شبکهمیم تک 9

شبکه Fanet چیست ؟ ( معرفی شبکه پرواز موقت )

شبکه Fanet چیست ؟ ( معرفی شبکه پرواز موقت )

معرفی شبکه Fanet یا پرواز موقت :

شبکه Fanet که نام فارسی آن شبکه پرواز موقت است مخفف کلمات fly ad hoc network می باشد.

این تکنولوژی در قسمت های مختلفی از جمله موضوعات نظامی کاربرد دارد. این شبکه از شبکه های قبلی manet و vanet پویاتر بوده و پروتکل های آن شبکه ها در اینجا کاربرد ندارد. در این مقاله دو نوع پروتکل مسیریابی مختلف را به عنوان مسیریابی بهینه وضعیت پیوند یا olsr و p-olsr پیشگویی کننده را مقایسه کرده است.

p-olsr در حال حاضر تنها پروتکل مسیریابی پیاده سازی شده در لینوکس است.

هنگامی که زیرساختهای ارتباطی از کار بیفتند و یا در دسترس نباشند رباتهای پرنده کوچک می توانند از شبکه های اد هاک که توسط خودشان تنظیم میشود برای اتصال و نجات تیم استفاده کنند. شبکه ای از وسایل نقلیه هوایی کوچک اتوماتیک یا بدون سرنشین که UAV و یا پهپاد نامیده می شوند می توانند برای بازبینی های مرزی یا شبکه ادهاک زمینی استفاده شوند. شبکه Fanet متشکل از تکنولوژی های وای فای و الکترونیک و کامپیوترهای ریزتراشه می باشد. شبکه Fanet نمونه خاصی از شبکه های موبایل ادهاک یا MANET با افزایش قابلیت جابجایی شبکه است. یکی از محدودیتهای این شبکه این است که پهپادها خارج از محدوده فرکانسی نمی توانند حرکت کنند. متد پیشنهادی در این مقاله از آنتن های جهت دار و دو طرح لایه ای به نامهای MAC و OSLR استفاده می کند. هدف از MAC کنترل دسترسی به رسانه هوشمند می باشد.

انتخاب مسیر بعدی بر اساس اطلاعات پرواز مانند موقعیت وانحراف و … بدست می آید.

مقایسه الگوریتم های OSLR و P-OLSR :

در این مقاله مقایسه ای بین الگوریتم های OLSR و P-OLSR صورت گرفته است که برای این کار از دو پهپاد یا UAV با طول بال ثابت استفاده شده است و در هر آزمایش ریز تراشه های کامپیوتری و واسط رادیویی 802.11 استفاده شده است. پس از اتمام آزمایش نشان داده شده است که الگوریتم P-OLSR به نسبت OLSR دارای قابلیت اعتماد بیشتر است و ارتباطات چند ایستگاهی که در OLSR با شکست مواجه شده بودند را پشتیبانی می کرد. همین تست را در شبکه های بزرگ با 19 پهپاد و لایه MAC انجام داده اند که در این آزمایش نیز نتیجه های یکسان با قبل را بدست آوردیم بر همین اساس P-OLSR تنها تکنیک مسیریابی در شبکه های FANET است که در لینوکس پیاده سازی شده است و نرم افزار متن باز آن را نیز می توانید دانلود نمایید.

انواع معماری شبکه :

چهار نوع معماری شبکه را می توان بیان کرد:

  • لینک مستقیم
  • ماهواره
  • سلولار
  • ادهاک ( که نام دیگر آن مش می باشد. )

 

معماری لینک مستقیم و معماری ماهواره :

در معماری لینک مستقیم و ماهواره که ساده ترین توپولوژی است ما نیاز به مسیریابی پویا نداریم زیرا نودها به طور مستقیم به مرکز کنترل در زمین یا مرکز کنترل در ماهواره متصل هستند. حتی ارتباطات بین دو پهپاد نیز از طریق مرکز کنترل صورت می گیرد که این کار باعث افزایش ترافیک در مرکز میشود و از نظر امنیتی نیز این جا نقطه ای برای حمله مهاجمین می شود.

معماری سلولار :

در معماری سلولار نیاز به یک کنترل مرکزی نداریم و چندین نقطه کنترل در زمین پراکنده هستند و پهپادها در حین حرکت با این نقاط در تماسند و عیب این شبکه ها در این است که باید در محدوده برد این ایستگاه های زمینی پرواز صورت گیرد و خارج از این برد نباشد.

معماری ادهاک :

در شبکه های ادهاک هر نود خود به صورت مسیریاب عمل می کند و این شبکه ها به نام شبکه FANET معروف هستند و هیچ کنترل مرکزی ندارند و در برابر خرابی یا از کارافتادگی یک نود و در برابر حملات مننفرد مقاومت دارند و نیازی به پشتیبانی خارجی ندارند پس برای بسیاری از مکان ها مناسب هستند .

 

روش P-OLSR :

در این شبکه ها توپولوژی به سرعت تغییر می کند و نیاز است تا این نودها نیز نسبت به تغییر توپولوژی واکنش نشان دهند پس لازم است تا نودها بتوانند به سرعت در جدول مسیریابی به روز شوند و الگوریتم های معروف مسیریابی شبکه MANET مانند BABEL و OLSR برای این شبکه ها مناسب نیستند. در این مقاله از روش P-OLSR که بر اساس اطلاعات پرواز پهپادها و اطلاعات دریافتی GPS کار می کند استفاده شده است.

تا به الان از الگوریتم OLSR استفاده می شده است که بر اساس پروتکل وضعیت لینک ها کار می کند.

ETX واحدی است که تعداد انتقال های لازم برای رساندن بسته از مبدا به مقصد می باشد.

پیاده سازی الگوریتم P-OLSR :

برای پیاده سازی الگوریتم P-OLSR از روش زیر استفاده می کنیم:

پیغام HELLO یکی از آرگومان های اطلاعات وضعیت هر نود است لذا بر این اساس هر نود مکان همسایه خود را می داند و می تواند ETX را محاسبه نماید.

ساختار پیغام HELLO در OLSR مانند زیر است:

هشت بیت اول این پیغام اطلاعات مربوط به خود نود است که توسط هر همسایه قابل دیدن است.

چهار بایت بعد برای دیدن IP نود همسایه است یک بایت برای ارسال و یک بایت برای دریافت و دو بایت نیز با صفر پر می شود.

اما در روش جدید به جای هشت بیت از ساختار شانزده بیتی استفاده می شود و طول و عرض با اعداد اعشاری با نقطه شناور نمایش داده می شوند. ارتفاع نیز با شانزده بیت بیان می شود.هشت بیتی که توسط همسایه ها قابل دیدن است در این روش نیز مشترک است.تنها تفاوت اینجا وجود دو بیت برای میانگین ارتباط بین سرعت بین نودها است.

تفاوت بین اندازه در این دو روش مربوط به هشت بیت است که بسته به تعداد نودهای در شبکه است.

ما باید مشخصات هر نود مانند طول و عرض و ارتفاع جغرافیایی هر نود را به اشتراک بگذاریم که این کار با همان پیغام HELLO انجام می شود. هر نود با مشخصات همسایه اش می تواند سرعت را محاسبه و آن را در طول شبکه به اشتراک بگذارد.

پیغام دیگری به نام TC نیز در شبکه وجود دارد که پیاده سازی آن در هر دو روش یکسان است.

معرفی انواع پهباد :

دو نوع متفاوت از پهپاد یا UAV را میتوان بیان کرد: یک نمونه پهپاد با پره دوار و یک نوع با پره ثابت .

پهپاد های با پره چرخان را مینی کوپتر می نامند که می توانند از زمین بلند شوند و مانند هلی کوپتر هستند. آنها می توانند از زمین بلند شوند و در تمام جهات پرواز کنند و یا در یک جا در هوا ثابت بمانند. به عنوان نمونه پهپاد های با پره چرخان از چهار پره تشکیل شده اند . پهپادهای با بال ثابت از زمین بلند شده و با نیروی چرخ های خود پرواز می کنند و در مقایسه با پهپادهای با بال چرخان سرعت بالاتر و انرژی بیشتری مصرف می کنند اما این پهپادها نیز دارای همان مشکل هستند که توپولوژی به سرعت تغیر می کند و در نتیجه برای این پهپادها که در جهات مختلف می توانند پرواز کنند این چالش جدی تر است.

 

شبکه Fanet بر روی پهباد بال ثابت :

در این تحقیق نیز بر روی پهپادهای بال ثابت کار است که جنس بدنه آنها از پلی پروپیلن تشکیل شده است EPP و یک پروانه نصب شده در عقب دارند که با موتور الکتریکی کار می کند. شکل آن را در زیر می بینیم:

پهپاد بال ثابت

این طرح یک خلبان اتوماتیک دارد که با ارتفاع بیش از 12 متر بر ثانیه پرواز می کند. در مواقع اضطراری می تواند با کنترل از راه دور با برد 3 کیلومتر کنترل شود.داده های تولید شده در پهپاد توسط لینک های 802.1 جابه جا می شوند. در این نوع پهپاد بال ها 96 سانتی متر و وزن آن کمتر از 630 گرم است.پرواز این پهپادها خطرناک نیست و در بعضی از کشورها مانند سوییس پهپادها بدون احراز هویت می توانند پرواز کنند. در حالت اجرایی از یک کامپیوتر بر مبنای ماژول که توسط شرکت گامستیکس تولید شده استفاده می کنداین کامپیوتر نسخه توزیع شده لینوکس را اجرا می کند و به یک برد توسعه یافته که به همین منظور طراحی شده متصل می شود.این برد چهار منبع تغذیه و یک شکاف USB و یک درگاه سریال دارد که به خلبان اتوماتیک متصل است.با استفاده از این درگاه سریال می توان داده های GPS را به خوبی پارامترهای پرواز واکشی کند.کامپیوتر با USB به یک دوربین HD و واسط رادیویی وای فای متصل است و از مدولاسیون QPSK استفاده می کند. اتصالات را در شکل زیر میبینید.

برای آزمایش این سیستم از یک شبکه با دو نود در زمین و یک پهپاد استفاده شده است که ارتفاع پهپاد تا 75 متر و فاصله این دو نقطه از هم 450 متر می باشد پس از امتحان نمودارهای زیر به دست آمد که نتایج زیر را نشان می دهند :

اتصالهایی بسیار خوب عمل می کنند که مسافتی کمتر از 250 متر داشته باشند در این حالت مقدار DLR کمتر از 0.2 است و انتقالهای بین 205 تا 300 متر مقدار DLR بالاتر از 1 دارند اما میانگین کمتر از 0.3 است و در مسافت های بیش از 300 متر اتصال بر قرار نمی شود.

در مورد مسیریابی نیز یک بار این آزمایش را OLSR و یک بار با P-OLSR انجام دادیم.در حالتی که با P-OLSR مسیریابی انجام شده است تاخیر زمانی به 0.02 ثانیه رسیده در حالی که با الگوریتم قبلی این حالت به0.5 ثانیه رسیده بود. ما این آزمایش مسیریابی را 100 مرتبه انجام دادیم و دیدیم که مسیریابی پهپاد ها تحت تاثیر شرایط جوی مخصوصا باد قرار می گیرد. در حالت گسترده تر برای هر نود شبکه از لینوکس استفاده می کنند و نودها با استفاده از لایه MAC در شبکه ادهاک قرار می گیرند که به این حالت EMANE نام دارد.این شبکه یک فریم ورک متن باز است.لایه های باقیمانده پیاده سازی نرم افزارهای استفاده شده لینوکس هستند.EMANE مکان پهپادها را از طریق فایل LOG را وارد می کند از آنها در پیدا کردن مسیر هر لینک استفاده می کند.این پلت فرم را در شکل زیر می بینید:

شبکه های بزرگ تر :

در حالت شبکه بزرگتر در دو حالت بررسی شده است.

حالت اول در شرایط آزمایشگاهی بود و عوامل محیطی بر آن تاثیر نداشت که در این حالت کارایی OLSR و POLSR مانند هم بود اما در حالتی که عوامل محیطی بر روی آن تاثیر داشتند OLSR دچار وقفه شد ولی POLSR با روند طبیعی به کار خود ادامه داد.

نتیجه اینکه در شبکه هایی با پهپاد های متحرک الگوریتم های شبکه FANET به طور کلی از کار میفتند ولی در شرایط آزمایشگاهی و در بعد مسافت کوتاهتر الگوریتم OLSR می تواند تا حدی جواب مسیریابی را بدهد ولی در حالت کلی و در مسافت های زیاد تنها الگوریتم مسیریابی که می تواند بهترین کارایی داشته باشد الگوریتم POLSR است.

 

به انتهای مقاله به بررسی شبکه Fanet رسیدیم.

امیدوارم این مقاله براتون مفید بوده باشه.

1 دیدگاه

  1. I read this post fully on the topic of the difference
    of newest and previous technologies, it’s awesome article.

ارسال پاسخ