datalink
02
شهریور

لینک داده (دیتالینک)

لینک داده (دیتالینک)

 

دیتالینک (Datalink) یکی از مهم ترین ویژگی­‌های دنیای تجهیزات امروزی ارتباطات است. علم ارتباطات بستر ایجاد بسیاری از پیشرفت‌های امروز بشر می‌باشد. اهمیت این بستر به گونه‌­ای است که عصر حاضر را عصر ارتباطات و عصر بعدی را فرا ارتباطات نامیده‌­اند. این ارتباطات می‌­تواند بین دو انسان، دو دستگاه یا چندین نقطه باشد. ارتباطات و نحوه ایجاد آن‌ها در علوم هوافضایی جایگاه بسیار ارزشمندی دارد؛ به گونه‌‍­ای که در صورت بروز هر گونه اختلال در سامانه‌های ارتباطی وسایل پرنده، اجازه‌ی انجام عملیات از آن دستگاه گرفته خواهد شد. این ویژگی مهم در پهپادها به دلیل عدم وجود و کنترل مستقیم خلبان بر روی پرنده نیز دارای جایگاه ویژه‌­ای است.

کاربرد دیتالینک در پهپاد

در پهپادها و پرنده­‌های بدون سرنشین ارتباط خلبان با پهپاد توسط یک ارتباط داده ایجاد می‌گردد. به وسیله­‌ی این لینک داده (دیتالینک)، خلبان می‌­تواند فرامین ماموریتی و کنترلی را ارسال و اطلاعات نظارتی را دریافت نماید. فرامین می‌تواند شامل اطلاعات ماموریتی، تغییرات سطوح کنترلی و… باشد. اطلاعات نظارتی نیز طیف وسیعی از داده‌ها از جمله تصویر و داده‌­های پروازی یا داده‌­های جمع آوری شده از سنسورهای پهپاد را می‌تواند فراگیرد.

بسته به نوع عملکرد پهپاد لینک‌های داده‌­ی مختلف با عملکردهای مختلفی می‌توانند استفاده شوند. به طور مرسوم لینک داده برای ارسال فرامین رادیویی برای کنترل پرنده استفاده می‌گردد. این نوع از ارتباط بیشتر برای برد کوتاه و در بین پرنده‌های مدل و تفریحی استفاده می‌گردد که بیشتر با نام رادیوکنترل شناخته می‌شود. به دلیل اینکه تنها راه معمول ارتباط بین خلبان و پرنده همین لینک داده (دیتالینک) است، این لینک‌های داده قابلیت اطمینان بسیار بالایی دارند اما باید درنظر گرفت هرگونه اختلال ایجاد شده در این ارتباط ممکن است به پهپاد و محیط اطراف آن صدمه برساند. در شکل 1 یک نمونه از این رادیوکنترل ها مشاهده می‌گردد. این تجهیزات به طور محدود می‌­توانند اطلاعات یک یا چند سنسور را به رادیوی خود ارسال نمایند.

لینک داده

شکل 1. رادیو کنترل فوتابا به همراه گیرنده

در پهپادهای پیشرفته که نیاز به برد بالاتر و داده‌های بیشتر برای کنترل پرنده می‌باشد نیاز به یک لینک داده‌ی مطمئن برای برقراری ارتباط بین ایستگاه زمینی و پهپاد ضروری است. این لینک­‌ها باید توانایی ارسالی فرامین ماموریتی برای پرنده و دریافت اطلاعات نظارتی و عملکردی را داشته باشند تا خلبان بتواند در بهترین زمان بهترین تصمیم را بگیرد. بسته به نوع ماموریت و ساختار ارتباطی می‌­توان از انواع مختلف لینک‌های داده استفاده نمود.

لینک‌های داده در حالت کلی به سه دسته ی ذیل تقسیم می گردند:

  • لینک‌­های داده­ی یک طرفه یا Simplex : همانطور که از اسم این لینک‌ها مشخص است، تنها قابلیت ایجاد ارتباط از یک سمت را دارند. این
  • لینک­‌های داده اطلاعات را فقط می­‌توانند ارسال کنند و توان دریافت اطلاعات را ندارند. از این ­رو این لینک‌های داده در فرآیندهای ارسال تصاویر کاربرد فراوانی دارند. شکل 2 نمونه‌­ایی از لینک داده­‌ی یک طرفه است.

لینک­‌های داده‌­ی نیمه دوطرفه یا Half-Duplex: این لینک‌های داده قابلیت ارسال و دریافت داده‌ها را دارند؛ اما نکته قابل توجه در آن­ها عدم قابلیت دریافت و ارسال داده­‌ها به صورت همزمان است. مشابه این ارتباط را در بی‌سیم­‌ها می‌توان یافت. در شکل 3 می­‌توان یک لینک داده‌­ی نیمه دو طرفه را مشاهده نمود.

لینک­‌های داده­‌ی دوطرفه یا Full-Duplex: در این لینک‌­های داده به صورت همزمان می‏‌توان داده را ارسال و دریافت نمود. شکل 4 نمونه‌­ای از لینک دوطرفه است.

لینک یک طرفه ی ارسال تصویر

شکل 2. لینک یک طرفه‌ی ارسال تصویر

دیتالینک

شکل 3. لینک نیمه دو طرفه

لینک دوطرفه

شکل 4. لینک دوطرفه

در پهپادهای عملیاتی استفاده از لینک‌های داده‌ی دوطرفه مرسوم‌­تر می‌باشد. اما از لینک‌­های داده‌ی نیمه دوطرفه نیز به دلیل هزینه کمتر و کارایی مشابه نیز استفاده می‌گردد. در برخی موارد برای کاهش هزینه یا افزایش کارایی از لینک­‌های یک طرفه با یک معماری خاص نیز استفاده می‌گردد. در آ­ن موارد داده‏‌های پهپاد در کنار داده‌های سنسور یا تصویر با یک لینک برای گیرنده مخابره می‌گردد و داده‌های فرامین توسط یک لینک دیگر برای پهپاد ارسال می‌گردد.

فرکانس کاری

مهمترین عامل در عملکرد دیتالینک را می‌توان فرکانس کاری آن دانست. این فرکانس تابع قوانین خاص و تعریف شده ­ای است؛ به عبارت دیگر می‌توان گفت تمامی ارتباطات رادیویی در باید از قوانین تعریف شده محلی تابعیت کنند، در غیر این صورت باعث تداخل در ارتباطات رادیویی می‌گردند که خود موجب ایجاد اختلال در هر دو منبع خواهد شد. در صورتی که یک ارتباط رادیویی در محدوده ی فرکانس عملکردی دیتالینک وجود داشته باشد عملکرد دیتالینک به شدت کاهش می ­یابد. به طور مثال دیتالینک‌های مرسوم که در فرکانس 900 مگاهرتز عمل می‌کنند در زمانی که در کنار دکل ­های تلفن همراه قرار می­‌گیرند، عملکردشان دچار اختلال می‌­گردد.

در حالت کلی با افزایش فرکانس کاری دیتالینک میزان داده‌هایی که می‌­توان ارسال نمود افزایش می‌‏یابد اما در کنار افزایش میزان داده‌­ها، برد انتقال داده‌­ها کاهش می‌­یابد. برای مثال لینک‌های داده‌ی 433 مگاهرتز گر چه برد بیشتری از لینک‏‌های داده‌ی 900 مگاهرتز دارند ولی میزان داده‌ی بسیار کمی را می‌­توانند ارسال نمایند و یا دستگاه ‏های اینترنت بی­ سیم که برد کمی دارند اما میزان داده‌ی زیادی را انتقال می‌دهند، از فرکانس 2.4 یا 5 مگاهرتز استفاده می‌نمایند. در کنار بررسی شرایط مورد نیاز باید توجه داشت مهم ترین عامل تعیین فرکانس را قوانین و محل استفاده از دیتالینک مشخص می‌نماید.

ویژگی های مهم دیتالینک

یکی از مهم ترین ویژگی‌های یک دیتالینک خوب را می­ توان قابلیت پرش فرکانس (Frequency Hopping) دانست. در این حالت دیتالینک با توجه به اختلال‌ها موجود در محل بهترین فرکانس را جستجو کرده و ارتباط خود را در این محدوده ایجاد می‌­نماید. این عامل برای ماموریت‌های برد­های بلند یا محیط های پر اختلال که قدرت سیگنال کاهش می‌یابد بسیار اهمیت پیدا می‌کند.

یکی دیگر از ویژگی‌­های مهم لینک­‌های داده قابلیت رمزنگاری داده‌ها است. این قابلیت موجب رمزگذاری خودکار داده‌­ها شده تا از نفوذ یا اختلال توسط دیتالینک‌های مشابه جلوگیری شود. دیتالینک‌هایی که دارای این قابلیت هستند به طور معمول تحت قوانین نظامی قرار می­ گیرند و دسترسی به آن­ها از درگاه‌های خاص امکان پذیر می ­باشد.

یکی دیگر از مهم ترین ویژگی‌های دیتالینک‌­ها معماری شبکه‌ی آن­‌ها است. این معماری بسیار وابسته به نوع استفاده از آن‌­ها است.

در حالت کلی می‌توان معماری‌های زیر را برای لینک داده در نظر گرفت:

  • یک نقطه به یک نقطه: در این حالت ارتباط بین یک دیتالینک و دیتالینک دیگری برقرار است و دیتالینک سومی قابلیت وارد شدن به ارتباط بین این دو دستگاه را نخواهد داشت. این روش یکی از مرسوم ­ترین روش­‌های ارتباطی بین پهپادها با کاربری عادی می‌­باشد. در این حالت به دلیل اختلالات پایین می‌توان بیشترین برد را از لینک داده دریافت نمود.
  • یک نقطه به چند نقطه: در این حالت یک لینک در حالت اصلی قرار می‌گیرد و تمامی لینک‏‌های دیگر که فرعی نامیده می‌شوند داده‌هایشان را برای لینک اصلی ارسال می­‌کنند. در این حالت بین دو لینک فرعی هیچ ارتباطی وجود ندارد اما یک لینک اصلی قابلیت اتصال به چند لینک فرعی را خواهد داشت. از این حالت برای کنترل همزمان چند پرنده توسط یک ایستگاه استفاده می‌­شود.
  • چند نقطه به چند نقطه: در این معماری تمامی لینک‌­ها می‌توانند برای یکدیگر داده ارسال نمایند. در بعضی معماری‌های خاص این مدل مانند AD-HOC در صورتی که یک لینک نتواند به صورت مستقیم اطلاعات برای لینک موردنظر بفرستد، اطلاعات به یک لینک در دسترس ارسال و آن لینک برای لینک مقصد داده‌­های موردنظر را ارسال می‌­نماید. این نوع معماری در پروازهای گروهی استفاده می‌گردد.