Wi‑Fi, LTE i 5G jako łącze UAV

Aktualizacja idei „sterowania przez GSM”#

Określenie GSM jest dziś zbyt szerokie. Historycznie może znaczyć sieć 2G i SMS, a współczesny system użyje raczej LTE/5G i transmisji IP. Wyłączanie 3G w Polsce jest konkretnym powodem, dla którego projekt z 2020 roku trzeba przeprojektować, a nie tylko kupić nowszą kartę SIM.

Najważniejsza zasada pozostaje stała: stabilizacja odbywa się lokalnie. Sieć komórkowa może przenosić plan misji, komendy wysokiego poziomu, telemetrię i wideo. Nie powinna zamykać pętli rate ani attitude, ponieważ opóźnienie, jitter, handover i chwilowa utrata sesji są normalnymi własnościami sieci pakietowej.

operator / GCS ⇄ VPN / broker ⇄ LTE modem ⇄ companion computer
                                             ⇅ MAVLink
                                      flight controller
                                      ├─ lokalny failsafe
                                      └─ lokalna stabilizacja

Czego sieć nie gwarantuje#

Sieć operatora nie jest „odporna na zakłócenia i niemożliwa do namierzenia”. Terminal rejestruje się w infrastrukturze, a operator dysponuje metadanymi połączenia. Kanał radiowy podlega interferencji, a zasięg przy ziemi nie opisuje pokrycia na wysokości. UAV może widzieć wiele komórek jednocześnie i generować interferencję w większym obszarze; właśnie dlatego 3GPP analizowało obsługę terminali powietrznych.

SMS nie jest kanałem sterowania ciągłego#

SMS może dotrzeć po nieprzewidywalnym czasie, w innej kolejności lub wielokrotnie. Nadaje się co najwyżej do rzadkiej administracji po uwierzytelnieniu, a nie do setpointów lotu. Nawet wtedy lepszy jest kanał danych z numerem sekwencyjnym, czasem ważności i kryptograficznym uwierzytelnieniem wiadomości.

Podział ruchu#

Sterowanie wysokiego poziomu wymaga małej przepustowości, ale niskiego i przewidywalnego opóźnienia. Telemetria toleruje stratę części próbek. Wideo wymaga dużego pasma i może zagłodzić małe ramki kontrolne. Należy rozdzielić kolejki, ograniczyć bitrate i mierzyć wiek danych po stronie odbiorcy.

MAVLink może działać przez UDP lub tunel, lecz podpis MAVLink nie szyfruje treści. Poufność i kontrola dostępu należą do warstwy VPN/TLS. Klucze nie powinny być zaszyte w publicznym obrazie systemu ani współdzielone przez całą flotę.

Companion computer i FC#

Raspberry Pi lub komputer pokładowy obsługuje modem, routing, kodek i aplikacje. Mikrokontroler FC utrzymuje pętle czasu rzeczywistego. Interfejs między nimi ma heartbeat, numer wersji protokołu, kontrolę świeżości i stan degradacji. Brak heartbeat companion nie może zatrzymać stabilizacji.

Failsafe jako maszyna stanów#

„Po utracie LTE wróć do domu” nie zawsze jest poprawne: GNSS może być niewiarygodny, energia może nie wystarczać, a trasa może przechodzić przez przeszkodę. Maszyna stanów powinna brać pod uwagę jakość nawigacji, energię, fazę misji i alternatywne miejsce lądowania.

LINK_OK → LINK_DEGRADED → LINK_LOST
              ↓              ├─ hold (nawigacja dobra)
          ogranicz dane      ├─ continue local mission
                             └─ controlled landing

Przejścia wymagają histerezy. Pojedynczy utracony pakiet nie powinien wywoływać lądowania, a pojedynczy odebrany pakiet nie powinien anulować rozpoczętego failsafe.

Testy#

Laboratorium powinno emulować opóźnienie, jitter, utratę, duplikację i zmianę kolejności pakietów. Następnie testuje się odłączenie anteny/modemu, restart karty SIM, zmianę komórki oraz impuls obciążenia zasilania. Miarami są czas wykrycia, maksymalny wiek wykonanej komendy i poprawność stanu po powrocie łącza.

Wniosek z materiału Payload.pl pozostaje wartościowy na poziomie idei: łącze komórkowe zwiększa obszar dostępności usługi, ale nie zastępuje autopilota. Po sześciu latach trzeba zmienić technologię modemu, model zagrożeń i mechanizmy niezawodności.