เครือข่ายการจัดระเบียบตัวเองของ Swarm Drone คืออะไร?
Drone Swarm Self-Organizing Network is a new and effective solution technology for multiple drones and multiple ground control stations.
A swarm of drones is a self-organizing network in which each drone is both a transmitter and a receiver and can also serve as a repeater for transmissions from other drones.
Swarm drone self-organizing network means that in this network, each drone is a transmitter and a receiver, and can also serve as a relay for other drones to transmit.
There is no central control node in this network, and each node is equal. It is a decentralized network. When a drone flies too far or loses signal for other reasons, it will automatically disconnect from the network, and other drones in the network will not be affected. When a new drone flies close to the network, it can automatically join the network when it obtains authorization.
The background of a Drone Swarm Self-Organizing Network.
With the development of drone technology, communication technology, and network technology, the application of drones is becoming more extensive. Their application fields have expanded to include various military and civilian sectors such as industry, เกษตรกรรม, มาตร, การตรวจสอบ, การตอบสนองฉุกเฉิน, ดับเพลิง, และการปฏิบัติการทางทหาร. In the military domain, unmanned aerial combat platforms are poised to become a crucial combat force in the future. Multi-UAV cooperative combat is expected to be a significant trend in drone combat applications, playing an increasingly vital role in warfare. The distributed and decentralized IP network, based on Ad hoc technology, serves as the communication foundation for multi-UAV cooperative combat. This network can facilitate rapid interactive information sharing, enabling collaborative perception, การประมวลผล, การตัดสินใจ, and attack actions, thereby significantly enhancing the survivability and overall combat effectiveness of drones.
The development trend of UAV communication networking will be based on Ad hoc technology as the basic network architecture. The U.S. Department of Defense has already specifically elaborated on this development trend in the “Unmanned Aerial Vehicle Development Roadmap” released as early as 2005 and has repeatedly emphasized this development trend in the following editions. The reason why the U.S. military attaches so much importance to it is that the application of Ad hoc technology can enable multiple UAVs to quickly form a distributed, centerless multi-hop routing relay self-organizing network with self-organization, self-recovery, and high anti-destruction capabilities, greatly expanding the detection range of the UAV group, and effectively improving the cooperative perception and information sharing capabilities of the UAV group, thereby enhancing the ability of cooperative processing, cooperative decision-making, and coordinated strike. The U.S. military has been leading in application research in this field for many years. TTNT and its simplified evolution version QNT are tactical data links based on Ad hoc technology and IP architecture. They have superior technical and tactical performance in terms of networking scale, transmission rate, ความล่าช้าในการส่ง, network scalability, and anti-interference, forming a strong combat coordination capability and greatly expanding the combat style. Relevant information shows that these two types of data links have been applied in UAV coordination, air-to-ground coordination, aircraft-missile coordination, missile-missile coordination, X47B landing, and UAV aerial refueling.
Ad hoc technology is referred to as self-organizing network technology, and the multi-UAV communication network based on this technology is known as UAV self-organizing network. Despite nearly 20 years of research and practice by domestic scientific researchers, there are few practical UAV self-organizing network application systems. The challenges are as follows:
- ประการแรก, the network has highly dynamic distributed characteristics. The network topology constantly changes, posing significant challenges for the distributed allocation of channel resources and the rapid discovery and establishment of routes.
- ประการที่สอง, there is a limitation in wireless channel resources. The MAC protocol and routing protocol need to enhance the utilization rate of channel resources with minimal control overhead, and effectively support dynamic allocation of wireless channel resources considering late entry and dynamic exit of nodes.
- ประการที่สาม, ensuring data transmission Quality of Service (Qos) เป็นสิ่งสำคัญ. Optimizing the design of MAC protocol and routing protocol in a multi-hop self-organizing network involves addressing various service requirements for transmission delay, transmission rate, and transmission packet error rate. Achieving dynamic allocation of channel resources and transmission route optimization selection under multi-parameter and multi-objective optimization conditions is a challenging task.
- Lastly, ความซับซ้อนของสภาพแวดล้อมทางแม่เหล็กไฟฟ้าในแอพพลิเคชั่นการต่อสู้เป็นข้อกังวลที่สำคัญ. โดยเฉพาะอย่างยิ่งในสภาพแวดล้อมการตอบโต้ทางอิเล็กทรอนิกส์ที่มีการรบกวนโดยเจตนา, ความเสื่อมโทรมของคุณภาพการเชื่อมโยงการสื่อสารคุณภาพส่งผลกระทบต่อประสิทธิภาพโดยรวมของเครือข่ายการจัดระเบียบตนเองของ UAV อย่างมีนัยสำคัญ. สิ่งนี้จำเป็นต้องมีรูปแบบคลื่นการสื่อสารเลเยอร์ทางกายภาพและโปรโตคอล MAC Data Link Layer เพื่อให้สามารถจัดการกับสัญญาณรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้า.
รูปแบบคลื่นการสื่อสารมักใช้เทคโนโลยีต่อต้านการแทรกซึมเช่น Spread Spectrum (การกระโดดความถี่, การแพร่กระจายโดยตรง) หรือการเลือกความถี่อัจฉริยะ, พร้อมกับความสามารถในการแก้ไขข้อผิดพลาดที่แข็งแกร่งเพื่อให้แน่ใจว่าคุณภาพการเชื่อมโยงการสื่อสาร. รูปคลื่นการสื่อสารเลเยอร์ทางกายภาพควรจะสามารถตรวจจับสภาพแวดล้อมทางแม่เหล็กไฟฟ้า, the MAC protocol should recognize channel resources, and the routing protocol should understand the network topology. Designing and implementing appropriate anti-interference technology, channel resource allocation strategy, and routing strategy based on this understanding is essential.
The key technologies of drone self-organizing networks should emphasize the UAV communication networking aspect, excluding the payload task component of the application layer.
The first aspect is the anti-interference technology related to the physical layer communication waveform. For military applications of UAV self-organizing networks, it is essential to navigate complex electromagnetic environments, avoid enemy disruptions, or mitigate the negative impacts of interference on communication to ensure effective communication. Anti-interference technology in communication primarily encompasses spread spectrum techniques and adaptive frequency selection methods. Spread spectrum includes traditional anti-interference strategies such as frequency hopping, direct sequence spread spectrum, and spread hopping. ในสาระสำคัญ, frequency hopping involves all radio stations in the network synchronously changing their communication carrier frequency according to a predetermined hopping sequence based on a specific pseudo-random pattern, which helps prevent interception and interference. Adaptive frequency selection employs cognitive radio technology to identify interference and assess communication quality in real time across designated candidate frequency points. If the current frequency experiences interference and communication quality declines, it can swiftly switch to the frequency with the best quality that is free from interference. For self-organizing network systems, implementing broadband high-speed frequency hopping requires addressing challenges such as carrier synchronization, bit synchronization, and frame synchronization typical of fully connected networks, as well as achieving complete network time synchronization and frequency hopping pattern synchronization in multi-hop scenarios, which is technically challenging. Regarding adaptive frequency selection, determining how to evaluate the communication quality of candidate frequencies in real-time and how to quickly and synchronously transition the entire network to the frequency with optimal communication performance in the event of interference are critical technologies that must be resolved before deploying drone self-organizing networks in military applications.
The second aspect is the Medium Access Control (MAC) protocol within the data link layer. In the context of drone self-organizing networks, this involves utilizing a distributed algorithm to swiftly and dynamically allocate suitable channel resources to each node without relying on a central coordinating node. The aim is to ensure that all nodes can fairly and efficiently access the limited channel resources, achieving objectives such as low latency, ความน่าเชื่อถือสูง, and high throughput. This represents a significant challenge and a crucial technology that drone self-organizing networks must address.
The third aspect pertains to the routing protocol at the network layer. The rapid movement of nodes in UAV self-organizing networks leads to constant changes in network topology. ดังนั้น, designing a routing algorithm that is fast, มีประสิทธิภาพ, ปรับขนาดได้, and adaptable is essential. This algorithm should possess characteristics such as quick network access, rapid routing switching, swift convergence, and minimal control overhead. Overcoming these challenges is vital for the success of UAV self-organizing networks.
ที่สี่, คุณภาพบริการ (Qos) เทคโนโลยี. Many current self-organizing network radio stations have been developed with a cross-layer design approach. In creating the MAC and routing protocols, factors such as signal strength indication and bit error rate from the physical layer are utilized, along with the integration of QOS and congestion control technologies from the transport layer. นอกจากนี้, various adaptation techniques—such as power adaptation, modulation adaptation, coding adaptation, and rate adaptation—are employed to meet the diverse service requirements regarding delay, ประเมิน, and packet loss.
1. Ad-Hoc Technical Description
บทนำ
Wireless ad hoc networks, commonly referred to as Ad-Hoc networks emerged from various packet network application initiatives in military communications led by the US DARPA. They eventually evolved into what are now known as Ad-Hoc networks, with the IETF designating them as MANET (เครือข่ายเฉพาะกิจ).
เครือข่ายเฉพาะกิจเป็นเครือข่ายการสื่อสารมือถือไร้สายที่ไม่ซ้ำกันซึ่งโหนดทั้งหมดมีสถานะเท่ากัน, ไม่จำเป็นต้องใช้โหนดควบคุมส่วนกลาง, และแสดงความยืดหยุ่นที่แข็งแกร่งต่อการหยุดชะงัก. แต่ละโหนดในเครือข่ายไม่เพียงทำหน้าที่ตามปกติของอุปกรณ์มือถือมาตรฐานเท่านั้น แต่ยังมีความสามารถในการถ่ายทอดข้อความ. เมื่อโหนดต้นทางและปลายทางอยู่นอกช่วงการสื่อสารโดยตรงของกันและกัน, พวกเขายังสามารถแลกเปลี่ยนข้อมูลได้โดยการกำหนดเส้นทางข้อความผ่านโหนดตัวกลาง. ในบางกรณี, การสื่อสารอาจต้องใช้โหนดตัวกลางหลายโหนด, หมายถึงข้อความจะต้องสำรวจฮ็อปหลายครั้งเพื่อไปยังปลายทางสุดท้าย. ลักษณะนี้แยกความแตกต่างเครือข่ายเฉพาะกิจจากระบบการสื่อสารมือถืออื่น ๆ. The nodes within an Ad Hoc network achieve self-organization and operation through the collaborative efforts of layered network protocols and distributed algorithms.
ลักษณะสำคัญ
Decentralized and distributed: Every radio station holds equal importance, and there is no central hub. Nodes can enter or exit the network freely without compromising its stability.
รีเลย์มัลติฮอป: Authorized radio stations can automatically perform relay functions, enhancing the network’s coverage.
Adaptive topology: The system supports dynamic routing, making it ideal for environments like sports events where the network layout frequently changes.
IP transparent communication: The system enables IP-based transmission for all data.
High-capacity transmission: Utilizing a multi-carrier approach, it offers a broadband communication channel capable of handling various types of information, including data, เสียง, images, and videos.
2. Practical Case Study of Visualized Ad Hoc Network Communication System
- Summary of Application Scenarios
A report exercise commemorating the 100th anniversary of the Communist Party of China took place in a specific area, involving participants from special police, ดับเพลิง, การช่วยเหลือฉุกเฉิน, militia reserves, and other relevant units. The team members were well-organized, enthusiastic, and full of energy. They promptly transitioned into the performance phase following unified directives. Our company was responsible for ensuring secure communication, relaying a first-person perspective of the event to the observation point in real time. We accomplished this task and received commendations from the trial unit.
(ครั้งที่สอง) ข้อกำหนดสำหรับแอปพลิเคชันสถานการณ์
- สตรีมวิดีโอมุมมองบุคคลแรกจากกองกำลังพิเศษไปยังหน้าจอขนาดใหญ่ของ Desk Desk ที่ตำแหน่งการออกกำลังกาย;
- เนื่องจากโปรโตคอลการรักษาความลับ, ข้อมูลวิดีโอจะต้องไม่ถูกส่งผ่านเครือข่ายสาธารณะ;
- ตรวจสอบให้แน่ใจว่ามีการส่งวิดีโอที่ราบรื่น, ด้วยภาพที่ชัดเจนและมั่นคงตลอดการออกกำลังกาย;
- ถ่ายทอดเสียงในสถานที่ไปยังหน้าจอขนาดใหญ่ที่จุดสังเกตการณ์แบบเรียลไทม์.
(1) คุณสมบัติการใช้งาน
- กำหนดเป้าหมายสำหรับความต้องการทางธุรกิจเฉพาะ: ผลิตภัณฑ์ถูกออกแบบมาเพื่อตอบสนองความต้องการของตำรวจติดอาวุธ, ตำรวจพิเศษ, และแผนกอื่น ๆ ที่เกี่ยวข้อง.
- ปฏิบัติตามมาตรฐานแห่งชาติ: รองรับโปรโตคอล GB/T28181.
- การวางตำแหน่งโหมดสองโหมดด้วย beidou/gps.
- PTT Digital Trunking Intercom สำหรับการสื่อสารเป็นทีม.
- ความจุในพื้นที่ 128GB, อนุญาตให้มีการบันทึกอย่างต่อเนื่องเป็นอย่างน้อย 60 ชั่วโมง.
- ความสามารถในการมองเห็นตอนกลางคืนอินฟราเรดในตัว, การสลับระหว่างโหมดกลางวันและกลางคืนโดยอัตโนมัติตามความไวแสง.
- ติดตั้งง่าย: พร้อมกับ Velcro พิเศษสำหรับตำรวจติดอาวุธและพิเศษ, ทำให้ง่ายต่อการแนบหมวกกันน็อก.
- การดำเนินการหนึ่งปุ่ม: ออกแบบมาเพื่อความสะดวกในการใช้งาน, แม้เมื่อใส่ถุงมือ.
- สัญญาณเตือนฉุกเฉินแบบคลิกเดียว: ทหารสามารถแจ้งเตือนศูนย์คำสั่งด้วยคลิกเดียว, ทริกเกอร์การบันทึกที่เข้ารหัสของการเตือนภัย.
- รองรับการสื่อสารที่เข้ารหัส VPN ด้วยการเข้ารหัสแบบ Dual Stream; สตรีมหนึ่งจะถูกส่งไปยังศูนย์บัญชาการในขณะที่อีกสายหนึ่งถูกเก็บไว้ในเครื่อง.
- เข้ากันได้กับเครือข่าย 4G จาก China Mobile, ประวัติย่อมือถือ, และจีนโทรคมนาคม.
- ให้ความสามารถในวิดีโอและเสียงอินเตอร์คอมพากต์แบบเรียลไทม์.
(2) ข้อมูลจำเพาะ
(1) คุณสมบัติการใช้งาน
- การออกแบบที่กะทัดรัด, เหมาะสำหรับการใช้งานที่สวมใส่ได้หรือแบบพกพา.
- เปิดใช้งานการส่งบริการ IP สองทาง, รวมถึงเสียงและวิดีโอ.
- รองรับ push-to-talk (ปตท) การสื่อสารด้วยเสียง.
- รวมถึงความสามารถในการกำหนดเส้นทางแบบไดนามิก, อนุญาตให้มีการจัดระเบียบตนเองและการกู้คืนเครือข่าย.
- คุณสมบัติการรองรับ wifi ในตัว.
- รวมเทคโนโลยีการวางตำแหน่ง GPS/Beidou ในตัวในตัว.
- เสนอฟังก์ชั่นการส่งสัญญาณแบบโปร่งใสพอร์ตอนุกรม.
- อำนวยความสะดวกในการสร้างเครือข่ายหลายอุปกรณ์, รองรับ 32 โหนดสำหรับการถ่ายทอดอย่างต่อเนื่อง.
- ให้แบนด์วิดท์สูงและปริมาณงาน, ด้วยเครือข่ายเฉพาะกิจไร้สายที่สามารถอัตราการส่งข้อมูล IP ได้สูงถึง 70Mbps.
- ช่วยให้เครือข่ายที่ยืดหยุ่น; โครงสร้างตาข่ายรองรับโหมดการสื่อสารที่หลากหลายเช่นจุดต่อจุด, หลายจุดถึงจุดรวม, บุคคลถึงคน, ผู้คนไปยังรถยนต์, และยานพาหนะกับยานพาหนะ.
- ใช้เทคนิคการมอดูเลตที่เหมาะสมกับโหมดการมอดูเลต COFDM ที่ไม่ซ้ำกัน, สร้างความมั่นใจในการเจาะ RF ที่ยอดเยี่ยมและประสิทธิภาพการส่งสัญญาณการเลี้ยวเบน.
- นำเสนอความสามารถในการปรับขนาดได้โดยรองรับกล้อง IP ของบุคคลที่สามเป็นแหล่ง RF และเปิดใช้งานการเชื่อมต่อโดยตรงกับอุปกรณ์เครือข่ายที่จัดระเบียบตนเอง.
(2) ข้อกำหนดทางเทคนิค
ถามคำถาม
ข้อความของคุณถูกส่งแล้ว