Flight Air Link for Cooperation
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Flight Air Link for Cooperation
Scheda Progetto
Obiettivi
Il progetto FALCO (Flight Air Link for COoperation, http://www.falco.cnit.it ), che ha avuto come
obiettivo la realizzazione di un sistema V2V per la trasmissione di dati eterogenei da un velivolo ad
una stazione mobile di terra, e V2I per l’interconnessione wireless di quest’ultima con le
infrastrutture disponibili al fine di fornire un valido e tempestivo supporto informativo agli Enti e
alle unità di crisi preposte alla gestione dell'emergenza. In particolare, è stata dimostrata la
possibilità di effettuare la trasmissione di immagini metriche georiferite opportunamente
compresse, streaming real-time delle riprese video effettuate dall’aereo, comunicazione vocale tra
gli operatori a bordo del velivolo e quelli a terra mediante VoIP, sessioni di terminale remoto e di
controllo remoto degli apparati a bordo del velivolo.
Il Laboratorio si è occupato sia della progettazione del sistema di comunicazione radio a larga
banda (IP-based) tra velivolo e stazione di terra, sia della progettazione di un’architettura di “QoS
management” per l’interworking di tale sistema con altre infrastrutture di comunicazione terrestri
e/o satellitare.
Figura 1 - Infrastrutture di comunicazione coinvolte in uno scenario di emergenza
A tal fine è stata condotta un’analisi preliminare dello stato dell’arte al fine di selezionare la
tecnologia da utilizzare per il sottosistema di comunicazione velivolo-terra, tenendo conto anche del
PNRF (Piano Nazionale di Ripartizione delle Frequenze), definire il modello di canale da
impiegare per lo scenario di emergenza previsto, e scegliere le soluzioni di interworking più
appropriate. Le simulazioni al calcolatore hanno consentito la validazione dei modelli di canale
considerati e fornito utili indicazioni per la loro trasposizione sull’emulatore di canale wireless
“PropsimC2” prodotto da Elektrobit, di cui dispone il banco di misura del Laboratorio. E’ stato
allestito il test-bed schematizzato in figura 2 per validare su banco la progettazione del prototipo,
consentendo di:
individuare le caratteristiche radiative del sistema di antenne di terra e di bordo utilizzando
l’equazione di link budget;
individuare le caratteristiche del MAR (Mobile Access Router) posizionato sul velivolo e
dell’AP (Access Point) posizionato sulla stazione mobile di terra in termini di potenza RF in
trasmissione, sensibilità del ricevitore per il data rate di interesse, numero di interfacce radio
operanti in diversità spaziale, canale radio da utilizzare, elevata resistenza alle condizioni
critiche di canale;
dimensionare il guadagno degli amplificatori bidirezionali tenendo conto della loro figura di
rumore.
Infine, è stata condotta una campagna di test per verificare il corretto funzionamento del prototipo
progettato che è stato installato sul velivolo e sulla stazione mobile di terra.
Un’azienda partner di progetto ha invece messo a disposizione i veicoli utilizzati durante la
campagna di test, e provveduto all’installazione dell’hardware necessario su di essi.
Figura 2 – Test-bed per la validazione su banco del prototipo
Responsabile Scientifico Prof. Luigi Paura Finanziamento POR CAMPANIA 2000/2006 MISURA 3.17 – Progetto Metadistretto Settore ICT Finalità trasferimento tecnologico verso le PMI Valore di Progetto 800 KEur Partner Nuova Avioriprese S.r.l. , CNIT – Lab. Nazionale di Comunicazioni Multimediali, DIBET – Università di Napoli Federico II Durata 15 mesi Personale CNIT Prof. Luigi Paura Ing. Amedeo Scarpiello Ing. Paolo Orefice Ing. Michele Cinotti Ing. Tilde Fusco Dott.ssa Nunzia Ristaldi Sito web http://www.falco.cnit.it
PRESENTAZIONE Indice Scheda progetto Motivazioni Infrastruttura di comunicazione Prototipo Installazione Test in volo Sviluppi futuri Conclusioni
Scheda progetto
Finanziamento: POR CAMPANIA 2000/2006
MISURA 3.17 – Progetto Metadistretto Settore ICT
Finalità: trasferimento tecnologico verso le PMI
Valore: 800 KEur
Partner:
Nuova Avioriprese S.r.l.
CNIT – Lab. Nazionale di Comunicazioni Multimediali
DIBET – Università di Napoli Federico II
Durata: 15 mesi
Sito: http://www.falco.cnit.it
Motivazioni (1/2)
Emergency management
Motivazioni (2/2)
Panico tra la popolazione; confusione tra i
soccorritori nelle azioni di primo intervento
Infrastrutture di comunicazioni pubbliche o
private compromesse o fuori servizio
Assenza di informazioni dettagliate sullo
stato dell’area
Interoperabilità tra differenti
tecnologie di accesso wireless
Infrastruttura di comunicazione
Prototipo: fasi di sviluppo
Analisi dei requisiti
Definizione delle specifiche
Progettazione
Emulazione su banco
Realizzazione
Test in volo
Prototipo: definizione specifiche
Sottosistema di acquisizione
Sottosistema di comunicazione
Definizione della tecnologia wireless da adottare
Caratteristiche degli apparati di trasmissione
Caratteristiche radiative del sistema di antenne
Sottosistema di Codifica/Decodifica
Elevata resistenza alle gravose
condizioni di impiego
Prototipo: progettazione
Servizi
eterogenei
Reti eterogenee QoS
Management
Banda limitata
nel link
velivolo-terra
Prototipo: realizzazione
Integrazione delle componenti hardware
Sviluppo software
Configurazione preliminare del sistema
Installazione sul velivolo e sulla stazione
mobile di terra
Prototipo: test in volo Area e modalità dei test Litorale di Pontecagnano (SA) Volo: circolare e strisciata Verifiche funzionali Associazione apparati wireless Trasferimento Immagini Streaming video VoIP Misure di prestazione del link velivolo-terra Test su banco e in volo
Misure di prestazione su banco (1/4)
Studio del modello di canale velivolo – terra
Scenario Taxi
Scenario En-Route
Scenario Hill
1
se f fD
f D 1 ( f / f D )2
S f
0 altrimenti
1
max / slope
0 max
slope (1 e )
p
0 altrimenti
Misure di prestazione su banco (2/4)
Simulazione matlab dei modelli consideratiMisure di prestazione su banco (3/4) Trasposizione del modello su emulatore Elektrobit PropsimC2 Progettazione del test-bed Misure di prestazione su banco (4/4) Allestimento e configurazione del test-bed Valutazione delle prestazioni
Valutazione delle prestazioni (1/3)
Scenario “TAXI”
Computer A is: 192.168.33.3 - Computer B is: 192.168.33.12
Synthesis for Computer A
Connection(Protocol) Packets Lost % Lost Transit Delay Jitter TCP Retransmission
Total Computer A 52639 7 0% 2 ms 0 ms 10
1064 -> 2009 (TCP) 52639 7 0% 2 ms 0 ms 10
Valutazione delle prestazioni (2/3)
Scenario “EN ROUTE”
Computer A is: 192.168.33.3 - Computer B is: 192.168.33.12
Synthesis for Computer A
Connection(Protocol) Packets Lost % Lost Transit Delay Jitter TCP Retransmission
Total Computer A 11630 96 0% 101 ms 18 ms 346
1034 -> 6000 (TCP) 11630 96 0% 101 ms 18 ms 346Valutazione delle prestazioni (3/3)
Scenario “HILL”
Computer A is: 192.168.33.3 - Computer B is: 192.168.33.12
Synthesis for Computer A
Connection(Protocol) Packets Lost % Lost Transit Delay Jitter TCP Retransmission
1039 -> 6000 (TCP) 190 12 6% 150 ms 29 ms 125
Test in volo: trasferimento immagini (1/2)
Immagine acquisita Immagine ricevuta
e decompressaTest in volo: trasferimento immagini (2/2)
Immagine acquisita Immagine ricevuta
e decompressa
Test in volo: Streaming Video
http://www.falco.cnit.it/videotestinvolo.htmlSviluppi futuri Possibili evoluzioni del sistema Uso di componenti riprogrammabili per il sottosistema di comunicazione (paradigma SDR) Integrazione con reti di sensori distribuite sul territorio per un monitoraggio più efficace Integrazione con sistemi per l’elaborazione di segnali al fine di tracciare oggetti o persone
Sistemi riprogrammabili
Caratteristiche principali:
Produzione su larga scala a basso prezzo
Adatti ad un gran numero di applicazioni
Ambiente di programmazione user-friendly
Comodi e veloci per la prototipizzazione
Riduzione dei tempi di testing
Tecnologie a confronto:
DSP (Digital Signal Processing)
FPGA (Field Programmable Gate Array)
FPGA vs DSP
Caratteristiche FPGA DSP
Linguaggio di
VHDL, Verilog C, Assembler
programmazione
Facilità di Abbastanza semplice
Semplice
programmazione (necessità conoscenza hw)
Dipendenti dalla velocità del
Prestazioni Molto veloce
processore
Limitata alla modifica del
Riconfigurabilità Infinite volte
contenuto in memoria
Metodo di Scaricando il file di Leggendo il programma da
riconfigurazione configurazione differenti indirizzi di memoria
Area di Filtri FIR ed IIR, correlatori, Signal processing di natura
applicazione FFT sequenziale
Parallelismo Si, con alte prestazioni No, DSP sequenziale
Consumo elettrico Dipendente dall’algoritmo Indipendente dall’algoritmoRoadmap
Progettazione e realizzazione di un sistema integrato
di comunicazione velivolo-terra:
approccio modulare FPGA-based
algoritmi innovativi per la trasmissione in un
contesto di accesso dinamico alla risorsa radio
algoritmi “object tracking” basati sull’elaborazione
dei segnali multimediali
integrazione con reti di sensori a terra
Conclusioni
Sistema di trasmissione dati eterogenei velivolo-terra
Interoperabilità con altre tecnologie di comunicazione
wireless
Garanzia di QoS
Svariati campi applicativi
Disaster recovery
Monitoraggio ambientale
Safety
…
Sviluppi futuri: uso di componenti riprogrammabili
secondo il paradigma SDRPuoi anche leggere
