LINE EW-UAS link and network performance : passive performance analysis from the November 2015 flights

Behovet for kommunikasjonskapasitet i Forsvaret øker i årene fremover. Radioer med høy kapasitet har ofte sterke krav til frisikt. Unmanned Aerial Vehicles (UAV-er) kan avhjelpe dette økte behovet for frisikt-kommunikasjon, og UAVer med varierende grad av autonomi kommer til å bli utviklet. Å støtte utvikling av autonomi for UAVer skreddersydd for kommunikasjonsformål krever en inngående kjennskap til hvordan nettverk med UAV-er oppfører seg. Faktorer som rekkeviddebegrensninger, signalpropagasjon, antennestråling, teknologi for medium aksess kontroll, mobilitetsmønstre og nettverksdynamikk vil, både alene og kombinert, kunne ha stor innvirkning på ytelsen til UAVstøttede nettverk. Derfor er det nødvendig å eksperimentere med faktiske UAV-er som bruker virkelig radioutstyr i reell bruk. Denne rapporten presenterer passiv nettverksytelsesanalyse av sensornettverket som ble etablert og brukt i eksperimentet Light Navigation-radar ESM Electronic Warfare Unmanned Aircraft System (LINE EW-UAS) 5. november 2015 på Ørland. I dette eksperimentet fløy to Penguin B fixed-wing UAV-er vest for Ørland flystasjon. UAV-ene hadde sensorer ombord for å geo-lokalisere et skips X-bånd navigasjonsradar, og ved bruk av militære bredbåndsradioer sendte de sensorinformasjon til bakkestasjonen. Informasjonen ble videresendt automatisk til en analysecelle på FFI Kjeller. Denne rapporten fokuserer på radionettverket mellom de to UAV-ene og bakkestasjonen. Spesifikt tar vi for oss følgende spørsmål: • Hva er ytelsen til radiosystemet når det brukes i UAV-til-bakke-kommunikasjon? • Kan vi bekrefte at det eksisterer antennestrålingsutfordringer i forbindelse med UAV-til-bakkekommunikasjon? • Finnes det andre erfaringer fra dette første FFI-kommunikasjonseksperimentet på UAV-tilbakke- kommunikasjon? Basert på passiv pakkelogging av applikasjonsdata deler vi resultatene fra eksperimentet inn i faser etter radiolink-datarate (1024 kbps og 128 kbps) og mobilitetsmønstrene til de to UAV-ene. Antallet sendte, mottatte, videresendte og duplikerte pakker evalueres for hver fase, og mobilitetsmønstrene blir utnyttet for å evaluere linkytelsen med hensyn på plattformenes posisjon og stilling i rommet. Resultatene viser en forskjell mellom linkene UAV1-Ground Control Station (GCS) and UAV2- GCS, med mye bedre ytelse for UAV2-GCS sammenlignet med den andre. Mål på ytelse i denne forbindelse er pakketap, videresending, duplikater og forsinkelse. Videre produserte Kongsberg Defence and Communications (KDC) TacLAN-radioene mange duplikatpakker, sannsynligvis forårsaket av en feil i radioenes implementasjon av medium aksess kontroll. Vi fikk bekreftet at det er antennestrålingsutfordringer i kommunikasjonen mellom UAV og bakke. I dette henseendet ser vi også fordelen av videresending gjennom bruk av et dynamisk ad hoc-nettverk. Vi identifiserte også fordeler og ulemper ved å kun bruke brukerapplikasjonstrafikk for å måle nettverksytelsen. Av videre arbeid ser vi behov for å undersøke rekkevidde, dekning og Line-of-Sight (LoS)- utfordringer i forskjellig terreng og omgivelser, i tillegg til kapasitetsytelsesmålinger.