انتخاب پلتفرم اتصال اترنت برای UAVها

[1] (UAV) به دلیل کاربردهای مختلف به ویژه در بخش نظامی مانند شناسایی، جستجو و نجات، مبارزه و جنگ روز به روز بیشتر نمایان می‌شود. همچنین از این گونه پرنده‌ها در ماموریت‌های بیش از حد خطرناک و دشوار که امکان فرستادن خلبان وجود ندارد یا زمانی که نیاز به پروازهای طولانی و پیوسته است، می‌توان استفاده کرد. ماموریت‌ها و عملیات‌های پیچیده این پرنده‌ها نیاز به پشتیبانی دارند، از اینرو در سیستم‌ها و تجهیزات مربوط به آن‌ها به منظور پشتیبانی و حمایت از ماموریت‌ها، کامپیوترهای پردازشگر و تجهیزات مهم ماموریتی تعبیه شده است.

اینگونه هواپیماها از چند سنسور از جمله سنسورهای دیداری، مادون قرمز، تابشی، بیولوژیکی و شیمیایی در تجهیزات خود استفاده می‌کنند. در برخی از پهپادها از چند دوربین برای نمایش 180 درجه‌ای رو به جلو و رو به پایین به منظور هدایت از راه دور و ثبت اطلاعات ماموریت بهره گرفته می‌شود. همچنین ممکن است اتصالات و تجهیزات الکترونیکی داخل آن‌ها فراتر از سیستم‏های کنترلی و ناوبری بوده و شامل برخی سیستم‌های دیگر مانند بوردهای رادیویی، ارتباطات ماهواره‌ای، پردازشگرهای قدرتمند، رادار، تجهیزات موشک و دیگر دستگاه‌های ارتباطات تاکتیکی برای اتصال با مرکز فرماندهی باشد. همه‌ی این دستگاه‌ها به یک اتصال سریع و انعطاف پذیر و قابل اعتماد برای هماهنگی کامل با پردازشگر اصلی UAV نیاز دارند. از اینرو طراحان، اترنت را به عنوان یک پلتفرم مناسب برای اتصال سیستم‌های UAV معرفی کردند.

فناوری اترنت که در حال حاضر به عنوان یک استاندارد در ارتباطات سیستمی شناخته شده، به سرعت درحال تبدیل شدن به استانداردی در بخش نظامی است. قابلیت سازگاری، سرعت بالا و امنیت در انتقال اطلاعات این فناوری به اثبات رسیده است. این در حالی است که پیش از این در کاربردهای نظامی از جمله UAVها از معماری‌هایی با گذرگاه‌های داده اختصاصی استفاده می‌شد که دارای معایب زیادی از جمله پیچیدگی، انعطاف‌پذیری کم، عدم سازگاری با تجهیزات مختلف، وزن و حجم زیاد بودند.

چرا اترنت؟

طراحان و طرفداران علاقمند به استفاده از فناوری اترنت چند دلیل را برای استفاده از آن در کاربردهای نظامی بیان می‌کنند که مهم‌ترین آن‌ها به شرح زیر است.

• اترنت و فناوری IP به حد بلوغ خود رسیده و امنیت و قابلیت اطمینان آن اثبات شده است.
• سیستم‌های اترنت ذاتاً ماژولار هستند.
• تجهیزات تجاری بسیار زیادی وجود دارند که از اترنت پشتیبانی کرده و می‌توانند به صورت COTS در کاربردهای نظامی استفاده شوند.

مزایای اتصال اترنت در پهپادها

از مزایای فناوری اترنت می‌توان به اتصال بسیار قوی آن اشاره کرد. نسل‌های قبلی اتصالات و گذرگاه‌های داده در پهپادها در شرایط مختلف عملیاتی، آسیب‌پذیر و دارای خطا بودند. عواملی چون خاک، رطوبت، تغییر دما و ارتعاشات می‌توانست عملکرد و بهره‌وری انتقال اطلاعات را تحت تاثیر قرار دهند. این در حالی است که در فناوری اترنت تاثیر چنین عواملی به حد بسیار زیادی کاهش یافته و علاوه بر این اتصال بین سوئیچ‌ها می‌تواند قابلیت اطمینان این پلتفرم ارتباطی را افزایش دهد. به عنوان مثال در برخی از پهپادها که از فناوری اترنت برای انتقال اطلاعات استفاده شده است از چند سوئیچ برای افزونگی و جلوگیری از امکان خرابی شبکه بهره‌ گرفته می‌شود؛ به این ترتیب در صورت خرابی یکی از سوئیچ‌ها، انتقال اطلاعات از طریق آن انجام نخواهد شد و سوئیچ پشتیبان، مسیر مبدا به مقصد اطلاعات را فراهم می‌کند.

یکی دیگر از ویژگی‌های اترنت قابلیت تشخیص خودکار خرابی و جلوگیری از بروز مشکل است که به دلیل استفاده از سوئیچ‌ها به وجود می‌آید. همچنین در فناوری اترنت می‌توان از ماژول‌های خود تشخیصی و خود مدیریتی نیز استفاده کرد که سبب افزایش قابلیت انعطاف‌پذیری مجموعه سیستم خواهد شد.

در برخی از معماری‌های گذرگاه، ماژول‌های مختلف از طریق اتصالات الکتریکی مستقیم با یکدیگر ارتباط دارند. در این موارد با بروز خرابی در یک ماژول ممکن است کل سیستم دچار مشکل شده و حتی موجب سقوط پرنده شود. در حالی که در معماری اترنت، ماژول‌ها از یکدیگر ایزوله شده و بنابراین اگر یکی از آن‌ها دچار مشکل شود، خسارت سیستم محدود به از دست دادن یک ماژول بوده و دیگر سیستم‌ها به کار خود ادامه می‌دهند. از سوی دیگر ماژولار بودن فناوری اترنت باعث ایجاد قابلیت طراحی و پیاده‌سازی انعطاف‌پذیر در پرنده‌ها می‌شود. چنین ویژگی به پهپادها این امکان را می‌دهد که به راحتی بتوانند تغییر کاربری داده و با توجه به عملیات محوله، تجهیزاتشان اصلاح شود.

ویژگی دیگر فناوری اترنت مقرون به صرفه بودن آن از لحاظ وزن، اندازه و هزینه است. در هواپیماهای بدون سرنشین کاهش هر گرم از وزن تجهیزات معادل با افزایش زمان پروازی آن است و از آن‌جا که هر سانتیمتر مربع از فضای UAV بخشی از قابلیت‌های سیستم را در بر می‌گیرد، کاهش حجم اتصالات بین سیستم‌ها به معنی افزایش عملکرد پرنده است. همچنین مدیریت انرژی و توان در پهپادها چالشی مهم و اساسی است و افزایش راندمان توان مصرفی تجهیزات امری حیاتی محسوب می‌شود. فناوری اترنت پاسخی مناسب به چالش کاهش وزن، حجم، هزینه و توان مصرفی پرنده ارائه می‌دهد.

انرژی و توان مصرفی اترنت توسط مفهومی به نام توان الکتریکی بر بستر اترنت[2] (PoE) تامین می‌شود. در این فناوری تنها یک کابل قادر به انتقال داده و توان الکتریکی به بخش‌های مختلف شبکه همچون سنسورها و دوربین‌های ویدئو از نوع IP است.

 

فناوری POE به صورت مستقیم از پورت‌های داده که دستگاه‌های شبکه را به هم متصل می‌کند برای تامین انرژی آن‌ها بهره می‌برد. استفاده از سوئیچ‌های POE در ایجاد ارتباط میان تجهیزات اویونیکی پهپادها می‌تواند بطور قابل ملاحظه‌ای میزان سیم‌کشی‌ها را کاهش داده و فضای زیادی را برای افزایش ارتباطات و پشتیبانی از سیستم‌های جدید به وجود آورد.

نکته دیگر در استفاده از اترنت به عنوان بستر انتقال داده و توان الکتریکی در پرنده‌های بدون سرنشین، عمر بالای آن است. تجهیزات مربوط به فناوری اترنت دارای حدود 40 سال عمر مفید بوده و از اینرو نیاز کمتری به تعمیر و نگهداری خواهند داشت.

فناوری اترنت با هر دستگاهی و هر سرعت انتقال اطلاعات سازگار است. همچنین تمام دستگاه‌هایی که از اترنت به عنوان یک اتصال استفاده می‌کنند، قادر به ارتباط با یکدیگر خواهند بود. در نتیجه اینکه فناوری اترنت برای کاربردهای نظامی گزینه‌ای بسیار مناسب بوده و قوانین COTS و استانداردسازی‌ها، گامی بلند برای فراگیر شدن آن در عرصه هوافضا خواهد بود.

 

پانویس ها:

[1] Unmanned Aerial Vehicle

[2] Power over Ethernet