في وقت سابق في منشوراتنا ، طرحنا مرارًا وتكرارًا موضوع استخدام الطائرات الرباعية في الاتصالات. ظهرت العديد من
دراسات الحالة حول هذا الموضوع على مدونتنا.
ومع ذلك ، سنركز اليوم على استخدام المروحيات في تنظيم الشبكات اللاسلكية. قيل هذا أكثر من مرة وأتذكر أن Facebook كان سيوزع الإنترنت حول الكوكب بمساعدة الطائرات بدون طيار. كما خططوا لاستخدام طائرات بدون طيار في وزارة الطوارئ ، على سبيل المثال ، عند تنظيم تغطية إذاعية قصيرة المدى أثناء تنظيم عمليات إنقاذ مختلفة أو أحداث أخرى. بشكل عام ، في جميع الحالات التي تتطلب النشر السريع للشبكات اللاسلكية.
في هذه المادة ، أود أن أقدم
دراسة للخبراء الأجانب ، والتي توضح بوضوح نتائج تجربة طائرة بدون طيار تعمل كنقطة وصول.
حول منهجية وميزات أجهزة التجربة
تم استخدام لوحة Intel Galileo كعنصر رئيسي في النظام. تعتمد اللوحة على وحدة معالجة مركزية Intel Quark SoC x 1000 32 بت بتردد ساعة 400 ميجاهرتز. كان البرنامج المستخدم هو Linux quark 3.19.8 yocto-standard. مصدر الطاقة هو بطارية 10400 mAh ، قادرة على توفير عمر بطارية يصل إلى 15 ساعة. تم توصيل بطاقة Intel Dual Band Wireless-AC 7260 بلوحة Galileo عبر منفذ PCI Express ، وهي قادرة على توفير معدلات نقل بيانات تصل إلى 867 ميجابت / ثانية. يعمل على العديد من معايير Wi-Fi (802.11a / b / g / n / ac). تم توصيل هوائيين خارجيين مع كسب 5 ديسيبل للبطاقة. كان الوزن الإجمالي للوحة جاليليو والبطارية وجزء الهوائي بأكمله 340 جرامًا.
كانت المرحلة الأولى من التجربة هي دراسة القدرات النظرية لتغطية طائرة بدون طيار. تم إجراء الحساب باستخدام نماذج الانتشار الراديوي: "المساحة الحرة" ونموذج "المبادرة اللاسلكية للراديو الجديد" -WINNER D1.
باستخدام هذه النماذج ، تم حساب الحد الأقصى التقديري لنطاقات الانتشار للوصلة الصاعدة والوصلة الهابطة لعدة إصدارات من شبكة Wi-Fi. بالإضافة إلى ذلك ، قمنا بقياس أداء لوحة Galileo كعقدة وسيطة لشبكة Wi-Fi.
استندت التجربة إلى وضعين لتشغيل نقاط الوصول اللاسلكية. الأول - "البنية التحتية" - يتم تنفيذه في معظم شبكات Wi-FI التجارية. في هذا الوضع ، تكون نقطة الوصول هي عقدة الاتصال المركزية التي تربط الأجهزة على الشبكة وتعمل كبوابة إلى الإنترنت. في هذا الوضع ، تتولى نقطة الوصول جميع مهام إدارة الشبكة.
الوضع الثاني هو Ad-Hoc. إنها ليست أقل شيوعًا وهي شبكة متداخلة ، حيث لا توجد نقاط وصول مركزية. جميع العقد متساوية ويتولى كل منها مهام المضيف أو جهاز التوجيه. يمكن أن تنتقل العقد المخصصة لتشكيل ما يسمى بشبكة الجوال (Mobile Ad-hoc NETwork - MANET). تتمثل ميزة هذا الوضع في أنه يمكن تغيير الاتصال بين العقد ديناميكيًا عند نقل الأجهزة. لكن التشغيل الفعال لهذه الشبكة يمكن أن يعتمد بشكل كبير على خوارزميات التوجيه المسؤولة عن توصيل حزمة بين عقد الشبكة. نظرًا للطبيعة الديناميكية لطوبولوجيا الشبكة ، يجب إعادة حساب "تكلفة" المسار بين العقد بشكل دوري للعثور على أفضل المسارات.
للاختبارات ، تم توصيل جهازين إضافيين بالشبكة. كانت عقد الشبكة عبارة عن جهازي كمبيوتر محمول مع نظام تشغيل Linux Ubuntu وبطاقة Wi-Fi IEEE 802.11 a / b / g / n. تم تثبيت كمبيوتر محمول مزود ببطاقة لاسلكية Intel Centrino Advance-N 6230 على الجانب المستقبل ، وتم تثبيت كمبيوتر محمول ببطاقة Intel Dual Band 3160 على الجانب الآخر. لوحة Intel Galileo ، التي تعمل في وضع AP (وضع البنية التحتية) ، أو كواحدة من العقد الوسيطة (Ad-Hoc) بين المرسل والمستقبل. في الجهاز الأخير ، تم استخدام بروتوكول توجيه BATMAN ، والذي أثبت أنه جيد. تم الحصول على مقاييس الشبكة باستخدام iPerf3. في هذه التجربة ، تم استخدام الإرسال بسرعة ثابتة بين عقد الشبكة مع المعلمات التالية: مدة الإرسال - 30 ثانية ؛ معدل النقل: 1 ، 3 ، 5 ، 7 ، 9 ، 11 ميجابت في الثانية ؛ حجم الحزمة: 512 و 1024 بايت.
تم قياس معلمات الشبكة الجوية الحقيقية وفقًا للمخطط التالي:
كان الطرفان يتحركان تدريجياً بعيدًا عن بعضهما البعض على طول المحور X. عند هذه النقطة ، تم قياس عرض النطاق الترددي للشبكة باستخدام محلل شبكة iPerf3 ، وتم قياس الحد الأقصى لمستوى الإشارة باستخدام محلل طيف Rohde & Schwarz FSH3. علقت طائرة كوادكوبتر على ارتفاع 10 و 20 مترا ، حيث تم إجراء القياسات. لذا نظرت الطائرة بدون طيار:
نصف قطر الحركة
كما أشرنا في التجربة ، تم قياس مدى الاتصال وحساب التغطية وفقًا لنماذج انتشار الموجات اللاسلكية "المساحة الحرة" ونموذج WINNER D1. تستخدم صيغة Friis عندما يكون من الضروري حساب طول الإشارة اللاسلكية بين المرسل والمستقبل في حالة عدم وجود عوائق بينهما.
يستخدم هذا النموذج فقط عند حساب الحقول في المنطقة البعيدة ، ويتم الحساب وفقًا للصيغة:
WINNER D1 هو نموذج عشوائي. يأخذ في الاعتبار الخسائر في القناة اللاسلكية. يتم تحديده بواسطة الصيغة:
في ذلك ، تحتوي متغيرات الأحرف غير المحددة على القيم التالية A = 21.5 و B = 44.2 و C = 20.
في الحسابات ، افترضت قدرة المرسل للوصلة الصاعدة والوصلة الهابطة أن تكون dBm 20 (100 mW). تم حساب نطاق الاتصال لإصدارات مختلفة من معايير IEEE 802.11. يوضح الجدول أدناه نتائج الحساب للوصلة الهابطة (للأسفل) وللوصلة الصاعدة (للوصلة الصاعدة). في الحسابات ، افترض أن الطائرات بدون طيار على ارتفاع 10 أمتار.
في تجربة حقيقية ، تم تقدير مستوى الإشارة المستقبلة. يوضح الشكل أدناه مستوى الإشارة اعتمادًا على المسافة لوضع تشغيل البنية التحتية (يسار) ووضع مخصص (يمين) عندما تعمل الطائرة على ارتفاع 10 أمتار.
نفس البيانات التجريبية ولكن لتشغيل الطائرة بدون طيار على ارتفاع 20 مترا:
أظهرت النتائج اختلافًا ملحوظًا بين القيم النظرية والعملية. سببها عوامل إضافية كثيرة. ومع ذلك ، بشكل عام ، فإن مستوى الإشارة المستقبلة أعلى بكثير من الإشارة المستقبلة في الأقران. يوضح الشكلان b و d عددًا أقل من نقاط التحكم المقاسة ، حيث تم تسجيل تلك القياسات فقط التي تم الحصول عليها عندما عملت الطائرات بدون طيار كنقطة وسيطة بين جهازين طرفية. لم يتم أخذ النتائج التي تم الحصول عليها عن طريق توصيل جهاز الإرسال والاستقبال للكمبيوتر المحمول مباشرة في الاعتبار. وبعبارة أخرى ، عندما كانت المسافة بين نقاط النهاية أقل من 60 مترًا (لارتفاع طائرة بدون طيار يبلغ 10 أمتار) أو 80 مترًا (لارتفاع 20 مترًا) ، لم تكن كوادكوبتر بمثابة جهاز وسيط في الوضع المخصص.
معدل البيانات
لتقييم أداء وضع البنية التحتية للتشغيل ووضع Ad-hoc من حيث أقصى إنتاجية ، تم استخدام iPerf لتشغيل الحزم بين نقاط النهاية. أجريت القياسات الأولى في ظروف المختبر. قياس السرعة في عدة أوضاع للتشغيل والحزم 512 و 1024 بايت.
تم تنفيذ القياسات التالية في ظروف حقيقية. سرعة البنية التحتية أعلى من سرعة الشبكة المخصصة.
من أجل وضع البنية التحتية للتشغيل (على اليسار) ووضع مخصص (على اليمين) عند تشغيل الطائرة بدون طيار على ارتفاع 10 أمتار:
نفس البيانات التجريبية ولكن لتشغيل الطائرة بدون طيار على ارتفاع 20 مترا:
يختلف الحد الأقصى لمعدل نقل بيانات Wi-F وفقًا لإصدار معيار 802.11. يتم تحديده بشكل أساسي من خلال طرق التشكيل ، وعرض القناة ، وعدد التيارات المكانية ، وأساليب التشفير وطيف الانتشار.
فيما يلي السرعات القصوى التي يمكن تحقيقها للتجربة المعنية:
تؤثر زيادة المسافة على جودة الاتصال. وهذا بدوره يجبر بطاقات الشبكة على اللجوء إلى طرق تعديل أكثر تحفظًا وتقليل معدلات نقل البيانات. في وضع البنية التحتية ، من الممكن تحمل سرعات نقل أعلى.
أعلاه ، خلال التجارب ، تم توضيح ما هي الفرص التي تفتح عند استخدام quadrocopters لمسح شبكات الشبكة اللاسلكية المكونة تلقائيًا. مع تطور تقنيات الاتصالات والمركبات الجوية بدون طيار ، سيكون هناك العديد من الفرص لتطوير مثل هذه الطريقة لبناء شبكة