CN114503530B - 用于无人机系统通信的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

提供了一种用于无人机系统通信的系统和方法。一种由用于实现第一服务器的至少一个处理器执行的方法，包括：基于请求第二服务器为无人驾驶飞行器UAV和该UAV的控制器的对创建一个或多个组，获取所述对的组标识符或该对中的每一项的相应组标识符；使用该对的组标识符或该对中的每一项的相应组标识符，为该对的通信提供服务质量QoS；以及基于确定通信条件不满足预定的QoS要求，触发第三服务器为该对执行QoS适配。

Description

用于无人机系统通信的系统和方法
相关申请的交叉引用
本申请要求于2020年8月28日提交的美国临时专利申请No.63/071,434号和于2020年11月12日提交的美国专利申请No.17/096,027号的优先权权益，其全部内容通过引用整体并入本文中。
技术领域
本公开实施例涉及无人机系统(unmanned aerial system，UAS)的操作，更具体地，涉及用于无人机系统通信的服务质量(Quality of Service，QoS)的监测和分配。
背景技术
可以为无人机系统(unmanned aerial system，UAS)应用层操作保持源自无人驾驶飞行器(Unmanned Aerial Vehicle，UAV)的QoS(例如，从UAS到网络的上行链路)或到UAS终止的QoS(例如，从网络到UAS的下行链路)。QoS可以包括但不限于网络带宽、延迟、抖动、数据丢失率等。
发明内容
目前，所支持的三种命令和控制(command and control，C2)通信模式可能需要来自UAS应用层的不同网络资源支持。
本公开实施例可以解决上述问题和其他问题。
根据实施例，关于直接C2通信，可以提供服务使能架构层(serviceenablerarchitecture layer，SEAL)组管理服务器以确保一对UAV和UAV控制器之间的匹配，例如基于某些UAS ID配置来确保匹配。网络QoS配置可以由SEAL网络资源管理器(network resource manager，NRM)服务器基于组ID触发。在某些情况下，可以为UAV和UAV控制器分别创建子组，以实现对每个上行链路和下行链路进行单独的QoS控制。本公开实施例可以通过使用基于组的方法提供直接C2 QoS配置来提供网络资源支持。
根据一个或多个实施例，提供了一种由实现第一服务器的至少一个处理器执行的方法。该方法包括：基于请求第二服务器为无人驾驶飞行器UAV和该UAV的对创建一个或多个组，获取所述对的组标识符或所述对中的每一项的相应组标识符；使用所述对的组标识符或所述对中的每一项的相应组标识符，为所述对的通信提供服务质量QoS；以及基于确定通信条件不满足预定的QoS要求，触发第三服务器为所述对执行QoS的适配。
根据一个实施例，所述对的通信是UAV和控制器之间的直接命令和控制C2通信。
根据一个实施例，通信条件包括带宽、延迟、抖动和数据丢失率中的至少一种。
根据一个实施例，该方法还包括：基于UAV和控制器被通信连接到第一服务器，将该UAV和该UAV的控制器识别为所述对。
根据一个实施例，识别所述对包括：获取UAV的第一标识符和控制器的第二标识符；以及基于第一标识符与第二标识符相同，将该UAV和该控制器识别为所述对。
根据一个实施例，所述获取包括基于请求第二服务器为所述对创建一个或多个组，获取所述对的组标识符，以及所述提供包括使用所述对的组标识符为所述对的通信提供QoS。
根据一个实施例，所述获取包括基于请求第二服务器为所述对创建一个或多个组，获取所述对中的每一项的相应组标识符，以及所述提供包括使用所述对中的每一项的相应组标识符为所述对的通信提供QoS。
根据一个实施例，第二服务器是服务使能架构层SEAL组管理服务器，第三服务器是SEAL网络资源管理服务器。
根据一个实施例，触发第三服务器为所述对执行QoS的适配包括向第三服务器发送请求以执行QoS的适配。
根据一个实施例，该方法还包括：接收来自第三服务器的指示QoS已成功适配的响应。
根据一个或多个实施例，提供了一种系统。该系统包括至少一个处理器和存储计算机代码的存储器。该计算机代码包括：请求代码，该请求代码被配置为使得由至少一个处理器实现的第一服务器请求第二服务器提供无人驾驶飞行器UAV和该UAV的控制器的对的组标识符或所述对中的每一项的相应组标识符；配置代码，该配置代码被配置为使得第一服务器使用所述对的组标识符或所述对中的每一项的相应组标识符，为所述对的通信提供服务质量QoS；确定代码，该确定代码被配置为使得第一服务器确定通信条件是否不满足预定的QoS要求；以及触发代码，该触发代码被配置为使得第一服务器基于确定通信条件不满足预定的QoS要求，触发第三服务器为所述对执行QoS的适配。
根据一个实施例，所述对的通信是UAV和控制器之间的直接命令和控制C2通信。
根据一个实施例，通信条件包括带宽、延迟、抖动和数据丢失率中的至少一种。
根据一个实施例，计算机代码还包括：识别代码，该识别代码被配置为基于UAV和控制器被通信连接到第一服务器，将该UAV和该UAV的控制器识别为所述对。
根据一个实施例，识别代码被配置为使得所述第一服务器基于第一服务器获取的UAV的第一标识符和控制器的第二标识符相同，将该UAV和该UAV的控制器识别为所述对。
根据一个实施例，请求代码被配置为使得第一服务器请求第二服务器提供UAV和控制器的对的组标识符；以及提供代码被配置为使得第一服务器使用所述对的组标识符为该对的通信提供QoS。
根据一个实施例，请求代码被配置为使得第一服务器请求第二服务器为所述对中的每一项提供相应组标识符；以及提供代码被配置为使得第一服务器使用所述对中的每一项的相应组标识符为该对的通信提供QoS。
根据一个实施例，第二服务器是服务使能架构层SEAL组管理服务器，第三服务器是SEAL网络资源管理服务器。
根据一个实施例，触发代码被配置为使得第一服务器向第三服务器发送请求以执行QoS的适配。
根据一个或多个实施例，提供了一种非暂时性计算机可读介质，用于存储计算机代码。该计算机代码被配置为，当由实现第一服务器的至少一个处理器执行时，使得至少一个处理器执行以下操作：请求第二服务器提供无人驾驶飞行器UAV和该UAV的控制器的对的组标识符或所述对中的每一项的相应组标识符；使用所述对的组标识符或所述对中的每一项的相应组标识符，为该对的通信提供服务质量QoS；确定通信条件是否不满足预定的QoS要求；以及基于确定通信条件不满足预定的QoS要求，触发第三服务器为该对执行QoS的适配。
附图说明
通过以下详细描述和附图，所公开的主题的其他特征、性质和各种优点将更加明显，在附图中：
图1是无人机系统(UAS)的示意图。
图2是包括与至少一个服务器的UAS通信的UAS的示意图。
图3是根据一个实施例的包括UAS的系统的示意图。
图4是根据一个实施例的包括UAS的系统的示意图。
图5是根据一个实施例的使用SEAL组管理服务器创建UAV组的高级过程的示意图。
图6是根据一个实施例的提供基于组的直接C2 QoS的高级工作流的示意图。
图7是根据一个实施例的UAE服务器的计算机代码的示意图。
图8是用于UAS的示例SEAL通用架构的示意图。
图9是根据一个实施例的计算机系统的示意图。
具体实施方式
参考图1，无人机系统UAS(100)可以包括无人机UAV(101)和控制器(102)。控制器(102)可以使用数据链路(103)将控制命令从控制器(102)传送到UAV(101)。控制器(102)可以包括至少一个通信电路，该通信电路被配置为通过甚高频(Very High Frequency，VHF)、超高频(Ultra-High Frequency，UHF)或其他模拟或数字无线传送的无线技术提供通信，构成数据链路(103)。控制器(102)可以通过数据链路(103)控制UAV(101)的发动机(114)或UAV(101)的控制面的功率水平。也可以使用类似于直升机或飞机的命令的更抽象的命令，例如俯仰、偏航和翻滚。经验丰富的飞行员可以通过这些基本控制操作一些UAV，而不依赖于UAV内部控制信号的任何先进的机载处理。UAV具有多种形式，包括直升机和飞机。
最近，机载电子设计的进步使得能够将某些任务从人类操作者转移到UAV本身。目前，许多UAV包括传感器(104)，传感器向UAV(101)的机载控制器(105)指示UAV(101)的特性，例如，UAV(101)的姿态和加速度。机载控制器(105)可以是具有缩小的用户界面或不采用用户界面的计算机系统。除了从数据链路(103)接收的来自控制器(102)控制输入之外，由传感器(104)获得的信息可以使得UAV(101)保持稳定，除非从控制器(102)获得正控制输入。
甚至最近，UAV可以包括接收器(106)，接收器被配置为接收来自多个全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System，GNSS)之一的通信，例如由美国运营的全球定位系统(Global Positioning System，GPS)。图1示出了提供信号(107)作为上述通信的单个卫星(108)，用于表示GNSS。然而，UAV(101)的接收器(106)可以接收来自包括三个或更多个、通常是四个或更多个视距卫星的GNSS的通信，以对UAV(101)在空间中的位置进行三角测量。接收器(106)可以是GNSS接收器，可以相当准确地确定UAV(101)在空间和时间上的位置。在一些UAV中，可以通过UAV(101)在垂直(Z-)轴上的附加传感器(例如超声波或LIDAR传感器)来增强GNSS，以实现软着陆(未示出)。根据一些实施例，UAV(101)可以被配置为基于GNSS能力执行诸如“飞回家”和“自动着陆”之类的特性，其中UAV(101)飞到被定义为其家的位置。这些特性可由UAV(101)基于来自控制器(102)的简单命令(例如：按下单个按钮)执行，或者在来自控制器(102)的数据链路(103)丢失或其他有意义的控制输入超时的情况下执行。
作为另一近期的发展，UAV(101)还可以包括一个或多个摄像头(109)。在一些情况下，UAV(101)可以包括一个安装在万向节上的摄像头作为摄像头(109)之一，并且可以用于记录对UAV用户来说质量足够(就目前而言，通常是高清电视分辨率)的图片和视频。在一些情况下，UAV(101)可以包括其他摄像头(110)，通常覆盖一些或所有的运动轴，并且UAV(101)可以被配置为基于来自摄像头(110)的信号执行机载信号处理以避免与固定物体和移动物体的碰撞。
在一些情况下，UAV(101)可以包括“主”摄像头作为摄像头(109)之一，并且其摄像头信号可以由UAV(101)的通信接口(例如通信电路)通过数据链路(111)向人类用户实时传送，并显示在显示设备(112)上，该显示设备包括在控制器(102)中、附接到控制器或与控制器分离。数据链路(111)可以与数据链路(103)相同或不同。因此，使用称为“第一人称视角(First PersonView，FPV)”的技术，UAV可以成功地飞离人类飞行员的视距范围。
参考图2，UAS(200)可以包括UAV(201)和控制器(202)。UAV(201)和控制器(202)可以分别与图1所示的UAV(101)和控制器(102)相同或相似。根据一个实施例，可能由人类飞行员(203)操作的UAS(200)可以被配置为实时通知一个或多个USS(204)关于UAV(201)的位置。可以使用互联网(205)进行上报。对于除涉及系留无人机(tethered UAV)的异国用例之外的所有用例，这可能意味着UAS(201)的UAV(200)和控制器(202)中的一个或这两者可以配置为具有通过诸如网络(207)(例如，5G网络)之类的无线网络连接到互联网(205)的连接(206)，并且USS(204)也可以具有连接到互联网(205)的连接(208)。这里可以假设这样的场景，但是本公开的实施例不限于此。也可以使用除互联网(205)之外的网络。例如，可以想象，不是互联网的封闭无线网络可用于在UAS(200)和USS(204)之间进行通信。封闭无线网络可用于某些军用UAV。之后提及“互联网”时，应包括此类网络。
可以在使用时部署许多物理无线网络技术，实现连接(206)(例如无线连接)和网络(207)(例如无线网络)以将例如UAS(200)的控制器(202)或UAV(201)连接到互联网(205)。对于户外应用，可以使用移动网络，例如第五代或“5G”网络。之后，可以假设使用这样的5G网络，但是本公开的实施例不限于此。其他物理网络技术同样可以使用，包括例如3G、3.5G、4G、LTE移动网络、基础设施或点对点模式(ad hoc mode)中的无线LAN、紫蜂(zig-bee)等。在本公开实施例中，承载互联网的移动网络可以提供诸如例如UAS(200)和USS(204)之间的双向通信。然而，每个方向的服务质量可能不同。根据本公开实施例，UAV(201)、控制器(202)和/或USS(204)可以包括通信接口(例如，包括发射器和/或接收器)以及至少一个处理器与存储器，所述至少一个处理器能够实现一种或多种物理无线网络技术，以便被配置为通过本公开的一种或多种网络类型进行通信。
参考图2，互联网(205)通过网络(207)(例如5G网络)与UAV(201)和/或控制器(202)之间的连接(206)可以是双向的。使用例如互联网协议(Internet Protocol，IP)、传输控制协议(Transmission Control Protocol，TCP)、用户数据报协议(User DatagramProtocol，UDP)、超文本传输协议(HypertextTransfer Protocol，HTTP)、快速UDP互联网连接(Quick UDP Internet Connection，QUIC)等互联网协议进行UAS(200)和USS(204)之间的通信时，根据这些协议的性质，这些协议可能需要双向链路才能工作。
参考图3-4，在本公开实施例中，可以提供一种系统。该系统可以包括一起构成UAS(300)的UAV(301)和控制器(302)。UAV(301)和控制器(302)可以包括任何数量的硬件(例如摄像头和通信接口)以及图1和图2中所示的关于UAS(100)和UAS(200)描述的软件组件，并且可以被配置为执行关于UAS(100)和UAS(200)描述的功能。根据实施例，参考图3，UAV(301)可以包括计算机系统(320)，该计算机系统包括至少一个处理器和存储计算机代码的存储器，其中计算机代码被配置为当由UAV(301)的至少一个处理器执行时使得UAV(301)执行其功能。计算机系统(320)可以由下文中参考图9描述的计算机系统(900)的任何数量的组件实现，并且可以不包括图9所示的大多数用户界面组件。计算机系统(320)可以是嵌入式系统，并且可以有利地(由于空间和重量原因)成为UAV(301)的机载飞行控制电路的一部分或集成到UAV的机载飞行控制电路中。计算机系统(320)可以具有获取其在三维空间中的位置的机制。例如，计算机系统(320)可以包括GPS天线(323)，GPS天线与GPS接收器一起可以作为这种机制的一个示例。计算机系统(320)可以包括其他机制，例如GPS与(可能更准确的)气压高度传感器的组合、三角测量机制等，用于由地面导航工具(全向距离导航系统(VOR)、手机信号塔等)确定横向位置。UAV(301)还可以包括可由UAV(301)的用户(309)访问的存储器(324)。例如，如图3所示，存储器(324)可以是微型SD卡。然而，存储器(324)也可以是UAV(301)中其他的可更换的半导体存储器、机载NV-RAM等，其可通过计算机的网络插头或通过无线LAN访问。
控制器(302)还可以包括计算机系统，该计算机系统包括至少一个处理器和存储计算机代码的存储器，其中计算机代码被配置为当由控制器(302)的至少一个处理器执行时使得控制器(302)执行其功能。控制器(302)的计算机系统可以由下文中稍后参照图9描述的计算机系统(900)的任何数量的组件实现。参考图4，控制器(302)可以包括可由控制器(302)的用户(309)访问的存储器(334)。存储器(334)可以具有与存储器(324)相同或相似的配置。根据实施例，UAS(300)中可以不包括存储器(324)和存储器(334)，或者UAS(300)中可以包括存储器(324)和存储器(334)中的一个或包括这两者。
存储器(324)和/或存储器(334)至少可以具有足够的大小来存储与UAV可以在其中运行的空域相关的信息。这样的信息可以包括图表的数字表示、航行通知(Notice toAirmen，NOTAM)、以及临时飞行限制(Temporary FlightRestriction，TFR)等。数字信息可以由UAV(301)的计算机系统(320)和/或控制器(302)的计算机系统解释，并且可以在三个维度(包括横向位置和高度)上与UAV(301)的位置进行比较(例如相互关联)。UAV(301)的计算机系统(320)和/或控制器(302)的计算机系统可以确定UAV(301)是在UAV(301)目前占据的空域“合法飞行”或“不合法飞行”，作为比较(例如相关性)过程的结果。替代地或附加地，UAV(301)的计算机系统(320)和/或控制器(302)的计算机系统可以确定其他结果，例如“合法飞行但接近合法空域边界”、“合法飞行，但如果不改变航向，则在10秒内变为不合法飞行”等。存储器(324)和/或存储器(334)可以加载与UAV(301)预计飞入的空域相关的数字信息。
在UAV(301)的启动、飞行前或飞行期间，UAS(300)可以通过无线连接(341)和无线连接(342)中的一个或多个获得与空域相关的数字信息(或者可以更新数字信息的附加数字信息)。例如，参考图3，UAS(300)的UAV(301)可以被配置成具有通过无线网络(例如，诸如5G网络的网络(307))连接到互联网(305)的无线连接(341)，一个或多个服务器(304)(例如USS)可以连接到互联网(305)。替代地或附加地，参考图4，UAS的控制器(302)可以被配置成具有通过诸如网络(307)(例如，5G网络)的无线网络连接到互联网(305)的无线连接(342)，以及一个或多个服务器(304)可以连接到互联网(305)。因此，UAV(301)和/或UAS(300)的控制器(302)可以被配置为通过互联网(305)与一个或多个服务器(304)和/或由相关当局在空域上操作或指定的类似服务器进行通信。通过无线连接(341)和/或无线连接(342)，UAS(300)可以查询一个或多个服务器(304)(例如USS)，并且从一个或多个服务器(304)接收与空域相关的数字信息(或附加数字信息)。
例如，根据实施例，UAV(301)和/或控制器(302)可以向USS(408)(和/或类似的服务器)查询下列信息，然后UAV(401)和/或控制器(302)可以获得这些信息并将其存储在存储器(324)和/或存储器(334)中：
(A)图表：在UAV(301)或控制器(302)确定存储器(324)和/或存储器(334)中的相关区域的机载图表不是最新的情况下(例如，航图可能具有有效期)，UAS(300)可以查询并获得与由UAS(300)标识的特定区域相关的图表。例如，特定区域可以是由UAS(300)从GPS天线(323)获得的地理位置(例如，UAS(401)的位置)，或其他地理参考数据，包括UAV(301)的当前位置周围的合理半径，其中合理半径可以由UAV(301)或控制器(302)基于UAV(301)的续航时间(例如，最大飞行时间)、UAV(301)的最大速度以及适应风和其他环境因素的安全系数计算。
(B)航行通知：UAS(300)可以查询并获得与由UAS(300)标识的特定区域相关的NOTAM，其中该特定区域可以与上述特定区域相同或相似。
(C)TFR：UAS(300)可以查询并获得与由UAS(300)标识的特定区域相关的TFR，其中该特定区域可以与上述特定区域相同或相似。
(D)其他信息：UAS(300)可以查询并获得与UAV飞行相关的其他信息(例如，与由UAS(300)标识的特定区域相关的其他信息)。例如，其他信息可以包括天气数据，例如包括风数据。根据实施例，UAS(300)可以使用天气数据来确定用于计算UAV(301)的当前位置周围的合理半径的安全系数。
使用上述机制接收的信息可以与存储器(324)和/或存储器(334)中的机载信息集成并按照下文进一步描述的方式使用。
用于UAS(300)(例如UAV(301)或控制器(302))和一个或多个服务器(304)(例如USS)之间通信的协议细节可能取决于一个或多个服务器(304)提供的服务。从历史上看，作为示例，NOTAM(例如TFR)在覆盖空中交通管制中心地理区域(美国几个州的大小)的文件中获得。根据本公开实施例，UAS(300)(例如，UAV(301)或控制器(302))可以执行以下操作：(a)请求与UAV(301)正在运行的状态(例如，由UAS(300)基于GPS位置和机载图表标识)相对应的文件；(b)使用FTP或HTTP等协议下载相关的NOTAM文本文件(大小可能为几十或可能100千字节(KB))；(c)解析文件以获得相关信息；以及(e)将用机载图表信息标识的相关信息集成在存储器(324)和/或存储器(334)中。这样的过程不仅可以在飞行前至少发生一次，也可以在飞行期间发生几次，例如以1分钟或5分钟的间隔发生。由于文件大小相对较小，所以这样的过程可能是可行的。下文描述的本公开的其他访问机制甚至可能更有效。
最近，包括FAA在内的空域当局已经实施了现代查询界面，使得能够自动下载与特定位置相关的信息，其粒度比州细得多。这些界面可以基于RESTful技术操作。表述性状态转移(Representational State Transfer，REST)是一种技术，在该技术中，客户端可以通过标准超文本传送协议(HTTP)方法(例如，获取(GET)、发布(POST)、放置(PUT)、修补(PATCH)或删除(DELETE))以定义的格式查询由基本统一资源指示符(Unified ResourceIndicator，URI)标识的服务器。一种这样定义的标准化格式称为Java对象表示法(JavaObjectNotation，JSON)。
参考图3，UAV(301)的计算机系统(320)可以包括通信接口，作为示例，该通信接口包括一个或多个通信器，例如通信器(325)，该通信器例如可以包括5G天线。通信器(325)可以被配置为通过使用网络(307)向互联网(305)发送数据以及从互联网接收数据(例如与空域相关的信息)。通信器(325)或UAV(301)的通信接口的另一个通信器可以被配置为通过无线连接(310)发送数据(例如，传感器数据、视频数据、与空域相关的信息)以及接收来自控制器(302)的数据(例如命令数据)。控制器(302)也可以具有包含通信器的通信接口，该通信器被配置为通过无线连接(310)向UAV(301)发送数据(例如命令)以及从UAV(301)接收数据(例如，传感器数据、视频数据、与空域相关的信息)。参考图4，控制器(302)的通信器(315)或控制器(302)的通信接口的另一个通信器可以被配置为通过使用网络(307)向互联网(305)发送数据以及从互联网接收数据(例如与空域相关的信息)。作为示例，本公开的每个通信器可以包括发送器和接收器。
根据实施例，UAS(300)可以被配置为接收与空域相关的数字信息。根据实施例，UAS(300)可以被配置为在UAV(301)和控制器(302)之间传送与空域相关的数字信息。根据实施例，UAV(301)和/或控制器(302)可以被配置为基于与空域相关的数字信息做出判决(例如非法飞行)。根据实施例，UAV(301)和/或控制器(302)可以被配置为使得UAV(301)和/或控制器(302)向用户(309)警告该判决，和/或使得UAV(301)基于判决执行动作(例如自动返回或着陆)。下面提供了向用户(309)警告判决的示例。
再次参考图3至图4，在根据本公开实施例的任何上述机制或任何其他合适的机制获得对存储在存储器(324)和/或存储器(334)中的图表信息的更新之后，UAS(300)可以基于更新的图表信息将比较(例如相关性)过程的结果传达给用户(309)。在驾驶UAV(301)时，用户(309)可能对所获得的细节不是特别感兴趣。相反地，用户(309)可能最感兴趣的是关于UAV(301)的飞行是非法的或已经成为非法的事件的指示。
根据实施例，参考图3，UAS(300)可以通过使用UAV(301)和控制器(302)之间的无线连接(310)来通知用户(309)以传送对比较(例如相关性)结果进行编码的信号，并通过例如控制器(302)的振动、诸如警告的视觉信号或显示器(312)上的消息通知用户(309)，显示器可以是控制器(302)的一部分或附接到控制器。例如，无线连接(310)可以是可用的。然而，如果由于任何原因没有这样的无线连接可用，替代地或附加地，UAV(301)可以包括使得它能够通知用户(309)比较(例如相关性)过程的结果的机载机制。例如，UAV(301)可以包括地面可见的警告灯。作为另一个示例，UAV(301)可以“摆动”(快速振荡的垂直运动)。
参考图6，本公开实施例可以包括将一些计算负担从UAV(301)转移到控制器(302)的替代或附加的实现方式。例如，在这种情况下，控制器(302)可以访问包括(可能更新的)图表数据的存储器(334)，并且可以基于由UAV(301)通过无线连接(310)发送的位置信息(由GPS天线(323)获得)来执行上述比较(例如相关性)。可以使用任何合适的机制(包括上述机制)通过通信器(315)(例如5G接口)、网络(307)(例如5G网络)和互联网(305)将图表数据更新到一个或多个服务器(304)(例如USS)。比较的结果(例如合法飞行或不合法飞行)可以在控制器(302)本地可用，并且可以由控制器(302)通过例如视觉信号(例如通过灯)、显示器(312)上的消息、振动警报或其他合适的机制来传达给用户(309)。由于控制器(302)控制UAV(301)，比较结果也可以通过UAV(301)本身变得可见，例如通过连接到UAV(301)的灯或通过UAV“摆动”的方式可见。因为用户(309)可能专注于UAV(301)本身而不是控制器(302)的用户界面，因此对UAV(301)的判断结果的指示可能是有益的。
在第三代合作伙伴计划(3GPP)的5G无线架构中，可能有一个垂直服务使能架构层(Service Enabler Architecture Layer for verticals，SEAL)，它提供程序、信息流和API以支持3GPP系统上的垂直应用。为了确保在3GPP系统上有效使用和部署垂直应用，SEAL服务可以包括但不限于组管理、配置管理、位置管理、身份管理、密钥管理和网络资源管理。
参考图8，下面描述了一个用于UAS的SEAL通用架构示例。
作为示例，SEAL通用架构可以包括用户设备(User Equipment，UE)(710)(例如UAS)、3GPP网络(720)、UAV应用启用(Application Enablement，UAE)服务器(730)和SEAL服务器(740)。作为示例，UE(710)可以包括UAE客户端(712)和SEAL客户端(714)。
UAE客户端(712)可以提供UAE客户端侧的功能，并且可以支持通过参考点(701)与SEAL客户端(714)的交互。UAE服务器(730)可以提供UAE服务器侧的功能，并且可以支持通过参考点(704)与SEAL服务器(740)的交互。
SEAL客户端(714)可以提供与特定SEAL服务对应的客户端侧功能，并且SEAL客户端(714)可以支持与UAE客户端(712)的交互，也可以支持在两个UE(710)之间与对应的SEAL客户端(714)的交互。SEAL服务器(740)可以提供与特定SEAL服务对应的服务器侧功能，可以支持与UAE服务器(730)的交互，并且还可以支持在分布式SEAL部署中与对应的SEAL服务器(740)的交互。
可以通过参考点(702)提供与UAE客户端(712)和垂直应用层(VerticalApplication Layer，VAL)服务器之间的垂直应用层支持功能相关的交互。VAL服务器可以是UAE服务器(730)的一部分，或者与UAE服务器一起提供。SEAL客户端(714)和对应的SEAL服务器(740)之间的交互可以通过参考点(703)提供。参考点(703)可以是特定的SEAL服务(例如网络资源管理)参考点，它可以在特定的SEAL服务功能模型中指定。
可以提供网络资源管理(Network Resource Management，NRM)服务器，该服务器通过参考点(705)与3GPP策略和计费规则功能(Policy and ChargingRules Function，PCRF)进行通信。NRM服务器可以通过参考点(706)与3GPP5G策略控制功能(Policy ControlFunction，PCF)通信，以控制来自底层3GPP网络(720)的单播资源。NRM服务器可以是SEAL服务器(740)的一部分，或者与SEAL服务器一起提供，并且PCRF和PCF可以被包括在3GPP网络(720)中。
根据实施例，3GPP 5G无线架构可以包括SEAL组管理器(Group Manager，GM)服务器，SEAL组管理服务器被配置为启用上层应用层的组管理操作。此外，3GPP 5G无线架构可以包括SEAL网络资源管理(NRM)服务器，网络资源管理服务器被配置为支持上层应用层的单播和多播网络资源管理。
目前5G无线技术支持三种C2(命令和控制)通信模式：直接C2、网络辅助C2和UAS流量管理(UAS Traffic Management，UTM)-导航C2通信。
直接C2是一种在UAV控制器和UAV之间建立直接C2链路的模式，这样UAV控制器和UAV可以相互通信，并且都使用5G网络提供的用于直接C2通信的已配置和调度的无线资源注册到5G网络。也就是说，例如，直接C2可以是UAV控制器和UAV通过3GPP网络(例如5G网络)进行通信的模式，而不是使用蓝牙、WIFI或任何其他未经许可的无线资源进行通信的模式。根据实施例，UAV控制器和UAV都可以具有设计的3GPP订阅并且还可以具有3GGPUE ID。
网络辅助C2通信是UAV控制器和UAV注册并建立各自的到5G网络的单播C2通信链路并通过5G网络相互通信的模式。
UTM-导航C2通信是为UAV提供预定飞行计划，UTM(如USS服务器)与UAV保持C2通信链路以定期监测UAV飞行状态，使用最新的动态限制验证飞行状态，提供路线更新，并在必要时驾驶UAV的模式。
如上所述，可以为UAS应用层操作保持源自UAV的QoS(从UAS到网络的上行链路)或到UAS终止的QoS(从网络到UAS的下行链路)。QoS可以包括但不限于网络带宽、时延、抖动、数据丢失率等。目前支持的三种C2通信模式可能需要来自UAS应用层的不同的网络资源支持。
本公开实施例可以解决上述问题和其他问题。
根据实施例，关于直接C2通信，可以提供服务使能架构层(SEAL)组管理服务器以确保一对UAV和UAV控制器之间的匹配，例如基于某些UAS ID配置来确保匹配。网络QoS提供可以由SEAL网络资源管理器(NRM)服务器基于组ID触发。在某些情况下，可以为UAV和UAV控制器分别创建子组(或其他类型的独特组)，以实现对每个上行链路和下行链路进行单独的QoS控制。本公开实施例可以通过使用基于组的方法提供直接C2 QoS提供来提供网络资源支持。
参考图5，示出了为一对UAV和UAV控制器创建组的方法。如图5所示，可以提供UAV控制器(401)、UAV应用启用(UAE)服务器(402)、UAV(403)和SEAL GM服务器(404)。根据实施例，上述组件可以在图3至图4所示的系统中实现。例如，UAV控制器(401)可以对应控制器(302)，UAV(403)可以对应UAV(301)，并且UAE服务器(402)和SEAL GM服务器(404)可以由一个或多个服务器(304)及其相同或不同的至少一个处理器来实现。这样的组件可以使用图3至图4中所示的各种连接相互通信。
根据实施例，系统(例如图3至图4中所示的系统)可以配置为提供直接C2通信、网络辅助C2通信和/或UTM-导航C2通信，并且可以配置为执行如下所述的组创建方法。
参考图5，UAV控制器(401)和UAV(403)最初都可以使用共同的UASID连接到UAE服务器(402)(步骤405)。
在连接之后，UAE服务器(402)可以识别唯一的一对UAV控制器(401)和UAV(403)(步骤406)。例如，UAE服务器(402)可以基于从UAV控制器(401)和UAV(403)两者接收到相同的UAS ID来识别UAV控制器(401)和UAV(403)是一对。
在识别出该对之后，UAE服务器(402)可以使用UAE服务器(402)和SEAL GM服务器(404)之间的链接(例如GM-S参考链接)向SEAL GM服务器(404)发送用于该对的组创建请求(步骤407)。
基于接收到组创建请求，SEAL GM服务器(404)可以为UAV(403)和UAV控制器(401)的对创建一个组ID(步骤408)。
在一些情况下，也可以分别为UAV(403)和UAV控制器(401)创建子组(或其他类型的不同组)(步骤409)。
UAE服务器(402)可以使用返回的组ID进行QoS管理(例如初始QoS分配、QoS监测和QoS调整)(步骤410)。在为UAV(403)和UAV控制器(401)创建了子组(或其他类型的不同组)的情况下，UAE服务器(402)可以使用相应的组ID(例如子组ID)来分别管理UAV(403)和UAV控制器(401)的QoS。
一旦SEAL GM服务器(404)分配了组ID，UAE服务器(402)就可以将这些ID用于直接C2通信的QoS提供。
例如，参考图6，示出了基于组的直接C2 QoS提供的高级工作流。如图6所示，可以另外提供SEAL NRM服务器(504)和3GPP核心网络(505)。SEALNRM服务器(504)可以由图3至图4中所示的一个或多个服务器(304)实现。例如，SEAL NRM服务器(504)可以由与UAE服务器(402)和/或SEAL GM服务器(404)相同或不同的服务器，和/或该服务器的相同或不同的至少一个处理器实现。3GPP核心网(505)可以对应于图3至图4中所示的网络(307)。
如图6所示，UAV控制器(401)和/或UAV(403)可以使用最初分配的网络QoS设置进行直接C2通信(步骤506)。例如，UAV控制器(401)和/或UAV(403)可以使用最初由UAE服务器(402)分配的无线电资源。
UAE服务器(402)可以使用组ID和/或对应于UAV(403)和UAV控制器(401)的子组ID定期监测UAV(403)和UAV控制器(401)的预期QoS(步骤507)。例如，UAV(403)和UAV控制器(401)可以周期性地向UAE服务器(402)反馈当前的(3GPP)网络状况以用于资源适配。例如，当前网络状况可以包括带宽、延迟、抖动等。
在UAE服务器(402)确定直接C2通信不满足至少一个预定的QoS要求的情况下，UAE服务器(402)可以选择使用NRM-S参考点向SEAL NRM服务器(504)发送QoS适配请求以触发QoS适配(步骤508)。QoS适配请求可以取决于UAE服务器(402)如何处理组创建按组或子组发送。根据实施例，QoS适配请求可以包括标识UAE服务器(402)的信息、对应于UAV(403)和UAV控制器(401)的组ID和/或子组ID、以及UAV(403)和/或UAV控制器(401)的资源适配要求(例如带宽、资源等)。
基于QoS适配请求，SEAL NRM服务器(504)可以执行网络资源适配(步骤509)。例如，网络资源适配可以包括向3GPP核心网发送更新QoS要求的请求(505)。作为示例，可以经由图8中示出的参考点705和参考点706来执行网络资源适配。
SEAL NRM服务器(504)可以在响应中将QoS更新通知给UAE服务器(402)(步骤510)。根据实施例，该响应可以包括指示QoS适配成功或失败的结果信息。该响应还可以包括网络资源适配请求(例如资源供应协商)中包含的一个或多个参数的更新值。
然后，UAS应用层可以使用针对C2通信更新后的QoS分配(步骤511)。根据实施例，UAS应用层可以包括UAV控制器(401)、UAV(403)和一个或多个服务器(304)的功能应用实体，其被配置为使用SEAL服务，例如位置管理、组管理、配置管理、身份管理、密钥管理和网络资源管理。根据实施例，UAV控制器(401)和UAV(403)可以各自包括作为UAS应用层的一部分的UAS应用特定的客户端，且一个或多个服务器(304)可以包括具有到UAE服务器(402)的链接的UAS应用特定的服务器。UAS应用特定的服务器、UAE服务器(402)和SEAL GM服务器(404)可以由相同或不同的一个或多个服务器(304)及该服务器的相同或不同的至少一个处理器来实现。
本公开的系统可以包括至少一个处理器和存储计算机代码的存储器。当由至少一个处理器执行时，计算机代码可以被配置为使得至少一个处理器执行本公开实施例的功能。例如，本公开的UAV和UAV控制器各自可以包括相应的至少一个处理器和存储计算机代码的存储器，所述计算机代码被配置为使得UAV和UAV控制器执行它们相应的功能。此外，本发明的服务器(例如UAE服务器(402)、SEAL GM服务器(404)、SEAL NRM服务器(504))可以由相同或不同的至少一个处理器和/或相同或不同的存储计算机代码的存储器实现。
下面参考图7描述计算机代码(即实现UAE服务器(402)的计算机代码)的示例。例如，计算机代码可以包括识别代码(602)、请求代码(604)、提供代码(606)、确定代码(608)和触发代码(610)。
识别代码(602)可以被配置为基于UAV和控制器被通信地连接到UAE服务器(402)，使得UAE服务器(402)将该UAV和UAV的控制器识别为一对。例如，识别代码(602)可以被配置为使得UAE服务器(402)基于UAE服务器(402)获取的UAV的第一标识符和控制器的第二标识符相同，将UAV和UAV的控制器识别为一对。
请求代码(604)可以被配置为使得UAE服务器(402)请求SEAL GM服务器(404)提供该对的组标识符，或该对中的每一项的相应组标识符。
提供代码(606)可以被配置为使得UAE服务器(402)使用该对的组标识符或该对中的每一项的相应组标识符为该对的通信提供QoS。
确定代码(608)可以被配置为使得UAE服务器(402)确定通信条件是否不满足预定的QoS要求。
触发代码(610)可以被配置为使得UAE服务器(402)基于确定通信条件不满足预定的QoS要求，触发SEAL NRM服务器(504)为该对执行QoS适配。例如，触发代码(610)可以被配置为使得UAE服务器(402)向SEAL NRM服务器(504)发送请求以执行QoS适配。
尽管上面描述了由UAE服务器(402)执行的示例代码，但是本领域普通技术人员应该理解，本公开的UAV、UAV控制器和服务器中的每一项可以包括被配置为使得UAV、UAV控制器和服务器执行它们相应的功能(包括本公开中描述的功能)的计算机代码，和/或由该计算机代码实现。
参考图9，示出了适合于实施所公开的主题的某些实施例的计算机系统(900)。
可以使用任何合适的机器代码或计算机语言来对计算机软件进行编码，任何合适的机器代码或计算机语言可以经受汇编、编译、链接或类似的机制以创建包括指令的代码，该指令可以由计算机中央处理单元(CPU)、图形处理单元(GPU)等直接执行或通过解释、微代码等执行。
指令可以在各种类型的计算机或其组件上执行，例如包括个人计算机、平板计算机、服务器、智能电话、游戏装置、物联网装置等。
图9所示的计算机系统(900)的组件本质上是示例性的，并且不旨在对实施本公开的实施例的计算机软件的使用范围或功能提出任何限制。组件的配置也不应被解释为具有与在计算机系统(900)的示例性实施例中所示的组件中的任何一个组件或组件的组合有关的任何依赖性或要求。
计算机系统(900)可以包括某些人机接口输入装置。此类人机接口输入装置可以响应于一个或多个人类用户例如通过下述的输入：触觉输入(例如：击键、划动，数据手套移动)、音频输入(例如：语音、拍手)、视觉输入(例如：手势)、嗅觉输入(未示出)。人机接口装置还可以用于捕获不一定与人的意识输入直接相关的某些媒体，例如音频(例如：语音、音乐、环境声音)、图像(例如：扫描的图像、从静止图像摄像头获取摄影图像)、视频(例如二维视频、包括立体视频的三维视频)等。
输入人机接口装置可以包括下述中的一项或多项(每种中仅示出一个)：键盘(901)、鼠标(902)、触控板(903)、触摸屏(910)、操纵杆(905)、麦克风(906)、扫描仪(907)、以及摄像头(908)。
计算机系统(900)也可以包括一些人机接口输出装置。这样的人机接口输出装置可以例如通过触觉输出、声音、光和气味/味道来刺激一个或多个人类用户的感官。这样的人机接口输出装置可以包括触觉输出装置(例如触摸屏(910)的触觉反馈、数据手套或操纵杆(905))，但也可以是不作为输入装置的触觉反馈装置。例如，这样的设备可以是音频输出装置(例如：扬声器(909)、耳机(未示出))、视觉输出装置(例如包括CRT屏幕、LCD屏幕、等离子屏幕、OLED屏幕的屏幕(910)，每种屏幕有或没有触摸屏输入能力，每种屏幕都有或没有触觉反馈能力-其中的一些屏幕能够通过诸如立体图像输出之类的装置、虚拟现实眼镜(未示出)、全息显示器和烟箱(未示出)以及打印机(未示出)来输出二维视觉输出或超过三维输出。
计算机系统(900)也可以包括人类可访问存储装置及其关联的介质：例如包括具有CD/DVD等介质(921)的CD/DVD ROM/RW(920)的光学介质、指状驱动器(922)、可拆卸硬盘驱动器或固态驱动器(923)、诸如磁带和软盘之类的传统磁性介质(未示出)、诸如安全软件狗(security dongles)之类的基于专用ROM/ASIC/PLD的装置(未示出)等。
本领域技术人员还应该理解，结合当前公开的主题使用的所术语“计算机可读介质”不包含传输介质、载波或其他瞬时信号。
计算机系统(900)还可以包括到一个或多个通信网络的接口。网络可以例如是无线网络、有线网络、光网络。网络可以进一步地是本地网络、广域网络、城域网络、车辆和工业网络、实时网络、耐延迟网络等。网络的示例包括诸如以太网之类的局域网、无线LAN、包括GSM、3G、4G、5G、LTE等的蜂窝网络、包括有线电视、卫星电视和地面广播电视的电视有线或无线广域数字网络、包括CANBus的车辆和工业用电视等等。某些网络通常需要连接到某些通用数据端口或外围总线(949)的外部网络接口适配器(例如计算机系统(900)的USB端口)；如下所述，其他网络接口通常通过连接到系统总线而集成到计算机系统(900)的内核中(例如，连接PC计算机系统中的以太网接口或连接到智能手机计算机系统中的蜂窝网络接口)。计算机系统(900)可以使用这些网络中的任何一个与其他实体通信。此类通信可以是仅单向接收的(例如，广播电视)、仅单向发送的(例如，连接到某些CANbus装置的CANbus)，或者双向的，例如使用局域网或广域网数字网络连接到其他计算机系统。这种通信可以包括与云计算环境的通信(955)。如上所述，可以在那些网络和网络接口的每一项上使用某些协议和协议栈。
上述提及的人机接口装置、人机可访问的存储装置和网络接口(954)可以附接到计算机系统(900)的内核(940)。
内核(940)可以包括一个或多个中央处理单元(CPU)(941)、图形处理单元(GPU)(942)、现场可编程门区域(FPGA)(943)形式的专用可编程处理单元、用于某些任务的硬件加速器(944)等。这些装置以及只读存储器(ROM)(945)、随机存取存储器(RAM)(946)、诸如内部非用户可访问的硬盘驱动器、SSD等之类的内部大容量存储器可以通过系统总线(948)连接。在一些计算机系统中，可以以一个或多个物理插头的形式访问系统总线(948)，以能够通过附加的CPU、GPU等进行扩展。外围装置可以直接连接到内核的系统总线(948)或通过外围总线(949)连接到内核的系统总线。外围总线的结构包括PCI、USB等。图形适配器(950)可以包括在内核(940)中。
CPU(941)、GPU(942)、FPGA(943)和加速器(944)可以执行某些指令，这些指令可以组合来构成上述计算机代码。该计算机代码可以存储在ROM(945)或RAM(946)中。过渡数据也可以存储在RAM(946)中，而永久数据可以例如存储在内部的大容量存储器(947)中。可以通过使用高速缓存来进行到任何存储装置的快速存储及检索，该高速缓存可以与下述部件紧密关联：一个或多个CPU(941)、GPU(942)、大容量存储(947)、ROM(945)、RAM(946)等。
计算机可读介质可以在其上具有用于执行各种由计算机实现的操作的计算机代码。介质和计算机代码可以是出于本公开的目的而专门设计和构造的介质和计算机代码，或者介质和计算机代码可以是计算机软件领域的技术人员公知且可用的类型。
作为非限制性示例，具有架构、特别是内核(940)的计算机系统(900)可以由于一个或多个处理器(包括CPU、GPU、FPGA、加速器等)执行包含在一种或多种有形的计算机可读介质中的软件而提供功能。此类计算机可读介质可以是与如上所述的用户可访问的大容量存储相关联的介质，以及某些非暂时性的内核(940)的存储器，例如内核内部大容量存储器(947)或ROM(945)。可以将实施本公开的各种实施例的软件存储在此类装置中并由内核(940)执行。根据特定需要，计算机可读介质可以包括一个或多个存储装置或芯片。软件可以使内核(940)、特别是其中的处理器(包括CPU、GPU、FPGA等)执行本文所描述的特定过程或特定过程的特定部分，包括定义存储在RAM中的数据结构(946)以及根据由软件定义的过程来修改此类数据结构。附加地或替换地，计算机系统可以由于硬连线或以其他方式体现在电路(例如，加速器(944))中的逻辑中而提供功能，该电路可以替换软件或与软件一起运行以执行本文描述的特定过程或特定过程的特定部分。在适当的情况下，提及软件的部分可以包含逻辑，反之亦然。在适当的情况下，提及计算机可读介质的部分可以包括存储用于执行的软件的电路(例如集成电路(IC))、体现用于执行的逻辑的电路或两者都包括。本公开包括硬件和软件的任何合适的组合。
尽管本公开已经描述了多个非限制性的示例实施例，但是存在落入本公开的范围内的修改、置换和各种替换等效物。因此，应当理解，本领域技术人员将能够设计出许多系统和方法，该系统和方法虽然未在本文中明确示出或描述，但其体现了本公开的原理，因此落入本公开的其精神和范围内。

Claims (18)

1.一种用于无人机系统通信的方法，由第一服务器执行，所述方法包括：
基于请求为无人驾驶飞行器UAV和所述UAV的控制器的对创建一个或多个组，获取所述对的组标识符或所述对中的每一项的相应组标识符；
使用所述对的组标识符或所述对中的每一项的相应组标识符，为所述对的通信提供服务质量QoS；
确定所述对的通信条件是否满足预定的QoS要求；以及
基于确定所述通信条件不满足所述预定的QoS要求，触发为所述对执行所述QoS的适配。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
所述对的通信是所述UAV和所述控制器之间的直接命令和控制C2通信。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
所述通信条件包括带宽、延迟、抖动和数据丢失率中的至少一种。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，还包括：
基于所述UAV和所述控制器被通信连接到所述第一服务器，将所述UAV和所述UAV的控制器识别为所述对。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述识别所述对包括：
获取所述UAV的第一标识符和所述控制器的第二标识符；以及
基于所述第一标识符与所述第二标识符相同，将所述UAV和所述控制器识别为所述对。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，
所述获取包括基于请求为所述对创建一个或多个组，获取所述对的组标识符，以及
所述提供包括使用所述对的组标识符为所述对的通信提供QoS。
7.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，
所述获取包括基于请求为所述对创建一个或多个组，获取所述对中的每一项的相应组标识符，以及
所述提供包括使用所述对中的每一项的相应组标识符为所述对的通信提供所述QoS。
8.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，
所述触发为所述对执行所述QoS的适配包括向另一服务器发送请求以执行所述QoS的适配。
9.根据权利要求8所述的方法，还包括：
接收来自所述另一服务器的指示所述QoS已成功适配的响应。
10.一种用于无人机系统通信的系统，包括：
至少一个处理器；以及
存储器，用于存储计算机代码，所述计算机代码包括：
请求代码，所述请求代码被配置为使得第一服务器请求提供无人驾驶飞行器UAV和所述UAV的控制器的对的组标识符或所述对中的每一项的相应组标识符；
配置代码，所述配置代码被配置为使得所述第一服务器使用所述对的组标识符或所述对中的每一项的相应组标识符，为所述对的通信提供服务质量QoS；
确定代码，所述确定代码被配置为使得所述第一服务器确定通信条件是否满足预定的QoS要求；以及
触发代码，所述触发代码被配置为使得所述第一服务器基于确定所述通信条件不满足所述预定的QoS要求，触发为所述对执行所述QoS的适配。
11.根据权利要求10所述的系统，其特征在于，
所述对的通信是所述UAV和所述控制器之间的直接命令和控制C2通信。
12.根据权利要求10所述的系统，其特征在于，
所述通信条件包括带宽、延迟、抖动和数据丢失率中的至少一种。
13.根据权利要求10至12中任一项所述的系统，其特征在于，所述计算机代码还包括：
识别代码，所述识别代码被配置为基于所述UAV和所述控制器被通信连接到所述第一服务器，将所述UAV和所述UAV的控制器识别为所述对。
14.根据权利要求13所述的系统，其特征在于，
所述识别代码被配置为使得所述第一服务器基于所述第一服务器获取的所述UAV的第一标识符和所述控制器的第二标识符相同，将所述UAV和所述UAV的控制器识别为所述对。
15.根据权利要求10至12中任一项所述的系统，其特征在于，
所述请求代码被配置为使得所述第一服务器请求提供所述UAV和所述控制器的对的组标识符；以及
所述提供代码被配置为使得所述第一服务器使用所述对的组标识符为所述对的通信提供QoS。
16.根据权利要求10至12中任一项所述的系统，其特征在于，
所述请求代码被配置为使得所述第一服务器请求提供所述对中的每一项的相应组标识符；以及
所述提供代码被配置为使得所述第一服务器使用所述对中的每一项的相应组标识符为所述对的通信提供所述QoS。
17.根据权利要求10至12中任一项所述的系统，其特征在于，
所述触发代码被配置为使得所述第一服务器向另一服务器发送请求以执行所述QoS的适配。
18.一种非暂时性计算机可读介质，用于存储计算机代码，所述计算机代码被配置为，当由至少一个处理器执行时，使得所述至少一个处理器执行根据权利要求1至9中任一项所述的方法。
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