MAVLink üle MANET: ribalaiuse, pakettide kadumise, marsruutimise ja tõrkekindla disaini selgitused

Kui MAVLinki liiklus lahkub otsesest raadiolingist ja hakkab läbima mobiilset ad-hoc võrku, on raskeimad probleemid harva ainult töötlemata levialaga. Jagatud eetriaega, releeteede muutmine, hilinenud kinnitused ja eksitavad pakettide kadumise näidud võivad mõjutada käskude usaldusväärsust juba ammu enne, kui ühendus näib nurjuvat. MANET-marsruutimine on loodud topoloogia muutmiseks, samas kui MAVLink lisab oma adresseerimise, järjestuse ja käskude edastamise käitumise.

Nende kihtide koostoime mõistmine aitab inseneridel ribalaiust suurendada, kadu õigesti tõlgendada, marsruutimist juhtida ja määrata tõrkekindlaid toiminguid, mis jäävad prognoositavaks ka siis, kui linkid halvenevad või kaovad.

 

Alustage liiklusest, mida missioon peab kandma

Eraldage oluline MAVLinki liiklus valikulistest andmetest

Mitte igal baidil pole võrdset tööväärtust. Südamelöögid, käsud, kinnitused, hädaolukorra toimingud, asukoht, aku olek ja navigatsiooni seisund mõjutavad otseselt järelevalvet ja juhtimist. Missiooni üleslaadimine, parameetrite edastamine, logid, kaardid, kujutised, hääl ja video võivad siiski olla olulised, kuid enamik talub viivitust või peatamist, kui võrk on pinge all. MAVLink peegeldab seda erinevust: telemeetria avaldatakse tavaliselt voona, samas kui missioonid, parameetrid ja käsud kasutavad punkt-punkti mikroteenuseid koos kinnituse või uuesti edastamise käitumisega.

Esimene kujundusülesanne on määratleda, millised sõnumid peavad halvenenud lingi ellu jääma. Sõiduk, mis saadab jätkuvalt suure kiirusega asendiandmeid, samal ajal kui käskude kinnitused ootavad järjekorras, on valesti prioritiseeritud. Heli MAVLink over MANET poliitika säilitab käsu oleku, südamelöökide värskuse, asukoha, toite, navigeerimiskvaliteedi ja veateate enne rikkalikumaid olukorraandmeid.

Arvutage kasutatav võimsus kõige aktiivsema relee juures

Ribalaiust tuleks arvutada rakendusest väljapoole, mitte raadio spetsifikatsioonist sissepoole. Lisage sõnumi suurus, värskenduste sagedus, sõidukite arv, MAVLinki raamimine, IP/UDP päised, liikluse marsruutimine, kordusedastused ja eeldatavad sarivõtted. Seejärel uurige suurimat koondkoormust kandvat releed, sest kesksõlm võib edastada mitu sõidukit isegi siis, kui iga üksik lüli näib olevat vähe kasutatud. Kasulik näitaja on pidev läbilaskevõime liikumise ja häirete korral, mitte füüsilise kihi tippkiirus.

Iga juhtmevaba hüpe kulutab taas eetriaega. Marsruudi avastamine, taastamine ja ajutised ümbersõidud lisavad lisakulusid, nii et läbilaskevõime planeerimine vajab nõrkade linkide ja uute sõlmede ühendamiseks varu. Teoreetilise maksimumi lähedal töötamine muudab väikese topoloogia muutuse järjekorra kasvuks, värinaks ja viivitatud käskudeks.

Kaitske liiklust enne telemeetria piiramist

Teenuse kvaliteet peaks olema aktiivne enne ummikute tekkimist. Pange käsud, kinnitused, südamelöögid ja kriitilised terviseteated kõige viivitustundlikumasse klassi, tavaline telemeetria nende alla ja kasuliku koormuse vood viimasena. Kui järjekorrad suurenevad, peatage esmalt failiedastused ja logid, seejärel vähendage ebaolulist telemeetriat ja piirake viimasena videot. MAVLink üle MANET on kasulik ainult siis, kui võrk suudab ohverdada üksikasjad ilma kontrolli ohverdamata.

Lugege pakettide kadumist võrgu kontekstis

Tea, millal MAVLinki järjestuste lüngad muutuvad eksitavaks

MAVLinki paketid sisaldavad 8-bitist järjenumbrit, mis suureneb igal kanalil ja murrab pärast 255. Vastuvõtja saab võrrelda järjestikuseid väärtusi ja käsitleda puuduvaid numbreid kadunud pakettidena, mis on mõttekas, kui ta võtab vastu ühe kanali täieliku väljundi. See eeldus kehtib tavaliselt lihtsa punkt-punkti telemeetrialingi kohta.

Suunatud võrk võib eeldust murda ilma andmeid välja langemata. Ruuter võib saata kaamerateateid ühte lõpp-punkti ja lennuandmeid teise, nii et maapealne jaam näeb järjestuste lünki, kuigi ruuter võttis vastu iga kaadri. Üleliigsed lingid kasutavad sõltumatuid loendureid, samas kui marsruudi muudatused võivad pakette ümber järjestada või dubleerida. Ilmne kahjumäär võib seega kirjeldada seda, mida üks rakendus ei näinud, mitte seda, mida MANET ei suutnud pakkuda.

Kombineerige kahjunäitajad töötervishoiu mõõdikutega

Järjestuste lüngad tuleks siduda südamelöökide vanuse, edasi-tagasi reisi viivituse, värisemise, käskude kinnitamise aja, duplikaatide, järjekorrast välja saabumiste, ruuteri järjekorra languse, hüpete arvu ja marsruudi muutmise sagedusega. Jälgige neid meetmeid lähtesüsteemi, komponendi, tee ja liiklusklassi järgi, selle asemel, et kombineerida autoparki üheks protsendiks. Pikk keskmine võib tunduda terve, samas kui lühike viivitus on juba lükanud kontrolltehingu tähtajast kaugemale.

Korreleeruvad mõõtmised muudavad rikete eraldamise lihtsamaks. Langev signaali kvaliteet koos vastuvõtuvigadega osutab raadiosageduslikule teele; kasvavad järjekorrad stabiilse raadiostatistikaga viitavad ummikutele; sagedased teemuutused ümberjärjestatud pakettidega näitavad marsruudi katkestamist. Kui ainult üks lõpp-punkt teatab kadumisest, samas kui teised jäävad kehtima, võib vastutav edastamispoliitika olla vastutav. Kasulik küsimus on selles, milline teave jäi millisest töötähtajast mööda ja kus.

 

Tõmmake selge piir MAVLinki ja MANET-marsruutimise vahele

Laske MANETil valida teed ja MAVLinkil adressaadid

Kaasatud on kaks marsruutimiskihti. MANET avastab naabreid, valib IP-teed, edastab pakette releede kaudu ja parandab katkenud ühenduse. MAVLink tuvastab loogilised süsteemid ja komponendid, võimaldades leviedastust või sihtimist läbi sihtsüsteemi ja sihtkomponendi. Iga süsteem vajab kordumatut süsteemi ID-d, samas kui komponentide ID-d peavad selles olema kordumatud.

IP-juurdepääs ei garanteeri käskude õiget edastamist. Kaks juurdepääsetavat sõidukit saavad jagada MAVLinki süsteemi ID-d ja ruuter saab luua rakendusekihi silmuse isegi siis, kui MANET-tee on kehtiv. Edastatud paketid peaksid säilitama oma algse sisu, samas kui adresseeritud liiklus peaks järgima teadaolevaid adressaatide asukohti, mitte olema üle ujutatud.

Piirake saateid ja käsitlege üleliigseid teid teadlikult

Ringhäälingu telemeetria toetab avastamist ja jagatud teadlikkust, kuid kontrollimatu replikatsioon muutub kulukaks, kui sõidukite ja releede arv kasvab. Südamelöögid ja nõutavad avastussõnumid peaksid jõudma asjakohastesse lõpp-punktidesse; suure kiirusega voogusid tuleks filtreerida või sihtida, kui adressaadid on teada. Ruuterid ei tohi kaadrit selle sissetuleva liidese kaudu tagastada ja aegunud marsruutimisteadmised tuleks pärast kaugtaaskäivitamist kustutada.

Ka koondamine vajab selgesõnalist poliitikat. MAVLinkil pole üldist mehhanismi mitme kanali kaudu saabuvate identsete andmete vastavusse viimiseks ja kanalijärjestuse loendurid ei suuda usaldusväärselt tuvastada risttee duplikaate. Disain võib kasutada peamist teed koos tõrkesiirdega või liikluse dubleerimist kontrollitud koondamispunktis. Suure latentsusajaga teed nõuavad endiselt käskude aegumist ja valikureegleid.

Kaardistage kujundus õhus ja maapealsete seadmetega

Tüüpiline andmetee eraldab lennujuhtimise sõnumid aluseks olevast võrgutranspordist:

Lennukontroller → MAVLinki ruuter → Õhusõiduk MANET raadio ⇄ Releesõlmed ⇄ Maapealne raadio → GCS

Lennukipoolset valikut piiravad kaal, võimsus, soojus, liidesed, sagedusribad ja marsruutimiskäitumine. Kerge WDS MIMOmesh õhuseeria toetab konfigureeritavaid kanaleid, dünaamilist 2. või 3. kihi marsruutimist, mitme hüppega releed, adaptiivset QoS-i, läbipaistvat Etherneti ja jadatransporti ning MAVLinki integratsiooni. Valitud lennukiraami, antennide, topoloogia ja liikluse seguga tuleb siiski kontrollida nominaalset keskmist ühesuunalise ühe hüppe viivitust, mis on ligikaudu 6 ms sagedusel 20 MHz.

Juhtimiskohas saab WDS DDLmesh sõidukile või raamile paigaldatud sõlm koondada lennujuhtimisandmeid video-, hääle- või muude kasuliku koormuse voogudega. Selle võimalused hõlmavad adaptiivset QoS-i, dünaamilist mitme hüppe marsruutimist, jada- ja Etherneti läbipaistvat transporti, valitavat teenuseprioriteeti ja MAVLinki tuge. Maapealsete seadmete suurus peaks vastama kõige aktiivsemale releekoormusele ja pakkuma operaatoritele ülevaadet topoloogiast, lingi kvaliteedist, liiklustasemetest ja marsruudi muutustest.

 

Muutke lingitõrge kontrollitud oleku üleminekuks

Tuvastage halvenemine enne, kui ühendus kaob

Binaarne 'ühendatud' lipp reageerib liiga hilja ja võngub sageli. Parem kontroller eraldab lingi tervislikuks, halvenenud, kriitiliseks, kadunud ja taastatud olekuks. Tervislik tähendab hetke südamelööke, stabiilseid marsruute ja vastuvõetavat käsu viivitust; Halvenenud algab värisemise, järjekordade, marsruudimuutuste või tarneprobleemide suurenemisega; Kriitiline viitab kontrollitähtaegade möödalaskmisele. Lost algab pärast määratud südamelöökide ajalõppu, samas kui Recovered nõuab püsivat stabiilsust.

Oleku muutmiseks kasutage liikuvaid aknaid, järjestikuseid rikkumisi ja hüstereesi. Üks hiline südamelöök ei tohiks tagasitulekut vallandada, kuid korduvaid hilinenud kinnitusi ei tohi varjata hea keskmine. Halvenenud töörežiimis vähendage valitud telemeetriakiirusi, peatage edastused ja peatage videokoormus. Lennujuhtimissüsteemid suudavad eraldada andmelingi ajalõpu sellistest vastustest nagu Hold, Return või Land.

Muutke käsud viivituse, dubleerimise ja korduskatsete korral ohutuks

Kriitilised käsud on tehingud, mitte süüta ja unusta datagrammid. MAVLink ootab sobivat COMMAND_ACK-i, mis annab teada, kas käsk võeti vastu, lükati tagasi, nurjus või jääb pooleli. Kui kinnitust ei saabu, võib saatja käsu uuesti saata. See parandab kohaletoimetamist, kuid tekitab dubleerimisriski, kui algne käsk täideti ja ainult selle kinnitus läks kaduma.

Seotud uuesti proovib, nii et ebaõnnestunud tee ei saaks oma järjekordi täita. Tundlikud käsud vajavad ka rakendustaseme aegumistingimust, mis takistab vana režiimi muudatuse käivitamist pärast missioonifaasi muutumist. Idempotentne käsitsemine muudab kordused ohutuks, samas kui ebastabiilsed lingid peaksid peatama missiooni üleslaadimise ja parameetrite kirjutamise. Jätkake alles pärast kaugtehingu oleku kontrollimist ja loobuge aegunud toimingutest.

Valige missiooniriski hulgast kaotatud lingi toiming

Ükski kadunud lingi vastus ei sobi igale missioonile. Jätkamine võib sobida avatud maastikul kehtiva navigatsiooni ja piisava energiaga, samas kui hoidmine võib katta lühiajalise relee katkestuse. Tagasisõit on asjakohane ainult siis, kui marsruut, kõrgus merepinnast ja aku olek muudavad selle turvalisemaks kui viibimine. Maad võib eelistada määratud taastumiskoha lähedal või siis, kui jätkuv lend tekitab suurema riski.

Otsus peaks hõlmama sõiduki tüüpi, lennufaasi, maastikku, õhuruumi, navigatsiooni kvaliteeti, energiareservi, kasuliku koormuse ohte ja varulinke. Taastamine peab samuti olema selgesõnaline. Mõned süsteemid jäävad pärast MAVLinki südamelöökide taastumist tõrkekindlasse režiimi, mis nõuab operaatori režiimi muutmist, selle asemel, et vaikselt taastada eelmine olek.

Pärast taasühendamist tühjendage aegunud käsud, värskendage marsruute, kinnitage sõiduki ja missiooni olek ning kontrollige praeguseid terviseandmeid. Automaatne taastamine võib sobida madala riskiga katkestuse korral; käsitsi kinnitamine on turvalisem, kui tagasisõit või maandumine on alanud. Hüsterees peaks vältima kiiret ümberlülitamist, kui taastatud marsruut jääb marginaalseks.

Tõesta käitumist tõrkekeskse testimisega

Tippvõimsuse ja ulatuse demonstratsioonid ei tõesta kontrolli vastupidavust. Testige tavalist telemeetriat kasuliku koormuse liikluse, liikuvate releede, nõrkade signaalide, sõlmede eemaldamise, marsruudi vahetamise, teetõrgete, raadio taaskäivitamise ja võrgu taasliitumisega. Salvestage raadiosagedusstatistika, marsruudisündmused, MAVLinki ajatemplid, kinnitused ja lennukirežiimid ühele sünkroonitud ajaskaalale.

Nõustamiskriteeriumid peaksid hõlmama südamelöökide lünki, käskude täitmist, marsruudi taastamist, dubleeritud tolerantsi, õiget tõrkekindlat tegevust ja stabiilset taastumist. Korrake maatriksit realistlikes vahemikes, sõidukite arvus, hüpete arvus ja liikluskoormuses. Konfiguratsioon peab läbima liikuvuse ja häiretega, mitte ainult koormamata laboris. Need tõendid näitavad, kas MAVLink over MANET halveneb pigem prognoositavalt kui katastroofiliselt.

 

Järeldus

Usaldusväärne MAVLinki üle MANETi jõudlus sõltub rohkem kui saadaolevast läbilaskevõimest. Juhtliiklus peab saama prioriteedi, pakettide kadumise numbreid tuleb tõlgendada marsruutimise kontekstis ja tõrkekindlad olekud peavad jääma prognoositavateks, kui teed muutuvad või kaovad. Hästi läbimõeldud võrk eraldab ka MANET-tee valiku MAVLinki süsteemist ja komponentide adresseerimisest.

Shenzhen Sinosun Technology Co., Ltd. pakub kergeid MIMOmeshi õhuraadioid ja DDLmeshi maapealseid seadmeid, mis toetavad mitme hüppe marsruutimist, adaptiivset QoS-i ja läbipaistvat MAVLinki transporti. Need võimalused võivad aidata integraatoritel säilitada käsuliiklust, hallata segatud andmekoormust ja luua vastupidavamaid õhk-maa sidearhitektuure.

 

KKK

K: Kas MAVLink saab töötada MANETi kaudu?

V: Jah. MAVLink võib töötada IP-põhiste MANET-linkide kaudu, võimaldades sõidukitel, releesõlmedel ja maapealsetel jaamadel vahetada telemeetriat ja käske muutuvate võrguteede kaudu.

K: Kui palju ribalaiust nõuab MAVLink üle MANETi?

V: Ribalaius sõltub sõnumite kiirusest, sõidukite arvust, marsruudi üldkuludest ja kasulikust liiklusest. Kriitilised käsud ja telemeetria peaksid olema video, logide ja failiedastuste ees prioriteetsed.

K: Kuidas mõõdetakse MAVLinki paketikadu võrgus?

V: MAVLink kasutab pakettide järjekorranumbreid, kuid marsruutimine, üleliigsed lingid ja valikuline edastamine võivad tekitada eksitavaid lünki. Kaotust tuleks hinnata koos latentsuse, värisemise ja südamelöögi vanusega.

K: Kas MAVLink või MANET juhib sõnumite marsruutimist?

V: MANET valib võrguteed sõlmede vahel, samas kui MAVLink kasutab süsteemi ja komponentide ID-sid, et suunata teated õige sõiduki, maapealse jaama või pardakomponendi poole.

K: Mis juhtub, kui MAVLinki ühendus katkeb?

V: Konfigureeritud autopiloodi reaktsioon võib hõlmata asendi hoidmist, naasmist, maandumist või missiooni jätkamist. Südamelöögi ajalõpud määravad tavaliselt kindlaks, millal andmelingi tõrkekindel funktsioon aktiveerub.

K: Kuidas saavad kriitilised käsud paketikaotuse ajal usaldusväärseks jääda?

V: Kriitilised käsud peaksid kasutama kinnitusi, piiratud korduskatseid, aegumise reegleid ja liikluse prioriseerimist. See hoiab ära viivitatud või dubleeritud juhiste ebaturvalise käitumise tekitamise pärast marsruudi taastamist.