Wi-Fi Halow ilə uzunmüddətli drone video ötürmə sistemi

Giriş

Etibarlı tələb, uzunömürlü, pilotsuz uçuş aparatında aşağı gecikmə video ötürülməsi (İHA) Tətbiqlər sürətlə böyüyür. Dronlar artıq yalnız qısa mənzilli istehlakçı fotoqrafiyası üçün istifadə edilmir; Sənaye yoxlaması üçün alətlər oldular, hüquq-mühafizə orqanları, fəlakət bərpası, və axtarış və xilasetmə missiyaları. Bu tətbiqlərin hamısı, maneələrə nüfuz edə biləcək telemetriya və nəzarət siqnalları ilə birləşdirilmiş möhkəm video yayımları tələb edir, Uzun məsafələri qoruyun, və dinamik mühitlərdə sabit qalmaq.

Ənənəvi olaraq, əksər ticarət dronları etibar edir 2.4 GHz və 5.8 GHZ Wi-Fi Texnologiyaları və ya video və idarəetmə siqnallarını aparmaq üçün mülkiyyət rəqəmsal ötürmə sistemləri. Lakin, Bu tezlikli lentlər yüksək müdaxilə kimi çətinliklərlə üzləşirlər, Divarlar vasitəsilə məhdud nüfuz, və Sub-GHz tezlikləri ilə müqayisədə daha qısa bir sıra sıra aralıqları.

Bu, artan marağa səbəb oldu Wi-fi halal (IEEE 802.11AH), fəaliyyət göstərən nisbətən yeni bir standart 900 MHZ spektri. Daha uzun dalğa uzunluqlarından istifadə etməklə, Wi-Fi Halow uzadılmış diapazonu vəd edir, Daha yaxşı divar nüfuzu, və aşağı enerji istehlakı, Drone video ötürülməsi üçün xüsusilə müraciət etmək.

Müştərinin görmə qabiliyyəti götürməkdir Açıq, IP kameraları üçün açıq mənbəli bir proqram, və onu birləşdirin Wi-Fi Halow Təchizatı Bacarıqlı bir aRrone quraşdırılmış bir IP kamera sistemini aktivləşdirmək üçün:

Axın RTSP H.265 VİDEO Minimum bant genişliyində 1-2 Mbits.
Dəstək Gözdənkənar (NLOS) Transmissiya 700-800 metr, binalara və ya divarlara uçmaq kimi.
İmkanı Görmə xətti (LOS) Transmissiya 10 kilometr Drone və yer stansiyası arasında.
İnteqrasiya etmək Telemetriya və RC nəzarət protokolları kimi SBUS və ya CRSF kimi eyni linkə.
Potensial istifadə RF güc gücləndiriciləri (1-2 w) Transmissiya diapazonunu uzatmaq.

Bu yazıda, Bu sistemin məqsədəuyğunluğunu təhlil edəcəyik, Hazırladığı çətinliklər, Bu görmə qabiliyyətini reallığa çevirmək üçün mümkün mühəndis yolları.

1. Tələbləri başa düşmək

1.1 Video ötürmə məhdudiyyətləri

İstifadə H.265 kodlaşdırma burada çox vacibdir, Təxminən təklif etdiyi üçün 50% H.264 ilə müqayisədə daha yaxşı sıxılma səmərəliliyi, yüksək keyfiyyətli video aşağı bitratlarda əldə edilə bilər. Drone telemetriya və nəzarət üçün, təsirli minimum 1-2 Mbit / s məqbul sayılır. Bu, tipik Wi-Fi bağlantısının altından yaxşıdır, Ancaq problem zəif siqnal və uzun məsafələrdə sabit çatdırılmanı təmin etməkdədir.

1.2 Aralığın gözləntiləri

NLOS (700-800 m): Bu diapazon, xüsusilə çətindir, çünki divarları nüfuz edərkən hər hansı bir tezlikdəki radio siqnalları əhəmiyyətli dərəcədə pozulur, polad, və beton. İsə 900 MHZ daha yaxşı edir 2.4/5.8 GHz, Sıx şəhər mühitində hələ də ağır eniş var.
LOS (10 km): Nail olmaq 10 Km-nin mənzərəsi mümkündür 900 Əlverişli şərtlərdə MHZ, Xüsusilə İstiqamətləndirici Antenlər və Yüksək Gücləndiricilər istifadə olunursa. Lakin, Tənzimləmə məhdudiyyətləri və enerji səmərəliliyi diqqətlə nəzərdən keçirilməlidir.

1.3 Nəzarət və telemetriya inteqrasiyası

Yerləşdirmək lazımdır Sbus və ya crsf Video ilə birlikdə tələb olunur multipleksing həlli, ya fiziki qatda (Paylaşılan kanal) və ya daha yüksək şəbəkə qatında (IP üzərində encapsulation). Gecikmə xüsusilə burada kritikdir, Açılan nəzarət döngələri millisancond miqyaslı reaksiya tələb edir.

1.4 Təchizat mülahizələri

Müştəri bir standartı əvəz edir 2.4/5.8 A ilə ghz wi-fi modulu Wi-fi halal 900 Mhz chipset, Bir ilə birləşdirilmişdir 1-2 W RF gücləndiricisi Aralığı uzantısı üçün. At 100 mW, Ticarət Wi-Fi halow modulları adətən ~ 1 km los əldə edir. Daha yüksək ötürmə səlahiyyətlərinə nəzər nöqtəsi nəzəri cəhətdən aralığı itələyə bilər 10 km və ya kənarda, Ancaq istilik dağılması, enerji istehlakı, və qanuni məhdudiyyətlər oyuna girir.

2. Dronlar üçün Wi-Fi Halow-un texniki məqsədəuyğunluğu

2.1 Wi-Fi halının üstünlükləri

Daha uzun dalğa uzunluqları: ~ 900 mhz, Siqnallar daha yaxşı və divarlara nisbətən daha effektiv şəkildə nüfuz edir 2.4 GHz.
Enerji səmərəliliyi: Wi-Fi Halow iot üçün hazırlanmışdır, Beləliklə, çipsetlər tez-tez aşağı güc rejimlərini dəstəkləyir, batareya məhdudiyyətləri olan dronlar üçün uyğunlaşdırıla bilər.
Menzil: Optimal şərtlərdə, Wi-Fi Halow, təvazökar güc səviyyəsi ilə kilometr miqyaslı diapazonları vəd edir.

2.2 Potensial məhdudiyyətlər

Bant: Wi-Fi Halow, aşağı bitədəki iot tətbiqləri üçün optimallaşdırılmışdır. Tipik ötürmə qabiliyyəti dəyişə bilər 150 KBPS-ə qədər 15 MBPS modulyasiyasından və bant genişliyi parametrlərindən asılı olaraq. Bu 1-2 Mb / s video dəstəkləyə bilər, Ancaq səhv üçün az marj var.
Çipsetin mövcudluğu: Wi-Fi Halov hələ də nisbətən yenidir, və ticari olaraq mövcud olanların sayı, Drone dostu modullar məhduddur. Openipc inteqrasiyası üçün sürücü dəstəyi əsaslı modifikasiya tələb edə bilər.
Müdaxilə 900 Mhz ism band: Daha az izdihamlı olsa da 2.4 GHz, the 900 Mhz Band hələ də sənaye avadanlıqları tərəfindən istifadə olunur, Lora, və digər ism cihazları. Müdaxilə etibarlılığı azalda bilər.

3. Təchizat mühəndisliyi problemləri

3.1 RF güc gücləndirilməsi

Gücləndirmə gücünü artırır 100 MW 1-2 W aralığını uzada bilər, Ancaq bu da:
- Əhəmiyyətli dərəcədə güc istehlak edir (Drone batareyaları daha sürətli qurutmaq).
- Aktiv soyutma tələb edən istilik yaradır.
- Tənzimləmə həddini poza bilər (FCC, BU, və s.).

3.2 Anten dizaynı

Yer stansiyasındakı istiqamətləndirici antenalar nail olmaq üçün vacibdir 10 km.
Dronda, Yığcam Olnidirectional Antenalar Ölçüsü və Aerodinamika ilə qazanc əldə etməlidir.

3.3 Ölçüsü, Çəki, və güc (Dəyişdirmək)

Hər hansı bir əlavə aparat, Xüsusilə gücləndiricilər və istilik batır, yükləmə çəkisini artırır, Drone uçuş vaxtını birbaşa azaltmaq.
Swap-ı optimallaşdırmaq sistemi praktik etmək üçün vacibdir.

4. Proqram və protokol mülahizələri

4.1 Openip uyğunlaşma

OpenIPC hazırda ənənəvi Wi-Fi modullarını hədəf alır. Wi-Fi Halow Təchizatına nəql etmək xüsusi sürücülər tələb edəcəkdir.
Potensial məhdud bir link üzərində yayımlanan RTSP ilə inteqrasiya səhv düzəldilməsini əhatə etməlidir, Jitter tamponlanması, və uyğunlaşma bitrate.

4.2 Multipleksing video və nəzarət

SBUS və CRSF, RTSP ilə birlikdə IP paketlərdə istifadə edilə bilər, Ancaq ciddi gecikmə tələbləri tələb Qoca (Xidmətin keyfiyyəti) İdarəetmə siqnalları üçün prioritetləşdirmə.
Alternativ olaraq, Video ötürülməsi ilə paralel olaraq ayrıca dar bir telemetriya kanalı saxlanıla bilər, Bu, bu, hardware mürəkkəbləşsə də.

4.3 Təhlükəsizlik və şifrələmə

AES və ya WPA2 / WPA3 şifrələməsi işləmə işini əlavə edir, lakin şifrəsiz bağlantılar qaçırmağa həssas ola bilər.
Aşağı bant genişliyi üçün uyğunlaşdırılmış yüngül şifrələmə nəzərə alınmalıdır.

5. Link büdcəsi və diapazon analizi

Sadələşdirilmiş Link büdcə təhlili məqsədəuyğunluğu təsvir etməyə kömək edir:

Gücünü ötürmək: 100 mW (20 dBm) ilkin; gücləndirici ilə → 1 W (30 dBm) və ya 2 W (33 dBm).
Qəbuledici həssaslıq: -95 DBM aşağı bitratlarda Wi-Fi Halov üçün tipikdir.
Anten qazan: 2-5 DBI drone, 10-20 DBI Ground Station istiqaməti.
Pulsuz kosmik yol itkisi (10 km at 900 MHz): ~ 112 dB.

Bu nömrələrlə:

Link margin ilə 1 W ötürücü güc və yüksək qazanc antenaları ~ 10-15 dB, Sabit 1-2 Mbit / s ötürülməsi üçün kifayətdir.
NLOS ssenariləri proqnozlaşdırmaq üçün daha çətindir; Divar başına nüfuz itkisi 5-15 dB ola bilər, Tez link marjası istehlak edir.

6. Tənzimləmə və praktik problemlər

Qanuni güc hədləri: Bir çox bölgədə, lotensionsuz 900 MHz ötürmələri qapılır 1 W ANP. Daha yüksək gücdən istifadə lisenziya tələb edə bilər.
Təhlükəsizlik narahatlığı: İnsanlar yaxınlığında güclü RF çıxışı uyğunluq problemlərini qaldıra bilər.
Drone uçuş vaxtı: Gücləndiricilərdən və soyuducudan əlavə yükləmə çəkisi dözümlülüyü azaldır.

7. Mümkün mühəndis həlləri

Hibrid rabitə: Video üçün Wi-Fi Halow istifadə edin, ancaq telemetriya / nəzarət artımı üçün ayrıca bir lora və ya dar bir link saxlamaq.
Uyğunlaşma Bitrat axını: Çevik bağlantının keyfiyyətini idarə etmək üçün Openip-də Dinamik BitRate miqyasını tətbiq edin.
İstiqamətli antenalar: LOS aralığını artırmaq üçün yerüstü yüksək qazanc antennas və izləyicilərə investisiya qoyun.
Xüsusi sürücülər və firmware: Wi-Fi Halow Sürücüləri Openip'ə uyğunlaşdırmaq üçün çipset satıcıları və ya açıq mənbəli icmalarla işləyin.

Rəy

İstifadə vizyonu Wi-Fi Halow at 900 MHz Drone video ötürülməsi texniki cəhətdən mümkündür, lakin əhəmiyyətli problemlər olmadan deyil. Bitratura ilə 1-2 Mbits, Sistem Wi-Fi Halovun nəzəri gücünə uyğundur. Diqqətli mühəndisliklə, xüsusən də büdcə dizaynında, anten seçimi, və protokol optimallaşdırılması - buna nail olmaq mümkündür 10 km və bir neçə yüz metr nlos performans.

Lakin, Praktik maneələr qalır: Məhdud Çipset mövcudluğu, Tənzimləmə güc məhdudiyyəti, Yükləmə Çəki, və Openipc ilə inteqrasiya mürəkkəbliyi. Missiya-kritik drone tətbiqləri üçün, a Hibrid sistem memarlığı Wi-Fi halını lazımsız telemetriya bağlantıları ilə birləşdirən ən etibarlı həll ola bilər.

Bu layihə açıq mənbə proqramının qabaqcıl bir kəsişməsini təmsil edir, Sub-Ghz Simsiz Rabitə, və UAV sistemi dizaynı. Wi-Fi Halow Təchizatının və Diqqətli Sistem İnteqrasiyasının davamlı inkişafı ilə, Uzun məsafəli üçün yeni bir standart ola bilər, Aşağı gecikmə drone video ötürülməsi.

Wi-Fi Halow və Openipc ilə uzunmüddətli bir drone video ötürmə sistemi qurmaq