CN115396946A - 一种基于QoS评估的无人航行器数据传输方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于无人航行器通信领域，具体涉及一种基于QoS评估的无人航行器数据传输方法包括：无人航行器根据当前状态信息生成数据包，并在数据包中添加标签信息和CRC校验信息，其中，所述标签信息包括：无人航行器向接收端累计发送第二数据包的数量；接收端根据第二数据包计算误码率，无人航行器利用误码率构建传输质量评估函，并根据传输质量评估函数对每个数据传输通道进行质量评估，并根据质量评估结果计算每个数据传输通道的权重；无人航行器根据每个数据传输通道的权重将第二数据包分配给数据传输通道进行数据传输，本发明在计算资源有限的情况下节省了计算资源和内存资源。

Description

一种基于QoS评估的无人航行器数据传输方法
技术领域
本发明属于通信领域，具体涉及一种基于QoS评估的无人航行器数据传输方法。
背景技术
随着技术的发展无人航行器被应用于各种各样行业，如快递运输、智能巡航、航空拍照等诸多领域，但是随着科技的进步，人们对于无人航行器的需求也越来越高，因此提高无人航行器的数据传输速度成为无人航行器的重要发展方向之一。
现有无人航行器在多路并行传输过程中，由于各个传输通道射频天线位置、姿态、传输模式、传输频率不同，导致各个传输通道的数据往返时延和吞吐量存在巨大差异，使用传统按顺序依次向各个传输通道发送数据包，则会因为某个性能较差的传输通道导致传输时延较长，进而引起接收端缓存阻塞，使得无人航行器不能有效的利用各个数据传输通道，数据传输速率偏低。
发明内容
为了解决现有技术中由于某个性能较差的传输通道导致传输时延较长，进而引起接收端缓存阻塞，使得无人航行器不能有效的利用各个数据传输通道的问题，本发明提出一种基于QoS评估的无人航行器数据传输方法，包括：
S1：无人航行器根据当前状态信息生成第一数据包，并将第一数据包根据其物理特性分割为n个第二数据包；
S2：无人航行器在第二数据包中添加标签信息和CRC校验信息，并将第二数据包通过数据传输通道传输给接收端，其中，所述标签信息包括：无人航行器向接收端累计发送第二数据包的数量；
S3：接收端根据第二数据包计算误码率，并将误码率发送给无人航行器；
S4：无人航行器利用误码率构建传输质量评估函数；
S5：无人航行器根据传输质量评估函数对每个数据传输通道进行质量评估，并根据质量评估结果计算每个数据传输通道的权重；
S6：无人航行器根据每个数据传输通道的权重将第二数据包分配给数据传输通道进行数据传输。
本发明至少具有以下有益效果：
本发明增加在第二数据包增加CRC校验信息能够准确的计算误码率，根据误码率、第二数据包在每个数据传输通道的传输速率和传输时延设计的传输质量函数，能够准确地表征各个数据传输通道的传输质量，进而根据数据传输通道的传输质量计算各个数据传输通道的权重，并按照数据传输通道的权重分配第二数据包，在无人航行器嵌入式系统计算资源有限的情况下该方法极大的节省了计算资源和内存资源。相较于现有的无人航行器信道传输方法，本发明合理地分配了数据包，在无人航行器数据传输方面提高了数据传输速率，通过考虑数据传输时延设计的传输质量评估函数能够避免由数据传输通道的传输时延引起的接收端缓存阻塞，进而提高数据传输速率。
附图说明
图1为本发明的方案流程图；
图2为本发明的数据传输示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明的实施例附图，对本发明的技术方案进行清楚、详细地描述，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，不能用于限制本发明的范围。
请参阅图1，本发明提供一种基于QoS评估的无人航行器数据传输方法，包括：
S1：无人航行器根据当前状态信息生成第一数据包，并将第一数据包根据其物理特性分割为n个第二数据包。
所述无人航行器包括无人机、无人船及无人车等，所述接收端包括平板、手机、电脑、服务器、系统、APP、软件、通讯设备、单片机等通讯设备；所述无人航行器和接收端通过无线连接包括WIFI、路由器、局域网、4G、5G等无线通讯，所述第一数据包包括无人航行器的位置信息、无人航行器的速度信息、无人航行器的电池电量等状态信息；所述第二数据包分别包括无人航行器的位置信息、无人航行器的速度信息、无人航行器的电池电量等状态信息中的任意一种，通过将第一数据包根据其物理特性分割为n个第二数据包可以针对第二数据包独立校验，这样除了个别传输错误的第二数据包不可用之外，其他第二数据包还可以利用起来，可以大大降低后续的误码率，所述物理特性包括：位置、速度、加速度、电量等。
在无人航行器嵌入式系统中我们使用数据包分包策略，用于记录和传输状态信息，并通过通道物理特性分割数据包，最后将数据包传输给接收端，在接收端收到的稳定快速的状态信息报告，该报告是接收端反馈给无人航行器当前通道传输质量信息的一个依据。
S2：无人航行器在第二数据包中添加标签信息和CRC校验信息，并将第二数据包通过数据传输通道传输给接收端，其中，所述标签信息包括：无人航行器向接收端累计发送第二数据包的数量。
通过在每一个第二数据包中都添加一个标签信息，能够准确的获得第二数据包的发送情况，避免由于数据丢失导致的无人航行器向接收端累计发送第二数据包数量信息记录不准确的情况，从而使计算的误码率更加的贴近真实的数据传输情况。
S3：接收端根据第二数据包计算误码率，并将误码率发送给无人航行器；
所述接收端根据第二数据包计算误码率包括：
S31：接收端根据CRC校验信息对第二数据包进行CRC校验，并对通过CRC校验的第二数据包的数量和第二数据包中的标签信息进行记录；
S32：接收端根据间隔时间T的标签信息和通过CRC校验的第二数据包的数量计算误码率。
优选地，所述误码率包括：
R＝((Lt+T-Lt)-LRT)/(Lt+T-Lt)*100％
其中，R表示误码率，Lt+T表示无人航行器在t+T时刻向接收端累计发送第二数据包的数量，Lt表示无人航行器在t时刻向接收端累计发送第二数据包的数量，LRT表示时间T内通过CRC校验的第二数据包的数量。
优选地，所述无人航行器在第二数据包中添加CRC校验信息包括：
对第二数据包进行切割成多段，在第二数据包的每一个切割处都加入独立的CRC校验信息；所述CRC校验信息为一个用于进行校验的二进制编码；
所述接收端根据CRC校验信息对第二数据包进行CRC校验包括：接收端对CRC校验信息进行校验，当校验通过时，则统计第二数据包的数量；当存在某段第二数据包校验不通过时则只抛弃校验出错的一段第二数据包，并统计第二数据包的数量。
本发明增加的CRC校验能够准确的计算数据传输误码率，例如，现有技术的CRC校验方法是在传输数据包末尾增加一个数据包CRC校验码，用以校验数据包的数据是否正确，此方法对大数据包而言一旦其中有1bit数据错误则整个数据包被丢弃，因此在误码的情况下，数据包的抛弃量很大。而在本发明中，针对大数据包我们使用多级CRC校验。例如，针对较大数据包，首先对大数据包进行切割，在每一个切割处都加入独立的CRC分段多级校验，在接受端如果CRC校验不通过，则只抛弃校验出错的一段，其余校验通过的数据依旧保留，在存在误码的情形下降低有效数据被抛弃数量。
S4：无人航行器利用误码率构建传输质量评估函数。
优选地，无人航行器利用误码率构建传输质量评估函数的具体步骤包括：
无人航行器利用误码率并根据第二数据包在每个数据传输通道的传输速率、第二数据包在每个数据传输通道的传输时延以及每个数据传输通道设置的最大数据传输速率阈值构建传输质量评估函数，其中，所述第二数据包在每个数据传输通道的传输速率为无人航行器单位时间内通过数据传输通道向接收端完成传输的第二数据包的数量；所述第二数据包在每个数据传输通道的传输时延为无人航行器向数据传输通道开始发送第二数据包的时间和接收端接收到第二数据包的时间之差；所述每个数据传输通道设置的最大数据传输速率阈值为本领域技术人员根据无人航行器的硬件资源设置。
一种传输质量评估函数的具体实施方式，所述传输质量评估函数包括：
Qi＝Xi*((1-R)+(si/Smaxi))
其中，Qi表示第i个数据传输通道的传输质量，R表示误码率，Si表示第二数据包在第i个数据传输通道的传输速率，Smaxi为第i个数据传输通道的最大数据传输速率阈值，Xi表示第二数据包在第i个数据传输通道的传输延时延，本发明考虑了无人航行器和接收端之间的数据传输时延对传输质量评估函数的影响，能够准确的计算出各个数据传输通道的传输质量。
优选地，一种传输质量评估函数的具体实施方式，所述传输质量评估函数包括：
Figure BDA0003812928850000051
其中，Qi表示第i个数据传输通道的传输质量，R表示误码率，Si表示第二数据包在第i个数据传输通道的传输速率，Smaxi为第i个数据传输通道的最大数据传输速率阈值，α为滑降系数，Xi表示第二数据包在第i个数据传输通道的传输延时延，α的取值范围为[0.01-0.001]之间；当滑翔系数为[0.01-0.001]之间时，传输质量评估函数最能体现数据传输通道的质量，传输质量评估函数的评估值最准确；本发明利用误码率并根据第二数据包在每个数据传输通道的传输速率、第二数据包在每个数据传输通道的传输时延以及每个数据传输通道设置的最大数据传输速率阈值构建的传输质量评估函数能够准确地表示各个数据传输通道的传输质量，本发明考虑了无人航行器和接收端之间的数据传输时延对传输质量评估函数的影响，能够准确的计算出各个数据传输通道的传输质量。
优选地，所述第二数据包在每个数据传输通道的传输速率或传输时延包括：
时间T内第二数据包在每个数据传输通道的平均传输速率或传输时延；
优选地，所述第二数据包在每个数据传输通道的传输速率或传输时延包括：
t时刻第二数据包在每个数据传输通道的传输速率或传输时延。
请参阅图2，S5：无人航行器根据传输质量评估函数对每个数据传输通道进行质量评估，并根据质量评估结果计算每个数据传输通道的权重，其中，图2中的P表示待分配数据包的总量，ωi表示第i个数据传输通道的权重。
优选地，所述每个数据传输通道的权重包括：
Figure BDA0003812928850000061
其中，ωi表示第i个数据传输通道的权重，Qi表示第i个数据传输通道的传输质量，Qmax表示所有数据传输通道的传输质量最大值，Qmin表示所有数据传输通道的传输质量最小值，n表示数据传输通道的数，本发明通对各个数据传输通道赋予不同的权重比例，最大化的利用了数据传输通道的资源，同时规避了由于某个性能较差的传输通道传输时延较长，进而引起接收端缓存阻塞，大大提高了数据传输的速率。
S6：无人航行器根据每个数据传输通道的权重将第二数据包分配给数据传输通道进行数据传输。
优选地，针对传输数据包的分配，通常的方案是比较各路数据传输通道的传输质量，选取最优的一个通道，将所有的数据包全部扔给该通道传输，其余通道空闲。但在实际情况下，数据包全部给一个通道传输会使该通道数据传输质量下滑，因此数据传输会在几个近似优秀的通道反复跳转，影响数据传输的稳定性。同时空闲的通道也浪费了资源。
所述根据每个数据传输通道的权重将第二数据包分配给数据传输通道包括：
S61：设定一个权重阈值，将超过权重阈值的数据传输通道作为优质通道，将低于权重阈值的数据传输通道作为一般通道；
S62：每相隔一段预设时间给每个一般通道分配一个第二数据包，将其余第二数据包平均分配给优质通道进行数据传输；
S63：若一般通道的权重上升超过权重阈值，则将该数据传输通道转换为优质通道，并执行步骤S62；
S64：若优质通道的权重下降低于权重阈值，则将该该数据传输通道转换为一般通道，并执行步骤S62。
通过设置权重阈值能够充分的利用各个数据传输通道，提高数据传输通道的利用率，进而提高数据传输速率；通过每相隔一段预设时间给每个一般通道分配一个第二数据包，能够定时检测一般通道的权重情况，当一般通道的权重超过权重阈值时将其作为优质通道，通过优质通道对其余第二数据包进行数据传输，能够使无人航行器在保持较高的数据传输速率的时候节约电池电量，有更长的待机时间。
优选地，所述根据每个数据传输通道的权重将第二数据包分配给数据传输通道包括：
根据数据传输通道的权重，将第二数据包按照数据传输通道的权重比例分配给数据传输通道进行数据传输。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (9)

1.一种基于QoS评估的无人航行器数据传输方法，其特征在于，包括：
S1：无人航行器根据当前状态信息生成第一数据包，并将第一数据包根据其物理特性分割为n个第二数据包；
S2：无人航行器在第二数据包中添加标签信息和CRC校验信息，并将第二数据包通过数据传输通道传输给接收端，其中，所述标签信息包括：无人航行器向接收端累计发送第二数据包的数量；
S3：接收端根据第二数据包计算误码率，并将误码率发送给无人航行器；
S4：无人航行器利用误码率构建传输质量评估函数；
S5：无人航行器根据传输质量评估函数对每个数据传输通道进行质量评估，并根据质量评估结果计算每个数据传输通道的权重；
S6：无人航行器根据每个数据传输通道的权重将第二数据包分配给数据传输通道进行数据传输。
2.根据权利要求1所述的一种基于QoS评估的无人航行器数据传输方法，其特征在于，所述第一数据包包括：无人航行器的位置信息、无人航行器的速度信息、无人航行器的电池电量状态信息。
3.根据权利要求1所述的一种基于QoS评估的无人航行器数据传输方法，其特征在于，所述第二数据包包括：无人航行器的位置信息、无人航行器的速度信息、无人航行器的电池电量状态信息中的任意一种。
4.根据权利要求1所述的一种基于QoS评估的无人航行器数据传输方法，其特征在于，所述接收端根据第二数据包计算误码率包括：
S31：接收端根据CRC校验信息对第二数据包进行CRC校验，并对通过CRC校验的第二数据包的数量和第二数据包中的标签信息进行记录；
S32：接收端根据间隔时间T的标签信息和通过CRC校验的第二数据包的数量计算误码率。
5.根据权利要求4所述的一种基于QoS评估的无人航行器数据传输方法，其特征在于，所述误码率包括：
R＝((Lt+T-Lt)-LRT)/(Lt+T-Lt)*100％
其中，R表示误码率，Lt+T表示无人航行器在t+T时刻向接收端累计发送第二数据包的数量，Lt表示无人航行器在t时刻向接收端累计发送第二数据包的数量，LRT表示时间T内通过CRC校验的第二数据包的数量。
6.根据权利要求1所述的一种基于QoS评估的无人航行器数据传输方法，其特征在于，无人航行器利用误码率构建传输质量评估函数的具体步骤包括：
无人航行器利用误码率并根据第二数据包在每个数据传输通道的传输速率、第二数据包在每个数据传输通道的传输时延以及每个数据传输通道设置的最大数据传输速率阈值构建传输质量评估函数。
7.根据权利要求6所述的一种基于QoS评估的无人航行器数据传输方法，其特征在于，所述传输质量评估函数包括：
Figure FDA0003812928840000021
其中，Qi表示第i个数据传输通道的传输质量，R表示误码率，Si表示第二数据包在第i个数据传输通道的传输速率，Smaxi为第i个数据传输通道的最大数据传输速率阈值，α为滑降系数，Xi表示第二数据包在第i个数据传输通道的传输延时延。
8.根据权利要求6所述的一种基于QoS评估的无人航行器数据传输方法，其特征在于，所述传输质量评估函数包括：
Qi＝Xi*((1-R)+(si/Smaxi))
其中，Qi表示第i个数据传输通道的传输质量，R表示误码率，Si表示第二数据包在第i个数据传输通道的传输速率，Smaxi为第i个数据传输通道的最大数据传输速率阈值，Xi表示第二数据包在第i个数据传输通道的传输延时延。
9.根据权利要求1所述的一种基于QoS评估的无人航行器数据传输方法，其特征在于，所述每个数据传输通道的权重包括：
Figure FDA0003812928840000031
其中，ωi表示第i个数据传输通道的权重，Qi表示第i个数据传输通道的传输质量，Qmax表示所有数据传输通道的传输质量最大值，Qmin表示所有数据传输通道的传输质量最小值，n表示数据传输通道的数量。
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