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Fornecer comunicações de objetos e ferramentas em movimento para aumentar sua confiabilidade

Eu gostaria muito de fornecer muitas informações úteis sobre esse assunto neste artigo, incluindo revisões de pesquisas científicas e práticas.

Então, suponha que partimos para um comboio militar. De acordo com os regulamentos, um dos atributos essenciais desse conjunto de medidas é a necessidade de equipar todos os veículos da coluna com comunicações de alta frequência em uma rede local.

A OPK, parte da Rostec, introduziu a primeira estação de rádio digital MO1 de 6ª geração em 2016 (Software Defined Radio - SDR), que possui propriedades cognitivas. Para uma melhor compreensão, listamos os principais.

A propriedade cognitiva (ou a capacidade de aprender e auto-aprender) implica a capacidade de um sistema de rádio para resolver os seguintes problemas:

  1. Avaliação da chamada temperatura do ruído do ambiente de rádio, detecção de bandas de radiofrequência que não são usadas atualmente;
  2. Análise dos parâmetros do canal de rádio, estimativa de informações do canal, previsão do estado do canal de rádio;
  3. Controle de potência irradiada e controle de espectro dinâmico.

Para uma melhor compreensão: o peso da estação é de aproximadamente 3,8 kg. Além disso, a transferência de dados entre as duas estações não requer repetidores e elimina a presença de “zonas mortas” para linhas de comunicação de até 600 km de comprimento. Ao mesmo tempo, é capaz de conduzir uma transmissão de dados estável a uma distância de 6300 km.

A produção em série da estação de rádio MO1 começou em 2017 e hoje essas (essas e outras) estações compõem cerca de 70% do equipamento das estruturas de energia.

O ano de 2017 também foi marcado pela adoção da estação de rádio portátil "R-187P1 AZART", que também é a estação de 6ª geração e permite o uso de vários protocolos e softwares, passíveis de treinamento e expansão de funcionalidade.
Das características brilhantes da estação de rádio, pode-se notar uma mudança de frequência a cada 45 microssegundos.

Um pouco sobre o "recheio"

Os protocolos de transferência de dados em estações de rádio do tipo cognitivo, como mencionado acima nas propriedades, surpreendem com sua capacidade de se adaptar às circunstâncias em tempo real.

OS-MAC (MAC de espectro oportunista - protocolo com dispositivo)ao RFS, que divide os usuários secundários da SU em vários grupos. O canal de rádio ou canais de rádio usados ​​pelo grupo SU podem mudar dinamicamente, dependendo do estado do RFS e do estado da disponibilidade do canal de todo o sistema cognitivo. O protocolo OS-MAC oferece um modo não cooperativo de interação entre SU e PU, isto é, de fato, a quase completa ausência dessa interação. Com este modelo, o RFS é primeiro sondado para determinar o possível comportamento e modo de operação do PU. Em seguida, um recurso de canal para SU é alocado, o que, em certa medida, leva em consideração os requisitos desse grupo de usuários. Depois que os canais são alocados, o SU começa a usá-los. A principal desvantagem dessa abordagem é que apenas o recurso de canal alocado inicialmente atende aos requisitos da SU. Em seguida, a alocação do recurso do canal,corresponde ao padrão padrão especificado durante a distribuição inicial do RFS. Tais padrões são gerados a partir do banco de dados de localização geográfica para determinar a localização do PU e da SU, e os padrões não são reconstruídos em tempo real.

HC-MAC (Hardware-Constrained MAC – - MAC-) , use o método de agrupamento (k-means), que fornece a melhor aproximação dos dados obtidos de fora, para rastrear canais de RF não utilizados com alta precisão. Depois que os canais livres são detectados, o SU pode começar a usá-los. O protocolo HC-MAC leva em consideração as limitações de hardware dos dispositivos, incluindo limitações nos recursos técnicos do sensor de RFS e restrições na taxa de transmissão no canal de trabalho. No entanto, se um grupo ou uma única SU detectar canais de RF não utilizados, enquanto os grupos de SU vizinhos não receberem uma solicitação para enviar RTS (Request to Send) / enviar permissão CTS (Clear to Send - send permission ) no mesmo canal, o primeiro grupo de SU não pode determinar exatamente qual dos canais estará disponível no futuro próximo.Como resultado, colisões e interferências podem ocorrer no trabalho com grupos vizinhos de SU ou com uma única SU.

O MAC oportunista baseado em camada cruzada (MAC oportunista baseado em camada cruzada) fornece dois métodos para detectar RFS: detecção aleatória e sondagem com base em uma pesquisa de nós vizinhos. O protocolo de interação de nível cruzado usa a tecnologia de "ligação" e "separação" condicionais por multiplexação para transmitir dados por vários canais. Neste artigo, propomos a busca pela combinação ideal de largura de banda e atraso no canal, o que nos permite controlar a qualidade de serviço QoS (qualidade de serviço) com base no rádio cognitivo. No entanto, o método CO-MAC concentra-se na troca entre o par SU. Outra desvantagem é a falta de justificativa para a campanha de acordo com o critério "custo - efetividade".

No protocolo MAC de Carrier Sense Multiple Access (MAC de Carrier Sense Multiple Access) , cada nó SU mantém uma lista de canais preferidos para cada um dos nós SU vizinhos, com base no histórico de interação com esses nós. Isso permite que você escolha seu próprio canal de trabalho sem conflito, no sentido histórico, com os nós vizinhos. No entanto, armazenar toda a lista de canais disponíveis em dispositivos SU é ineficiente; portanto, propõe-se o uso de um algoritmo especial para criar listas de vizinhos e trocar informações relevantes entre eles. A desvantagem é que esse protocolo requer uma quantidade significativa de tempo para troca e é adequado para um pequeno grupo de RES SU.

Em 2019, Zuev A.V., engenheiro líder de análise e processamento de indicadores de qualidade da rede móvel da LLC Huawei Technologies Services. Um novo tipo de protocolo de transferência de dados foi proposto, com base no modelo de leilão usando modelagem estatística-simulação.

Voltemos à coluna:

no caso de equipar cada objeto com uma estação de rádio de 6ª geração, é formada uma rede de rádio local, projetada para fornecer comunicação de alta qualidade, mesmo em terrenos muito acidentados, sem o uso de sistemas de relés.

No entanto, mesmo com esse equipamento, ainda existem várias características importantes que são levadas em consideração ao desenvolver um plano para o complexo de um evento como a passagem de um comboio (militar ou civil, com ou sem acompanhamento):

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No caso da necessária comunicação confidencial entre os carros nas colunas e o esquema para aumentar sua confiabilidade, foram realizados estudos sobre o uso de helicópteros de carga e vários tipos de retransmissão, e um dos esquemas utilizava um moderno sistema de posicionamento baseado em uma câmera de vídeo. É fornecida uma versão de um sistema de processamento de informações de vídeo.

Com base nos estudos, para a implementação de comunicação confidencial de alta velocidade nos comboios de veículos, é aplicável a retransmissão nos sistemas "passivo" e "ativo", usando quadrocopters, com perfeita estabilização.

Com a opção "ativa" de retransmissão, está planejado colocar 1 transmissor e 1 receptor do sistema AOLS e o peso total do equipamento é de cerca de 20 kg. Consequentemente, o uso de um drone leve com esta opção é impossível.

Na versão "passiva" com refletores de espelho, o peso da carga útil é significativamente reduzido e podem ser usados ​​helicópteros do tipo "leve". Isso também reduz o custo de fornecer um conjunto de medidas.Na questão da eficiência: ao usar espelhos com spray de metal, o coeficiente de reflexão pode ser superior a 97% e, ao usar espelhos dielétricos multicamadas, o coeficiente de reflexão pode exceder 99%.

Um dos pré-requisitos para garantir uma comunicação perfeita usando o helicóptero é o uso de um drone com um sistema de giroscópio de 6 eixos.

O sistema de 6 eixos possui sensores de inclinação, rotação e guinada, além de um acelerômetro que permite calcular a aceleração necessária em várias direções. Em outras palavras, o drone será capaz de compensar as rajadas de vento forte e quase instantaneamente tomar uma posição estável. Além disso, o giroscópio de 6 eixos detecta independentemente a posição incorreta do helicóptero no ar e sinaliza quando o helicóptero cai. Graças a isso, o piloto pode uniformizar os paus, aumentar a velocidade e parar a queda. Esta opção salvou muitos dispositivos caros de danos.

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Assim, entrando em condições de terreno muito acidentado, a condição de “visibilidade direta” entre os objetos inicial e final da coluna, em regra, não é cumprida. Para implementar comunicações de alta velocidade, o quadcopter relay vem em socorro. Os estudos experimentais realizados mostraram que as menores flutuações no ângulo de inclinação da radiação laser, com um refletor do tipo espelho, podem ser realizadas no quadcopter DJI Mavic Pro Platinum. Note-se que em rotas com comprimento de ~ 60 - 80 m, o diâmetro da radiação laser nos sistemas AOLS, no plano receptor, em regra, não excede 30 - 40 cm. Apesar da divergência relativamente pequena da radiação laser, é possível realizar uma comunicação de alta velocidade na coluna instalando receptores de radiação, por exemplo, no teto da cabine de cada carro.Ao mesmo tempo, a distância entre os carros no esquema: transmissor - receptor, pode ser determinada de várias maneiras. 1) Usando a câmera de vídeo no próprio quadrocóptero. No teto de cada carro, coloque seu número de série na coluna. Nas colunas de carros comuns, em regra, a distância entre carros é mantida rigidamente, por exemplo, 10 a 12 m, sem mencionar as colunas militares. Também é conhecido o comprimento de cada carro na coluna dentro de alguns cm. Em seguida, a distância entre, por exemplo, o carro No1 e o carro No28, usando informações da câmera do helicóptero e conhecendo sua altura acima da coluna, é encontrada a partir de fórmulas geométricas simples.como regra, eles mantêm uma distância estreita entre veículos, por exemplo, 10 a 12 m, sem mencionar as colunas militares. Também é conhecido o comprimento de cada carro na coluna dentro de alguns cm. Em seguida, a distância entre, por exemplo, o carro No1 e o carro No28, usando informações da câmera do helicóptero e conhecendo sua altura acima da coluna, é encontrada a partir de fórmulas geométricas simples.como regra, eles mantêm uma distância estreita entre os veículos, por exemplo, 10 a 12 m, sem mencionar as colunas militares. Também é conhecido o comprimento de cada carro na coluna dentro de alguns cm. Em seguida, a distância entre, por exemplo, o carro No1 e o carro No28, usando informações da câmera do helicóptero e conhecendo sua altura acima da coluna, é encontrada a partir de fórmulas geométricas simples.

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2) Para melhorar a confiabilidade da comunicação, podem ser usados ​​sistemas de posicionamento modernos, recentemente desenvolvidos, usando uma câmera de vídeo e luzes de estacionamento de um carro.

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As luzes laterais do veículo, cuja distância é medida, são indicadas por (L1, L2) - à distância DOO` e (L1, L2) - à distância DON, respectivamente, do centro da câmera no veículo de teste. A distância DON é calculada a partir de relações geométricas. Ao mesmo tempo, a diferença de comprimentos entre as luzes de posição traseiras do carro - tela - DL`, DL, a distâncias apropriadas, é determinada nos pixels da câmera de vídeo com alta precisão.

Uma variante do esquema de processamento de imagem da câmera de vídeo usada no sistema de medição: [ Quadro de vídeo

] - [Conversão em escala de cinza] - [Ganho de contraste] --- (a) .- [Binarização] - [Comprimento de saída D l] --- (b) -— [Pontos centrais L1 e Extrair L2] - [Extrair contorno] - [Morfologia do processamento]

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