ドローン群の自己組織化ネットワーク

ドローン群の自己組織化ネットワークとは?

Drone Swarm Self-Organizing Network は、複数のドローンと複数の地上管制局のための新しく効果的なソリューション テクノロジーです。.

ドローンの群れは、各ドローンが送信機と受信機の両方であり、他のドローンからの送信の中継器としても機能する自己組織化ネットワークです。.

Swarm ドローン自己組織化ネットワークとは、このネットワーク内で, 各ドローンは送信機と受信機です, 他のドローンが送信するための中継器としても機能します.

このネットワークには中央制御ノードがありません, そして各ノードは等しい. 分散型ネットワークです. ドローンが遠くまで飛びすぎた場合、またはその他の理由で信号を失った場合, ネットワークから自動的に切断されます, ネットワーク内の他のドローンは影響を受けません. 新しいドローンがネットワークの近くを飛行したとき, 認証を取得すると自動的にネットワークに参加できます.

ドローン群の自己組織化ネットワークの背景.

ドローン技術の発展により, 通信技術, とネットワーク技術, ドローンの活用はさらに広がりを見せています. その応用分野は、さまざまな軍事および産業などの民間部門を含むように拡大されています。, 農業, テレメトリー, 検査, 緊急対応, 消防, そして軍事作戦. 軍事分野では, 無人空戦プラットフォームは将来的に重要な戦力となる準備が整っている. 複数の UAV による協力戦闘は、ドローン戦闘アプリケーションの重要なトレンドになると予想されます, 戦争においてますます重要な役割を果たす. 分散型、分散型の IP ネットワーク, アドホック技術に基づく, マルチウーブの協同組合戦闘のコミュニケーション基盤として機能します. このネットワークは、迅速なインタラクティブな情報共有を促進できます, 共同認識を可能にします, 処理, 意思決定, アクションを攻撃します, それにより、ドローンの生存性と全体的な戦闘効果を大幅に向上させる.

UAV通信ネットワーキングの開発動向は、基本ネットワークアーキテクチャとしてアドホックテクノロジーに基づいています. 米国. 国防総省は、この開発動向についてすでに具体的に詳しく説明しています。 “無人航空機開発ロードマップ” 早くもリリースされました 2005 そして、次のエディションでこの開発動向を繰り返し強調しました. 米国が. 軍事はそれを非常に重視しています。アドホックテクノロジーを適用することで、複数のUAVが分散型を迅速に形成できるようになることです。, センターレスマルチホップルーティングリレー自己組織化による自己組織化ネットワーク, 自己回復, 高い破壊能力, UAVグループの検出範囲を大幅に拡大します, UAVグループの協同組合の認識と情報共有能力を効果的に改善する, それにより、協調処理の能力が向上します, 協力的な意思決定, 調整されたストライキ. 米国. 軍事は長年この分野でのアプリケーション研究をリードしてきました. TTNTとその簡素化された進化バージョンQNTは、アドホックテクノロジーとIPアーキテクチャに基づく戦術的なデータリンクです. 彼らはネットワーキングスケールの観点から優れた技術的および戦術的なパフォーマンスを持っています, 伝送速度, 伝送遅延, ネットワークのスケーラビリティ, および干渉防止, 強力な戦闘調整能力を形成し、戦闘スタイルを大幅に拡大する. 関連情報は、これらの2種類のデータリンクがUAV調整で適用されていることを示しています, 空気中の調整, 航空機ミサイル調整, ミサイルミサイル調整, X47Bランディング, uav aerial fululing.

アドホックテクノロジーは自己組織化ネットワークテクノロジーと呼ばれます, そして、このテクノロジーに基づくMulti-UAV通信ネットワークは、UAV自己組織化ネットワークとして知られています. ほとんどにもかかわらず 20 国内の科学研究者による長年の研究と実践, 実用的なUAV自己組織化ネットワークアプリケーションシステムはほとんどありません. 課題は次のとおりです:

• まず第一に, ネットワークには、非常に動的な分散特性があります. ネットワークトポロジは常に変化します, チャネルリソースの分散配分とルートの迅速な発見と確立に大きな課題を提起する.
• 第二に, ワイヤレスチャネルリソースには制限があります. MACプロトコルとルーティングプロトコルは、最小限の制御オーバーヘッドでチャネルリソースの使用率を強化する必要があります, そして、遅いエントリとノードの動的な出口を考慮して、ワイヤレスチャネルリソースの動的割り当てを効果的にサポートします.
• 第三に, データ送信サービスの品質を確保します (QoS) 重要です. マルチホップの自己組織化ネットワークでのMACプロトコルとルーティングプロトコルの設計を最適化するには、伝送遅延のためのさまざまなサービス要件に対処することが含まれます, 伝送速度, および送信パケットエラー率. マルチパラメーターと多目的最適化条件下でのチャネルリソースの動的割り当てと伝送ルート最適化選択の選択は、困難なタスクです.
• 最後に, 戦闘アプリケーションにおける電磁環境の複雑さは重大な懸念事項です. 特に、意図的な干渉を伴う電子対策環境で, 通信リンクの品質の劣化は、UAV自己組織化ネットワークの全体的なパフォーマンスに大きく影響します. これにより、物理レイヤー通信波形とデータリンクレイヤーMACプロトコルが電磁干渉を処理できる必要があります.

通信波形は通常、スプレッドスペクトルのような干渉防止技術を利用します (周波数ホッピング, 直接拡散) またはインテリジェントな周波数選択, 通信リンクの品質を確保するための堅牢な誤り訂正符号化機能も備えています. 物理層の通信波形は電磁環境を検出できる必要があります, MAC プロトコルはチャネル リソースを認識する必要があります, ルーティング プロトコルはネットワーク トポロジを理解する必要があります。. 適切な干渉防止技術の設計と実装, チャネルリソース割り当て戦略, この理解に基づいたルーティング戦略が不可欠です.

ドローン自己組織化ネットワークの主要テクノロジーは、UAV 通信ネットワーキングの側面を強調する必要があります。, アプリケーション層のペイロードタスクコンポーネントを除く.

1つ目は物理層の通信波形に関する耐干渉技術です。. UAV自己組織ネットワークの軍事用途向け, 複雑な電磁環境をナビゲートすることが不可欠です, 敵の妨害を避ける, または、通信に対する干渉の悪影響を軽減して、効果的な通信を確保します。. 通信における干渉防止技術には、主にスペクトル拡散技術と適応周波数選択方法が含まれます。. スペクトル拡散には、周波数ホッピングなどの従来の干渉防止戦略が含まれます, 直接拡散スペクトル, そしてスプレッドホッピング. 本質的には, 周波数ホッピングには、ネットワーク内のすべての無線局が、特定の擬似ランダム パターンに基づいた所定のホッピング シーケンスに従って通信キャリア周波数を同期的に変更することが含まれます。, 傍受や干渉を防ぐのに役立ちます. 適応頻度の選択は、認知無線技術を採用して、干渉を特定し、指定された候補周波数ポイントを越えてリアルタイムで通信品質を評価する. 現在の周波数が干渉と通信の品質が低下した場合, 干渉がない最高品質で周波数に迅速に切り替えることができます. 自己組織化ネットワークシステム用, ブロードバンド高速周波数ホッピングの実装には、キャリアの同期などの課題に対処する必要があります, ビット同期, 完全に接続されたネットワークの典型的なフレーム同期, マルチホップシナリオでの完全なネットワークタイムの同期と周波数ホッピングパターンの同期を達成するだけでなく, 技術的に挑戦的です. 適応周波数選択に関して, 候補周波数の通信品質をリアルタイムで評価する方法と、干渉が発生した場合に最適な通信パフォーマンスでネットワーク全体を最適な通信パフォーマンスで迅速かつ同期する方法を決定する方法は、ドローン自己組織化ネットワークを軍事用途に展開する前に解決する必要がある重要なテクノロジーです。.

2番目の側面は、中程度のアクセス制御です (マック) データリンクレイヤー内のプロトコル. ドローンの自己組織化ネットワークのコンテキストで, これには、分散アルゴリズムを利用して、中央の調整ノードに依存せずに適切なチャネルリソースを各ノードに迅速かつ動的に割り当てることが含まれます. 目的は、すべてのノードが限られたチャネルリソースに公正かつ効率的にアクセスできるようにすることです, 低遅延などの目標を達成します, 高信頼性, および高スループット. これは、自己組織化ネットワークが対処しなければならない重要な課題と重要な技術を表しています.

3番目の側面は、ネットワークレイヤーのルーティングプロトコルに関係しています. UAV自己組織化ネットワークにおけるノードの急速な動きは、ネットワークトポロジの絶え間ない変化につながります. 故に, 高速なルーティングアルゴリズムの設計, 効率的, スケーラブルな, 適応性が不可欠です. このアルゴリズムは、クイックネットワークアクセスなどの特性を持つ必要があります, 迅速なルーティングスイッチング, 迅速な収束, および最小限の制御オーバーヘッド. これらの課題を克服することは、UAV自己組織化ネットワークの成功に不可欠です.

第4, サービス品質 (Qos) 技術. 多くの現在の自己組織化ネットワークラジオ局は、クロスレイヤー設計アプローチで開発されています. Macおよびルーティングプロトコルの作成において, 信号強度の表示や物理層からのビットエラー率などの要因が利用されます, 輸送層からのQoSおよび輻輳制御技術の統合に加えて. さらに, さまざまな適応手法 - 電力適応など, 変調適応, コーディングの適応, レート適応 - 遅延に関する多様なサービス要件を満たすために雇用されています, レート, およびパケット損失.

1. アドホックの技術的説明

前書き
ワイヤレスアドホックネットワーク, 一般的にアドホックネットワークと呼ばれるネットワークは、米国DARPAが率いる軍事コミュニケーションにおけるさまざまなパケットネットワークアプリケーションイニシアチブから生まれました. 彼らは最終的に現在アドホックネットワークとして知られているものに進化しました, IETFがそれらをマネとして指定しています (モバイルアドホックネットワーク).
アドホックネットワークは、すべてのノードが平等なステータスを保持するユニークなタイプのワイヤレスモバイル通信ネットワークです, 中央制御ノードの必要性を排除します, 混乱に対する強い回復力を示しています. ネットワーク内の各ノードは、標準のモバイルデバイスに典型的な機能を実行するだけでなく、メッセージを中継する機能も持っています. ソースと宛先ノードが互いの直接通信範囲の外側にあるとき, 彼らは、中間ノードを介してメッセージをルーティングすることでまだ情報を交換できます. 場合によっては, 通信には複数の中間ノードが必要になる場合があります, 意味メッセージは、最終目的地に到達するためにいくつかのホップを横断する必要があります. この特徴は、アドホックネットワークを他のモバイル通信システムと区別します. アドホックネットワーク内のノードは、階層化されたネットワークプロトコルと分散アルゴリズムの共同作業を通じて自己組織化と動作を実現します.

重要な特性

分散化され、分布しています: すべてのラジオ局は同等の重要性を持っています, そして、中央のハブはありません. ノードは、その安定性を損なうことなく、ネットワークを自由に入力または終了できます.

マルチホップリレー: 認定ラジオ局は、リレー機能を自動的に実行できます, ネットワークのカバレッジを強化します.

適応トポロジ: システムは動的ルーティングをサポートします, ネットワークレイアウトが頻繁に変更されるスポーツイベントのような環境に理想的になります.

IP Transparentコミュニケーション: このシステムは、すべてのデータのIPベースの送信を有効にします.

大容量伝送: マルチキャリアアプローチを利用します, さまざまな種類の情報を処理できるブロードバンド通信チャネルを提供します, データを含む, 声, 画像, とビデオ.

2. 視覚化されたアドホックネットワークコミュニケーションシステムの実用的なケーススタディ

1. アプリケーションシナリオの概要
   中国共産党の100周年を記念するレポート演習は、特定の地域で行われました, 特別警察からの参加者を巻き込む, 消防, 緊急救助, 民兵は予約します, その他の関連ユニット. チームメンバーはよく組織されていました, 熱狂的, そしてエネルギーに満ちています. 彼らはすぐに統一された指令に従ってパフォーマンスフェーズに移行しました. 当社は、安全なコミュニケーションを確保する責任がありました, イベントの一人称視点をリアルタイムで観察ポイントに伝える. 私たちはこのタスクを達成し、裁判ユニットから称賛を受けました.

(II) シナリオ適用要件

1. 特殊部隊からの一人称視点のビデオを演習場所の指揮デスクの大型スクリーンにストリーミングします。;
2. 機密性プロトコルのため, ビデオデータは公衆ネットワーク経由で送信してはなりません;
3. スムーズなビデオ伝送を確保, 演習全体を通じて鮮明で安定した画像が得られます;
4. 現場の音声を観測点の大型スクリーンにリアルタイムに中継.

(1) 機能的な特徴

1. 特定のビジネスニーズを対象とした: この製品は武装警察の要件を満たすように設計されています, 特別警察, およびその他の関連部門.
2. 国家基準に準拠: GB/T28181プロトコルをサポートします.
3. 北斗/GPSによるデュアルモード測位.
4. チームコミュニケーション用の PTT デジタル トランキング インターコム.
5. 128GBのローカルストレージ容量, 少なくとも連続録画が可能 60 営業時間.
6. 組み込みの赤外線視力能力, 光感度に基づいて昼と夜のモードを自動的に切り替える.
7. 簡単インストール: 武装警察と特別な警察のための特別なベルクロを装備しています, ヘルメットに簡単に取り付けることができます.
8. ワンボタン操作: 使いやすいように設計されています, 手袋を着用しても.
9. ワンクリック緊急アラーム: 兵士は一回クリックしてコマンドセンターに警告することができます, 暗号化されたアラームの録音をトリガーします.
10. デュアルストリームエンコーディングとのVPN暗号化された通信をサポートします; 1つのストリームがコマンドセンターに送信され、もう1つのストリームはローカルに保存されます.
11. China Mobileの4Gネットワ​​ークと互換性があります, チャイナユニコム, 中国の通信.
12. リアルタイムビデオおよび音声インターコム機能を提供します.
    (2) 仕様書

(1) 機能的な特徴

1. コンパクト設計, ウェアラブルまたはポータブル使用に最適です.
2. IPサービスの双方向伝送を有効にします, 音声とビデオを含む.
3. プッシュツートークをサポートします (PTT) 音声コミュニケーション.
4. 動的ルーティング機能が含まれています, ネットワークの自己組織化と回復を可能にします.
5. 組み込みのWiFiサポートが特徴です.
6. 組み込みのGPS/Beidouポジショニングテクノロジーが組み込まれています.
7. シリアルポート透過伝送機能を提供します.
8. マルチデバイスネットワークを促進します, 適応します 32 連続リレー用のノード.
9. 高い帯域幅とスループットを提供します, 最大70MbpsまでのIPデータ送信レートが可能なワイヤレスアドホックネットワーク付き.
10. 柔軟なネットワーキングを可能にします; メッシュ構造は、ポイントツーポイントなどのさまざまな通信モードをサポートしています, マルチポイントからマルチポイント, 人と人, 人から車両, 車両から車両へ.
11. 一意のCOFDM変調モードで最適化された変調技術を利用します, 優れたRF浸透とパス回折透過性能を確保します.
12. サードパーティのIPカメラをRFソースとしてサポートし、自己組織化ネットワークデバイスへの直接接続を可能にすることにより、スケーラビリティを提供します.
    (2) 技術仕様