CN109479069A - 对无人机的网络通信进行管理 - Google Patents

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Abstract

各个实施例包括对无人机的网络通信进行管理的方法。该方法可以包括确定至少两种通信类型中的哪种类型，以对被指定用于传输给无人机或者从无人机传输的通信分类。至少两种通信类型可以包括操作安全通信与有效载荷通信。可以基于所确定的通信的类型，来分配通信服务配置。可以使用所分配的通信服务配置来发送去往或者来自无人机的通信。

Description

对无人机的网络通信进行管理
相关申请
本申请要求享受于2016年7月15日提交的、名称为“Managing NetworkCommunication of an Unmanned Autonomous Vehicle”的美国临时专利申请62/362,820的优先权的权益，该申请的全部内容通过引用的方式并入本文。
背景技术
无人机或者无人自主/半自主运载工具(vehicles)通常需要用于两种不同通信类型的连接服务，即操作安全通信和有效载荷通信。操作安全通信涉及无人机安全(safety)、完整和/或安保(security)。相反，有效载荷涉及不直接涉及无人机的安全和/或安保的其它通信。通常，这两种不同通信类型具有冲突的需求，由此在同一无线网络上支持这两种通信类型可能是有问题的。
发明内容
各个实施例包括对无人机的网络通信进行管理的方法。所述方法可以包括确定被指定用于传输给无人机或者从所述无人机传输的通信的类型。所确定的通信的类型可以是至少两种通信类型中的一种，所述至少两种通信类型包括用于操作安全通信的第一通信类型以及用于有效载荷通信的第二通信类型。可以基于所确定的所述通信的类型，来分配通信服务配置。
在各个实施例中，所分配的通信服务配置可以包括响应于所确定的所述通信的类型是所述第一通信类型的第一配置、以及响应于所确定的所述通信的类型是所述第二通信类型的第二配置，所述第二配置与所述第一配置不同。所述第一配置可以包括第一认证机制或者第一安全凭证中的至少一项，并且所述第二配置可以包括第二认证机制或者第二安全凭证中的至少一项。可以使用所分配的通信服务配置，来发送被指定用于传输给所述无人机或者从所述无人机传输的所述通信。
在各个实施例中，所分配的通信服务配置可以包括针对所述第一通信类型的第一服务质量指定以及针对所述第二通信类型的第二服务质量指定。
在各个实施例中，分配所述通信服务配置可以包括：将一个或多个通信资源专用于所述通信的所述传输，以便增加所述通信将被成功地完成的可能性。分配所述通信服务配置可以包括：基于所确定的所述通信的类型，将高于所述第二通信类型的优先级分配给所述第一通信类型。所述无人机可以被配置为将单个无人机无线电单元用于发送所述至少两种通信类型二者。
在各个实施例中，确定被指定用于传输的所述通信的类型可以包括：识别所述通信内的指示所述通信的类型的数据。确定被指定用于传输的所述通信的类型可以包括：识别与所述通信相关联的指示所述通信的类型的应用。
在各个实施例中，使用所分配的通信服务配置来发送所述通信可以包括：使用优先级划分调度，所述优先级划分调度响应于所确定的所述通信的类型是所述第一通信类型，将第一等级的优先级给予所述通信，并且响应于所确定的所述通信的类型是所述第二通信类型，将与所述第一等级的优先级不同的第二等级的优先级给予所述通信。使用所分配的通信服务配置来发送所述通信可以包括：使用打孔资源调度，所述打孔资源调度将所述通信插入到正在进行的传输内或者随着正在进行的传输插入。使用所分配的通信服务配置来发送所述通信可以包括发送用于激活多小区协调的网络消息，所述多小区协调被配置为增加所述通信在被发送给所述无人机的情况下被所述无人机接收到的可能性或者所述通信在从所述无人机发送的情况下从所述无人机接收到的可能性。
在各个实施例中，所分配的通信服务配置可以包括所述第一认证机制，所述第一认证机制包括用于凭证测试的安全密钥交换、密钥验证或者通信信道建立中的至少一项。所分配的通信服务配置可以包括所述第一认证机制，所述第一认证机制包括随机化分裂密钥。所分配的通信服务配置可以包括所述第一安全凭证，所述第一安全凭证包括基于文本的通信或者接入码中的至少一项。所分配的通信服务配置可以包括所述第一安全凭证，所述第一安全凭证包括从物理或者生物计量特征中的至少一项推导的数据。
另外的实施例可以包括远离所述无人机的计算设备，其包括收发机和处理器，所述处理器被配置为执行以上概述的方法的操作。另外的实施例可以包括无人机，其包括收发机和处理器，所述处理器被配置为执行以上概述的方法的操作。
另外的实施例包括无人机和/或远程计算设备，其具有用于执行以上概述的方法的功能的单元。另外的实施例包括一种非暂时性处理器可读存储介质，其上存储有处理器可执行指令，所述处理器可执行指令被配置为使得处理器执行以上概述的方法的操作。
附图说明
并入本文并且构成该说明书的部分的附图示出了权利要求的示例性实施例，并且连同本文给出的总体描述以及详细描述用于解释权利要求的特征。
图1是根据各个实施例的通信系统的系统框图。
图2是示出根据各个实施例的无人机的组件的组成框图。
图3是示出根据各个实施例的无人机任务控制器的组件的组成框图。
图4是示出根据各个实施例的无人机操作控制器的组件的组成框图。
图5是示出根据各个实施例的用于对无人机的网络通信进行管理的方法的过程流程图。
具体实施方式
将参照附图详细描述各个实施例。在任何可能的情况下，相同的附图标记将贯穿各个图来使用，以指代相同或类似的部分。对特定例子和实现的提及是出于说明性的目的，而并非旨在限制权利要求的范围。
各个实施例使得网络或者与该网络进行通信的无人机能够使用不同的通信服务配置进行不同通信类型，即使该服务是通过无人机的单个通信系统来提供的。这些不同通信类型可以将操作安全通信与有效载荷通信区分开。不同的通信服务配置可以包括多重服务配置，其包括不同的服务质量(QoS)指定、认证机制和/或安全凭证。因此，各个实施例可以使得单个通信系统(例如，具有单个无线电单元和/或天线的通信系统)能够调节和/或管理无人机的不同通信类型或者与无人机的不同通信类型。
如本文中所使用的，术语“无人机”是指可以在没有机载人类飞行员/驾驶员的情况下进行操作的各种类型的自主或者半自主运载工具(例如，飞机、地面车辆、水上运载工具或者其组合)中的一种。无人机可以包括机载计算设备，其被配置为在没有远程操作指令(例如，来自人类操作员或者远程计算设备)的情况下使得无人机飞行和/或对无人机进行操作(即，自主地)。替代地或者另外，无人机上机载的计算设备可以被配置为经由根据各个实施例的通信从远程计算设备接收操作指令和/或对指令的更新。可以以多种已知方式中的任何方式推进无人机进行飞行和/或其它移动。例如，多个推进单元(每个包括一个或多个旋翼)可以为无人机以及由无人机携带的任何有效载荷提供推进或者提升力。另外，无人机可以包括轮子、坦克履带或者其它非空中移动机构，以能够在地面、在水上、在水下、或者其组合上移动。此外，可以通过一种或多种类型的电源(例如，电、化学、电化学或者其它功率储备)为无人机供电，所述电源可以为推进单元、机载计算设备和/或其它机载组件供电。
在本文中使用术语“计算设备”，以指代配备有至少一个处理器的电子设备。计算设备的例子可以包括无人机任务控制器、任务管理计算机、无人机操作控制器、移动设备(例如，蜂窝电话、可穿戴设备、智能电话、连网板、平板计算机、启用互联网的蜂窝电话、启用的电子设备、个人数据助理(PDA)、膝上型计算机等)、个人计算机以及服务器计算设备。在各个实施例中，计算设备可以被配置有记忆和/或存储以及联网能力(例如，网络收发机和天线，其被配置为建立广域网(WAN)连接(例如，蜂窝网络连接等)和/或局域网(LAN)连接(例如，经由或者蓝牙收发机等的无线/有线连接))。
如本文中所使用的术语“服务器”指代能够用作服务器(例如，主交换服务器、网页服务器以及被配置有软件以执行服务器功能的个人或者移动计算设备(例如，“轻量服务器”))的任何计算设备。因此，各种计算设备可以用作服务器，例如，以下各项中的任何一项或者全部：蜂窝电话、智能电话、上网板、平板计算机、启用互联网的蜂窝电话、启用WAN的电子设备、膝上型计算机、个人计算机以及配备有至少处理器、存储器并且被配置为与无人机进行通信的类似电子设备。服务器可以是专用计算设备或者包括服务器模块的计算设备(例如，运行可以使得计算设备作为服务器进行操作的应用)。服务器模块(或者服务器应用)可以是全功能服务器模块、或者轻量或辅助服务器模块(例如，轻量或辅助服务器应用)。轻量服务器或者辅助服务器可以是精简版本的服务器类型功能，其可以在个人或者移动计算设备(例如，智能电话)上实现，从而使得其能够在有限的程度上(例如，提供本文所描述的功能所必需的)用作互联网服务器(例如，企业电子邮件服务器)。适于与各个实施例一起使用的服务器的例子是参照图4来描述的。
如本文中所使用的，术语“操作安全通信”指代涉及无人机安全、完整和/或安保的无人机通信。操作安全通信可以涉及携带在无人机与被指定为维护无人机的控制和/或安全的地面站之间交换的超控命令和无人机状态信息的遥测技术。例如，无人机状态信息可以包括关于无人机的当前位置、当前活动、资源状态水平(例如，电源水平)的数据以及甚至与任务关键和或安全操作相关的图像或者传感器数据。另外，操作安全通信可以涉及本地空中交通、导航命令、导航模式或者其它操作安全信息。因为操作安全通信允许无人机接收应当以最小时延接收的安全消息和/或指令，所以操作安全通信通常必须符合特定的高等级可靠性以及监管遵从要求。被指定为维护无人机的控制和/或安全的地面站可以是实体或者掌管无人机的私人/商业组织(例如，无人机队管理者)或者任务是确保操作安全的政府和/或监管机构。
如本文中所使用的，术语“有效载荷通信”指代涉及没有被视为无人机的操作安全通信的其它通信的无人机通信。例如，有效载荷通信可以包括与无人机上的装置进行的用于管理一个或多个任务目的(除了导航和操作安全以外)的通信。例如，有效载荷通信可以将传感器有效载荷配置用于测量(例如，农业设置中的农作物产量测量)或者下载所收集的数据文件(例如，与运载工具控制或者安全无关的视频录制品)。通常，有效载荷通信驱动对无人机的操作的目的，但是可以完全与安全地或者保险地操作无人机无关。因此，有效载荷通信可以由与操作安全通信完全不同的实体来指导或者管理。
为了简单以及重量起见而集成导航控制系统，其可以导致延长的无人机操作时间。然而，不同的导航控制系统通常由不同通信类型支持，和/或可能在通信服务要求方面改变。此外，与类似于有效载荷通信的非监管通信相比，政府规章对于监管通信可能要求较高等级的连接或者可靠性。因此，能够在使用单种通信网络技术时对不同通信类型进行区分可能具有优点。
在各个实施例中，无人机中的处理器或者与无人机进行通信的处理器可以通过维持到监管的操作安全控制系统的连接来满足监管可靠性要求，而同时提供用于有效载荷(非必要的)通信的连接。此外，在各个实施例中，仅配备有单个无线电单元(例如，单个LTE调制解调器)的无人机能够选择性地区分、发送和/或接收携带两种不同通信类型的通信。在各个实施例中，处理器还可以在两种通信类型(即，操作安全通信和有效载荷通信)中的一种或者两种内的不同类型的数据之间进行区分。
各个实施例可以在各种通信系统100内实现，在图1中示出其例子。参照图1，通信系统100可以包括无人机20、无人机任务控制器30、无人机操作控制器40、一个或多个基站50以及通信网络60。
基站50可以在无人机20与通信网络60之间在有线和/或无线通信连接55上提供无线连接15。基站50可以包括计算设备，其被配置为提供广域(例如，宏小区)上的无线通信以及小型小区或者无线接入点，其可以包括微小区、毫微微小区、微微小区、Wi-Fi接入点和/或其它类似的网络接入点。通信网络60进而可以在相同或者另一无线和/或有线通信连接55上提供对其它远程基站50的接入。另外，通信网络60可以向无人机20提供对无人机操作控制器40的接入，无人机操作控制器40还可以耦合到其。
无人机20可以被配置为与无人机任务控制器30进行通信，以接收操作安全通信110和/或有效载荷通信120。无人机任务控制器30可以使用长距离通信(例如，通过到可以接入通信网络60的基站50的无线连接25)与无人机20进行通信。替代地，无人机任务控制器30可以使用有线连接27，经由基站50接入通信网络60。替代地和/或作为另外的替代，无人机任务控制器30可以使用直接无线连接29与无人机20进行通信。
无人机任务控制器30主要可以用于与无人机20的有效载荷通信。无人机任务控制器30的操作者5可以掌管无人机任务，无人机任务可以是无人机20正被使用的原因。例如，无人机任务可以涉及拍摄主体3的照片或者视频12，其中，照片或者视频12可以从无人机20被传送回无人机任务控制器30。另外或者替代地，无人机任务控制器30可以传送操作安全通信，例如重新路由信息以避开障碍物7。虽然将无人机任务控制器30示为由人操作者5持有，但是无人机任务控制器30可以由自动化系统或者自动化系统和操作者5的组合来操作。
每个无线连接15、25、29可以包括多个载波信号、频率或者频带，其每个可以包括多个逻辑信道。无线连接15、25、29可以利用一种或多种无线接入技术(RAT)，其可以彼此相同或者不同。可以在无线通信链路中使用的RAT的例子包括3GPP长期演进(LTE)、3G、4G、5G、全球移动通信系统、码分多址(CDMA)、宽带码分多址(WCDMA)、微波接入全球互通(WiMAX)、时分多址(TDMA)、以及其它移动电话通信技术蜂窝RAT。可以在通信系统100内的各个无线通信链路中的一个或多个链路中使用的RAT的另外的例子包括中程协议(例如，Wi-Fi、LTE-U、LTE直连、LAA、Multefire)以及相对短距离RAT(例如，ZigBee(紫蜂)、蓝牙、以及蓝牙低能(LE))。
虽然无人机操作控制器40主要可以用于与无人机20的操作安全通信，但是在一些实施例中，无人机操作控制器40还可以用于有效载荷通信。无人机操作控制器40可以从无人机20接收遥测或者将数据发送给无人机20。例如，无人机操作控制器40可以将危险避免信息提供给无人机20。无人机操作控制器40可以被包括在载人航空信息系统中或者是其部分，载人航空信息系统使用与无人机操作控制器40相通信的远程观测站80和空中交通检测系统85来跟踪空中交通9，以将空中交通警告、控制、重载或者其它操作安全通信传送给无人机20。无人机操作控制器可以经由到通信网络的有线和/或无线通信连接55或者直接通信链路58从远程观测站80接收信息105。另外或者替代地，无人机可以被配置为使用机载传感器(例如，照相机、射频信号传感器或者另一类似的传感器)来检测空中交通9的存在，以及将该信息发送给无人机操作控制器40。无人机操作控制器40还可以将关于天气状况的信息提供给无人机20。
虽然仅有单个无人机操作控制器40被示为在通信系统100中，但是本文中被描述为由无人机操作控制器40维护和/或管理的信息可以分布在许多服务器之间。替代地或者另外，服务器可以是冗余的，以使得无人机20可以被配置为与服务器中的所选择的服务器进行通信。对要与其进行通信的服务器的选择可以基于准则或者状况，例如，被指定用于传输的通信的类型、服务器到无人机20的接近度、服务器与无人机20之间的无线链路质量、服务器的从属关系或者分类(例如，军事、政府、商业、私人等)、服务器的信誉、服务器的操作者等。
各个实施例可以在各种无人机内实现，如图2中所示，其一个例子是适于与各个实施例一起使用的四旋翼无人机。参照图1和2，无人机20可以包括主体205(即，机身、框架等)，其可以是由塑料、金属或者适于飞行的其它材料的任意组合制成的。各个实施例还可以以其它类型的无人机来实现，其包括其它类型的自主飞机、地面车辆、水上运载工具或其组合。
主体205可以包括处理器230，其被配置为监测和控制无人机20的各种功能、子系统和/或其它组件。例如，处理器230可以被配置为监测和控制无人机20的各种功能，例如，与推进、导航、功率管理、传感器管理和/或稳定性管理相关的模块、软件、指令、电路、硬件等。
处理器230可以包括一个或多个处理单元201，例如，被配置为执行处理器可执行指令(例如，应用、例程、脚本、指令集等)的一个或多个处理器，以控制无人机20的飞行和其它操作(包括各个实施例的操作)。在一些实施例中，处理器230可以耦合到存储器单元202，其被配置为存储数据(例如，飞行计划、获得的传感器数据、接收的消息、应用等)。
在各个实施例中，处理器230可以耦合到通信资源，其包括用于发送和接收无线信号的无线收发机204和天线206(例如，无线电单元和天线、等)。由于无人机经常飞行在低空(例如，低于400英尺)，所以无人机20可以针对与发射机(例如，在飞行路径附近或者在其上的受限或者非受限区域内的信标或者其它信号源)(例如，信标、Wi-Fi接入点、蓝牙信标、小型小区(微微小区、毫微微小区等)等)相关联的无线广域网(WWAN)通信信号(例如，Wi-Fi信号、蓝牙信号、蜂窝信号等)进行扫描。通信资源可以从无线电节点接收数据，例如，导航信标(例如，极高频率(VHF)全向范围(VOR)信标)、Wi-Fi接入点、蜂窝网络基站、无线电基站等。
无人机可以使用导航系统(例如，全球导航卫星系统(GNSS)、全球定位系统(GPS)等)进行导航。在一些实施例中，无人机20可以使用定位信号的备用源(即，除了GNSS、GPS等以外)。在一些应用中，无人机20可以将与备用信号的源相关联的位置信息连同额外的信息(例如，与最近的可信GNSS/GPS位置相结合的航位推算、与无人机起飞区的位置相结合的航位推算等)一起用于定位和导航。因此，无人机20可以使用导航技术(包括航位推算、基于照相机的对在无人机20之下以及周围的地形特征的识别(例如，识别道路、地标、高速公路标志等)等)的组合来进行导航，其可以代替GNSS/GPS位置确定以及基于所检测到的无线接入点的已知位置的三角测量或者三边测量或者与其结合使用。
在一些实施例中，无人机20的处理器230还可以包括用于从人操作者或者自动化/预编程的控制装置接收控制指令、数据和/或用于收集指示与无人机20相关的各种状况的数据的各个输入单元208。例如，各个输入单元208可以包括照相机、麦克风、传感器、位置信息功能单元(例如，用于接收全球定位系统(GPS)坐标的GPS接收机)、飞行仪表(例如，姿态指示器、陀螺仪、加速计、高度计、指南针等)、小键盘等。处理器230的各个组件可以经由总线210或者其它类似电路连接。
主体205可以包括各种设计和目的的起落架，例如，支架、滑板、轮子、浮筒等。主体205还可以包括有效载荷机构221，其被配置为保持、钩住、抓握、包裹(envelope)以及以其它方式携带各种有效载荷(例如，盒子)。在一些实施例中，有效载荷机构221可以包括和/或耦合到以下各项：致动器、轨道、轨条、压载物、电动机以及用于调整正被无人机20携带的有效载荷的位置和/或方位的其它组件。例如，有效载荷机构221可以包括可移动地附连到轨条的盒子，以使得盒子内的有效载荷可以沿着轨条来回移动。有效载荷机构221可以耦合到处理器230，并且因此可以被配置为接收配置或者调整指令。例如，有效载荷机构221可以被配置为接合电动机，以基于从处理器230接收的指令来重新定位有效载荷。
无人机可以是有翼或者旋翼飞行器类别。例如，无人机20可以是旋转推进设计，其利用由对应的电动机222驱动的一个或多个旋翼224来提供离地升空(或者起飞)以及其它空中移动(例如，前向行进、上升、下降、横向移动、倾斜、旋转等)。虽然无人机20被示为可以利用各个实施例的无人机的例子，但是其并不旨在暗示或者要求各个实施例限于旋翼飞行器无人机。相反，各个实施例也可以与有翼无人机一起使用。另外，各个实施例同样可以与基于地面的自主车辆、水上自主运载工具以及基于空间的自主运载工具一起使用。
旋翼飞行器无人机20可以利用电动机222和对应的旋翼224来离地升空以及提供空中推进。例如，无人机20可以是”四翼直升飞机“，其可以配备有四个电动机222和对应的旋翼224。电动机222可以耦合到处理器230，并且因此可以被配置为从处理器230接收操作指令或者信号。例如，电动机222可以被配置为例如基于从处理器230接收的指令来增大它们对应的旋翼224的旋转速度等。在一些实施例中，电动机222可以由处理器230单独地控制，以使得一些旋翼224可以以不同的速度、使用不同的功率量和/或提供用于使无人机20移动的不同级别的输出来参与其中。例如，在主体205一侧的电动机222可以被配置为使得它们对应的旋翼224与在主体205的相对侧的旋翼224相比以每分钟较高的转数(RPM)来旋转，以便使得负担有偏离中心的有效载荷的无人机20平衡。
主体205可以包括电源212，其可以耦合到并且被配置为为无人机20的各个其它组件供电。例如，电源212可以是用于提供功率以操作电动机222、有效载荷机构221和/或处理器230的单元的可充电电池。
虽然无人机20的各个组件被示为(例如在图2中)单独的组件，但是这些组件(例如，主体205、处理器230、电动机222以及其它元件)中的一些或者全部可以一起集成在单个设备或者单元(例如，片上系统)中。无人机20以及其元件还可以包括没有描述的其它组件。
各个实施例可以在各种无人机任务控制器内实现，在图3中示出了适于与各个实施例一起使用的无人机任务控制器的示意表示。参照图1-3，无人机任务控制器30可以是移动计算设备、地面站、移动电话网络基站(例如，eNodeB)、服务器、或者可以将导航辅助和其它信息提供给一个或多个无人机(例如，无人机20)的另一远程计算设备。移动电话网络的例子包括第三代(3G)、第四代(4G)、长期演进(LTE)、时分多址(TDMA)、码分多址(CDMA)、CDMA2000、宽带CDMA(WCDMA)、全球移动通信系统(GSM)、单载波无线电传输技术(1xRTT)以及通用移动电信系统(UMTS)。无人机任务控制器30可以被配置为与其它网络建立网络接口连接，例如，其它广播系统计算机和服务器、互联网、公共交换电话网络和/或蜂窝数据网络。
无人机任务控制器30可以包括用于执行软件指令的处理器301。无人机任务控制器30可以包括用于存储代码和数据的存储器。例如，存储器302可以存储导航数据和可以被发送给无人机的其它信息。在一些实施例中，无人机任务控制器30可以与无人机任务控制器进行通信，无人机任务控制器将导航信息提供给无人机。存储器302可以包括以下各项中的一项或多项：随机存取存储器(RAM)、动态RAM(DRAM)、静态RAM(SRAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程ROM(EEPROM)、或者其它类型的非暂时性计算机可读存储介质。
无人机任务控制器30可以包括至少一个网络接口304。网络接口304可以用于在通信网络(例如，WWAN(例如，移动电话网络)或者局域网(例如，Wi-Fi))上与无人机和其它设备或者运载工具进行通信。网络接口304可以连接到一个或多个天线306，以与无人机发送和接收通信波束。处理器301与网络接口304相结合可以使用天线306来形成射频(RF)通信波束。无人机任务控制器30还可以包括用于将功率提供给无人机任务控制器30的功率接口305。无人机任务控制器30可以包括将无人机任务控制器30的各个组件连接在一起的总线310。
无人机任务控制器30还可以包括没有描述的各种其它组件。例如，无人机任务控制器30可以包括多个处理组件，例如，调制解调器、收发机、用户识别模块(SIM)卡、额外的处理器、额外的硬驱动、通用串行总线(USB)端口、以太网端口和/或其它类型的有线或者无线输入/输出端口、键盘、鼠标、扬声器、麦克风、显示屏、触摸屏和本领域已知的许多其它组件。
在各个实施例中，无人机(例如，图1和2中的无人机20)可以将通信发送给无人机操作控制器(例如40)或者从无人机操作控制器接收通信，无人机操作控制器可以在服务器400(图4中示出了其例子)或者其它远程计算设备中实现。参照图1-4，无人机20可以与无人机操作控制器服务器400关于操作安全通信和/或有效载荷通信进行通信。无人机操作控制器服务器400通常可以包括耦合到易失性存储器402和大容量非易失性存储器(例如，硬盘驱动403)的处理器401。无人机操作控制器400还可以包括耦合到处理器401的软盘驱动、压缩光盘(CD)或者数字视频光盘(DVD)驱动406。无人机操作控制器服务器400还可以包括耦合到处理器401的网络接入端口404(或者接口)，其用于与网络(例如，通信网络60)、网络(例如，互联网)所支持的系统和/或其它远程计算设备和服务器建立数据连接。类似地，无人机操作控制器服务器400可以包括用于耦合到外围设备、外部存储器或者其它设备的额外的接入端口，例如，USB、Firewire(火线)、Thunderbolt(雷电)等。
图5示出了根据各个实施例的用于对无人机的网络通信进行管理的方法500。参照图1-5，方法500的操作可以由处理器(例如，无人机20的处理器230、无人机任务控制器30的处理器301、无人机操作控制器服务器400的处理器401、其它远程计算设备或者其组合)来执行。
在框510中，处理器可以确定被指定用于去往或来自无人机的传输的通信的类型。所确定的通信的类型可以是至少两种通信类型中的一种，包括用于操作安全通信的第一通信类型以及用于有效载荷通信的第二通信类型。所述通信可以通过在由所述通信所携带的数据中进行标记来进行区分。例如，该通信内的数据可以包括可以用于确定用于被指定用于传输的通信的分类的指定或者指示(例如，分组报头信息内的标志)。在一些实施例中，运行在无人机上或者生成发送给无人机的数据的不同应用可以使用不同的协议，所述不同的协议可以进行区分并且用于确定被指定用于传输的通信的类型。在一些实施例中，无人机可以使用单独的SIM来处理不同通信类型(例如，双Sim双待移动通信)。以这种方式，用于特定通信的SIM可以确定被指定用于传输的通信的类型。
在框520中，处理器可以基于所确定的被指定用于传输的通信的类型，来分配通信服务配置。处理器可以响应于所确定的通信的类型是第一通信类型而分配第一配置，并且响应于所确定的通信的类型是第二通信类型而分配与第一配置不同的第二配置。不同的通信服务配置可以包括不同的QoS指定。以这种方式，不同通信类型可以使用优先级划分调度、叠加/打孔资源调度和/或多小区协调而具有不同的优先级水平。
在一些实施例中，在框520中分配通信服务配置时，处理器可以将第一安全凭证分配给第一通信类型，第一安全凭证与对应于第二通信类型的第二安全凭证不同。另外或者替代地，作为分配通信服务配置的部分，处理器可以将第一认证机制分配给第一通信类型，第一认证机制与对应于第二通信类型的第二认证机制不同。例如，无人机操作者(例如，操作者5)和无人机(例如，无人机20)可以交换专门涉及或者几乎专门涉及有效载荷通信的第一通信类型(例如，导航命令、遥测、传感器、视频和/或其它有效载荷数据)，第一通信类型使用第一安全凭证和/或第一认证机制。相反，集中式管理调节器、无人交通管理器或者网络服务器技术员/检查员可以交换涉及操作安全通信的第二通信类型(例如，飞行许可和/或限制)，第二通信类型可以使用第二安全凭证和/或第二认证机制。
虽然安全凭证和/或认证机制可以是不同的，但是两种不同通信类型可以使用或者可以不使用不同的通信技术、信道、频率、频带和/或QoS指定。此外，使用两种不同通信类型交换的数据可以是或者可以不是相互排斥的。
安全凭证可以是通信方使用以获得对数据的接入或者与无人机的通信的数据，例如密钥或者接入码。安全凭证分成诸如以下各项之类的类别：a)通信实体已知或者提供的信息(例如，母亲的婚前姓、密码、对安保问题的回答、或者其它基于文本的通信)；b)由通信实体存储和提供的接入码(例如，安全ID通行密钥或者其它数字安全凭证)；或者c)从由通信实体给出的物理或者生物计量特征推导的数据(例如，视网膜、指纹或者手掌扫描)。
认证机制可以定义关于安保信息的规则，例如，何时、如何或者是否可以使用安全凭证、用于交换安全凭证的步骤以及如何在安全凭证中存储安保信息的格式。认证机制可以包括安全密钥交换、密钥验证、和/或通信信道建立以能够实现凭证测试。认证机制可以包括密码测试(即简单的机制)或者甚至阻止验证器知晓根密钥的随机化分裂密钥方法(即，复杂的机制)。此外，当使用密钥交换过程时，可以使用加密，因此交换的观测器无法复制稍后要使用的密钥。当使用两步过程时，需要验证器通过两个独立的测试(例如，密码测试以及用于验证账户的所有权的电子邮件或者短消息服务(SMS)传送的码)。对认证机制的选择可以将期望等级的认证强度(其可以与计算负载、通信负载和完成认证的时间进行权衡)考虑在内。
在分配通信服务配置时，处理器还可以将第一服务质量指定分配给第一通信类型，第一服务质量指定与针对第二通信类型的第二服务质量指定不同。类似地，处理器可以将一个或多个通信资源专用于所述通信的传输，以便增加所述通信被成功地完成的可能性。处理器可以基于所确定的被指定用于传输的通信的类型，将高于一种通信类型的优先级分配给另一种通信类型。
如本文中所使用的，术语“服务质量”或者“QoS”可互换地使用，以指代由资源保留控制机制针对分组交换通信网络中的数据流保证的性能水平和/或优先级。例如，可以保证要求的比特率、延迟、抖动、分组丢弃概率和/或比特错误率。如果网络容量是非充足的，那么QoS保证是重要的，尤其是对于大容量数据交换(其正在变得越来越常见)而言。此外，要求固定比特率和/或是延迟敏感的应用关于提供的QoS是特殊的。5G电信标准可以区分优先级信息，并且包括“任务关键”类别的信息。
使用优先级划分调度，本地发射机(或者控制本地发射机的处理器)可以对利用某些指定(例如，分组报头信息)所标记的消息进行区分，并且在使用无线电资源时相应地给予那些消息较高或者较低的优先级。因此，分配通信服务配置可以包括基于所确定的通信的类型，将高于其它通信的优先级分配给该通信。然而，如果存在未解决的传输，那么在发送下一高优先级传输之前，管理该系统的处理器可以等待，直到该未解决的传输完成为止。可选地，本地发射机/处理器可以删除未决的传输，以便立即发送高优先级传输，这可以被保留为仅用于最高优先级的传输。
使用叠加或者打孔资源调度涉及使用未解决的传输所需要的资源中的一些或者全部，以便将高优先级传输插入在该未解决的传输内或者将高优先级传输随着该未解决的传输插入。以这种方式，没有完全地删除未解决的传输，但是不太可能完成。鉴于发送高优先级传输的需求，完成未解决的传输的较低可能性可以是可接受的。
多小区协调是对于未来蜂窝网络有用的技术。多小区协调技术可以用于管理分布式无线电资源。诸如自主干扰认知、节点协作和利用脏纸编码(DPC)的网络编码之类的策略可以用于优化无线网络容量。例如，当处理器确定某一高等级的传输需要完成时，可以将命令传送给网络，以便可以激活、重定向或者节省相邻小区的资源，以便确保或者尝试确保网络通信达到某些标准(即，增加传输完成的概率)。因此，使用所分配的通信服务配置来发送通信可以包括发送用于激活多小区协调的网络消息，多小区协调被配置为增加通信在被发送给无人机的情况下被无人机接收到或者在由无人机发送的情况下从无人机接收到的可能性。
替代地或者另外，无人机的处理器可以使用资源管理来关闭或者降低某些系统的功率使用，以便确保或者增加高优先级传输在被传送时被成功地完成的可能性。降低功率使用可以应用于特定频带或者子带。
在框530中，处理器可以使用所分配的通信服务配置来发送通信。通信的传输是去往还是来自无人机(例如，20)可以取决于控制传输的处理器(例如，处理器230)是否在无人机中，控制传输的处理器(例如，处理器301)是否在无人机任务控制器中，或者控制传输的处理器(例如，处理器401)是否在无人机操作控制器中或者另一计算设备中。
处理器可以周期性地重复框510-530中的操作，以进一步管理无人机的网络通信。因此，方法500为一个或多个无人机提供管理网络通信的方式。
本文所描述的各个处理器可以是任何可编程的微处理器、微计算机或者多个处理器的芯片或者多个芯片，其可以由软件指令(应用)配置为执行各种功能(包括本文所描述的各个实施例的功能)。在各个设备中，可以提供多个处理器，例如，专用于无线通信功能的一个处理器和专用于运行其它应用的一个处理器。通常，在访问软件应用并且将其加载在处理器中之前，可以将软件应用存储在内部存储器中。处理器可以包括足以存储应用软件指令的内部存储器。在许多设备中，内部存储器可以是易失性或非易失性存储器(例如，闪速存储器)或者这两者的混合。出于该描述的目的，对存储器的一般引用是指可由处理器访问的存储器，其包括内部存储器、被插入各个设备中的可移动存储器以及在处理器内的存储器。
示出并且描述的各个实施例仅作为例子来提供，以示出权利要求的各个特征。然而，关于任何给定实施例所示出并且描述的特征未必限于相关联的实施例，并且可以使用或者结合示出并且描述的其它实施例。此外，权利要求并不旨在受任何一个示例实施例限制。
前述方法描述和过程流图仅是作为说明性例子来提供的，而并非旨在要求或者暗示各个实施例的步骤必须以所给出的次序来执行。如本领域技术人员将明白的，可以以任何次序来执行前述实施例中的步骤的次序。诸如“之后”、“然后”、“接下来”等的词语并非旨在限制步骤的次序；这些词语仅用于引导读者浏览方法的描述。此外，对单数形式的权利要求要素的任何提及(例如，使用冠词“一(a)”、“一个(an)”或者“所述(the)”)并不被解释为将该要素限制为单数。
结合本文公开的实施例描述的各个说明性的逻辑框、模块、电路和算法步骤均可以实现成电子硬件、计算机软件或这二者的组合。为了清楚地说明硬件和软件之间的这种可交换性，已经对各个说明性的组件、框、模块、电路和步骤均围绕功能进行了总体描述。至于这种功能是实现为硬件还是实现为软件，取决于特定的应用和对整个系统所施加的设计约束。本领域技术人员可以针对每个特定应用，以变通的方式实现所描述的功能，但是这种实现决策不应解释为造成对权利要求的范围的脱离。
利用被设计为执行本文所述功能的通用处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或其它可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件或者其任意组合，可以实现或执行用于实现结合本文公开的方面所描述的各个说明性的逻辑单元、逻辑框、模块和电路的硬件。通用处理器可以是微处理器，但是在替代方案中，该处理器可以是任何常规的处理器、控制器、微控制器或者状态机。处理器还可以实现为接收机智能对象的组合，例如，DSP和微处理器的组合、多个微处理器、一个或多个微处理器结合DSP核、或任何其它这种配置。替代地，一些步骤或方法可以由特定于给定功能的电路来执行。
在一个或多个示例性方面中，所描述的功能可以用硬件、软件、固件、或其任意组合来实现。如果用软件来实现，则功能可以作为一个或多个指令或代码存储在非暂时性计算机可读存储介质或者非暂时性处理器可读存储介质上。本文公开的方法或算法的步骤可以体现在处理器可执行软件中，其可以位于非暂时性计算机可读或处理器可读存储介质上。非暂时性计算机可读或者处理器可读存储介质可以是可以由计算机或处理器访问的任何存储介质。通过举例而非限制的方式，这种非暂时性计算机可读或处理器可读存储介质可以包括随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程ROM(EEPROM)、闪速存储器、压缩光盘-ROM或其它光盘存储、磁盘存储或其它磁存储智能对象、或者可以用于存储具有指令或数据结构形式的期望程序代码并且可以被计算机访问的任何其它介质。如本文中所使用的，磁盘(disk)和光盘(disc)包括CD、激光光盘、光盘、数字多功能光盘(DVD)、软盘和蓝光光盘，其中磁盘通常磁性地复制数据，而光盘则用激光来光学地复制数据。本文所描述的存储器的组合也包括在非暂时性计算机可读和处理器可读介质的范围之内。另外，方法或算法的操作可以作为代码和/或指令中的一个或任意组合或集合位于非暂时性处理器可读存储介质和/或计算机可读存储介质上，其可以并入计算机程序产品中。
为了使本领域任何技术人员能够实现或使用权利要求，提供了对所公开的实施例的先前描述。对于本领域技术人员而言，对这些实施例的各种修改将是容易显而易见的，并且在不脱离权利要求的范围的情况下，本文中定义的总体原理可以应用于一些实施例。因此，权利要求并非旨在限于本文中所示出的实施例，而是被赋予与权利要求的语言和本文公开的原理和新颖特征相一致的最广范围。

Claims (28)

1.一种用于对无人机的网络通信进行管理的方法，包括：
确定被指定用于传输给所述无人机或者从所述无人机传输的通信的类型，其中，所确定的所述通信的类型是至少两种通信类型中的一种，所述至少两种通信类型包括用于操作安全通信的第一通信类型以及用于有效载荷通信的第二通信类型；
基于所确定的所述通信的类型，来分配通信服务配置；以及
使用所分配的通信服务配置，来发送被指定用于传输给所述无人机或者从所述无人机传输的所述通信。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所分配的通信服务配置包括针对所述第一通信类型的第一服务质量指定以及针对所述第二通信类型的第二服务质量指定。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，分配所述通信服务配置包括：将一个或多个通信资源专用于所述通信的所述传输，以便增加所述通信被成功地完成的可能性。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，分配所述通信服务配置包括：基于所确定的所述通信的类型，将高于所述第二通信类型的优先级分配给所述第一通信类型。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述无人机被配置为将单个无线电单元用于发送所述至少两种通信类型二者。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，确定被指定用于传输的所述通信的类型包括：识别所述通信内的指示所述通信的类型的数据。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，确定被指定用于传输的所述通信的类型包括：识别与所述通信相关联的、指示所述通信的类型的应用。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，使用所分配的通信服务配置来发送所述通信包括：使用优先级划分调度，所述优先级划分调度响应于所确定的所述通信的类型是所述第一通信类型，将第一等级的优先级给予所述通信，并且响应于所确定的所述通信的类型是所述第二通信类型，将与所述第一等级的优先级不同的第二等级的优先级给予所述通信。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，使用所分配的通信服务配置来发送所述通信包括：使用打孔资源调度，所述打孔资源调度将所述通信插入到正在进行的传输内或者随着正在进行的传输插入。
10.根据权利要求1所述的方法，其中，使用所分配的通信服务配置来发送所述通信包括：发送用于激活多小区协调的网络消息，所述多小区协调被配置为增加所述通信在被发送给所述无人机的情况下被所述无人机接收到的可能性或者所述通信在从所述无人机发送的情况下从所述无人机接收到的可能性。
11.根据权利要求1所述的方法，其中，响应于所确定的所述通信的类型是所述第一通信类型，所分配的通信服务配置是第一配置，并且响应于所确定的所述通信的类型是所述第二通信类型，所分配的通信服务配置是与所述第一配置不同的第二配置，其中，所述第一配置包括第一认证机制或者第一安全凭证中的至少一项，并且所述第二配置包括第二认证机制或者第二安全凭证中的至少一项。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，所分配的通信服务配置包括所述第一认证机制，并且其中，所述第一认证机制包括用于凭证测试的安全密钥交换、密钥验证或者通信信道建立中的至少一项。
13.根据权利要求11所述的方法，其中，所分配的通信服务配置包括所述第一认证机制，并且其中，所述第一认证机制包括随机化分裂密钥。
14.一种计算设备，包括：
用于确定被指定用于传输给无人机或者从所述无人机传输的通信的类型的单元，其中，所确定的所述通信的类型是至少两种通信类型中的一种，所述至少两种通信类型包括用于操作安全通信的第一通信类型以及用于有效载荷通信的第二通信类型；
用于基于所确定的所述通信的类型，来分配通信服务配置的单元；以及
用于使用所分配的通信服务配置，来发送被指定用于传输给所述无人机或者从所述无人机传输的所述通信的单元。
15.根据权利要求14所述的计算设备，其中，用于分配所述通信服务配置的单元响应于所确定的所述通信的类型是所述第一通信类型，分配第一配置，并且响应于所确定的所述通信的类型是所述第二通信类型，分配与所述第一配置不同的第二配置，其中，所述第一配置包括第一认证机制或者第一安全凭证中的至少一项，并且所述第二配置包括第二认证机制或者第二安全凭证中的至少一项。
16.一种计算设备，包括：
收发机，其被配置为与无人机进行通信；以及
处理器，其耦合到所述收发机并且被配置有处理器可执行指令以进行以下操作：
确定被指定用于传输给所述无人机的通信的类型，其中，所确定的所述通信的类型是至少两种通信类型中的一种，所述至少两种通信类型包括用于操作安全通信的第一通信类型以及用于有效载荷通信的第二通信类型；
基于所确定的所述通信的类型，来分配通信服务配置；以及
使用所分配的通信服务配置，经由所述收发机来将被指定用于传输的所述通信发送给所述无人机。
17.根据权利要求16所述的计算设备，其中，所述处理器还被配置有所述处理器可执行指令，以将所述通信服务配置分配作为以下各项中的至少一项：
针对所述第一通信类型的第一服务质量指定以及针对所述第二通信类型的第二服务质量指定；
专用于所述通信的所述传输的一个或多个通信资源，以便增加所述通信被成功地完成的可能性；或者
基于所确定的所述通信的类型，针对所述第一通信类型的高于所述第二通信类型的优先级。
18.根据权利要求16所述的计算设备，其中，所述处理器还被配置有所述处理器可执行指令，使得确定所述至少两种通信类型中的哪种类型，以对被指定用于传输的所述通信分类包括以下各项中的至少一项：
识别所述通信内的指示所确定的所述通信的类型的数据；或者
识别与所述通信相关联的、指示所确定的所述通信的类型的应用。
19.根据权利要求16所述的计算设备，其中，所述处理器还被配置有所述处理器可执行指令，以通过以下各项中的至少一项，使用所分配的通信服务配置，经由所述收发机来将所述通信发送给所述无人机：
使用优先级划分调度，所述优先级划分调度响应于所确定的所述通信的类型是所述第一通信类型，将第一等级的优先级给予所述通信，并且响应于所确定的所述通信的类型是所述第二通信类型，将与所述第一等级的优先级不同的第二等级的优先级给予所述通信；
使用打孔资源调度，所述打孔资源调度将所述通信插入到正在进行的传输内或者随着正在进行的传输插入；或者
发送用于激活多小区协调的网络消息，所述多小区协调被配置为增加所述通信在被发送给所述无人机的情况下被所述无人机接收到的可能性或者所述通信在从所述无人机发送的情况下从所述无人机接收到的可能性。
20.根据权利要求16所述的计算设备，其中，响应于所确定的所述通信的类型是所述第一通信类型，所分配的通信服务配置是第一配置，并且响应于所确定的所述通信的类型是所述第二通信类型，所分配的通信服务配置是与所述第一配置不同的第二配置，其中，所述第一配置包括第一认证机制或者第一安全凭证中的至少一项，并且所述第二配置包括第二认证机制或者第二安全凭证中的至少一项。
21.根据权利要求16所述的计算设备，其中，所述处理器还被配置有所述处理器可执行指令，以使得所分配的通信服务配置包括第一认证机制，其中，所述第一认证机制包括用于凭证测试的安全密钥交换、密钥验证或者通信信道建立中的至少一项。
22.一种无人机，包括：
收发机，其被配置为与远程计算设备进行通信；以及
处理器，其耦合到所述收发机并且被配置有处理器可执行指令以进行以下操作：
确定被指定用于从所述无人机传输的通信的类型，其中，所确定的所述通信的类型是至少两种通信类型中的一种，所述至少两种通信类型包括用于操作安全通信的第一通信类型以及用于有效载荷通信的第二通信类型；
基于所确定的所述通信的类型，来分配通信服务配置；以及
使用所分配的通信服务配置，经由所述收发机来将被指定用于传输的所述通信发送给所述远程计算设备。
23.根据权利要求22所述的无人机，其中，所述收发机能够发送所述至少两种通信类型二者。
24.根据权利要求22所述的无人机，其中，所述处理器还被配置有所述处理器可执行指令，以分配所述通信服务配置包括以下各项中的至少一项：
针对所述第一通信类型的第一服务质量指定以及针对所述第二通信类型的第二服务质量指定；
专用于所述通信的所述传输的一个或多个通信资源，以便增加所述通信被成功地完成的可能性；或者
基于所确定的所述通信的类型，针对所述第一通信类型的高于所述第二通信类型的优先级。
25.根据权利要求22所述的无人机，其中，所述处理器还被配置有所述处理器可执行指令，以通过以下各项来确定至少两种通信类型中的哪种类型，从而对被指定用于传输的所述通信分类：
识别所述通信内的指示所确定的所述通信的类型的数据；或者
识别与所述通信相关联的、指示所确定的所述通信的类型的应用。
26.根据权利要求22所述的无人机，其中，所述处理器还被配置有所述处理器可执行指令，以通过以下各项使用所分配的通信服务配置，经由所述收发机来将所述通信发送给所述远程计算设备：
使用优先级划分调度，所述优先级划分调度响应于所确定的所述通信的类型是所述第一通信类型，将第一等级的优先级给予所述通信，并且响应于所确定的所述通信的类型是所述第二通信类型，将与所述第一等级的优先级不同的第二等级的优先级给予所述通信；
使用打孔资源调度，所述打孔资源调度将所述通信插入到正在进行的传输内或者随着正在进行的传输插入；或者
发送用于激活多小区协调的网络消息，所述多小区协调被配置为增加所述通信在被发送给所述无人机的情况下被所述无人机接收到的可能性或者所述通信在从所述无人机发送的情况下从所述无人机接收到的可能性。
27.根据权利要求22所述的无人机，其中，所述处理器还被配置有所述处理器可执行指令，以使得响应于所确定的所述通信的类型是所述第一通信类型，所分配的通信服务配置是第一配置，并且响应于所确定的所述通信的类型是所述第二通信类型，所分配的通信服务配置是与所述第一配置不同的第二配置，其中，所述第一配置包括第一认证机制或者第一安全凭证中的至少一项，并且所述第二配置包括第二认证机制或者第二安全凭证中的至少一项。
28.根据权利要求22所述的无人机，其中，所述处理器还被配置有所述处理器可执行指令，以使得所分配的通信服务配置包括第一认证机制，其中，所述第一认证机制包括用于凭证测试的安全密钥交换、密钥验证或者通信信道建立中的至少一项。
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