MAVLink prek MANET-a: razložena pasovna širina, izguba paketov, usmerjanje in varna zasnova

Ko promet MAVLink zapusti neposredno radijsko povezavo in začne prečkati mobilno ad-hoc omrežje, so najtežji problemi le redko samo neobdelani doseg. Skupni čas prenosa podatkov, spreminjanje relejskih poti, zakasnjene potrditve in zavajajoči odčitki izgube paketov lahko vplivajo na zanesljivost ukaza, veliko preden se zdi, da povezava ne uspe. Usmerjanje MANET je zgrajeno za spreminjanje topologije, medtem ko MAVLink doda lastno naslavljanje, zaporedje in vedenje pri dostavi ukazov.

Razumevanje, kako ti sloji medsebojno delujejo, pomaga inženirjem pri določanju pasovne širine, pravilni interpretaciji izgube, nadzoru usmerjanja in definiranju varnih dejanj, ki ostanejo predvidljiva, ko se povezave poslabšajo ali izginejo.

 

Začnite s prometom, ki ga mora opraviti naloga

Ločite bistveni promet MAVLink od izbirnih podatkov

Vsak bajt nima enake operativne vrednosti. Srčni utripi, ukazi, potrditve, dejanja v sili, položaj, stanje baterije in zdravje navigacije neposredno vplivajo na nadzor in nadzor. Nalaganje nalog, prenos parametrov, dnevniki, zemljevidi, slike, glas in video so morda še vedno pomembni, vendar večina lahko dopušča zakasnitev ali prekinitev, ko je omrežje obremenjeno. MAVLink odraža to razliko: telemetrija je običajno objavljena kot tok, medtem ko misije, parametri in ukazi uporabljajo mikrostoritve od točke do točke s potrditvijo ali ponovnim prenosom.

Prva naloga načrtovanja je določiti, katera sporočila morajo preživeti poslabšano povezavo. Vozilo, ki še naprej pošilja visoko hitrostne podatke o položaju, medtem ko potrditve ukazov čakajo v čakalni vrsti, je bilo nepravilno razvrščeno po prednosti. Zvok Politika MAVLink prek MANET ohranja stanje ukazov, svežino srčnega utripa, položaj, moč, kakovost navigacije in poročanje o napakah pred bogatejšimi situacijskimi podatki.

Izračunajte uporabno zmogljivost pri najbolj obremenjenem releju

Pasovno širino je treba izračunati od aplikacije navzven, ne od radijskih specifikacij navznoter. Dodajte velikost sporočila, pogostost posodabljanja, število vozil, okvirjanje MAVLink, glave IP/UDP, usmerjanje prometa, ponovne prenose in pričakovane izbruhe. Nato preglejte rele, ki nosi največjo skupno obremenitev, ker lahko osrednje vozlišče posreduje več vozil, tudi če se zdi, da je vsaka posamezna povezava malo uporabljena. Uporabna številka je trajna zmogljivost od konca do konca pri gibanju in motnjah, ne najvišja hitrost fizičnega sloja.

Vsak brezžični skok znova porabi čas. Odkrivanje poti, obnovitev in začasni obvozi dodajajo dodatne stroške, zato načrtovanje zmogljivosti potrebuje rezervo za šibke povezave in nova vozlišča, ki se pridružujejo. Delovanje blizu teoretičnega maksimuma spremeni majhno spremembo topologije v rast čakalne vrste, tresenje in zakasnjene ukaze.

Zaščitite nadzorni promet pred dušenjem telemetrije

Kakovost storitev mora biti aktivna, preden se začnejo zastoji. Ukaze, potrditve, srčne utripe in kritična zdravstvena sporočila postavite v razred, ki je najbolj občutljiv na zakasnitev, običajno telemetrijo pod njimi, tokove koristnega toka pa zadnje. Ko se čakalne vrste dvignejo, najprej ustavite prenos datotek in dnevnikov, nato zmanjšajte nepomembno telemetrijo in nazadnje omejite video. MAVLink prek MANET-a ostane uporaben le, če lahko omrežje žrtvuje podrobnosti brez žrtvovanja nadzora.

Preberite Izguba paketov v kontekstu omrežja

Vedite, kdaj vrzeli v zaporedju MAVLink postanejo zavajajoče

Paketi MAVLink vsebujejo 8-bitno zaporedno številko, ki se poveča na vsakem kanalu in zavije po 255. Sprejemnik lahko primerja zaporedne vrednosti in obravnava manjkajoče številke kot izgubljene pakete, kar je smiselno, ko prejme celoten izhod enega kanala. Ta predpostavka običajno velja za preprosto telemetrično povezavo od točke do točke.

Usmerjena mreža lahko prekine predpostavko brez izgube podatkov. Usmerjevalnik lahko pošlje sporočila kamere na eno končno točko in podatke o letu na drugo, tako da zemeljska postaja vidi vrzeli v zaporedju, čeprav je usmerjevalnik prejel vsak okvir. Redundantne povezave uporabljajo neodvisne števce, medtem ko lahko spremembe poti prerazporedijo ali podvojijo pakete. Navidezna stopnja izgube lahko torej opisuje, česa ena aplikacija ni videla, ne pa česa MANET ni uspel zagotoviti.

Združite podatke o izgubah z merili operativnega zdravja

Vrzeli v zaporedju je treba povezati s starostjo srčnega utripa, zakasnitvijo povratnega potovanja, tresenjem, časom potrditve ukaza, dvojniki, prihodi izven reda, padci čakalne vrste usmerjevalnika, številom skokov in pogostostjo spreminjanja poti. Sledite tem ukrepom glede na izvorni sistem, komponento, pot in prometni razred, namesto da združite floto v en odstotek. Dolgo povprečje je morda videti zdravo, medtem ko je kratek izbruh zakasnitve že potisnil kontrolno transakcijo čez njen rok.

Korelirane meritve olajšajo ločevanje napak. Padajoča kakovost signala z napakami sprejema kaže proti RF poti; naraščajoče čakalne vrste s stabilno radijsko statistiko kažejo na zastoje; pogoste spremembe poti s preurejenimi paketi kažejo na osip poti. Če samo ena končna točka poroča o izgubi, druge pa ostajajo aktualne, je lahko odgovorna politika posredovanja. Koristno vprašanje je, katera informacija je zamudila kateri operativni rok in kje.

 

Narišite jasno mejo med usmerjanjem MAVLink in MANET

Naj MANET izbere poti in MAVLink izbere prejemnike

Vključeni sta dve ravni usmerjanja. MANET odkrije sosede, izbere poti IP, posreduje pakete prek relejev in popravi prekinjeno povezljivost. MAVLink identificira logične sisteme in komponente, kar omogoča oddajanje ali ciljanje prek target_system in target_component. Vsak sistem potrebuje edinstven sistemski ID, medtem ko morajo biti ID-ji komponent znotraj njega edinstveni.

Dosegljivost IP ne zagotavlja pravilne dostave ukazov. Dve dosegljivi vozili si lahko delita ID sistema MAVLink, usmerjevalnik pa lahko ustvari zanko na ravni aplikacije, tudi če je pot MANET veljavna. Posredovani paketi morajo ohraniti svojo prvotno vsebino, medtem ko mora naslovljeni promet slediti naučenim lokacijam prejemnikov, namesto da bi bil preplavljen.

Omejite oddajanje in premišljeno obravnavajte odvečne poti

Oddajna telemetrija podpira odkrivanje in skupno obveščanje, vendar postane nenadzorovano podvajanje drago, ko se število vozil in relejev povečuje. Srčni utripi in zahtevana sporočila o odkritju bi morala doseči ustrezne končne točke; tokove visoke hitrosti je treba filtrirati ali ciljati, ko so prejemniki znani. Usmerjevalniki ne smejo vrniti okvirja prek dohodnega vmesnika, zastarelo znanje o usmerjanju pa je treba izbrisati po ponovnem zagonu na daljavo.

Odpuščanje potrebuje tudi izrecno politiko. MAVLink nima splošnega mehanizma za usklajevanje identičnih podatkov, ki prihajajo prek več kanalov, števci zaporedja kanalov pa ne morejo zanesljivo identificirati dvojnikov med potmi. Zasnova lahko uporablja primarno pot s samodejnim preklopom ali odstrani podvojitve prometa na nadzorovani točki združevanja. Poti z visoko zakasnitvijo še vedno zahtevajo potek ukaza in pravila izbire.

Preslikajte načrt na zračno in zemeljsko opremo

Tipična podatkovna pot ločuje sporočila o upravljanju leta od osnovnega mrežnega transporta:

Krmilnik leta → Usmerjevalnik MAVLink → Airborne MANET Radio ⇄ Relejna vozlišča ⇄ Zemeljski radio → GCS

Izbira na strani letala je omejena s težo, močjo, toploto, vmesniki, frekvenčnimi pasovi in ​​obnašanjem pri usmerjanju. Lahka letalska serija WDS MIMOmesh podpira nastavljive kanale, dinamično usmerjanje ravni 2 ali plasti 3, rele z več skoki, prilagodljiv QoS, pregleden Ethernet in serijski transport ter integracijo MAVLink. Nominalno povprečno enosmerno zakasnitev z enim skokom približno 6 ms pri 20 MHz je še vedno treba preveriti z izbranim letalom, antenami, topologijo in mešanico prometa.

Na nadzornem mestu lahko vozlišče WDS DDLmesh ali vozlišče, nameščeno v stojalu, združuje podatke o krmiljenju leta z videom, glasom ali drugimi tokovi tovora. Njegove zmožnosti vključujejo prilagodljiv QoS, dinamično usmerjanje z več skoki, serijski in ethernetni pregleden transport, izbiro prioritete storitve in podporo za MAVLink. Zemeljska oprema mora biti dimenzionirana za najbolj obremenjeno relejno obremenitev in mora operaterjem zagotoviti vpogled v topologijo, kakovost povezave, ravni prometa in spremembe poti.

 

Naj bo okvara povezave nadzorovan prehod stanja

Zaznajte poslabšanje, preden povezava izgine

Binarna zastavica 'povezano' reagira prepozno in pogosto niha. Boljši krmilnik loči povezavo v zdravo, poslabšano, kritično, izgubljeno in obnovljeno stanje. Zdrav pomeni trenutne srčne utripe, stabilne poti in sprejemljivo zakasnitev ukaza; Poslabšanje se začne z naraščanjem tresenja, čakalnih vrst, sprememb poti ali težav z dostavo; Kritično označuje zamujene kontrolne roke. Lost se začne po določeni časovni omejitvi srčnega utripa, medtem ko Recovered zahteva trajno stabilnost.

Za spremembe stanja uporabite premikajoča se okna, zaporedne kršitve in histerezo. En pozen srčni utrip ne bi smel sprožiti Vrnitve, vendar ponavljajoče se zakasnjene potrditve ne smejo biti skrite z dobrim povprečjem. V zmanjšanem delovanju znižajte izbrane hitrosti telemetrije, začasno ustavite prenose in začasno ustavite video tovora. Sistemi za nadzor letenja lahko ločijo časovne omejitve podatkovne povezave od odzivov, kot so Zadrži, Vrnitev ali Pristanek.

Naj bodo ukazi varni pri zakasnitvi, podvajanju in ponovnih poskusih

Kritični ukazi so transakcije, ne datagrami sproži in pozabi. MAVLink pričakuje ujemajočo se COMMAND_ACK, ki poroča, ali je bil ukaz sprejet, zavrnjen, neuspešen ali se še izvaja. Če ne prispe nobena potrditev, lahko pošiljatelj znova pošlje ukaz. To izboljša dostavo, vendar ustvari dvojno tveganje, ko je bil prvotni ukaz izveden in je bila izgubljena samo njegova potrditev.

Vezani poskusi znova, tako da neuspešna pot ne more zapolniti svojih čakalnih vrst. Občutljivi ukazi potrebujejo tudi pogoj poteka na ravni aplikacije, ki preprečuje izvedbo spremembe starega načina po spremembi faze misije. Idempotentno ravnanje naredi ponovitve varne, medtem ko bi nestabilne povezave morale zaustaviti nalaganje misij in pisanje parametrov. Nadaljujte šele po preverjanju stanja oddaljene transakcije in zavrzite zastarele operacije.

Iz tveganja misije izberite dejanje izgubljene povezave

Noben odziv na izgubljeno povezavo ne ustreza vsaki misiji. Nadaljevanje lahko ustreza odprtemu terenu z veljavno navigacijo in ustrezno energijo, medtem ko lahko Zadrži pokrije kratek izpad releja. Vrnitev je primerna le, če je pot, nadmorska višina in stanje baterije varnejša od bivanja. Pristanek je morda bolj priporočljiv v bližini določenega mesta za reševanje ali kadar nadaljevanje leta predstavlja večje tveganje.

Odločitev mora vključevati vrsto vozila, fazo leta, teren, zračni prostor, kakovost navigacije, rezervo energije, nevarnosti tovora in rezervne povezave. Izterjava mora biti tudi eksplicitna. Nekateri sistemi ostanejo v varnem načinu, potem ko se srčni utripi MAVLink nadaljujejo, kar zahteva spremembo načina operaterja namesto tihe obnovitve prejšnjega stanja.

Po ponovni povezavi počistite zastarele ukaze, osvežite poti, potrdite stanje vozila in misije ter preverite trenutne zdravstvene podatke. Samodejna obnovitev lahko ustreza prekinitvi z majhnim tveganjem; ročna potrditev je varnejša, ko se vrnitev ali pristanek začne. Histereza bi morala preprečiti hitro preklapljanje, ko obnovljena pot ostane obrobna.

Dokažite obnašanje s testiranjem, osredotočenim na napake

Prikazi najvišje prepustnosti in dosega ne dokazujejo odpornosti nadzora. Preizkusite običajno telemetrijo s prometom koristnega tovora, premikajočimi se releji, šibkimi signali, odstranitvijo vozlišča, preklapljanjem poti, napako poti, ponovnim zagonom radia in ponovnim pridruževanjem omrežju. Zabeležite statistiko RF, dogodke usmerjanja, časovne žige MAVLink, potrditve in načine letala na eno sinhronizirano časovno os.

Merila sprejemljivosti morajo zajemati vrzeli v srčnem utripu, dokončanje ukaza, obnovitev poti, toleranco dvojnikov, pravilno varno dejanje in stabilno obnovitev. Ponovite matriko v realističnih razponih, številu vozil, številu skokov in prometnih obremenitvah. Konfiguracija mora prestati z mobilnostjo in motnjami, ne samo v neobremenjenem laboratoriju. Ti dokazi kažejo, ali se bo MAVLink prek MANET predvidljivo poslabšal, namesto da bi katastrofalno odpovedal.

 

Zaključek

Zanesljivo delovanje MAVLink prek MANET je odvisno od več kot razpoložljive prepustnosti. Nadzorni promet mora imeti prednost, številke izgube paketov je treba razlagati v kontekstu usmerjanja, varna stanja pa morajo ostati predvidljiva, ko se poti spremenijo ali izginejo. Dobro zasnovano omrežje prav tako ločuje izbiro poti MANET od naslavljanja sistema in komponent MAVLink.

Shenzhen Sinosun Technology Co., Ltd. ponuja lahke zračne radijske postaje MIMOmesh in zemeljsko opremo DDLmesh, ki podpira usmerjanje z več skoki, prilagodljiv QoS in pregleden transport MAVLink. Te zmogljivosti lahko integratorjem pomagajo ohraniti ukazni promet, upravljati mešane podatkovne obremenitve in zgraditi bolj odporne komunikacijske arhitekture zrak-zemlja.

 

pogosta vprašanja

V: Ali lahko MAVLink deluje preko MANET-a?

O: Da. MAVLink lahko deluje prek povezav MANET, ki temeljijo na IP, kar omogoča vozilom, relejnim vozliščem in zemeljskim postajam izmenjavo telemetrije in ukazov po spreminjajočih se omrežnih poteh.

V: Koliko pasovne širine zahteva MAVLink prek MANET-a?

O: Pasovna širina je odvisna od hitrosti sporočil, števila vozil, stroškov usmerjanja in prometa koristnega tovora. Kritični ukazi in telemetrija bi morali imeti prednost pred videom, dnevniki in prenosi datotek.

V: Kako se meri izguba paketov MAVLink v zapletenem omrežju?

O: MAVLink uporablja zaporedne številke paketov, vendar lahko usmerjanje, redundantne povezave in selektivno posredovanje ustvarijo zavajajoče vrzeli. Izgubo je treba oceniti skupaj z zakasnitvijo, tresenjem in starostjo srčnega utripa.

V: Ali MAVLink ali MANET nadzorujeta usmerjanje sporočil?

O: MANET izbere omrežne poti med vozlišči, medtem ko MAVLink uporablja ID-je sistema in komponent za usmerjanje sporočil proti pravemu vozilu, zemeljski postaji ali komponenti na vozilu.

V: Kaj se zgodi, ko se povezava MAVLink izgubi?

O: Konfigurirani odziv avtopilota lahko vključuje zadržanje v položaju, vrnitev, pristanek ali nadaljevanje misije. Časovne omejitve srčnega utripa običajno določajo, kdaj se aktivira varna podatkovna povezava.

V: Kako lahko kritični ukazi ostanejo zanesljivi med izgubo paketov?

O: Kritični ukazi morajo uporabljati potrditve, omejene ponovne poskuse, pravila poteka in prednostno razvrščanje prometa. To preprečuje, da bi zakasnjena ali podvojena navodila po obnovitvi poti ustvarila nevarno vedenje.