MAVLink Over MANET: Sávszélesség, csomagvesztés, útválasztás és hibamentes tervezés magyarázata

Amint a MAVLink forgalom elhagyja a közvetlen rádiókapcsolatot, és elkezd keresztezni egy mobil ad-hoc hálózatot, a legnehezebb problémák ritkán a nyers hatótávolságra vonatkoznak. A megosztott műsoridő, a változó továbbítási útvonalak, a késleltetett nyugtázások és a félrevezető csomagvesztési leolvasások még jóval azelőtt befolyásolhatják a parancsok megbízhatóságát, hogy a kapcsolat meghiúsulna. A MANET útválasztás a topológia megváltoztatására épül, míg a MAVLink saját címzési, szekvenálási és parancs-kézbesítési viselkedést ad hozzá.

A rétegek interakciójának megértése segít a mérnököknek a sávszélesség méretének meghatározásában, a veszteség helyes értelmezésében, az útválasztás szabályozásában, és olyan hibamentes műveletek meghatározásában, amelyek előre láthatóak maradnak, amikor a kapcsolatok romlanak vagy eltűnnek.

 

Kezdje azzal a forgalommal, amelyet a küldetésnek hordoznia kell

Különítse el az alapvető MAVLink forgalmat az opcionális adatoktól

Nem minden bájtnak egyenlő a működési értéke. A szívverések, a parancsok, a nyugtázások, a vészhelyzeti műveletek, a pozíció, az akkumulátor állapota és a navigáció állapota közvetlenül befolyásolja a felügyeletet és az irányítást. A küldetések feltöltése, paraméterátvitel, naplók, térképek, képek, hangok és videók továbbra is számíthatnak, de a legtöbb elviseli a késést vagy a felfüggesztést, ha a hálózat igénybe veszi. A MAVLink ezt a különbséget tükrözi: a telemetriát általában adatfolyamként teszik közzé, míg a küldetések, paraméterek és parancsok pont-pont mikroszolgáltatásokat használnak nyugtázási vagy újraküldési viselkedéssel.

Az első tervezési feladat annak meghatározása, hogy mely üzeneteknek kell túlélniük egy leromlott hivatkozást. Az a jármű, amely folyamatosan nagy sebességű állásadatokat küld, miközben a parancsok nyugtázása a sorban várakozik, hibásan lett priorizálva. Egy hang A MAVLink over MANET házirend megőrzi a parancsok állapotát, a szívverés frissességét, a pozíciót, a teljesítményt, a navigáció minőségét és a hibajelentést, mielőtt gazdagabb helyzetadatokat lát el.

Számítsa ki a felhasználható kapacitást a legforgalmasabb relénél

A sávszélességet az alkalmazástól kifelé kell számítani, nem a rádió specifikációitól befelé. Adja hozzá az üzenetméretet, a frissítés gyakoriságát, a járművek számát, a MAVLink keretezést, az IP/UDP fejléceket, a forgalom irányítását, az újraküldést és a várható sorozatokat. Ezután vizsgálja meg a legnagyobb aggregált terhelést hordozó relét, mert egy központi csomópont több járművet továbbíthat még akkor is, ha minden egyes kapcsolat enyhén használtnak tűnik. A hasznos adat a folyamatos végpontok közötti kapacitás mozgás és interferencia hatására, nem pedig a fizikai réteg csúcssebessége.

Minden vezeték nélküli ugrás ismét műsoridőt fogyaszt. Az útvonal-felderítés, a helyreállítás és az ideiglenes elkerülő utak további többletköltséget jelentenek, így a kapacitástervezésnek tartalékra van szüksége a gyenge kapcsolatokhoz és az új csomópontok csatlakozásához. Az elméleti maximum közelében történő működés egy kis topológia-módosítást sornövekedéssé, rezgésbe és késleltetett parancsokká változtat.

A telemetria szabályozása előtt védje a forgalmat

A szolgáltatás minőségének aktívnak kell lennie a torlódások kialakulása előtt. Helyezze a parancsokat, nyugtákat, szívveréseket és kritikus állapotüzeneteket a leginkább késleltetésre érzékeny osztályba, a normál telemetriát ezek alá, a hasznos adatfolyamokat pedig utolsó. Amikor a sorok emelkednek, először állítsa le a fájlátvitelt és a naplózást, majd csökkentse a nem lényeges telemetriát, és utoljára korlátozza a videót. A MAVLink over MANET csak akkor marad hasznos, ha a hálózat képes feláldozni a részleteket az irányítás feláldozása nélkül.

Olvassa el a Csomagvesztés a hálózat kontextusában című részt

Tudja, ha a MAVLink szekvencia hiányosságai félrevezetővé válnak

A MAVLink csomagok egy 8 bites sorszámot tartalmaznak, amely minden csatornán növekszik, és 255 után tördelődik. A vevő képes összehasonlítani az egymást követő értékeket, és elveszett csomagként kezelni a hiányzó számokat, aminek akkor van jelentősége, ha egy csatorna teljes kimenetét kapja. Ez a feltevés általában érvényes egy egyszerű pont-pont telemetriai kapcsolatra.

Egy irányított háló megtörheti a feltételezést anélkül, hogy adatot veszítene. Az útválasztó kameraüzeneteket küldhet az egyik végpontnak, és repülési adatokat a másiknak, így a földi állomás sorozathézagokat lát, még akkor is, ha az útválasztó minden képkockát fogadott. A redundáns hivatkozások független számlálókat használnak, míg az útvonal-módosítások átrendezhetik vagy megkettőzhetik a csomagokat. A látszólagos veszteségarány tehát azt írhatja le, amit az egyik alkalmazás nem látott, nem pedig azt, amit a MANET nem tudott teljesíteni.

Kombinálja a veszteségadatokat a működési állapotmutatókkal

A szekvencia hézagokat párosítani kell a szívverés korával, az oda-vissza út késleltetésével, a jitterrel, a parancsok nyugtázási idejével, a duplikációkkal, a renden kívüli érkezésekkel, a router sorkiesésével, az ugrások számával és az útvonalváltás gyakoriságával. Kövesse nyomon ezeket a méréseket forrásrendszer, komponens, útvonal és forgalmi osztály szerint, ahelyett, hogy a flottát egy százalékba vonná össze. A hosszú átlag egészségesnek tűnhet, míg egy rövid késleltetés már túllépte a kontrolltranzakciót a határidőn túl.

A korrelált mérések megkönnyítik a hibák elkülönítését. A csökkenő jelminőség vételi hibákkal az RF út felé mutat; a növekvő sorok stabil rádióstatisztikával torlódásra utalnak; a gyakori útvonalváltások újrarendezett csomagokkal jelzik az útvonal lemorzsolódását. Ha csak az egyik végpont jelent veszteséget, míg a többiek aktuálisak maradnak, a továbbítási házirend lehet felelős. A hasznos kérdés az, hogy melyik információ melyik működési határidőt hagyta el, és hol.

 

Húzzon egyértelmű határt a MAVLink és a MANET Routing között

Hagyja, hogy a MANET válasszon elérési utat, a MAVLink pedig a címzetteket

Két útválasztó réteg vesz részt. A MANET felderíti a szomszédokat, kiválasztja az IP-útvonalakat, továbbítja a csomagokat a reléken keresztül, és kijavítja a megszakadt kapcsolatot. A MAVLink logikai rendszereket és összetevőket azonosít, lehetővé téve a szórási kézbesítést vagy a célzást a target_system és target_component segítségével. Minden rendszernek egyedi rendszerazonosítóra van szüksége, míg a komponensazonosítóknak egyedinek kell lenniük.

Az IP elérhetőség nem garantálja a parancsok helyes kézbesítését. Két elérhető jármű megoszthat egy MAVLink rendszerazonosítót, és egy útválasztó létrehozhat egy alkalmazási réteg hurkot akkor is, ha a MANET elérési út érvényes. A továbbított csomagoknak meg kell őrizniük eredeti tartalmukat, míg a címzett forgalomnak a tanult címzett helyeket kell követnie, nem pedig elárasztásra.

Korlátozza az adásokat, és szándékosan kezelje a redundáns útvonalakat

A sugárzott telemetria támogatja a felfedezést és a megosztott tudatosságot, de az ellenőrizetlen replikáció költségessé válik, ahogy a járművek és a közvetítők száma nő. A szívveréseknek és a szükséges felderítési üzeneteknek el kell érniük a releváns végpontokat; a nagy sebességű adatfolyamokat szűrni kell vagy meg kell célozni, amint a címzettek ismertek. Az útválasztók nem küldhetnek vissza keretet a bejövő interfészen keresztül, és az elavult útválasztási ismereteket távoli újraindítás után törölni kell.

A redundanciához is egyértelmű politikára van szükség. A MAVLink nem rendelkezik általános mechanizmussal a több csatornán érkező azonos adatok egyeztetésére, és a csatornaszekvencia-számlálók nem tudják megbízhatóan azonosítani a keresztútvonalak duplikációit. A tervezés használhat egy elsődleges útvonalat feladatátvétellel vagy deduplikálhatja a forgalmat egy ellenőrzött összesítési ponton. A nagy késleltetésű elérési utak továbbra is megkövetelik a parancs lejárati és kiválasztási szabályait.

Térképezze fel a tervezést a légi és földi berendezésekre

Egy tipikus adatútvonal választja el a repülésirányítási üzeneteket a mögöttes háló-átviteltől:

Repülésvezérlő → MAVLink útválasztó → Airborne MANET rádió ⇄ Relé csomópontok ⇄ Földi rádió → GCS

A repülőgép oldali kiválasztását korlátozza a súly, a teljesítmény, a hő, az interfészek, a frekvenciasávok és az útválasztási viselkedés. A könnyű WDS MIMOmesh airborne sorozat támogatja a konfigurálható csatornákat, a dinamikus Layer 2 vagy Layer 3 útválasztást, a többugrásos relét, az adaptív QoS-t, az átlátszó Ethernet és soros szállítást, valamint a MAVLink integrációt. A névleges átlagos egyirányú egyugrásos késleltetés körülbelül 6 ms 20 MHz-en még mindig ellenőrizni kell a kiválasztott repülőgépvázzal, antennákkal, topológiával és forgalommal.

A vezérlőhelyen egy WDS DDLmesh jármű- vagy állványra szerelt csomópont képes a repülésirányítási adatokat videó-, hang- vagy egyéb hasznos adatfolyamokkal összesíteni. Lehetőségei közé tartozik az adaptív QoS, a dinamikus többugrásos útválasztás, a soros és Ethernet transzparens szállítás, a választható szolgáltatási prioritás és a MAVLink támogatás. A földi berendezéseket a legforgalmasabb reléterheléshez kell méretezni, és biztosítani kell a kezelők számára a topológiát, a kapcsolat minőségét, a forgalom szintjét és az útvonal változásait.

 

Legyen a kapcsolathiba ellenőrzött állapotátmenetté

A kapcsolat megszűnése előtt észlelje a romlást

A bináris 'kapcsolt' jelző túl későn reagál, és gyakran oszcillál. Egy jobb vezérlő szétválasztja a hivatkozást egészséges, leromlott, kritikus, elveszett és helyreállított állapotokra. Az „egészséges” az aktuális szívveréseket, a stabil útvonalakat és az elfogadható parancskésleltetést jelenti; A leromlás a remegéssel, a sorok, az útvonal-módosítások vagy a kézbesítési problémák növekedésével kezdődik; A kritikus az ellenőrzési határidők elmulasztását jelzi. A Lost egy meghatározott szívverés időtúllépése után kezdődik, míg a Recovered folyamatos stabilitást igényel.

Állapotváltozásokhoz használjon mozgó ablakokat, egymást követő szabálysértéseket és hiszterézist. Egy késői szívverés nem válthatja ki a visszatérést, de az ismételt késleltetett nyugtázást nem szabad elrejteni egy jó átlaggal. Csökkentett működés esetén csökkentse a kiválasztott telemetriai sebességeket, szüneteltesse az átvitelt, és függessze fel a hasznos videót. A repülésvezérlő rendszerek elkülöníthetik az adatkapcsolati időtúllépéseket az olyan válaszoktól, mint a Hold, Return vagy Land.

Tegye biztonságossá a parancsokat késleltetés, többszörözés és újrapróbálkozás esetén

A kritikus parancsok tranzakciók, nem pedig az „elgyújt és felejtsd el” datagramok. A MAVLink egy megfelelő COMMAND_ACK üzenetet vár, amely jelzi, hogy egy parancsot elfogadtak, elutasítottak, meghiúsítottak vagy folyamatban van-e. Ha nem érkezik nyugtázás, a küldő újraküldheti a parancsot. Ez javítja a kézbesítést, de duplikált kockázatot jelent, amikor az eredeti parancs végrehajtásra került, és csak a nyugtázása veszett el.

Kötött újrapróbálkozás, így a hibás elérési út nem tudja kitölteni a sorait. Az érzékeny parancsokhoz alkalmazásszintű lejárati feltételre is szükség van, ami megakadályozza, hogy a küldetési fázis megváltozása után egy régi módváltás végrehajtódjon. Az idempotens kezelés biztonságossá teszi az ismétléseket, míg az instabil hivatkozásoknak szüneteltetniük kell a küldetések feltöltését és a paraméterek írását. Csak a távoli tranzakció állapotának ellenőrzése után folytassa, és dobja el az elavult műveleteket.

Válaszd ki az elveszett kapcsolat akciót a küldetéskockázat közül

Egyetlen elveszett kapcsolatra adott válasz sem felel meg minden küldetésnek. A folytatás alkalmas lehet nyílt terepen érvényes navigációval és megfelelő energiával, míg a Hold egy rövid váltókimaradást fedezhet. A visszatérés csak akkor célszerű, ha az útvonal, a tengerszint feletti magasság és az akkumulátor állapota biztonságosabb, mint a tartózkodás. Előnyösebb lehet a szárazföld egy kijelölt helyreállítási hely közelében, vagy ha a repülés folytatása nagyobb kockázatot jelent.

A döntésnek tartalmaznia kell a jármű típusát, a repülési fázist, a domborzatot, a légteret, a navigáció minőségét, az energiatartalékot, a hasznos teher veszélyeit és a tartalék linkeket. A helyreállításnak is egyértelműnek kell lennie. Egyes rendszerek hibamentes módban maradnak, miután a MAVLink szívverései újraindulnak, és a korábbi állapot csendes visszaállítása helyett a kezelői mód megváltoztatására van szükség.

Az újracsatlakozás után törölje az elavult parancsokat, frissítse az útvonalakat, erősítse meg a jármű és a küldetés állapotát, és ellenőrizze az aktuális egészségügyi adatokat. Az automatikus helyreállítás megfelelhet alacsony kockázatú megszakításnak; A kézi megerősítés biztonságosabb, ha a Visszatérés vagy a Leszállás megkezdődött. A hiszterézisnek meg kell akadályoznia a gyors váltást, ha a helyreállított útvonal marginális marad.

Bizonyítsa a viselkedést hibaközpontú teszteléssel

A csúcsáteresztőképesség és a hatótávolság bemutatói nem bizonyítják a vezérlés rugalmasságát. Tesztelje a normál telemetriát hasznos forgalommal, mozgó relékkel, gyenge jelekkel, csomópont eltávolítással, útvonalváltással, útvonalhibával, rádió-újraindítással és hálózati újracsatlakozással. Rögzítse az RF statisztikákat, az útvonali eseményeket, a MAVLink időbélyegeket, a nyugtákat és a repülőgép üzemmódokat egyetlen szinkronizált idővonalon.

Az elfogadási feltételeknek ki kell terjedniük a szívverés réseire, a parancsok teljesítésére, az útvonal helyreállítására, a többszörös tűréshatárra, a helyes hibamentes műveletre és a stabil helyreállításra. Ismételje meg a mátrixot a valósághű tartományok, járműszámok, ugrásszámok és forgalmi terhelések között. A konfigurációnak mobilitásnak és interferenciának kell megfelelnie, nem csak egy terheletlen laboratóriumban. Ezek a bizonyítékok azt mutatják, hogy a MAVLink over MANET előreláthatóan leromlik-e, nem pedig katasztrofálisan.

 

Következtetés

A MAVLink megbízható teljesítménye a MANET felett több, mint a rendelkezésre álló átviteli sebességtől függ. A vezérlési forgalomnak prioritást kell kapnia, a csomagvesztési adatokat az útválasztási kontextusban kell értelmezni, és a hibamentes állapotoknak előre láthatónak kell maradniuk, amikor az útvonalak megváltoznak vagy eltűnnek. Egy jól megtervezett hálózat különválasztja a MANET útvonal kiválasztását a MAVLink rendszertől és az összetevők címzésétől.

A Shenzhen Sinosun Technology Co., Ltd. könnyű MIMOmesh légi rádiókat és DDLmesh földi berendezéseket kínál, amelyek támogatják a többugrásos útválasztást, az adaptív QoS-t és az átlátható MAVLink szállítást. Ezek a képességek segíthetnek az integrátoroknak megőrizni a parancsforgalmat, kezelni a vegyes adatterheléseket, és rugalmasabb levegő-föld kommunikációs architektúrákat építeni.

 

GYIK

K: Működhet a MAVLink MANET-en keresztül?

V: Igen. A MAVLink IP-alapú MANET kapcsolatokon keresztül futhat, lehetővé téve a járművek, a relé csomópontok és a földi állomások számára a telemetria és a parancsok cseréjét a változó hálózati útvonalakon.

K: Mekkora sávszélességet igényel a MAVLink a MANET felett?

V: A sávszélesség az üzenetek sebességétől, a járművek számától, az útválasztási költségektől és a hasznos teherforgalomtól függ. A kritikus parancsoknak és telemetriának elsőbbséget kell élvezniük a videóval, a naplókkal és a fájlátvitellel szemben.

K: Hogyan mérik a MAVLink csomagvesztést mesh hálózaton?

V: A MAVLink csomagsorszámokat használ, de az útválasztás, a redundáns hivatkozások és a szelektív továbbítás félrevezető hiányosságokat okozhat. A veszteséget a látencia, a jitter és a szívverés kora mellett kell értékelni.

K: A MAVLink vagy a MANET szabályozza az üzenetek továbbítását?

V: A MANET kiválasztja a hálózati útvonalakat a csomópontok között, míg a MAVLink rendszer- és komponensazonosítók segítségével irányítja az üzeneteket a megfelelő járműre, földi állomásra vagy fedélzeti komponensre.

K: Mi történik, ha a MAVLink kapcsolat megszakad?

V: A konfigurált robotpilóta reakció magában foglalhatja a pozíció megtartását, a visszatérést, a leszállást vagy a küldetés folytatását. A szívverés időtúllépései általában meghatározzák, hogy mikor aktiválódik az adatkapcsolati hibabiztos.

K: Hogyan maradhatnak a kritikus parancsok megbízhatóak a csomagvesztés során?

V: A kritikus parancsoknak nyugtákat, korlátos újrapróbálkozásokat, lejárati szabályokat és forgalmi prioritást kell használniuk. Ez megakadályozza, hogy a késleltetett vagy ismétlődő utasítások nem biztonságos viselkedést hozzanak létre az útvonal helyreállítása után.