Tecnologías asociadas a sistemas de Enjambres de µUAVs:

Comunicaciones, Navegación y Redes

Índice

Navegación::Problemática y retos tecnológicosSensoresNavegación en exterioresNavegación en interiores

Comunicaciones y redes:Problemática y retos tecnológicosEstándares aplicablesArquitectura de red de comunicacionesRedes DTNRedes MANET

Conclusiones

Navegación: problemática y retos tecnológicos

Tamaño de los µUAVs::Nuevos sensoresMiniaturización de sensores existentesMiniaturización de procesadoresCálculo distribuidoCapacidad de calculo a bordo de MicroUAV

Vuelo de múltiples µUAVs en la misma zona:Desarrollo de sensores y algoritmos de Sense & Avoid

Navegación en interioresDetección de obstáculosFalta de señal GNSS: necesidad de sistemas de navegación alternativos

Navegación: Sensores

Los sensores que, por su tamaño, pueden ser apropiados para µUAVs:

GPSIMUMagnetómetrosPitotCámarasTelémetros

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 alta precisión (centimétrica) la posición relativa de los µUAVs:

Aplicaciones de guerra electrónica distribuidaEvitar colisiones entre µUAVs cercanosEs necesario retransmitirse los datos en bruto del sistema de navegación entre distintas aeronaves

Proyecto AWAREPrograma 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 sueloGuiado por cámaras (alta velocidad de proceso a bordo)Sistemas de posicionamiento relativo entre µUAVsSistemas 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 alcanceTecnología de bateríasIntegración 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 comunicacionesComunicaciones en interiores

Seguridad de las comunicaciones:EncriptadoResistencia a interferenciasGuerra electrónica (carga útil)

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:

Arquitectura de comunicaciones para enjambres de µUAVs

Enlaces µUAV-GCS: Enlace primario de Control y TelemetríaEnlace 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 conseguidaCon otras GCS, para asegurar el handoverCon ATC: en caso de que los µUAS vuelen en un área compartida con otras aeronaves

Arquitectura de comunicaciones para enjambres de µUAVs

Arquitectura de red para enjambres de µUAVsEnvío 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

Arquitecturas de retransmisión

Acceso Múltiple Broadcast

Ramas paralelas de relays Comunicación de cluster a cluster

Soluciones para enjambres: DTN (DelayTolerant 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)

Soluciones para enjambres: DTN (DelayTolerant Networks)

Esquema de nombres flexibles

Dos niveles de enrutamiento

Cada nodo presenta:Id “regional” Id “individual”

Envío de información sin visibilidad LOS

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 datosAODV (Ad-Hoc On-Demand Distance Vector). Enruta en cada nodo.y repara localmente enlaces caidos

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