无人机宽带自组网技术(浅谈)

⽆⼈机宽带⾃组⽹技术(浅谈)
随着⽆⼈机技术、通信技术和⽹络技术的发展,⽆⼈机运⽤也越来越⼴泛,其运⽤领域已经覆盖⼯业、农业、遥测、巡检、应急、消防、军事等众多军民领域。在军⽤领域,空中⽆⼈化作战平台成为未来重要的作战⼒量,多⽆⼈机协同作战将成为未来⽆⼈机作战应⽤的必然趋势,将在战争中起着越来越重要的作⽤。以Ad hoc为技术基础的分布式⽆中⼼的IP⽹络是多⽆⼈机协同作战的通信基础,可以⽀撑各种信息的快速交互共享,实现协同感知、协同处理、协同决策和协同打击,从⽽⼤提⾼⽆⼈机的⽣存能⼒和整体作战效能。
活动桌面⽆⼈机集协同
⽆⼈机通信组⽹的发展趋势将是以Ad hoc技术为基本⽹络架构。美国国防部早在2005年发布的《⽆⼈飞⾏器发展路线图》中已经专门阐述了这⼀发展趋势,在后⾯的⼏版中也重复强调了这⼀发展趋势。美军之所以如此重视,是因为Ad hoc技术的应⽤可以使得多架⽆⼈机快速形成⼀个分布式、⽆中⼼的多跳路由中继的⾃组织⽹络,具有⾃组织、⾃恢复、⾼抗毁的能⼒,⼤⼤扩展⽆⼈机的探测范围,有效提⾼⽆⼈机协同感知和信息共享能⼒,从⽽提升协同处理、协同决策和协同打击的能⼒。
美军在该领域的应⽤研究可以说已经领跑多年,TTNT和其简化演进版QNT是以Ad hoc技术和IP架构为基础的战术数据链,在组⽹规模、传输速率、传输时延、⽹络扩展性、抗⼲扰等⽅⾯的技战术性能优越,形成了强⼤的作战协同能⼒,⼤⼤扩展了作战样式。相关资料显⽰,这两型数据链在⽆⼈机协同、空地协同、机弹协同、弹弹协同、X47B着舰、⽆⼈机空中加油等⽅⾯得到应⽤。
这⾥将Ad hoc技术称为⾃组⽹技术,以⾃组⽹技术为基础的多⽆⼈机通信⽹络称为⽆⼈机⾃组⽹。经过国内⼴⼤科研⼯作者近20多年研究和实践,投⼊实⽤的⽆⼈机⾃组⽹应⽤系统还不是很多,其原因有如下⼏点:
⼀是⽹络⾼动态分布式特性。⽹络拓扑会不断发⽣变化,给信道资源分布式分配和路由快速发现和建⽴带来很⼤的困难;
⼆是⽆线信道资源的有限性。MAC协议和路由协议要以尽量少的控制开销来提⾼信道资源的利⽤率,有效⽀撑节点的迟⼊⽹和动态退出的条件下动态分配⽆线信道资源。象纸
三是数据传输QoS保障。在多跳⾃组⽹中进⾏MAC协议和路由协议的优化设计过程中,如何保证各种业务对传输时延、传输速率、传输误包率的不同要求,多参量多⽬标优化条件下的信道资源的动态分配和传输路由优化选择是⼀个较为困难的事。
四是作战应⽤电磁环境的复杂性。尤其是在有故意⼲扰的电⼦对抗环境中,通信链路质量的下降给⽆⼈机⾃组⽹的整体性能带来极⼤的不利影响,要求物理层通信波形、数据链路层的MAC协议要能够应对电磁⼲扰,通信波形要⼀般采⽤扩频(跳频、直扩)或智能选频等抗⼲扰技术,以及强⼤的纠错编码能⼒来保证通信链路质量。物理层通信波形要能够对电磁环境进⾏认知,MAC协议要能够对信道资源进⾏认知,路由协议要能够对⽹络拓扑进⾏认知,并在认知的基础上设计使⽤合适的抗⼲扰技术、信道资源分配策略和路由策略。
⽆⼈机⾃组⽹关键技术,这⾥要强调的是⽆⼈机通信组⽹部分,不包括应⽤层的载荷任务部分。
机器人模型制作⽆⼈机⾃组⽹关键技术,这⾥要强调的是⽆⼈机通信组⽹部分,不包括应⽤层的载荷任务部分。
⼀是物理层通信波形的抗⼲扰技术。⽆⼈机⾃组⽹的军事应⽤必然要能够应对复杂的电磁环境,能够
躲避敌⽅的⼲扰,或者消除⼲扰对通信带来的不利影响,从⽽保障已⽅的正常通信。通信抗⼲扰技术主要有扩频技术和⾃适应选频技术,其中扩频包括传统的跳频、直扩和扩跳等抗⼲扰技术。跳频简⽽⾔之就是⽹络内所有电台的通信载波频率在预先设定的跳频集中按照特定的伪随机序列所控制的跳频图案进⾏同步跳变,达到抗截获和抗⼲扰通信的⽬的。⾃适应选频采⽤认知⽆线电技术对预设的候选频点进⾏⼲扰认知和通信质量实时评估,当前⼯作频点受到⼲扰、通信质量下降后,可以迅速选择未被⼲扰的通信质量最好的频率进⾏通信。对于⾃组⽹系统来说,宽带⾼速跳频不但要需要解决传统全连通⽹络的载波同步、位同步、帧同步,还要实现在多跳条件下的全⽹时间同步和跳频图案的同步,技术实现难度⼤。对于⾃适应选频来说,如何实时对预设候选频点(信道)进⾏通信质量评估,并在当有⼲扰时,全⽹如何快速同步切换收敛到通信效果最好的频点,是⽆⼈机⾃组⽹能够应⽤于军事领域⾸先要解决的关键技术。
⼆是数据链层的MAC协议。在多年的教学科研过程中,我习惯称之为信道接⼊控制协议/技术,对于⽆⼈机⾃组⽹⽽⾔,就是如何在⽆中⼼节点协调的条件下,采⽤分布式算法动态快速给各个节点分配合适的信道资源,既要达到各个节点公平、⾼效接⼊使⽤有限的信道资源,⼜要达到低时延、⾼可靠、⾼吞吐量的⽬标,这是⽆⼈机⾃组⽹要攻克的关键技术和难点之⼀。
三是⽹络层的路由协议。⽆⼈机⾃组⽹中节点的⾼速移动,使得⽹络拓扑不断变化,如何设计⼀种快速、⾼效、扩展性好、动态适应能⼒强的路由算法,具有⼊⽹快、路由切换快、收敛快、控制开销⼩
的优良特性,是⽆⼈机⾃组⽹另⼀个要攻克的关键技术和难点。
四是QOS技术。现有⾃组⽹电台研发过程中⼤多进⾏了跨层设计,在MAC协议和路由协议的设计过程中会⽤到物理层的信号强度指⽰,误码率等参数,也会融合传输层中的QOS和拥塞控制技术,同时采⽤⼀些功率⾃适应、调制⾃适应、编码⾃适应、速率⾃适应技术,来保证各种业务对时延、速率、丢包率的不同要求。
T3S3-4W和T3M-4W基础版
磨煤机衬板T3S3-4W和T3M-4W加强版
二期恒载T3S3-4W和T3M-4W⾄强版
滤波装置经过长期的攻关研发改进,T3S和T3M系列电台硬件上基于SDR平台打造,FPGA使⽤Xilinx的Zynq 7020/7035芯
⽚,ADC采⽤ADI公司的AD9363/AD9361芯⽚,具有⾃适应选频和宽带跳频两种抗⼲扰功能,⾮常适
合应⽤于复杂的电磁环境,应对⽆意或有意的通信⼲扰,并且综合采⽤了COFDM、MIMO、分集接收、时隙资源动态分配算法(动态TDMA)、QOS动态路由协议、调制编码⾃适应、速率⾃适应、认知⽆线电等技术,信道估计与均衡、载波同步等技术,具有组⽹规模⼤、传输速率⾼、通信距离远、频率范围宽、抗⼲扰能⼒强、通信组⽹稳定、⼊⽹/退⽹快、动态适应强、可扩展性强、通信安全保密、IP语⾳清晰、接⼝丰富、可定制性强等优良特性。单频⽀持64个节点同时在线稳定组⽹,峰值速率可达50+Mbps@10MHz、100+Mbps@20MHz,接收灵敏度可达-103dBm,视距通信距离可达300+km,⽀持UDP组播和⼴播,VLAN透传,⼆层路由和三层路由协议可选,提供产品形态、尺⼨、频率、功率、接⼝、协议、配置管理、100%国产化等软硬件深度定制服务。经过众多项⽬的实践证明,该系列电台信息传输已经达到了协同控制级,⾮常适合⽆⼈集组⽹应⽤。

本文发布于:2024-09-23 02:33:51,感谢您对本站的认可!

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