CN110289899A - 一种无人机通信方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种无人机通信方法和装置，包括：与基站和地面站分别建立长连接；接收所述地面站发送的无人机控制指令，并将所述无人机控制指令发送给所述基站，其中，所述无人机控制指令经由所述基站发送至无人机；接收所述基站转发的无人机回传指令，并将所述无人机回传指令发送至所述地面站，其中，所述无人机回传指令包含所述无人机控制指令是否被无人机接收的确认信息，通过引进接入机通信模块，从而使得基站、地面站和飞行管理系统之间解耦，地面站与基站之间的通信通过接入机通信模块实现，能够横向扩展资源，可以支持上万架无人机同时在线稳定通讯。

Description

一种无人机通信方法和装置
技术领域
本发明涉及互联网通信技术领域，尤其涉及无人机通信领域，具体为一种无人机通信方法和装置、系统及接入机通信模块。
背景技术
随着科技的发展进步，无人机在各个领域得到广泛的应用，目前无人机的通信是采用地面站与基站间直接通信的方式实现，这种通信方式存在一些缺点：
(1)采用这种通信方式支持的无人机数量有限，无法横向扩展资源用来支持上万架无人机同时在线稳定通信的要求，这一技术瓶颈给实践使用带来不便；
(2)在通信的进程中，缺乏对通信内容加密和地面站接入基站的控制，存在潜在的安全风险。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种无人机通信方法和装置、系统及接入机通信模块，解决目前存在的问题。
为达到上述目的，本发明提供的技术方案如下：
一种无人机通信方法，包括：与基站和地面站分别建立长连接；
接收所述地面站发送的无人机控制指令，并将所述无人机控制指令发送给所述基站，其中，所述无人机控制指令经由所述基站发送至无人机；
接收所述基站转发的无人机回传指令，并将所述无人机回传指令发送至所述地面站，其中，所述无人机回传指令包含所述无人机控制指令是否被无人机接收的确认信息。
进一步的，还包括接收所述基站转发的无人机状态信息，并将所述状态信息发送至所述地面站。
进一步的，所述接收所述基站转发的无人机状态信息，并将所述状态信息发送至所述地面站的步骤，包括：
在收到所述无人机状态信息后，产生kafka主题消息；
消费kafka主题消息，并将其广播给本地所有在线地面站。
进一步的，所述与基站和地面站分别建立长连接的步骤，包括：
接收所述基站的查询指令，通过所述基站的区域码查询接入机列表中的可用接入机；
将查询出的可用接入机信息发送给所述基站；
接收所述基站发送的建立长连接的请求，并向所述基站发送连接确认信息；
和/或
接收所述地面站的查询指令，通过所述地面站的区域码查询接入机列表中的可用接入机；
将查询出的可用接入机信息发送给所述地面站；
接收所述地面站发送的建立长连接的请求，并向所述地面站发送连接确认信息。
进一步的，所述接收所述地面站发送的无人机控制指令，并将所述无人机控制指令发送给所述基站的步骤，包括：
接收到所述地面站发送的无人机控制指令后，判断所述地面站是否具有操作该无人机的权限，是则查询该无人机对应的基站；
将所述无人机控制指令发送至所述无人机对应的基站。
一种无人机通信装置，包括：连接建立模块，用于与基站和地面站分别建立长连接；
收发模块，用于接收所述地面站发送的无人机控制指令，并将所述无人机控制指令发送给所述基站，其中，所述无人机控制指令经由所述基站发送至无人机；接收所述基站转发的无人机回传指令，并将所述无人机回传指令发送至所述地面站，其中，所述无人机回传指令包含所述无人机控制指令是否被无人机接收的确认信息。
进一步的，所述收发模块还用于接收所述基站转发的无人机状态信息，并将所述状态信息发送至所述地面站。
进一步的，所述收发模块还用于：
在收到所述无人机状态信息后，产生kafka主题消息；
消费kafka主题消息，并将其广播给本地所有在线地面站。
进一步的，所述连接建立模块包括：
第一接收查询单元，用于接收所述基站的查询指令，通过所述基站的区域码查询接入机列表中的可用接入机；
第一收发单元，用于将查询出的可用接入机信息发送给所述基站；接收所述基站发送的建立长连接的请求，并向所述基站发送连接确认信息；
和/或
第二接收查询单元，用于接收所述地面站的查询指令，通过所述地面站的区域码查询接入机列表中的可用接入机；
第二收发单元，用于将查询出的可用接入机信息发送给所述地面站；接收所述地面站发送的建立长连接的请求，并向所述地面站发送连接确认信息。
进一步的，所述收发模块还用于：
接收到所述地面站发送的无人机控制指令后，判断所述地面站是否具有操作该无人机的权限，是则查询该无人机对应的基站；
将所述无人机控制指令发送至所述无人机对应的基站。
一种无人机通信系统，包括：无人机、基站、地面站和接入机通信模块，其中，
所述无人机与所述基站通信连接，
所述基站通过所述接入机通信模块与所述地面站通信连接，
所述接入机通信模块包括若干接入机和接入机网关，所述接入机网关存储有所述基站、地面站与所述接入机的对应关系。进一步的，
一种用于无人机通信的接入机通信模块，该接入机通信模块包括接入机和接入机网关，所述接入机通信模块执行上述任意一项所述的无人机通信方法。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、本发明示例的无人机通信方法，接入机与基站和地面站分别建立长连接，接入机接收所述地面站发送的无人机控制指令，并将所述无人机控制指令经由所述基站发送至无人机；同时接收所述基站转发的无人机回传指令，并将所述无人机回传指令发送至所述地面站，从而使得基站、地面站和飞行管理系统之间解耦，满足地面站与基站间实时可靠通讯的需求；无人机回传指令包含所述无人机控制指令是否被无人机接收的确认信息，为无人机飞行提供了可靠通讯服务，并且能够通过增加基站、地面基站的数量，增加被服务的无人机数量。
2、本发明示例的无人机通信装置，接入机与基站和地面站分别建立长连接，收发模块接收所述地面站发送的无人机控制指令，并将所述无人机控制指令经由所述基站发送至无人机，同时接收所述基站转发的无人机回传指令，并将所述无人机回传指令发送至所述地面站，从而使得基站、地面站和飞行管理系统之间解耦，满足地面站与基站间实时可靠通讯的需求；并且通过增加基站、地面基站的数量能够增加被服务的无人机数量，无人机回传指令包含所述无人机控制指令是否被无人机接收的确认信息，能够为无人机飞行提供了可靠通讯服务。
附图说明
图1为本发明的无人机通信系统的示意图；
图2为本发明的接入机通信模块与基站和地面站建立长连接示意图；
图3为本发明的地面站和无人机之间通信示意图；
图4为本发明的飞行管理系统与基站、地面站通信示意图；
图5为本发明的无人机通信方法的一种实施例的示意图。
具体实施方式
为了更好的了解本发明的技术方案，下面结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
本发明还提供一种无人机通信装置，设备包括：
连接建立模块，与基站和地面站分别建立长连接；
收发模块，接收所述地面站发送的无人机控制指令，并将所述无人机控制指令发送给所述基站，其中，所述无人机控制指令经由所述基站发送至无人机；接收所述基站转发的无人机回传指令，并将所述无人机回传指令发送至所述地面站，其中，所述无人机回传指令包含所述无人机控制指令是否被无人机接收的确认信息；所述收发模块还用于接收所述基站转发的无人机状态信息，并将所述无人机状态信息发送至所述地面站，在收到所述无人机状态信息后，产生kafka主题消息，消费kafka主题消息，并将其广播给本地所有在线地面站。
所述收发模块还用于接收到所述地面站发送的无人机控制指令后，判断所述地面站是否具有操作该无人机的权限，是则查询该无人机对应的基站；将所述无人机控制指令发送至所述无人机对应的基站。
进一步的，所述连接建立模块包括：
第一接收查询单元，用于接收所述基站的查询指令，通过所述基站的区域码查询接入机列表中的可用接入机；
第一收发单元，用于将查询出的可用接入机信息发送给所述基站；接收所述基站发送的建立长连接的请求，并向所述基站发送连接确认信息；
第二接收查询单元，用于接收所述地面站的查询指令，通过所述地面站的区域码查询接入机列表中的可用接入机；
第二收发单元，用于将查询出的可用接入机信息发送给所述地面站；接收所述地面站发送的建立长连接的请求，并向所述地面站发送连接确认信息。
以下举例对无人机通信装置进一步说明，如图1所示，包括基站、地面站、接入机通信模块、飞行管理系统，其中，
基站用于与无人机之间的通信；
地面站用于接收无人机状态信息并向无人机发送控制指令；
接入机通信模块，接入机通信模块包括接入机和接入机网关，用于与基站、地面站建立长连接，无人机每秒上报状态信息，接入机通信模块接收无人机状态信息并将接收到的无人机状态信息上报至地面站；接收地面站下发的控制指令，并将控制指令通过基站发送给至无人机；接收飞行管理系统下发的指令，并将指令发送至基站和/或地面站。基站把无人机状态信息发送给连接的接入机，接入机生产kafka主题消息；异步上报无人机状态消息给LATAS存储服务，并解析协议更新无人机状态；所有这个区域码的接入机消费kafka主题消息并广播给本地所有在线地面站。
所述接收地面站下发的控制指令，并将控制指令通过基站发送给至无人机，地面站下发控制指令给接入机；接入机判断当前地面站是否操作该无人机的权限(查询无人机是否对应的通信基站)，如有操作权限接入机把控制指令发送给对应的通信基站，通信基站把对应控制指令发给无人机，无人机收到控制指令给通信基站确认收到，通信基站给接入机确认收到，接入机给对应的地面站确认收到。
接入机与基站和地面站分别建立长连接，接入机接收所述地面站发送的无人机控制指令，并将所述无人机控制指令经由所述基站发送至无人机；同时接收所述基站转发的无人机回传指令，并将所述无人机回传指令发送至所述地面站，从而使得基站、地面站和飞行管理系统之间解耦，通过接入机，能够尽可能避免出现因各种因素(如:网络波动,通讯中断)造成系统运行不稳定,自主选择稳定地面站、基站服务，作为可选方案，使用时多个地面站对同一架无人机有任何指令操作进行广播，确保所有地面站收到对所监控无人机所有的控制指令。
如图1-4所示，一种无人机通信方法(以接入机通信模块侧的执行流程为例)，包括：与基站和地面站分别建立长连接，长连接即TCP长连接，每次通信完毕后，不会关闭连接，可以做到连接的复用省去了创建连接的耗时。
接收所述地面站发送的无人机控制指令，并将所述无人机控制指令发送给所述基站，其中，所述无人机控制指令经由所述基站发送至无人机；
接收所述基站转发的无人机回传指令，并将所述无人机回传指令发送至所述地面站，其中，所述无人机回传指令包含所述无人机控制指令是否被无人机接收的确认信息；接收所述基站转发的无人机状态信息，并将所无人机状态信息发送至所述地面站。
具体步骤包括：
S1、基站和地面站分别与接入机通信模块建立长连接，在步骤S1中，接入机通信模块与基站建立长连接的步骤包括：
S1-1、基站通过自身的区域码调用接入机网关查询可用的接入机：接入机网关查询该基站对应区域码注册上来的接入机列表，将查询出的可用列表返回给基站；
S1-2、基站更新本地可用的接入机列表，发送建立长连接请求给接入机；
S1-3、接入机保存信息后给基站发送连接确认；如果连接失败，则切换网络，指定错误码需要做重连，基站和接入机每隔1分钟进行一次心跳请求，是用来检测通信装置是否存活或者通信链路是否通畅。
S2、接入机通信模块接收无人机状态信息，并将接收到的无人机状态信息上报至地面站，所述接入机通信模块与地面站建立长连接的步骤包括：
S2-1、地面站通过自身的区域码调用接入机网关查询可用的接入机列表，接入机网关查询对应区域码注册上来的可用接入机列表；
S2-2、将查询出的可用列表返回给地面站，地面站更新本地可用的接入机列表；
S2-3、地面站发送建立长连接请求给接入机；接入机保存信息后给地面站发送连接确认；如果连接失败，则切换网络，指定错误码需要做重连。
在步骤S2中，无人机每秒上报状态信息给基站，基站把状态信息发送给连接的接入机，接入机生产kafka主题消息，异步上报无人机状态消息给LATAS存储服务，并解析协议更新无人机状态，所有这个区域码的接入机消费kafka主题消息并广播给所有通信连接的地面站。
S3、接入机通信模块接收地面站下发的控制指令，并将控制指令通过基站发送给至无人机；
在步骤S3中，地面站下发控制指令给接入机；
接入机判断当前地面站查询是否存在无人机对应的通信基站，若有，接入机把控制指令发送给对应的通信基站，通信基站把对应控制指令发给无人机，无人机收到控制指令给通信基站确认收到，通信基站给接入机确认收到，接入机给对应的地面站确认收到，实时监控通讯延时及成功率。
S4、接入机通信模块接收飞行管理系统下发的指令，并将指令发送至基站和/或地面站；作为可选方案，通过接入机通信模块传输的数据均进行加密操作，保证数据的安全，地面站能够对无人机的状态监听、指令操作进行鉴权。
在步骤S4中，飞行管理系统下发指令给地面站的步骤，包括：
S4-1、飞行管理系统发送控制指令(地面站方向)给通信代理；
S4-2、通信代理把控制指令转发给接入机网关，接入机网关把控制指令发给接入机；
S4-3、接入机生产kafka主题消息；
S4-4、接入机返回指令确认给接入机网关，所有这个区域码的接入机消费kafka主题消息并把指令发送给对应地面站，作为可选方案，kafka发布订阅模式的使用，使得无人机状态消息广播对应区域的所有地面站接入机。在生产kafka主题消息时，按无人机编号尾数来写kafka主题的partition，既保证了消息的有序，又可提高kafka吞吐量。
在步骤S4中，飞行管理系统下发指令给基站的步骤包括：
S5-1、飞行管理系统发送控制指令(基站方向)给通信代理；
S5-2、通信代理把控制指令转发给接入机网关，接入机网关把控制指令发给接入机；
S5-3、接入机生产kafka主题消息；
S5-4、所有这个区域码的接入机消费kafka主题消息并把指令发送给对应基站，基站收到后返回指令确认给接入机，接入机把指令确认请求返回给接入机网关，异步上报无人机状态消息给LATAS存储服务，接入机根据无人机编号尾数生产kafka主题消息。
本实施例一种用于无人机通信的接入机通信模块，该接入机通信模块包括接入机和接入机网关，所述接入机通信模块执行上述任意一项所述的无人机通信方法，便于无人机通信装置的使用及推广。
本实施例一种无人机通信系统，包括无人机、基站、地面站和接入机通信模块，其中，所述无人机与所述基站通信连接，所述基站通过所述接入机通信模块与所述地面站通信连接，所述接入机通信模块包括若干接入机和接入机网关，所述接入机网关存储有所述基站、地面站与所述接入机的对应关系，使得基站、地面站和飞行管理系统之间解耦，为无人机飞行提供了可靠通讯服务，可以支持上万架无人机同时在线稳定通讯；作为优选方案，接入机通信模块传输中数据进行加密操作，保证了数据的安全性。
以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

Claims (10)

1.一种无人机通信方法，其特征在于，包括：
与基站和地面站分别建立长连接；
接收所述地面站发送的无人机控制指令，并将所述无人机控制指令发送给所述基站，其中，所述无人机控制指令经由所述基站发送至无人机；
接收所述基站转发的无人机回传指令，并将所述无人机回传指令发送至所述地面站，其中，所述无人机回传指令包含所述无人机控制指令是否被无人机接收的确认信息。
2.根据权利要求1所述的无人机通信方法，其特征在于还包括：接收所述基站转发的无人机状态信息，并将所述状态信息发送至所述地面站。
3.根据权利要求2所述的无人机通信方法，其特征在于，所述接收所述基站转发的无人机状态信息，并将所述状态信息发送至所述地面站的步骤，包括：
在收到所述无人机状态信息后，产生kafka主题消息；
消费kafka主题消息，并将其广播给本地所有在线地面站。
4.根据权利要求1所述的无人机通信方法，其特征在于，所述与基站和地面站分别建立长连接的步骤，包括：
接收所述基站的查询指令，通过所述基站的区域码查询接入机列表中的可用接入机；
将查询出的可用接入机信息发送给所述基站；
接收所述基站发送的建立长连接的请求，并向所述基站发送连接确认信息；
和/或
接收所述地面站的查询指令，通过所述地面站的区域码查询接入机列表中的可用接入机；
将查询出的可用接入机信息发送给所述地面站；
接收所述地面站发送的建立长连接的请求，并向所述地面站发送连接确认信息。
5.根据权利要求1所述的无人机通信方法，其特征在于，所述接收所述地面站发送的无人机控制指令，并将所述无人机控制指令发送给所述基站的步骤，包括：
接收到所述地面站发送的无人机控制指令后，判断所述地面站是否具有操作该无人机的权限，是则查询该无人机对应的基站；
将所述无人机控制指令发送至所述无人机对应的基站。
6.一种无人机通信装置，其特征在于包括：
连接建立模块，用于与基站和地面站分别建立长连接；
收发模块，用于接收所述地面站发送的无人机控制指令，并将所述无人机控制指令发送给所述基站，其中，所述无人机控制指令经由所述基站发送至无人机；接收所述基站转发的无人机回传指令，并将所述无人机回传指令发送至所述地面站，其中，所述无人机回传指令包含所述无人机控制指令是否被无人机接收的确认信息。
7.根据权利要求6所述的无人机通信装置，其特征在于，所述收发模块还用于：接收所述基站转发的无人机状态信息，并将所述状态信息发送至所述地面站。
8.根据权利要求7所述的无人机通信装置，其特征在于，所述收发模块还用于：
在收到所述无人机状态信息后，产生kafka主题消息；
消费kafka主题消息，并将其广播给本地所有在线地面站。
9.根据权利要求8所述的无人机通信装置，其特征在于，所述连接建立模块，包括：
第一接收查询单元，用于接收所述基站的查询指令，通过所述基站的区域码查询接入机列表中的可用接入机；
第一收发单元，用于将查询出的可用接入机信息发送给所述基站；接收所述基站发送的建立长连接的请求，并向所述基站发送连接确认信息；
和/或
第二接收查询单元，用于接收所述地面站的查询指令，通过所述地面站的区域码查询接入机列表中的可用接入机；
第二收发单元，用于将查询出的可用接入机信息发送给所述地面站；接收所述地面站发送的建立长连接的请求，并向所述地面站发送连接确认信息。
10.根据权利要求8所述的无人机通信装置，其特征在于，所述收发模块还用于：
接收到所述地面站发送的无人机控制指令后，判断所述地面站是否具有操作该无人机的权限，是则查询该无人机对应的基站；
将所述无人机控制指令发送至所述无人机对应的基站。
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