Koliko pasovne širine potrebuje UAV podatkovna povezava za nadzor, telemetrijo in HD video?

UAV se lahko odzove na ukaze v majhnem toku podatkov, vendar izgubi uporaben video, ko je radijska povezava preobremenjena. Zaradi tega kontrasta je načrtovanje pasovne širine bolj zapleteno kot izbiranje modema glede na njegovo oglaševano največjo hitrost. Nadzor, telemetrija in HD video postavljajo zelo različne zahteve za isto povezavo.

Ključno vprašanje je, koliko stabilna Pasovna širina podatkovne povezave UAV, ki jo letalo lahko vzdržuje med dejanskim letom. V spodnjih razdelkih je primerjava vsake vrste prometa, izdelava praktičnega proračuna pasovne širine in prikazano, kako zaščititi nadzor in telemetrijo, ko se povpraševanje po videu poveča.

 

Koliko pasovne širine uporablja vsak podatkovni tok UAV

Nadzorni ukazi potrebujejo malo zmogljivosti, vendar takojšnjo dostavo

Pilotovi vnosi, spremembe načina letenja, posodobitve točk poti, navodila za vrnitev domov, premikanje kardanskega mehanizma in sprožilci tovora so majhna sporočila. Praktično dovoljeno načrtovanje je približno 5–100 kbps, vključno s potrditvami in stroški protokola. Slabo delovanje nadzora običajno izvira iz zakasnitve, tresenja, izgube paketov ali prezasedenosti čakalne vrste in ne zaradi pomanjkanja neobdelane zmogljivosti.

Navzgornja povezava še vedno potrebuje zaščiteno zmogljivost, ker večina obsežnega prometa UAV potuje v nasprotni smeri. Povezava ima lahko dovolj prostora za povezavo navzdol za video, vendar pusti nadzorne pakete čakati za drugim prometom. Podatki o ukazih morajo zato imeti rezervirano prednost, kadar več aplikacij deli en radio.

Pasovne širine tudi ni mogoče ovrednotiti brez upoštevanja časa ukaza. Navodilo za zakasnjen tovor je lahko neprijetno, medtem ko lahko zakasnjen ukaz za način letenja ali obnovitev takoj vpliva na misijo. Iz tega razloga je treba nadzorni promet presojati glede na doslednost odziva in povprečno porabo podatkov.

Povpraševanje po telemetriji je odvisno od hitrosti sporočil

Telemetrija vključuje položaj, položaj, nadmorsko višino, stanje baterije, stanje navigacije, napredek misije, kakovost povezave in zdravje tovora. Osnovno poročanje lahko uporablja 10–50 kbps, medtem ko običajni tok zemeljske nadzorne postaje običajno ustreza 50–300 kbps. Visokohitrostna diagnostika, podrobni dnevniki, več koristnih tovorov ali več letal lahko skupno potisnejo proti 1 Mbps ali več.

Povpraševanje je odvisno od velikosti sporočila in pogostosti. Podatki o odnosu, poslani več desetkrat na sekundo, porabijo več zmogljivosti kot posodobitev baterije, poslana enkrat na sekundo. MAVLink omogoča spreminjanje intervalov posameznih sporočil, kar ekipam pomaga zmanjšati nepomemben promet brez odstranitve kritičnih podatkov o stanju.

Zmanjšanje telemetrije bi moralo biti selektivno in ne vsesplošno. Visokofrekvenčne podatke, ki podpirajo navigacijo, nadzor ali zavedanje operaterja, je treba ohraniti, medtem ko je mogoče ponavljajoča se sporočila o odpravljanju napak med običajnim delovanjem upočasniti ali onemogočiti. To ohranja proračun za telemetrijo učinkovit brez skrivanja pomembnih sprememb v stanju letala.

HD video običajno določa velikost povezave

Stisnjen video običajno prevladuje v proračunu pasovne širine podatkovne povezave UAV. Uporabni razponi načrtovanja so približno 2–5 Mbps za 720p pri 30 sličicah na sekundo, 4–12 Mbps za 1080p pri 30 sličicah na sekundo, 8–20 Mbps za 1080p pri 60 sličicah na sekundo in 15–40 Mbps za spremljanje stisnjenega 4K. Dejansko povpraševanje se razlikuje glede na kodek, hitrost sličic, gibanje, podrobnosti slike, šum pri šibki svetlobi, interval ključnih sličic in nastavitve kakovosti kodirnika.

H.264 se pogosto uporablja za paketni video, medtem ko lahko H.265 zmanjša bitno hitrost, potrebno za primerljivo kakovost, ko oprema podpira dodatno obremenitev obdelave. Tokovi s spremenljivo bitno hitrostjo se lahko prav tako povečajo, ko letalo zavije proti listju, vodi, zgradbam ali drugemu podrobnemu gibanju. Za operativno spremljanje je stabilen vir z zmerno bitno hitrostjo običajno bolj uporaben kot ostrejši tok, ki zamrzne blizu roba pokritosti.

Te vrednosti je treba obravnavati kot razpone načrtovanja in ne kot univerzalne nastavitve kodirnika. Dve kameri z enako ločljivostjo in hitrostjo sličic lahko ustvarita različne obremenitve, ker se njuni prizori, profili stiskanja in cilji kakovosti razlikujejo. Merjenje dejanskega toka je bolj zanesljivo kot ocenjevanje samo na podlagi ločljivosti.

 

Kako zgraditi realen proračun pasovne širine

Dodajte vsak tok, ki se bo izvajal hkrati

Uporabite preprosto formulo: zahtevana stabilna prepustnost je enaka neprekinjenemu prometu, pričakovanim izbruhom in operativni rezervi. Preštejte vsak tok, ki je aktiven med isto fazo misije, vključno s sekundarnim ali termalnim videoposnetkom, ukazi tovora, statusom senzorjev, nadzornimi ploščami, diagnostiko, zemljevidi in prenosi dnevnikov. Dodatni gledalci ali letala lahko pomnožijo promet, razen če do distribucije pride po tem, ko vir doseže tla.

Navzgornjo in navzdolnjo povezavo izračunajte ločeno, ker nekateri radijski sprejemniki navajajo skupno hitrost, ki se deli v obe smeri. Vgrajeno snemanje ne porablja radijske pasovne širine, dokler se datoteke ne prenesejo, vendar lahko poznejši prenos nasiči povezavo, razen če je hitrostno omejena. Obratovalna marža mora zajemati konice kodirnika, režijske stroške, ponovne prenose, spreminjanje modulacije in začasne motnje.

Let na velike razdalje, spreminjanje usmerjenosti antene, preobremenjen spekter ali relejne poti zahtevajo več rezerve kot delo na kratke razdalje na čistem polju. Namen marže ni napihovanje specifikacije. Ohranja bistven promet stabilen med najšibkejšim pričakovanim delom misije.

Delajte na primeru UAV z eno kamero

Razmislite o enem toku 1080p H.264 pri 6 Mbps, 0,1 Mbps telemetrije avtopilota, 0,05 Mbps za stanje tovora in ukaze ter 0,5–0,7 Mbps za nadzorno ploščo in občasno diagnostiko. Neprekinjena in povprečna obremenitev je približno 6,7–6,9 Mbps. Če dodate 3–5 Mb/s rezerve, dobite razumen najmanjši cilj približno 10–12 Mb/s stabilne prepustnosti aplikacije.

Radio, ki se oglašuje pri 12 Mbps, samodejno ne zadostuje. To hitrost mora vzdrževati na predvideni razdalji, nadmorski višini, položaju letala, pogojih kanala in mešanici prometa. Druga kamera doda lastno bitno hitrost celotnega toka, medtem ko več UAV zahteva skupni izračun za vsak segment omrežja v skupni rabi.

Ti razponi so uporabni za zgodnjo izbiro, vendar ne nadomestijo meritev. Posnemite dejanski izhod kodirnika med realističnim gibanjem in osvetlitvijo, nato dodajte opazovani nevideo promet. To preprečuje premajhno dimenzioniranje povezave in prenašanje nepotrebne teže, povpraševanja po energiji ali zmogljivosti spektra.

 

Zakaj je prepustnost med letom nižja od stopnje podatkovnega lista

Hitrost PHY ni uporabna pasovna širina podatkovne povezave UAV

Širina kanala, hitrost fizičnega sloja, prepustnost omrežja in prepustnost aplikacije opisujejo različne stvari. Fizična stopnja vključuje zmogljivost, porabljeno s kodiranjem in okvirjanjem, medtem ko aplikacije prejmejo manj, ker glave, šifriranje, popravljanje napak, potrditve, ponovni prenos, usmerjanje in promet za upravljanje uporabljajo čas. Velike številke v podatkovnem listu zato ni mogoče obravnavati kot pasovno širino, ki je na voljo kameri in krmilniku leta.

Prilagodljivi radijski sprejemniki se prav tako premaknejo na bolj robustno modulacijo in kodiranje, ko kakovost signala pada. To ohrani povezljivost, vendar zmanjša prepustnost, medtem ko ponovni prenos porabi dodaten čas, medpomnilnik pa doda zakasnitev. Primerjajte stabilno izmerjeno pretočnost na dosegu misije namesto največje stopnje, dosežene v idealnih laboratorijskih pogojih.

Doseg in gibanje letala spremenita hitrost prenosa podatkov

Prepustnost se spreminja, ko se letalo premika. Razdalja, vidna linija, razdalja Fresnelovega območja, višina zemeljske antene, polarizacija in motnje vplivajo na kakovost signala. Nagibanje ali obračanje lahko postavi anteno v šibek del njenega vzorca, medtem ko lahko baterije, ogljikova vlakna, kovinske strukture ali tovor blokirajo pot.

Nastavitev, ki prenaša brezhiben video na klopi, lahko postane nestabilna, ko se UAV obrne, spusti ali doseže najbolj oddaljeni del svoje poti. Preizkusite dejanski profil misije, vključno z zavoji in spremembami nadmorske višine, medtem ko merite izgubo paketov, tresenje, zakasnitev in trajno prepustnost. Načrtujte okoli najšibkejšega stanja, v katerem je povezljivost še vedno potrebna.

Skupni čas predvajanja še dodatno zmanjša zmogljivost

Dve kameri, več UAV-jev, ločeni unicast viri za več gledalcev ali vzdrževalni promet v ozadju – vse to razdeli razpoložljivi čas predvajanja. Relejne in zapletene poti lahko razširijo pokritost, vendar posredovani paketi porabijo radijske vire na več kot enem skoku. Zmogljivost od konca do konca lahko zato pade, tudi če je vsaka lokalna povezava videti zdrava.

Ugotovite, kje se promet steka, in izračunajte skupno obremenitev na tej točki. Ne domnevajte, da vsako vozlišče prejme celotno stopnjo naslova hkrati. Preprost topološki diagram z oznakami smeri in bitne hitrosti pogosto razkrije ozka grla jasneje kot ena vsota za celotno omrežje.

 

Kako določiti prednost prometa in izbrati pravo podatkovno povezavo

Naj se video poslabša pred nadzorom ali telemetrijo

Mešana podatkovna povezava potrebuje jasen vrstni red storitev: najprej ukazi za letenje, ki jim sledijo bistvena telemetrija in sporočila o stanju povezave, ukazi za koristno obremenitev, povezani z varnostjo, videoposnetek v živo in nazadnje dnevniki ali prenosi datotek. Ta hierarhija preprečuje, da bi vizualno zahteven tok odložil majhen, a kritičen paket. Prav tako naredi obnašanje sistema predvidljivo, ko razpoložljiva zmogljivost pade.

Kakovost storitve, ločene čakalne vrste, izbirna prioriteta storitve in omejitve hitrosti so bolj dragoceni kot sama neizkoriščena konična zmogljivost. Brez njih lahko izbruh videa ali prenos datoteke zapolni čakalno vrsto, tudi če se povprečni promet zdi sprejemljiv. Video mora imeti največjo bitno hitrost, prenosi v ozadju pa morajo biti začasno ustavljeni ali omejeni med letom.

Nastavite predvidljivo strategijo poslabšanja videa

Ko se marža povezave zmanjša, najprej začasno ustavite množične prenose, nato znižajte bitno hitrost videa, zmanjšajte hitrost sličic, zmanjšajte ločljivost in po potrebi onemogočite sekundarni tok. Bistveni nadzor in telemetrija morata ostati na voljo, dokler ju RF povezava podpira. Zaporedje je treba konfigurirati pred uvedbo in ne improvizirati med misijo.

Konstantna bitna hitrost ustvarja predvidljivo obremenitev, vendar lahko zapravlja zmogljivost v preprostih prizorih ali zmanjša kakovost slike v zapletenih. Spremenljiva bitna hitrost učinkovito uporablja razpoložljive bite, vendar lahko povzroči izbruhe blizu omejitve povezave. Omejen profil spremenljive bitne hitrosti s trdnim maksimumom pogosto zagotavlja uporaben kompromis.

Testiranje bi moralo postopoma zmanjšati razpoložljivo prepustnost. Nenadna prekinitev povezave samo dokazuje, da lahko povezava odpove; ne pokaže, ali se čakalne vrste gradijo, zakasnitev narašča ali se kodirnik najprej prilagodi. Posnemite zakasnitev videa, odziv na ukaz, kontinuiteto telemetrije in izgubo paketov na vsakem koraku.

Uskladite specifikacije izdelka s proračunom misije

Ko je prometni proračun znan, primerjajte stabilno prepustnost v dosegu, zmogljivost povezave navzgor in navzdol, zakasnitev pod obremenitvijo, QoS, vmesnike, nastavitve kanala, razporeditev antene, maso v zraku, porabo energije in toplotne potrebe. Združljivost vmesnika je pomembna, ker lahko krmilni podatki prispejo prek serijskega ali ethernetnega vmesnika, medtem ko video vstopi prek IP, HDMI, SDI ali CVBS. Hiter modem, ki zahteva več pretvornikov, lahko doda ožičenje, zakasnitev, težo in točke napake.

WDS Mesh DDLmesh airborne serija podpira nastavljiva pasovna širina podatkovne povezave UAV za mešani video in podatkovni promet. Razpoložljive zmogljivosti vključujejo širokopasovno delovanje 1–70 Mb/s pri 20 MHz, prilagodljivo ozkopasovno delovanje 50–1000 kb/s, QoS, izbirno prioriteto storitve, pregleden Ethernet in serijski transport, podporo MAVLink, nastavljive širine širokopasovnih kanalov od 1,25 do 20 MHz ter načine od točke do točke, točke do več točk in majhne mreže. Hkratni video in podatkovni vmesniki omogočajo tudi nadzor leta, tovor, pozicioniranje, glas in promet kamere za skupno rabo enega komunikacijskega sistema v zraku.

Te sposobnosti so le izhodišče. Potrdite izbrano konfiguracijo z vsakim predvidenim aktivnim tokom, medtem ko se zrakoplov premika skozi reprezentativne razdalje in orientacije. Beležite prepustnost aplikacije, uporabo glede na smer, kakovost signala, zakasnitev, tresenje, izgubo paketov in obnašanje kodirnika, da potrdite, da nadzor in telemetrija ostaneta uporabna, preden kakovost videa pade.

 

Zaključek

Nadzor in telemetrija običajno zahtevata veliko manjšo zmogljivost kot HD video, vendar zahtevata višjo prioriteto in doslednejšo dostavo. Praktična ciljna pasovna širina podatkovne povezave UAV mora torej odražati dejansko prepustnost aplikacije, hkratni promet, doseg delovanja, motnje in zadostno rezervo za skoke bitne hitrosti ali pogoje šibkejše povezave.

Shenzhen Sinosun Technology Co., Ltd. ponuja zračne podatkovne povezave DDLmesh, ki združujejo video, telemetrijo in dvosmerni prenos podatkov s prednostjo prometa in prilagodljivimi omrežnimi funkcijami. Usklajevanje teh zmožnosti z izmerjenim proračunom misije lahko poenostavi integracijo sistema, hkrati pa pomaga, da kritični ukazi ostanejo na voljo, ko se kakovost videa prilagaja.

 

pogosta vprašanja

V: Koliko pasovne širine podatkovne povezave UAV potrebujete za video 1080p?

O: Stisnjen tok 1080p običajno potrebuje 4–12 Mbps pri 30 sličicah na sekundo. Telemetrijo, nadzor prometa, stroške protokola in operacijsko maržo je treba dodati ločeno.

V: Koliko pasovne širine uporabljajo krmilni in telemetrični signali UAV?

O: Nadzorni ukazi lahko zahtevajo približno 5–100 kbps, medtem ko rutinska telemetrija običajno uporablja 10–300 kbps. Zanesljivost, zakasnitev in pogostost sporočil so pomembnejši od surove zmogljivosti.

V: Ali lahko ena podatkovna povezava UAV prenaša nadzor, telemetrijo in video?

O: Da, pod pogojem, da povezava ponuja dovolj stabilno prepustnost in prednostno razvrščanje prometa. Nadzor in bistvena telemetrija bi morali imeti prednost, ko se povpraševanje po videu približa razpoložljivi zmogljivosti.

V: Zakaj je uporabna prepustnost podatkovne povezave nižja od oglaševane stopnje?

O: Glave protokola, šifriranje, odpravljanje napak, potrditve, ponovni prenos in šibkejši pogoji signala zmanjšajo pasovno širino, ki je na voljo kameram, krmilnikom leta in aplikacijam koristnega tovora.

V: Ali komunikacijski doseg UAV vpliva na razpoložljivo pasovno širino?

O: Da. Prepustnost se pogosto zmanjša z razdaljo, motnjami, neporavnanostjo antene, premikanjem letala in ovirami. Načrtovanje pasovne širine mora odražati najšibkejši pričakovani del leta.