Sieć samoorganizująca się roju dronów

Co to jest samoorganizująca się sieć roju dronów?

Sieć samoorganizująca się roju dronów to nowa i skuteczna technologia rozwiązania dla wielu dronów i wielu naziemnych stacji kontroli.

Rój dronów to samoorganizująca się sieć, w której każdy dron jest zarówno nadajnikiem, jak i odbiornikiem, a także może służyć jako wzmacniacz transmisji z innych dronów.

Samoorganizująca się sieć dronów roju oznacza, że ​​w tej sieci, każdy dron jest nadajnikiem i odbiornikiem, i może również służyć jako przekaźnik dla innych dronów do transmisji.

W tej sieci nie ma centralnego węzła sterującego, i każdy węzeł jest równy. Jest to sieć zdecentralizowana. Gdy dron leci za daleko lub traci sygnał z innych powodów, automatycznie rozłączy się z siecią, i inne drony w sieci nie zostaną naruszone. Gdy nowy dron przelatuje blisko sieci, może automatycznie dołączyć do sieci po uzyskaniu autoryzacji.

Tło samoorganizującej się sieci roju dronów.

Wraz z rozwojem technologii dronów, technologia komunikacyjna, i technologii sieciowej, zastosowanie dronów staje się coraz szersze. Obszary ich zastosowań rozszerzyły się i obejmują różne sektory wojskowe i cywilne, takie jak przemysł, rolnictwo, telemetria, kontrola, reakcja awaryjna, walka z ogniem, i operacji wojskowych. W dziedzinie wojskowej, bezzałogowe powietrzne platformy bojowe mogą w przyszłości stać się kluczową siłą bojową. Oczekuje się, że współpraca wielu UAV będzie znaczącym trendem w zastosowaniach bojowych dronów, odgrywając coraz większą rolę w działaniach wojennych. Rozproszona i zdecentralizowana sieć IP, w oparciu o technologię ad hoc, służy jako podstawa komunikacji w walce kooperacyjnej wielu UAV. Sieć ta może ułatwić szybką interaktywną wymianę informacji, umożliwiające wspólne postrzeganie, przetwarzanie, podejmowanie decyzji, i akcje ataku, znacznie zwiększając w ten sposób przeżywalność i ogólną skuteczność bojową dronów.

Kierunek rozwoju sieci komunikacyjnych UAV będzie opierał się na technologii Ad hoc jako podstawowej architekturze sieci. USA. Departament Obrony szczegółowo omówił już ten trend rozwojowy w USA “Plan rozwoju bezzałogowych statków powietrznych” wydany już 2005 i w kolejnych edycjach wielokrotnie podkreślał ten trend rozwojowy. Powód, dla którego USA. wojsko przywiązuje do tego tak dużą wagę, że zastosowanie technologii ad hoc może umożliwić wielu UAV szybkie utworzenie rozproszonego, bezcentrowa, wieloprzeskokowa, samoorganizująca się sieć przekaźnikowa z routingiem, samoregeneracja, i wysokie zdolności przeciwzniszczeniowe, znacznie poszerzając zasięg wykrywania grupy UAV, oraz skuteczna poprawa wspólnego postrzegania i możliwości wymiany informacji w grupie UAV, zwiększając w ten sposób zdolność wspólnego przetwarzania, wspólne podejmowanie decyzji, i skoordynowany strajk. USA. wojsko od wielu lat przoduje w badaniach aplikacyjnych w tej dziedzinie. TTNT i jego uproszczona wersja ewolucyjna QNT to taktyczne łącza danych oparte na technologii Ad hoc i architekturze IP. Mają doskonałe parametry techniczne i taktyczne pod względem skali sieci, szybkość transmisji, opóźnienie transmisji, skalowalność sieci, i przeciwzakłóceniowe, tworząc silną zdolność koordynacji bojowej i znacznie rozszerzając styl walki. Z odpowiednich informacji wynika, że ​​w koordynacji UAV zastosowano te dwa typy łączy danych, koordynacja powietrze-ziemia, koordynacja samolotów i rakiet, koordynacja rakieta-rakieta, Lądowanie X47B, i tankowanie UAV w powietrzu.

Technologia ad hoc nazywana jest samoorganizującą się technologią sieciową, a sieć komunikacyjna wielu UAV oparta na tej technologii jest znana jako sieć samoorganizująca się UAV. Pomimo prawie 20 lat badań i praktyki krajowych badaczy naukowych, istnieje kilka praktycznych, samoorganizujących się systemów zastosowań sieciowych UAV. Wyzwania są następujące:

• Po pierwsze, sieć ma wysoce dynamiczną charakterystykę rozproszoną. Topologia sieci ulega ciągłym zmianom, stwarzające poważne wyzwania w zakresie rozproszonej alokacji zasobów kanałów oraz szybkiego odkrywania i wyznaczania tras.
• Po drugie, istnieją ograniczenia w zasobach kanału bezprzewodowego. Protokół MAC i protokół routingu muszą zwiększać stopień wykorzystania zasobów kanału przy minimalnym narzucie sterowania, i skutecznie wspiera dynamiczną alokację zasobów kanału bezprzewodowego, biorąc pod uwagę późne wejście i dynamiczne wyjście węzłów.
• Po trzecie, zapewnienie jakości usług transmisji danych (Jakość usług) jest kluczowa. Optymalizacja projektu protokołu MAC i protokołu routingu w samoorganizującej się sieci z wieloma przeskokami obejmuje uwzględnienie różnych wymagań usługowych dotyczących opóźnienia transmisji, szybkość transmisji, i współczynnik błędów pakietów transmisji. Osiągnięcie dynamicznej alokacji zasobów kanału i wybór optymalizacji trasy transmisji w warunkach optymalizacji wieloparametrowej i wielocelowej jest zadaniem wymagającym.
• W końcu, poważnym problemem jest złożoność środowiska elektromagnetycznego w zastosowaniach bojowych. Szczególnie w środowisku elektronicznych środków zaradczych, w którym występują celowe zakłócenia, pogorszenie jakości łącza komunikacyjnego znacząco wpływa na ogólną wydajność samoorganizującej się sieci UAV. Wymaga to, aby kształt fali komunikacyjnej w warstwie fizycznej i protokół MAC warstwy łącza danych były w stanie obsłużyć zakłócenia elektromagnetyczne.

Kształt fali komunikacyjnej zazwyczaj wykorzystuje technologie przeciwzakłóceniowe, takie jak widmo rozproszone (skakanie po częstotliwościach, bezpośrednie rozprzestrzenianie się) lub inteligentny wybór częstotliwości, wraz z solidnymi możliwościami kodowania z korekcją błędów, aby zapewnić jakość łącza komunikacyjnego. Przebieg komunikacji w warstwie fizycznej powinien umożliwiać wykrywanie środowiska elektromagnetycznego, protokół MAC powinien rozpoznawać zasoby kanału, a protokół routingu powinien rozumieć topologię sieci. Zaprojektowanie i wdrożenie odpowiedniej technologii przeciwzakłóceniowej, strategia alokacji zasobów kanału, i strategia routingu oparta na tym zrozumieniu jest niezbędna.

Kluczowe technologie samoorganizujących się sieci dronów powinny podkreślać aspekt sieci komunikacyjnej UAV, z wyłączeniem komponentu zadania ładunku warstwy aplikacji.

Pierwszym aspektem jest technologia przeciwzakłóceniowa związana z kształtem fali komunikacyjnej w warstwie fizycznej. Do zastosowań wojskowych samoorganizujących się sieci UAV, poruszanie się w złożonych środowiskach elektromagnetycznych jest niezbędne, uniknąć zakłóceń wroga, lub złagodzić negatywny wpływ zakłóceń na komunikację, aby zapewnić skuteczną komunikację. Technologia przeciwzakłóceniowa w komunikacji obejmuje przede wszystkim techniki widma rozproszonego i metody adaptacyjnego doboru częstotliwości. Widmo rozproszone obejmuje tradycyjne strategie przeciwzakłóceniowe, takie jak przeskakiwanie częstotliwości, widmo rozproszone z sekwencją bezpośrednią, i rozprzestrzeniać skakanie. W istocie, przeskok częstotliwości polega na tym, że wszystkie stacje radiowe w sieci synchronicznie zmieniają swoją częstotliwość nośną zgodnie z wcześniej ustaloną sekwencją przeskakiwania opartą na określonym wzorcu pseudolosowym, co pomaga zapobiegać przechwytywaniu i zakłóceniom. Adaptacyjny wybór częstotliwości wykorzystuje kognitywną technologię radiową do identyfikowania zakłóceń i oceny jakości komunikacji w czasie rzeczywistym w wyznaczonych kandydujących punktach częstotliwości. Jeśli bieżąca częstotliwość ulegnie zakłóceniom i jakość komunikacji ulegnie pogorszeniu, może szybko przełączyć się na częstotliwość o najlepszej jakości, wolną od zakłóceń. Do samoorganizujących się systemów sieciowych, wdrożenie szerokopasmowego szybkiego przeskakiwania częstotliwości wymaga stawienia czoła wyzwaniom, takim jak synchronizacja nośnych, synchronizacja bitów, i synchronizacja ramek typowa dla w pełni połączonych sieci, a także osiągnięcie pełnej synchronizacji czasu w sieci i synchronizacji wzorca przeskakiwania częstotliwości w scenariuszach z wieloma przeskokami, co jest wyzwaniem technicznym. Dotyczy adaptacyjnego wyboru częstotliwości, określenie, w jaki sposób ocenić jakość komunikacji na kandydujących częstotliwościach w czasie rzeczywistym oraz jak szybko i synchronicznie przenieść całą sieć na częstotliwość zapewniającą optymalną wydajność komunikacji w przypadku zakłóceń, to kluczowe technologie, które należy rozwiązać przed wdrożeniem samoorganizujących się sieci dronów w zastosowaniach wojskowych.

Drugim aspektem jest kontrola dostępu do nośnika (PROCHOWIEC) protokołu w warstwie łącza danych. W kontekście samoorganizujących się sieci dronów, wiąże się to z wykorzystaniem rozproszonego algorytmu do szybkiego i dynamicznego przydzielania odpowiednich zasobów kanału każdemu węzłowi bez polegania na centralnym węźle koordynującym. Celem jest zapewnienie wszystkim węzłom sprawiedliwego i skutecznego dostępu do ograniczonych zasobów kanału, osiągnięcie takich celów, jak niskie opóźnienia, wysoka niezawodność, i wysoką przepustowość. Stanowi to poważne wyzwanie i kluczową technologię, z którą muszą się zmierzyć samoorganizujące się sieci dronów.

Trzeci aspekt dotyczy protokołu routingu w warstwie sieci. Szybki ruch węzłów w samoorganizujących się sieciach UAV prowadzi do ciągłych zmian w topologii sieci. W związku z tym, zaprojektowanie algorytmu routingu, który jest szybki, wydajny, skalowalne, i możliwość dostosowania jest niezbędna. Algorytm ten powinien posiadać cechy takie jak szybki dostęp do sieci, szybkie przełączanie tras, szybka konwergencja, i minimalne obciążenie sterowania. Pokonanie tych wyzwań ma kluczowe znaczenie dla powodzenia samoorganizujących się sieci UAV.

Czwarty, Jakość usług (QoS) technologia. Wiele obecnych samoorganizujących się sieciowych stacji radiowych zostało opracowanych w oparciu o podejście wielowarstwowe. W tworzeniu protokołów MAC i routingu, Wykorzystywane są takie czynniki, jak wskazanie siły sygnału i bitowa stopa błędu z warstwy fizycznej, wraz z integracją technologii QOS i kontroli zatorów z warstwy transportowej. Dodatkowo, różne techniki adaptacyjne – takie jak adaptacja mocy, adaptacja modulacji, adaptacja kodowania, i dostosowywanie stawek — są stosowane w celu spełnienia różnorodnych wymagań dotyczących usług dotyczących opóźnień, wskaźnik, i utratę pakietów.

1. Opis techniczny doraźny

Wprowadzenie
Bezprzewodowe sieci ad hoc, powszechnie określane jako sieci Ad-Hoc powstały w wyniku różnych inicjatyw dotyczących zastosowań sieci pakietowych w łączności wojskowej pod przewodnictwem amerykańskiej DARPA. Ostatecznie przekształciły się w tak zwane sieci Ad-Hoc, przy czym IETF wyznacza je jako MANET (Mobilna sieć ad hoc).
Sieć Ad Hoc to unikalny typ bezprzewodowej sieci komunikacji mobilnej, w której wszystkie węzły mają równy status, eliminując potrzebę centralnego węzła sterującego, i wykazuje dużą odporność na zakłócenia. Każdy węzeł w sieci realizuje nie tylko funkcje typowe dla standardowych urządzeń mobilnych, ale także posiada możliwość przekazywania komunikatów. Gdy węzeł źródłowy i docelowy znajdują się poza wzajemnym zasięgiem bezpośredniej komunikacji, nadal mogą wymieniać informacje, kierując wiadomości przez węzły pośredniczące. W niektórych przypadkach, komunikacja może wymagać wielu węzłów pośredniczących, co oznacza, że ​​wiadomość musi przejść kilka przeskoków, aby dotrzeć do miejsca docelowego. Cecha ta odróżnia sieci Ad Hoc od innych systemów komunikacji mobilnej. Węzły w sieci Ad Hoc samoorganizują się i działają dzięki wspólnym wysiłkom warstwowych protokołów sieciowych i rozproszonych algorytmów.

Kluczowe cechy

Zdecentralizowane i rozproszone: Każda stacja radiowa ma taką samą wagę, i nie ma centralnego węzła. Węzły mogą swobodnie wchodzić i wychodzić z sieci, nie naruszając jej stabilności.

Przekaźnik wieloskokowy: Autoryzowane stacje radiowe mogą automatycznie realizować funkcje przekaźnikowe, zwiększenie zasięgu sieci.

Topologia adaptacyjna: System obsługuje routing dynamiczny, co czyni go idealnym rozwiązaniem dla środowisk takich jak wydarzenia sportowe, w których układ sieci często się zmienia.

Przejrzysta komunikacja IP: System umożliwia transmisję wszystkich danych w oparciu o protokół IP.

Transmisja o dużej wydajności: Stosowanie podejścia obejmującego wielu przewoźników, oferuje szerokopasmowy kanał komunikacji umożliwiający obsługę różnego rodzaju informacji, łącznie z danymi, głos, obrazy, i filmy.

2. Praktyczne studium przypadku wizualizowanego systemu komunikacji sieciowej ad hoc

1. Podsumowanie scenariuszy zastosowań
   Na konkretnym obszarze odbyło się ćwiczenie reportażowe upamiętniające 100. rocznicę powstania Komunistycznej Partii Chin, z udziałem uczestników specjalnej policji, walka z ogniem, Ratowanie awaryjne, rezerwy milicji, i inne odpowiednie jednostki. Członkowie zespołu wykazali się dobrą organizacją, entuzjastyczny, i pełen energii. Zgodnie z ujednoliconymi dyrektywami szybko przeszli do fazy wykonania. Nasza firma odpowiadała za zapewnienie bezpiecznej komunikacji, przekazywanie pierwszoosobowej perspektywy zdarzenia do punktu obserwacyjnego w czasie rzeczywistym. Spełniliśmy to zadanie i otrzymaliśmy pochwały od jednostki próbnej.

(II) Wymagania dotyczące zastosowania scenariusza

1. Przesyłaj strumieniowo wideo z perspektywy pierwszej osoby przedstawiające siły specjalne na duży ekran stanowiska dowodzenia w miejscu ćwiczeń;
2. Ze względu na protokoły poufności, danych wideo nie wolno przesyłać w sieciach publicznych;
3. Zapewnij płynną transmisję wideo, z wyraźnymi i stabilnymi obrazami podczas ćwiczeń;
4. Przekazuj dźwięk z miejsca zdarzenia na duży ekran w punkcie obserwacyjnym w czasie rzeczywistym.

(1) Funkcje funkcjonalne

1. Ukierunkowane na konkretne potrzeby biznesowe: Produkt został zaprojektowany tak, aby spełniać wymagania uzbrojonej policji, specjalna policja, i inne odpowiednie działy.
2. Spełnia standardy krajowe: Obsługuje protokół GB/T28181.
3. Pozycjonowanie w dwóch trybach za pomocą Beidou/GPS.
4. Cyfrowy domofon trunkingowy PTT do komunikacji zespołowej.
5. Pojemność pamięci lokalnej 128 GB, pozwalający na ciągłe nagrywanie przez co najmniej 60 godziny.
6. Wbudowana funkcja widzenia nocnego w podczerwieni, automatyczne przełączanie między trybem dziennym i nocnym w oparciu o czułość na światło.
7. Łatwa instalacja: Wyposażone w specjalny rzep dla policji uzbrojonej i specjalnej, dzięki czemu można go łatwo przymocować do kasku.
8. Obsługa jednym przyciskiem: Zaprojektowany z myślą o łatwości użytkowania, nawet w rękawiczkach.
9. Alarm awaryjny jednym kliknięciem: Żołnierze mogą zaalarmować centrum dowodzenia jednym kliknięciem, uruchomienie szyfrowanego zapisu alarmu.
10. Obsługuje szyfrowaną komunikację VPN z kodowaniem podwójnego strumienia; jeden strumień jest wysyłany do centrum dowodzenia, a drugi jest przechowywany lokalnie.
11. Kompatybilny z sieciami 4G firmy China Mobile, Chiny Unicom, i China Telecom.
12. Zapewnia możliwości wideo i interkomu głosowego w czasie rzeczywistym.
    (2) specyfikacje

(1) Funkcje funkcjonalne

1. kompaktowa konstrukcja, Idealny do noszenia lub użytku przenośnego.
2. Umożliwia dwukierunkową transmisję usług IP, w tym głos i wideo.
3. Obsługuje funkcję „Naciśnij i mów”. (PTT) Komunikacja głosowa.
4. Zawiera możliwości dynamicznego routingu, pozwalając na samoorganizację i odtworzenie sieci.
5. Zawiera wbudowaną obsługę Wi-Fi.
6. Zawiera wbudowaną technologię pozycjonowania GPS/Beidou.
7. Oferuje funkcję przezroczystej transmisji przez port szeregowy.
8. Ułatwia łączenie wielu urządzeń w sieci, gościnny do 32 węzły do ​​ciągłego przekazywania.
9. Zapewnia wysoką przepustowość i przepustowość, z bezprzewodowymi sieciami ad hoc zapewniającymi prędkość transmisji danych IP do 70Mbps.
10. Umożliwia elastyczne tworzenie sieci; struktura siatki obsługuje różne tryby komunikacji, takie jak punkt-punkt, wiele punktów do wielu punktów, osoba do osoby, osoba-pojazd, i pojazd do pojazdu.
11. Wykorzystuje zoptymalizowaną technikę modulacji z unikalnym trybem modulacji COFDM, zapewniając doskonałą penetrację RF i wydajność transmisji metodą dyfrakcji ścieżki.
12. Oferuje skalowalność, obsługując kamery IP innych firm jako źródła sygnału RF i umożliwiając bezpośrednie połączenia z samoorganizującymi się urządzeniami sieciowymi.
    (2) Specyfikacja techniczna