5GWM真人管理城市空域

July 28, 2021 由莱斯利·普洛

自主飞机使用的增长

在自动驾驶系统的时代,城市空中交通工具是一个日益增长的趋势. 5G环境将支持城市天空的新时代, 网络基础设施如何保证安全性和性能?

自主空中交通正在兴起. 无人机技术已经被证明对电影和摄影很有用,现在正出现在农业领域, construction, emergency response, insurance, oil and gas, manufacturing, mining, and urban planning. Not only that, 但是,更大的无人驾驶飞行器的开发进展迅速, 像这样的公司就证明了这一点 XWing and Volocopter. 这种无人机(uav)的使用——从个人使用, ride sharing, 空中出租车的交付和检查——预计将给旅行和交通带来革命性的变化.

无人机和5G

而传统的蜂窝网络部署广泛且安全, 如果不进行重大升级,它们将无法支持自动无人机所要求的无缝连接和远程飞行. For one, 设计用于二维地面使用的天线和通道不能为在三维空间移动的无人机提供覆盖. For another, 在更高高度操作的无人机需要同时下行连接到多个基站, 目前哪些蜂窝协议不支持.

5G 该网络提供了在城市空气环境中飞行的飞机所需的性能,并为飞行在更高高度和视线以外的无人机提供了更大的覆盖问题的解决方案.

  • 它们克服了3D天线和信道的限制,以及传统蜂窝网络固有的多下行链路的限制.
  • 它们可以提供稳定和快速的传输速度,最高可达 10Gbp/s. 高速和低延迟对于自主系统的实时响应能力至关重要. 最近的无人机试验表明 40% 通过使用独立的5G网络来改善延迟.
  • 它们提供强大而深远的连接,整个无人机舰队都可以使用 network slicing to create clear, 即使在密集的环境中也有专用信号, 消除下行信号被阻塞或淹没的担忧.

无人机广泛部署面临的挑战

适用于无人机在密集城市空域的大容量操作, 技术挑战和安全问题既丰富又严重. 在无人机能够在城市地区安全运行之前,有几个因素需要解决.

技术挑战

用于控制无人机的通信网络应该有足够的容量,以充分服务于预计在城市环境中操作的大量和高密度的飞机. 飞行模式需要优化,以确保最大的网络覆盖,同时避免禁区. 除了禁飞区, 无人机操作员和当局还需要注意减少的区域, 暂时不可用, 或根本不存在连接.

无线电信号强度等方面, bandwidth, latency, passive radar, MIMO, 在开发和部署有效的5G空中管理网络时,必须考虑到波束形成. 基础设施还需要允许新型航空飞行器传感器, avionics, and payloads.

安全注意事项

就像现在的空中交通管制一样, 无人机操作人员需要跟踪和避免其他可能共享空域的移动物体.

最关键的安全考虑之一是网络威胁,它可能会显著降低, disrupt, 或导致通信网络故障. 网络攻击还可以破坏或欺骗敌我识别(IFF)和用于跟踪的GPS位置所使用的飞机身份, 从而影响无人机系统(UAS)交通管理(UTM)的安全运行. 该网络必须能够抵抗网络攻击,至少在无人机的安全操作不会受到危害的程度上.

监管方面的考虑

所有有人驾驶和无人驾驶飞机必须符合军民规定, 比如避开禁飞区,实施跟踪和识别要求.

Entities like the FAA and NASA 目前正在为一个有飞行员和没有飞行员的飞机共享同一个空域的世界开发空中交通管理网络和程序吗. However, 对流量管理网络能够提供所需性能有信心, 处理安全注意事项, 并且遵守规定, 在部署之前必须对其设计进行彻底的测试. Additionally, 即使部署, 随着网络的发展,需要不断地对其进行评估,以应对不断变化的技术, 交通需求, and policies, procedures, and regulations.

Figure 1. 人口密集的城市环境中的载人和无人驾驶飞机

WM真人是一个解决方案

WM真人 正在成为一个无价的工具 航空工业 应对上述挑战. UTM系统的网络数字孪生是有人驾驶和无人驾驶飞机及其飞行路径的虚拟表示, 操控无人机的控制中心, 支持无人机作战的通信网络, 以及影响无线通信的地形和天气特征. 禁飞区的表示也可以包括在内. 网络攻击及其对通信的影响也可以建模. 网络数字孪生在UTM系统的整个生命周期中提供了多种好处,包括:

  • “大规模”测试UTM系统的成本效益和方便平台. 它们提供了一个安全的环境来测试支持无人机操作的网络. 5G网络拓扑结构的影响, 操作参数, 以及由此产生的连通性, coverage, 无人机操作的延迟可以很容易地评估,而无需使用物理资产. 在真正的飞机上测试该系统将是非常昂贵和耗时的.
  • 现实的操作场景,可以忠实地表示在网络数字孪生, 提供高性价比的培训平台. 数千小时的经验和培训可以用物理组件系统的一小部分成本实现.
  • 通过确定最有效的网络布局和运行参数,设计最优的5G网络,为无人机运营提供所需的服务.
  • 为评估UTM系统的网络弹性提供零风险环境:网络攻击可以对网络数字孪生兄弟发起,并且可以在不危及物理资产的情况下研究其对系统运行的影响.
  • 综合测试,包括天气和电池损耗等物理因素.
  • 在将网络技术和替代方案应用到部署系统之前,可以对它们的影响进行评估.

Figure 2. 5G UTM的网络数字孪生

网络数字孪生将提高自主飞机所需支持系统的开发速度,同时降低成本. 在实验室中复制不同的环境并运行多个 what if scenarios, offers a safe, efficient, 评估系统在不同条件下的性能和安全性的经济有效的方法, 其中可能包括网络威胁. Thus, 网络数字孪生可以在初始部署前用于设计最佳通信网络,也可以在部署后用于评估运营因素(流量)的变化情况, weather, etc.)和不断发展的通信技术影响着运营. 图2展示了一个简单的城市场景,其中规划了5G塔的位置,可用于评估多个基站的覆盖范围、应用吞吐量和延迟 what if scenarios.

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