Коммерческая авиация родилась вскоре после Первой мировой войны, а вместе с ней и управление воздушным движением. Когда отшумели сражения Первой мировой, в Британии и во Франции начали использовать бомбардировщики в качестве самолетов почтовой аваиации. Вскоре плотность воздушного трафика оказалась достаточной для того, чтобы понять её опасность. В 1922 году в 60 милях от Парижа столкнулись Farman Goliath и De Havilland DH-18. Погибли все, кто был на борту. 

Власти ответили регуляционными мерами - был запущен институт управления воздушным движением с его коридорами для воздушного трафика и системами навигации, основанными на маяках. Примерно около 1930 года начали появляться диспетчерские башни в Великобритании. Например, в 1935 году был основан центр мониторинга полетов в Ньюарке. Первоначально он был оснащен часами, журналом, графиками полетов и не слишком надежной радиостанцией. Только через пару десятков лет к оборудованию добавился радар.

Можно сравнивать текущее состояние в области беспилотников с временами, когда еще не было управления движением пилотируемых самолетов. Дроны внезапно стали дешевыми в той мере, которая сделала возможным их массовое распространение среди любителей, но при этом они достигли достаточного совершенства, чтобы их можно было использовать в самых различных целях, например, для доставки купленных на Amazon товаров, пиццы и т.п. Существенным барьером на сегодня является рост плотности трафика беспилотников. Как избежать столкновений в воздухе пицца-дронов и беспилотников, везущих кровь для переливания? Как предотвратить столкновение этих беспилотнкиов с дроном, поднятым в воздух для фотографирования окрестностей?

Как говорится в статье An Internet of Drones, Роберта Холла (Robert J. Hall), AT&T Labs Research, в IEEE Internet Computing (Vol. 20, Issue 3) решением может стать создание системы "интернет беспилотников" (IoD - Internet of Drones). Дроны смогут лучше избегать столкновений друг с другом, если они будут знать друг о друге - а для этого предлагается создать систему Geocast Air Operation Framework (GAOF), прототип которой исследовал Роберт Холл. 

"Цель работы - продемонстрировать возможность создания улучшенной системы эксплуатации БЛА, где предусмотрены необходимое управление безопасностью полетов и меры управления для всех легитимных участников, включая операторов беспилотников, FAA, силовые структуры, владельцев недвижимостью и граждан", пишет Холл. "Сегодня существуют беспилотники и хорошо решена задача управления одним беспилотников в любой конкретной зоне полетов при использовании надежного канала связи. Когда в этой же зоне полетов появятся десятки беспилотников, решение задачи существенно усложнится". 

GAOF - это доработка существующей технологии, реализованной на сети AT&T, США. Система Geocast тестировалась для использования в приложениях управления наземным движением. Понятно, что добавление третьей координаты в случае с БЛА усложняет ситуацию. 

Проблемой, в частности, является то, что нет удобной среды для поддержания связи между всеми участниками движения. Понятно, что на ум приходят прежде всего сети сотовой связи. Но всегда существует опасность того, что беспилотники будут время от времени оказываться в "черных дырах" покрытия, которые существуют практически в любой современной сети. Возможны также ситуации временной перегрузки сети и соответствующие отказы в обслуживании. Очевидное решение - это создание временных беспроводных сетей "на лету", при этом находящиеся в воздухе поблизости друг от друга беспилотники могут контачить друг с другом по-принципу P2P. Это не решает проблему, связанную с тем, что беспилотники при этом временами будут оказыватся без подключения к интернету. А это лишит БЛА возможности получения информации о дронах, которые еще не вошли в зону "прямой видимости" и с которыми поэтому еще невозможно наладить связь по P2P-принципу. Также недостижимой окажется информация о запретах и другом регулировании в данной зоне, даже если такая информация существует в сети интернет.

Система Geocast подразумевает автоматическое переключение между сотовой сетью и временной воздушной сетью между близко летящими БЛА в зависимости от ситуации. Кроме того, система при необходимости поддерживает режим доступа БЛА в "теневой зоне" сети сотовой связи к "большому интернету" через другие дроны, находящиеся в данный момент времени в зоне видимости БЛА, но в отличие от него имеющих также подключение к сети сотовой связи.

"Например, если у одного беспилотника в данный момент времени есть доступ и к сотовой, и к "воздушной сети", он может выступать в качестве релейной станции, передающей пакеты данных из сети сотовой связи в сеть "воздушной связи" и наоборот. Это позволит другому беспилотнику принимать и отправлять такие пакеты данных в сеть интернет, даже при том, что данный беспилотник в данный  момент времени подключен только к "воздушной сети".  "Этот подход может применяться в различных сценариях, например, можно запустить беспилотник с поддержкой подключений к сотовой и воздушной сетям на достаточно большую высоту там, где в зоне под ним нет сотового покрытия, что позволит обеспечить постоянный доступ к интернету всем беспилотникам, летающим в данной зоне на небольших высотах".

Проблема управления трафиком БЛА - интересная тема. Что если вместо того, чтобы посылать интернет-пакеты на определенный список IP-адресов можно будет посылать их на все БЛА, которые находятся в определенном сегменте трехмерного пространства? Но как это сделать?

Для решения проблемы может использоваться принцип гео-адресации (GA), подразумевающий, что круговой зоне, очерченной вокруг центра с заданной долготой и широтой, будет присваиваться собственный интернет-адрес, который будет являться общим для всех БЛА, находящихся внутри данного круга. Каждое устройство, которое захочет оценить ситуацию в той или иной конкретной зоне, должно будет послать запрос на интернет-адрес данной зоны. Все дроны внутри выбранной зоны пошлют ответ на географический адрес зоны, откуда пришел запрос (и где находится запросивший информацию БЛА). Все "соседи" этого БЛА также получат ответ, но поскольку они не посылали запрос, для них не будет проблемой игнорирование данной информации.

(Это весьма напоминает работу подсетей в интернете: ваш компьютер передает и принимает тот же интернет-трафик, как и все другие компьютеры, работающие через данную точку доступа, но он умеет отфильтровывать информацию, предназначенную конкретно для вас).

Как поясняет Холл, этот способ предотвращения столкновений может включать взаимодействие не только беспилотников друг с другом, но и беспилотников со зданиями и другими высокими объектами, а также другими объектами, столкновений с которыми следует избегать. Для этого достаточно будет оснастить такие объекты радиомаячками, способными подключаться к географическим адресам. 

"Мы создали прототип системы IoD и протестировали его работу с использованием симуляции беспилотников", - рассказывает Холл. "Полевое тестирование системы с задействованием беспилотников запланировано и будет проведено с учетом требований FAA". 

+ + 

Это не единственная публикация на тему IoD (Internet of Drones). Вы можете также, например скачать публикацию авторов Mirmojtaba Gharibi, Raouf Bountaba, Fellow, IEEE, and Steven L., Wastlander, Member, IEEE, PDF.