Budowa niezawodnego systemu komunikacji światłowodowej dla UAV na uwięzi i przemysłowych

Rozwiązanie: Niezależny TTL Fiber Link + Gigabit Ethernet Fiber Link

Wspólna architektura dronów przemysłowych i przywiązanych wykorzystuje dwa niezależne kanały komunikacji światłowodowej:

Kanał 1 TTL przez światłowód

Dedykowany do krytycznych danych dowodzenia i telemetrii:

• Komendy kontroli lotu
• Informacje o pozycji GPS
• Dane dotyczące nastawienia IMU
• Monitorowanie stanu baterii i systemu
• Sygnały kontroli awaryjnej

Ta komunikacja jest wysoce interaktywna:

Stacja naziemna → UAV
Komendy sterowania i aktualizacje misji

UAV → Stacja naziemna
Telemetria w czasie rzeczywistym i informacje zwrotne o stanie

Ponieważ bezpieczeństwo lotu zależy od stabilnej komunikacji, połączenie TTL jest fizycznie odizolowane od ruchu o dużej przepustowości.

Kanał 2 Gigabit Ethernet przez światłowód

Wykorzystuje się w tym celu:

• Streaming wideo HD 1080P / 4K
• Aparaty do wykonywania zdjęć termicznych
• Systemy przetwarzania wizji sztucznej inteligencji
• Dane z chmury punktowej LiDAR
• Czujniki IP

Chociaż Ethernet jest technicznie full-duplex, większość aplikacji UAV ma bardzo asymetryczny wzór ruchu:

UAV → Stacja naziemna
Masywny strumień danych wideo i czujników

Stacja naziemna → UAV
Tylko małe pakiety konfiguracji lub potwierdzenia

Moduł Gigabit Fiber Ethernet zapewnia wystarczającą przepustowość dla powszechnej transmisji wideo z kodami H.264 i H.265.

Dlaczego nie umieścić TTL i Ethernet na jednym włóknie?

Podczas gdy konwersja protokołu, taka jak UART-to-IP, jest możliwa, wiele profesjonalnych systemów UAV nadal preferuje niezależne łącza komunikacyjne.

Przyczyny obejmują:

1Izolacja fizyczna zwiększa niezawodność

Jeśli nagle wzrośnie ruch wideo lub system Ethernet ulegnie awarii, kanał sterowania lotem pozostaje nienaruszony.

Nawet gdy linek wideo się załamuje:

• Kontrolator lotu pozostaje w trybie online.
• Telemetria nadal dostępna
• Komendy powrotu do domu nadal mogą być wykonywane.

W przypadku systemów bezzałogowych o krytycznej misji niezawodność zawsze ma wyższy priorytet niż zmniejszenie liczby kabli.

2- Kompatybilność protokołu.

Wiele komponentów UAV nadal opiera się na native komunikacji seryjnej:

• Kontrolery lotu MAVLink
• Moduły GPS
• Czujniki IMU
• Pozostałe urządzenia sterujące
• Stare urządzenia przemysłowe

Bezpośrednie UART/TTL przez światłowłókno zapewnia proste, nisko opóźnione i niezależne od oprogramowania rozwiązanie.

3- niższe ryzyko rozwoju

Konwersja komunikacji seryjnej na Ethernet wymaga dodatkowych procesorów, stosu oprogramowania i zarządzania siecią.

Wprowadza:

• Dodatkowe opóźnienie
• Złożoność oprogramowania
• Zależność od systemu operacyjnego
• Potencjalne punkty awarii systemu

W przypadku dronów przemysłowych i wojskowych prostotliwość często oznacza większą niezawodność.

Wybór kabli włókienniczych do zastosowań UAV

W odróżnieniu od standardowych przewodów błonnikowych, zastosowania UAV wymagają specjalnie zaprojektowanych wzmocnionych kabli światłowodowych.

Typowe specyfikacje obejmują:

• Włókna jednomodowe (G.657.A2)
• Struktura dwukierunkowa lub czterukierunkowa
• 1średnica kablu 0,2 mm
• Wytrzymałość na rozciąganie 100 N
• Pozostałe urządzenia i urządzenia
• Wysoka elastyczność systemów uzwojenia

Wewnątrz kabla:

• Włókna optyczne do łączności
• Włókno o wytrzymałości Kevlara do ochrony przed rozciąganiem
• Zestaw z wyłączeniem:

Takie zaprojektowanie umożliwia kablowi wytrzymanie ciągłego ciągnięcia, wibracji i obrotu podczas pracy UAV.

Typowa architekturę włókien dwukernikowych

Jednym z najczęstszych rozwiązań jest kabl fiber z dwustronnym układem jednowarunkowym.

Rdzeń włókienny 1:

• Gigabit Ethernet przez światło
• Moduły optyczne BiDi o długości 1310/1550 nm
• Wideo, dane sztucznej inteligencji i komunikacja IP

Rdzeń włókienny 2:

• Komunikacja seryjna TTL przez światłowłókno
• Moduły optyczne BiDi o długości 1310/1550 nm
• Kontrola lotu, telemetria i dane z czujników

Każde rdzeń światłowodowy działa jako niezależny kanał komunikacyjny pełno-dupleks, zapewniając całkowitą izolację pomiędzy kontrolą a transmisją ładunku użytkowego.

Przyszły trend: w kierunku sieci bezzałogowych statków bezzałogowych wykorzystujących całą technologię IP

Przemysł dronów stopniowo zmierza w kierunku zunifikowanych architektur opartych na Ethernet napędzanych przez:

• TSN (Time Sensitive Networking)
• ROS 2
• DDS middleware
• Platformy obliczeniowe AI
• Sieci pokładowe gigabit

Przyszłe systemy UAV mogą zintegrować:

• Wideo
• Telemetria
• Czujniki
• Autobus CAN
• Dane z kontroli lotu

do jednej deterministycznej sieci IP.

Jednak dziś wiele platform UAV przemysłowych, podłączonych, antyzablokowanych i obrony nadal opiera się na architekturze podwójnego kanału:

TTL przez światłowód + Ethernet przez światłowód

ponieważ zapewnia najwyższy poziom niezawodności.

Rozwiązanie OLYCOM

OLYCOM dostarcza kompaktowe moduły komunikacji światłowodowej odpowiednie do integracji z dronami:

Model 1: OM610-1V1TWR

Model 2: karta TA510-GE-X

• Moduł światłowodowy TTL
• Przejrzystość transmisji UART/TTL
• Komunikacja o niskim opóźnieniu
• Idealne dla sterowników lotu, czujników i systemów telemetrycznych
• Gigabit Ethernet Fiber Module
• Transmisja Ethernet 10/100/1000 Mbps
• Wspiera strumienie wideo o wysokiej rozdzielczości H.264/H.265
• Odpowiednie do kamer IP, komputerów AI i ładunków sieciowych

Oba moduły mogą być stosowane pojedynczo lub w połączeniu w dwukanałowej architekturze łączności bezzałogowej.

Wniosek

W miarę jak aplikacje UAV nadal rozwijają się od dronów konsumenckich do przemysłowej inspekcji, bezpieczeństwa i rynków obronnych,Komunikacja światłowodowa staje się kluczową technologią do osiągnięcia długodystansowych, anty-interferencji i wysokiej niezawodności transmisji.

Połączenie TTL over Fiber do kontroli krytycznej dla misji i Gigabit Ethernet over Fiber do ładunków przydatnych o dużej przepustowości pozostaje dojrzałą i szeroko stosowaną architekturą dla profesjonalnych systemów UAV.