無人機群自組織網絡

什麼是無人機群自組織網絡?

無人機群自組織網路是一種針對多架無人機和多個地面控制站的新型有效解決技術.

無人機群是一個自組織網絡，其中每架無人機既是發射器又是接收器，還可以充當其他無人機傳輸的中繼器.

群體無人機自組織網路意味著在這個網路中, 每架無人機都是一個發射器和一個接收器, 也可以作為其他無人機傳輸的中繼.

該網路中沒有中央控制節點, 且每個節點都是相等的. 這是一個去中心化的網絡. 當無人機飛得太遠或因其他原因失去訊號時, 它會自動斷開網路連接, 網路中的其他無人機不會受到影響. 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, 農業, 遙測, 檢查, 緊急響應, 消防, 和軍事行動. 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, 為多無人機協同作戰的通訊基礎. 該網絡可以促進快速互動資訊共享, 實現協作感知, 處理, 決策, 和攻擊動作, 從而顯著增強無人機的生存能力和整體戰鬥力.

無人機通訊組網的發展趨勢將以Ad hoc技術為基本網路架構. 美國. 國防部在2017年的報告中已經具體闡述了這一發展趨勢 “無人機發展路線圖” 早於發布 2005 並在後續版本中多次強調此發展趨勢. 原因是美國. 軍方如此重視的一點是，Ad hoc技術的應用可以讓多架無人機快速形成分散式, 具有自組織能力的無中心多跳路由中繼自組織網絡, 自我恢復, 和高抗破壞能力, 大大拓展了無人機群的探測範圍, 有效提升無人機群協同感知與資訊分享能力, 從而增強協同處理能力, 合作決策, 和協同打擊. 美國. 軍方多年來在該領域的應用研究上一直處於領先地位. TTNT及其簡化演進版本QNT是基於Ad hoc技術和IP架構的戰術資料鏈. 他們在組網規模方面具有優越的技戰術表現, 傳輸速率, 傳輸延遲, 網路可擴充性, 和抗干擾, 形成強大的作戰協同能力，作戰方式大為拓展. 相關資料顯示，這兩類數據鏈已在無人機協同中應用, 空地協調, 機導彈協調, 導彈與導彈之間的協調, X47B著陸, 和無人機空中加油.

Ad hoc技術簡稱自組織網路技術, 基於該技術的多無人機通訊網路被稱為無人機自組織網絡. 儘管幾乎 20 國內科研人員多年的研究與實踐, 實用的無人機自組織網路應用系統較少. 挑戰如下:

• 首先, 網路具有高度動態的分散式特性. 網路拓撲不斷變化, 對通道資源的分散式分配以及路由的快速發現和建立提出了重大挑戰.
• 其次, 無線頻道資源有限. MAC協定和路由協定需要以最小的控制開銷提高通道資源的利用率, 有效支援考慮節點遲進入和動態退出的無線通道資源動態分配.
• 第三, 確保資料傳輸服務品質 (服務品質) 至關重要. 多跳自組織網路中MAC協定和路由協定的最佳化設計涉及滿足各種業務對傳輸延遲的要求, 傳輸速率, 和傳輸包錯誤率. 實現多參數、多目標最佳化條件下的通道資源動態分配和傳輸路由最佳化選擇是一項具有挑戰性的任務.
• 最後, 戰鬥應用中電磁環境的複雜性是一個值得關注的問題. 特別是在有故意幹擾的電子對抗環境中, 通訊鏈路品質的下降顯著影響無人機自組織網路的整體性能. 這就要求實體層通訊波形和資料鏈結層MAC協定能夠處理電磁幹擾.

通訊波形通常利用擴頻等抗干擾技術 (跳頻, 直接傳播) 或智慧頻率選擇, 以及強大的糾錯編碼功能，以確保通信鏈路質量. 物理層通訊波形應能偵測電磁環境, MAC協定應該識別通道資源, 並且路由協定應該了解網路拓撲. 設計和實施適當的抗干擾技術, 通路資源配置策略, 基於這種理解的路由策略至關重要.

無人機自組織網路關鍵技術應著重於無人機通訊網路方面, 不包括應用層的payload任務元件.

第一個面向是物理層通訊波形相關的抗干擾技術. 用於無人機自組織網路的軍事應用, 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. 本質上, 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. 自適應頻率選擇採用認知無線電技術來識別幹擾並即時評估指定候選頻率點的通訊質量. 如果當前頻率受到干擾導致通訊品質下降, 可以快速切換到品質最好、不受干擾的頻率. 對於自組織網路系統, 實現寬頻高速跳頻需要解決載波同步等挑戰, 位元同步, 和全連接網路典型的幀同步, 並在多跳場景下實現完整的網路時間同步和跳頻模式同步, 這在技術上具有挑戰性. 關於自適應頻率選擇, 如何即時評估候選頻率的通訊質量，以及在出現幹擾時如何快速同步地將整個網路過渡到通訊性能最佳的頻率，是部署無人機自組織網路之前必須解決的關鍵技術在軍事應用中.

第二個方面是媒體存取控制 (蘋果電腦) 資料鏈路層內的協定. 在無人機自組織網路的背景下, 這涉及利用分散式演算法快速動態地為每個節點分配合適的通道資源，而不依賴中央協調節點. 目的是確保所有節點都能公平、有效率地存取有限的通道資源, 實現低延遲等目標, 高可靠性, 和高吞吐量. 這是無人機自組織網路必須解決的重大挑戰和關鍵技術.

第三個面向是網路層的路由協定. 無人機自組織網路中節點的快速移動導致網路拓撲不斷變化. 因此, 設計快速的路由演算法, 高效率的, 可擴充, 適應性是必不可少的. 該演算法應具備快速網路存取等特點, 快速路由切換, 快速收斂, 和最小的控制開銷. 克服這些挑戰對於無人機自組織網路的成功至關重要.

第四, 服務品質 (服務品質) 技術. 目前許多自組織網路電台都是採用跨層設計方法開發的. 建立 MAC 和路由協定, 利用物理層的訊號強度指示和誤碼率等因素, 以及傳輸層 QOS 和擁塞控制技術的集成. 此外, 各種適應技術－例如功率適應, 調製適應, 編碼適應, 和速率自適應－用於滿足有關延遲的多樣化服務要求, 速度, 和丟包.

1. 臨時技術描述

介紹
無線自組織網絡, 通常被稱為 Ad-Hoc 網路的網路源自於美國 DARPA 領導的軍事通訊中的各種分組網路應用倡議. 它們最終演變成現在所謂的 Ad-Hoc 網絡, IETF 將其指定為 MANET (行動自組織網絡).
Ad Hoc網路是一種獨特的無線行動通訊網絡，所有節點都具有平等的地位, 無需中央控制節點, 並表現出強大的抗干擾能力. 網路中的每個節點不僅執行標準行動裝置的典型功能，而且還具有中繼訊息的能力. 當來源節點和目的節點不在彼此的直接通訊範圍時, 他們仍然可以透過中間節點路由訊息來交換訊息. 在某些情況下, 通訊可能需要多個中間節點, 這意味著訊息必須經過幾跳才能到達最終目的地. 這項特性將 Ad Hoc 網路與其他行動通訊系統區分開來. Ad Hoc網路內的節點透過分層網路協定和分散式演算法的協作實現自組織和運行.

主要特點

去中心化和分散式: 每個廣播電台都同等重要, 並且沒有中心樞紐. 節點可以自由地進入或退出網絡，而不影響網絡的穩定性.

多跳中繼: 授權電台可自動執行中繼功能, 增強網路覆蓋.

自適應拓撲: 系統支援動態路由, 非常適合體育賽事等網路佈局頻繁變化的環境.

IP透明通訊: 系統實現所有資料的基於IP的傳輸.

大容量傳輸: 利用多載波方法, 它提供了能夠處理各種類型資訊的寬頻通訊通道, 包括數據, 嗓音, 圖片, 和影片.

2. 可視化自組織網路通訊系統實際案例研究

1. 應用場景總結
   紀念中國共產黨成立100週年專題報告演練, 特警人員參與, 消防, 緊急救援, 民兵預備隊, 及其他相關單位. 團隊成員組織嚴密, 熱情的, 並且充滿活力. 他們依照統一指令迅速轉入表演階段. 我們公司負責確保安全通信, 將事件的第一人稱視角即時傳送到觀察點. 我們完成了這項任務並受到試點單位的表彰.

(II) Requirements for Scenario Application

1. Stream the first-person perspective video from the special forces to the command desk’s large screen at the exercise location;
2. Due to confidentiality protocols, video data must not be transmitted over public networks;
3. Ensure smooth video transmission, with clear and stable images throughout the exercises;
4. Relay the on-site audio to the large screen at the observation point in real-time.

(1) 功能功能

1. Targeted for specific business needs: The product is designed to meet the requirements of armed police, special police, and other relevant departments.
2. Adheres to national standards: It supports the GB/T28181 protocol.
3. Dual-mode positioning with Beidou/GPS.
4. PTT digital trunking intercom for team communication.
5. Local storage capacity of 128GB, allowing for continuous recording for at least 60 小時.
6. 內建紅外線夜視功能, 根據光敏度自動切換白天和夜間模式.
7. 簡易安裝: 配備武裝特警專用魔鬼氈, 輕鬆固定在安全帽上.
8. 一鍵操作: 專為易用性設計, 即使戴著手套.
9. 一鍵緊急警報: 士兵只需單擊一下即可向指揮中心發出警報, 觸發警報的加密記錄.
10. 支援雙流編碼VPN加密通信; 一個流發送到指揮中心，另一個流儲存在本地.
11. 相容於中國行動4G網絡, 中國聯通, 和中國電信.
12. 提供即時視訊和語音對講功能.
    (2) 產品規格

(1) 功能功能

1. 緊湊型設計, 非常適合可穿戴或可攜式使用.
2. 實現IP業務的雙向傳輸, 包括語音和視頻.
3. 支援一鍵通 (PTT) 語音通訊.
4. 包括動態路由功能, 允許網路自組織和恢復.
5. 具有內建 WiFi 支持.
6. 內建GPS/北斗定位技術.
7. 提供串口透傳功能.
8. 促進多設備連網, 最多可容納 32 連續中繼節點.
9. 提供高頻寬和吞吐量, 具有 IP 資料傳輸速率高達 70Mbps 的無線自組織網絡.
10. 允許靈活的群組網; 網狀結構支援點對點等多種通訊方式, 多點對多點, 人與人之間, 人對車, 以及車與車之間.
11. 採用最佳化的調變技術和獨特的 COFDM 調變模式, 確保優異的射頻穿透和路徑衍射傳輸性能.
12. 透過支援第三方 IP 攝影機作為 RF 來源並實現與自組織網路設備的直接連接來提供可擴展性.
    (2) 技術規格