Internet des drones : pourquoi le ciel n’est pas la limite

Récemment, notre ouvrage phare « Le ciel n’est pas la limite : LTE pour les véhicules aériens sans pilote » a reçu le prix Fred W. Ellersick de l’IEEE Communications Society 2021, qui est un prestigieux prix annuel pour le meilleur article publié dans un magazine de l’IEEE Communications Society dans le trois années civiles précédentes. Nous apprécions la IEEE Communications Society pour nous avoir décerné le prix, qui est une reconnaissance des contributions des personnes Ericsson qui font progresser la technologie des communications.

Le Dr Ismail Guvenc, professeur au département d’ingénierie électrique et informatique de l’Université d’État de Caroline du Nord, a nommé l’article « Sky is Not the Limit » pour le prix Fred W. Ellersick 2021 de la IEEE Communications Society. Notamment, Guvenc a salué les contributions des personnes d’Ericsson, soulignant qu' »Ericsson a été un pionnier dans l’étude des drones connectés au cellulaire, l’identification des principaux défis clés et le développement de solutions innovantes ».

Guvenc a poursuivi : « En plus de leurs efforts de normalisation 3GPP, les ingénieurs d’Ericsson ont publié plusieurs articles académiques percutants dans la littérature relative à la mobilité et à la gestion des interférences pour les drones connectés au cellulaire. Ces travaux ont influencé la recherche universitaire dans ce domaine.

Dans cet article de blog, nous présentons une rétrospective de notre parcours « Sky is Not the Limit » et un aperçu des prochaines années sur les drones connectés.

Figure 1 : Aperçu de notre voyage Sky is Not the Limit.

Drones mobiles

Les applications de drones commerciaux sont de plus en plus courantes. Les drones sont déjà largement utilisés pour la collecte d’informations (photographie et vidéographie, par exemple), et pour l’inspection et la cartographie dans les applications industrielles. Ils sont également testés dans des déploiements agricoles et logistiques.

Le potentiel de la technologie des drones ne sera véritablement libéré que lorsque les capacités technologiques et les réglementations permettront un fonctionnement autonome au-delà de la ligne de mire visuelle. Une connectivité réseau sans fil sécurisée à grande échelle est nécessaire pour étendre en toute sécurité les opérations de drones et libérer le potentiel de la technologie des drones pour des applications commerciales.

Chez Ericsson, nous pensons que les réseaux mobiles sont bien adaptés pour fournir la connectivité nécessaire aux drones. Pour s’assurer qu’une communication aéroportée fiable est possible, nous avons étudié les performances de connectivité pouvant être fournies par les réseaux mobiles terrestres, ainsi que les capacités supplémentaires que les réseaux mobiles peuvent fournir pour les opérations et la gestion des drones.

Figure 2 : Exemple de cas d’utilisation d’un drone agricole : surveillance de cultures éloignées.

Un voyage a commencé avec la normalisation 3GPP Rel-15

Au début de 2016, nous avons identifié qu’un domaine clé à étudier dans la version 15 du 3GPP était de permettre aux drones connectés au réseau mobile, sur la base de nos travaux de recherche (dont certains ont été rendus publics plus tard dans l’article fondateur « Sky is Not the Limit »). .

En décembre 2016, nous avons soumis une nouvelle proposition d’élément d’étude sur le support LTE amélioré pour les véhicules aériens à la réunion plénière n°74 du 3GPP RAN. La proposition a suscité beaucoup d’intérêt, conduisant à l’approbation du point d’étude lors de la réunion plénière du 3GPP RAN #75 en mars 2017. Le point d’étude a été soutenu par 35 membres du 3GPP, et Ericsson et NTT DOCOMO ont été ensemble les rapporteurs du point d’étude.

L’étude 3GPP a évalué les performances des réseaux LTE prenant en charge les véhicules aériens avec jusqu’à la fonctionnalité 3GPP Release 14. L’étude a été achevée en décembre 2017 et les résultats ont été documentés dans le rapport technique 3GPP TR 36.777, y compris une analyse complète, une évaluation et des résultats de mesure sur le terrain. Le 3GPP TR 36.777 est devenu un guide définitif pour les drones connectés au réseau mobile et a été largement cité par les universités, l’industrie et les organismes de réglementation.

L’étude 3GPP a conclu qu’il est possible d’utiliser les réseaux LTE existants pour fournir une connectivité aux drones, mais il peut y avoir des défis liés aux interférences ainsi qu’à la mobilité. Les défis deviennent plus visibles lorsque la densité de drones est élevée. La mise en œuvre et les améliorations basées sur les spécifications ont été identifiées au cours de l’étude 3GPP pour résoudre ces problèmes.

Après avoir terminé le point d’étude, un point de travail de suivi a été approuvé lors de la réunion plénière n°78 du 3GPP RAN en décembre 2017. Ericsson a été le rapporteur du point de travail. L’objectif de l’élément de travail était de spécifier les fonctionnalités qui peuvent améliorer l’efficacité et la robustesse du réseau LTE terrestre pour fournir des solutions de connectivité plus efficaces pour les drones. Ce work item 3GPP a été achevé en juin 2018.

En plus du travail 3GPP Release 15 sur les antennes LTE dans le RAN, 3GPP SA a étudié l’identification à distance des systèmes aériens sans pilote (UAS) dans la Release 16 et continue d’étudier d’autres aspects, notamment la connectivité, l’identification, le suivi, la prise en charge de la couche application et la sécurité. dans la version 17.

Un voyage au-delà du 3GPP

Après l’achèvement des travaux du 3GPP Release 15 sur les drones connectés, nous avons assisté à une vague d’essais sur le terrain pour les drones connectés dans le monde entier par les principaux opérateurs et fournisseurs. Diverses organisations industrielles telles que la GSMA et la CTIA ont mis en place des groupes d’intérêt spéciaux pour les drones pour développer de nouveaux cas d’utilisation et aider à créer un environnement réglementaire ouvert et fiable. En outre, la GSMA et GUTMA ont coopéré pour aligner les industries mobiles et aéronautiques.

Le monde a également été témoin des efforts croissants des gouvernements pour intégrer en toute sécurité les opérations de drones civils et publics dans les systèmes de l’espace aérien. Un effort exemplaire est le UAS Integration Pilot Program (IPP) aux États-Unis. L’IPP a été conclu en octobre 2020, après quoi la Federal Aviation Administration (FAA) a lancé un nouveau programme appelé BEYOND pour poursuivre les travaux sur les défis restants de l’intégration des UAS.

Chez Ericsson, nous avons contribué aux forums pertinents pour aligner les capacités du réseau mobile sur les exigences de communication des drones et de gestion du trafic. Ericsson est membre à part entière de l’Open Generation Consortium (Open Gen), qui se concentre initialement sur les cas d’utilisation liés à l’exploitation de drones équipés de la 5G au-dessus des États-Unis.

Nous avons également vu un élan considérablement accru dans la recherche universitaire dans ce domaine, ce qui a conduit à la création de l’Initiative des technologies émergentes de l’IEEE Communications Society sur les communications aériennes et du Comité ad hoc sur les drones de l’IEEE Vehicular Technology Society. Nous contribuons aux deux initiatives depuis leur création.

Récemment, dans le cadre du programme NSF PAWR Industry Consortium, Ericsson a fourni des équipements de pointe à la plate-forme de banc d’essai de la plate-forme d’expérimentation et de recherche aériennes pour le sans fil avancé (AERPAW) pour les tests d’applications 5G. La plateforme AERPAW est conçue pour l’expérimentation des communications par drones. Ces travaux permettront d’accélérer la recherche et la commercialisation de drones connectés.

Guvenc, directeur du projet NSF AERPAW, a déclaré : « Notre équipe de projet NSF AERPAW a travaillé en étroite collaboration avec les ingénieurs d’Ericsson pour déployer un réseau sans fil 4G/5G NSA à Raleigh. Ce réseau Ericsson sera utilisé par la communauté sans fil au sens large aux États-Unis pour des expériences sans fil avancées avec des drones. L’équipe de l’AERPAW est reconnaissante à Ericsson pour son aide et son soutien à la recherche universitaire.

Vers l’Internet des drones et la 6G

Une couverture réseau étendue est nécessaire pour étendre en toute sécurité les opérations de drones au-delà des missions à visibilité directe. Les réseaux mobiles peuvent fournir une connectivité sans fil étendue et sécurisée, en utilisant une technologie éprouvée basée sur le spectre sous licence mobile et les normes mondiales.

Déjà aujourd’hui, les réseaux LTE peuvent prendre en charge le déploiement initial de drones à basse altitude. Les capacités considérablement améliorées des réseaux 5G fourniront une connectivité mobile plus efficace et plus efficace pour les déploiements de drones à grande échelle avec des applications plus diverses. Alors que les déploiements de la 5G continuent de s’accélérer dans le monde entier, la complexité du réseau et le nombre de sites augmenteront. Les drones connectés peuvent à leur tour contribuer à accélérer le déploiement et le déploiement du site tout en réduisant les risques pour la santé et la sécurité, comme expliqué par exemple dans l’article de blog Peur des hauteurs ? Drones, IA et digitalisation à la rescousse !.

Figure 3 : Vidéosurveillance des infrastructures du réseau rural par drone

Pour améliorer encore les capacités des réseaux 5G à servir les drones, nous favorisons l’introduction d’améliorations liées aux drones à la version 18 de la norme 5G NR. Notre vision est que les réseaux NR deviendront encore plus capables de servir des drones par rapport aux réseaux LTE.

L’avenir d’un ciel connecté avec des drones est passionnant, malgré les défis que nous devons relever sur la voie de la 6G. Pour citer un exemple récent et inspirant, le rover Perseverance de la NASA transportant un hélicoptère drone a atterri sur Mars le 18 février 2021. Il est peut-être temps pour les chercheurs d’envisager les communications et la mise en réseau interplanétaires des drones.

Alors que nous poursuivons le voyage « Le ciel n’est pas la limite » vers la 6G, nous resterons déterminés à travailler activement dans les forums pertinents pour aligner les capacités du réseau mobile sur les exigences de communication des drones et de gestion du trafic.

Notre équipe de recherche

Vous voulez en savoir plus ?

Consultez notre article primé (prix Fred W. Ellersick de l’IEEE Communications Society 2021) : Le ciel n’est pas la limite : LTE pour les véhicules aériens sans pilote.

Lisez notre livre blanc, Drones et réseaux : garantir des opérations sûres et sécurisées pour en savoir plus sur les drones et les réseaux.

A quoi ressemblera le ciel connecté vers la 6G ? Lisez notre récent article Vers la 6G avec Connected Sky : les drones et au-delà pour le savoir.

En savoir plus sur

Test de drones connectés

La mobilité des drones Ericsson

Des drones en direct pour l’avenir des inspections de sites