双方向vs単方向ドローン伝達: 深いダイビング
無人航空機 (無人機 / ドローン) ドローン間のデータのワイヤレス送信に大きく依存しています (空中) そして地上局 (または他の制御ポイント). 送信モードの選択 - 単方向 (シンプレックス / 一方通行) vs 双方向 (デュプレックス / 双方向) - パフォーマンスに大きな影響を与えます, 信頼性, 安全性, また、どのようなコンテンツを交換できますか.
この記事では、比較します:
- 伝送方法: 物理的に / 技術的には一方向と双方向を定義します
- 各モードで送信されるコンテンツ
- それぞれの利点と欠点
- トレードオフを説明するための製品の例
目次
一方向と双方向の伝達とはどういう意味ですか
- 単方向伝達 (時々呼ばれます シンプレックス) データは一方向にのみ流れることを意味します. 通常、これはドローンから地面までです (ビデオ, テレメトリー), 地上からドローンへのフライト制御コマンドとミッションコマンドをサポートしない.
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- 双方向伝送 (よく呼ばれます デュプレックス, または場合によっては、単純なヘラを切り替えることができるモード & デュプレックス) データが両方向に流れることを意味します: ドローンから地面へ そして 地面からドローンまで. これらの送信にはビデオを含めることができます, 飛行機とジンバルカメラのコントロール / コマンド信号, テレメトリー, オーディオ, 等. 双方向伝送ドローンの制御は、一般に他の単純なものによって処理されます ワイヤレスデータ送信 システム. 彼らはワイヤレスビデオダウンロードシステムから異なる周波数とチャネルを使用しているため, 彼らはしばしば反廃止銃からの干渉を同時に避けることができます.
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さまざまな微妙さがあります:
- 半二重 vs 全二重: 両方の方向を同時に使用できるか、交互にのみ使用できるかどうか
- 周波数ドメイン: 個別のチャネルを使用します / UPの周波数 / ダウンリンクと共有されたもの (時間分割デュプレックスまたは周波数区分デュプレックス, TDDまたはFDD)
- 変調 / エンコーディング / RFプロトコル: どんな信号, 帯域幅, レイテンシ, 等.
送信モード & 方法
主要な技術的な違いは次のとおりです / 使用した方法:
| 側面 | 単方向 (シンプレックス) | 双方向 (デュプレックス / 双方向) |
|---|---|---|
| チャネル割り当て | 一方向に特化したシングルチャネルまたは周波数帯域 (空気→地面) | 上下の個別のチャネル/周波数のいずれか, または、干渉キャンセルを備えた時間分割/周波数分割または全二重を使用します |
| ハードウェアの複雑さ | 通常、よりシンプルです: 端の1つにある送信機または受信機のみ; リターンチャネルハードウェアの必要性が少なくなります, 反転が少ない / エコー / 干渉管理 | より複雑です: 両端を送信および受信するための機器が必要です; 自己干渉を避けるために、おそらくシールドまたは分離; より多くのアンテナ; より多くの電力に関する考慮事項 |
| 潜在 & 同期 | その一方向に最適化できます; オーバーヘッドが少ない | 2つの方向を調整するためのより多くのオーバーヘッド; 謝辞にはプロトコルが必要です, 放送局, エラー修正; 一部の操作では、おそらくより多くの遅延があります |
| スペクトラム / 帯域幅の使用 | フォワードリンクのみがスペクトルが必要です; 全体的に必要な帯域幅が少ない | より多くのスペクトルが必要です; または、よりスマートなスペクトル共有が必要です; 一方向のレートが還元されて、返品トラフィックを許可する場合があります |
| 消費電力 | 低い (より少ないハードウェアアクティブ, より少ない連続送信 / 受け取る) | より高い (2つのアクティブパス, おそらく連続的な転送, より長いデューティサイクル) |
どのようなコンテンツが携帯されていますか
コンテンツの種類は、ミッションとモードによって異なります. これが通常見ているものです:
単方向モードコンテンツ
- ビデオ / 画像のダウンリンク: ドローンのカメラから地上局までの高解像度ビデオ
- テレメトリーダウンリンク: 必須のステータス情報 (GPS座標, 高度, バッテリーレベル, オリエンテーション, 健康チェック)
- センサーデータ: オンボードセンサーからのデータ (e.g. マルチスペクトルイメージャー, リダー, 熱, 環境) 地面へのストリーミング
- おそらくログまたは保存されたペイロードデータ (コマンドを返す必要がない場合)
多くの単純なFPVで (一人称視点) または航空写真 / ビデオ撮影のセットアップ, ダウンリンクが最も重要です.
双方向モードコンテンツ
上記のすべてに加えて (ビデオ, テレメトリー, センサーデータ), あなたも得ます:
- コントロール / コマンドアップリンク: パイロットまたはオートパイロットコマンド (飛行経路, ジンバルコントロール, 速度, オリエンテーション) 地面からドローンまで
- 謝辞 / エラー報告: 受信コマンドの確認; 再送信リクエスト; 品質レポート, 等.
- ビデオまたはセンサーのフィードバックを返します: より高度なドローンで, 地上局には、処理された画像が返送される場合があります, 拡張現実オーバーレイ, または変更を要求します
- オーディオ / インターコムチャネル: 検索のようなミッションの場合 & 救助または検査, 双方向の音声通信が役立つ場合があります
- コンフィギュレーション / ファームウェア / ソフトウェアの更新: 場合によっては、途中で変更または更新をアップロードします (レア)
メリット & 短所
ここに長所と短所の比較があります:
| 基準 | 一方向伝送 | 双方向伝送 |
|---|---|---|
| シンプルさ | 実装が非常に簡単です, 軽いハードウェア, 障害のポイントが少ない | より複雑です; より多くのハードウェア, より多くのプロトコルオーバーヘッド |
| 料金 | 初期コストの削減, ペアを送信/受信するためのメンテナンスが少なくなります | より高いコスト (追加の無線, アンテナ, 信号処理など) |
| 消費電力 | 低い; 連続的にアクティブにアクティブになるのは1つの方向のみです | より高い; どちらも送信します & 受け取る (または切り替え) 電力使用量を増やします |
| 潜在 | ダウンリンクビデオ/テレメトリの場合は低くすることができます, 上流トラフィックはないか最小限のためです | フィードバックのいくつかの利点, しかし、頭上でも; コントロールコマンドが確認が必要な場合の潜在的な遅延 |
| 信頼性 | 制御コマンドがフィードバックが必要な場合、堅牢性が低くなります; ビデオが失敗し、アップリンク情報がない場合、コントロールを失うか盲目になるリスク | より大きな信頼性; フィードバックにより、エラー修正が可能になります, 再試行, 適応制御 |
| 柔軟性 | より単純なミッションには十分です (e.g. ビデオキャプチャ, マッピング, 写真) | 高度なミッションに不可欠です (検査, リアルタイムコントロール, 安全性, 自律性) |
| 安全性 | 重要な情報のリンクリンクがない場合、複雑な環境では潜在的に安全性が低い | より安全: 緊急コマンドを送信する能力; 中止など。; 地面は介入できます |
| 帯域幅 / スペクトル効率 | 対象のデータストリームごとのより効率的 (すべての容量は一方向に捧げられます) | うまく設計されていない限り、全体的に効率が低下します; 帯域幅の半分 (対称の場合) ミッションに応じて使用されていない場合があります |
ユースケースとそれぞれが適切な場所
- 単方向伝達 いつ大丈夫です:
- ミッションはシンプルで予測可能です: e.g. 航空撮影 / 写真 / ドローンが事前に計画されたパスを飛ぶビデオ, パイロットにはビデオのみが必要です + テレメトリー
- 即時の反応的な制御やフィードバックは必要ありません
- より低い重量/パワー/期間が必要です / 料金
- 双方向伝送 必要な場合:
- 動的または反応的なミッションがあります (検査, サーチ & 救援, 監視) 即時の制御 / フィードバックが必要です
- ペイロードをリモート制御する必要があります (ジンバル, マニピュレーター, センサー) またはドローンにコマンドを送信する必要があります
- あなたは安全性を気にし、堅牢なフォールバックコントロールを望んでいます
技術的な考慮事項 & 課題
双方向伝送を実装するとき, 特に長距離または障害物を通して / 見通し外, 多くの課題があります.
- 干渉と自己干渉 全二重システムで: デバイスが同じ周波数または近い周波数で送信および受信した場合
- 潜在 & ジッター: アップリンク制御コマンドは、多くの場合、低レイテンシが必要です; ビデオダウンリンクはより寛容になる可能性があります, しかし、組み合わせて、遅延を管理する必要があります
- 帯域幅の制約: ビデオストリームは重いです, したがって、ビデオとコントロールの両方に十分な帯域幅を割り当てることは困難です
- 電力制約: より多くのハードウェア (アンテナ, 無線) より多くの電力使用量を意味します, 重量, したがって、飛行時間に影響します
- 規制: スペクトルライセンス, 許容電力, 周波数, 規制上の制限は、双方向の能力を制限する可能性があります
製品の比較の例: Ivcanから
これらのアイデアを具体的な用語にするため, 単方向モードと双方向モードの両方をサポートするIVCANの製品を見てみましょう. これは、実際のトレードオフを示すのに役立ちます.
Ivcan / 「Duplex-Simplexビデオデータ送信機RJ45イーサネット (170-860 メガヘルツ)」
Vカン 1886 両方のモードをサポートするドローンのデバイスです: シンプレックス (一方通行) とデュプレックス (双方向) トランスミッション. キースペック / 特徴:
- 周波数範囲: 170-860 メガヘルツ, これは非常に広いです. これにより、多くのバンドでの地上ステーション↔ドローン通信が可能になります.
- モードスイッチング: シンプレックスモードと二重モードの間に切り替えることができます.
- インターフェース: RJ45イーサネット, RS232, UART, TTL, おそらくフライトコントローラーの互換性のためのSBU. それは、どのように制御するかに柔軟性を与えます / ビデオ / テレメトリーがインターフェースされます.
- パス長/範囲: 製品ページが主張しています > 75 km 一部の構成の場合. それは非常に長い範囲です, おそらく好ましい条件下で (視線, ハイパワー, 良いアンテナ).
- パワー増幅オプション: オプションではありません (パワーアンプ) 高いワット数まで (構成に応じて).
- 別々に: アンテナ: デバイスは2つのRFアンテナを使用します: 送信用, 受信用. これにより、干渉を分離し、デュプレックスのパフォーマンスを改善します.
この製品のトレードオフ
- サイズ / 重量 / パワー: 75 km以上の範囲が可能なデバイス, 高出力で, 2つのアンテナ, 等, おそらく大きくてパワーに飢えています. これは、マウントできるドローンに影響を与えます, そして、彼らはどれくらい飛ぶことができるか.
- 潜在: Duplexはフィードバックとコマンド制御を許可します, 長距離リンク (特に高出力と長い頻度で) 遅延を追加する場合があります; ビデオは劣化したり、圧縮が必要になる場合があります, 遅延を追加します.
- 料金 & 複雑: このような柔軟なデバイスは、より高価になる傾向があります, より複雑に設定します (周波数ライセンス, インターフェイス構成, 正しいアンプの選択, アンテナアライメントを確保します, 等).
- 規制上の制約: 高電力で動作します, 広い周波数範囲, 長距離 - これにより、ライセンスが必要になるか、多くの管轄区域で無線規制に該当する場合があります. また、安全 / 干渉の懸念.
純粋な一方向のビデオダウンリンク送信機との比較
代わりに、単方向のビデオ送信機を使用した場合 (空気→地面) のみ (映画撮影について言う):
- ハードウェアは簡単です (ドローン上の送信機のみ, 地上のレシーバー)
- 電力使用は低くなります
- おそらくより軽くて安価です
- しかし、あなたはコマンドを送信する能力を失います / そのリンクを介してフィードバックを受け取ります (個別のコントロールリンクが使用されない限り)
パフォーマンス & メトリック: 測定するもの
Uniを選択するとき- vs双方向, または製品の評価, 重要なメトリックが含まれます:
- 範囲 (視線対losノンロス)
- 帯域幅 / データレート (特にビデオ用: 解決, フレームレート, 圧縮)
- 潜在 (コマンドレイテンシ, ビデオレイテンシ)
- 信頼性 / パケット損失 / エラー率
- 消費電力 重量が追加されました
- 干渉の回復力 / 自己干渉 / スペクトル効率
- スケーラビリティ (複数のドローン, またはスイッチング周波数 / チャネル)
ケーススタディ: 実際に双方向を使用します
産業検査のためのドローンミッションを検討してください: ドローンは大きな構造の周りに飛びます (塔を言う), 高解像度のビデオを下に送信します, 欠陥を検出します, 地上オペレーターはジンバルを調整するためにコマンドを送信する必要があります, ズーム, または再配置さえ.
- に 単方向モード, ドローンはビデオを送信します + テレメトリー. しかし、任意のコマンド (e.g. 「Xの場所に行く」, "ズームイン") 個別の制御リンクを介して送信する必要があります. そのコントロールリンクが失敗した場合 (またはフィードバックなし), リスクは増加します. また、動的な障害や問題はビデオチャネルを介して応答することはできません.
- に 双方向モード, ビデオ/テレメトリとコントロール/コマンドの両方が同じシステムを介して流れます. オペレーターはビデオを見て、コマンドを送信します, おそらく確認または処理されたフィードバックを受け取ることさえあります. 安全のためにより良い, 精度.
しかし、コストはより多くのハードウェアにあります, より多くの潜在的な障害ポイント, おそらくより多くの消費電力, より多くの体重; システムが最適化されていない場合、おそらくより多くの遅延.
まとめ: どちらを選択しますか?
ここにガイドラインがあります:
- あなたの使命が単純な場合, ルーティーン, 迅速または動的な相互作用は必要ありません, 単方向リンクで十分です, より効率的です (料金, 重量, パワー).
- リアルタイムコントロールが必要な場合, 状況認識, 安全性, または動的操作, 双方向の伝達はほとんど不可欠です.
- 多くの最新のシステムはハイブリッドを提供しています: 主にビデオの単方向, しかし、別のもので, 制御用の軽量のアップリンク / テレメトリー; または、相互作用が最小限の場合に電力を節約するためにシンプレックスモードに切り替えることができる双方向システム (上記のIVCAN製品のように).
- 常に規制を検討してください: 多くの周波数帯域, 電力レベル, 特に長距離双方向の場合, 規制されています; コンプライアンスを確保します.
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