Unter „Drohnenschwarm“ versteht man die Integration kostengünstiger kleiner Drohnen mit mehreren Missionsnutzlasten auf Basis einer offenen Systemarchitektur, die die Vorteile von Zerstörungsschutz, geringen Kosten, Dezentralisierung und intelligenten Angriffseigenschaften bietet.
Mit der rasanten Entwicklung der Drohnentechnologie, der Kommunikations- und Netzwerktechnologie und der steigenden Nachfrage nach Drohnenanwendungen in Ländern auf der ganzen Welt sind kollaborative Netzwerkanwendungen für mehrere Drohnen und die Selbstvernetzung von Drohnen zu neuen Forschungsschwerpunkten geworden.
Aktueller Status der chinesischen Drohnenschwärme
Derzeit kann China die Kombination mehrerer Trägerraketen realisieren, um 200 Drohnen gleichzeitig zu starten und eine Schwarmformation zu bilden, was die schnelle Bildung der Kampffähigkeiten der unbemannten Schwärme Chinas wie kollaborative Vernetzung, präzise Formation, Formationsänderung usw. erheblich fördern wird Präzisionsschlag.
Im Mai 2022 entwickelte ein Forschungsteam der Zhejiang-Universität in China eine mikrointelligente Drohnenschwarm-Technologie, die es Drohnenschwärmen ermöglicht, frei zwischen überwucherten und üppigen Bambuswäldern zu pendeln. Gleichzeitig können Drohnenschwärme die Umgebung kontinuierlich beobachten und erkunden und die Formation autonom steuern, um Hindernissen auszuweichen und Schäden zu vermeiden.
Diese Technologie hat eine Reihe schwieriger Probleme wie autonome Navigation, Streckenplanung und intelligente Hindernisvermeidung von UAV-Schwärmen in tückischen und veränderlichen Umgebungen erfolgreich gelöst. Es kann in Bränden, Wüsten, Klippen und anderen Umgebungen eingesetzt werden, die für Menschen schwer zu erreichen sind, um Such- und Rettungsmissionen abzuschließen.
Wie kommunizieren chinesische Drohnenschwärme miteinander?
Das unbemannte Luftfahrzeugnetzwerk, auch bekannt als UAV-Netzwerk oder UAV-Netzwerkunbemanntes Luftfahrt-Ad-hoc-Netzwerk(UAANET) basiert auf der Idee, dass die Kommunikation zwischen mehreren Drohnen nicht vollständig auf grundlegende Kommunikationseinrichtungen wie Bodenkontrollstationen oder Satelliten angewiesen ist.
Stattdessen werden Drohnen als Netzwerkknoten eingesetzt. Jeder Knoten kann Befehls- und Steueranweisungen aneinander weiterleiten, Daten wie Wahrnehmungsstatus, Gesundheitszustand und Informationssammlung austauschen und automatisch eine Verbindung herstellen, um ein drahtloses Mobilfunknetzwerk aufzubauen.
Das UAV-Ad-hoc-Netzwerk ist eine spezielle Form eines drahtlosen Ad-hoc-Netzwerks. Es weist nicht nur die inhärenten Merkmale von Multi-Hop, Selbstorganisation und fehlendem Zentrum auf, sondern hat auch seine eigenen Besonderheiten. Die Hauptfunktionen werden wie folgt vorgestellt:
(1) Hochgeschwindigkeitsbewegung von Knoten und hochdynamische Änderungen in der Netzwerktopologie
Dies ist der wichtigste Unterschied zwischen UAV-Ad-hoc-Netzwerken und herkömmlichen Ad-hoc-Netzwerken. Die Geschwindigkeit von UAVs liegt zwischen 30 und 460 km/h. Diese Hochgeschwindigkeitsbewegung führt zu hochdynamischen Änderungen in der Topologie und wirkt sich somit auf die Netzwerkkonnektivität und -protokolle aus. Schwerwiegende Auswirkungen auf die Leistung.
Gleichzeitig führt der Kommunikationsausfall der UAV-Plattform und die Instabilität der Sichtlinien-Kommunikationsverbindung auch zu Verbindungsunterbrechungen und Topologieaktualisierungen.
(2) Spärlichkeit der Knoten und Heterogenität des Netzwerks
UAV-Knoten sind in der Luft verstreut und der Abstand zwischen den Knoten beträgt normalerweise mehrere Kilometer. Die Knotendichte in einem bestimmten Luftraum ist gering, daher ist die Netzwerkkonnektivität ein bemerkenswertes Problem.
In praktischen Anwendungen müssen UAVs auch mit verschiedenen Plattformen wie Bodenstationen, Satelliten, bemannten Flugzeugen und Plattformen in der Nähe des Weltraums kommunizieren. Die selbstorganisierende Netzwerkstruktur kann verschiedene Arten von Drohnen umfassen oder eine hierarchisch verteilte Struktur annehmen. In diesen Fällen sind die Knoten heterogen und das gesamte Netzwerk kann heterogen miteinander verbunden sein.
(3) Starke Knotenfähigkeiten und Netzwerkvorläufigkeit
Die Kommunikations- und Rechengeräte der Knoten werden durch Drohnen mit Raum und Energie versorgt. Im Vergleich zu herkömmlichem MANET müssen selbstorganisierende Drohnennetzwerke im Allgemeinen keine Probleme mit dem Energieverbrauch der Knoten und der Rechenleistung berücksichtigen.
Die Anwendung von GPS kann Knoten mit genauen Positions- und Zeitinformationen versorgen, wodurch es für Knoten einfacher wird, ihre eigenen Standortinformationen zu erhalten und Uhren zu synchronisieren.
Die Pfadplanungsfunktion des Bordcomputers kann bei der Routenplanung wirkungsvoll unterstützen. Die meisten Drohnenanwendungen werden für bestimmte Aufgaben durchgeführt und die Betriebsregelmäßigkeit ist nicht sehr ausgeprägt. In einem bestimmten Luftraum gibt es eine Situation, in der die Knotendichte gering und die Flugunsicherheit groß ist. Daher hat das Netzwerk einen stärker temporären Charakter.
(4) Einzigartigkeit der Netzwerkziele
Das Ziel traditioneller Ad-hoc-Netzwerke ist der Aufbau von Peer-to-Peer-Verbindungen, während selbstorganisierende Netzwerke für Drohnen auch Peer-to-Peer-Verbindungen für die Koordinationsfunktion von Drohnen aufbauen müssen.
Zweitens müssen einige Knoten im Netzwerk auch als zentrale Knoten für die Datenerfassung fungieren, ähnlich der Funktion drahtloser Sensornetzwerke. Daher ist es notwendig, die Verkehrsaggregation zu unterstützen.
Drittens kann das Netzwerk mehrere Arten von Sensoren umfassen und unterschiedliche Datenbereitstellungsstrategien für verschiedene Sensoren müssen effektiv gewährleistet werden.
Schließlich umfassen Geschäftsdaten Bilder, Audio, Video usw., die die Merkmale eines großen Übertragungsdatenvolumens, einer diversifizierten Datenstruktur und einer hohen Verzögerungsempfindlichkeit aufweisen und die entsprechende QoS sicherstellen müssen.
(5) Die Besonderheit des Mobilitätsmodells
Das Mobilitätsmodell hat einen wichtigen Einfluss auf das Routing-Protokoll und das Mobilitätsmanagement von Ad-hoc-Netzwerken. Im Gegensatz zur zufälligen Bewegung von MANET und der auf Straßen beschränkten Bewegung von VANET haben Drohnenknoten auch ihre eigenen, einzigartigen Bewegungsmuster.
Bei einigen Multidrohnenanwendungen wird die globale Pfadplanung bevorzugt. In diesem Fall ist die Bewegung der Drohnen regelmäßig. Allerdings ist die Flugbahn automatisierter Drohnen nicht vorgegeben und der Flugplan kann sich auch während des Betriebs ändern.
Zwei Mobilitätsmodelle für UAVs zur Durchführung von Aufklärungsmissionen:
Das erste ist das Entity-Random-Mobility-Modell, das probabilistische unabhängige Zufallsbewegungen in der Linkskurve, Rechtskurve und Geradeausrichtung gemäß einem vorgegebenen Markov-Prozess ausführt.
Das zweite ist das Distributed Pheromone Repel Mobility Model (DPR), das die Bewegung von Drohnen entsprechend der Menge der während des UAV-Aufklärungsprozesses produzierten Pheromone steuert und über zuverlässige Sucheigenschaften verfügt.
UAV-Ad-hoc-Netzwerk-Winkelmodul für 10 km drahtlose Kommunikation
Ich winkeUANET-Funkmodul, winzige Größe (5 * 6 cm) und geringes Gewicht (26 g), um eine 10 km lange Kommunikation zwischen IP-MESH-Knoten und Bodenkontrollstation sicherzustellen. Mehrere FD-61MN UAV-Ad-hoc-Netzwerk-OEM-Module bauen ein großes Kommunikationsnetzwerk auf, das durch den Drohnenschwarm aufgebaut wird, und die Drohnen sind miteinander verbunden, um die zugewiesenen Aufgaben in einer bestimmten Formation entsprechend der Situation vor Ort während der Hochgeschwindigkeitsbewegung zu erledigen .
Zeitpunkt der Veröffentlichung: 12. Juni 2024
