Mạng lưới tự tổ chức Drone Swarm

Mạng tự tổ chức Drone Swarm là gì?

Mạng tự tổ chức Drone Swarm là một công nghệ giải pháp mới và hiệu quả cho nhiều máy bay không người lái và nhiều trạm điều khiển mặt đất.

Một đàn máy bay không người lái là một mạng lưới tự tổ chức, trong đó mỗi máy bay không người lái vừa là máy phát vừa là máy thu và cũng có thể đóng vai trò là bộ lặp để truyền tín hiệu từ các máy bay không người lái khác..

Mạng lưới tự tổ chức của máy bay không người lái có nghĩa là trong mạng này, mỗi máy bay không người lái là một máy phát và máy thu, và cũng có thể đóng vai trò là trạm chuyển tiếp cho các máy bay không người lái khác truyền.

Không có nút điều khiển trung tâm trong mạng này, và mỗi nút đều bằng nhau. Đó là một mạng lưới phi tập trung. Khi máy bay không người lái bay quá xa hoặc mất tín hiệu vì lý do khác, nó sẽ tự động ngắt kết nối mạng, và các máy bay không người lái khác trong mạng sẽ không bị ảnh hưởng. Khi một máy bay không người lái mới bay gần mạng, nó có thể tự động tham gia mạng khi nó có được ủy quyền.

Bối cảnh của một mạng lưới tự tổ chức máy bay không người lái.

Với sự phát triển của công nghệ máy bay không người lái, Công nghệ truyền thông, và công nghệ mạng, Việc áp dụng máy bay không người lái đang trở nên rộng hơn. Các lĩnh vực ứng dụng của họ đã mở rộng để bao gồm các khu vực quân sự và dân sự khác nhau như ngành công nghiệp, nông nghiệp, từ xa, kiểm tra, phản ứng khẩn cấp, chữa cháy, và hoạt động quân sự. Trong lĩnh vực quân sự, Các nền tảng chiến đấu trên không không người lái đã sẵn sàng để trở thành một lực lượng chiến đấu quan trọng trong tương lai. Chiến đấu hợp tác đa UAV dự kiến sẽ là một xu hướng đáng kể trong các ứng dụng chiến đấu không người lái, đóng một vai trò ngày càng quan trọng trong chiến tranh. Mạng IP phân phối và phi tập trung, Dựa trên công nghệ ad hoc, đóng vai trò là nền tảng truyền thông cho cuộc chiến hợp tác đa UAV. Mạng này có thể tạo điều kiện chia sẻ thông tin tương tác nhanh chóng, cho phép nhận thức hợp tác, Chế biến, quyết định, và hành động tấn công, do đó tăng cường đáng kể khả năng sống sót và hiệu quả chiến đấu tổng thể của máy bay không người lái.

Xu hướng phát triển của mạng truyền thông UAV sẽ dựa trên công nghệ ad hoc như kiến trúc mạng cơ bản. Hoa Kỳ. Bộ Quốc phòng đã được xây dựng cụ thể về xu hướng phát triển này trong “Lộ trình phát triển xe không người lái” Được phát hành sớm nhất là 2005 và đã nhiều lần nhấn mạnh xu hướng phát triển này trong các phiên bản sau. Lý do tại sao Hoa Kỳ. Quân sự gắn liền rất quan trọng đối với nó là việc áp dụng công nghệ ad hoc có thể cho phép nhiều UAV nhanh chóng hình thành một phân tán, mạng rơle tự tổ chức đa hop không có trung tâm với việc tự tổ chức, tự phục hồi, và khả năng chống phá hủy cao, mở rộng đáng kể phạm vi phát hiện của nhóm UAV, và nâng cao hiệu quả nhận thức hợp tác và khả năng chia sẻ thông tin của nhóm UAV, từ đó nâng cao khả năng hợp tác xử lý, hợp tác ra quyết định, và đình công phối hợp. Hoa Kỳ. quân đội đã đi đầu trong nghiên cứu ứng dụng trong lĩnh vực này trong nhiều năm. TTNT và phiên bản tiến hóa đơn giản hóa QNT là các liên kết dữ liệu chiến thuật dựa trên công nghệ Ad hoc và kiến ​​trúc IP. Họ có hiệu suất kỹ thuật và chiến thuật vượt trội về quy mô mạng lưới, tốc độ truyền tải, độ trễ truyền, khả năng mở rộng mạng, và chống nhiễu, hình thành khả năng phối hợp chiến đấu mạnh mẽ và mở rộng đáng kể phong cách chiến đấu. Thông tin liên quan cho thấy 2 loại liên kết dữ liệu này đã được ứng dụng trong phối hợp UAV, phối hợp không đối đất, phối hợp máy bay-tên lửa, phối hợp tên lửa-tên lửa, Hạ cánh X47B, và tiếp nhiên liệu trên không bằng UAV.

Công nghệ ad hoc hay còn gọi là công nghệ mạng tự tổ chức, và mạng liên lạc đa UAV dựa trên công nghệ này được gọi là mạng tự tổ chức UAV. Dù gần như 20 năm nghiên cứu và thực hành của các nhà nghiên cứu khoa học trong nước, có rất ít hệ thống ứng dụng mạng tự tổ chức UAV thực tế. Những thách thức như sau:

• Trước hết, mạng có đặc điểm phân tán rất năng động. Cấu trúc liên kết mạng liên tục thay đổi, đặt ra những thách thức đáng kể cho việc phân bổ tài nguyên kênh và phát hiện và thiết lập nhanh chóng các tuyến đường.
• Thứ hai, Có một giới hạn trong tài nguyên kênh không dây. Giao thức MAC và giao thức định tuyến cần tăng cường tốc độ sử dụng của tài nguyên kênh với mức độ kiểm soát tối thiểu, và hỗ trợ hiệu quả phân bổ động của các tài nguyên kênh không dây xem xét nhập trễ và thoát động của các nút.
• thứ ba, Đảm bảo chất lượng truyền dữ liệu của dịch vụ (QoS) là rất quan trọng. Tối ưu hóa việc thiết kế giao thức MAC và giao thức định tuyến trong mạng tự tổ chức đa hop liên quan đến việc giải quyết các yêu cầu dịch vụ khác nhau cho độ trễ truyền tải, tốc độ truyền tải, và tỷ lệ lỗi gói truyền tải. Đạt được phân bổ động của các tài nguyên kênh và lựa chọn tối ưu hóa tuyến đường truyền trong các điều kiện tối ưu hóa đa tham số và đa mục tiêu là một nhiệm vụ đầy thách thức.
• Cuối cùng, sự phức tạp của môi trường điện từ trong các ứng dụng chiến đấu là một mối quan tâm đáng kể. Đặc biệt trong môi trường biện pháp đối phó điện tử có sự can thiệp có chủ ý, sự suy giảm chất lượng liên kết truyền thông ảnh hưởng đáng kể đến hiệu suất tổng thể của mạng tự tổ chức UAV. Điều này đòi hỏi dạng sóng giao tiếp của lớp vật lý và giao thức MAC của lớp liên kết dữ liệu phải có khả năng xử lý nhiễu điện từ..

Dạng sóng truyền thông thường sử dụng các công nghệ chống nhiễu như trải phổ (nhảy tần, lây lan trực tiếp) hoặc lựa chọn tần số thông minh, cùng với khả năng mã hóa sửa lỗi mạnh mẽ để đảm bảo chất lượng liên kết truyền thông. Dạng sóng giao tiếp lớp vật lý sẽ có thể phát hiện môi trường điện từ, giao thức MAC sẽ nhận ra tài nguyên kênh, và giao thức định tuyến phải hiểu cấu trúc liên kết mạng. Thiết kế và triển khai công nghệ chống nhiễu phù hợp, chiến lược phân bổ nguồn lực kênh, và chiến lược định tuyến dựa trên sự hiểu biết này là cần thiết.

Các công nghệ chính của mạng tự tổ chức máy bay không người lái cần nhấn mạnh khía cạnh mạng liên lạc UAV, loại trừ thành phần tác vụ tải trọng của lớp ứng dụng.

Khía cạnh đầu tiên là công nghệ chống nhiễu liên quan đến dạng sóng truyền thông lớp vật lý. Đối với các ứng dụng quân sự của mạng tự tổ chức UAV, điều cần thiết là phải điều hướng các môi trường điện từ phức tạp, tránh sự gián đoạn của kẻ thù, hoặc giảm thiểu tác động tiêu cực của nhiễu lên giao tiếp để đảm bảo giao tiếp hiệu quả. Công nghệ chống giao tiếp trong giao tiếp chủ yếu bao gồm các kỹ thuật phổ lan truyền và phương pháp lựa chọn tần số thích ứng. Phổ lan bao gồm các chiến lược chống can thiệp truyền thống như nhảy tần số, Phổ lan truyền trực tiếp, và lan truyền nhảy. Về bản chất, Nhảy tần số liên quan đến tất cả các đài phát thanh trong mạng thay đổi đồng bộ tần số sóng mang của chúng theo trình tự nhảy được xác định trước dựa trên một mẫu giả ngẫu nhiên cụ thể, giúp ngăn chặn việc đánh chặn và can thiệp. Lựa chọn tần số thích ứng sử dụng công nghệ vô tuyến nhận thức để xác định sự can thiệp và đánh giá chất lượng giao tiếp trong thời gian thực trên các điểm tần số ứng cử viên được chỉ định. Nếu tần số hiện tại trải qua sự can thiệp và chất lượng giao tiếp giảm, nó có thể nhanh chóng chuyển sang tần số với chất lượng tốt nhất mà không bị nhiễu. Đối với hệ thống mạng tự tổ chức, Việc triển khai nhảy tần tốc độ cao băng thông rộng đòi hỏi phải giải quyết các thách thức như đồng bộ hóa sóng mang, đồng bộ hóa bit, và đồng bộ hóa khung điển hình của các mạng được kết nối đầy đủ, cũng như đạt được sự đồng bộ hóa thời gian mạng hoàn chỉnh và đồng bộ hóa mô hình nhảy tần trong các kịch bản nhiều bước nhảy, đó là thách thức về mặt kỹ thuật. Về lựa chọn tần số thích ứng, Xác định cách đánh giá chất lượng giao tiếp của tần số ứng cử viên trong thời gian thực và cách chuyển đổi nhanh chóng và đồng bộ toàn bộ mạng sang tần số với hiệu suất giao tiếp tối ưu trong trường hợp nhiễu là các công nghệ quan trọng phải được giải quyết trước khi triển khai các mạng tự tổ chức máy bay trong các ứng dụng quân sự trong các ứng dụng quân sự trong các ứng dụng quân sự trong.

Khía cạnh thứ hai là điều khiển truy cập trung bình (MAC) giao thức trong lớp liên kết dữ liệu. Trong bối cảnh các mạng tự tổ chức máy bay không người lái, Điều này liên quan đến việc sử dụng một thuật toán phân tán để phân bổ nhanh chóng và tự động các tài nguyên kênh phù hợp cho mỗi nút mà không cần dựa vào một nút phối hợp trung tâm. Mục đích là để đảm bảo rằng tất cả các nút có thể truy cập công bằng và hiệu quả các tài nguyên kênh hạn chế, đạt được các mục tiêu như độ trễ thấp, độ tin cậy cao, và thông lượng cao. Điều này thể hiện một thách thức đáng kể và một công nghệ quan trọng mà các mạng tự tổ chức không người lái phải giải quyết.

Khía cạnh thứ ba liên quan đến giao thức định tuyến ở lớp mạng. Sự chuyển động nhanh chóng của các nút trong các mạng tự tổ chức UAV dẫn đến những thay đổi liên tục trong cấu trúc liên kết mạng. vì thế, Thiết kế một thuật toán định tuyến nhanh, có hiệu quả, có thể mở rộng, và thích nghi là điều cần thiết. Thuật toán này nên sở hữu các đặc điểm như truy cập mạng nhanh, Chuyển đổi định tuyến nhanh, hội tụ nhanh chóng, và chi phí kiểm soát tối thiểu. Vượt qua những thách thức này là rất quan trọng cho sự thành công của các mạng tự tổ chức UAV.

thứ tư, Chất lượng dịch vụ (QoS) Công nghệ. Nhiều đài phát thanh mạng tự tổ chức hiện tại đã được phát triển với phương pháp thiết kế lớp chéo. Trong việc tạo các giao thức Mac và định tuyến, các yếu tố như chỉ báo cường độ tín hiệu và tỷ lệ lỗi bit từ lớp vật lý được sử dụng, cùng với sự tích hợp của QOS và công nghệ kiểm soát tắc nghẽn từ lớp vận chuyển. Ngoài ra, các kỹ thuật thích ứng khác nhau—chẳng hạn như thích ứng năng lượng, thích ứng điều chế, thích ứng mã hóa, và điều chỉnh tốc độ—được sử dụng để đáp ứng các yêu cầu dịch vụ đa dạng liên quan đến độ trễ, tỷ lệ, và mất gói.

1. Mô tả kỹ thuật đặc biệt

Giới thiệu
Mạng ad hoc không dây, thường được gọi là mạng Ad-Hoc nổi lên từ nhiều sáng kiến ​​ứng dụng mạng gói khác nhau trong liên lạc quân sự do DARPA Hoa Kỳ dẫn đầu. Cuối cùng chúng đã phát triển thành mạng mà ngày nay được gọi là mạng Ad-Hoc, với IETF chỉ định chúng là MANET (Mạng ad hoc di động).
Mạng Ad Hoc là một loại mạng truyền thông di động không dây duy nhất trong đó tất cả các nút có trạng thái như nhau, loại bỏ sự cần thiết của một nút điều khiển trung tâm, và thể hiện khả năng phục hồi mạnh mẽ trước sự gián đoạn. Mỗi nút trong mạng không chỉ thực hiện các chức năng điển hình của thiết bị di động tiêu chuẩn mà còn có khả năng chuyển tiếp tin nhắn. Khi các nút nguồn và đích nằm ngoài phạm vi liên lạc trực tiếp của nhau, họ vẫn có thể trao đổi thông tin bằng cách định tuyến tin nhắn thông qua các nút trung gian. Trong một số trường hợp, giao tiếp có thể yêu cầu nhiều nút trung gian, nghĩa là tin nhắn phải đi qua nhiều bước nhảy để đến đích cuối cùng. Đặc điểm này giúp phân biệt mạng Ad Hoc với các hệ thống thông tin di động khác. Các nút trong mạng Ad Hoc đạt được khả năng tự tổ chức và vận hành thông qua nỗ lực hợp tác của các giao thức mạng phân lớp và thuật toán phân tán.

Đặc điểm chính

Phi tập trung và phân phối: Mỗi đài phát thanh đều có tầm quan trọng như nhau, và không có trung tâm trung tâm. Các nút có thể vào hoặc ra khỏi mạng một cách tự do mà không ảnh hưởng đến tính ổn định của mạng.

Rơle nhiều bước nhảy: Các đài phát thanh được ủy quyền có thể tự động thực hiện chức năng chuyển tiếp, tăng cường vùng phủ sóng của mạng.

Cấu trúc liên kết thích ứng: Hệ thống hỗ trợ định tuyến động, làm cho nó trở nên lý tưởng cho các môi trường như sự kiện thể thao nơi bố cục mạng thường xuyên thay đổi.

Truyền thông trong suốt IP: Hệ thống cho phép truyền tải dựa trên IP cho tất cả dữ liệu.

Truyền tải công suất cao: Sử dụng phương pháp tiếp cận đa sóng mang, nó cung cấp một kênh liên lạc băng thông rộng có khả năng xử lý nhiều loại thông tin khác nhau, bao gồm dữ liệu, tiếng nói, hình ảnh, và video.

2. Nghiên cứu điển hình thực tế về Hệ thống truyền thông mạng Ad Hoc trực quan

1. Tóm tắt các kịch bản ứng dụng
   Một cuộc tập trận báo cáo kỷ niệm 100 năm Đảng Cộng sản Trung Quốc diễn ra tại một khu vực cụ thể, có sự tham gia của cảnh sát đặc biệt, chữa cháy, Giải cứu khẩn cấp, lực lượng dân quân dự bị, và các đơn vị liên quan khác. Các thành viên trong nhóm đã được tổ chức tốt, nhiệt tình, và tràn đầy năng lượng. Họ nhanh chóng chuyển sang giai đoạn thực hiện theo chỉ đạo thống nhất. Công ty chúng tôi chịu trách nhiệm đảm bảo liên lạc an toàn, chuyển tiếp góc nhìn thứ nhất của sự kiện đến điểm quan sát trong thời gian thực. Chúng tôi đã hoàn thành nhiệm vụ này và nhận được bằng khen của đơn vị thử nghiệm.

(II) Yêu cầu đối với ứng dụng kịch bản

1. Truyền video góc nhìn thứ nhất từ ​​lực lượng đặc nhiệm lên màn hình lớn của bàn chỉ huy tại địa điểm tập trận;
2. Do các giao thức bảo mật, dữ liệu video không được truyền qua mạng công cộng;
3. Đảm bảo truyền video mượt mà, với hình ảnh rõ ràng và ổn định trong suốt bài tập;
4. Chuyển tiếp âm thanh tại chỗ tới màn hình lớn tại điểm quan sát trong thời gian thực.

(1) Tính năng chức năng

1. Nhắm mục tiêu cho các nhu cầu kinh doanh cụ thể: Sản phẩm được thiết kế đáp ứng yêu cầu của lực lượng cảnh sát vũ trang, cảnh sát đặc nhiệm, và các bộ phận liên quan khác.
2. Tuân thủ các tiêu chuẩn quốc gia: Nó hỗ trợ giao thức GB/T28181.
3. Định vị ở chế độ kép với Beidou/GPS.
4. Hệ thống liên lạc trung kế kỹ thuật số PTT để liên lạc nhóm.
5. Dung lượng lưu trữ cục bộ 128GB, cho phép ghi liên tục trong ít nhất 60 giờ.
6. Tích hợp khả năng nhìn đêm hồng ngoại, tự động chuyển đổi giữa chế độ ngày và đêm dựa trên độ nhạy sáng.
7. Dễ dàng cài đặt: Được trang bị Velcro đặc biệt cho cảnh sát vũ trang và đặc biệt, làm cho việc gắn vào mũ bảo hiểm trở nên đơn giản.
8. Thao tác bằng một nút bấm: Được thiết kế để dễ sử dụng, ngay cả khi đeo găng tay.
9. Báo động khẩn cấp bằng một cú nhấp chuột: Người lính có thể cảnh báo trung tâm chỉ huy chỉ bằng một cú nhấp chuột, kích hoạt bản ghi âm báo động được mã hóa.
10. Hỗ trợ giao tiếp được mã hóa VPN với mã hóa luồng kép; một luồng được gửi đến trung tâm chỉ huy trong khi luồng kia được lưu trữ cục bộ.
11. Tương thích với mạng 4G của China Mobile, G LTE 700/1700 / 2100Mhz, và Viễn thông Trung Quốc.
12. Cung cấp khả năng liên lạc video và thoại theo thời gian thực.
    (2) Thông số kỹ thuật

(1) Tính năng chức năng

1. Thiết kế nhỏ gọn, lý tưởng cho việc sử dụng có thể đeo hoặc di động.
2. Cho phép truyền tải hai chiều các dịch vụ IP, bao gồm cả giọng nói và video.
3. Hỗ trợ Push-To-Talk (PTT) giao tiếp bằng giọng nói.
4. Bao gồm khả năng định tuyến động, cho phép mạng tự tổ chức và phục hồi.
5. Tính năng hỗ trợ WiFi tích hợp.
6. Tích hợp công nghệ định vị GPS/Beidou tích hợp.
7. Cung cấp chức năng truyền trong suốt cổng nối tiếp.
8. Hỗ trợ kết nối mạng đa thiết bị, có sức chứa lên đến 32 các nút để chuyển tiếp liên tục.
9. Cung cấp băng thông và thông lượng cao, với mạng ad hoc không dây có khả năng truyền dữ liệu IP tốc độ lên tới 70Mbps.
10. Cho phép kết nối mạng linh hoạt; Cấu trúc lưới hỗ trợ nhiều chế độ truyền thông khác nhau như điểm-điểm, Đa điểm-điểm-điểm, người với người, người với xe, và xe với xe.
11. Sử dụng kỹ thuật điều chế được tối ưu hóa với chế độ điều chế COFDM độc đáo, đảm bảo hiệu suất truyền dẫn nhiễu xạ và xuyên thấu RF tuyệt vời.
12. Cung cấp khả năng mở rộng bằng cách hỗ trợ camera IP của bên thứ ba dưới dạng các nguồn RF và cho phép các kết nối trực tiếp đến các thiết bị mạng tự tổ chức.
    (2) Thông sô ky thuật