Kui palju ribalaiust vajab UAV-andmelink juhtimise, telemeetria ja HD-video jaoks?

UAV võib reageerida käskudele väikeses andmevoos, kuid kaotada kasutatava video, kui raadiolink on ülekoormatud. See kontrast muudab ribalaiuse planeerimise keerulisemaks kui modemi valimine selle reklaamitud tippkiiruse järgi. Juhtimine, telemeetria ja HD-video esitavad samale ühendusele väga erinevad nõudmised.

Põhiküsimus on, kui palju on stabiilne UAV andmesideühenduse ribalaius, mida õhusõiduk suudab reaalse lennu ajal säilitada. Allolevates jaotistes võrreldakse iga liiklustüüpi, luuakse praktiline ribalaiuse eelarve ja näidatakse, kuidas kaitsta juhtimist ja telemeetriat, kui videonõudlus suureneb.

 

Kui palju ribalaiust iga UAV andmevoog kasutab

Juhtkäsud vajavad vähe võimsust, kuid viivitamatut kohaletoimetamist

Piloodi sisendid, lennurežiimi muudatused, teekonnapunktide värskendused, koju naasmise juhised, kardaani liigutamine ja kasuliku koorma käivitajad on kõik väikesed sõnumid. Praktiline planeerimisvaru on ligikaudu 5–100 kbps, sealhulgas kinnitused ja protokollikulud. Halb juhtimisjõudlus tuleneb tavaliselt latentsusest, värinast, pakettide kadumisest või järjekorra ummistusest, mitte töötlemata võimsuse puudumisest.

Üleslüli vajab endiselt kaitstud võimsust, kuna suurem osa suure mahuga UAV-liiklusest liigub vastupidises suunas. Lingil võib olla küllaldaselt allalingi ruumi video jaoks, kuid juhtpaketid jäävad muu liikluse taha ootama. Käskude andmed peaksid seetõttu saama reserveeritud prioriteedi alati, kui mitu rakendust jagavad ühte raadiot.

Ribalaiust ei saa hinnata ka käsuajastust arvestamata. Hilinenud kasuliku koormuse juhis võib olla ebamugav, samas kui hilinenud lennurežiimi või taastamise käsk võib missiooni kohe mõjutada. Sel põhjusel tuleks juhtimisliiklust hinnata nii vastuse järjepidevuse kui ka keskmise andmetarbimise järgi.

Telemeetria nõudlus sõltub sõnumite kiirusest

Telemeetria hõlmab asukohta, asendit, kõrgust merepinnast, aku seisundit, navigatsiooni olekut, missiooni edenemist, lingi kvaliteeti ja kasuliku koormuse seisundit. Põhiaruandlus võib kasutada kiirust 10–50 kbps, samas kui tavaline maapealse juhtimisjaama voog mahub tavaliselt 50–300 kbps. Kiire diagnostika, üksikasjalikud logid, mitu kasulikku lasti või mitu lennukit võivad kogukiirust 1 Mbps või enama suunas tõsta.

Nõudlus sõltub nii sõnumi suurusest kui ka sagedusest. Kümneid kordi sekundis saadetud hoiakuandmed tarbivad rohkem võimsust kui kord sekundis saadetav akuvärskendus. MAVLink võimaldab üksikute sõnumite intervalle muuta, aidates meeskondadel vähendada ebaolulist liiklust ilma kriitilisi olekuandmeid eemaldamata.

Telemeetria vähendamine peaks olema pigem selektiivne kui valimatu. Kõrgsageduslikud andmed, mis toetavad navigeerimist, juhtimist või operaatori teadlikkust, tuleks säilitada, samas kui korduvaid silumissõnumeid saab tavatöö ajal aeglustada või keelata. See hoiab telemeetria eelarve tõhusana, varjamata olulisi muutusi lennuki seisukorras.

HD-video määrab tavaliselt lingi suuruse

Tihendatud video domineerib tavaliselt UAV andmesideühenduse ribalaiuse eelarves. Kasulikud planeerimisvahemikud on umbes 2–5 Mbps 720p puhul 30 kaadrit sekundis, 4–12 Mbps 1080p puhul 30 kaadrit sekundis, 8–20 Mbps 1080p puhul 60 kaadrit sekundis ja 15–40 Mbps tihendatud 4K jälgimise jaoks. Tegelik nõudlus sõltub koodekist, kaadrisagedusest, liikumisest, pildi üksikasjadest, vähese valguse mürast, võtmekaadri intervallist ja kodeerija kvaliteediseadetest.

H.264 kasutatakse laialdaselt pakettvideo jaoks, samas kui H.265 võib vähendada võrreldava kvaliteedi jaoks vajalikku bitikiirust, kui seadmed toetavad täiendavat töötlemiskoormust. Muutuva bitikiirusega vood võivad suureneda ka siis, kui lennuk pöördub lehestiku, vee, hoonete või muu üksikasjaliku liikumise poole. Tööseire jaoks on stabiilne mõõduka bitikiirusega voog tavaliselt kasulikum kui teravam voog, mis leviala serva lähedal külmub.

Neid väärtusi tuleks käsitleda planeerimisvahemikena, mitte kodeerija universaalsete sätetena. Kaks sama eraldusvõime ja kaadrisagedusega kaamerat võivad tekitada erineva koormuse, kuna nende stseenid, tihendusprofiilid ja kvaliteedieesmärgid erinevad. Tegeliku voo mõõtmine on usaldusväärsem kui selle hindamine ainult eraldusvõime järgi.

 

Kuidas luua realistlik ribalaiuse eelarve

Lisage iga voog, mis töötab samal ajal

Kasutage lihtsat valemit: nõutav stabiilne läbilaskevõime võrdub pideva liikluse, eeldatavate purunemiste ja töömarginaaliga. Loendage iga sama missioonifaasi ajal aktiivset voogu, sealhulgas sekundaarset või termilist videot, kasuliku koormuse käsud, anduri olekut, armatuurlaudu, diagnostikat, kaarte ja logiülekandeid. Täiendavad vaatajad või lennukid võivad liiklust suurendada, välja arvatud juhul, kui levitamine toimub pärast seda, kui voog jõuab maapinnale.

Arvutage üles- ja allalüli eraldi, kuna mõned raadiod pakuvad mõlema suuna vahel jagatud koondmäära. Sisseehitatud salvestamine ei tarbi raadio ribalaiust enne, kui failid on üle kantud, kuid hilisem allalaadimine võib ühendust küllastada, välja arvatud juhul, kui selle kiirus on piiratud. Töövaru peaks katma kodeerija piigid, üldkulud, kordusedastused, muutuva modulatsiooni ja ajutised häired.

Kaugelendamine, antenni orientatsiooni muutmine, ülekoormatud spekter või releeteed nõuavad rohkem reservi kui lähitöö puhtal väljal. Marginaali eesmärk ei ole spetsifikatsiooni paisutada. Selle eesmärk on hoida oluline liiklus stabiilne missiooni nõrgima eeldatava osa ajal.

Töötage ühe kaameraga mehitamata õhusõiduki näidis

Kaaluge ühte 1080p H.264 voogu kiirusega 6 Mbps, 0,1 Mbps autopiloodi telemeetria, 0,05 Mbps kasuliku koormuse oleku ja käskude jaoks ning 0,5–0,7 Mbps armatuurlaua ja katkendliku diagnostika jaoks. Pidev ja keskmine koormus on umbes 6,7–6,9 Mbps. 3–5 Mbps reservi lisamine annab mõistlikuks minimaalseks eesmärgiks umbes 10–12 Mbps stabiilse rakenduse läbilaskevõime.

Raadiost, mida reklaamitakse kiirusega 12 Mbps, ei piisa automaatselt. See peab säilitama selle kiiruse kavandatud vahemaa, kõrguse, õhusõiduki asendi, kanalitingimuste ja liikluskorralduse korral. Teine kaamera lisab oma täieliku voo bitikiiruse, samas kui mitu UAV-d nõuavad iga jagatud võrgusegmendi koondarvutust.

Need vahemikud on kasulikud varajaseks valikuks, kuid need ei asenda mõõtmist. Salvestage tegelik koodri väljund realistliku liikumise ja valgustuse ajal, seejärel lisage vaadeldud mittevideoliiklus. See hoiab ära nii lingi alamõõdulisuse kui ka tarbetu raskuse, võimsusvajaduse või spektrivõimsuse kandmise.

 

Miks on lennuaegne läbilaskevõime madalam kui andmelehe kiirus?

PHY Rate ei ole kasutatav UAV andmeühenduse ribalaius

Kanali laius, füüsilise kihi kiirus, võrgu läbilaskevõime ja rakenduse läbilaskevõime kirjeldavad erinevaid asju. Füüsiline kiirus hõlmab kodeerimise ja kadreerimise poolt tarbitud võimsust, samas kui rakendused saavad vähem, kuna päised, krüpteerimine, veaparandus, kinnitused, kordusedastused, marsruutimine ja liikluse haldamine kasutavad eetriaega. Seetõttu ei saa suurt andmelehe numbrit käsitleda kaamera ja lennujuhi jaoks saadaoleva ribalaiuna.

Adaptiivsed raadiod liiguvad ka tugevamale modulatsioonile ja kodeerimisele, kui signaali kvaliteet langeb. See säilitab ühenduvuse, kuid vähendab läbilaskevõimet, samas kui kordusedastused kulutavad täiendavat eetriaega ja puhverdamine lisab viivitust. Võrrelge stabiilset mõõdetud läbilaskevõimet missioonivahemikus ideaalsetes laboritingimustes saavutatud maksimaalse kiiruse asemel.

Vahemaa ja õhusõiduki liikumine muudavad andmeedastuskiirust

Läbilaskevõime muutub lennuki liikumisel. Kaugus, vaateulatus, Fresneli tsooni kliirens, maapealse antenni kõrgus, polarisatsioon ja häired mõjutavad signaali kvaliteeti. Kaldumine või kallutamine võib asetada antenni selle mustri nõrgale kohale, samas kui akud, süsinikkiud, metallkonstruktsioonid või kasulikud koormused võivad tee blokeerida.

Seadistus, mis kannab pingil veatut videot, võib muutuda ebastabiilseks, kui UAV pöörab, laskub või jõuab oma marsruudi kõige kaugemasse ossa. Testige tegelikku missiooniprofiili, sealhulgas pöördeid ja kõrguse muutusi, mõõtes samal ajal pakettide kadu, värinat, latentsust ja püsivat läbilaskevõimet. Planeerige kõige nõrgemas olukorras, kus ühenduvus on endiselt vajalik.

Jagatud eetriaeg vähendab võimsust veelgi

Kaks kaamerat, mitmed mehitamata õhusõidukid, eraldi ühehäälestusvood mitme vaataja jaoks või taustahooldusliiklus – kõik jagavad saadaoleva eetriaega. Relee- ja võrguteed võivad leviala laiendada, kuid edastatud paketid tarbivad raadioressursse rohkem kui ühel hüppel. Otsast lõpuni läbilaskevõime võib seetõttu langeda isegi siis, kui iga kohalik lüli näib olevat terve.

Tehke kindlaks, kus liiklus koondub, ja arvutage selle punkti kombineeritud koormus. Ärge eeldage, et kõik sõlmed saavad samaaegselt kogu pealkirja määra. Lihtne topoloogiadiagramm koos suuna- ja bitikiiruse siltidega paljastab kitsaskohad sageli selgemini kui üks kogu võrku hõlmav summa.

 

Liikluse tähtsuse järjekorda seadmine ja õige andmelinki valimine

Vähendage videot enne juhtimist või telemeetriat

Segaandmetega link vajab selget teenindusjärjekorda: kõigepealt lennukäsud, seejärel olulised telemeetria ja lingi terviseteated, ohutusega seotud kasuliku koormuse käsud, reaalajas video ja lõpuks logid või failiedastused. See hierarhia takistab visuaalselt nõudlikul voogu väikese, kuid kriitilise paketi edasilükkamist. Samuti muudab see süsteemi käitumise prognoositavaks, kui saadaolev võimsus väheneb.

Teenuse kvaliteet, eraldi järjekorrad, valitav teenuseprioriteet ja kiiruspiirangud on väärtuslikumad kui ainult kasutamata tippvõimsus. Ilma nendeta võib videosari või faili allalaadimine täita järjekorra isegi siis, kui keskmine liiklus tundub vastuvõetav. Videol peaks olema maksimaalne bitikiirus ja taustal edastamine peaks olema lennu ajal peatatud või piiratud.

Määrake prognoositav video halvenemise strateegia

Kui lingi marginaal väheneb, peatage esmalt hulgiedastused, seejärel vähendage video bitikiirust, vähendage kaadrisagedust, vähendage eraldusvõimet ja vajadusel keelake teisene voog. Oluline juhtimine ja telemeetria peaksid jääma kättesaadavaks seni, kuni raadiosageduslink neid toetab. Järjestus tuleks konfigureerida enne kasutuselevõttu, mitte missiooni ajal improviseeritud.

Pidev bitikiirus tekitab prognoositava koormuse, kuid võib raisata võimsust lihtsate stseenide puhul või halvendada pildikvaliteeti keerukates stseenides. Muutuv bitikiirus kasutab saadaolevaid bitte tõhusalt, kuid võib tekitada katkestusi lingipiirangu lähedal. Piiratud muutuva bitikiirusega profiil kindla maksimumiga pakub sageli toimiva kompromissi.

Testimine peaks vähendama saadaolevat läbilaskevõimet järk-järgult. Ühenduse järsk katkemine tõestab ainult seda, et link võib ebaõnnestuda; see ei näita, kas järjekorrad tekivad, latentsus suureneb või kodeerija kohandub esimesena. Salvestage igal etapil video viivitus, käsureaktsioon, telemeetria järjepidevus ja paketikadu.

Sobitage toote spetsifikatsioonid missiooni eelarvega

Kui liikluseelarve on teada, võrrelge stabiilset läbilaskevõimet vahemikus, üles- ja allalingi läbilaskevõimet, latentsust koormuse all, QoS-i, liideseid, kanaliseadeid, antenni paigutust, õhumassi, energiatarbimist ja soojusvajadusi. Liidese ühilduvus on oluline, kuna juhtandmed võivad saabuda jada- või Etherneti kaudu, samal ajal kui video siseneb IP, HDMI, SDI või CVBS-i kaudu. Kiire modem, mis nõuab mitut muundurit, võib lisada juhtmestiku, viivituse, kaalu ja tõrkepunkte.

WDS Mesh DDLmesh õhuseeria toetab konfigureeritav UAV andmesideühenduse ribalaius segatud video- ja andmeliikluse jaoks. Saadaolevad võimalused hõlmavad 1–70 Mbps lairiba toimimist sagedusel 20 MHz, 50–1000 kbps adaptiivset kitsasriba tööd, QoS-i, valitavat teenuseprioriteeti, läbipaistvat Etherneti ja jadaedastust, MAVLinki tuge, konfigureeritavaid lairibakanalilaiusi 1,25 kuni 20 MHz ning väikeses mõõtkavas režiime, punkt-punkt, punkt-punkt, punkt-multi. Samaaegsed video- ja andmeliidesed võimaldavad ka lennujuhtimist, kasulikku koormust, positsioneerimist, kõne- ja kaameraliiklust jagada ühte õhusuhtlussüsteemi.

Need võimalused on vaid lähtepunkt. Kinnitage valitud konfiguratsioon iga kavandatud vooga, kui õhusõiduk liigub tüüpiliste vahemaade ja suundadega. Logige rakenduse läbilaskevõime, suunaspetsiifiline kasutus, signaali kvaliteet, latentsusaeg, värinad, pakettide kadu ja kodeerija käitumine, et kinnitada, et juhtimine ja telemeetria on enne videokvaliteedi langust kasutatavad.

 

Järeldus

Juhtimine ja telemeetria nõuavad tavaliselt palju vähem mahtu kui HD-video, kuid need nõuavad kõrgemat prioriteeti ja järjekindlamat edastamist. Praktiline UAV andmesideühenduse ribalaiuse sihtmärk peaks seetõttu kajastama tegelikku rakenduse läbilaskevõimet, samaaegset liiklust, töövahemikku, häireid ja piisavat varu bitikiiruse tippude või nõrgema lingi tingimuste jaoks.

Shenzhen Sinosun Technology Co., Ltd. pakub DDLmeshi õhuandmesideühendusi, mis ühendavad video, telemeetria ja kahesuunalise andmeedastuse liikluse prioriteedi ja kohandatavate võrgufunktsioonidega. Nende võimaluste sobitamine mõõdetud missioonieelarvega võib lihtsustada süsteemi integreerimist, aidates samal ajal kriitilistel käskudel videokvaliteedi kohandamisel kättesaadavaks jääda.

 

KKK

K: Kui palju UAV andmesideühenduse ribalaiust on vaja 1080p video jaoks?

V: Tihendatud 1080p voog vajab tavaliselt 4–12 Mbps kiirusel 30 kaadrit sekundis. Eraldi tuleks lisada telemeetria, juhtimisliiklus, protokolli üldkulud ja töömarginaal.

K: Kui palju ribalaiust UAV-juhtimis- ja telemeetriasignaalid kasutavad?

V: Juhtkäsud võivad vajada umbes 5–100 kbps, samas kui rutiinne telemeetria kasutab tavaliselt kiirust 10–300 kbps. Töökindlus, latentsus ja sõnumite sagedus on olulisemad kui töötlemata võimsus.

K: Kas üks UAV-andmelink võib kanda juhtimist, telemeetriat ja videot?

V: Jah, eeldusel, et link pakub piisavalt stabiilset läbilaskevõimet ja liikluse prioriseerimist. Juhtimine ja oluline telemeetria peaksid olema prioriteediks, kui videonõudlus läheneb saadaolevale võimsusele.

K: Miks on kasutatava andmelingi läbilaskevõime madalam kui reklaamitud kiirus?

V: Protokolli päised, krüpteerimine, veaparandus, kinnitused, kordusedastused ja nõrgemad signaalitingimused vähendavad kaamerate, lennujuhtide ja kasuliku koormuse rakenduste jaoks saadaolevat ribalaiust.

K: Kas UAV-i suhtlusulatus mõjutab saadaolevat ribalaiust?

V: Jah. Läbilaskevõime väheneb sageli kauguse, häirete, antenni vale asetuse, lennuki liikumise ja takistuste tõttu. Ribalaiuse planeerimine peaks kajastama lennu nõrgimat eeldatavat osa.