Construcción de un sistema de comunicación de fibra óptica de alta confiabilidad para vehículos aéreos no tripulados industriales y conectados

La solución: enlace de fibra TTL independiente + enlace de fibra Gigabit Ethernet

Una arquitectura común en drones industriales y atados utiliza dos canales de comunicación de fibra óptica independientes:

Canal 1 TTL por fibra

Dedicado a datos críticos de mando y telemetría:

• Los comandos de control de vuelo
• Información de posición GPS
• Datos de actitud de la UMI
• Monitoreo de la salud de la batería y del sistema
• Señales de control de emergencia

Esta comunicación es muy interactiva:

Estación terrestre → UAV
Los comandos de control y las actualizaciones de las misiones

UAV → Estación terrestre
Telemetría en tiempo real y retroalimentación del estado

Debido a que la seguridad del vuelo depende de una comunicación estable, el enlace TTL está físicamente aislado del tráfico de gran ancho de banda.

Canal 2 Gigabit Ethernet a través de fibra

Diseñados para la transmisión de grandes volúmenes de datos, incluidos:

• Transmisión de vídeo HD 1080P / 4K
• Máquinas y aparatos para la obtención de imágenes térmicas
• Sistemas de procesamiento de visión de IA
• Datos de la nube de puntos LiDAR
• Sensores basados en IP

Aunque Ethernet es técnicamente full-duplex, la mayoría de las aplicaciones de UAV tienen un patrón de tráfico altamente asimétrico:

UAV → Estación terrestre
Flujo masivo de datos de vídeo y sensores

Estación terrestre → UAV
Solo paquetes o acuse de recibo de configuración pequeños

Un módulo Ethernet de fibra Gigabit proporciona un ancho de banda suficiente para la transmisión de vídeo codificado H.264 y H.265 común.

¿Por qué no poner TTL y Ethernet en una fibra?

Si bien la conversión de protocolos como UART a IP es posible, muchos sistemas profesionales de UAV todavía prefieren enlaces de comunicación independientes.

Las razones incluyen:

1El aislamiento físico mejora la fiabilidad

Si el tráfico de vídeo aumenta repentinamente o el sistema Ethernet experimenta una falla, el canal de control de vuelo permanece intacto.

Incluso cuando el enlace de vídeo falla:

• El controlador de vuelo sigue en línea.
• La telemetría sigue disponible
• Los comandos de regreso a casa todavía se pueden ejecutar.

Para los sistemas UAV de misión crítica, la fiabilidad siempre tiene mayor prioridad que reducir el número de cables.

2Compatibilidad con el protocolo nativo

Muchos componentes de UAV todavía se basan en la comunicación en serie nativa:

• Controladores de vuelo MAVLink
• Modulos de GPS
• Sensores de las UMI
• Los demás aparatos de control
• Dispositivos industriales antiguos

La UART/TTL directa a través de fibra proporciona una solución simple, de baja latencia e independiente del software.

3. Menor riesgo de desarrollo

La conversión de la comunicación en serie a Ethernet requiere procesadores adicionales, pilas de software y administración de red.

Esto introduce:

• Término de tiempo de espera
• Complejidad del software
• Dependencia del sistema operativo
• Puntos de fallas potenciales del sistema

Para los UAV industriales y de defensa, la simplicidad a menudo significa una mayor confiabilidad.

Selección de cables de fibra para aplicaciones de UAV

A diferencia de los cables de parche de fibra estándar, las aplicaciones de UAV requieren cables de fibra óptica reforzados especialmente diseñados.

Las especificaciones típicas incluyen:

• Fibra de un solo modo (G.657.A2)
• Construcción de dos o cuatro núcleos
• 1Diámetro del cable de 0,2 mm
• Resistencia a la tracción de 100 N
• Construcción reforzada con Kevlar
• Alta flexibilidad para los sistemas de enrollamiento

Dentro del cable:

• Fabricación en la cual todas las materias utilizadas no estén incluidas
• El elemento de resistencia al Kevlar para la protección contra la tracción
• Abrigos y chaquetas

Este diseño permite que el cable resista el tirón continuo, la vibración y la rotación durante la operación del UAV.

Arquitectura típica de fibra de dos núcleos

Un cable de fibra de un solo modo de dos núcleos es una de las soluciones más comunes.

Núcleo de fibra 1:

• Gigabit Ethernet a través de fibra
• Modulos ópticos BiDi de 1310/1550 nm
• Video, datos de IA y comunicación IP

Núcleo de fibra 2:

• Comunicación en serie TTL a través de fibra
• Modulos ópticos BiDi de 1310/1550 nm
• Control de vuelo, telemetría y datos de sensores

Cada núcleo de fibra funciona como un canal de comunicación independiente de doblex completo, asegurando un aislamiento completo entre el control y la transmisión de carga útil.

Tendencia futura: hacia redes de drones totalmente IP

La industria de los UAV se está moviendo gradualmente hacia arquitecturas basadas en Ethernet unificadas impulsadas por:

• TSN (red sensible al tiempo)
• ROS 2
• El middleware de DDS
• Plataformas informáticas de IA
• Redes de a bordo de gigabit

Los futuros sistemas de UAV pueden integrar:

• El video
• Telemetría
• Sensores
• Autobús de la CAN
• Datos de control de vuelo

en una única red IP determinista.

Sin embargo, hoy en día muchas plataformas de UAV industriales, atadas, anti-interferencia y de defensa todavía dependen de la arquitectura de doble canal:

TTL por fibra + Ethernet por fibra

porque proporciona el más alto nivel de fiabilidad.

Solución de OLYCOM

OLYCOM proporciona módulos de comunicación de fibra óptica compactos adecuados para la integración de UAV:

Modelo 1: OM610-1V1TWR

Modelo 2: Tarjeta TA510-GE-X

• Módulo de fibra óptica TTL
• Transmisión UART/TTL transparente
• Comunicación con baja latencia
• Ideal para controladores de vuelo, sensores y sistemas de telemetría
• Módulo de fibra de Ethernet de Gigabit
• Transmisión Ethernet de 10/100/1000 Mbps
• Apoya las transmisiones de video de alta definición H.264/H.265
• Adecuado para cámaras IP, computadoras de IA y cargas útiles de red

Ambos módulos pueden utilizarse individualmente o combinados en una arquitectura de comunicación de UAV de doble canal.

Conclusión

A medida que las aplicaciones de UAV continúan expandiéndose desde drones de consumo a mercados de inspección industrial, seguridad y defensa,La comunicación de fibra óptica se está convirtiendo en una tecnología clave para lograr comunicaciones de larga distancia, antiinterferencia y transmisión de alta fiabilidad.

La combinación de TTL sobre fibra para el control de misión crítica y Gigabit Ethernet sobre fibra para cargas útiles de gran ancho de banda sigue siendo una arquitectura madura y ampliamente adoptada para sistemas profesionales de UAV.