UAV は小さなデータ ストリーム上のコマンドに応答できますが、無線リンクが過負荷になると使用可能なビデオが失われます。このコントラストにより、宣伝されているピーク レートに基づいてモデムを選択するよりも帯域幅の計画が複雑になります。コントロール、テレメトリ、および HD ビデオは、同じ接続に対して非常に異なる要求を課します。
重要な問題はどの程度安定しているかです UAV データリンク帯域幅。 航空機が実際の飛行中に維持できる以下のセクションでは、各トラフィック タイプを比較し、実際的な帯域幅の予算を構築し、ビデオ需要が高まったときに制御とテレメトリを保護する方法を示します。
パイロットの入力、飛行モードの変更、ウェイポイントの更新、ホームへの帰還指示、ジンバルの動き、ペイロードのトリガーはすべて小さなメッセージです。実際のプランニング許容値は、確認応答とプロトコル オーバーヘッドを含めて、およそ 5 ～ 100 kbps です。制御パフォーマンスの低下は、通常、生の容量の不足ではなく、遅延、ジッター、パケット損失、またはキューの輻輳が原因で発生します。
ほとんどの大量の UAV トラフィックは逆方向に移動するため、アップリンクには保護された容量が依然として必要です。リンクにはビデオ用の十分なダウンリンク余地があるかもしれませんが、制御パケットは他のトラフィックの後ろで待機したままになります。したがって、複数のアプリケーションが 1 つの無線を共有する場合、コマンド データは予約された優先順位を受け取る必要があります。
帯域幅もコマンドのタイミングを考慮せずに評価することはできません。ペイロード命令の遅延は不便な場合がありますが、飛行モードまたは回復コマンドの遅延はミッションに直ちに影響を与える可能性があります。そのため、制御トラフィックは、平均データ消費量だけでなく、応答の一貫性によって判断する必要があります。
テレメトリには、位置、姿勢、高度、バッテリー状態、ナビゲーション状態、ミッションの進行状況、リンク品質、ペイロードの健全性が含まれます。基本的なレポートでは 10 ～ 50 kbps が使用されますが、通常の地上管制局のストリームは通常 50 ～ 300 kbps の範囲内に収まります。高速診断、詳細なログ、複数のペイロード、または複数の航空機により、合計が 1 Mbps 以上に近づく可能性があります。
需要はメッセージのサイズと頻度の両方に依存します。 1 秒あたり数十回送信される姿勢データは、1 秒あたり 1 回送信されるバッテリー更新よりも多くの容量を消費します。 MAVLink を使用すると、個々のメッセージ間隔を変更できるため、チームは重要な状態データを削除せずに不要なトラフィックを削減できます。
テレメトリの削減は、無差別ではなく選択的に行う必要があります。ナビゲーション、制御、またはオペレーターの認識をサポートする高頻度のデータは保存する必要がありますが、通常の動作中に反復的なデバッグ メッセージが遅くなったり無効になったりする可能性があります。これにより、航空機の状態の重要な変化を隠すことなく、テレメトリの予算を効率的に維持できます。
通常、圧縮ビデオが UAV データリンク帯域幅の予算の大部分を占めます。有用な計画範囲は、720p (30 fps) の場合は約 2 ～ 5 Mbps、1080p (30 fps) の場合は 4 ～ 12 Mbps、1080p (60 fps) の場合は 8 ～ 20 Mbps、圧縮 4K モニタリングの場合は 15 ～ 40 Mbps です。実際の需要は、コーデック、フレーム レート、モーション、画像の詳細、低照度ノイズ、キーフレーム間隔、エンコーダーの品質設定によって異なります。
H.264 はパケット化されたビデオに広く使用されていますが、H.265 は、機器が追加の処理負荷をサポートしている場合、同等の品質に必要なビットレートを削減できます。可変ビットレートのストリームは、航空機が木の葉、水、建物、またはその他の詳細な動きに向かって旋回するときに急上昇する場合もあります。運用モニタリングでは、通常、カバレッジの端近くでフリーズする鮮明なストリームよりも、安定した中ビットレートのフィードの方が役立ちます。
トラフィックの種類 |
実用的な計画範囲 |
主な懸念事項 |
制御コマンド |
5～100kbps |
レイテンシと配信 |
定期的なテレメトリ |
10～300kbps |
信頼性と更新速度 |
ペイロードデータ |
10～500kbps |
センサーの種類と周波数 |
720p30ビデオ |
2～5Mbps |
持続的なスループット |
1080p30ビデオ |
4～12Mbps |
スループットとジッター |
1080p60ビデオ |
8～20Mbps |
容量とリンクマージン |
これらの値は、ユニバーサル エンコーダ設定ではなく、計画範囲として扱う必要があります。同じ解像度とフレーム レートを生成する 2 台のカメラは、シーン、圧縮プロファイル、品質目標が異なるため、異なる負荷を生成する可能性があります。実際のストリームを測定することは、解像度のみから推定するよりも信頼性が高くなります。
簡単な式を使用します。必要な安定したスループットは、連続トラフィック、予想されるバースト、および動作マージンに等しいです。セカンダリ ビデオまたはサーマル ビデオ、ペイロード コマンド、センサー ステータス、ダッシュボード、診断、マップ、ログ転送など、同じミッション フェーズ中にアクティブなすべてのストリームをカウントします。フィードが地上に到達した後に配信が行われない限り、追加の視聴者や航空機によってトラフィックが増加する可能性があります。
一部の無線では両方向で共有される合計レートが見積もられるため、アップリンクとダウンリンクを個別に計算します。オンボード録音は、ファイルが転送されるまで無線帯域幅を消費しませんが、レートが制限されていない限り、後でダウンロードすると接続が飽和する可能性があります。動作マージンは、エンコーダのピーク、オーバーヘッド、再送信、変調の変化、および一時的な干渉をカバーする必要があります。
長距離飛行、アンテナの向きの変更、混雑したスペクトル、または中継経路では、きれいなフィールドでの短距離作業よりも多くの予備力が必要です。マージンの目的は、仕様を膨らませることではありません。これは、ミッションの予想される最も弱い部分において重要なトラフィックを安定に保つためです。
6 Mbps の 1080p H.264 ストリーム、0.1 Mbps のオートパイロット テレメトリ、0.05 Mbps のペイロード ステータスとコマンド、0.5 ～ 0.7 Mbps のダッシュボードと断続的な診断について考えてみましょう。連続平均負荷は約 6.7 ～ 6.9 Mbps です。 3 ～ 5 Mbps のリザーブを追加すると、安定したアプリケーション スループットの適切な最小目標は約 10 ～ 12 Mbps になります。
12 Mbps でアドバタイズされる無線だけでは、自動的には十分ではありません。意図した距離、高度、航空機の姿勢、チャンネルの状態、トラフィックの組み合わせでその速度を維持する必要があります。 2 台目のカメラは独自のフル ストリーム ビットレートを追加しますが、複数の UAV は共有ネットワーク セグメントごとに集計計算を必要とします。
ミッションのセットアップ |
推奨される安定したスループットのエンベロープ |
制御と遠隔測定のみ |
1Mbps未満 |
テレメトリ付き 720p ビデオ |
5～10Mbps |
混合データを含む 1 つの 1080p ストリーム |
10～20Mbps |
2 つの HD ストリームまたは圧縮 4K |
20～50Mbps以上 |
複数の UAV または中継ノード |
各パスを計算する |
これらの範囲は初期の選択に役立ちますが、測定に代わるものではありません。リアルなモーションとライティング中の実際のエンコーダ出力を記録し、観察された非ビデオ トラフィックを追加します。これにより、リンクのサイズが小さくなったり、不必要な重量、電力需要、スペクトル容量が増加したりすることがなくなります。
チャネル幅、物理層レート、ネットワーク スループット、およびアプリケーション スループットは、さまざまなことを表します。物理レートには、コーディングとフレーミングによって消費される容量が含まれますが、ヘッダー、暗号化、エラー修正、確認応答、再送信、ルーティング、および管理トラフィックが通信時間を使用するため、アプリケーションが受け取る容量は少なくなります。したがって、大きなデータシート番号をカメラとフライト コントローラーが利用できる帯域幅として扱うことはできません。
アダプティブ無線も、信号品質が低下するにつれて、より堅牢な変調とコーディングに移行します。これにより、接続は維持されますが、スループットが低下し、再送信により追加の通信時間が消費され、バッファリングにより遅延が追加されます。理想的な実験室条件下で達成される最大速度ではなく、ミッション範囲での安定した測定スループットを比較してください。
航空機の移動に応じてスループットは変化します。距離、視線、フレネルゾーンのクリアランス、地上アンテナの高さ、偏波、干渉はすべて信号品質に影響します。バンクやヨーイングによりアンテナがそのパターンの弱い部分に配置される可能性があり、バッテリー、カーボンファイバー、金属構造、またはペイロードが経路をブロックする可能性があります。
ベンチ上で完璧なビデオを伝送するセットアップは、UAV が旋回、降下、またはルートの最も遠い部分に到達すると不安定になる可能性があります。パケット損失、ジッター、遅延、持続的なスループットを測定しながら、旋回や高度の変化などの実際のミッション プロファイルをテストします。接続が依然として必要な最も弱い条件を中心に計画を立てます。
2 台のカメラ、複数の UAV、複数の視聴者向けの個別のユニキャスト フィード、またはバックグラウンド メンテナンス トラフィックはすべて、利用可能な通信時間を分割します。リレー パスとメッシュ パスはカバレッジを拡張できますが、転送されたパケットは複数のホップで無線リソースを消費します。したがって、各ローカル リンクが正常に見えても、エンドツーエンドの容量が低下する可能性があります。
トラフィックが集中する場所を特定し、その時点での複合負荷を計算します。すべてのノードが同時にヘッドライン レート全体を受信すると想定しないでください。方向とビットレートのラベルが付いた単純なトポロジ図は、多くの場合、ネットワーク全体の合計よりもボトルネックを明確に示します。
混合データ リンクには、明確なサービス順序が必要です。つまり、最初に飛行コマンド、次に重要なテレメトリおよびリンク健全性メッセージ、安全関連のペイロード コマンド、ライブ ビデオ、最後にログまたはファイル転送が続きます。この階層により、視覚的に要求の厳しいストリームによって、小さいながらも重要なパケットが遅延するのを防ぎます。また、利用可能な容量が低下した場合のシステムの動作を予測可能になります。
サービス品質、個別のキュー、選択可能なサービス優先順位、およびレート制限は、未使用のピーク容量だけよりも価値があります。これらがないと、平均的なトラフィックが許容できるように見えても、ビデオのバーストやファイルのダウンロードによってキューがいっぱいになる可能性があります。ビデオには最大ビットレートが必要であり、飛行中はバックグラウンド転送を一時停止するか制限する必要があります。
リンク マージンが減少すると、まずバルク転送を一時停止し、次にビデオ ビットレートを下げ、フレーム レートを下げ、解像度を下げ、必要に応じてセカンダリ ストリームを無効にします。重要な制御とテレメトリは、RF リンクがサポートできる限り利用可能な状態にしておく必要があります。シーケンスは、ミッション中に即興で作成するのではなく、展開前に設定する必要があります。
ビットレートを一定にすると、予測可能な負荷が発生しますが、単純なシーンでは容量が無駄になり、複雑なシーンでは画質が低下する可能性があります。可変ビットレートは利用可能なビットを効率的に使用しますが、リンク制限近くでバーストが発生する可能性があります。多くの場合、最大値を固定した制約付きの可変ビットレート プロファイルを使用すると、実行可能な妥協点が得られます。
テストでは、利用可能なスループットを徐々に減らす必要があります。突然の切断は、リンクに障害が発生する可能性があることを証明するだけです。キューが構築されるか、レイテンシーが増加するか、またはエンコーダーが最初に適応するかどうかは示されません。各ステップでのビデオ遅延、コマンド応答、テレメトリ継続性、およびパケット損失を記録します。
トラフィック バジェットがわかったら、範囲内での安定したスループット、アップリンクとダウンリンクの容量、負荷時の遅延、QoS、インターフェイス、チャネル設定、アンテナ配置、空中質量、消費電力、および熱ニーズを比較します。ビデオは IP、HDMI、SDI、または CVBS を介して入力される一方で、制御データはシリアルまたはイーサネットを介して到着する可能性があるため、インターフェイスの互換性は重要です。複数のコンバータを必要とする高速モデムでは、配線、遅延、重量、障害点が増加する可能性があります。
WDS Mesh DDLmesh airborne シリーズはサポートしています 構成可能な UAV データ リンク帯域幅。 ビデオとデータの混合トラフィック用に利用可能な機能には、20 MHz での 1 ～ 70 Mbps のブロードバンド動作、50 ～ 1000 kbps 適応狭帯域動作、QoS、選択可能なサービス優先度、透過的なイーサネットおよびシリアル トランスポート、MAVLink サポート、1.25 ～ 20 MHz の設定可能なブロードバンド チャネル幅、ポイントツーポイント、ポイントツーマルチポイント、および小規模メッシュ モードが含まれます。ビデオとデータの同時インターフェースにより、飛行制御、ペイロード、測位、音声、カメラのトラフィックが 1 つの航空通信システムを共有することも可能になります。
これらの機能は出発点にすぎません。航空機が代表的な距離と方向を通過する間に、意図したすべてのストリームをアクティブにして、選択した構成を検証します。アプリケーションのスループット、方向固有の使用率、信号品質、遅延、ジッター、パケット損失、エンコーダーの動作をログに記録し、ビデオ品質が低下する前に制御とテレメトリが引き続き使用可能であることを確認します。
制御とテレメトリは通常、HD ビデオよりもはるかに少ない容量を必要としますが、より高い優先順位とより一貫した配信が求められます。したがって、実際的な UAV データ リンク帯域幅の目標は、実際のアプリケーション スループット、同時トラフィック、動作範囲、干渉、およびビットレートのスパイクや弱いリンク状態に対する十分なマージンを反映する必要があります。
Shenzhen Sinosun Technology Co., Ltd. は、ビデオ、テレメトリ、双方向データ送信とトラフィック優先および適応性のあるネットワーキング機能を組み合わせた DDLmesh 航空データ リンクを提供しています。これらの機能を測定されたミッション予算に適合させることで、システム統合を簡素化できると同時に、ビデオ品質が調整されても重要なコマンドを利用可能な状態に保つことができます。
A: 圧縮 1080p ストリームには通常、30 fps で 4 ～ 12 Mbps が必要です。テレメトリ、制御トラフィック、プロトコル オーバーヘッド、および動作マージンは個別に追加する必要があります。
A: 制御コマンドには約 5 ～ 100 kbps が必要となる場合がありますが、日常的なテレメトリでは通常 10 ～ 300 kbps が使用されます。信頼性、遅延、メッセージ頻度は、生の容量よりも重要です。
A: はい、リンクが十分な安定したスループットとトラフィックの優先順位付けを提供する場合に限ります。ビデオ需要が利用可能な容量に近づくと、制御と重要なテレメトリが優先される必要があります。
A: プロトコル ヘッダー、暗号化、エラー修正、確認応答、再送信、および弱い信号状態により、カメラ、フライト コントローラー、およびペイロード アプリケーションが使用できる帯域幅が減少します。
A: はい。スループットは、距離、干渉、アンテナの位置ずれ、航空機の動き、障害物によって低下することがよくあります。帯域幅の計画には、フライトの予想される最も弱い部分を反映する必要があります。