Connectiviteit voor drones en autonome systemen

Een drone in de lucht en een autonome robot op de grond delen een probleem dat een vaste sensor nooit heeft: ze bewegen, en hun verbinding moet met hen meebewegen. Naarmate het voertuig zich verplaatst, passeert het de dekking van verschillende zendmasten en, aan de randen, zelfs verschillende netwerken. Als de verbinding niet kan volgen, stokt de telemetrie, bevriest de video en verliest de operator het beeld op het moment dat hij het het meest nodig heeft. Droneconnectiviteit gaat niet alleen over signaal hebben; het gaat erom een bewegend voertuig verbonden te houden terwijl de grond onder het verandert.

Dit artikel onderzoekt hoe 4G en 5G drones en autonome systemen verbonden houden: wat de eisen voor telemetrie en video-uplink werkelijk zijn, waarom netwerkoverdracht ertoe doet voor alles wat beweegt, en hoe een multi-netwerk SIM de verbinding levend houdt bij veranderende dekking. Het richt zich op de commerciële cellulaire connectiviteitslaag en maakt duidelijk waar regelgevende goedkeuring en gespecialiseerde command-and-control systemen buiten deze laag vallen.

Wat een drone of autonoom systeem nodig heeft van een verbinding

Aaneengeschakelde autonome systemen voeren doorgaans twee zeer verschillende datastromen uit over dezelfde verbinding, en een goede verbinding moet beide bedienen:

• Telemetrie en controle. Klein, constant en uiterst tijdsgevoelig: positie, status, sensorwaarden en commando's. Het datavolume is minuscuul, maar een gat of vertraging hier is het meest ernstige falen, omdat het de controle en veiligheid beïnvloedt.
• Payloadgegevens, meestal video. Groot en bandbreedte-hongerig, vooral voor high-resolution of live gestreamde video-uplink. Daar zit de capaciteitsvraag, en die concurreert om dezelfde verbinding als de kritieke telemetrie.

De spanning tussen deze twee is de kern van het.

De kernuitdaging: verbonden blijven terwijl je onderweg bent

Een stationair apparaat maakt verbinding met één cel en blijft daar. Een bewegend activum niet. Terwijl een drone vliegt of een robot reist, beweegt het uit het bereik van de ene celmast en in het bereik van de volgende, en de verb.

De moeilijkere problemen bevinden zich aan de randen: waar de dekking van een netwerk dunner wordt, nabij een grens, of in landelijke en afgelegen gebieden waar drones en autonome systemen vaak opereren. Een apparaat dat vergrendeld is op één enkel netwerk heeft nergens heen als dat netwerk wegvalt. Het maakt niet uit dat een andere operator perfecte dekking heeft als het apparaat deze niet kan gebruiken. Voor een bewegend object dat door gevarieerd terrein trekt, is afhankelijkheid van één netwerk de meest voorkomende oorzaak van een verloren verbinding.

Hoogte voegt een extra complicatie toe die apparaten op de grond niet kennen. Mobiele netwerken zijn ontworpen om gebruikers op de grond te bedienen. Een drone die opstijgt, kan daardoor tegelijkertijd veel zendmasten zien en een heel andere dekking ervaren dan een apparaat op het grondvlak eronder. Dat maakt de keuze van het netwerk nog meer situatie-afhankelijk langs een vliegroute, en het is nog een reden waarom een verbinding die kan kiezen uit en schakelen tussen providers, in plaats van zich te comm.

Waarom een multi-netwerk SIM de juiste oplossing is

Dit is precies de kloof die een niet-gestuurde multi-netwerk SIM is gebouwd om te sluiten. In plaats van gebonden te zijn aan één operator, kan het verbinding maken met het sterkste beschikbare netwerk langs de route en schakelen tussen operators naarmate de dekking verandert. Voor een asset die zich door verschillende dekkingsgebieden verplaatst, betekent dit dat de verbinding het beste signaal volgt in plaats van vast te houden aan een wegvallend signaal. Weconnect biedt dit via 700+ carrier-partnerschappen in 195+ landen, zodat een drone of autonoom systeem gebruikmaakt van het netwerk dat het sterkst is, waar het zich ook bevindt, en zijn verbinding behoudt over grenzen waar een enkele netwerk-SIM zou wegvallen.

Het voordeel verdubbelt zich voor de twee datastromen. Multi-netwerktoegang geeft de kritieke telemetrie de beste kans op een ononderbroken pad, en het geeft de videouplink toegang tot de beschikbare capaciteit langs de route in plaats van alleen wat één operator op die plek aanbiedt. Voor een bewegend object is veerkrachtige connectiviteit geen luxe, maar het zorgt ervoor dat de operator betrokken blijft van de lancering tot het herstel.

Buiten optisch zicht (BVLOS)

Veel van de waarde van drones komt tot uiting wanneer ze buiten het zicht van de operator vliegen (BVLOS): het inspecteren van een lange pijpleiding, het in kaart brengen van een groot terrein, of het afleveren op een afgelegen punt. Op het moment dat een drone buiten het zichtbare bereik vliegt, wordt de verbinding de enige schakel naar de drone, wat de betrouwbaarheid enorm op de proef stelt. Er is geen terugval op visuele controle als de datalink wegvalt.

Betrouwbare, veerkrachtige connectiviteit is daarom een fundamentele voorwaarde voor BVLOS- missiekritieke connectiviteit principes van redundantie en centrale controle worden toegepast, aangevuld met wat het regelgevingskader vereist.

Drones en robots zijn M2M-middelen

Een drone of autonoom systeem op een SIM is een machine die autonoom communiceert, wat het een klassieke M2 een M2M-simkaart helpt hier: dit zijn dezelfde principes die van toepassing zijn op elke verbonden machine, waaronder multi-netwerktoegang, centraal beheer en veilige routering, toegepast op een asset die toevallig beweegt en vliegt. Connectiviteit specificeren voor een autonome vloot is echt het specificeren van een IoT SIM implementatie met beweging en lage latentiebesturing toegevoegd aan de vereisten, en dit zo te behandelen voorkomt dat het wiel opnieuw wordt uitgevonden voor elk nieuw platform.

Het beheren van een vloot van bewegende activa

Een operator die meer dan één drone of robot bestuurt, heeft hetzelfde vlootprobleem als elk bedrijf dat verbonden activa gebruikt, met beweging als extra laag. Centraal beheer biedt één overzicht van de verbinding van elk actief: welke online zijn, waar gegevens naartoe stromen, hoeveel elk gebruikt en welke zijn uitgevallen. SIM's kunnen worden ingericht vóór een inzet en na afloop ervan worden opgeschort, gegevens kunnen over de vloot worden gebundeld zodat een missie met veel video put uit dezelfde toelage als een missie met lichte telemetrie, en een verbindingsprobleem op een actief is onmiddellijk zichtbaar in plaats van na een missie te worden ontdekt. Voor een operator die uitbreidt tot meer dan een paar eenheden, is die centrale controle wat een vloot van bewegende activa beheersbaar maakt.

De verbindingsgegevens zelf worden na verloop van tijd een operationeel bezit. Omdat elke missie een verslag achterlaat van waar de verbinding standhield en waar deze moeite had, kan een operator leren welke routes en gebieden betrouwbaar zijn en welke een ander plan vereisen, en kan hij werk offreren en plannen op basis van die kennis in plaats van te gokken. Voor autonome operaties, waarbij een verloren verbinding het einde van een missie kan betekenen of de terugkeer van een asset, is dat opgebouwde beeld van de real-world dekking langs de daadwerkelijk gevlogen routes net zoveel waard als de live verbinding op een willekeurige dag.

Veelgestelde vragen

Welke simkaart gebruiken drones voor connectiviteit?

Drones die via mobiele netwerken verbinding maken, maken gebruik van een M2M- of IoT-simkaart, bij voorkeur een niet-gestuurde multi-netwerk-simkaart, zodat de drone verbinding maakt met het sterkste beschikbare netwerk langs zijn route in plaats van gebonden te zijn aan één provider. Dit draagt zowel de kleine, kritische telemetriestroom als de grotere videouplink.

Hoe behouden drones hun verbinding tijdens het verplaatsen tussen gebieden?

Binnen één netwerk wordt de verbinding automatisch van de ene zendmast naar de andere overgedragen terwijl de drone zich verplaatst. Aan de randen van de dekking zorgt een niet-gestuurde multi-netwerk SIM ervoor dat de drone terugvalt op het netwerk van een andere operator, zodat de verbinding het sterkste beschikbare signaal volgt in plaats van weg te vallen wanneer één netwerk wegvalt.

Welke connectiviteit hebben BVLOS-droneoperaties nodig?

Buiten zichtlijn is de datalink de enige verbinding met de drone, dus deze moet zeer betrouwbaar en veerkrachtig zijn, wat multi-netwerk mobiele communicatie goed ondersteunt. BVLOS vereist ook goedkeuring van regelgevende instanties, goedgekeurde procedures en vaak redundante commando- en controlesystemen die verder gaan dan de connectiviteit zelf en apart gespecificeerd moeten worden.

Kan één verbinding zowel drone-telemetrie als video verwerken?

Ja, maar het ontwerp moet de kritieke telemetrie beschermen en tegelijkertijd de bandbreedte-hongerige video transporteren. Telemetrie is klein en tijdkritisch; video is groot. Een veerkrachtige multi-netwerkverbinding met voldoende capaciteit, en een ontwerp dat prioriteit geeft aan controleverkeer, laat één link beide betrouwbaar dienen.

Volgende stappen

Weconnect biedt connectiviteit voor drones en autonome systemen met niet-gestuurde, multi-netwerk.