CN110941284A - 一种基于无人机的中继网络部署方法及地面台设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及无人机技术领域，具体涉及一种基于无人机的中继网络部署方法及地面台设备，所述方法为：首先将盲区范围划分为多个相同大小的网格，将网格的中心点作为WiFi中继设备的规划点；从而确定WiFi中继设备的数量，并根据规划点生成无人机的规划路径，控制无人机朝规划路径飞行；当首次检测到无人机到达规划点时，将规划点作为部署点，控制无人机将WiFi中继设备投掷于部署点；当完成首次投掷后，控制无人机沿规划路径继续飞行并实时测试当前信号强度；根据当前信号强度生成下一个部署点，控制无人机将WiFi中继设备投掷于部署点，直至完成对盲区范围的中继网络部署，本发明可以提高对盲区覆盖的完整度和精度。
Description
技术领域
本发明涉及无人机技术领域，具体涉及一种基于无人机的中继网络部署方法及地面台设备。
背景技术
目前无人机已被广泛应用于众多行业。利用无人机作为通信中继部署是无人机的重要应用领域。与传统的人工部署中继相比较，通过无人机进行中继部署具有机动性高、构建高效迅速等特点，特别适合于救援、探险、灾区重建、短时通讯等临时通信网络搭建。面对远距离、多阻隔的环境，无人机特有的移动性使其可以高效低成本的进行网络部署。
然而，相比传统的网络规划部署，通过无人机进行中继设备部署往往在精度和覆盖完整度上存在一定的差距，因此，如何改善无人机的部署能力，提高对盲区覆盖的完整度和精度要求，成为亟待解决的问题。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种基于无人机的中继网络部署方法及地面台设备，可以提高对盲区覆盖的完整度和精度。
为了实现上述目的，本发明提供以下技术方案：
根据本发明第一方面实施例的一种基于无人机的中继网络部署方法，包括：
将盲区范围划分为多个相同大小的网格，将所述网格的中心点作为WiFi中继设备的规划点；
确定WiFi中继设备的数量，所述WiFi中继设备的数量不少于所述网格的数量；
根据所述规划点生成无人机的规划路径，控制无人机朝所述规划路径飞行；
当首次检测到所述无人机到达规划点时，将所述规划点作为部署点，控制无人机将所述WiFi中继设备投掷于所述部署点；
当完成首次投掷后，控制无人机沿所述规划路径继续飞行并实时测试当前信号强度；
根据所述当前信号强度生成下一个部署点，控制无人机将所述WiFi中继设备投掷于所述部署点，直至完成对盲区范围的中继网络部署。
作为上述技术方案的进一步改进，在将盲区范围划分为多个相同大小的网格之前，包括：
控制无人机从WiFi信号源起飞，沿经度或纬度方向由近及远的逐行飞行；
实时获取无人机回传的待覆盖区域的WiFi信号强度，根据所述WiFi信号强度确定盲区范围；
当确定好盲区范围后，控制所述无人机返航到所述WiFi信号源。
作为上述技术方案的进一步改进，所述将盲区范围划分为多个相同大小的网格具体为：
计算WiFi中继设备的最大信号覆盖半径；
将所述最大信号覆盖半径的2倍作为正方形的对角边，将盲区范围划分为多个相邻的网格。
作为上述技术方案的进一步改进，所述计算WiFi中继设备的最大信号覆盖半径具体为：
确定自由空间下WiFi网络设备的最小接收功率值Rx和WiFi中继设备的信号发射功率Tx，则有：
Tx＝Rx+Los；
其中，Los为自由空间损耗，结合自由空间损耗公式计算所述WiFi中继设备的最大信号覆盖半径，自由空间损耗Los的计算公式为：
Los＝32.44dbm+20lgd+20lgf；
其中，d为WiFi中继设备的最大信号覆盖半径，单位Km，f为WiFi中继设备的信号发射频率，单位为MHz。
作为上述技术方案的进一步改进，所述根据所述规划点生成无人机的规划路径具体为：
获取所述规划点的经度和纬度，沿无人机的飞行路径将所述规划点进行连接，生成无人机的规划路径。
作为上述技术方案的进一步改进，所述根据所述当前信号强度生成下一个部署点具体为：
当所述当前信号强度达到最小接收功率值Rx时，获取无人机当前的坐标；
将所述无人机当前的坐标沿规划路径累加最大信号覆盖半径d，作为下一个部署点的坐标。
作为上述技术方案的进一步改进，在根据所述当前信号强度生成下一个部署点之后，还包括：
判断所述无人机上是否还有WiFi中继设备，当所述WiFi中继设备全部被投掷后，控制所述无人机返航到所述WiFi信号源，并在所述无人机上挂载多个WiFi中继设备，控制无人机沿所述规划路径继续飞行。
根据本发明第二方面实施例的一种基于无人机的中继网络部署地面台设备，包括：与无人机建立通信连接的中继模块，存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时实现如本发明第一方面实施例中任一项所述的基于无人机的中继网络部署方法，所述中继模块用于根据所述处理器的控制指令对无人机进行无线控制。
本发明的有益效果是：本发明公开一种基于无人机的中继网络部署方法及地面台设备，所述方法为：首先将盲区范围划分为多个相同大小的网格，将所述网格的中心点作为WiFi中继设备的规划点；从而确定WiFi中继设备的数量，并根据所述规划点生成无人机的规划路径，控制无人机朝所述规划路径飞行；当首次检测到所述无人机到达规划点时，将所述规划点作为部署点，控制无人机将所述WiFi中继设备投掷于所述部署点；当完成首次投掷后，控制无人机沿所述规划路径继续飞行并实时测试当前信号强度；根据所述当前信号强度生成下一个部署点，控制无人机将所述WiFi中继设备投掷于所述部署点，直至完成对盲区范围的中继网络部署。本发明可以提高对盲区覆盖的完整度和精度。
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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例一种基于无人机的中继网络部署方法的整体流程示意图；
图2是本发明实施例一种基于无人机的中继网络部署方法中步骤S100之前的流程示意图；
图3是本发明实施例中步骤S100之前的检测路线示意图；
图4是本发明实施例步骤S100中规划路线1的示意图；
图5是本发明实施例步骤S100中规划路线2的示意图；
图6是本发明实施例步骤S600中部署路线2的示意图；
图7是本发明实施例步骤S600中部署路线2的示意图。
具体实施方式
以下将结合实施例和附图对本公开的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整的描述，以充分地理解本公开的目的、方案和效果。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
参考图1，如图1所示为一种基于无人机的中继网络部署方法，包括以下步骤：
步骤S100、将盲区范围划分为多个相同大小的网格，将所述网格的中心点作为WiFi中继设备的规划点。
步骤S200、确定WiFi中继设备的数量，所述WiFi中继设备的数量不少于所述网格的数量。
本步骤通过事先规划WiFi中继设备的数量，以便在所述无人机上挂载适当数量的WiFi中继设备。
步骤S300、根据所述规划点生成无人机的规划路径，控制无人机朝所述规划路径飞行。
步骤S400、当首次检测到所述无人机到达规划点时，将所述规划点作为部署点，控制无人机将所述WiFi中继设备投掷于所述部署点。
本步骤通过将首次检测到的规划点作为部署点，以此部署点为起点，以规划路线为投掷WiFi中继设备的路径，可以为中继网络部署提供初步依据。
然而，在实际部署中，由于受地形地貌的影响，例如，盲区的障碍物分布，障碍物的遮挡，无线信号在穿透障碍物的过程中产生的信号强度衰减等等，都会导致同一WiFi中继设备在不同盲区的覆盖范围不尽相同。
步骤S500、当完成首次投掷后，控制无人机沿所述规划路径继续飞行并实时测试当前信号强度。
步骤S600、根据所述当前信号强度生成下一个部署点，控制无人机将所述WiFi中继设备投掷于所述部署点，直至完成对盲区范围的中继网络部署。
本步骤通过在实际部署中继网络的过程中，根据当前信号强度实时调整部署策略，可以根据盲区的实际场景进行调整，可以满足对盲区覆盖的完整度和精度，确保最大化的满足信号覆盖要求。
参考图2和图3，在一个优选的实施例中，在步骤S100之前，包括：
步骤S110、控制无人机从WiFi信号源起飞，沿经度或纬度方向由近及远的逐行飞行。
本步骤可理解为：首先，将整个信号检测区域沿经纬度方向进行划分，并设置好无人机飞行的行间距；所述行间距的范围为10米～50米。
接着，如图3中检测路线1所示，控制无人机从WiFi信号源起飞，沿经度方向飞行第一行，当完成经度方向的第一行飞行后，转向纬度方向飞行一段行间距的距离，到达经度方向的第二行，并沿经度方向折返，完成经度方向的第二行飞行，以此类推，直至完成整个信号检测区域的信号检测；
或者，如图3中检测路线2所示，控制无人机从WiFi信号源起飞，沿纬度方向飞行第一行，当完成纬度方向的第一行飞行后，转向纬度方向飞行一段行间距的距离，到达纬度方向的第二行，并沿纬度方向折返，完成纬度方向的第二行飞行，以此类推，直至完成整个信号检测区域的信号检测。
步骤S120、实时获取无人机回传的待覆盖区域的WiFi信号强度，根据所述WiFi信号强度确定盲区范围。
其中，盲区是指WiFi信号强度低于一定阈值，导致无法进行通信的区域，本实施例中，将该阈值设为-90dbm，将WiFi信号强度低于-90dbm的待覆盖区域作为盲区范围。
步骤S130、当确定好盲区范围后，控制所述无人机返航到所述WiFi信号源。
本实施例提供的方法可以对盲区范围进行全方位、无死角、高精度的检测，避免了大范围的信号检测所带来的盲区范围不精准，准确定位盲区的大小和区域，便于精准补盲。
参考图4和图5，图4示出了规划路线1，图5示出了规划路线2，其中，正方形虚线框所示为网格，在一个优选的实施例中，所述步骤S100中，将盲区范围划分为多个相同大小的网格具体为：
计算WiFi中继设备的最大信号覆盖半径；将所述最大信号覆盖半径的2倍作为正方形的对角边，将盲区范围划分为多个相邻的网格。从而可以保证规划的每个中继设备覆盖一个网格，可以确保每个网格都能被无线信号覆盖，同时，也可以对需要挂载的WiFi中继设备数量进行初步判断，尽可能的做到精准补盲。
在一个优选的实施例中，所述计算WiFi中继设备的最大信号覆盖半径具体为：
确定自由空间下WiFi网络设备的最小接收功率值Rx和WiFi中继设备的信号发射功率Tx，则有：
Tx＝Rx+Los；
其中，Los为自由空间损耗，结合自由空间损耗公式计算所述WiFi中继设备的最大信号覆盖半径，自由空间损耗Los的计算公式为：
Los＝32.44dbm+20lgd+20lgf；
其中，d为WiFi中继设备的最大信号覆盖半径，单位Km，f为WiFi中继设备的信号发射频率，单位为MHz。
本技术领域中，自由空间下WiFi网络设备的接收功率值，即Received power的取值范围为-40dbm～-85dbm，本实施例中，将Rx设为-85dbm；WiFi中继设备的信号发射功率Tx可根据WiFi中继设备的具体型号获知。
在一个优选的实施例中，所述步骤S300中，根据所述规划点生成无人机的规划路径具体为：
获取所述规划点的经度和纬度，沿无人机的飞行路径将所述规划点进行连接，生成无人机的规划路径。在本发明的实施例中，所述规划路径包括路径线路和方向。
参考图6和图7，图6示出了部署路线1，图7示出了部署路线2，其中，圆形框所示为WiFi中继设备的实际覆盖区域，圆形框的圆心点为部署点，图6中的部署路线1对应图4中的规划路线1，图7中的部署路线2对应图5中的规划路线2，在一个优选的实施例中，所述步骤S600中，根据所述当前信号强度生成下一个部署点具体为：
当所述当前信号强度达到最小接收功率值Rx时，获取无人机当前的坐标；
将所述无人机当前的坐标沿规划路径累加最大信号覆盖半径d，作为下一个部署点的坐标。
如图6和图7所示，在无人机沿规划路径飞行过程中，其所测试的当前信号强度逐渐衰弱，当检测到所述当前信号强度达到最小接收功率值Rx时，说明该部署点的WiFi中继设备所发射的信号已经无法满足无线信号覆盖需求，本实施例将该坐标点作为两个部署点的临界位置，从而计算得出下一个部署点，通过沿规划路径不断更新计算下一个部署点，实时得出对WiFi中继设备实际部署的路径，既保证了对盲区的整体覆盖，又根据实际情况调整WiFi中继设备的部署点，做到了精准覆盖。
需要说明的是，在图3-图7中，坐标轴方向上的N表示经度方向，S表示纬度方向。
在一个优选的实施例中，在根据所述当前信号强度生成下一个部署点之后，还包括：
判断所述无人机上是否还有WiFi中继设备，当所述WiFi中继设备全部被投掷后，控制所述无人机返航到所述WiFi信号源，并在所述无人机上挂载多个WiFi中继设备，控制无人机沿所述规划路径继续飞行。
本发明还提供一种基于无人机的中继网络部署地面台设备，其特征在于，包括：与无人机建立通信连接的中继模块，存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时实现如本发明第一方面实施例中任一项所述的基于无人机的中继网络部署方法，所述中继模块用于根据所述处理器的控制指令对无人机进行无线控制。
在一个改进的实施例中，所述中继网络部署地面台设备还包括太阳能电池板，所述太阳能电池板可用于给所述处理器提供更加持久的电能。
本领域技术人员可以理解，所述例子仅仅是一种基于无人机的中继网络部署地面台设备的示例，并不构成对一种基于无人机的中继网络部署地面台设备的限定，可以包括比例子更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件，例如所述一种基于无人机的中继网络部署地面台设备还可以包括输入输出设备、网络接入设备、总线等。
所称处理器可以是中央处理单元(Central-Processing-Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital-Signal-Processor，DSP)、专用集成电路(Application-Specific-Integrated-Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列(Field-Programmable-Gate-Arr ay，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等，所述处理器是所述一种基于无人机的中继网络部署地面台设备的控制中心，利用各种接口和线路连接整个一种基于无人机的中继网络部署地面台设备可运行装置的各个部分。
所述存储器可用于存储所述计算机程序和/或模块，所述处理器通过运行或执行存储在所述存储器内的计算机程序和/或模块，以及调用存储在存储器内的数据，实现所述一种基于无人机的中继网络部署地面台设备的各种功能。所述存储器可主要包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序(比如声音播放功能、图像播放功能等)等；存储数据区可存储根据手机的使用所创建的数据(比如音频数据、地图等)等。此外，存储器可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如硬盘、内存、插接式硬盘，智能存储卡(Smart-Media-Card，SMC)，安全数字(Secur e-Digital，SD)卡，闪存卡(Flash-Card)、至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他易失性固态存储器件。
尽管本公开的描述已经相当详尽且特别对几个所述实施例进行了描述，但其并非旨在局限于任何这些细节或实施例或任何特殊实施例，而是应当将其视作是通过参考所附权利要求，考虑到现有技术为这些权利要求提供广义的可能性解释，从而有效地涵盖本公开的预定范围。此外，上文以发明人可预见的实施例对本公开进行描述，其目的是为了提供有用的描述，而那些目前尚未预见的对本公开的非实质性改动仍可代表本公开的等效改动。
Claims (8)
1.一种基于无人机的中继网络部署方法，其特征在于，包括：
将盲区范围划分为多个相同大小的网格，将所述网格的中心点作为WiFi中继设备的规划点；
确定WiFi中继设备的数量，所述WiFi中继设备的数量不少于所述网格的数量；
根据所述规划点生成无人机的规划路径，控制无人机朝所述规划路径飞行；
当首次检测到所述无人机到达规划点时，将所述规划点作为部署点，控制无人机将所述WiFi中继设备投掷于所述部署点；
当完成首次投掷后，控制无人机沿所述规划路径继续飞行并实时测试当前信号强度；
根据所述当前信号强度生成下一个部署点，控制无人机将所述WiFi中继设备投掷于所述部署点，直至完成对盲区范围的中继网络部署。
2.根据权利要求1所述的一种基于无人机的中继网络部署方法，其特征在于，在将盲区范围划分为多个相同大小的网格之前，包括：
控制无人机从WiFi信号源起飞，沿经度或纬度方向由近及远的逐行飞行；
实时获取无人机回传的待覆盖区域的WiFi信号强度，根据所述WiFi信号强度确定盲区范围；
当确定好盲区范围后，控制所述无人机返航到所述WiFi信号源。
3.根据权利要求1或2所述的一种基于无人机的中继网络部署方法，其特征在于，所述将盲区范围划分为多个相同大小的网格具体为：
计算WiFi中继设备的最大信号覆盖半径；
将所述最大信号覆盖半径的2倍作为正方形的对角边，将盲区范围划分为多个相邻的网格。
4.根据权利要求3所述的一种基于无人机的中继网络部署方法，其特征在于，所述计算WiFi中继设备的最大信号覆盖半径具体为：
确定自由空间下WiFi网络设备的最小接收功率值Rx和WiFi中继设备的信号发射功率Tx，则有：
Tx＝Rx+Los；
其中，Los为自由空间损耗，结合自由空间损耗公式计算所述WiFi中继设备的最大信号覆盖半径，自由空间损耗Los的计算公式为：
Los＝32.44dbm+20lgd+20lgf；
其中，d为WiFi中继设备的最大信号覆盖半径，单位Km，f为WiFi中继设备的信号发射频率，单位为MHz。
5.根据权利要求1或2所述的一种基于无人机的中继网络部署方法，其特征在于，所述根据所述规划点生成无人机的规划路径具体为：
获取所述规划点的经度和纬度，沿无人机的飞行路径将所述规划点进行连接，生成无人机的规划路径。
6.根据权利要求4所述的一种基于无人机的中继网络部署方法，其特征在于，所述根据所述当前信号强度生成下一个部署点具体为：
当所述当前信号强度达到最小接收功率值Rx时，获取无人机当前的坐标；
将所述无人机当前的坐标沿规划路径累加最大信号覆盖半径d，作为下一个部署点的坐标。
7.根据权利要求2所述的一种基于无人机的中继网络部署方法，其特征在于，在根据所述当前信号强度生成下一个部署点之后，还包括：
判断所述无人机上是否还有WiFi中继设备，当所述WiFi中继设备全部被投掷后，控制所述无人机返航到所述WiFi信号源，并在所述无人机上挂载多个WiFi中继设备，控制无人机沿所述规划路径继续飞行。
8.一种基于无人机的中继网络部署地面台设备，其特征在于，包括：与无人机建立通信连接的中继模块，存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时实现如权利要求1至7中任一项所述的基于无人机的中继网络部署方法，所述中继模块用于根据所述处理器的控制指令对无人机进行无线控制。
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