Desarrollo, evaluación y modelado de un sistema de comunicaciones para multicópteros

Abstract

[ES] El uso de multicópteros se está extendiendo rápidamente debido a los muchos campos de aplicación que tienen, por lo que cada vez más hay riegos de colisión entre estos aparatos. Además, se están empezando a proponer soluciones donde enjambres de multicópteros logren solucionar problemas más complejos mediante cooperación. Ambos casos requieren que dichos multicópteros se comuniquen entre ellos para coordinar sus trayectorias, algo que actualmente aún se está realizando solo a nivel experimental, por lo que cabe realizar más estudios para averiguar cuál sería la tecnología de comunicación más idónea, y cuáles son los factores que afectan a las prestaciones. El principal objetivo de este proyecto es el desarrollo de un entorno que permita estudiar las comunicaciones entre multicópteros. Para eso se han modificado multicópteros existentes para dotarlos de comunicaciones inalámbricas, así como para permitir comunicar con el sistema de navegación de cara a obtener los parámetros de vuelo en todo momento. El principal elemento desarrollado ha sido una aplicación distribuida que permite el análisis de la calidad del enlace de comunicaciones entre dos drones conectados mediante una red WiFi Ad-hoc, la cual registra no solo la tasa de pérdida en el canal, sino también las posiciones de los drones y demás parámetros de vuelo. Como complemento a la herramienta propuesta, se han desarrollado una serie de scripts que permiten automatizar el análisis de datos y la generación de gráficas, para permitir detectar y cuantificar la influencia que pueden ejercer distintos factores ambientales y parámetros de configuración en la calidad del enlace. La aplicación está completada en su totalidad y ha sido probada en campo, permitiendo constatar la influencia de la distancia entre los drones, la velocidad de rotación de los motores y el tamaño de los paquetes de datos en la calidad del enlace de comunicación. Además, el estudio realizado ha permitido también hallar conclusiones interesantes: dado que los actuales mandos de control remoto trabajan en la banda de los 2,4 GHz, interfieren con la señal WiFi en esta banda y tienen un impacto importante en las prestaciones, por lo que se recomienda utilizar la banda de los 5,9 GHz.

[EN] The use of multicopters is spreading rapidly due to their wide scope of application. This means that, as time goes by, the risk of collision between these devices significantly encreases. Moreover, solutions where swarms of multicopters are used to solve more complex problems through cooperation are being proposed. Both cases require multicopters to communicate among them to coordinate their flight, something that is only being done at an experimental level at this moment. Thus, so more studies are required to determine which would be the most appropriate communication technology, and which are the factors affecting performance. The main objective of this project is to develop an environment that allows studying the communications among multicopters. For that purpose, existing multicopters have been modified to provide them wireless communication capabilities, and to make them able to communicate with the navigation system to retrieve flight parameters at any time. The main element developed was a distributed application that allows analysing the quality of the communication link between two drones connected by means of an WiFi-based ad-hoc network, and that records not only the packet loss ratio, but also the drone’s position and other flight parameters. As a complement to the proposed tool, a set of scripts that allow automating the data analysis and graphics generation were developed, thereby allowing to detect and quantify the influence that different environmental factors and configuration parameters have on link quality. The application has reached its final development status and has been field tested, allowing to study the influence of the distance between the drones, the engine rotational speed and the packet size in the communication’s link quality. Moreover, the study has also allowed to draw interesting conclusions: since most radio remote controllers work in the 2.4 GHz band, they strongly interfere with the WiFi signal in this band, and thus have a significant impact on performance, and so we recommend using the 5.9 GHz band