Architektura hybrydowa łącząca sieć satelitarną i 5G kształtuje przyszłość komunikacji opartej na dronach
Bezzałogowe statki powietrzne muszą być mobilne, dlatego używają bezprzewodowej/komórkowej transmisji danych, by wymieniać informacje z obsługującym je na ziemi operatorem. Bezpieczeństwo ich działania zależy od niezawodności łącza danych dowodzenia i kierowania, które są przesyłane między operatorem a lecącym dronem. Łącze to powinno zapewniać bezawaryjną komunikację potrzebą do zachowania ciągłego nadzoru nad dronem, gdy pracuje on w złożonym środowisku kontrolowanej przestrzeni powietrznej. Śmiała hipoteza postawiona przez uczestników finansowanego ze środków UE projektu DroC2om zakłada, że niezawodne łącze danych dowodzenia i kierowania da się uzyskać, integrując istniejące już naziemne sieci komórkowe (LTE/5G) i sieci satelitarne. „Zaproponowana koncepcja hybrydowej integracji łączy to, co najlepsze w obu rozwiązaniach: małe opóźnienia i szeroki zasięg sieci komórkowych z wysoką niezawodnością i dostępnością łączności satelitarnej”, tłumaczy Troels Bundgaard Sørensen, koordynator projektu. Opisywana architektura łącza danych jest przeznaczona dla bezzałogowych statków powietrznych, które latają na bardzo niskiej wysokości (do około 152,5 metra), czyli dronów.
Promowanie koncepcji U-space
Drony to nowa technologia w branży lotniczej. Sprzyjają innowacyjności, umożliwiają dostarczanie nowatorskich usług i wdrażanie nowych modeli biznesowych, a ponadto mają ogromny potencjał w zakresie wzrostu gospodarczego, który zapewni społeczeństwu korzyści i dobrobyt. Głównym założeniem koncepcji U-space jest utworzenie systemu, w którym drony dzielą przestrzeń powietrzną w sposób bezpieczny i bez stwarzania zagrożenia dla załogowych statków powietrznych. Celem U-space jest wdrożenie zestawu nowych usług opartych na zaawansowanej cyfryzacji i automatyzacji funkcji, a także konkretnych procedur, które ułatwią bezpieczny, sprawny i swobodny dostęp do przestrzeni powietrznej dużej liczbie dronów – w pierwszej kolejności na bardzo niskiej wysokości lotu. „Niezawodna wymiana informacji dotyczących dowodzenia i kierowania, która odbywa się za pośrednictwem łącza danych, ma kluczowe znaczenie dla kilku z tych funkcji i procedur”, zauważa Sørensen. „Nasza hybrydowa architektura łączy sieci komórkowe i satelitarne, umożliwiając niezawodne i bezpieczne działanie dronów korzystających z usług U-space”.
Wyzwania związane z łącznością bezprzewodową w obszarach miejskich
U-space pozwoli dronom na wykonywanie skomplikowanych zadań we wszystkich środowiskach operacyjnych, w tym również nad obszarami miejskimi. Zapewnienie dostępności łącza i określonej jakości usługi nie jest w takich miejscach proste. „Zarówno łączność satelitarna, jak i naziemne sieci komórkowe mają utrudnione zadanie w tak zagęszczonych przestrzeniach. Technika satelitarna mogłaby zapewnić dobry zasięg, ale jej główną wadą jest jednak spore opóźnienie komunikacji. Naziemne sieci komórkowe charakteryzują się z kolei niewielkim opóźnieniem i wysoką przepustowością, ale problemem jest w ich wypadku współdzielenie zasobów przez różne stacje bazowe telefonii komórkowej na danym obszarze. Jeśli dron ma w swoim zasięgu wiele nieobsługiwanych stacji bazowych, które korzystają z tych samych częstotliwości radiowych, łatwo o zakłócenie jego pracy”, wyjaśnia Sørensen. Dzięki przeprowadzeniu kampanii pomiarowych w ramach projektu opracowano nowe modele zachowania ścieżki propagacji między dronami a stacjami bazowymi telefonii komórkowej. W czasopismach naukowych opublikowano kilka ustaleń na temat ograniczania zakłóceń w sieciach komórkowych, do których doszli uczestnicy projektu. Szukając sposobu na zapewnienie wysokiej przepustowości łącza danych dowodzenia i kierowania w bardzo obciążonych sieciach komórkowych, naukowcy badali również rozwiązania o niskiej i średniej złożoności, takie jak łączność wielokanałowa i przełączanie wiązki antenowej. „Z założenia te poprawiające łączność rozwiązania można wdrożyć bez modyfikowania istniejących już systemów komórkowych. W razie potrzeby wprowadzenia zmian, będą one ograniczały się jedynie do drona, co zapewni szybką implementację usług U-space”, podsumowuje Sørensen.
Słowa kluczowe
DroC2om, dron, sieć satelitarna U-space, łącze danych dowodzenia i kierowania, sieć komórkowa, 5G, zakłócenie, stacja bazowa telefonii komórkowej
