Drone Swarm zelforganiserend netwerk

Wat is een zelforganiserend dronezwermnetwerk??

Drone Swarm Self-Organizing Network is een nieuwe en effectieve oplossingstechnologie voor meerdere drones en meerdere grondcontrolestations.

Een zwerm drones is een zelforganiserend netwerk waarbij elke drone zowel zender als ontvanger is en tevens kan dienen als repeater voor uitzendingen van andere drones.

Zwerm drone zelforganiserend netwerk betekent dat in dit netwerk, elke drone is een zender en een ontvanger, en kan ook dienen als relais voor andere drones om te zenden.

Er is geen centraal besturingsknooppunt in dit netwerk, en elk knooppunt is gelijk. Het is een gedecentraliseerd netwerk. Wanneer een drone te ver vliegt of om andere redenen signaal verliest, de verbinding met het netwerk wordt automatisch verbroken, en andere drones in het netwerk zullen niet worden beïnvloed. Wanneer een nieuwe drone dichtbij het netwerk vliegt, het kan automatisch lid worden van het netwerk wanneer het autorisatie verkrijgt.

De achtergrond van een zelforganiserend netwerk van Drone Swarm.

Met de ontwikkeling van dronetechnologie, communicatie technologie, en netwerktechnologie, de toepassing van drones wordt steeds omvangrijker. Hun toepassingsgebieden zijn uitgebreid naar verschillende militaire en civiele sectoren, zoals de industrie, landbouw, telemetrie, inspectie, noodreactie, Brand blussen, en militaire operaties. Op militair gebied, onbemande luchtgevechtsplatforms staan ​​klaar om in de toekomst een cruciale gevechtsmacht te worden. Er wordt verwacht dat coöperatieve gevechten met meerdere UAV's een belangrijke trend zullen zijn in drone-gevechtstoepassingen, spelen een steeds belangrijker rol in de oorlogsvoering. Het gedistribueerde en gedecentraliseerde IP-netwerk, gebaseerd op ad-hoctechnologie, Dient als communicatiestichting voor multi-uav coöperatieve gevechten. Dit netwerk kan snelle interactieve informatie -delen vergemakkelijken, het mogelijk maken van samenwerkingsperceptie, verwerken, besluitvorming, en aanvallen acties, waardoor de overlevingskansen en de algehele gevechtseffectiviteit van drones aanzienlijk wordt verbeterd.

De ontwikkelingstrend van UAV -communicatienetwerken zal gebaseerd zijn op ad hoc -technologie als de basisnetwerkarchitectuur. De VS. Ministerie van Defensie is al specifiek nader in deze ontwikkelingstrend in de “Onbemande routekaart voor de ontwikkeling van luchtvoertuigen” al zo vroeg uitgebracht 2005 en heeft deze ontwikkelingstrend herhaaldelijk benadrukt in de volgende edities. De reden waarom de VS. Militair hecht zoveel belang aan dat de toepassing van ad hoc -technologie meerdere UAV's kan in staat stellen snel een gedistribueerde te vormen, centrumloos multi-hop routing-relais zelforganiserend netwerk met zelforganisatie, zelfherstel, en hoge anti-vernietigingsmogelijkheden, het detectiebereik van de UAV -groep aanzienlijk uitbreiden, en het effectief verbeteren van de coöperatieve perceptie en het delen van informatie van de UAV -groep, waardoor het vermogen van coöperatieve verwerking wordt verbeterd, coöperatieve besluitvorming, en gecoördineerde staking. De VS. Militair leidt al vele jaren op dit gebied in aanvraagonderzoek. TTNT en de vereenvoudigde evolutieversie qnt zijn tactische datalinks op basis van ad hoc -technologie en IP -architectuur. Ze hebben superieure technische en tactische prestaties in termen van netwerkschaal, transmissiepercentage, transmissievertraging, Netwerkschaalbaarheid, en anti-inmenging, Een sterk gevechtscoördinatiemogelijkheden vormen en de gevechtsstijl aanzienlijk uitbreiden. Relevante informatie toont aan dat deze twee soorten datalinks zijn toegepast in de UAV -coördinatie, lucht-grondcoördinatie, vliegtuig-raketcoördinatie, raket-raketcoördinatie, X47B Landing, en UAV Aerial tanken.

Ad hoc-technologie wordt zelf-organiserende netwerktechnologie genoemd, en het multi-uav communicatienetwerk op basis van deze technologie staat bekend als UAV zelforganiserend netwerk. Ondanks bijna 20 Jaren van onderzoek en praktijk door binnenlandse wetenschappelijke onderzoekers, Er zijn weinig praktische UAV zelforganiserende netwerktoepassingssystemen. De uitdagingen zijn als volgt:

• ten eerste, Het netwerk heeft zeer dynamische gedistribueerde kenmerken. De netwerktopologie verandert voortdurend, Het vormen van belangrijke uitdagingen voor de gedistribueerde toewijzing van kanaalbronnen en de snelle ontdekking en oprichting van routes.
• Ten tweede, er is een beperking in de draadloze kanaalbronnen. Het MAC-protocol en het routeringsprotocol moeten de benuttingsgraad van kanaalbronnen verbeteren met minimale controle-overhead, en effectief dynamische toewijzing van draadloze kanaalbronnen ondersteunen, rekening houdend met late entry en dynamische exit van knooppunten.
• Ten derde, het garanderen van de kwaliteit van de dienstverlening aan datatransmissie (QoS) is cruciaal. Het optimaliseren van het ontwerp van het MAC-protocol en het routeringsprotocol in een zelforganiserend netwerk met meerdere hops omvat het aanpakken van verschillende servicevereisten voor transmissievertraging, transmissiepercentage, en transmissiepakketfoutpercentage. Het bereiken van dynamische toewijzing van kanaalbronnen en selectie van transmissieroute-optimalisatie onder optimalisatieomstandigheden met meerdere parameters en meerdere doelstellingen is een uitdagende taak.
• Ten slotte, De complexiteit van de elektromagnetische omgeving in gevechtstoepassingen is een aanzienlijke zorg. Vooral in een elektronische tegenmaatregelen met opzettelijke interferentie, De degradatie in de kwaliteit van de communicatiekoppeling heeft een aanzienlijke invloed op de algehele prestaties van het UAV-zelforganiserende netwerk. Dit vereist de communicatiegolfvorm van de fysieke laag en het MAC -protocol van de datalinklaag die in staat is om elektromagnetische interferentie af te handelen.

De communicatiegolfvorm maakt meestal gebruik van anti-interferentietechnologieën zoals spread spectrum (frequentiehoppen, Direct spread) of intelligente frequentieselectie, Samen met robuuste foutencorrectiecoderingsmogelijkheden om te zorgen voor communicatie -koppelingskwaliteit. De communicatiegolfvorm van de fysieke laag moet de elektromagnetische omgeving kunnen detecteren, het MAC-protocol moet kanaalbronnen herkennen, en het routeringsprotocol moet de netwerktopologie begrijpen. Ontwerpen en implementeren van geschikte anti-interferentietechnologie, strategie voor de toewijzing van kanaalbronnen, en een routeringsstrategie gebaseerd op dit inzicht is essentieel.

De belangrijkste technologieën van zelforganiserende drone-netwerken moeten het UAV-communicatienetwerkaspect benadrukken, met uitzondering van de payload-taakcomponent van de applicatielaag.

Het eerste aspect is de anti-interferentietechnologie die verband houdt met de communicatiegolfvorm van de fysieke laag. Voor militaire toepassingen van zelforganiserende UAV-netwerken, het is essentieel om door complexe elektromagnetische omgevingen te navigeren, vermijd vijandelijke verstoringen, of de negatieve gevolgen van interferentie op de communicatie verzachten om effectieve communicatie te garanderen. Anti-interferentietechnologie in communicatie omvat voornamelijk spread spectrumtechnieken en adaptieve frequentieselectie methoden. Spreadspectrum omvat traditionele anti-interferentiestrategieën zoals frequentiehoppen, Directe reeks spread spectrum, en verspreid springen. In wezen, Frequentiehoppen omvat alle radiostations in het netwerk dat hun communicatiedragerfrequentie synchroon wijzigt volgens een vooraf bepaalde hoppingsequentie op basis van een specifiek pseudo-willekeurig patroon, die helpt bij het voorkomen van onderschepping en interferentie. Adaptieve frequentieselectie maakt gebruik van cognitieve radiotechnologie om interferentie te identificeren en de communicatiekwaliteit in realtime te beoordelen over aangewezen kandidaatfrequentiepunten. Als de huidige frequentie interferentie en communicatiekwaliteit ervaart afneemt, Het kan snel overschakelen naar de frequentie met de beste kwaliteit die vrij is van interferentie. Voor zelforganiserende netwerksystemen, Het implementeren van breedband high-speed frequentiehopping vereist het aanpakken van uitdagingen zoals carrier-synchronisatie, Bit -synchronisatie, en frame -synchronisatie typisch voor volledig verbonden netwerken, Evenals het bereiken van volledige netwerktijdsynchronisatie en frequentiehoppende patroonsynchronisatie in multi-hop scenario's, wat technisch een uitdaging is. Wat betreft adaptieve frequentieselectie, Bepalen hoe u de communicatiekwaliteit van kandidaatfrequenties in realtime kunt evalueren en hoe u het hele netwerk snel en synchroon kunt overbrengen naar de frequentie met optimale communicatieprestaties in het geval van interferentie, zijn kritische technologieën die moeten worden opgelost voordat u drone zelforganiserende netwerken in militaire toepassingen implementeert in militaire toepassingen.

Het tweede aspect is de medium toegangscontrole (MAC) protocol binnen de datalinklaag. In de context van drone zelforganiserende netwerken, Dit omvat het gebruik van een gedistribueerd algoritme om snel en dynamisch geschikte kanaalbronnen toe te wijzen aan elk knooppunt zonder te vertrouwen op een centraal coördinerende knooppunt. Het doel is om ervoor te zorgen dat alle knooppunten redelijk en efficiënt toegang hebben tot de beperkte kanaalbronnen, Doelstellingen bereiken zoals lage latentie, hoge betrouwbaarheid, en hoge doorvoer. Dit vormt een belangrijke uitdaging en een cruciale technologie die zelforganiserende netwerken moet dringen, moet zich aanpakken.

Het derde aspect heeft betrekking op het routeringsprotocol bij de netwerklaag. De snelle beweging van knooppunten in UAV zelforganiserende netwerken leidt tot constante veranderingen in netwerktopologie. daarom, het ontwerpen van een routeringsalgoritme dat snel is, efficiënt, schaalbaar, en aanpasbaar is essentieel. Dit algoritme moet kenmerken bezitten, zoals snelle netwerktoegang, Snelle routeringsomschakeling, snelle convergentie, en minimale controle boven het hoofd. Het overwinnen van deze uitdagingen is van vitaal belang voor het succes van UAV zelforganiserende netwerken.

Vierde, Kwaliteit van service (Qos) technologie. Veel huidige zelforganiserende netwerkradiostations zijn ontwikkeld met een cross-layer ontwerpbenadering. Bij het maken van de Mac- en routingprotocollen, Factoren zoals signaalsterkte -indicatie en bitfoutpercentage van de fysieke laag worden gebruikt, Samen met de integratie van QoS- en congestie -controletechnologieën uit de transportlaag. Aanvullend, Verschillende aanpassingstechnieken - zoals stroomaanpassing, Modulatieaanpassing, Codering aanpassing, en aanpassing van de tarief - worden gebruikt om te voldoen aan de diverse servicevereisten met betrekking tot vertraging, tarief, en pakketverlies.

1. Ad-hoc technische beschrijving

Invoering
Draadloze ad hoc netwerken, Gewoonlijk aangeduid als ad-hocnetwerken kwamen voort uit verschillende pakketnetwerktoepassingsinitiatieven in militaire communicatie onder leiding van de US DARPA. Ze evolueerden uiteindelijk naar wat nu bekend staat als ad-hoc netwerken, met de IETF die ze als manet aangeeft (Mobiel ad hoc netwerk).
Een ad hoc -netwerk is een uniek type draadloos mobiel communicatienetwerk waar alle knooppunten gelijke status bevatten, het elimineren van de noodzaak van een centraal bedieningsknooppunt, en het vertonen van sterke veerkracht tegen verstoringen. Elk knooppunt in het netwerk voert niet alleen de functies uit die typerend zijn voor standaard mobiele apparaten, maar bezit ook de mogelijkheid om berichten door te geven. Wanneer de bron- en bestemmingsknooppunten buiten elkaars directe communicatiebereik liggen, Ze kunnen nog steeds informatie uitwisselen door berichten te routeren via intermediaire knooppunten. In sommige gevallen, Communicatie kan meerdere intermediaire knooppunten vereisen, wat betekent dat het bericht verschillende hops moet doorkruisen om zijn eindbestemming te bereiken. Dit kenmerk onderscheidt ad hoc netwerken van andere mobiele communicatiesystemen. De knooppunten binnen een ad hoc netwerk bereiken zelforganisatie en werking door de samenwerkingsinspanningen van gelaagde netwerkprotocollen en gedistribueerde algoritmen.

Belangrijkste kenmerken

Gedecentraliseerd en gedistribueerd: Elk radiostation is even belang, En er is geen centrale hub. Knooppunten kunnen het netwerk vrijelijk invoeren of verlaten zonder de stabiliteit in gevaar te brengen.

Multi-hop relais: Geautoriseerde radiostations kunnen automatisch relaisfuncties uitvoeren, het verbeteren van de dekking van het netwerk.

Adaptieve topologie: Het systeem ondersteunt dynamische routing, waardoor het ideaal is voor omgevingen zoals sportevenementen waar de netwerkindeling vaak verandert.

IP transparante communicatie: Het systeem maakt IP-gebaseerde transmissie mogelijk voor alle gegevens.

Transmissie met hoge capaciteit: Gebruikmakend van een multi-carrier-aanpak, het biedt een breedbandcommunicatiekanaal dat verschillende soorten informatie kan verwerken, inclusief gegevens, stem, afbeeldingen, en video's.

2. Praktische casestudy van een gevisualiseerd ad-hocnetwerkcommunicatiesysteem

1. Samenvatting van toepassingsscenario's
   In een specifiek gebied vond een rapportoefening plaats ter herdenking van de 100ste verjaardag van de Communistische Partij van China, waarbij deelnemers van de speciale politie betrokken waren, Brand blussen, noodhulp, militiereserves, en andere relevante eenheden. De teamleden waren goed georganiseerd, enthousiast, en vol energie. Ze gingen onmiddellijk over naar de prestatiefase volgens uniforme richtlijnen. Ons bedrijf was verantwoordelijk voor het garanderen van veilige communicatie, het in realtime doorgeven van een eerstepersoonsperspectief van de gebeurtenis aan het observatiepunt. We volbrachten deze taak en kregen complimenten van de proefeenheid.

(II) Vereisten voor scenario -toepassing

1. Stream de first-person perspectiefvideo van de Special Forces naar het grote scherm van de Command Desk op de trainingslocatie;
2. Vanwege vertrouwelijkheidsprotocollen, Videogegevens mogen niet worden verzonden via openbare netwerken;
3. Zorg voor een soepele videoverdracht, met duidelijke en stabiele afbeeldingen tijdens de oefeningen;
4. Breng de on-site audio in realtime door aan het grote scherm op het observatiepunt.

(1) Functionele kenmerken

1. Gericht op specifieke zakelijke behoeften: Het product is ontworpen om te voldoen aan de vereisten van gewapende politie, Speciale politie, en andere relevante afdelingen.
2. Houdt zich aan nationale normen: Het ondersteunt het GB/T28181 -protocol.
3. Positionering met dubbele modus met Beidou/GPS.
4. PTT Digital Trunking Intercom voor teamcommunicatie.
5. Lokale opslagcapaciteit van 128 GB, voor tenminste continue opname mogelijk maken 60 uur.
6. Ingebouwde infrarood nachtzichtvaardigheden, automatisch schakelen tussen dag- en nachtmodi op basis van lichtgevoeligheid.
7. Makkelijke installatie: Uitgerust met speciale klittenband voor gewapende en speciale politie, waardoor het eenvoudig is om aan helmen te bevestigen.
8. Één knop-operatie: Ontworpen voor gebruiksgemak, Zelfs bij het dragen van handschoenen.
9. Eigeningsalarm van één klik: Soldaten kunnen het opdrachtcentrum waarschuwen met een enkele klik, het activeren van een gecodeerde opname van het alarm.
10. Ondersteunt VPN -gecodeerde communicatie met dubbele streamcodering; De ene stream wordt naar het commandocentrum gestuurd, terwijl de andere lokaal wordt opgeslagen.
11. Compatibel met 4G -netwerken uit China Mobile, China Unicom, en China Telecom.
12. Biedt realtime video- en spraakintercommogelijkheden.
    (2) bestek

(1) Functionele kenmerken

1. Compact ontwerp, Ideaal voor draagbaar of draagbaar gebruik.
2. Schakelt tweerichtingsoverdracht van IP-services in, inclusief spraak en video.
3. Ondersteunt push-to-talk (PTT) spraakcommunicatie.
4. Inclusief dynamische routeringsmogelijkheden, waardoor zelforganisatie en herstel van het netwerk mogelijk is.
5. Beschikt over ingebouwde WiFi-ondersteuning.
6. Bevat ingebouwde GPS/Beidou-positioneringstechnologie.
7. Biedt transparante transmissiefunctionaliteit via de seriële poort.
8. Vergemakkelijkt netwerken met meerdere apparaten, meegaand tot 32 knooppunten voor continue doorgifte.
9. Biedt hoge bandbreedte en doorvoer, met draadloze ad-hocnetwerken die IP-datatransmissiesnelheden tot 70 Mbps kunnen bereiken.
10. Maakt flexibel netwerken mogelijk; de mesh-structuur ondersteunt verschillende communicatiemodi, zoals point-to-point, van meerdere punten naar meerdere punten, persoon tot persoon, van persoon tot voertuig, en voertuig-tot-voertuig.
11. Maakt gebruik van een geoptimaliseerde modulatietechniek met een unieke COFDM-modulatiemodus, zorgen voor uitstekende RF-penetratie en paddiffractie-transmissieprestaties.
12. Biedt schaalbaarheid door IP-camera's van derden te ondersteunen als RF-bronnen en het mogelijk maken van directe verbindingen met zelforganiserende netwerkapparaten.
    (2) Technische specificaties