Уводзіны
Попыт на надзейнае, далёкая дыстанцыя, Перадача відэа з нізкай затрымкай у беспілотным лятальным апараце (БЛА) Заяўкі хутка растуць. Беспілотнікі больш не выкарыстоўваюцца толькі для фатаграфіі спажыўцоў кароткага ўзроўню; Яны сталі інструментамі для прамысловай інспекцыі, праваахоўныя органы, Аднаўленне катастроф, і пошукавыя місіі. Усе гэтыя прыкладанні патрабуюць надзейных відэа -каналаў у спалучэнні з тэлеметрыямі і сігналамі кіравання, якія могуць пракрасціся ў перашкоды, Падтрымлівайце вялікія адлегласці, і заставацца стабільным у дынамічных умовах.
Традыцыйна, большасць камерцыйных беспілотнікаў разлічваюць 2.4 Гхз і 5.8 GHZ Wi-Fi Technologies альбо ўласныя сістэмы лічбавай перадачы для пераносу відэа і кіравання сігналамі. Аднак, Гэтыя дыяпазоны частот сутыкаюцца з такімі праблемамі, як высокае ўмяшанне, Абмежаванае пранікненне праз сцены, і больш кароткія дыяпазоны на баку ў параўнанні з частотамі суб-ГГц.
Гэта прывяло да росту цікавасці да Wi-fi halow (IEEE 802.11AH), адносна новы стандарт, які працуе ў 900 Спектр МГц. Пры дапамозе большай даўжыні хваль, Wi-Fi Halow абяцае пашыраны дыяпазон, Лепшае пранікненне сцен, і меншае спажыванне электраэнергіі, што робіць яго асабліва прывабным для перадачы беспілотнікаў.
Бачанне кліента - узяць OpenIPC, Прашыўка з адкрытым зыходным кодам для IP-камеры, і інтэграваць яго з Wi-Fi Halow абсталяванне каб уключыць сістэму IP-камеры, усталяванай беспілотнікам, здольная:
- Струменьчык RTSP H.265 відэа пры мінімальнай прапускной здольнасці 1–2 Мбіт / с.
- Апорны Не-лінія зроку (Калі дыяпазон дыяпазону) перадача да 700–800 метраў, напрыклад, палёт у будынкі ці за сценамі.
- Уцягваць Лінія зроку (Калі дыяпазон дыяпазону) перадача да 10 кіламетры паміж беспілотнікам і наземнай станцыяй.
- Інтэнсіўны Тэлеметрыя і пратаколы кіравання РК напрыклад, SBUS або CRSF у тую ж спасылку.
- Патэнцыйна выкарыстоўваючы РФ ўзмацняльнікі магутнасці (1–2 Вт) Для пашырэння дыяпазону перадачы.
У гэтым артыкуле, Мы прааналізуем мэтазгоднасць гэтай сістэмы, праблемы, якія ён уяўляе, і магчымыя інжынерныя шляхі, каб ператварыць гэта бачанне ў рэальнасць.
1. Разуменне патрабаванняў
1.1 Абмежаванні відэа перадачы
Выкарыстанне H.265 Кадаванне тут важна, Так як ён прапануе прыблізна 50% Лепшая эфектыўнасць сціску ў параўнанні з H.264, Значэнне якаснага відэа можа быць дасягнута ў ніжніх бітрах. Для беспілотнай тэлеметрыі і кіравання, эфектыўны Мінімальная прапускная здольнасць 1–2 Мбіт / с лічыцца прымальным. Гэта значна ніжэй тыповай ёмістасці Wi-Fi, Але праблема заключаецца ў забеспячэнні стабільнай дастаўкі пад слабымі сігналамі і вялікімі адлегласцямі.
1.2 Чаканні дыяпазону
- Калі дыяпазон дыяпазону (700–800 м): Гэты дыяпазон асабліва складаны, таму што радыё сігналізуе па любой частаце значна пагаршаецца пры пранікальных сценах, сталь, і бетон. Пакуль 900 МГц робіць лепш, чым 2.4/5.8 ГГц, У густых гарадскіх умовах яшчэ моцна паслабленне.
- Калі дыяпазон дыяпазону (10 км): Дасягненне 10 км лінейка з-за магчымасці магчыма ў 900 МГц пры спрыяльных умовах, Асабліва, калі выкарыстоўваюцца накіраваныя антэны і ўзмацняльнікі з высокай магутнасцю. Аднак, Рэгуляцыйныя абмежаванні і эфектыўнасць электраэнергіі павінны быць старанна ўлічаны.
1.3 Кантроль і інтэграцыя тэлеметрыі
Неабходнасць укаранення SBUS або CRSF Нараўне з відэа патрабуецца Мультыплекснае рашэнне, Альбо на фізічным пласце (Агульны канал) альбо на больш высокім сеткавым пласце (інкапсуляцыя над IP). Затрымка тут асабліва важная, Паколькі завесы кіравання беспілотнікамі патрабуюць мілісекунднай спагадлівасці.
1.4 Апаратныя меркаванні
Кліент прадугледжвае замену стандарту 2.4/5.8 GHZ Wi-Fi модуль з Wi-fi halow 900 МГц чыпсэт, у пары з 1–2 Вт РФ ўзмацняльнік Для пашырэння дыяпазону. Каля 100 мВт, Камерцыйныя модулі Wi-Fi Halow звычайна дасягаюць ~ 1 км Лос. Маштабаванне да больш высокіх сіл перадачы можа тэарэтычна падштурхнуць дыяпазон да 10 км і далей, Але цеплавое рассейванне, Спажываная магутнасць, і юрыдычныя абмежаванні ўступаюць у гульню.
2. Тэхнічная мэтазгоднасць Wi-Fi Halow для беспілотнікаў
2.1 Перавагі Wi-Fi Halow
- Больш працяглыя даўжыні хвалі: Пры ~ 900 МГц, сігналы дыфракцыі лепш і пранікаюць у сцены больш эфектыўна, чым у 2.4 ГГц.
- Энергаэфектыўнасць: Wi-Fi Halow прызначаны для IoT, Такім чынам, чыпсэты часта падтрымліваюць рэжымы нізкай магутнасці, якія могуць быць адаптаваны да беспілотнікаў з абмежаваннямі батарэі.
- Дыяпазон: У аптымальных умовах, Wi-Fi Халоу абяцае дыяпазоны кіламетраў са сціплым узроўнем магутнасці.
2.2 Патэнцыйныя абмежаванні
- Прапускная здольнасць: Wi-Fi Halow аптымізаваны для недастатковых прыкладанняў IoT IoT. Тыповая прапускная здольнасць можа вар'іравацца ад 150 KBPS да 15 MBPS у залежнасці ад налад мадуляцыі і прапускной здольнасці. Гэта можа падтрымліваць відэа 1–2 Мбіт / с, Але для памылак мала рэнтабельнасці.
- Наяўнасць чыпсэта: Wi-Fi Halow па-ранейшаму адносна новы, і колькасць даступных у продажы, Модулі, зручныя для беспілотнікаў, абмежаваныя. Падтрымка драйвера для інтэграцыі OpenIPC можа запатрабаваць значнай мадыфікацыі.
- Умяшанне ў 900 MHZ ISM Band: Хоць менш перапоўнена, чым 2.4 ГГц, the 900 Band MHZ па -ранейшаму выкарыстоўваецца прамысловым абсталяваннем, Лора, і іншыя прылады ISM. Умяшанне можа паменшыць надзейнасць.
3. Праблемы з абсталяваннем інжынерыі
3.1 Ампліфікацыя магутнасці РФ
- Павелічэнне магутнасці перадачы ад 100 МВт да 1–2 Вт можа падоўжыць дыяпазон, Але гэта таксама:
- Спажывае значна больш магутнасці (Зліццё беспілотных батарэй хутчэй).
- Стварае цяпло, якое патрабуе актыўнага астуджэння.
- Можа парушыць нарматыўныя абмежаванні (FCC, ГЭТА, і г.д.).
3.2 Дызайн антэны
- Накіраваныя антэны на наземнай станцыі маюць важнае значэнне для дасягнення 10 км.
- На беспілотніку, Кампактны омнідыральные антэны павінны ўраўнаважыць прырост з памерамі і аэрадынамікай.
3.3 Памер, Вага, і ўлада (Памякаць)
- Любое дадатковае абсталяванне, Асабліва ўзмацняльнікі і цеплавыя ракавіны, павялічвае вагу карыснай нагрузкі, непасрэднае памяншэнне часу палёту беспілотнікаў.
- Аптымізацыя своп мае вырашальнае значэнне для таго, каб зрабіць сістэму практычнай.
4. Праграмнае забеспячэнне і пратакольныя меркаванні
4.1 Адаптацыя OpenIPC
- OpenIPC у цяперашні час арыентуецца на традыцыйныя модулі Wi-Fi. Перанос яго на абсталяванне Wi-Fi Halow запатрабуе карыстацкіх драйвераў.
- Інтэграцыя з RTSP паток па патэнцыйна абмежаванай спасылцы павінна ўключаць у сябе карэкцыю памылак, буферызацыя дрыгацення, і адаптыўны бітр.
4.2 Мультыплекснае відэа і кіраванне
- SBUS і CRSF могуць быць інкапсуляваны ў IP -пакеты разам з RTSP, Але патрабаванні да строгіх патрабаванняў затрымкі QoO (Якасць абслугоўвання) Прыярытэтызацыя для кіравання сігналамі.
- Альтэрнатывы, Асобны вузкапалосную тэлеметрычную канал можа захоўвацца паралельна з перадачай відэа, Хоць гэта ўскладняе абсталяванне.
4.3 Бяспека і шыфраванне
- Шыфраванне AES або WPA2/WPA3 Дадае апрацоўку накладных выдаткаў, Але незашыфраваныя спасылкі могуць быць уразлівымі да выкрадання.
- Неабходна ўлічваць лёгкае шыфраванне, з улікам спасылак з нізкай прапускной здольнасцю.
5. Бюджэт звязвання і аналіз дыяпазону
Спрошчаны аналіз бюджэту спасылкі дапамагае праілюстраваць мэтазгоднасць:
- Перадаць сілу: 100 мВт (20 дБм) зыходны ўзровень; з узмацняльнікам → 1 Ш (30 дБм) альбо 2 Ш (33 дБм).
- Адчувальнасць да прыёмніка: -95 DBM, характэрны для wi-fi halow пры нізкіх бітрах.
- Каэфіцыент узмацнення антэны: 2–5 dbi беспілотнік, 10–20 DBI наземнай станцыі накіравана.
- Страта шляху свабоднай прасторы (10 км у 900 МГц): ~ 112 дБ.
З гэтымі лічбамі:
- Запас спасылкі з 1 W Перадача магутнасці, а антэны з высокім узроўнем складае ~ 10–15 дБ, дастаткова для стабільнай прапускной здольнасці 1–2 Мбіт / с.
- Сцэнарыі NLOS значна складаней прадказаць; Страта пранікнення на сцяну можа складаць 5–15 дБ, Хутка спажывае запас спасылак.
6. Нарматыўныя і практычныя праблемы
- Юрыдычныя абмежаванні магутнасці: У многіх рэгіёнах, неліцэнзійны 900 Перадачы MHZ абмежаваныя ў 1 W anp. Выкарыстанне больш высокай магутнасці можа запатрабаваць ліцэнзіі.
- Праблемы бяспекі: Моцны РФ паблізу людзей можа выклікаць праблемы з захаваннем.
- Час палёту беспілотніка: Дадатковая маса карыснай нагрузкі ад узмацняльнікаў і астуджэння памяншае цягавітасць.
7. Магчымыя інжынерныя рашэнні
- Гібрыдная сувязь: Выкарыстоўвайце Wi-Fi Halow для відэа, Але падтрымлівайце асобную лору альбо вузкапалосную спасылку для залішнасці тэлеметрыі/кантролю.
- Адаптыўная струменевая бітрэйта: Рэалізуйце дынамічнае маштабаванне бітрэйта ў OpenIPC для апрацоўкі ваганняў якасці спасылкі.
- Накіраваныя антэны: Інвестуйце ў наземныя антэны і трэкеры для максімальнага павелічэння LoS Range.
- Карыстальніцкія драйверы і прашыўка: Праца з пастаўшчыкамі чыпсэта або супольнасцямі з адкрытым зыходным кодам, каб адаптаваць драйвераў Wi-Fi Halow да OpenIPC.
Выснова
Бачанне выкарыстання Wi-fi halow at at 900 МГц Для перадачы беспілотнікаў тэхнічна магчыма, але не без істотных праблем. Пры бірэтах 1–2 Мбіт / с, Сістэма ўпісваецца ў тэарэтычную здольнасць Wi-Fi Halow. З дбайнай інжынерыяй - асабліва ў дызайне бюджэту спасылкі, Выбар антэны, і аптымізацыя пратаколу - магчыма дасягнуць 10 км і некалькі сотняў метраў Нлос выкананне.
Аднак, Практычныя бар'еры застаюцца: Абмежаваная даступнасць чыпсэта, Абмежаванні рэгулявання магутнасці, Вага карыснай нагрузкі, і складанасць інтэграцыі з OpenIPC. Для місійных крытычных прыкладанняў беспілотнікаў, а Гібрыдная архітэктура сістэмы Спалучэнне Wi-Fi Halow з залішнімі тэлеметрычнымі спасылкамі можа стаць найбольш надзейным рашэннем.
Гэты праект уяўляе сабой перадавыя перасячэнне праграмнага забеспячэння з адкрытым зыходным кодам, бесправадная сувязь пад-ГГЗ, і дызайн БЛА. З далейшым развіццём абсталявання Wi-Fi Halow і ўважлівай сістэмнай інтэграцыі, гэта цалкам можа стаць новым стандартам для далёкага дзеяння, перадача відэа з нізкай затрымкай.
Задайце пытанне
Ваша паведамленне адпраўлена