Самоорганизующаяся сеть Drone Swarm

Что такое самоорганизующаяся сеть роя дронов?

Самоорганизующаяся сеть Drone Swarm — это новая и эффективная технология решения для нескольких дронов и нескольких наземных станций управления..

Рой дронов — это самоорганизующаяся сеть, в которой каждый дрон является одновременно передатчиком и приемником, а также может служить ретранслятором для передач от других дронов..

Самоорганизующаяся сеть Swarm-дронов означает, что в этой сети, каждый дрон является передатчиком и приемником, а также может служить ретранслятором для передачи другими дронами.

В этой сети нет центрального узла управления., и каждый узел равен. Это децентрализованная сеть. Когда дрон улетает слишком далеко или теряет сигнал по другим причинам, он автоматически отключится от сети, и другие дроны в сети не будут затронуты. Когда новый дрон пролетает рядом с сетью, он может автоматически подключаться к сети после получения авторизации.

Предыстория самоорганизующейся сети роя дронов.

С развитием дронов, коммуникационные технологии, и сетевые технологии, применение дронов становится все более обширным. Области их применения расширились и теперь включают различные военные и гражданские сектора, такие как промышленность., сельское хозяйство, телеметрия, осмотр, аварийного реагирования, пожаротушение, и военные действия. В военной сфере, беспилотные воздушные боевые платформы могут стать решающей боевой силой в будущем. Ожидается, что совместный бой нескольких БПЛА станет важной тенденцией в боевых применениях дронов., играть все более важную роль в войне. Распределенная и децентрализованная IP-сеть, на основе специальной технологии, служит основой связи для совместного боя с участием нескольких БПЛА.. Эта сеть может способствовать быстрому интерактивному обмену информацией., обеспечение совместного восприятия, обработка, принятие решений, и атакующие действия, тем самым существенно повышая живучесть и общую боевую эффективность дронов.

Тенденция развития сетей связи БПЛА будет основана на специальной технологии в качестве базовой сетевой архитектуры.. США. Министерство обороны уже конкретно остановилось на этой тенденции развития в “Дорожная карта развития беспилотных летательных аппаратов” выпущен уже как 2005 и неоднократно подчеркивал эту тенденцию развития в следующих изданиях. Причина, по которой США. военные придают этому такое большое значение, что применение специальной технологии может позволить нескольким БПЛА быстро сформировать распределенную группировку., бесцентровая многопереходная маршрутизация, самоорганизующаяся сеть с самоорганизацией, самовосстановление, и высокие противоразрушительные возможности, существенно расширяет дальность обнаружения группы БПЛА, и эффективное улучшение возможностей совместного восприятия и обмена информацией группы БПЛА., тем самым расширяя возможности совместной обработки, совместное принятие решений, и скоординированный удар. США. военные уже много лет лидируют в области прикладных исследований в этой области.. TTNT и его упрощенная эволюционная версия QNT представляют собой тактические каналы передачи данных, основанные на специальной технологии и IP-архитектуре.. Они обладают превосходными техническими и тактическими характеристиками с точки зрения сетевого масштаба., скорость передачи, задержка передачи, масштабируемость сети, и защита от помех, формирование сильного потенциала боевой координации и значительное расширение боевого стиля. Соответствующая информация показывает, что эти два типа каналов передачи данных применялись при координации БПЛА., координация «воздух-земля», координация самолетов и ракет, ракетно-ракетная координация, Посадка X47B, и дозаправка БПЛА в воздухе.

Специальная технология называется технологией самоорганизующейся сети., а сеть связи с несколькими БПЛА, основанная на этой технологии, известна как самоорганизующаяся сеть БПЛА.. Несмотря на почти 20 лет исследований и практики отечественных ученых-исследователей, существует несколько практических систем самоорганизующихся сетевых приложений для БПЛА.. Проблемы заключаются в следующем:

• в первую очередь, сеть имеет высокодинамичные распределенные характеристики. Топология сети постоянно меняется, создавая серьезные проблемы для распределенного распределения ресурсов каналов и быстрого обнаружения и установления маршрутов.
• Во-вторых, существует ограничение на ресурсы беспроводного канала. Протокол MAC и протокол маршрутизации должны повысить коэффициент использования ресурсов канала с минимальными накладными расходами на управление., и эффективно поддерживать динамическое распределение ресурсов беспроводного канала с учетом позднего входа и динамического выхода узлов..
• в-третьих, обеспечение передачи данных. Качество обслуживания. (качество обслуживания) имеет решающее значение. Оптимизация конструкции протокола MAC и протокола маршрутизации в самоорганизующейся сети с несколькими переходами включает в себя удовлетворение различных требований к обслуживанию, связанных с задержкой передачи., скорость передачи, и частота ошибок при передаче пакетов. Достижение динамического распределения канальных ресурсов и выбор оптимизации маршрута передачи в условиях многопараметрической и многокритериальной оптимизации является сложной задачей..
• Наконец, сложность электромагнитной обстановки в боевых применениях вызывает серьезную озабоченность. Особенно в условиях электронного противодействия с преднамеренным вмешательством., ухудшение качества связи существенно влияет на общую производительность самоорганизующейся сети БПЛА. Это требует, чтобы форма сигнала связи физического уровня и протокол MAC уровня канала передачи данных были способны справляться с электромагнитными помехами..

В форме сигнала связи обычно используются технологии защиты от помех, такие как расширенный спектр. (скачкообразная перестройка частоты, прямой спред) или интеллектуальный выбор частоты, наряду с надежными возможностями кодирования с коррекцией ошибок для обеспечения качества канала связи.. Форма сигнала связи физического уровня должна быть способна обнаруживать электромагнитную среду., протокол MAC должен распознавать ресурсы канала, и протокол маршрутизации должен понимать топологию сети. Разработка и внедрение соответствующей технологии защиты от помех, стратегия распределения ресурсов канала, и стратегия маршрутизации, основанная на этом понимании, имеет важное значение..

Ключевые технологии самоорганизующихся сетей дронов должны подчеркивать сетевой аспект связи БПЛА., исключая компонент задачи полезной нагрузки прикладного уровня.

Первый аспект — это технология защиты от помех, связанная с формой сигнала связи на физическом уровне.. Для военного применения самоорганизующихся сетей БПЛА, важно ориентироваться в сложной электромагнитной среде, избежать помех со стороны противника, или смягчить негативное воздействие помех на связь, чтобы обеспечить эффективную связь. Технология защиты от помех в связи в первую очередь включает в себя методы расширения спектра и методы адаптивного выбора частоты.. Расширение спектра включает традиционные стратегии защиты от помех, такие как скачкообразная перестройка частоты., расширенный спектр прямой последовательности, и распространять прыжки. По сути, Скачкообразное изменение частоты предполагает синхронное изменение всех радиостанций в сети несущей частоты связи в соответствии с заранее определенной последовательностью скачкообразного изменения, основанной на определенном псевдослучайном шаблоне., что помогает предотвратить перехват и вмешательство. Адаптивный выбор частоты использует технологию когнитивного радио для выявления помех и оценки качества связи в режиме реального времени в назначенных возможных точках частоты.. Если на текущей частоте возникают помехи и качество связи ухудшается, он может быстро переключиться на частоту с лучшим качеством и без помех. Для самоорганизующихся сетевых систем, реализация широкополосного высокоскоростного скачкообразного изменения частоты требует решения таких проблем, как синхронизация несущей., битовая синхронизация, и синхронизация кадров, типичная для полностью подключенных сетей, а также достижение полной синхронизации времени сети и синхронизации шаблонов скачкообразной перестройки частоты в сценариях с несколькими переходами., что технически сложно. Относительно адаптивного выбора частоты, определение того, как оценить качество связи на частотах-кандидатах в режиме реального времени и как быстро и синхронно перевести всю сеть на частоту с оптимальными характеристиками связи в случае помех, являются критически важными технологиями, которые необходимо решить перед развертыванием самоорганизующихся сетей дронов. в военном применении.

Второй аспект — это контроль доступа к среде. (MAC) протокол на канальном уровне. В контексте самоорганизующихся сетей дронов, это предполагает использование распределенного алгоритма для быстрого и динамического распределения подходящих ресурсов канала каждому узлу, не полагаясь на центральный координирующий узел.. Цель состоит в том, чтобы гарантировать, что все узлы могут справедливо и эффективно получать доступ к ограниченным ресурсам канала., достижение таких целей, как низкая задержка, высокая надежность, и высокая пропускная способность. Это представляет собой серьезную проблему и важнейшую технологию, которую должны решать самоорганизующиеся сети дронов..

Третий аспект относится к протоколу маршрутизации на сетевом уровне.. Быстрое перемещение узлов в самоорганизующихся сетях БПЛА приводит к постоянным изменениям топологии сети.. Следовательно, разработка алгоритма маршрутизации, который будет быстрым, эффективный, масштабируемый, и адаптируемость имеет важное значение. Этот алгоритм должен обладать такими характеристиками, как быстрый доступ к сети., быстрое переключение маршрутизации, быстрое сближение, и минимальные затраты на контроль. Преодоление этих проблем жизненно важно для успеха самоорганизующихся сетей БПЛА..

Четвертый, Качество обслуживания (Качество обслуживания) технологии. Многие современные самоорганизующиеся сетевые радиостанции были разработаны с использованием межуровневого подхода к проектированию.. При создании MAC и протоколов маршрутизации, используются такие факторы, как индикация уровня сигнала и частота ошибок по битам с физического уровня., наряду с интеграцией QOS и технологий контроля перегрузки с транспортного уровня. Кроме того, различные методы адаптации, такие как адаптация мощности, адаптация модуляции, адаптация кодирования, и адаптация скорости — используются для удовлетворения разнообразных требований к обслуживанию в отношении задержки, ставка, и потеря пакетов.

1. Специальное техническое описание

Введение
Беспроводные одноранговые сети, Сети, обычно называемые Ad-Hoc, возникли в результате различных инициатив по применению пакетных сетей в военной сфере связи под руководством DARPA США.. В конечном итоге они превратились в то, что сейчас известно как Ad-Hoc сети., при этом IETF обозначил их как MANET (Мобильная одноранговая сеть).
Одноранговая сеть — это уникальный тип беспроводной сети мобильной связи, в которой все узлы имеют одинаковый статус., устранение необходимости в центральном узле управления, и демонстрируя сильную устойчивость к сбоям. Каждый узел сети не только выполняет функции, типичные для стандартных мобильных устройств, но и обладает возможностью ретрансляции сообщений.. Когда узлы источника и назначения находятся за пределами зоны прямой связи друг друга, они все еще могут обмениваться информацией, маршрутизируя сообщения через промежуточные узлы.. В некоторых случаях, для связи может потребоваться несколько промежуточных узлов, это означает, что сообщение должно пройти несколько прыжков, чтобы достичь конечного пункта назначения.. Эта характеристика отличает сети Ad Hoc от других систем мобильной связи.. Узлы в сети Ad Hoc достигают самоорганизации и работы благодаря совместным усилиям многоуровневых сетевых протоколов и распределенных алгоритмов..

Ключевые характеристики

Децентрализованный и распределенный: Каждая радиостанция имеет одинаковое значение, и нет центрального узла. Узлы могут свободно входить в сеть и выходить из нее без ущерба для ее стабильности..

Многоскачковое реле: Авторизованные радиостанции могут автоматически выполнять функции ретрансляции, расширение покрытия сети.

Адаптивная топология: Система поддерживает динамическую маршрутизацию., что делает его идеальным для таких сред, как спортивные мероприятия, где схема сети часто меняется..

Прозрачная IP-связь: Система обеспечивает IP-передачу всех данных..

Высокопроизводительная трансмиссия: Использование подхода с несколькими несущими, он предлагает широкополосный канал связи, способный обрабатывать различные типы информации., включая данные, голос, изображения, и видео.

2. Практический пример визуализированной системы специальной сетевой связи

1. Краткое описание сценариев применения
   На конкретном участке состоялось отчетное учение, посвященное 100-летию Коммунистической партии Китая, с участием участников спецназа, пожаротушение, аварийно-спасательный, резервы милиции, и другие соответствующие подразделения. Члены команды были хорошо организованы., восторженный, и полный энергии. Они оперативно перешли к этапу производительности, следуя единым директивам.. Наша компания отвечала за обеспечение безопасной связи, передача вида события от первого лица на точку наблюдения в режиме реального времени. Мы выполнили эту задачу и получили благодарность от опытного подразделения..

(II) Требования к сценарному применению

1. Транслируйте видео от первого лица от спецназа на большой экран командного пункта на месте учений.;
2. В соответствии с протоколами конфиденциальности, видеоданные не должны передаваться по сетям общего пользования;
3. Обеспечьте плавную передачу видео, с четким и стабильным изображением на протяжении всего упражнения;
4. Передавайте звук с места на большой экран на наблюдательной площадке в режиме реального времени..

(1) Функциональные особенности

1. Ориентирован на конкретные потребности бизнеса: Продукт разработан с учетом требований вооруженной полиции., специальная полиция, и другие соответствующие отделы.
2. Соответствует национальным стандартам: Он поддерживает протокол GB/T28181..
3. Двухрежимное позиционирование с Beidou/GPS.
4. Цифровой транкинговый домофон PTT для командной связи.
5. Емкость локального хранилища 128 ГБ., позволяющая осуществлять непрерывную запись в течение как минимум 60 часов.
6. Встроенная функция инфракрасного ночного видения., автоматическое переключение между дневным и ночным режимами в зависимости от светочувствительности.
7. Простота установки: Оснащен специальной липучкой для вооруженной и специальной полиции., упрощает крепление к шлемам.
8. Управление одной кнопкой: Создан для простоты использования, даже в перчатках.
9. Аварийная сигнализация в один клик: Солдаты могут оповестить командный центр одним щелчком мыши., запуск зашифрованной записи тревоги.
10. Поддерживает зашифрованную связь VPN с двухпотоковым кодированием.; один поток отправляется в командный центр, а другой сохраняется локально.
11. Совместимость с сетями 4G от China Mobile., China Unicom, и Чайна Телеком.
12. Обеспечивает возможности видео- и голосовой внутренней связи в реальном времени..
    (2) Характеристики

(1) Функциональные особенности

1. Компактный дизайн, идеально подходит для портативного или портативного использования.
2. Обеспечивает двустороннюю передачу IP-услуг., включая голос и видео.
3. Поддерживает функцию «Нажми и говори» (тангента) голосовая связь.
4. Включает возможности динамической маршрутизации, возможность самоорганизации и восстановления сети.
5. Имеет встроенную поддержку Wi-Fi..
6. Включает встроенную технологию позиционирования GPS/Beidou..
7. Предлагает функцию прозрачной передачи данных через последовательный порт..
8. Облегчает работу в сети с несколькими устройствами, размещение до 32 узлы для непрерывной ретрансляции.
9. Обеспечивает высокую пропускную способность и пропускную способность., с беспроводными одноранговыми сетями со скоростью передачи IP-данных до 70 Мбит/с..
10. Обеспечивает гибкую сеть; ячеистая структура поддерживает различные режимы связи, такие как двухточечный, многоточечный-ко-многоточечный, личный контакт, человек-автомобиль, и между транспортными средствами.
11. Использует оптимизированную технику модуляции с уникальным режимом модуляции COFDM., обеспечение превосходного проникновения радиочастотных сигналов и характеристик передачи дифракции пути.
12. Обеспечивает масштабируемость за счет поддержки IP-камер сторонних производителей в качестве источников радиочастот и обеспечения прямого подключения к самоорганизующимся сетевым устройствам..
    (2) Технические характеристики