuensi kandidat yang ditentukan. Jika frekuensi saat ini mengalami gangguan dan kualitas komunikasi menurun, dapat dengan cepat beralih ke frekuensi dengan kualitas terbaik yang bebas dari gangguan. Untuk sistem jaringan yang mengatur dirinya sendiri, penerapan lompatan frekuensi broadband berkecepatan tinggi memerlukan penyelesaian tantangan seperti sinkronisasi operator, sinkronisasi sedikit, dan sinkronisasi bingkai yang khas pada jaringan yang terhubung sepenuhnya, serta mencapai sinkronisasi waktu jaringan yang lengkap dan sinkronisasi pola lompatan frekuensi dalam skenario multi-hop, yang secara teknis menantang. Mengenai pemilihan frekuensi adaptif, menentukan cara mengevaluasi kualitas komunikasi kandidat frekuensi secara real-time dan cara mentransisikan seluruh jaringan dengan cepat dan serentak ke frekuensi dengan kinerja komunikasi optimal jika terjadi interferensi adalah teknologi penting yang harus diselesaikan sebelum menerapkan jaringan swakelola drone dalam aplikasi militer.

Aspek kedua adalah Kontrol Akses Menengah (MAC) protokol dalam lapisan data link. Dalam konteks jaringan pengorganisasian mandiri drone, Hal ini melibatkan penggunaan algoritma terdistribusi untuk secara cepat dan dinamis mengalokasikan sumber daya saluran yang sesuai ke setiap node tanpa bergantung pada node koordinator pusat.. Tujuannya adalah untuk memastikan bahwa semua node dapat mengakses sumber daya saluran yang terbatas secara adil dan efisien, mencapai tujuan seperti latensi rendah, keandalan yang tinggi, dan throughput yang tinggi. Hal ini merupakan tantangan besar dan teknologi krusial yang harus diatasi oleh jaringan drone yang dapat mengatur dirinya sendiri.

Aspek ketiga berkaitan dengan protokol routing pada lapisan jaringan. Pergerakan cepat node dalam jaringan UAV yang mengatur dirinya sendiri menyebabkan perubahan konstan dalam topologi jaringan. Karena itu, merancang algoritma routing yang cepat, efisien, terukur, dan kemampuan beradaptasi sangatlah penting. Algoritma ini harus memiliki karakteristik seperti akses jaringan yang cepat, peralihan rute yang cepat, konvergensi cepat, dan overhead kontrol minimal. Mengatasi tantangan-tantangan ini sangat penting bagi keberhasilan jaringan pengorganisasian mandiri UAV.

Keempat, Kualitas Layanan (QOS) teknologi. Banyak stasiun radio jaringan yang mengatur dirinya sendiri saat ini telah dikembangkan dengan pendekatan desain lintas lapisan. Dalam membuat MAC dan protokol routing, faktor-faktor seperti indikasi kekuatan sinyal dan tingkat kesalahan bit dari lapisan fisik digunakan, seiring dengan integrasi QOS dan teknologi pengendalian kemacetan dari lapisan transport. Selain itu, berbagai teknik adaptasi—seperti adaptasi kekuasaan, adaptasi modulasi, adaptasi pengkodean, dan adaptasi tarif—digunakan untuk memenuhi beragam persyaratan layanan terkait penundaan, kecepatan, dan kehilangan paket.

1. Deskripsi Teknis Ad-Hoc

pengantar
Jaringan ad hoc nirkabel, Biasa disebut dengan jaringan Ad-Hoc muncul dari berbagai inisiatif penerapan jaringan paket dalam komunikasi militer yang dipimpin oleh DARPA AS. Mereka akhirnya berkembang menjadi apa yang sekarang dikenal sebagai jaringan Ad-Hoc, dengan IETF menetapkannya sebagai MANET (Jaringan Ad Hoc Seluler).
Jaringan Ad Hoc adalah jenis jaringan komunikasi seluler nirkabel yang unik dimana semua node mempunyai status yang sama, menghilangkan kebutuhan akan node kontrol pusat, dan menunjukkan ketahanan yang kuat terhadap gangguan. Setiap node dalam jaringan tidak hanya menjalankan fungsi khas perangkat seluler standar tetapi juga memiliki kemampuan untuk menyampaikan pesan. Ketika node sumber dan tujuan berada di luar jangkauan komunikasi langsung satu sama lain, mereka masih dapat bertukar informasi dengan merutekan pesan melalui node perantara. Dalam beberapa kasus, komunikasi mungkin memerlukan beberapa node perantara, artinya pesan harus melewati beberapa lompatan untuk mencapai tujuan akhirnya. Karakteristik ini membedakan jaringan Ad Hoc dari sistem komunikasi seluler lainnya. Node-node dalam jaringan Ad Hoc mencapai pengorganisasian dan pengoperasian mandiri melalui upaya kolaboratif protokol jaringan berlapis dan algoritma terdistribusi.

Karakteristik Utama

Terdesentralisasi dan terdistribusi: Setiap stasiun radio memiliki kepentingan yang sama, dan tidak ada hub pusat. Node dapat masuk atau keluar jaringan dengan bebas tanpa mengurangi stabilitasnya.

Relai multi-hop: Stasiun radio resmi dapat secara otomatis menjalankan fungsi relai, meningkatkan jangkauan jaringan.

Topologi adaptif: Sistem mendukung perutean dinamis, menjadikannya ideal untuk lingkungan seperti acara olahraga yang tata letak jaringannya sering berubah.

Komunikasi transparan IP: Sistem ini memungkinkan transmisi berbasis IP untuk semua data.

Transmisi berkapasitas tinggi: Memanfaatkan pendekatan multi-operator, ia menawarkan saluran komunikasi broadband yang mampu menangani berbagai jenis informasi, termasuk data, suara, gambar, dan video.

2. Studi Kasus Praktis Sistem Komunikasi Jaringan Ad Hoc yang Divisualisasikan

1. Ringkasan Skenario Aplikasi
   Latihan laporan untuk memperingati 100 tahun Partai Komunis Tiongkok berlangsung di area tertentu, melibatkan peserta dari polisi khusus, pemadam kebakaran, penyelamatan darurat, cadangan milisi, dan unit terkait lainnya. Anggota tim terorganisir dengan baik, antusias, dan penuh energi. Mereka segera beralih ke fase kinerja mengikuti arahan terpadu. Perusahaan kami bertanggung jawab untuk memastikan komunikasi yang aman, menyampaikan perspektif orang pertama dari peristiwa tersebut ke titik observasi secara real time. Kami menyelesaikan tugas ini dan menerima pujian dari unit uji coba.

(II) Persyaratan Penerapan Skenario

1. Streaming video perspektif orang pertama dari pasukan khusus ke layar besar meja komando di lokasi latihan;
2. Karena protokol kerahasiaan, data video tidak boleh dikirim melalui jaringan publik;
3. Pastikan transmisi video lancar, dengan gambar yang jelas dan stabil sepanjang latihan;
4. Menyampaikan audio di lokasi ke layar besar di titik observasi secara real-time.

(1) Fitur Fungsional

1. Ditargetkan untuk kebutuhan bisnis tertentu: Produk ini dirancang untuk memenuhi persyaratan polisi bersenjata, polisi khusus, dan departemen terkait lainnya.
2. Mematuhi standar nasional: Mendukung protokol GB/T28181.
3. Pemosisian mode ganda dengan Beidou/GPS.
4. Interkom trunking digital PTT untuk komunikasi tim.
5. Kapasitas penyimpanan lokal 128GB, memungkinkan untuk perekaman terus menerus setidaknya 60 jam.
6. Kemampuan penglihatan malam inframerah bawaan, secara otomatis beralih antara mode siang dan malam berdasarkan sensitivitas cahaya.
7. mudah instalasi: Dilengkapi dengan Velcro khusus untuk polisi bersenjata dan khusus, memudahkan untuk dipasang pada helm.
8. Operasi satu tombol: Dirancang untuk kemudahan penggunaan, bahkan saat memakai sarung tangan.
9. Alarm darurat sekali klik: Tentara dapat mengingatkan pusat komando dengan satu klik, memicu rekaman alarm terenkripsi.
10. Mendukung komunikasi terenkripsi VPN dengan pengkodean aliran ganda; satu aliran dikirim ke pusat komando sementara aliran lainnya disimpan secara lokal.
11. Kompatibel dengan jaringan 4G dari China Mobile, Unicom Tiongkok, dan China Telecom.
12. Menyediakan kemampuan interkom video dan suara waktu nyata.
    (2) spesifikasi

(1) Fitur Fungsional

1. desain yang kompak, ideal untuk penggunaan yang dapat dipakai atau portabel.
2. Memungkinkan transmisi layanan IP dua arah, termasuk suara dan video.
3. Mendukung Push-To-Talk (PTT) komunikasi suara.
4. Termasuk kemampuan perutean dinamis, memungkinkan pengorganisasian dan pemulihan jaringan secara mandiri.
5. Menampilkan dukungan WiFi bawaan.
6. Menggabungkan teknologi penentuan posisi GPS/Beidou bawaan.
7. Menawarkan fungsionalitas transmisi transparan port serial.
8. Memfasilitasi jaringan multi-perangkat, menampung hingga 32 node untuk relay terus menerus.
9. Menyediakan bandwidth dan throughput yang tinggi, dengan jaringan ad hoc nirkabel yang mampu kecepatan transmisi data IP hingga 70Mbps.
10. Memungkinkan jaringan yang fleksibel; struktur mesh mendukung berbagai mode komunikasi seperti point-to-point, multi-titik-ke-multi-titik, orang ke orang, orang ke kendaraan, dan kendaraan-ke-kendaraan.
11. Memanfaatkan teknik modulasi yang dioptimalkan dengan mode modulasi COFDM yang unik, memastikan penetrasi RF yang sangat baik dan kinerja transmisi difraksi jalur.
12. Menawarkan skalabilitas dengan mendukung kamera IP pihak ketiga sebagai sumber RF dan memungkinkan koneksi langsung ke perangkat jaringan yang dapat diatur sendiri.
    (2) Spesifikasi teknis