MAVLink از طریق MANET: پهنای باند، از دست دادن بسته، مسیریابی، و طراحی ایمن توضیح داده شده است

هنگامی که ترافیک MAVLink یک پیوند رادیویی مستقیم را ترک می کند و شروع به عبور از یک شبکه ad-hoc تلفن همراه می کند، سخت ترین مشکلات به ندرت تنها محدوده خام است. زمان پخش مشترک، تغییر مسیرهای رله، تأیید تأخیر، و خوانش گمراه‌کننده بسته‌ها می‌تواند قابلیت اطمینان فرمان را مدت‌ها قبل از اینکه اتصال از کار بیفتد، تحت تأثیر قرار دهد. مسیریابی MANET برای تغییر توپولوژی ساخته شده است، در حالی که MAVLink آدرس دهی، توالی و رفتار تحویل فرمان خود را اضافه می کند.

درک نحوه تعامل این لایه‌ها به مهندسان کمک می‌کند پهنای باند را اندازه‌گیری کنند، تلفات را به درستی تفسیر کنند، مسیریابی را کنترل کنند، و اقدامات بی‌خطری را تعریف کنند که در صورت کاهش یا ناپدید شدن پیوندها قابل پیش‌بینی باقی می‌مانند.

 

با ترافیکی که ماموریت باید انجام دهد شروع کنید

ترافیک ضروری MAVLink را از داده های اختیاری جدا کنید

ارزش عملیاتی هر بایت برابر نیست. ضربان قلب، دستورات، تصدیق ها، اقدامات اضطراری، موقعیت، وضعیت باتری و سلامت ناوبری مستقیماً بر نظارت و کنترل تأثیر می گذارد. آپلودهای ماموریت، انتقال پارامترها، گزارش‌ها، نقشه‌ها، تصاویر، صدا و ویدئو ممکن است همچنان اهمیت داشته باشند، اما اکثر آنها می‌توانند تاخیر یا تعلیق را در زمانی که شبکه تحت فشار است تحمل کنند. MAVLink این تفاوت را منعکس می‌کند: تله‌متری معمولاً به‌عنوان یک جریان منتشر می‌شود، در حالی که مأموریت‌ها، پارامترها و دستورات از ریزسرویس‌های نقطه به نقطه با رفتار تأیید یا ارسال مجدد استفاده می‌کنند.

اولین وظیفه طراحی این است که تعریف کنیم کدام پیام ها باید از یک پیوند تخریب شده جان سالم به در ببرند. وسیله نقلیه‌ای که همچنان داده‌های نگرش با نرخ بالا را در حالی که تأیید فرمان در صف منتظر می‌ماند ارسال می‌کند، به اشتباه اولویت‌بندی شده است. یک صدا MAVLink روی خط مشی MANET وضعیت فرمان، تازگی ضربان قلب، موقعیت، قدرت، کیفیت ناوبری و گزارش خطا را قبل از داده های موقعیتی غنی تر حفظ می کند.

ظرفیت قابل استفاده را در شلوغ ترین رله محاسبه کنید

پهنای باند باید از روی برنامه کاربردی محاسبه شود، نه از مشخصات رادیویی به داخل. اندازه پیام، فرکانس به‌روزرسانی، تعداد خودرو، کادربندی MAVLink، هدرهای IP/UDP، ترافیک مسیریابی، ارسال‌های مجدد و انفجارهای مورد انتظار را اضافه کنید. سپس رله‌ای را که بیشترین بار کل را حمل می‌کند، بررسی کنید، زیرا یک گره مرکزی ممکن است چندین وسیله نقلیه را هدایت کند، حتی زمانی که به نظر می‌رسد هر یک از لینک‌ها به‌صورت کم استفاده شده است. رقم مفید، ظرفیت پایدار انتها به انتها تحت حرکت و تداخل است، نه اوج نرخ لایه فیزیکی.

هر پرش بی سیم دوباره زمان پخش را مصرف می کند. کشف مسیر، بازیابی و انحراف‌های موقت هزینه بیشتری را اضافه می‌کند، بنابراین برنامه‌ریزی ظرفیت برای پیوندهای ضعیف و گره‌های جدید به حاشیه نیاز دارد. عملکرد نزدیک به حداکثر نظری، یک تغییر توپولوژی کوچک را به رشد صف، جیتر و دستورات تاخیری تبدیل می‌کند.

از ترافیک کنترلی قبل از کنترل تله متری محافظت کنید

کیفیت خدمات باید قبل از شروع ازدحام فعال باشد. دستورات، اعترافات، ضربان قلب، و پیام‌های بهداشتی حیاتی را در حساس‌ترین کلاس‌ها قرار دهید، تله‌متری معمولی در زیر آن‌ها قرار دهید، و جریان‌های محموله‌ای را دوام بیاورید. وقتی صف‌ها افزایش می‌یابد، ابتدا انتقال فایل‌ها و گزارش‌ها را متوقف کنید، در مرحله بعد تله‌متری غیرضروری را کاهش دهید و در آخر ویدیو را محدود کنید. MAVLink از طریق MANET تنها زمانی مفید باقی می ماند که شبکه بتواند جزئیات را بدون فدا کردن کنترل قربانی کند.

از دست دادن بسته را در زمینه شبکه بخوانید

بدانید چه زمانی شکاف‌های توالی MAVLink گمراه‌کننده می‌شوند

بسته‌های MAVLink حاوی یک عدد دنباله‌ای 8 بیتی هستند که در هر کانال افزایش می‌یابد و بعد از 255 بسته می‌شود. گیرنده می‌تواند مقادیر متوالی را مقایسه کند و اعداد گمشده را به‌عنوان بسته‌های گمشده تلقی کند، که زمانی معنادار است که خروجی کامل یک کانال را دریافت کند. این فرض معمولاً برای یک پیوند تله متری نقطه به نقطه ساده صادق است.

یک مش مسیریابی می‌تواند این فرض را بدون حذف داده‌ها بشکند. یک روتر ممکن است پیام های دوربین را به یک نقطه پایانی و داده های پرواز را به نقطه دیگر ارسال کند، بنابراین ایستگاه زمینی شکاف های توالی را می بیند، حتی اگر روتر هر فریم را دریافت کند. پیوندهای اضافی از شمارنده‌های مستقل استفاده می‌کنند، در حالی که تغییرات مسیر می‌تواند بسته‌ها را مجدداً مرتب یا تکرار کند. بنابراین، نرخ ضرر ظاهری ممکن است آنچه را که یک برنامه ندیده است، توصیف کند، نه آنچه MANET نتوانست ارائه دهد.

ارقام ضرر را با معیارهای سلامت عملیاتی ترکیب کنید

فاصله‌های توالی باید با سن ضربان قلب، تأخیر رفت و برگشت، لرزش، زمان تأیید فرمان، موارد تکراری، ورودی‌های خارج از دستور، افت صف روتر، تعداد پرش و فرکانس تغییر مسیر همراه شود. این اقدامات را بر اساس سیستم منبع، جزء، مسیر و کلاس ترافیک به جای ترکیب ناوگان در یک درصد دنبال کنید. یک میانگین طولانی ممکن است سالم به نظر برسد، در حالی که یک تاخیر کوتاه مدت، تراکنش کنترلی را به فراتر از مهلت آن سوق داده است.

اندازه‌گیری‌های همبسته جداسازی خطاها را آسان‌تر می‌کنند. کیفیت سیگنال سقوط با خطاهای دریافت به سمت مسیر RF اشاره می کند. افزایش صف‌ها با آمار ثابت رادیویی نشان‌دهنده ازدحام است. تغییرات مکرر مسیر با بسته های مرتب شده مجدد نشان دهنده انحراف مسیر است. اگر فقط یک نقطه پایانی از دست دادن را گزارش کند در حالی که سایر نقاط فعلی باقی بمانند، ممکن است خط مشی حمل و نقل مسئول باشد. سوال مفید این است که کدام اطلاعات کدام مهلت عملیاتی را از دست داده اند و کجا.

 

یک مرز واضح بین مسیریابی MAVLink و MANET رسم کنید

اجازه دهید MANET مسیرها را انتخاب کند و MAVLink گیرندگان را انتخاب کند

دو لایه مسیریابی درگیر هستند. MANET همسایگان را کشف می کند، مسیرهای IP را انتخاب می کند، بسته ها را از طریق رله ها ارسال می کند و اتصال خراب را تعمیر می کند. MAVLink سیستم‌ها و اجزای منطقی را شناسایی می‌کند و امکان پخش یا هدف‌گیری از طریق target_system و target_component را می‌دهد. هر سیستمی به یک شناسه سیستم منحصربفرد نیاز دارد، در حالی که شناسه های اجزای آن باید منحصر به فرد باشند.

دسترسی به IP، تحویل صحیح فرمان را تضمین نمی کند. دو وسیله نقلیه قابل دسترسی می توانند شناسه سیستم MAVLink را به اشتراک بگذارند، و یک روتر می تواند یک حلقه لایه برنامه ایجاد کند، حتی زمانی که مسیر MANET معتبر است. بسته‌های ارسال‌شده باید محتوای اصلی خود را حفظ کنند، در حالی که ترافیک آدرس‌دهی‌شده باید به‌جای اینکه سیل شوند، از مکان‌های دریافت‌کننده آموخته شده پیروی کنند.

پخش را محدود کنید و مسیرهای اضافی را عمدا مدیریت کنید

تله متری پخش از کشف و آگاهی مشترک پشتیبانی می کند، اما تکرار کنترل نشده با افزایش تعداد وسایل نقلیه و رله گران می شود. ضربان قلب و پیام های کشف مورد نیاز باید به نقاط پایانی مربوطه برسد. پس از مشخص شدن گیرندگان، جریان‌های با نرخ بالا باید فیلتر یا هدف‌گیری شوند. روترها نباید یک فریم را از طریق رابط ورودی آن برگردانند و دانش مسیریابی کهنه باید پس از راه‌اندازی مجدد از راه دور پاک شود.

افزونگی نیز به یک سیاست صریح نیاز دارد. MAVLink هیچ مکانیسم کلی برای تطبیق داده‌های یکسانی که از طریق کانال‌های متعدد می‌رسند ندارد، و شمارنده‌های ترتیب کانال نمی‌توانند به‌طور قابل اعتمادی تکرارهای متقاطع را شناسایی کنند. یک طرح می‌تواند از یک مسیر اصلی با ترافیک بازدارنده یا حذف تکراری در یک نقطه تجمع کنترل‌شده استفاده کند. مسیرهای با تأخیر بالا همچنان به قوانین انقضای فرمان و انتخاب نیاز دارند.

نقشه طرح را روی تجهیزات هوابرد و زمینی ترسیم کنید

یک مسیر داده معمولی پیام‌های کنترل پرواز را از انتقال شبکه زیرین جدا می‌کند:

کنترلر پرواز → روتر MAVLink → رادیو MANET هوابرد ⇄ گره های رله ⇄ رادیو زمینی → GCS

انتخاب سمت هواپیما توسط وزن، توان، گرما، رابط‌ها، باندهای فرکانس و رفتار مسیریابی محدود می‌شود. سری سبک وزن هوابرد WDS MIMOmesh از کانال های قابل تنظیم، مسیریابی پویا لایه 2 یا لایه 3، رله چند هاپ، QoS تطبیقی، اترنت شفاف و انتقال سریال و یکپارچه سازی MAVLink پشتیبانی می کند. میانگین اسمی تأخیر تک پرش یک طرفه تقریباً 6 میلی‌ثانیه در 20 مگاهرتز همچنان باید با قاب هواپیما، آنتن‌ها، توپولوژی و ترکیب ترافیک انتخابی تأیید شود.

در محل کنترل، یک گره WDS DDLmesh وسیله نقلیه یا روی قفسه می‌تواند داده‌های کنترل پرواز را با ویدئو، صدا یا سایر جریان‌های محموله جمع‌آوری کند. از قابلیت های آن می توان به QoS تطبیقی، مسیریابی چند هاپ پویا، انتقال شفاف سریال و اترنت، اولویت سرویس قابل انتخاب و پشتیبانی از MAVLink اشاره کرد. تجهیزات زمینی باید برای شلوغ ترین بار رله اندازه گیری شوند و دید توپولوژی، کیفیت پیوند، سطوح ترافیک و تغییرات مسیر را در اختیار اپراتورها قرار دهند.

 

شکست پیوند را تبدیل به حالت کنترل شده تبدیل کنید

قبل از ناپدید شدن اتصال، خرابی را تشخیص دهید

یک پرچم باینری 'متصل' خیلی دیر واکنش نشان می دهد و اغلب نوسان می کند. یک کنترلر بهتر پیوند را به حالت های سالم، تخریب شده، بحرانی، گم شده و بازیابی شده جدا می کند. سالم به معنای ضربان قلب فعلی، مسیرهای پایدار و تاخیر فرمان قابل قبول است. با افزایش صدای جیتر، صف‌ها، تغییر مسیر یا مشکلات تحویل، تخریب شروع می‌شود. بحرانی مهلت های کنترل از دست رفته را نشان می دهد. Lost پس از یک بازه زمانی مشخص ضربان قلب شروع می شود، در حالی که Recovered به ثبات پایدار نیاز دارد.

برای تغییر حالت از پنجره های متحرک، تخلفات متوالی و هیسترزیس استفاده کنید. یک ضربان قلب دیرهنگام نباید باعث بازگشت شود، اما تأیید تأخیر مکرر نباید با میانگین خوب پنهان شود. در عملیات Degraded، نرخ‌های تله‌متری انتخابی را کاهش دهید، انتقال‌ها را متوقف کنید، و ویدیوی بار را به حالت تعلیق درآورید. سیستم‌های کنترل پرواز می‌توانند زمان‌بندی اتصال داده را از پاسخ‌هایی مانند Hold، Return یا Land جدا کنند.

دستورات را تحت تأخیر، تکرار و تلاش مجدد ایمن کنید

دستورات حیاتی تراکنش ها هستند، نه دیتاگرام های آتش و فراموش کردن. MAVLink انتظار دارد که یک COMMAND_ACK منطبق را گزارش دهد که آیا یک فرمان پذیرفته شده، رد شده است، شکست خورده است یا در حال انجام است. اگر تأییدی دریافت نشود، فرستنده می‌تواند فرمان را دوباره ارسال کند. این امر تحویل را بهبود می بخشد اما زمانی که فرمان اصلی اجرا می شود و فقط تأیید آن از بین می رود، خطر تکراری ایجاد می کند.

Bound دوباره تلاش می‌کند، بنابراین یک مسیر ناموفق نمی‌تواند صف‌های آن را پر کند. دستورات حساس همچنین به یک شرط انقضا در سطح برنامه نیاز دارند که از اجرای یک تغییر حالت قدیمی پس از تغییر مرحله ماموریت جلوگیری می کند. مدیریت ناتوان تکرارها را ایمن می کند، در حالی که پیوندهای ناپایدار باید آپلود ماموریت و نوشتن پارامتر را متوقف کنند. تنها پس از بررسی وضعیت تراکنش از راه دور، ازسرگیری کنید و عملیات قدیمی را کنار بگذارید.

اقدام پیوند گمشده را از ریسک ماموریت انتخاب کنید

هیچ پاسخ پیوند گمشده تنها برای هر مأموریتی مناسب نیست. ادامه ممکن است برای زمین باز با ناوبری معتبر و انرژی کافی مناسب باشد، در حالی که Hold می تواند یک قطع رله کوتاه را پوشش دهد. بازگشت تنها زمانی مناسب است که مسیر، ارتفاع و وضعیت باتری آن را ایمن‌تر از ماندن کند. زمین ممکن است در نزدیکی یک مکان بازیابی تعیین شده ترجیح داده شود یا زمانی که ادامه پرواز خطر بیشتری ایجاد می کند.

این تصمیم باید شامل نوع وسیله نقلیه، فاز پرواز، زمین، فضای هوایی، کیفیت ناوبری، ذخیره انرژی، خطرات محموله و پیوندهای پشتیبان باشد. بازیابی نیز باید صریح باشد. برخی از سیستم‌ها پس از از سرگیری ضربان‌های قلب MAVLink در حالت Fail-Safe باقی می‌مانند و به جای بازگرداندن بی‌صدا به حالت قبلی، نیاز به تغییر حالت اپراتور دارند.

پس از اتصال مجدد، دستورات منسوخ را پاک کنید، مسیرها را تازه کنید، وضعیت وسیله نقلیه و ماموریت را تأیید کنید و داده های سلامت فعلی را تأیید کنید. بازیابی خودکار ممکن است برای یک وقفه کم خطر مناسب باشد. تأیید دستی پس از شروع بازگشت یا زمین امن تر است. زمانی که مسیر بازیابی شده حاشیه ای باقی می ماند، هیسترزیس باید از تعویض سریع جلوگیری کند.

رفتار را با تست متمرکز بر شکست ثابت کنید

نمایش های پیک توان و برد، انعطاف پذیری کنترل را ثابت نمی کند. تله متری معمولی را با ترافیک بار، رله های متحرک، سیگنال های ضعیف، حذف گره، تغییر مسیر، خرابی مسیر، راه اندازی مجدد رادیویی و پیوستن مجدد به شبکه آزمایش کنید. آمار RF، رویدادهای مسیریابی، مُهرهای زمانی MAVLink، قدردانی‌ها و حالت‌های هواپیما را در یک جدول زمانی هماهنگ ثبت کنید.

معیارهای پذیرش باید شکاف های ضربان قلب، تکمیل فرمان، بازیابی مسیر، تحمل تکراری، اقدام صحیح بدون شکست و بازیابی پایدار را پوشش دهد. ماتریس را در محدوده های واقعی، تعداد وسایل نقلیه، تعداد پرش و بارهای ترافیکی تکرار کنید. پیکربندی باید با تحرک و تداخل انجام شود، نه تنها در یک آزمایشگاه بدون بار. این شواهد نشان می‌دهد که آیا MAVLink بیش از MANET به‌جای شکست فاجعه‌بار، به‌طور قابل پیش‌بینی تنزل می‌یابد.

 

نتیجه گیری

عملکرد قابل اعتماد MAVLink نسبت به MANET به بیش از توان عملیاتی موجود بستگی دارد. ترافیک کنترل باید اولویت داشته باشد، ارقام تلفات بسته باید در زمینه مسیریابی تفسیر شوند، و حالت های ایمن باید با تغییر یا ناپدید شدن مسیرها قابل پیش بینی باقی بمانند. یک شبکه خوب طراحی شده همچنین انتخاب مسیر MANET را از سیستم MAVLink و آدرس دهی اجزا جدا می کند.

شرکت فناوری Shenzhen Sinosun، آموزشی ویبولیتین رادیوهای هوابرد MIMOmesh سبک وزن و تجهیزات زمینی DDLmesh را ارائه می دهد که از مسیریابی چند هاپ، QoS تطبیقی ​​و انتقال شفاف MAVLink پشتیبانی می کند. این قابلیت‌ها می‌توانند به یکپارچه‌سازها کمک کنند تا ترافیک فرمان را حفظ کنند، بارهای داده مختلط را مدیریت کنند و معماری‌های ارتباطی هوا به زمین انعطاف‌پذیرتر بسازند.

 

سوالات متداول

س: آیا MAVLink می تواند از طریق MANET کار کند؟

ج: بله. MAVLink می‌تواند روی پیوندهای MANET مبتنی بر IP اجرا شود و به وسایل نقلیه، گره‌های رله و ایستگاه‌های زمینی اجازه می‌دهد تا تله متری و دستورات را در مسیرهای متغیر شبکه مبادله کنند.

س: MAVLink بیش از MANET به چه مقدار پهنای باند نیاز دارد؟

A: پهنای باند به نرخ پیام، تعداد وسیله نقلیه، سربار مسیریابی و ترافیک محموله بستگی دارد. دستورات حیاتی و تله متری باید نسبت به ویدئو، گزارش‌ها و انتقال فایل اولویت داشته باشند.

س: از دست دادن بسته های MAVLink در شبکه مش چگونه اندازه گیری می شود؟

پاسخ: MAVLink از شماره های توالی بسته استفاده می کند، اما مسیریابی، پیوندهای اضافی و ارسال انتخابی می تواند شکاف های گمراه کننده ایجاد کند. از دست دادن باید در کنار تأخیر، لرزش و سن ضربان قلب ارزیابی شود.

س: آیا MAVLink یا MANET مسیریابی پیام را کنترل می کند؟

پاسخ: MANET مسیرهای شبکه را بین گره‌ها انتخاب می‌کند، در حالی که MAVLink از شناسه‌های سیستم و مؤلفه‌ها برای هدایت پیام‌ها به سمت وسیله نقلیه صحیح، ایستگاه زمینی یا مؤلفه داخلی استفاده می‌کند.

س: وقتی اتصال MAVLink قطع شود چه اتفاقی می‌افتد؟

پاسخ: پاسخ خلبان خودکار پیکربندی شده ممکن است شامل وضعیت نگه داشتن، بازگشت، فرود یا ادامه ماموریت باشد. زمان‌های ضربان قلب معمولاً تعیین می‌کنند که چه زمانی پیوند داده با خطا فعال می‌شود.

س: چگونه دستورات حیاتی می توانند در هنگام از دست دادن بسته قابل اعتماد باقی بمانند؟

A: دستورات حیاتی باید از تأیید، تلاش مجدد محدود، قوانین انقضا و اولویت بندی ترافیک استفاده کنند. این امر از ایجاد رفتار ناامن پس از بازیابی مسیر، دستورالعمل های تاخیری یا تکراری جلوگیری می کند.