عملکرد شبکه ‌های FANET با سفینه ‌های فضایی ارتفاع بالا

مقاله عملکرد شبکه ‌های FANET با سفینه ‌های فضایی ارتفاع بالا

 سفینه ‌های فضایی ارتفاع بالا و شبکه ‌های FANET از جمله فناوری ‌های بی ‌سیم امید بخش برای مصارف نظامی و غیر نظامی هستند. سیستم‌ های HAP معمولا در ارتفاع استراتوسفر و تا ۲۵ کیلومتر از سطح زمین مقیم هستند و از مزایای اسقرار انعطاف ‌پذیر و پوشش گسترده برخوردارند. همچنین وسیله نقلیه‌ ی هوایی بدون سرنشین (UAV) دارای توانایی روزها و هفته ‌ها پرواز هستند.

از این رو استفاده از FANET‌ ها در ارتباط با ایستگاه‌ های HAP دارای مزیت ‌های متعددی نسبت به شبکه ‌های سنتی خواهد بود. راجع به مکان‌ یابی پهباد های همسایه در FANET پیش از این صحبت شد و این‌ که یکی از چالش ‌برانگیز‌ترین موضوعات در شبکه ‌های FANET، آگاهی از موقعیت پهباد های همسایه است. یکی دیگر از راه‌ های یافتن پهباد های دیگر، استفاده از HAP به عنوان منتشر کننده‌ ی موقعیت است.

یک HAP نمونه برای توضیح در شکل 1 آورده شده است. همان ‌طور که در تصویر مشاهده می‌شود، HAP می ‌تواند بالاتر از FANET اقامت کند. در طول پرواز FANET، نیازی به ارتباط تمام پهپادها با ایستگاه زمینی نیست. فقط ارتباط یک گره یا سرگره کافی است. با این وجود، تمام UAV ها باید به طور مداوم با ایستگاه HAP در ارتباط باشند.

شکل 1: شبکه FANET با استفاده از HAP

لایه انتقال

موفقیت طرح ‌های FANET مدیون قابلیت اطمینان معماری ارتباطات، قابلیت بالای تنظیم مکانیزم انتقال به خصوص در یک محیط بسیار پویا است.

مسئولیت ‌های اصلی پروتکل انتقال FANET به شرح زیر است :

• قابلیت اطمینان : همواره از مسئولیت‌ های اولیه‌ ی پروتکل لایه انتقال در شبکه‌ های ارتباطی است. برای اطمینان از ویژگی‌ های مناسب پیام ‌ها باید با قابلیت اعتماد به گره مقصد تحویل داده شود. داده‌ ها ممکن است ساده باشند مثل متن باینری که برای آن قابلیت اطمینان صد در صدی لازم است و یا جریان چند رسانه ‌ای که برای آن قابلیت اطمینان کمتر هم قابل قبول است. پروتکل انتقال FANET باید سطح ‌های مختلف اطمینان را برای کاربرد های مختلف FANET  پشتیبانی کند.
• کنترل تراکم : عواقب معمول کنترل تراکم شبکه، کاهش زمان تحویل بسته ‌ها و افزایش نا پیدای است. در یک FANET متراکم همکاری و اجتناب از برخورد پهباد ها نمی‌تواند به درستی انجام شود. برای رسیدن به یک طرح قابل اعتماد FANET، مکانیزم کنترل تراکم ضروری است.
• کنترل جریان : به دلیل وجود یک فرستنده سریع یا چند فرستنده، گیرنده ممکن است بیش از حد مشغول باشد. کنترل جریان می‌تواند یک مشکل جدی به خصوص برای شبکه‌ های چند پهباد ناهمگون باشد.

سیستم‌ های اولیه FANET بر پایه پروتکل ‌های انتقال موجود اجرا می‌شدند. معماری اتصال سیستم ‌های بدون سرنشین (JAUS) یک استاندارد در حال ظهور برای انتقال پیام ‌ها بین سیستم ‌های بدون سرنشین است. اگر چه JAUS در ابتدا برای سیستم ‌های زمینی تولید شد، بعد ها آن را برای همه‌ ی انواع سیستم‌ های بدون سرنشین تعمیم دادند (هوایی، زمینی، بالا و پایین سطح آب و وسایل نقلیه). برخلاف شبکه ‌های سیمی FANET شبکه های MANET توسط گره‌ های متحرک و پیوند های ارتباطی با دامنه نرخ خطای کم مشخص شده است. آن ‌ها با توجه به موقعیت پهباد ها و ایستگاه های زمینی ارتباطشان به طور مکرر قطع می‌شود. قابلیت اطمینان یک مسئله حیاتی برای لایه انتقال FANET است.

برنامه ‌های کاربردی FANET از انواع مختلف داده ها از قبیل تصاویر هدف‌، سیگنال های صوتی یا فریم‌ های ویدئویی از تحرک هدف استفاده می کنند. این برنامه‌ ها به سطوح مختلفی از قابلیت اطمینان نیاز دارند. در حالی که ارتباط داده ‌ای معمول نیازمند قابلیت اطمینان صد درصدی است، برنامه‌ های چند رسانه ‌ای قابلیت اطمینان پایین‌ تری نیاز دارند. از سوی دیگر ترافیک داده‌ های چند رسانه‌ ای دارای برخی از شرایط سخت در تاخیر و پهنای باند است.

بنابراین راه‌ حل لایه انتقال جدید باید آدرس نیازمندی‌ های کاربرد های مختلف FANET را توسعه دهد. در بهترین دانش ما، هیچ لایه انتقالی مخصوص FANET طراحی نشده است. بسیاری از جنبه ‌های FANET، که تحت تاثیر قابلیت اطمینان و پروتکل انتقال داده کارامد هستند هنوز هم ناشناخته هستند.