CN108901001A - 一种无人船通信方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无人船通信方法，在无人船通信系统或岸端通信系统中执行，无人船通信系统包括至少两个数据传输模块，岸端通信系统包括至少两个数据传输单元，每一个数据传输模块均对应于一个数据传输单元，每一个数据传输模块与其对应的数据传输单元之间形成一条通信链路，该方法包括：预设每一条通信链路的使用优先级；每隔预设时间确定每条通信链路的至少一个通信性能指标的波动率；将所有通信性能指标的波动率均满足预设的劣化条件的通信链路标记为不可用链路，将其他通信链路标记为可用链路；按照预设的优先级从所有可用链路中确定至少一条目标链路来进行无人船与岸端之间的数据传输。本发明一并公开了相应的无人船通信系统。

Description

一种无人船通信方法及系统

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，尤其涉及一种无人船通信方法及系统。

背景技术

无人船是一种依靠自身携带的能源进行自主航行的水面平台，或称为水面机器人。无人船通过实时遥控或预设的控制程序在内陆湖泊或海洋中航行，搭载特定的任务平台，执行特定的任务，并将采集到的数据实时回传到岸端。无人船可以代替工作人员从事水上作业，目前在环保、测绘、安防甚至军事等领域得到了广泛应用，具有重要的经济价值、社会价值、军用价值。

无人船需要将采集到的数据实时回传至岸端，因此，无人船与岸端之间需要有可靠的无线通信链路。然而，由于电磁波传播的固有限制，无线通信通常只支持视距通信，对于传输距离、天线架设高度以及天线的方向性很敏感，加之无人船通常船体较小，天线架设高度很低，这样，当无人船距离岸端较远、无人船所处的湖面/海面浪涌环境加剧、无人船被其他船只或岛屿遮挡时，无人船的通信性能会急剧恶化甚至中断，威胁其安全航行，同时也对其执行任务带来不利影响。

因此，需要一种更稳定、可靠的无人船通信方案。

发明内容

为此，本发明提供一种无人船通信方法及系统，以力图解决或至少缓解上面存在的问题。

根据本发明的一个方面，提供一种无人船通信方法，在无人船通信系统或岸端通信系统中执行，所述无人船通信系统、岸端通信系统适于实现无人船与无人船之间、以及无人船与岸端之间的通信，所述无人船通信系统包括至少两个数据传输模块，所述岸端通信系统包括至少两个数据传输单元，每一个所述数据传输模块均对应于一个数据传输单元，每一个数据传输模块与其他无人船的相应数据传输模块或其对应的岸端的数据传输单元之间形成一条通信链路，所述方法包括：预设每一条通信链路的使用优先级；每隔预设时间确定每条通信链路的至少一个通信性能指标的波动率；将所有通信性能指标的波动率均满足预设的劣化条件的通信链路标记为不可用链路，将其他通信链路标记为可用链路；按照预设的优先级从所有可用链路中确定至少一条目标链路来进行无人船与岸端之间的数据传输。

可选地，在根据本发明的无人船通信方法中，通信性能指标的波动率按照以下步骤确定：获取当前时刻以及上一时刻的通信性能指标值；将当前时刻的通信性能指标值与上一时刻的通信性能指标值之差与上一时刻的通信性能指标值之商作为当前时刻的通信性能指标的波动率；将当前时刻的通信性能指标的波动率与前M个时刻的通信性能指标的波动率的平均值作为通信性能指标的波动率。

可选地，在根据本发明的无人船通信方法中，通信性能指标包括带宽、时延、丢包率中的一种或多种；劣化条件包括：带宽的波动率小于第一预设阈值、时延的波动率大于第二预设阈值、丢包率的波动率大于第三预设阈值中的一种或多种。

可选地，在根据本发明的无人船通信方法中，还包括步骤：预设目标带宽；所述按照预设的优先级从所有可用链路中确定至少一条目标链路来进行无人船与岸端之间的数据传输的步骤进一步包括：将所有可用链路按照优先级由高到低排序，形成可用链路序列；当所述序列中的前(N-1)条通信链路的带宽之和小于所述目标带宽，且前N条通信链路的带宽之和大于等于所述目标带宽时，将所述前N条通信链路作为目标链路来进行无人船与岸端之间的数据传输；当所述序列中的所有通信链路的带宽之和小于所述目标带宽时，将序列中的所有通信链路作为目标链路。

可选地，在根据本发明的无人船通信方法中，数据传输模块包括：无线图传模块、专网通信模块、卫星移动通信模块、4G公网模块中的一种或多种。

可选地，在根据本发明的无人船通信方法中，通信链路的优先级由高到低的顺序为：专网通信链路、无线图传链路、4G公网链路、卫星移动通信链路；或无线图传链路、专网通信链路、4G公网链路、卫星移动通信链路。

可选地，在根据本发明的无人船通信方法中，无人船通信系统还包括至少一个数据采集模块，所述方法还包括步骤：根据各目标链路的通信性能来调整各数据采集模块的采集参数，所述通信性能包括各通信性能指标值、各通信性能指标的波动率中的一种或多种，所述采集参数包括采集频率和/或单次采集的数据量。

可选地，在根据本发明的无人船通信方法中，数据采集模块包括：摄像头和至少一个传感器。

根据本发明的另一个方面，提供一种无人船通信系统，适于与其他无人船通信系统或岸端通信系统进行通信，所述无人船通信系统包括网关设备和至少两个数据传输模块，所述网关设备分别与每一个数据传输模块相连，所述岸端通信系统包括至少两个数据传输单元，每一个所述数据传输模块均对应于一个数据传输单元，每一个数据传输模块与其他无人船的相应数据传输模块或其对应的岸端的数据传输单元之间形成一条通信链路，其中，所述网关设备适于按照如上所述的无人船通信方法来确定至少一条目标链路；所述目标链路所对应的数据传输模块适于向该目标链路所对应的数据传输单元传输数据。

可选地，在根据本发明的无人船通信系统中，数据传输模块包括：无线图传模块、专网通信模块、卫星移动通信模块、4G公网模块中的一种或多种。

可选地，在根据本发明的无人船通信系统中，还包括主控模块和至少一个数据采集模块，所述主控模块和至少一个数据采集模块分别与所述网关设备相连，所述主控模块适于接收所述网关设备上传的各目标链路的通信性能信息，根据各目标链路的通信性能来确定各数据采集模块的采集参数，以及将所确定的采集参数通过所述网关设备发送至各数据采集模块，以调整各数据采集模块的采集情况，其中，所述通信性能包括各通信性能指标值、各通信性能指标的波动率中的一种或多种，所述采集参数包括采集频率和/或单次采集的数据量。

可选地，在根据本发明的无人船通信系统中，数据采集模块包括摄像头和至少一个传感器。

可选地，在根据本发明的无人船通信系统中，还包括至少一个控制指令传输模块，每一个所述控制指令传输模块分别与所述主控模块相连，适于接收岸端通信系统发来的控制指令或向岸端通信系统发送状态信息。

可选地，在根据本发明的无人船通信系统中，控制指令传输模块包括数传模块和/或北斗模块。

可选地，在根据本发明的无人船通信系统中，每一个所述控制指令传输模块通过串口与所述主控模块相连，每一个所述数据采集模块通过局域网口 (LAN)连接至所述网关设备，每一个所述数据传输模块通过广域网口 (WAN)连接至所述网关设备。

可选地，在根据本发明的无人船通信系统中，各传输模块分别工作在不同的频率，每一个传输模块均包括天线，所述传输模块包括控制指令传输模块和数据传输模块，其中，频率相邻的传输模块的天线位置不相邻，位置相邻的两个天线之间的距离大于等于频率最低的传输模块的频率所对应的波长。

根据本发明的技术方案，无人船中集成了多个数据传输模块，岸端设置有相应的数据传输单元，无人船上的每一个数据传输模块与其对应的岸端的数据传输单元之间形成一条通信链路，即，无人船与岸端之间有多条通信链路。本发明的无人船通信方法可以实时监测各通信链路的通信性能，根据通信性能来确定可用链路和不可用链路，从可用链路中选择出一条或多条链路作为目标链路，来进行无人船与岸端之间的数据传输。本发明的技术方案根据各链路的通信性能以及目标传输带宽等来实时调整参与数据传输的目标链路，实现了多通信链路的自适应聚合，有效地保证了无人船与岸端通信的稳定性和可靠性。

进一步地，本发明的技术方案还可以根据各目标链路的实时通信性能来调整无人船上的各数据采集模块的采集参数，从而调整待传输的数据量，使得待传输的数据量与当前使用中的目标链路的通信性能相匹配，避免无人船处数据积压，使通信链路资源利用最大化。

进一步地，本发明中针对各传输模块进行了电磁兼容设计，各传输模块分别工作在不同的频率，工作频率相邻的传输模块的天线位置不相邻，位置相邻的两个天线之间的距离大于等于频率最低的传输模块的频率所对应的波长，从而避免各传输模块之间的信号相互干扰，提高数据传输的效率和可靠性。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。

附图说明

为了实现上述以及相关目的，本文结合下面的描述和附图来描述某些说明性方面，这些方面指示了可以实践本文所公开的原理的各种方式，并且所有方面及其等效方面旨在落入所要求保护的主题的范围内。通过结合附图阅读下面的详细描述，本公开的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显。遍及本公开，相同的附图标记通常指代相同的部件或元素。

图1示出了根据本发明一个实施例的无人船通信系统100及其对应的岸端通信系统的示意图；

图2示出了根据本发明另一个实施例的无人船通信系统200及其对应的岸端通信系统的示意图；

图3A～图3C示出了根据本发明三个实施例的多个传输模块的天线布局示意图；

图4示出了根据本发明一个实施例的无人船通信方法400的流程图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

图1示出了根据本发明一个实施例的无人船通信系统100及其对应的岸端通信系统的示意图。如图1所示，无人船通信系统100对应于一个岸端通信系统，无人船通信系统100以及其所对应的岸端通信系统用于实现无人船与岸端的通信。

如图1所示，无人船通信系统100典型地包括网关设备110和多个数据传输模块120。数据传输模块120通常为无线宽带通信模块，例如无线宽带图像传输模块(简称无线图传模块)、宽带专网通信模块(简称专网通信模块)、宽带卫星移动通信模块(简称卫星移动通信模块)、4G公网通信模块(简称 4G公网模块)等，但不限于此。每一个数据传输模块120与岸端通信系统中的一个数据传输单元相对应，数据传输模块120与其对应的数据传输单元之间形成一条通信链路，这样，无人船与岸端之间存在多条通信链路，各通信链路之间相互独立。一条通信链路可以单独地进行数据传输，也可以与其他通信链路合作，共同完成数据传输任务。

应当指出，在实际应用中，存在如图1所示的无人船与岸端直接通信的情况，也存在多条无人船与岸端组网通信的情况。在组网通信中，一条无人船可能以其他一条或多条无人船作为中继节点来实现与岸端的通信。虽然图1 中仅示出了一条无人船与岸端直接通信的情况，但是，本领域技术人员可以理解，本发明的技术方案同样适用于无人船与无人船之间的通信。在无人船与无人船通信的情况下，仅需将图1中的岸端通信系统替换为另一个无人船通信系统300即可。当然，无人船通信系统300中应当包括分别与无人船通信系统100中的数据传输模块120-1～120-4相对应的数据传输模块 320-1～320-4，这样，无人船通信系统100中的每一个数据传输模块120与无人船通信系统300中的相应数据传输模块320之间均可形成一条通信链路，例如，数据传输模块120-1与数据传输模块320-1之间形成一条通信链路，数据传输模块120-2与数据传输模块320-2之间形成一条通信链路，等等。类似地，各通信链路之间相互独立，一条通信链路可以单独地进行数据传输，也可以与其他通信链路合作，共同完成数据传输任务。

应当指出，虽然图1中示出了4个数据传输模块120，但是，本领域技术人员应当知道，无人船通信系统100中可以设置任意数量个数据传输模块120，为了保证本发明的实施，数据传输模块120的数量应当大于等于2，本发明对无人船通信系统中所包括的数据传输模块120的具体数量不做限制。

网关设备110包括多个网络端口，具体地，网关设备110包括一个或多个局域网口(LAN)和一个或多个广域网口(WAN)，每一个数据传输模块120通过广域网口(WAN)连接至网关设备110，例如，每一个数据传输模块 120通过RJ45网线连接至网关设备110的广域网口(WAN)，网关设备110 可以通过不同的端口号以及IP地址来区分各数据传输模块120。根据一种实施例，无人船通信模块100还包括多个数据采集模块140，数据采集模块140 例如可以是摄像头和传感器等，但不限于此。应当指出，此处的传感器泛指一切用于采集、检测水面以及水下信息的设备，例如多波束测深系统、雷达传感器等，但不限于此。数据采集模块140通过局域网口(LAN)连接至网关设备110，例如，通过RJ45网线连接至网关设备110的局域网口(LAN)。

网关设备110一方面通过广域网口(WAN)与数据传输模块120相连，一方面通过局域网口(LAN)与数据采集模块140相连，其可以将数据采集模块140所采集到的数据分配至数据传输模块120实时传输至岸端。进一步地，网关设备110可以实时监测各数据传输模块120所对应的通信链路的连通性以及通信性能，根据通信性能来确定可用链路和不可用链路，从可用链路中选择出一条或多条链路作为目标链路，来进行无人船与岸端之间的数据传输，从而实现了多通信链路的自适应选择与聚合，有效地保证了无人船与岸端通信的稳定性与可靠性。

根据一种实施例，无人船通信系统还包括主控模块130，主控模块130通过局域网口(LAN)连接至网关设备110，网关设备110可以将监测到的各通信链路的通信性能上传至主控模块130，通信性能例如包括各通信性能指标值 (带宽、时延、丢包率等)、各通信性能指标的波动率、通信链路的可用性等，但不限于此。主控模块130根据各目标链路的通信性能来调整各数据采集模块140的采集参数，采集参数包括采集频率和/或单次采集的数据量等，但不限于此。这样，主控模块130可以从网关设备110处实时获取各目标链路的通信性能，并据此调整各数据采集模块140的采集参数，也即，调整待传输的数据量，使得待传输的数据量与当前目标链路的通信性能相匹配，从而避免无人船处数据积压，使得通信链路的资源利用最大化。

根据一种实施例，无人船通信系统100还包括至少一个控制指令传输模块150，适于接收岸端通信系统发来的控制指令或向岸端通信系统发送状态信息。控制指令传输模块150通常为窄带无线通信模块，例如窄带无线数传模块(简称无线数传模块)、北斗通信模块(简称北斗模块)等，但不限于此。每一个控制指令传输模块150分别与主控模块130相连，例如，通过RS485 串口与主控模块130相连。

应当指出，数据传输模块120和控制指令传输模块150均可以与岸端进行通信，相应地，每一个数据传输模块120和控制指令传输模块150均具有用于发射或接收电磁波的天线160。为了叙述方便，将数据传输模块和控制指令传输模块统称为传输模块。为了避免各传输模块之间的电磁波信号相互干扰，提高数据传输的效率和可靠性，根据一种实施例，各传输模块分别工作在不同的频率，并在布置各传输模块的天线位置时，使频率相邻的传输模块的天线位置不相邻，位置相邻的两个天线之间的距离大于等于频率最低的传输模块的频率所对应的波长。

图2进一步示出了根据本发明另一个实施例的无人船通信系统200 及其对应的岸端通信系统的示意图。无人船通信系统200是无人船通信系统 100的进一步细化。如图2所示，无人船通信系统200包括网关设备110，4 个数据传输模块120-1～120-4，主控模块130，两个数据采集模块140-1、140-2， 2个控制指令传输模块150-1、150-2以及无人船动力机构170。

如图2所示，4个数据传输模块分别为无线图传模块120-1、专网通信模块120-2、卫星移动通信模块120-3以及4G公网模块120-4，各数据传输模块 120分别通过RJ45网线连接至网关设备110的广域网口(WAN)。无线图传模块120-1通常作为近距离(2～5km)通信的主力通信链路；专网通信模块120-2 通常作为远距离(30km及以上)通信的主力通信链路，当然，其也可用于近距离通信；卫星移动通信模块120-3的传输不受地理位置限制，其通信范围广； 4G公网模块120-4的传输通常受限于运营商的网络建设和覆盖情况。对于无线图传模块120-1，岸端通信系统中设置有与之相对应的无线图传单元，无线图传模块120-1与无线图传单元可以进行点对点通信，将无人船处的数据传输至岸端。对于专网通信模块120-2，岸端通信系统中设置有与之相对应的专网通信单元，专网通信模块120-2与专网通信单元可以进行点对点通信，将无人船出的数据传输至岸端。对于卫星移动通信模块120-3和4G公网模块120-4，二者并非与岸端的相应传输单元进行点对点通信，而是各自将数据发送至附近的基站，通过各基站的中继、转发最终传输至岸端，因此，岸端对应于卫星移动通信模块120-3和4G公网模块120-4的数据传输单元实际上是一个接入互联网的入口，通过该入口可以获取基站转发而来的数据。

如图2所示，两个数据采集模块分别为摄像头140-1以及传感器140-2，主控模块130以及各数据采集模块140分别通过RJ45网线连接至网关设备 110的局域网口(LAN)。摄像头140-1以及传感器140-2的采集参数均可由主控模块130来调整，采集参数例如包括采集频率(对于摄像头140-1相当于帧率)和单次采集的数据量(对于摄像头140-1来说是图像的分辨率)。

如图2所示，两个控制指令传输模块分别为数传模块150-1和北斗模块 150-2，各控制指令传输模块150分别通过RS485串口连接至主控模块130。数传模块150-1通常应用于近距离实时控制指令的传输；北斗模块150-2通常用于非实时控制指令的传输，且不受地理位置的限制。

如图2所示，动力机构170通过CAN总线与主控模块130相连，主控模块130可以向动力机构170发送控制信号，动力机构170基于该控制信号来调整无人船的航行方向、速度、单点停留时间等。

如图2所示，数传模块150-1、北斗模块150-2、无线图传模块120-1、专网通信模块120-2、卫星移动通信模块120-3、4G公网模块120-4用于与岸端进行无线通信，其分别包括天线160。这六个模块分别工作在不同的频率，如下表所示：

序号	传输模块	工作频率
			1	数传模块150-1	433±4MHz
2	北斗模块150-2	1615.68±4.08MHz
			3	无线图传模块120-1	2400±10MHz
4	专网通信模块120-2	1438±10MHz
			5	卫星移动通信模块120-3	2～4GHz(例如2600或3200MHz)
6	4G公网模块120-4	2GHz左右

为了避免以上模块之间的电磁波信号相互干扰，在布置各模块时，使频率相邻的传输模块的天线位置不相邻。将以上六个模块按照频率由小到大的顺序排列为：1<4<2<6<3<5，相应地，按照上述规则，在布置各模块的天线时，应当使1与4不相邻，4与2不相邻，2与6不相邻，6与3不相邻，3与5 不相邻。另外，在确定了天线排布的相邻顺序后，还要保证位置相邻的两个天线之间的距离大于等于频率最低的传输模块的频率所对应的波长。在以上六个模块中，频率最低的传输模块的频率为433MHz，根据公式c＝λv(光速＝波长*频率)，得到λ＝c/v＝3*10^8/433*10^6＝0.7m，则在布置天线时，位置相邻的两个天线之间的距离应当大于等于0.7m，当然，将两个天线之间的距离均设置为最小值0.7m是最节省空间的方案。应当指出，符合上述规则的天线排布方式并不是唯一的，例如，图3A～3C示出了符合规则的三种天线排列方式，在实际应用中，本领域技术人员可以采用任何符合上述规则的天线排布方式，本发明对各传输模块的天线的具体排布方式不做限制。另外，应当指出，为了简洁、直观地说明本发明的天线排布方案，图3A～3C着重表达各天线的排列顺序以及间隔距离，而没有对天线的架设高度进行区分。本领域技术人员应当理解，在实际应用中，不同传输模块的天线的架设高度通常是有区别的，具体地，无人船上各传输模块的天线的架设高度与模块的通信距离以及岸端天线的架设高度有关。例如，对于视距通信的传输模块来说，通信距离、岸端的天线架设高度、无人船上的天线架设高度满足以下公式：

其中，D为通信距离，H_t为岸端的天线架设高度，H_r为无人船上的天线架设高度(H_t、H_r的单位均为千米)，μ为修正系数，例如μ＝3.87。

图4示出了根据本发明一个实施例的无人船通信方法400的流程图。方法400适于在无人船通信系统(例如前述无人船通信系统100、200)或岸端通信系统中执行，用于实现多条通信链路的自适应调度及聚合。如图4所示，方法400始于步骤S410。

在步骤S410中，预设每一条通信链路的使用优先级。

通信链路的使用优先级可以由本领域技术人员自行设置，本发明对此不做限制。例如，对于图2中所示的包括无线图传模块120-1、专网通信模块 120-2、卫星移动通信模块120-3、4G公网模块120-4四个数据传输模块的系统，由于卫星移动通信以及4G公网均按照流量收费，成本较高，因此通常将其使用优先级设置的比较靠后，即将其作为备用通信链路。例如，对于以上四个数据传输模块所对应的四条通信链路，其优先级从高到低的顺序可以是专网通信链路、无线图传链路、4G公网链路、卫星移动通信链路；无线图传链路、专网通信链路、4G公网链路、卫星移动通信链路；等。

随后，在步骤S420中，每隔预设时间确定每条通信链路的至少一个通信性能指标的波动率。应当指出，预设时间可以由本领域技术人员自行设置，本发明对此不做限制，例如，可以将预设时间设置为1秒。

根据一种实施例，通信性能指标的波动率按照以下步骤1)～3)确定：

1)获取当前时刻以及上一时刻的通信性能指标值。应当指出，当前时刻与前一时刻之差为前述预设时间。通信性能指标包括带宽(即传输速率)、时延、丢包率等，但不限于此。通信性能指标例如可以通过发送ping包指令的方式来获取，但不限于此。例如，当前时刻为t5，上一时刻为t4，那么：

对于带宽来说，步骤1)相当于获取通信链路在t5时刻的带宽w5以及t4 时刻的带宽w4，具体地，t5时刻的带宽w5可以在t5时刻实时测算得出，t4 时刻的带宽w4在t4时刻测算得出并缓存(例如缓存于网关设备110中)，当需要获取w4时，直接从缓存中读取即可。特别地，若通信链路不通，则将其带宽记为0。

对于时延来说，步骤1)相当于获取通信链路在t4～t5时间段内的所有ping 包的时延的均值d5，以及t3～t4时间段内的所有ping包的时延均值d4。特别地，若通信链路不通，则将其时延记为存储单元可存储的最大值，例如，若用长度为2字节(16比特)的变量来存储时延，则在通信链路不通时，将时延记为2^16-1＝65535。

对于丢包率来说，步骤1)相当于获取通信链路在t4～t5时间段内的丢包率p5，以及t3～t4时间段内的丢包率p4。特别地，若通信链路不通，则将其丢包率记为1。

2)将当前时刻的通信性能指标值与上一时刻的通信性能指标值之差与上一时刻的通信性能指标值之商作为当前时刻的通信性能指标的波动率。例如，基于上述步骤1)中获取到的通信链路在当前时刻t5的带宽w5、时延d5、丢包率p5，以及上一时刻t4的带宽w4、时延d4、丢包率p4，可得：

当前时刻t5的带宽的波动率fw5＝(w5-w4)/w4；

当前时刻t5的时延的波动率fd5＝(d5-d4)/d4；

当前时刻t5的丢包率的波动率fp5＝(p5-p4)/p4。

3)将当前时刻的通信性能指标的波动率与前M个时刻的通信性能指标的波动率的平均值作为通信性能指标的波动率。应当指出，M可以设置为大于等于0的任意整数，本发明对M的具体取值不做限制。当M＝0时，实际上就是将步骤2)中确定的当前时刻的通信性能指标的波动率作为通信性能指标的最终波动率。根据一种实施例，M＝3，则在t5时刻，带宽的波动率为(fw5+fw4+ fw3)/3，时延的波动率为(fd5+fd4+fd3)/3，丢包率的波动率为(fp5+fp4+fp3)/3。

随后，在步骤S430中，将所有通信性能指标的波动率均满足预设的劣化条件的通信链路标记为不可用链路，将其他通信链路标记为可用链路。

根据一种实施例，劣化条件包括：带宽的波动率小于第一预设阈值、时延的波动率大于第二预设阈值、丢包率的波动率大于第三预设阈值中的一种或多种。应当指出，第一预设阈值、第二预设阈值、第三预设阈值的值可以相同，也可以不同，其具体取值由本领域技术人员自行设置，本发明对三者的取值不做限制。根据一种实施例，可以将第一预设阈值设置为-50％，将第二预设阈值和第三预设阈值均设置为50％。

基于步骤S430，当一个通信链路的所有通信性能指标的波动率均满足预设的劣化条件时，表示该通信链路处于严重恶化的状态，将其标记为不可用链路。相应地，若通信链路的至少一个通信性能指标的波动率不满足劣化条件，则将该通信链路标记为可用链路。

随后，在步骤S440中，按照预设的优先级从所有可用链路中确定至少一条目标链路来进行无人船与岸端之间的数据传输。

例如，通信链路优先级从高到低的顺序为：专网通信链路、无线图传链路、4G公网链路、卫星移动通信链路，经过步骤S430的计算，确定专网通信链路为不可用链路，其他链路为可用链路，则在步骤S440中，可以将无线图传链路作为目标链路，或将无线图传链路和4G公网链路作为目标链路，或将无线图传链路、4G公网链路、卫星移动通信链路作为目标链路。

根据一种实施例，还可以预设目标带宽，相应地，步骤S440进一步按照以下步骤实施：将所有可用链路按照优先级由高到低排序，形成可用链路序列；当序列中的前(N-1)条通信链路的带宽之和小于目标带宽，且前N条通信链路的带宽之和大于等于目标带宽时，将前N条通信链路作为目标链路来进行无人船与岸端之间的数据传输；当序列中的所有通信链路的带宽之和小于目标带宽时，将序列中的所有通信链路作为目标链路。

例如，通信链路优先级从高到低的顺序为：专网通信链路、无线图传链路、4G公网链路、卫星移动通信链路，经过步骤S430的计算，确定专网通信链路为不可用链路，其他链路为可用链路，则可用链路序列为：无线图传链路，4G公网链路，卫星移动通信链路，各可用链路当前时刻的带宽分别为： 2Mbps，6Mbps，4Mbps。若目标带宽为7Mbps，则将无线图传链路和4G公网链路作为目标链路；若目标带宽为10Mbps，则将无线图传链路、4G公网链路、卫星移动通信链路均作为目标链路，即将所有可用链路均作为目标链路，这时目标链路可以满足目标带宽需求；若目标带宽为15Mbps，所有可用链路的带宽之和仍小于目标带宽，这时将所有可用链路均作为目标链路，此时目标链路无法满足目标带宽需求。

根据一种实施例，在步骤S440之后，还包括步骤S450(步骤S450在图 4中未示出)。在步骤S450中，根据各目标链路的通信性能来调整各数据采集模块的采集参数，通信性能包括各通信性能指标值、各通信性能指标的波动率中的一种或多种，采集参数包括采集频率和/或单次采集的数据量。例如，数据采集模块为摄像头，当各目标链路的通信性能较差时，可以降低摄像头采集图像的帧率和/或分辨率，从而减小待传输的数据量，降低对于传输带宽的需求，使得待传输的数据量与当前目标链路的通信性能相匹配，避免无人船处数据积压，使通信链路资源利用最大化。

步骤S450可以根据各目标链路的通信性能来实时调整各数据采集模块的采集参数，使得无人船处采集、待传输的数据量与当前目标链路的通信性能相匹配。实际上，数据采集模块也可以影响目标链路的选择，例如，步骤S440 中的目标带宽可以根据各数据采集模块实时采集到的数据量来确定。这样，本发明的无人船通信方法可以实现数据传输与数据采集的双向调整，有效地保证了无人船与岸端通信的稳定性和可靠性。

应当指出，方法400适于在无人船通信系统(例如前述无人船通信系统 100、200)或岸端通信系统中执行，具体地，通信性能指标的监测以及目标链路的选择(即步骤S410～S440)通常由网关设备来实施(例如图1、图2中的网关设备110，以及岸端通信系统中的网关设备等)，数据采集模块的采集参数的调整(即步骤S450)通常由主控模块来实施(例如图1、图2中的主控模块130)。另外，当方法400在无人船通信系统中执行时，无人船处的网关设备110可以监测各通信链路的通信性能并据此进行目标链路的选择，将目标链路的通信性能上报至主控模块130，主控模块130根据目标链路的通信性能来确定各数据采集模块140的采集参数，将所确定的采集参数通过网关设备110发送至各数据采集模块，以实现各数据采集模块的采集参数的实时调整。当方法400在岸端通信系统中执行时，由岸端的网关设备来监测各通信链路的通信性能并选择目标链路，将目标链路的选择结果和各目标链路的通信性能通过控制指令传输模块150传输至无人船主控模块130，主控模块 130将目标链路的选择结果发送至网关设备110，由网关设备110来进行目标链路的切换。此外，主控模块130根据目标链路的通信性能来调整各数据采集模块140的采集参数。

B11：B9或10所述的系统，其中，还包括主控模块和至少一个数据采集模块，所述主控模块和至少一个数据采集模块分别与所述网关设备相连，

所述主控模块适于接收所述网关设备上传的各目标链路的通信性能信息，根据各目标链路的通信性能来确定各数据采集模块的采集参数，以及将所确定的采集参数通过所述网关设备发送至各数据采集模块，以调整各数据采集模块的采集情况，其中，所述通信性能包括各通信性能指标值、各通信性能指标的波动率中的一种或多种，所述采集参数包括采集频率和/或单次采集的数据量。

B12：B11所述的系统，其中，所述数据采集模块包括摄像头和至少一个传感器。

B13：B9-12中任一项所述的系统，其中，还包括至少一个控制指令传输模块，每一个所述控制指令传输模块分别与所述主控模块相连，适于接收岸端通信系统发来的控制指令或向岸端通信系统发送状态信息。

B14：B13所述的系统，其中，所述控制指令传输模块包括数传模块和/ 或北斗模块。

B15：B13或14所述的系统，其中，每一个所述控制指令传输模块通过串口与所述主控模块相连，每一个所述数据采集模块通过局域网口(LAN) 连接至所述网关设备，每一个所述数据传输模块通过广域网口(WAN)连接至所述网关设备。

B16：B13-15中任一项所述的系统，其中，各传输模块分别工作在不同的频率，每一个传输模块均包括天线，所述传输模块包括控制指令传输模块和数据传输模块，其中，频率相邻的传输模块的天线位置不相邻，位置相邻的两个天线之间的距离大于等于频率最低的传输模块的频率所对应的波长。

在此处所提供的说明书中，算法和显示不与任何特定计算机、虚拟系统或者其它设备固有相关。各种通用系统也可以与本发明的示例一起使用。根据上面的描述，构造这类系统所要求的结构是显而易见的。此外，本发明也不针对任何特定编程语言。应当明白，可以利用各种编程语言实现在此描述的本发明的内容，并且上面对特定语言所做的描述是为了披露本发明的最佳实施方式。

在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下被实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。

类似地，应当理解，为了精简本公开并帮助理解各个发明方面中的一个或多个，在上面对本发明的示例性实施例的描述中，本发明的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本发明要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多特征。更确切地说，如下面的权利要求书所反映的那样，发明方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本发明的单独实施例。

本领域那些技术人员应当理解在本文所公开的示例中的设备的模块或单元或组件可以布置在如该实施例中所描述的设备中，或者可替换地可以定位在与该示例中的设备不同的一个或多个设备中。前述示例中的模块可以组合为一个模块或者此外可以分成多个子模块。

本领域那些技术人员可以理解，可以对实施例中的设备中的模块进行自适应性地改变并且把它们设置在与该实施例不同的一个或多个设备中。可以把实施例中的模块或单元或组件组合成一个模块或单元或组件，以及此外可以把它们分成多个子模块或子单元或子组件。除了这样的特征和/或过程或者单元中的至少一些是相互排斥之外，可以采用任何组合对本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征以及如此公开的任何方法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述，本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的的替代特征来代替。

此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在下面的权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。

此外，所述实施例中的一些在此被描述成可以由计算机系统的处理器或者由执行所述功能的其它装置实施的方法或方法元素的组合。因此，具有用于实施所述方法或方法元素的必要指令的处理器形成用于实施该方法或方法元素的装置。此外，装置实施例的在此所述的元素是如下装置的例子：该装置用于实施由为了实施该发明的目的的元素所执行的功能。

如在此所使用的那样，除非另行规定，使用序数词“第一”、“第二”、“第三”等等来描述普通对象仅仅表示涉及类似对象的不同实例，并且并不意图暗示这样被描述的对象必须具有时间上、空间上、排序方面或者以任意其它方式的给定顺序。

尽管根据有限数量的实施例描述了本发明，但是受益于上面的描述，本技术领域内的技术人员明白，在由此描述的本发明的范围内，可以设想其它实施例。此外，应当注意，本说明书中使用的语言主要是为了可读性和教导的目的而选择的，而不是为了解释或者限定本发明的主题而选择的。因此，在不偏离所附权利要求书的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。对于本发明的范围，对本发明所做的公开是说明性的而非限制性的，本发明的范围由所附权利要求书限定。

Claims (10)

1.一种无人船通信方法，在无人船通信系统或岸端通信系统中执行，所述无人船通信系统、岸端通信系统适于实现无人船与无人船之间、以及无人船与岸端之间的通信，所述无人船通信系统包括至少两个数据传输模块，所述岸端通信系统包括至少两个数据传输单元，每一个所述数据传输模块均对应于一个数据传输单元，每一个数据传输模块与其他无人船的相应数据传输模块或其对应的岸端的数据传输单元之间形成一条通信链路，所述方法包括：

预设每一条通信链路的使用优先级；

每隔预设时间确定每条通信链路的至少一个通信性能指标的波动率；

将所有通信性能指标的波动率均满足预设的劣化条件的通信链路标记为不可用链路，将其他通信链路标记为可用链路；

按照预设的优先级从所有可用链路中确定至少一条目标链路来进行无人船与岸端之间的数据传输。

2.如权利要求1所述的方法，其中，所述通信性能指标的波动率按照以下步骤确定：

获取当前时刻以及上一时刻的通信性能指标值；

将当前时刻的通信性能指标值与上一时刻的通信性能指标值之差与上一时刻的通信性能指标值之商作为当前时刻的通信性能指标的波动率；

将当前时刻的通信性能指标的波动率与前M个时刻的通信性能指标的波动率的平均值作为通信性能指标的波动率。

3.如权利要求1或2所述的方法，其中，所述通信性能指标包括带宽、时延、丢包率中的一种或多种；

所述劣化条件包括：带宽的波动率小于第一预设阈值、时延的波动率大于第二预设阈值、丢包率的波动率大于第三预设阈值中的一种或多种。

4.如权利要求3所述的方法，其中，还包括步骤：预设目标带宽；

所述按照预设的优先级从所有可用链路中确定至少一条目标链路来进行无人船与岸端之间的数据传输的步骤进一步包括：

将所有可用链路按照优先级由高到低排序，形成可用链路序列；

当所述序列中的前(N-1)条通信链路的带宽之和小于所述目标带宽，且前N条通信链路的带宽之和大于等于所述目标带宽时，将所述前N条通信链路作为目标链路来进行无人船与岸端之间的数据传输；

当所述序列中的所有通信链路的带宽之和小于所述目标带宽时，将序列中的所有通信链路作为目标链路。

5.如权利要求1-4中任一项所述的方法，其中，所述数据传输模块包括：无线图传模块、专网通信模块、卫星移动通信模块、4G公网模块中的一种或多种。

6.如权利要求5所述的方法，其中，通信链路的优先级由高到低的顺序为：

专网通信链路、无线图传链路、4G公网链路、卫星移动通信链路；或

无线图传链路、专网通信链路、4G公网链路、卫星移动通信链路。

7.如权利要求1-6中任一项所述的方法，其中，所述无人船通信系统还包括至少一个数据采集模块，所述方法还包括步骤：

根据各目标链路的通信性能来调整各数据采集模块的采集参数，所述通信性能包括各通信性能指标值、各通信性能指标的波动率中的一种或多种，所述采集参数包括采集频率和/或单次采集的数据量。

8.如权利要求7所述的方法，其中，所述数据采集模块包括：摄像头和至少一个传感器。

9.一种无人船通信系统，适于与其他无人船通信系统或岸端通信系统进行通信，所述无人船通信系统包括网关设备和至少两个数据传输模块，所述网关设备分别与每一个数据传输模块相连，所述岸端通信系统包括至少两个数据传输单元，每一个所述数据传输模块均对应于一个数据传输单元，每一个数据传输模块与其他无人船的相应数据传输模块或其对应的岸端的数据传输单元之间形成一条通信链路，其中，

所述网关设备适于按照如权利要求1-8中任一项所述的方法来确定至少一条目标链路；

所述目标链路所对应的数据传输模块适于向该目标链路所对应的数据传输单元传输数据。

10.如权利要求9所述的系统，其中，所述数据传输模块包括：无线图传模块、专网通信模块、卫星移动通信模块、4G公网模块中的一种或多种。