Post de radio aerian

De la Wikipedia, enciclopedia liberă.
Salt la navigare Salt la căutare
Această intrare este orfană
Această intrare despre subiectele de război și radio este orfană , ceea ce înseamnă că nu există linkuri de la alte intrări .
Introduceți cel puțin unul relevant și non-generic și eliminați avertismentul. Urmați sfaturile din desenele de referință 1 , 2 .
Scenariu de rețea cu prezența stațiilor de bază aeriene

O stație de radio aeriană este o stație radio de bază instalată pe vehicule fără pilot ( vehicule aeriene nemodificate sau UAV-uri). Acest sistem de antenă zburătoare poate funcționa ca o legătură fără fir între rețeaua backhaul și rețeaua de acces . [1] [2] [3] [4]

Dacă în mecanismul de transmisie sunt implicate mai multe stații de radio aeriene, formând un roi de stații aeriene, aceasta se numește rețea wireless ad-hoc în zbor. Aceasta din urmă este o extensie aeriană a rețelei wireless ad hoc sau a rețelei mobile ad-hoc . [5]

Furnizarea „conectivității din cer” [6] este unul dintre aspectele inovatoare ale rețelei 5G . O diferență importantă a stațiilor radio aeriene față de arhitectura clasică a rețelei statice este capacitatea lor de a implementa conexiuni la cerere în locații specifice, datorită proprietăților lor de mobilitate, flexibilității în spațiul tridimensional, altitudinii variabile și rotației simetrice. Acest lucru vă permite să oferiți utilizatorilor la sol servicii premium cu linkuri de înaltă calitate , atenuare redusă, capacitate ridicată și interferență redusă. [7] [8] [9]

Din punct de vedere industrial, au fost planificate mai multe cazuri de utilizare a stațiilor radio aeriene cu scopul de a furniza conectivitate în timpul evenimentelor temporare și situațiilor de urgență sau în zonele rurale, în absența infrastructurilor de rețea solide preexistente. [1] [2] [3]

Vehicule aeriene fără pilot în comunicații fără fir

Vehiculele aeriene fără pilot se nasc în principal în scopuri militare, dar, datorită evoluției tehnologiei de producție, astăzi este una dintre principalele soluții candidate pentru a oferi conectivitate la cerere în sistemele de rețea 5G. [2] [3] [10]

Istorie

UAV-urile, mai des identificate ca drone, sunt aeronave mici sau baloane cu aer cald care pot fi controlate de la distanță printr-o telecomandă radio sau folosind sisteme inteligente la bord care fac drona autonomă, colaborând pur și simplu cu rețeaua și fără nicio interacțiune umană. [10]

Din punct de vedere istoric, UAV-urile erau obiecte cu o cheltuială economică ridicată, prin urmare, au fost utilizate în principal în scopuri militare, cum ar fi livrarea de bunuri, supravegherea la distanță, atacurile armate și, pentru a evita sacrificarea a numeroși soldați în teritoriile ostile, deoarece doar un pilot cu o telecomandă controlul frecvenței radio a fost implicat. Prima utilizare a unui vehicul fără pilot a fost înregistrată la Veneția în 1849, când austriecii au atacat Italia folosind baloane cu aer cald fără pilot, dar încărcate cu explozivi. Aplicațiile UAV-urilor au fost prezente și în timpul primului și al doilea război mondial. [10]

Datorită avansării senzorilor la bord și a tehnologiilor de producție, în a doua jumătate a secolului al XX-lea, UAV-urile au fost folosite și pentru operațiuni de spionaj și pentru căutarea ostaticilor prin utilizarea senzorilor fără fir. [3] [10]

La începutul anilor 2000, atât costul, cât și dimensiunea au scăzut brusc, iar aplicațiile civile și comerciale ale UAV-urilor au început să predomine, permițând o multitudine de utilizări în domeniul comunicațiilor fără fir, cu sprijinul arhitecturii rețelei existente, cum ar fi livrarea de pachete mici și controlul traficului într-un scenariu de oraș sau ca suport pentru agricultura de precizie și inspecția terenurilor în industria 4.0 . Trebuie remarcat faptul că în toate aceste scenarii UAV-urile funcționează în principal ca utilizatori ai rețelei, în coexistență cu utilizatorii clasici la sol și nu ca parte integrantă a infrastructurii rețelei în sine. Această tehnologie fără fir este denumită în general în engleză „UAV-uri conectate celular”. Amazon Air și proiectul Google Wing [11] sunt exemple de utilizare a rețelei celulare de către UAV-uri. [3]

În ultimii ani, datorită miniaturizării continue a componentelor de comunicații fără fir, ia din ce în ce mai mult ideea echipării UAV-urilor cu transceivere de frecvență radio și hardware dedicat pentru a oferi utilizatorilor conexiuni wireless de înaltă fiabilitate. De fapt, este posibil să găsiți transmițătoare care cântăresc mai puțin de 2 kilograme, care pot fi instalate cu ușurință pe avion folosind un suport tipărit 3D. [7]

Noul concept de comunicații fără fir asistate de UAV este o tehnologie promițătoare pentru a sprijini creșterea rapidă a traficului de date fără fir. După cum arată rezultatele testelor din industrie și cercetările academice, posturile de radio aeriene formează în prezent o componentă importantă a rețelei 5G. [3] [4]

Aspecte cheie și stimulatoare

Integrarea stațiilor radio aeriene în rețelele celulare fără fir ca platforme de comunicații aeriene oferă nu numai noi posibilități de proiectare a infrastructurii de rețea, ci și o serie de probleme de luat în considerare. Într-adevăr, există multe diferențe față de omologul terestru. [2] [3]

  • altitudine mare : o înălțime tipică a unui post de radio terestru este de aproximativ 10-20 de metri într-un cadru urban, în timp ce regulamentul actual permite UAV-urilor să se deplaseze până la 100-120 de metri deasupra solului. Acest lucru permite posturilor de radio aeriene să obțină o acoperire mai largă decât infrastructura terestră clasică și să reducă interferențele de la alte terminale, fiind capabile să le localizeze cu ușurință la diferite altitudini și unghiuri de înălțime măsurate în raport cu postul de radio; [2] [6]
  • Mobilitate și urmărirea utilizatorilor : postul de radio poate oferi o probabilitate mai mare de canale de linie de vedere (sau LoS în engleză) decât comunicațiile terestre clasice, care în general experimentează efecte mai mari de atenuare și decolorare. Transmițătoarele de pe stațiile de radio din zonă pot urmări utilizatorii în mișcare (pietoni, vehicule conectate sau dispozitive internet de obiecte ), menținând în același timp o conexiune LoS stabilă. Avantajele acestei condiții sunt multe. De exemplu, în rețeaua 5G, sunt folosite unde milimetrice , iar condiția LoS este vitală pentru a oferi conectivitate la aceste frecvențe. În plus, această condiție permite formarea eficientă a fasciculului (aliniere electromagnetică) în spațiul 3D, făcând stațiile radio aeriene candidați excelenți pentru utilizarea mai multor antene în același timp; [3] [6]
  • Rețelele cu mai multe stații radio aeriene sunt rețele foarte flexibile și scalabile , de fapt numărul de stații de zonă implicate poate fi schimbat dinamic și pe baza cazului de utilizare. De obicei, informațiile dintre diferitele stații sunt schimbate utilizând protocolul 80 2.11p tipic pentru comunicațiile vehiculelor. Termenul ad-hoc se referă la faptul că aceste rețele sunt caracterizate de un protocol de rutare descentralizat pentru transmiterea informațiilor de date; [5]
  • Proiectare eficientă din punct de vedere energetic : UAV-urile sunt sisteme cu consum redus de energie . Acest aspect pune limite critice timpului de zbor, prin urmare, apar unele compromisuri între calitatea serviciilor furnizate utilizatorului (adică mai multă putere transmisă) și constrângerile sale energetice; [3] [4]
  • siguranța mediului înconjurător : stațiile radio aeriene și senzorii acestora trebuie monitorizați constant pentru a evita accidentele și pentru a menține o distanță de siguranță cu alte vehicule aeriene, clădiri și obstacole. În acest scop, se stabilește o legătură de control cu ​​rețeaua backhaul; [2]
  • confidențialitatea și protecția datelor : informațiile colectate de senzorii de la bord reprezintă o problemă atât în ​​ceea ce privește confidențialitatea persoanelor fizice, cât și a companiilor. [2] [3] [6]

Scenarii de impact și aplicații

Stațiile de radio aeriene permit unui operator de telefonie mobilă sau unui proiectant de rețea să creeze rețele la cerere într-o zonă limitată pentru a se potrivi anumitor clienți și a cazurilor de utilizare. Posturile de radio cu o greutate redusă sunt potrivite pentru a fi instalate pe UAV-uri, garantând o gamă largă de aplicații: [2] [3] [4] [6]

  • sprijin eficient pentru sistemele de sol existente în zone aglomerate (de exemplu, pe un stadion în timpul unui eveniment sportiv sau spectacol live), oferind capacitate suplimentară; [2] [3] [4] [6]
  • diseminarea și colectarea de informații între senzorii fără fir și scenariile IoT (orașe inteligente sau în câmpuri cultivate pentru inspecția terenurilor și agricultura de precizie ) în care comunicațiile pe distanțe lungi nu sunt posibile având în vedere limita de energie a dispozitivelor implicate; [2] [3] [4] [6]
  • transmiterea de informații între centre de date îndepărtate geografic și furnizarea de acoperire a rețelei în zonele rurale sau suburbane, unde instalarea posturilor de radio mobile devine extrem de avantajoasă în comparație cu turnurile scumpe și greoaie necesare pentru stațiile radio de bază și legăturile cu fibră optică; [2] [3] [4] [6]
  • restabilirea rapidă a conectivității după eșecul infrastructurii de rețea și transmiterea datelor în situații de urgență, cum ar fi atacurile teroriste. Un exemplu este legătura dintre front și sediu în astfel de situații imprevizibile; [2] [3] [4] [6]

Primele experimente și rezultatele acestei noi tehnologii au fost furnizate de Qualcomm [12] și AT&T , care au monitorizat performanțele stațiilor radio aeriene în furnizarea de comunicații wireless la scară largă. Proiecte precum Facebook Aquila, celule pe roți și aripi (COW-W), Google SKYBENDER, Nokia F-Cell [13] și Huawei Digital Sky [14] au vizat, de asemenea, testarea beneficiilor acestui nou serviciu. [2] [3] [4] [6]

Reguli

Una dintre barierele semnificative ale tehnologiei de comunicații fără fir cu posturile de radio aeriene este absența unei reglementări legale unice. Acest lucru diferă în funcție de țări și zona de zbor. [3]

Criteriile de reglementare pot fi împărțite în două categorii, prima referitoare la tehnologia UAV și a doua referitoare la telecomunicații. [2] [3]

În ceea ce privește reglementările privind UAV-urile, există mai multe organizații care sunt implicate în elaborarea liniilor directoare pentru controlul zborului. În Statele Unite, operațiunile sunt controlate de Administrația Federală a Aviației (FAA) [15] și NASA [16] . În timp ce se află în Europa, Agenția Europeană de Siguranță a Aviației (EASA) a publicat regulamentul privind utilizarea UAV-urilor. [17] Organizația Aviației Civile Internaționale (OACI) se ocupă de orientările din Asia pentru reglementarea și operarea în siguranță a sistemelor de aeronave fără pilot. [3] [18]

Reglementările în domeniul comunicațiilor fără fir sunt diseminate și actualizate continuu de către Comitetul pentru comunicații electronice (ECC) [19] din Europa și de Comisia federală pentru comunicații (FCC) din Statele Unite. Scopul este de a controla operațiunile de rețea efectuate de stațiile radio mobile aeriene, luând în considerare diferiți factori, cum ar fi tipul și identificarea UAV, spectrul de frecvență pentru partajarea datelor și controlul senzorilor, altitudinea de care depinde, în general, prezența Stare LoS cu pilotul, viteza și greutatea. [3]

Prezentare generală a arhitecturii

Deși Proiectul de parteneriat a treia generație își concentrează în principal eforturile pe standardizarea UAV-urilor conectate la rețeaua celulară [20] , au fost propuse mai multe arhitecturi care implică sisteme de zbor cu un punct de acces inteligent la bord. Această arhitectură este caracterizată în general de două tipuri de bază de conexiuni: una utilizată pentru control și cealaltă pentru schimbul de date. [1] [7] [8] [9]

Legătură de control

Legătura de control are grijă de comunicațiile dintre stațiile radio aeriene și centrele de control la sol ale rețelei backhaul, de obicei un post de radio configurat.

Legătura de control are în principal funcții critice pentru siguranță, cum ar fi controlul vehiculului pentru a evita obstacolele și urmărirea acestuia. Pentru a face acest lucru, necesită cerințe mai stricte de fiabilitate și latență. Securitatea și confidențialitatea sunt, de asemenea, cerințe de înaltă prioritate pentru a evita controlorii și interferenții externi neautorizați. Legătura de control este utilizată pentru a furniza informații despre configurația rețelei, cum ar fi alocarea resurselor de timp și frecvență și pentru a colecta unele informații despre datele zborului (de ex. GPS, unghiul relativ de înălțime și viteza de zbor), energia rămasă și performanța legată de furnizarea de conectivitate ( raport de eroare de biți , putere recepționată și transmisă). Frecvențele alocate pentru această conexiune sunt benzile L și C, deoarece permit atenuare și latență scăzute. [1] [7] [8] [9]

Legătură de date

Legăturile de date implică transmiterea datelor între stația aeriană și dispozitivele mobile terestre, infrastructura terestră (stații radio sau gateway-uri ), senzori sau alte stații aeriene. Deoarece scopul lor este diferit de partea de control, se modifică și cerințele pe care trebuie să le îndeplinească.

Legătura de date este mai puțin sensibilă la întârziere, în timp ce cererea de capacitate depinde în general de aplicație. Viteza datelor poate varia de la kilobiți pe secundă, în caz de conexiune între utilizatorii zonei stației de radio la sol, permițând utilizarea benzii de frecvență 4G , până la gigabiți pe secundă în cazul conexiunii între rețeaua backhaul și zona post de radio sau comunicații între stațiile de radio în zbor. Deoarece acestea din urmă sunt dominate în principal de componenta LoS, utilizarea undelor milimetrice este o soluție proeminentă pentru a satisface capacitatea ridicată necesară. [1] [7] [7] [8] [8] [9]

Considerații privind plasarea

Problema de a găsi o locație optimă și / sau planificarea rutei este mai dificilă pentru posturile de radio aeriene decât pentru posturile de radio terestre. Pe de o parte, de fapt, posturile de radio din zonă se pot deplasa liber în spațiu 3D fără margini, pe de altă parte, există constrângeri necesare care trebuie luate în considerare: menținerea conectivității în LoS, limitele de energie și prezența obstacolelor, multe dintre acestea sunt fenomene.care depind de timp și sunt dificil de prezis. [1] [2] [3] [4] [6]

În majoritatea cazurilor, cea mai bună soluție depinde de aplicație. În cazul acoperirii celulare susținute de un post de radio de zonă, cea mai bună soluție este utilizarea unui post de radio de zonă unică static în centrul zonei de interes. În cazul aplicațiilor în timp real sau al urmăririi dispozitivelor mobile, este mai intuitiv să folosiți mai multe stații radio de zonă pentru a realiza comunicări cu întârziere redusă și fiabilitate ridicată. Chiar și în cazul aplicațiilor cu consum ridicat de energie, este necesar să se garanteze cooperarea între diferite posturi de radio din zonă pentru a permite celor care au nevoie să furnizeze energie să părăsească zona de serviciu și între timp să umple golul de conectivitate, crescând puterea de transmisie și / sau prin ajustarea poziției altor aeronave. [1] [2] [3] [4] [6]

Notă

  1. ^ a b c d e f g Comunicații fără fir și rețea pentru vehicule aeriene fără pilot , ISBN 978-1-108-69101-7 .
  2. ^ a b c d e f g h i j k l m n o p Mohammad Mozaffari, Walid Saad, Mehdi Bennis, Young-Han Nam și Merouane Debbah, Un tutorial despre UAV-uri pentru rețele fără fir: aplicații, provocări și probleme deschise , în IEEE Communications Surveys & Tutorials , vol. 21, n. 3, 2019, pp. 2334–2360, DOI : 10.1109 / COMST.2019.2902862 .
  3. ^ a b c d e f g h i j k l m n o p q r s t u v Azade Fotouhi, Haoran Qiang, Ming Ding, Mahbub Hassan, Lorenzo Galati Giordano, Adrian Garcia-Rodriguez și Jinhong Yuan, Sondaj pe UAV Comunicații celulare: aspecte practice, progrese în standardizare, reglementări și provocări de securitate , în IEEE Communications Surveys & Tutorials , vol. 21, n. 4, 2018, pp. 3417–3442, DOI : 10.1109 / COMST.2019.2906228 .
  4. ^ a b c d e f g h i j k Bin Li, Zesong Fei și Yan Zhang, UAV Communications for 5G and Beyond: Recent Advances and Future Trends , în IEEE Internet of Things Journal , vol. 6, nr. 2, aprilie 2019, pp. 2241–2263, DOI : 10.1109 / JIOT.2018.2887086 .
  5. ^ a b EPF da Cruz, A Comprehensive Survey in Towards to Future FANETs , în IEEE Latin America Transactions , vol. 16, n. 3, martie 2018, pp. 876–884, DOI : 10.1109 / TLA.2018.8358668 .
  6. ^ a b c d e f g h i j k l Yong Zeng, Qingqing Wu și Rui Zhang, Accessing From the Sky: A Tutorial on UAV Communications for 5G and Beyond , în Proceedings of the IEEE , vol. 107, nr. 12, decembrie 2019, pp. 2327–2375, DOI : 10.1109 / JPROC.2019.2952892 .
  7. ^ a b c d e f Yuichi Kawamoto, Hiroki Nishiyama și Nei Kato, Către viitoarele rețele de vehicule aeriene fără pilot: arhitectură, alocarea resurselor și experimente pe teren , în IEEE Wireless Communications , vol. 26, n. 1, februarie 2019, pp. 94–99, DOI : 10.1109 / MWC.2018.1700368 .
  8. ^ a b c d e Nan Cheng, Wenchao Xu și Weisen Shi, Rețele mobile integrate integrate aer-sol: arhitectură, provocări și oportunități , în IEEE Communications Magazine , vol. 56, nr. 8, august 2018, pp. 26–32, DOI : 10.1109 / MCOM.2018.1701092 .
  9. ^ a b c d Yong Zeng, Rui Zhang și Teng Joon Lim, Comunicații fără fir cu vehicule aeriene fără pilot: oportunități și provocări. , în IEEE Communications Magazine , vol. 54, nr. 5, mai 2016, pp. 36–42, DOI : 10.1109 / MCOM.2016.7470933 .
  10. ^ a b c d O scurtă istorie a vehiculelor aeriene fără pilot (UAV) , pe Consortiq .
  11. ^ (EN) X - Wing , X, fabrica lunii.
  12. ^ (EN) Deschiderea căii către 5G: optimizarea rețelelor comerciale LTE pentru drone de comunicații [video] , a Qualcomm, 6 septembrie 2016.
  13. ^ (RO) Tehnologia F-Cell de la Bell Labs Nokia revoluționează implementarea celulelor mici prin reducerea firelor, a costurilor și a timpului , Nokia.
  14. ^ MBBF2017 Connected Vehicul Aerian live - Huawei X Labs , pe huawei.
  15. ^ (RO) Unmanned Aircraft Systems (UAS) , pe www.faa.gov.
  16. ^ (EN) Victoriana De Los Santos: ARC, NASA UTM: Home pe utm.arc.nasa.gov.
  17. ^ (EN)Drone civile (aeronave fără pilot) , pe EASA.
  18. ^ Model UAS Regulations , la www.icao.int .
  19. ^ Regulamente ECC ( PDF ), pe ecodocdb.dk .
  20. ^ UAS - UAV , la www.3gpp.org .

Elemente conexe

Adus de la „ https://it.wikipedia.org/w/index.php?title=Stazione_radio_aerea&oldid=121269721 ”