Tecnologías asociadas a sistemas de Enjambres de. Comunicaciones, Navegación y Redes

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María del Rosario Lagos Aguilera
hace 7 años
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2 Tecnologías asociadas a sistemas de Enjambres de µuavs: Comunicaciones, Navegación y Redes

3 Índice Navegación:: Problemática y retos tecnológicos Sensores Navegación en exteriores Navegación en interiores Comunicaciones y redes: Problemática y retos tecnológicos Estándares aplicables Arquitectura de red de comunicaciones Redes DTN Redes MANET Conclusiones

Navegación: problemática y retos tecnológicos Tamaño de los µuavs:: Nuevos sensores Miniaturización de sensores existentes Miniaturización de procesadores Cálculo distribuido Capacidad de calculo a

4 Navegación: problemática y retos tecnológicos Tamaño de los µuavs:: Nuevos sensores Miniaturización de sensores existentes Miniaturización de procesadores Cálculo distribuido Capacidad de calculo a bordo de MicroUAV Vuelo de múltiples µuavs en la misma zona: Desarrollo de sensores y algoritmos de Sense & Avoid Navegación en interiores Detección de obstáculos Falta de señal GNSS: necesidad de sistemas de navegación alternativos

Navegación: Sensores Los sensores que, por su tamaño, pueden ser apropiados para µuavs: GPS IMU Magnetómetros Pitot Cámaras Telémetros En enjambres de µuav, el sistema de Navegación y

5 Navegación: Sensores Los sensores que, por su tamaño, pueden ser apropiados para µuavs: GPS IMU Magnetómetros Pitot Cámaras Telémetros En enjambres de µuav, el sistema de Navegación y el sistema de Sense&Avoid tienen que funcionar en conjunto para evitar colisiones entre los miembros del enjambre y con los objetos observados (que se encontrarán a pequeña distancia)

Navegación en exteriores GPS absoluto+imu+magnetómetro para situaciones en las que los µuavs del enjambre actúen con separaciones > 50 m GPS relativo+imu+magnetómetro si es necesario calcular con

6 Navegación en exteriores GPS absoluto+imu+magnetómetro para situaciones en las que los µuavs del enjambre actúen con separaciones > 50 m GPS relativo+imu+magnetómetro si es necesario calcular con alta precisión (centimétrica) la posición relativa de los µuavs: Aplicaciones de guerra electrónica distribuida Evitar colisiones entre µuavs cercanos Es necesario retransmitirse los datos en bruto del sistema de navegación entre distintas aeronaves Proyecto AWARE Programa Marco CE Premio Europeo de Robótica EUROP-EURON 2010

Navegación en interiores Detección de obstáculos frontales cercanos y medición de la altura de vuelo sobre el suelo Guiado por cámaras (alta velocidad de proceso a bordo) Sistemas de posicionamiento

7 Navegación en interiores Detección de obstáculos frontales cercanos y medición de la altura de vuelo sobre el suelo Guiado por cámaras (alta velocidad de proceso a bordo) Sistemas de posicionamiento relativo entre µuavs Sistemas de posicionamiento en interiores: Emisores fijos: µuavs específicos posicionados en las paredes/esquinas) Utilización de la red de comunicaciones para navegación (WIFI, ZigBee, Ultra Wideband) Cortesia FADA-CATEC

Red de comunicaciones: problemática y retos tecnológicos Tamaño de los µuavs:: Potencia limitada: corto alcance Tecnología de baterías Integración de comunicaciones y navegación Falta de

8 Red de comunicaciones: problemática y retos tecnológicos Tamaño de los µuavs:: Potencia limitada: corto alcance Tecnología de baterías Integración de comunicaciones y navegación Falta de infraestructuras estables: Redes móviles autoconfigurables (MANET) y con tolerancia a los retardos de transmisión (DTN) Reglas de vuelo cooperativo que permitan optimizar la red de comunicaciones Comunicaciones en interiores Seguridad de las comunicaciones: Encriptado Resistencia a interferencias Guerra electrónica (carga útil)

Estándares aplicables a las comunicaciones de enjambres Integración en Arquitectura Orientada a Servicios (SOA): Joint Architecture for Unmanned Systems

9 Estándares aplicables a las comunicaciones de enjambres Integración en Arquitectura Orientada a Servicios (SOA): Joint Architecture for Unmanned Systems (JAUS) STANAG 4586 (interoperabilidad de GCS para UAVs) STANAG 4660 (enlace C2) STANAG 7085 (enlace banda ancha ISR) Modelo OSI: Interconexión de Sistemas Abiertos:

10 Arquitectura de comunicaciones para enjambres de µuavs Enlaces µuav-gcs: Enlace primario de Control y Telemetría Enlace secundario de Control y Telemetría ( necesario?) Enlace de bajada de datos (Video u otros) Enlaces µuav-µuav: Retransmisión de datos (red) Información de navegación y sense&avoid. Enlaces GCS: Con C3I2, para planificación de misiones, establecimiento de objetivos y envío de la información conseguida Con otras GCS, para asegurar el handover Con ATC: en caso de que los µuas vuelen en un área compartida con otras aeronaves

11 Arquitectura de comunicaciones para enjambres de µuavs

12 Arquitectura de red para enjambres de µuavs Envío de la información por múltiples caminos para asegurar la llegada del mensaje: Multiple Input Multiple Output Métodos de retransmisión: Decodificar y reenviar (corrección de errores) Amplificar y reenviar

13 Arquitecturas de retransmisión Acceso Múltiple Broadcast Ramas paralelas de relays Comunicación de cluster a cluster

14 Soluciones para enjambres: DTN (Delay Tolerant Networks) Indicada para redes de conectividad intermitente, retardo variable y largo, tasas de datos asimétricas y altas tasas de error Cada nodo DTN almacena localmente el mensaje transmitido (store and forward)

15 Soluciones para enjambres: DTN (Delay Tolerant Networks) Esquema de nombres flexibles Dos niveles de enrutamiento Cada nodo presenta: Id regional Id individual Envío de información sin visibilidad LOS

16 Soluciones para enjambres: MANet (Mobile Ad hoc Network) Operan sin infraestructura estable y con topología de red dinámica No existe un nodo central para coordinar la red Los nodos fuente y destino se conectan a través de nodos intermedios Redes MANet basadas en protocolos proactivos (buscan rutas periodicamente y mantienenen actualizada la topología): DSDV (Destination Sequenced Distance Vector) Redes MANet basadas en protocolos reactivos (solo buscan una ruta cuando se necesita transmitir): DSR (Dynamic Source Routing): basado en la fuente. La ruta viaja en el paquete de datos AODV (Ad-Hoc On-Demand Distance Vector). Enruta en cada nodo.y repara localmente enlaces caidos

17 Conclusiones Navegación, Comunicaciones y Control de los enjambres de µuavs están íntimamente relacionadas La distribución de tareas y la colaboración entre los miembros del enjambre hacen necesario un elevado intercambio de información Las tecnologías de redes flexibles y autoconfigurables, actualmente en desarrollo en el mundo de las comunicaciones civiles, resultan de gran utilidad para enjambres de µuavs La miniaturización de los equipos de a bordo es básica para hacer posible el desarrollo de enjambres de µuavs

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