Flight Air Link for Cooperation

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1 Flight Air Link for Cooperation Scheda Progetto Obiettivi Il progetto FALCO (Flight Air Link for COoperation, ), 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

2 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

3 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

4 PRESENTAZIONE Indice Scheda progetto Motivazioni Infrastruttura di comunicazione Prototipo Installazione Test in volo Sviluppi futuri Conclusioni

5 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 Scheda progetto Sito: Emergency management Motivazioni (1/2)

6 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

7 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

8 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

9 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

10 Misure di prestazione su banco (1/4) Studio del modello di canale velivolo terra Scenario Taxi Scenario En-Route Scenario Hill S f f D 1 1 ( f / f D ) 2 se f f D p 0 slope (1 1 e / max slope ) 0 altrimenti max 0 altrimenti Misure di prestazione su banco (2/4) Simulazione matlab dei modelli considerati

11 Misure 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

12 Valutazione delle prestazioni (1/3) Scenario TAXI Computer A is: Computer B is: Synthesis for Computer A Connection(Protocol) Packets Lost % Lost Transit Delay Jitter TCP Retransmission Total Computer A % 2 ms 0 ms > 2009 (TCP) % 2 ms 0 ms 10 Valutazione delle prestazioni (2/3) Scenario EN ROUTE Computer A is: Computer B is: Synthesis for Computer A Connection(Protocol) Packets Lost % Lost Transit Delay Jitter TCP Retransmission Total Computer A % 101 ms 18 ms > 6000 (TCP) % 101 ms 18 ms 346

13 Valutazione delle prestazioni (3/3) Scenario HILL Computer A is: Computer B is: Synthesis for Computer A Connection(Protocol) Packets Lost % Lost Transit Delay Jitter TCP Retransmission > 6000 (TCP) % 150 ms 29 ms 125 Test in volo: trasferimento immagini (1/2) Immagine acquisita Immagine ricevuta e decompressa

14 Test in volo: trasferimento immagini (2/2) Immagine acquisita Immagine ricevuta e decompressa Test in volo: Streaming Video

15 Sviluppi 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

16 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 programmazione Facilità di programmazione Prestazioni Riconfigurabilità Metodo di riconfigurazione Area di applicazione VHDL, Verilog Abbastanza semplice (necessità conoscenza hw) Molto veloce Infinite volte Scaricando il file di configurazione Filtri FIR ed IIR, correlatori, FFT C, Assembler Semplice Dipendenti dalla velocità del processore Limitata alla modifica del contenuto in memoria Leggendo il programma da differenti indirizzi di memoria Signal processing di natura sequenziale Parallelismo Si, con alte prestazioni No, DSP sequenziale Consumo elettrico Dipendente dall algoritmo Indipendente dall algoritmo

17 Roadmap 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 SDR

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