Το «σμήνος» των drone αναφέρεται στην ενσωμάτωση μικρών drones χαμηλού κόστους με πολλαπλά ωφέλιμα φορτία αποστολών που βασίζονται σε μια αρχιτεκτονική ανοιχτού συστήματος, η οποία έχει τα πλεονεκτήματα της αντικαταστροφής, του χαμηλού κόστους, της αποκέντρωσης και των έξυπνων χαρακτηριστικών επίθεσης.
Με την ταχεία ανάπτυξη της τεχνολογίας drone, της τεχνολογίας επικοινωνίας και δικτύου και της αυξανόμενης ζήτησης για εφαρμογές drone σε χώρες σε όλο τον κόσμο, οι εφαρμογές συλλογικής δικτύωσης πολλαπλών drone και η αυτοδικτύωση με drone έχουν γίνει νέα ερευνητικά hotspot.
Τρέχουσα κατάσταση των China Drone Swarms
Επί του παρόντος, η Κίνα μπορεί να πραγματοποιήσει τον συνδυασμό πολλαπλών οχημάτων εκτόξευσης για την εκτόξευση 200 drones τη φορά για να σχηματιστεί ένας σχηματισμός σμήνους, ο οποίος θα προωθήσει σε μεγάλο βαθμό τον γρήγορο σχηματισμό των δυνατοτήτων μάχης των μη επανδρωμένων σμηνών της Κίνας, όπως η συνεργατική δικτύωση, ο ακριβής σχηματισμός, η αλλαγή σχηματισμού και χτύπημα ακριβείας.
Τον Μάιο του 2022, μια ερευνητική ομάδα από το Πανεπιστήμιο Zhejiang στην Κίνα ανέπτυξε μια μικρο-έξυπνη τεχνολογία σμήνος drone, η οποία επιτρέπει σε σμήνη drone να μετακινούνται ελεύθερα ανάμεσα σε κατάφυτα και πλούσια δάση μπαμπού. Ταυτόχρονα, τα σμήνη drone μπορούν να παρατηρούν και να εξερευνούν συνεχώς το περιβάλλον και να ελέγχουν αυτόνομα τον σχηματισμό για να αποφύγουν εμπόδια και να αποφύγουν ζημιές.
Αυτή η τεχνολογία έχει λύσει με επιτυχία μια σειρά από δύσκολα προβλήματα, όπως η αυτόνομη πλοήγηση, ο σχεδιασμός της πίστας και η έξυπνη αποφυγή εμποδίων από σμήνη UAV σε δόλια και μεταβαλλόμενα περιβάλλοντα. Μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε πυρκαγιές, ερήμους, γκρεμούς και άλλα περιβάλλοντα που είναι δύσκολο για τους ανθρώπους να φτάσουν για να ολοκληρώσουν αποστολές έρευνας και διάσωσης.
Πώς επικοινωνούν τα China Swarming Drones μεταξύ τους;
Το δίκτυο μη επανδρωμένων εναέριων οχημάτων, γνωστό και ως δίκτυο UAV ή τομη επανδρωμένο αεροναυτικό δίκτυο ad hoc(UAANET), βασίζεται στην ιδέα ότι η επικοινωνία μεταξύ πολλαπλών drones δεν βασίζεται εξ ολοκλήρου σε βασικές ευκολίες επικοινωνίας, όπως σταθμούς ελέγχου εδάφους ή δορυφόρους.
Αντίθετα, τα drones χρησιμοποιούνται ως κόμβοι δικτύου. Κάθε κόμβος μπορεί να προωθήσει εντολές και να ελέγχει οδηγίες ο ένας στον άλλο, να ανταλλάξει δεδομένα όπως η κατάσταση αντίληψης, η κατάσταση υγείας και η συλλογή πληροφοριών και να συνδεθεί αυτόματα για να δημιουργήσει ένα ασύρματο δίκτυο κινητής τηλεφωνίας.
Το δίκτυο ad hoc UAV είναι μια ειδική μορφή ασύρματου δικτύου ad hoc. Όχι μόνο έχει τα εγγενή χαρακτηριστικά του multi-hop, της αυτοοργάνωσης και του κέντρου, αλλά έχει και τη δική του ιδιαιτερότητα. Τα κύρια χαρακτηριστικά παρουσιάζονται ως εξής:
(1) Μετακίνηση κόμβων υψηλής ταχύτητας και εξαιρετικά δυναμικές αλλαγές στην τοπολογία του δικτύου
Αυτή είναι η πιο σημαντική διαφορά μεταξύ των δικτύων ad hoc UAV και των παραδοσιακών δικτύων ad hoc. Η ταχύτητα των UAV είναι μεταξύ 30 και 460 km/h. Αυτή η κίνηση υψηλής ταχύτητας θα προκαλέσει εξαιρετικά δυναμικές αλλαγές στην τοπολογία, επηρεάζοντας έτσι τη συνδεσιμότητα του δικτύου και τα πρωτόκολλα. Σοβαρές επιπτώσεις στην απόδοση.
Ταυτόχρονα, η αποτυχία επικοινωνίας της πλατφόρμας UAV και η αστάθεια της σύνδεσης επικοινωνίας οπτικής επαφής θα προκαλέσει επίσης διακοπή της σύνδεσης και ενημέρωση τοπολογίας.
(2) Αραιότητα κόμβων και ετερογένεια του δικτύου
Οι κόμβοι UAV είναι διάσπαρτοι στον αέρα και η απόσταση μεταξύ των κόμβων είναι συνήθως αρκετά χιλιόμετρα. Η πυκνότητα κόμβου σε έναν συγκεκριμένο εναέριο χώρο είναι χαμηλή, επομένως η συνδεσιμότητα δικτύου είναι ένα αξιοσημείωτο ζήτημα.
Σε πρακτικές εφαρμογές, τα UAV πρέπει επίσης να επικοινωνούν με διαφορετικές πλατφόρμες όπως επίγειους σταθμούς, δορυφόρους, επανδρωμένα αεροσκάφη και πλατφόρμες κοντά στο διάστημα. Η αυτοοργάνωση δομή δικτύου μπορεί να περιλαμβάνει διαφορετικούς τύπους drones ή να υιοθετεί μια ιεραρχικά κατανεμημένη δομή. Σε αυτές τις περιπτώσεις, οι κόμβοι είναι ετερογενείς και ολόκληρο το δίκτυο μπορεί να είναι ετερογενώς διασυνδεδεμένο.
(3) Ισχυρές δυνατότητες κόμβου και προσωρινότητα δικτύου
Οι συσκευές επικοινωνίας και υπολογισμού των κόμβων παρέχονται με χώρο και ενέργεια από drones. Σε σύγκριση με το παραδοσιακό MANET, τα δίκτυα αυτοοργάνωσης drone γενικά δεν χρειάζεται να εξετάζουν την κατανάλωση ενέργειας των κόμβων και τα ζητήματα υπολογιστικής ισχύος.
Η εφαρμογή του GPS μπορεί να παρέχει στους κόμβους ακριβείς πληροφορίες θέσης και χρονισμού, διευκολύνοντας τους κόμβους να λαμβάνουν τις δικές τους πληροφορίες τοποθεσίας και να συγχρονίζουν τα ρολόγια.
Η λειτουργία σχεδιασμού διαδρομής του ενσωματωμένου υπολογιστή μπορεί να βοηθήσει αποτελεσματικά τις αποφάσεις δρομολόγησης. Οι περισσότερες εφαρμογές drone εκτελούνται για συγκεκριμένες εργασίες και η κανονικότητα λειτουργίας δεν είναι ισχυρή. Σε έναν συγκεκριμένο εναέριο χώρο, υπάρχει μια κατάσταση όπου η πυκνότητα κόμβου είναι χαμηλή και η αβεβαιότητα πτήσης είναι μεγάλη. Επομένως, το δίκτυο έχει ισχυρότερο προσωρινό χαρακτήρα.
(4) Μοναδικότητα στόχων δικτύου
Ο στόχος των παραδοσιακών δικτύων Ad Hoc είναι να δημιουργήσουν συνδέσεις peer-to-peer, ενώ τα δίκτυα αυτοοργάνωσης drone πρέπει επίσης να δημιουργήσουν συνδέσεις peer-to-peer για τη λειτουργία συντονισμού των drones.
Δεύτερον, ορισμένοι κόμβοι στο δίκτυο πρέπει επίσης να χρησιμεύουν ως κεντρικοί κόμβοι για τη συλλογή δεδομένων, παρόμοια με τη λειτουργία των ασύρματων δικτύων αισθητήρων. Ως εκ τούτου, είναι απαραίτητο να υποστηριχθεί η συγκέντρωση κυκλοφορίας.
Τρίτον, το δίκτυο μπορεί να περιλαμβάνει πολλούς τύπους αισθητήρων και πρέπει να διασφαλίζονται αποτελεσματικά διαφορετικές στρατηγικές παράδοσης δεδομένων για διαφορετικούς αισθητήρες.
Τέλος, τα επιχειρηματικά δεδομένα περιλαμβάνουν εικόνες, ήχο, βίντεο κ.λπ., τα οποία έχουν τα χαρακτηριστικά μεγάλου όγκου δεδομένων μετάδοσης, διαφοροποιημένης δομής δεδομένων και υψηλής ευαισθησίας καθυστέρησης και πρέπει να διασφαλιστεί το αντίστοιχο QoS.
(5) Η ιδιαιτερότητα του μοντέλου κινητικότητας
Το μοντέλο κινητικότητας έχει σημαντικό αντίκτυπο στο πρωτόκολλο δρομολόγησης και στη διαχείριση κινητικότητας των Ad Hoc δικτύων. Σε αντίθεση με την τυχαία κίνηση του MANET και την κίνηση του VANET που περιορίζεται σε δρόμους, οι κόμβοι drone έχουν επίσης τα δικά τους μοναδικά μοτίβα κίνησης.
Σε ορισμένες εφαρμογές πολλαπλών drone, προτιμάται ο παγκόσμιος σχεδιασμός διαδρομής. Σε αυτή την περίπτωση, η κίνηση των drones είναι τακτική. Ωστόσο, η διαδρομή πτήσης των αυτοματοποιημένων drones δεν είναι προκαθορισμένη και το σχέδιο πτήσης μπορεί επίσης να αλλάξει κατά τη λειτουργία.
Δύο μοντέλα κινητικότητας για UAV που εκτελούν αποστολές αναγνώρισης:
Το πρώτο είναι το μοντέλο τυχαίας κινητικότητας οντοτήτων, το οποίο εκτελεί πιθανολογικές ανεξάρτητες τυχαίες κινήσεις στην αριστερή στροφή, τη δεξιά στροφή και την ευθεία κατεύθυνση σύμφωνα με μια προκαθορισμένη διαδικασία Markov.
Το δεύτερο είναι το κατανεμημένο μοντέλο κινητικότητας απώθησης φερομόνης (DPR), το οποίο καθοδηγεί την κίνηση των drones ανάλογα με την ποσότητα των φερομονών που παράγονται κατά τη διαδικασία αναγνώρισης UAV και έχει αξιόπιστα χαρακτηριστικά αναζήτησης.
Μικρή μονάδα δικτύου ad hoc uav για ασύρματη επικοινωνία 10 χλμ
IWAVEΜονάδα ραδιοφώνου UANET, μικροσκοπικό μέγεθος (5*6 cm) και μικρό βάρος (26 g) για διασφάλιση επικοινωνίας 10 km μεταξύ των κόμβων IP MESH και του σταθμού ελέγχου εδάφους. Πολλαπλό FD-61MN uav ad hoc δίκτυο Μονάδα OEM που δημιουργεί ένα μεγάλο δίκτυο επικοινωνίας χτίζεται μέσω του σμήνος drone και τα drones διασυνδέονται μεταξύ τους για να ολοκληρώσουν τις εργασίες που έχουν ανατεθεί σε ένα συγκεκριμένο σχηματισμό σύμφωνα με την επιτόπια κατάσταση κατά τη διάρκεια της κίνησης υψηλής ταχύτητας .
Ώρα δημοσίευσης: Ιουν-12-2024
