CN107733521A - 一种无人机数据传输方法、装置及系统 - Google Patents

一种无人机数据传输方法、装置及系统 Download PDF

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CN107733521A CN201711046351.6A CN201711046351A CN107733521A CN 107733521 A CN107733521 A CN 107733521A CN 201711046351 A CN201711046351 A CN 201711046351A CN 107733521 A CN107733521 A CN 107733521A
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冯志勇
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Abstract

本发明实施例提供了一种无人机数据传输方法、装置及系统，其中，该方法包括：当监测无人机存在待发送数据时，监测自身一跳通信范围内是否存在返航无人机，当存在返航无人机时，通过控制信道发送第一通信控制帧至返航无人机。在第一预设时隙内接收到返航无人机返回的第二通信控制帧后，发送待发送数据至返航无人机，以使返航无人机携带待发送数据返航。本发明实施例提供的一种无人机数据传输方法、装置及系统，可以实现及时传输待发送数据，减少监测数据的时间延迟，提高信息传输的效率。

Description

一种无人机数据传输方法、装置及系统
技术领域
本发明涉及无线通信技术领域，特别是涉及一种无人机数据传输方法、装置及系统。
背景技术
随着无人机相关技术的研究与发展，无人机越来越多的潜能被开发出来，无人机也广泛的应用于各个领域。通过在无人机上装载不同的设备，可以实现不同的功能，例如，环境监测、火情预警、目标搜寻等。但是，随着无人机应用的深入，无人机的业务也变得更加复杂，单架无人机无法满足复杂业务的要求，而通过无人机集群的应用，可以满足复杂业务的要求。
在应用无人机集群时，可以使用自组织网络以实现多个无人机之间的协同工作。目前，通常使用MAC(Multiple Access Control，多址接入控制)协议实现自组织网络。其中，按照信道划分，可以将MAC协议划分为TDMA(Time Division Multiple Access，时分多址)、FDMA(Frequency Division Multiple Access，频分多址)以及SDMA(Space DivisionMultiple Access，码分多址)。
然而，在将上述的多种MAC协议应用于无人机集群后，无人机只有在执行完监测任务时，才可以将监测数据携带回控制中心。这样显然会造成较大的时间延迟，监测数据的时效性大打折扣，对于比较紧急或者实时性要求较高的监测任务，采用上述的多种MAC协议显然不是最佳选择。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种无人机数据传输方法、装置及系统，以实现减少监测数据的时间延迟，提高信息传输的效率。具体技术方案如下：
第一方面，本发明实施例提供了一种无人机数据传输方法，应用于监测无人机，该方法包括：
当存在待发送数据时，监测一跳通信范围内是否存在返航无人机；
在一跳通信范围内存在返航无人机时，通过控制信道发送第一通信控制帧至返航无人机，其中，控制信道包括CNPC链路和数据链路，CNPC链路中包括空对空控制信道、空对地控制信道，数据链路中包括空对空数据信道、空对地数据信道和通信控制信道；
在第一预设时隙内接收到返航无人机返回的第二通信控制帧后，发送待发送数据至返航无人机，以使返航无人机携带待发送数据返航；其中，第一预设时隙为按照预设时隙分配规则分配的第一时隙。
可选的，监测一跳通信范围内是否存在返航无人机，包括：
监测一跳通信范围内是否存在无人机；
在一跳通信范围内存在无人机时，获取一跳通信范围内的无人机发送的第一CNPC数据包，并检测第一CNPC数据包中状态位的状态是否为返航状态；
在第一CNPC数据包中状态位的状态为返航状态时，确认一跳通信范围内存在返航无人机。
可选的，在确认一跳通信范围内存在返航无人机之后，本发明实施例的一种无人机数据传输方法还包括：
获取返航无人机发送的第一CNPC数据包中携带的GPS信息和发送端标识信息；
根据GPS信息，预测自身是否会与返航无人机发生碰撞；
在预测自身会与返航无人机发生碰撞时，根据发送端标识信息，发送警示信息至返航无人机，以使返航无人机改变航行方向。
可选的，第一通信控制帧或第二通信控制帧包括：持续时长、发送端标识信息、接收端标识信息、无人机状态、传输公告、确认位和帧校验，传输公告用于表示控制帧占用的数据信道以及传输时隙。
可选的，预设时隙划分规则包括：
获取第一无人机节点两跳通信范围内所有返航无人机和监测无人机的个数，并按照以下公式：
sr:sf:sg＝kr:kf:kr
为返航无人机分配第一预设时隙sr，其中，sf表示为监测无人机分配的第二预设时隙，sg表示为控制中心分配的第三预设时隙，kr为返航无人机的个数，kf为监测无人机的个数。
第二方面，本发明实施例还提供了一种无人机数据传输装置，该装置包括：
监测模块，用于当存在待发送数据时，监测一跳通信范围内是否存在返航无人机；
第一通信控制帧发送模块，用于在一跳通信范围内存在返航无人机时，通过控制信道发送第一通信控制帧至返航无人机，其中，控制信道包括CNPC链路和数据链路，CNPC链路中包括空对空控制信道、空对地控制信道，数据链路中包括空对空数据信道、空对地数据信道和通信控制信道；
数据发送模块，用于在第一预设时隙内接收到返航无人机返回的第二通信控制帧后，发送待发送数据至返航无人机，以使返航无人机在接收到返航指令时，携带待发送数据返航；其中，第一预设时隙为按照预设时隙分配规则分配的第一时隙。
可选的，监测模块，包括：
无人机监测子模块，用于监测一跳通信范围内是否存在无人机；
检测子模块，用于在一跳通信范围内存在无人机时，获取一跳通信范围内的无人机发送的第一CNPC数据包，并检测第一CNPC数据包中状态位的状态是否为返航状态；
确认子模块，用于在第一CNPC数据包中状态位的状态为返航状态时，确认一跳通信范围内存在返航无人机。
第三方面，本发明实施例还提供了一种无人机数据传输系统，该系统包括监测无人机和返航无人机；
监测无人机，用于当存在待发送数据时，监测一跳通信范围内是否存在返航无人机；在一跳通信范围内存在返航无人机时，通过控制信道发送第一通信控制帧至返航无人机；
返航无人机，用于接收第一通信控制帧，并在第二预设时隙内发送第二通信控制帧至监测无人机，其中，第二预设时隙为按照预设时隙分配规则分配的第二时隙；
监测无人机，还用于在第一预设时隙内接收到返航无人机返回的第二通信控制帧后，发送待发送数据至返航无人机；
返航无人机，还用于在接收到待发送数据时，携带待发送数据返航。
可选的，返航无人机，具体用于周期性的发送第一CNPC数据包至控制中心，并接收控制中心发送的第二CNPC数据包，在第二CNPC数据包中携带有返航指令时，更改无人机的状态为返航状态，并携带待发送数据返航。
可选的，第一CNPC数据包，包括：帧控制、持续时长、发送端标识信息、接收端标识信息、无人机状态、GPS信息和帧校验，其中，GPS信息包括：位置信息、方向信息、加速度信息以及速度信息，第二CNPC数据包，包括：帧控制、持续时长、发送端标识信息、接收端标识信息、控制信息及帧校验。
第四方面，本发明实施例还提供了一种无人机，该无人机可以包括：处理器、通信接口、存储器和通信总线，其中，处理器，通信接口，存储器通过通信总线完成相互间的通信；
存储器，用于存放计算机程序；
处理器，用于执行存储器上所存放的程序时，实现第一方面提供的一种无人机数据传输方法的步骤。
第五方面，本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质内存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现第一方面提供的一种无人机数据传输方法的步骤。
本发明实施例提供的一种无人机数据传输方法、装置及系统，可以在监测无人机存在待发送数据时，通过控制信道发送第一通信控制帧至一跳通信范围内的返航无人机，然后在接收到该返航无人机发送的第二通信控制帧后发送待发送数据至该返航无人机，以使返航无人机携带待发送数据返航，这样，可以实现及时传输待发送数据，减少监测数据的时间延迟，提高信息传输的效率。当然，实施本发明的任一产品或方法并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例的一种无人机数据传输方法应用于无人机集群的结构示意图；
图2为本发明实施例的一种无人机数据传输方法的流程图；
图3为本发明实施例的一种无人机数据传输方法的第一CNPC数据包的结构示意图；
图4为本发明实施例的一种无人机数据传输方法的通信控制帧的结构示意图；
图5为本发明实施例的一种无人机数据传输方法中对控制信道进行划分的结构示意图；
图6为本发明实施例的一种无人机数据传输装置的结构示意图；
图7为本发明实施例的一种无人机数据传输系统的结构示意图；
图8为本发明实施例的一种无人机数据传输方法的第二CNPC数据包的结构示意图；
图9为本发明实施例的一种无人机数据传输方法的无人机之间的通信流程图；
图10为应用本发明实施例的一种无人机数据传输方法的无人机结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为了解决现有技术存在的问题，本发明实施例提供了一种无人机数据传输方法、装置及系统，以实现减少监测数据的时间延迟，提高信息传输的效率。
首先，本发明实施例的一种无人机数据传输方法可以应用于无人机集群，例如，如图1所示，为本发明实施例的一种无人机数据传输方法应用于无人机集群的结构示意图，该无人机集群可以包括：控制中心101、第一无人机102、第二无人机103、第三无人机104、第四无人机105、第五无人机106、第六无人机107、数据传输路径108以及返航路径109。
其中，第一无人机102、第三无人机104、第四无人机105以及第六无人机107可以是应用本发明实施例的一种无人机数据传输方法的监测无人机。
上述的四个监测无人机存在待发送数据时，可以检测一跳范围内是否存在返航无人机，当各自一跳范围内存在返航无人机时，通过控制信道发送第一通信控制帧至返航无人机，在接收到返航无人机发送的第二控制帧后，可以发送待发送数据给一跳范围内的返航无人机，以使得返航无人机携带待发送数据返航。
例如，假设第三无人机104在存在待发送数据，第三无人机104的一跳通信范围内存在返航无人机，该返航无人机可以是第二无人机103，则第三无人机104可以发送第一通信控制帧至该第二无人机103，并且在收到第二无人机103发送的第二控制帧后，第三无人机104可以发送待发送数据给第二无人机103，以使得该第二无人机103在返航时，携带该待发送数据至控制中心101。从而可以实现及时将待发送数据传输至控制中心，减少监测数据的时间延迟，提高信息传输的效率。
下面，对本发明实施例的一种无人机数据传输方法进行介绍，如图2所示，为本发明实施例的一种无人机数据传输方法的流程图，该方法可以应用于监测无人机，该方法可以包括：
S201，当存在待发送数据时，监测一跳通信范围内是否存在返航无人机。
在一些示例中，无人机可以作为传感器执行监测任务，该执行监测任务的无人机可以称为监测无人机，当该监测无人机在执行监测任务时，可以产生相应的监测数据，然而，对于每个监测无人机，由于其硬件限制，监测数据的数据量达到该监测无人机的最大存储量后，为了避免数据丢失，可以使用本发明实施例的一种无人机数据传输方法，将监测无人机中存储的监测数据发送至控制中心。
其中，上述的一跳通信范围可以是该监测无人机的通信范围，该监测无人机的通信范围可以取决于该监测无人机的发射功率。
在一些示例中，上述的监测无人机在监测一跳通信范围内是否存在返航无人机时，可以向一跳通信范围内广播一个询问消息，询问自身一跳通信范围内的无人机中是否存在返航无人机。
例如，当第一无人机102存在待发送数据时，可以向一跳通信范围内广播一个询问消息，询问自身一跳通信范围内是否存在返航无人机。
在一些示例中，返航无人机在返航的过程中，也可以广播自身为返航无人机的广播信息，上述的监测无人机可以接收该返航无人机广播的广播信息，当上述的监测无人机接收到该返航无人机广播的广播信息后，可以确认自身一跳通信范围内存在返航无人机。
例如，假设第二无人机103为返航无人机，则第二无人机103在返航过程中，可以周期性的广播自身为返航无人机的广播消息，以使得该第二无人机103一跳通信范围内的无人机能够接收到该广播消息。假设第一无人机102接收到该广播消息，则可以监测到第一无人机102一跳通信范围内存在返航无人机。
在一些示例中，本发明实施例的一种无人机数据传输方法，在应用于监测无人机时，还提供了监测一跳通信范围内是否存在返航无人机的方法，可以包括：
步骤A，监测一跳通信范围内是否存在无人机。
在一些示例中，应用本发明实施例的一种数据传输方法的监测无人机，可以周期性的发送探测信息，以探测一跳通信范围内是否存在无人机。
具体的，该探测信息可以包括该监测无人机的标识信息，位置信息等。当该监测无人机的一跳通信范围内存在无人机时，该一跳通信范围内的无人机在接收到该探测信息后，可以返回一个反馈信息给该监测无人机，其中，该反馈信息可以包括无人机标识信息、位置信息等。
上述的监测无人机，可以根据是否接收到反馈信息，确定一跳通信范围内是否存在无人机。
步骤B，在一跳通信范围内存在无人机时，获取一跳通信范围内的无人机发送的第一CNPC数据包，并检测第一CNPC数据包中状态位的状态是否为返航状态。
具体的，当上述监测无人机的一跳通信范围内存在无人机时，相对的，该无人机的一跳通信范围内也存在该监测无人机。
在本发明实施例的一种无人机数据传输方法中，当无人机一跳通信范围内存在无人机时，可以发送第一CNPC数据包给一跳通信范围内的其他无人机。因此，当上述监测无人机确认自身一跳通信范围内存在无人机时，一跳通信范围的无人机可以发送第一CNPC数据包至该监测无人机，该监测无人机在接收到该第一CNPC数据包后，可以获取到无人机的标识信息、无人机状态以及GPS信息。
在一些示例中，上述的监测无人机可以接收一跳通信范围内不同无人机发送的不同第一CNPC数据包。
具体的，如图3所示，为本发明实施例的一种无人机数据传输方法的第一CNPC数据包的结构示意图，该第一CNPC数据包可以包括：包括：帧控制301、持续时长302、发送端标识信息303、接收端标识信息304、无人机状态305、GPS信息306和帧校验307。其中，该发送端标识信息303可以是发送第一CNPC数据包的无人机的物理地址，接收端标识信息304可以是上述监测无人机的物理地址。
在一些示例中，为了节省无人机之间通信时的通信资源，可以预先为该监测无人机设置标识号作为无人机的标识信息。可以用简短的数字或字母作为无人机的标识信息，例如，该标识号可以是WRJ01。
当上述的监测无人机接收到该第一CNPC数据包后，可以检测该第一CNPC数据中的状态位，从而可以确定发送该第一CNPC数据包的无人机是否为返航无人机。
在一些示例中，该第一CNPC数据包中携带有标识无人机是否为返航状态的无人机状态位。在本发明实施例中，可以用“0”标识无人机的状态为返航状态，用“1”标识无人机的状态为不返航状态，即该不返航状态的无人机为监测无人机。
步骤C，在第一CNPC数据包中状态位的状态为返航状态时，确认一跳通信范围内存在返航无人机。
在一些示例中，应用本发明实施例的一种无人机数据传输方法的无人机，可以在本地保存一个无人机列表，该无人机列表中可以存储有该无人机两跳通信范围内所有无人机的标识信息和状态信息。
因此，当监测无人机监测该第一CNPC数据包中的状态位的状态为返航状态时，可以将自身保存的无人机列表中对应的无人机的状态信息更改为返航状态。然后可以确定与该的标识信息对应的无人机为返航无人机。
本发明实施例的一种无人机数据传输方法，通过上述步骤监测一跳范围内是否存在返航无人机，可以提高无人机之间通信的安全性，并且，可以更快速的确定一跳范围内是否存在返航无人机，降低时间开销。
S202，在一跳通信范围内存在返航无人机时，通过控制信道发送第一通信控制帧至返航无人机。
其中，控制信道包括CNPC链路和数据链路，CNPC链路中包括空对空控制信道、空对地控制信道，数据链路中包括空对空数据信道、空对地数据信道和通信控制信道。
具体的，上述的第一通信控制帧可以通过控制信道中的通信控制信道发送。上述的第一通信控制帧可以是如图4所示的通信控制帧，如图4所示，为本发明实施例的一种无人机数据传输方法的通信控制帧的结构示意图，该通信控制帧可以包括：持续时长401、发送端标识信息402、接收端标识信息403、无人机状态404、传输公告405、确认帧406以及帧校验407。
其中，持续时长401表示该通信控制帧的持续时间，发送端标识信息402中的内容是发送该通信控制帧的无人机的标识信息，当该通信控制帧为第一通信控制帧时，该发送端标识信息402可以是上述的监测无人机的标识信息。
接收端标识信息403中的内容是接收该通信控制帧的无人机的标识信息，当该通信控制帧为第一通信控制帧时，该接收端标识信息为接收该第一通信控制帧的返航无人机的标识信息。
无人机状态404中的内容是发送该通信控制帧的无人机是否为返航无人机，当该通信控制帧为第一通信控制帧时，则该无人机状态404可以是“1”，表示该监测无人机不是返航状态的无人机。
传输公告405中的内容是后续传输数据时占用的数据信道和时隙，即，采用哪个数据信道和哪个时隙传输待发送数据。
确认帧406用来表示待发送数据是否被成功接收，具体的，可以用数字“0”表示未成功接收，用数字“1”表示成功接收，也可以用字母“N”表示未成功接收，用字母“Y”表示成功接收。
帧校验407，由发送端计算产生，在接收端被重新计算，用于确定通信控制帧在传送过程中是否被损坏。与现有技术中数据帧的帧校验相同，这里不再赘述。
在一些示例中，当该通信控制帧为第一通信控制帧时，发送该第一通信控制帧的监测无人机为存在待发送数据的无人机，因此，该第一通信控制帧中的确认帧406中的内容可以是“0”或者“N”。
在本发明实施例的一种可能的实现方式中，为了降低应用本发明实施例的一种无人机数据传输方法时的数据碰撞，本发明实施例可以预先对控制信道进行划分。例如，将控制信道划分为CNPC链路和数据链路，该CNPC链路可以包括：空对空控制信道、空对地控制信道，数据链路可以包括空对空数据信道、空对地数据信道和通信控制信道。
如图5所示，为本发明实施例的一种无人机数据传输方法中对控制信道进行划分的结构示意图，在该控制信道中，在一帧时间内，无人机之间可以在空对空控制信道中相互发送或者接收CNPC数据包。例如，监测无人机可以在该空对空控制信道中发送第一CNPC数据包至一跳通信范围内的返航无人机。
在一帧时间内，空对地控制信道可以采用时分双工模式，具体的，无人机可以在空对地控制信道的下行链路中发送CNPC数据包至控制中心，控制中心可以在空对地控制信道的上行链路中发送CNPC数据包至无人机。数据链路可以采用时分复用方式。
具体的，针对数据链路中的空对空数据信道，可以将一帧时间划分为l个时隙，然后可以为监测无人机预先分配l个时隙中的至少一个时隙，针对空对地数据信道和通信控制信道，可以将一帧时间划分为m个时隙，然后，可以为返航无人机预先分配m个时隙中的至少一个时隙，针对通信控制信道，可以将一帧时间划分为n个时隙，然后，可以在监测无人机发送第一通信控制帧时，为该监测无人机预先分配n个时隙中的至少一个时隙。
S203，在第一预设时隙内接收到返航无人机返回的第二通信控制帧后，发送待发送数据至返航无人机，以使返航无人机携带待发送数据返航。
其中，第一预设时隙为按照预设时隙分配规则分配的第一时隙，第二通信控制帧包括：持续时长、发送端标识信息、接收端标识信息、无人机状态、传输公告、确认位和帧校验，传输公告用于表示控制帧占用的数据信道以及传输时隙。
在一些示例中，上述的预设时隙划分规则可以包括：
获取第一无人机节点两跳通信范围内所有返航无人机和监测无人机的个数，并按照以下公式：
sr:sf:sg＝kr:kf:kr
为返航无人机分配第一预设时隙sr，其中，sf表示为监测无人机分配的第二预设时隙，sg表示为控制中心分配的第三预设时隙，kr为返航无人机的个数，kf为监测无人机的个数。
其中，该第一无人机无人机集群中的任一无人机。
在一些示例中，应用本发明实施例的一种无人机数据传输方法的无人机，可以在本地保存一个无人机列表，该无人机列表中可以存储有该无人机两跳通信范围内所有无人机的标识信息和状态信息。因此，监测无人机可以根据本地保存的无人机列表，统计自身两跳通信范围内的返航无人机和监测无人机的个数。
上述监测无人机在统计自身两跳通信范围内的返航无人机和监测无人机的个数后，可以将该返航无人机和监测无人机的个数发送至控制中心，由控制中心按照上述公式为返航无人机计算第一预设时隙sr。然后控制中心可以将该第一预设时隙sr发送至上述返航无人机。
在一些示例中，控制中心还可以按照上述公式分别为监测无人机计算并分配第二预设时隙sf，为自身计算并分配第三预设时隙sg。
具体的，该第二通信控制帧也可以是如图4所示的通信控制帧。当返航无人机发送该第二通信控制帧时，可以将第一通信控制帧中的传输公告，添加至该第二通信控制帧中，也可以重新对该第二通信控制帧中的传输公告中的内容进行添加。
在一些示例中，可以首先对应用本发明实施例的一种无人机数据传输方法的所有无人机进行时钟同步，这样，可以使得监测无人机发送第一通信控制帧时，该第一通信控制帧中不携带发送时间，返航无人机发送第二通信控制帧时，也可以不携带发送时间，减少通信控制帧的数据量。
在一些示例中，当在第一预设时隙内接收到返航无人机返回的第二通信控制帧时，可以说明该监测无人机成功接收到该返航无人机返回的第二通信控制帧，当监测无人机没有再第一预设时隙内接收到该第二通信控制帧时，则可以说明该监测无人机在发送第一通信控制帧时存在数据碰撞，或者在接收第二通信控制帧时存在数据碰撞，该监测无人机与该返航无人机之间的通信中断。
在一些示例中，在第一预设时隙内接收到返航无人机返回的第二通信控制帧后，可以按照该第二通信控制帧的传输公告中安排的信道和时隙发送待发送数据至该返航无人机，以使返航无人机携带待发送数据返航。
本发明实施例提供的一种无人机数据传输方法，可以在监测无人机存在待发送数据时，通过控制信道发送第一通信控制帧至一跳通信范围内的返航无人机，然后在接收到该返航无人机发送的第二通信控制帧后发送待发送数据至该返航无人机，以使返航无人机携带待发送数据返航，这样，可以实现及时传输待发送数据，减少监测数据的时间延迟，提高信息传输的效率。
当返航无人机在返航的过程中，监测无人机可能处于返航无人机的飞行线路上，这样，会造成返航无人机与监测无人机之间发生碰撞。为了防止返航无人机与监测无人机之间发生碰撞，在确认一跳通信范围内存在返航无人机之后，本方法实施例的一种无人机数据传输方法，还可以包括：
步骤A，获取返航无人机发送的第一CNPC数据包中携带的GPS信息和发送端标识信息。
具体的，应用本发明实施例的一种无人机数据传输方法的监测无人机，在接收到返航无人机发送的第一CNPC数据包后，可以从该第一CNPC数据包中获取到GPS信息和发送端标识信息。
步骤B，根据GPS信息，预测自身是否会与返航无人机发生碰撞。
具体的，上述的监测无人机在获取到返航无人机的GPS信息后，可以根据该GPS信息中的位置信息和自身的位置信息，计算自身与该返航无人机之间的距离，然后可以根据该GPS信息中的方向信息，确定自身是否处于该返航无人机的飞行线路上。
当该监测无人机确定自身处于该返航无人机的飞行线路上时，可以根据自身与该返航无人机之间的距离、上述GPS信息中的速度信息和加速度信息，计算出该返航无人机与自身发生碰撞的时间。
步骤C，在预测自身会与返航无人机发生碰撞时，根据发送端标识信息，发送警示信息至返航无人机，以使返航无人机改变航行方向。
具体的，当通过上述步骤预测出返航无人机会与自身发生碰撞时，上述的监测无人机，可以向与上述的发送端标识信息对应的返航无人机发送警示信息，以使得该返航无人机在接收到该警示信息后，改变航行方向。从而可以避免返航无人机与监测无人机之间发生碰撞，避免因无人机之间的碰撞产生经济损失。
相应于上述方法实施例，本发明实施例还提供了一种无人机数据传输装置，如图6所示，为本发明实施例的一种无人机数据传输装置的结构示意图，该装置可以包括：
监测模块601，用于当存在待发送数据时，监测一跳通信范围内是否存在返航无人机；
第一通信控制帧发送模块602，用于在一跳通信范围内存在返航无人机时，通过控制信道发送第一通信控制帧至返航无人机，其中，控制信道包括CNPC链路和数据链路，CNPC链路中包括空对空控制信道、空对地控制信道，数据链路中包括空对空数据信道、空对地数据信道和通信控制信道；
数据发送模块603，用于在第一预设时隙内接收到返航无人机返回的第二通信控制帧后，发送待发送数据至返航无人机，以使返航无人机在接收到返航指令时，携带待发送数据返航；其中，第一预设时隙为按照预设时隙分配规则分配的第一时隙。
本发明实施例提供的一种无人机数据传输装置，可以在监测无人机存在待发送数据时，通过控制信道发送第一通信控制帧至一跳通信范围内的返航无人机，然后在接收到该返航无人机发送的第二通信控制帧后发送待发送数据至该返航无人机，以使返航无人机携带待发送数据返航，这样，可以实现及时传输待发送数据，减少监测数据的时间延迟，提高信息传输的效率。
具体的，监测模块601，包括：
无人机监测子模块，用于监测一跳通信范围内是否存在无人机；
检测子模块，用于在一跳通信范围内存在无人机时，获取一跳通信范围内的无人机发送的第一CNPC数据包，并检测第一CNPC数据包中状态位的状态是否为返航状态；
确认子模块，用于在第一CNPC数据包中状态位的状态为返航状态时，确认一跳通信范围内存在返航无人机。
具体的，本发明实施例的一种无人机数据传输装置，还可以包括：
第一CNPC数据包获取模块，用于获取返航无人机发送的第一CNPC数据包中携带的全球定位系统GPS信息和发送端标识信息；
预测模块，用于根据GPS信息，预测自身是否会与返航无人机发生碰撞；
警示信息发送模块，用于在预测自身会与返航无人机发生碰撞时，根据发送端标识信息，发送警示信息至返航无人机，以使返航无人机改变航行方向。
在本发明实施例的又一种可能的实现方式中，本发明实施例还提供了一种无人机数据传输系统，如图7所示，为本发明实施例的一种无人机数据传输系统的结构示意图，该系统可以包括监测无人机701和返航无人机702；
监测无人机701，用于当存在待发送数据时，监测一跳通信范围内是否存在返航无人机；在一跳通信范围内存在返航无人机时，通过控制信道发送第一通信控制帧至返航无人机；
返航无人机702，用于接收第一通信控制帧，并在第二预设时隙内发送第二通信控制帧至监测无人机，其中，第二预设时隙为按照预设时隙分配规则分配的第二时隙；
监测无人机701，还用于在第一预设时隙内接收到返航无人机返回的第二通信控制帧后，发送待发送数据至返航无人机；
返航无人机702，还用于在接收到待发送数据时，携带待发送数据返航。
本发明实施例提供的一种无人机数据传输系统，可以在监测无人机存在待发送数据时，通过控制信道发送第一通信控制帧至一跳通信范围内的返航无人机，然后在接收到该返航无人机发送的第二通信控制帧后发送待发送数据至该返航无人机，以使返航无人机携带待发送数据返航，这样，可以实现及时传输待发送数据，减少监测数据的时间延迟，提高信息传输的效率。
具体的，本发明实施例的一种无人机数据传输系统还可以包括控制中心，用于发送第二CNPC数据包至监测无人机701和/或返航无人机702。
具体的，返航无人机702，具体用于周期性的发送第一CNPC数据包至控制中心，并接收控制中心发送的第二CNPC数据包，在第二CNPC数据包中携带有返航指令时，更改无人机的状态为返航状态，并携带待发送数据返航。
在本发明实施例的一种可能的实现方式中，返航无人机可以周期性的发送第一CNPC数据包至控制中心，控制中心在接收到该第一CNPC数据包后，可以实时了解该返航无人机的飞行情况，包括：飞行速度、当前所在位置、飞行方向以及飞行时的加速度等。控制中心可以根据该返航无人机的飞行情况，发送第二CNPC数据包至该返航无人机，以指示该返航无人机按照该第二CNPC数据包中携带的控制信息进行飞行。
具体的，如图8所示，为本发明实施例的一种无人机数据传输方法的第二CNPC数据包的结构示意图，该第二CNPC数据包可以包括：帧控制801、持续时长802、发送端标识信息803、接收端标识信息804、控制信息805及帧校验806。其中，控制信息805中可以包括返航指令、飞行速度、飞行加速度或者通信时隙安排信息等。
在一些示例中，当监测无人机701电量不足，需要返航补充电量时，也可以向控制中心发送第一CNPC数据包，当控制中心接收到该第一CNPC数据包后，可以查看该第一CNPC数据包中的状态位，当该状态位为返航状态时，说明该监控无人机701电量不足，控制中心可以发送第二CNPC数据包给该监测无人机701，以使该监测无人机701转换为返航无人机702，开始返航。
为了更清楚的说明本发明实施例的一种无人机数据传输方法，下面，结合图1和图9对本发明实施例的一种无人机数据传输方法进行说明，其中，图9为本发明实施例的一种无人机数据传输方法的无人机之间的通信流程图。
假设，图1所示的无人机集群中的第四无人机105为监测无人机，第二无人机103和第五无人机106分别接收到控制中心101发送的第二CNPC数据包，该第二CNPC数据包中携带有控制中心发送的返航指令，上述的第二无人机103和第五无人机106在接收到该第二CNPC数据包后，可以分别将自身的状态由不返航改变为返航，并分别开始返航。
当第四无人机105中存在待发送数据时，可以检测一跳通信范围内是否存在无人机。当存在无人机时，可以获取该无人机发送的第一CNPC数据包。
具体的，当第二无人机103在返航的过程中，会检测自身一跳通信范围内是否存在无人机，当存在时，会发送第一CNPC数据包，因此，第四无人机可以接收到该第一CNPC数据包。
当第四无人机105接收到该第一CNPC数据包后，可以查看该第一CNPC数据包中的状态位是否为返航状态，当该第一CNPC数据包中的状态位为返航状态时，则第二无人机103为返航无人机，第五无人机可以发送第一通信控制帧给该第二无人机103，以询问该第二无人机103是否可以携带数据返航。
当第四无人机105在第一预设时隙内接收到第二无人机103发送的第二通信控制帧后，可以将待发送数据传输给第二无人机103，以使得第二无人机103携带该待发送数据返航。第二无人机103在接收完该待发送数据后，可以给第四无人机105发送确认帧，以通知第四无人机105数据接收成功。
当第四无人机105在接收到第二无人机103发送的第一CNPC数据包后，又接收到第五无人机106发送的第一CNPC数据包时，可以获取该第一CNPC数据包中的GPS信息和发送端标识信息，并预测自身是否会与第五无人机106发生碰撞，在预测自身会与第五无人机106发生碰撞时，可以发送警示信息至第五无人机106，以使得该第五无人机改变航行方向，第五无人机106接收到该警示信息后，可以改变航行方向，继续返航。
在一些示例中，第四无人机105也可以在接收到第二无人机103发送的第一CNPC数据包后，预测自身是否会与第二无人机103发生碰撞。
在一些示例中，当第四无人机105接收到第五无人机106发送的第一CNPC数据包，并预测自身不会与第五无人机106发生碰撞时，可以不发送任何信息给该第五无人机106，以使得待发送数据可以仅由第二无人机103携带。
在本发明实施例的一种无人机数据传输系统中，当有多个返航无人机接入控制信道、多个监测无人机接入控制信息或者控制中心接入控制信道时，为了避免因接入延迟造成接入失败，在本发明实施例的一种无人机数据传输系统中，对返航无人机、监测无人机以及控制中心的接入时隙进行了设定。
例如，设定返航无人机在接入控制信道时，优先接入时隙为nr，当该返航无人机在τ帧的时间内接入控制信道时，则该优先接入时隙更改为nr∪nf，当经过该τ帧的时间无法接入控制信道，则该返航无人机的优先时隙更改为一帧中的整个时隙。
监测无人机在接入控制信道时，优先接入时隙为nf，当该监测无人机在帧的时间内接入控制信道时，则该优先接入时隙更改为nr∪nf，当经过帧的时间无法接入控制信道，则该监测无人机的优先接入时隙更改为一帧中的整个时隙。
控制中心在接入控制信道时，优先接入时隙为ng，当该监测无人机在μ帧的时间内无法接入控制信道，则该控制中心的优先接入时隙更改为一帧中的整个时隙。
其中，τ为返航无人机接入控制信道时的延迟时间，为监测无人机接入控制信道时的延迟时间，μ为控制中心接入控制信道时的延迟时间，
另外，返航无人机接入控制信道的优先级高于监测无人机和控制中心接入控制信道的优先级。
本发明实施例还提供了一种无人机，如图10所示，为应用本发明实施例的一种无人机数据传输方法的无人机结构示意图，该无人机可以包括处理器1001、通信接口1002、存储器1003和通信总线1004，其中，处理器1001，通信接口1002，存储器1003通过通信总线1004完成相互间的通信，
存储器1003，用于存放计算机程序；
处理器1001，用于执行存储器1003上所存放的程序时，实现如下步骤：
当存在待发送数据时，监测一跳通信范围内是否存在返航无人机；
在一跳通信范围内存在返航无人机时，通过控制信道发送第一通信控制帧至返航无人机，其中，控制信道包括CNPC链路和数据链路，CNPC链路中包括空对空控制信道、空对地控制信道，数据链路中包括空对空数据信道、空对地数据信道和通信控制信道；
在第一预设时隙内接收到返航无人机返回的第二通信控制帧后，发送待发送数据至返航无人机，以使返航无人机携带待发送数据返航；其中，第一预设时隙为按照预设时隙分配规则分配的第一时隙。
通过本发明实施例提供的一种无人机，可以在监测无人机存在待发送数据时，通过控制信道发送第一通信控制帧至一跳通信范围内的返航无人机，然后在接收到该返航无人机发送的第二通信控制帧后发送待发送数据至该返航无人机，以使返航无人机携带待发送数据返航，这样，可以实现及时传输待发送数据，减少监测数据的时间延迟，提高信息传输的效率。
上述电子设备提到的通信总线可以是外设部件互连标准(Peripheral ComponentInterconnect，PCI)总线或扩展工业标准结构(Extended Industry StandardArchitecture，EISA)总线等。该通信总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，图中仅用一条粗线表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。
通信接口用于上述电子设备与其他设备之间的通信。
存储器可以包括随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)，也可以包括非易失性存储器(Non-Volatile Memory，NVM)，例如至少一个磁盘存储器。可选的，存储器还可以是至少一个位于远离前述处理器的存储装置。
上述的处理器可以是通用处理器，包括中央处理器(Central Processing Unit，CPU)、网络处理器(Network Processor，NP)等；还可以是数字信号处理器(Digital SignalProcessing，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种无人机数据传输方法，其特征在于，应用于监测无人机，所述方法包括：
当存在待发送数据时，监测一跳通信范围内是否存在返航无人机；
在所述一跳通信范围内存在返航无人机时，通过控制信道发送第一通信控制帧至所述返航无人机，其中，所述控制信道包括控制与无负载通信CNPC链路和数据链路，所述CNPC链路中包括空对空控制信道、空对地控制信道，所述数据链路中包括空对空数据信道、空对地数据信道和通信控制信道；
在第一预设时隙内接收到所述返航无人机返回的第二通信控制帧后，发送所述待发送数据至所述返航无人机，以使所述返航无人机携带所述待发送数据返航；其中，所述第一预设时隙为按照预设时隙分配规则分配的第一时隙。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述监测一跳通信范围内是否存在返航无人机，包括：
监测一跳通信范围内是否存在无人机；
在所述一跳通信范围内存在无人机时，获取所述一跳通信范围内的无人机发送的第一CNPC数据包，并检测所述第一CNPC数据包中状态位的状态是否为返航状态；
在所述第一CNPC数据包中状态位的状态为返航状态时，确认所述一跳通信范围内存在返航无人机。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在所述确认所述一跳通信范围内存在返航无人机之后，所述方法还包括：
获取所述返航无人机发送的第一CNPC数据包中携带的全球定位系统GPS信息和发送端标识信息；
根据所述GPS信息，预测自身是否会与所述返航无人机发生碰撞；
在预测自身会与所述返航无人机发生碰撞时，根据所述发送端标识信息，发送警示信息至所述返航无人机，以使所述返航无人机改变航行方向。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一通信控制帧或所述第二通信控制帧包括：持续时长、发送端标识信息、接收端标识信息、无人机状态、传输公告、确认位和帧校验，所述传输公告用于表示所述控制帧占用的数据信道以及传输时隙。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预设时隙划分规则包括：
获取第一无人机节点两跳通信范围内所有返航无人机和监测无人机的个数，并按照以下公式：
sr:sf:sg＝kr:kf:kr
为返航无人机分配第一预设时隙sr，其中，所述sf表示为监测无人机分配的第二预设时隙，所述sg表示为控制中心分配的第三预设时隙，所述kr为所述返航无人机的个数，所述kf为所述监测无人机的个数。
6.一种无人机数据传输装置，其特征在于，所述装置包括：
监测模块，用于当存在待发送数据时，监测一跳通信范围内是否存在返航无人机；
第一通信控制帧发送模块，用于在所述一跳通信范围内存在返航无人机时，通过控制信道发送第一通信控制帧至所述返航无人机，其中，所述控制信道包括CNPC链路和数据链路，所述CNPC链路中包括空对空控制信道、空对地控制信道，所述数据链路中包括空对空数据信道、空对地数据信道和通信控制信道；
数据发送模块，用于在第一预设时隙内接收到所述返航无人机返回的第二通信控制帧后，发送所述待发送数据至所述返航无人机，以使所述返航无人机在接收到返航指令时，携带所述待发送数据返航；其中，所述第一预设时隙为按照预设时隙分配规则分配的第一时隙。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述监测模块，包括：
无人机监测子模块，用于监测一跳通信范围内是否存在无人机；
检测子模块，用于在所述一跳通信范围内存在无人机时，获取所述一跳通信范围内的无人机发送的第一CNPC数据包，并检测所述第一CNPC数据包中状态位的状态是否为返航状态；
确认子模块，用于在所述第一CNPC数据包中状态位的状态为返航状态时，确认所述一跳通信范围内存在返航无人机。
8.一种无人机数据传输系统，其特征在于，所述系统包括监测无人机和返航无人机；
所述监测无人机，用于当存在待发送数据时，监测一跳通信范围内是否存在返航无人机；在所述一跳通信范围内存在返航无人机时，通过控制信道发送第一通信控制帧至所述返航无人机；
所述返航无人机，用于接收所述第一通信控制帧，并在第二预设时隙内发送第二通信控制帧至所述监测无人机，其中，所述第二预设时隙为按照预设时隙分配规则分配的第二时隙；
所述监测无人机，还用于在第一预设时隙内接收到所述返航无人机返回的所述第二通信控制帧后，发送所述待发送数据至所述返航无人机；
所述返航无人机，还用于在接收到所述待发送数据时，携带所述待发送数据返航。
9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，
所述返航无人机，具体用于周期性的发送第一CNPC数据包至控制中心，并接收所述控制中心发送的第二CNPC数据包，在所述第二CNPC数据包中携带有返航指令时，更改无人机的状态为返航状态，并携带所述待发送数据返航。
10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述第一CNPC数据包，包括：帧控制、持续时长、发送端标识信息、接收端标识信息、无人机状态、GPS信息和帧校验，其中，所述GPS信息包括：位置信息、方向信息、加速度信息以及速度信息，所述第二CNPC数据包，包括：帧控制、持续时长、发送端标识信息、接收端标识信息、控制信息及帧校验。
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