لینک داده (دیتالینک)
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 بین یکدیگر 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.
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 لینک دادههای مختلف با عملکردهای مختلفی می‌توانند استفاده شوند. به طور مرسوم یک لینک داده برای ارسال فرامین رادیویی برای کنترل پرنده استفاده می‌گردد. این نوع از ارتباط بیشتر برای برد کوتاه و در بین پرنده های مدل و تفریحی استفاده می‌گردد که با نام رادیو کنترل بیشتر 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 رادیوکنترل‌ها را مشاهده می‌کنید. این تجهیزات به طور محدود می‌توانند اطلاعات یک یا چند سنسور را به رادیوی خود ارسال نمایند.
شکل 1. رادیو کنترل فوتابا به همراه گیرنده
پهپاد های پیشرفته
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 می‌گردند:
-
لینک دادههای یک طرفه یا Simplex:
همانطور که از اسم این لینک‌ها مشخص است، تنها قابلیت ایجاد ارتباط از یک سمت را دارند. این لینک داده‌ها اطلاعات را فقط می‌توانند ارسال کنند و توان دریافت اطلاعات را ندارند. از این‌رو این لینک داده‌ها در فرآیندهای ارسال تصاویر کاربرد فراوانی دارند. شکل شماره 2 نمونه‌ای از لینک داده‌ی یک طرفه است.
-
لینک دادههای نیمه دوطرفه یا Half-Duplex:
این لینک داده‌ها قابلیت ارسال و دریافت داده را دارند. اما نکته قابل توجه در آنها عدم قابلیت دریافت و ارسال داده 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.
-
لینک دادههای دوطرفه یا Full-Duplex :
در این لینک داده‌ها به صورت همزمان می‌توان داده را ارسال و دریافت نمود. شکل 4 نمونه‌ای از لینک داده‌ی دوطرفه است.
شکل 2. لینک یک طرفه‌ی ارسال تصویر
شکل 3. لینک نیمه دو طرفه
شکل 4. لینک دوطرفه
پهپاد های عملیاتی
در پهپادهای عملیاتی استفاده از لینک دادههای دوطرفه مرسوم‌تر می‌باشد. اما از لینک 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 شدهای است. به عبارت دیگر می‌توان گفت تمامی ارتباطات رادیویی 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 می‌یابد. به طور مثال دیتالینک‌های مرسوم که در فرکانس 900 مگاهرتز عمل می‌کنند در زمانی که در کنار دکل‌های 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 داده کاهش می‌یابد. برای مثال لینک دادههای 433 مگاهرتز گرچه برد بیشتری از لینک دادههای 900 مگاهرتز دارند ولی میزان داده‌ی بسیار کمی را می‌توانند ارسال نمایند و یا دستگاههای اینترنت بی‌سیم 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 مهم‌ترین عامل تعیین فرکانس را قوانین و محل استفاده از دیتالینک مشخص می‌نماید.
یکی از مهم‌ترین ویژگی های یک دیتالینک خوب را می‌توان 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 برد بلند یا محیط‌های پر اختلال که قدرت سیگنال کاهش می‌یابد، بسیار اهمیت پیدا می‌کند.
یکی دیگر از ویژگی‌های مهم لینک داده‌ها قابلیت رمزنگاری داده‌هاست. 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 می‌گیرند و دسترسی به آنها از درگاه‌های خاص امکان پذیر می‌باشد.
معماری شبکه
یکی دیگر از مهم‌ترین ویژگی‌های دیتالینک‌ها معماری شبکه‌ای آنهاست. 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 می باشد. 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.
