一种无人机平台无线数据链路代理增程的方法与流程

本发明涉及一种无人机平台无线数据链路代理增程的方法。

背景技术：

随着无线通信技术的日益普及，wifi、蓝牙等近距离无线通信技术以其技术体系成熟、组网便捷、配置简单、价格便宜等诸多优势，已经被越来越多的应用于不同的领域，如城市无线热点、家庭及办公网络接入等，如今又被许多厂家应用于无人机以及其他智能平台的图像传输系统或者云台控制系统中，以便期望实现较远距离的图像回传或者实现对云台的操作。目前大量厂家的无人机平台采用了wifi、蓝牙等近距离无线通信技术作为其在飞行运动过程中的图像传输通道，但是随着无人机平台应用的不断扩展、无人机自身的续航能力以及飞行控制系统的不断突破，无人机平台飞行距离的大幅度增加已成为必然趋势。然而，随着无人机平台飞行距离的增加，在保证原有带宽和通信效率的前提下，采用wifi、蓝牙等近距离无线通信技术构建的无人机平台在飞行运动过程中的无线数据链路是无法实现远距离图像传输的。因此，采用wifi、蓝牙等近距离无线通信技术构建的无人机平台的无线数据链路实现远距离的图像传输，只能以降低带宽或者损失图像质量为代价，并且所能够提升的通信距离是非常有限的。

技术实现要素：

为了解决无人机平台采用wifi、蓝牙等近距离无线通信技术构建其在飞行运动过程中的无线数据链路，只能以降低带宽或者损失图像质量为代价才能实现远距离图像传输的技术问题，本发明提供了一种无人机平台无线数据链路代理增程的方法。采用本发明的方法无需牺牲带宽、通信效率和图像质量就使通信距离大幅提升，既使无人机采用wifi、蓝牙等近距离无线通信技术构建图像传输通道，仍实现远距离、高质量的图像传输。

本发明的技术构思和原理是：利用原始套接字、身份代理、隧道封装以及数据包透明转发技术，在无需用户干预的情况下，将原有的一套近程无线通信系统扩展为地面和天空两套近程无线通信系统，并确保数据的完整性和连续性，以解决使用近程无线通信系统无法进行远距离数据图像传输或者只能以牺牲带宽和/或图像质量为代价才能远距离传输的问题。

本发明解决上述技术问题的技术方案是：

一种无人机平台无线数据链路代理增程的方法，所述无人机平台包括地面设备和天空设备；地面设备包括地面wifi/蓝牙客户端和地面图像解码装置，天空设备包括天空wifi/蓝牙接入端和天空数据图像采集及编码装置；所述无人机采用wifi/蓝牙技术构建其飞行过程中的无线数据链路；其特殊之处在于，所述方法包括以下步骤：

1)在地面wifi/蓝牙客户端和天空wifi/蓝牙接入端之间设置地面收发装置和天空收发装置；

2)天空收发装置通过“侦听发现”获取包含天空wifi/蓝牙接入端的名称的数据包；

3)地面收发装置通过所述无线数据链路向天空收发装置发出身份认证请求，若认证通过，则地面收发装置与天空收发装置建立链接，进入步骤4)；若认证未通过，则地面收发装置按照认证周期不断向天空收发装置发送认证请求直至认证通过；

4)天空收发装置启动代理机制，天空收发装置转发其通过步骤2)所获取的数据包给地面收发装置；

5)地面收发装置收到所述数据包后对其进行解析，并且当地面收发装置经解析获得天空wifi/蓝牙接入端的名称后，地面收发装置通过“身份代理”功能发送所获得的天空wifi/蓝牙接入端的名称；

6)地面wifi/蓝牙客户端根据预先设定的名称，向能够接入的天空wifi/蓝牙接入端发送注册请求，启动建立有效链接前的注册流程，天空wifi/蓝牙接入端收到注册请求后进行认证：若认证信息不正确则抛弃所述注册请求；若认证信息正确，则返回认证通过确认信息，地面wifi/蓝牙客户端收到所述认证通过确认信息后完成认证并与天空wifi/蓝牙客户端建立链接；

7)天空端和地面端分别建立各自对应的代理关系，天空数据图像采集及编码装置将所采集到的数据和/或图像依次通过天空wifi/蓝牙接入端、天空收发装置、地面收发装置传输到地面wifi/蓝牙客户端，最后通过地面图像解码装置进行解码后输出。

进一步地，步骤2)中的侦听发现是指天空收发装置主动接收来自无线数据链路的广播信息，所述广播信息包括含有天空wifi/蓝牙接入端的名称的数据包。

进一步地，步骤4)中天空收发装置是采用双层数据封装转发所述数据包的，具体为：天空收发装置对其收到的包含天空wifi/蓝牙接入端的名称的数据包进行隧道封装，并将隧道封装后的数据包作为数据净荷再次进行隧道封装后发送给已经与天空收发装置建立链接的地面收发装置。

进一步地，步骤5)中的身份代理具体为：地面收发装置在获得天空wifi接入端的名称后，代替天空wifi/蓝牙接入端的身份，并转发来自地面wifi/蓝牙客户端的所有数据，使得地面wifi/蓝牙客户端发往天空wifi/蓝牙接入端的所有数据包实际上都发送给地面收发装置，由地面收发装置再转发给天空wifi/蓝牙接入端。

进一步地，所述注册流程具体为：地面收发装置收到地面wifi/蓝牙客户端的注册请求后，将注册请求转发给天空收发装置，天空收发装置收到地面收发装置转发的注册请求后，将注册请求转发给天空wifi/蓝牙接入端，由天空wifi/蓝牙接入端对地面wifi/蓝牙客户端的身份进行认证，返回注册应答。

进一步地，步骤6)具体为：

6.1)地面wifi/蓝牙客户端启动“侦听发现”功能，寻找被预先设定的能够接入的天空wifi/蓝牙接入端的名称；

6.2)地面wifi/蓝牙客户端侦听到地面收发装置发出的含有天空wifi接入端名称的广播信息，若该名称是地面wifi客户端预先配置的名称，则地面wifi客户端向地面收发装置发出注册请求；若该名称不是地面wifi客户端预先配置的名称，则地面wifi/蓝牙客户端继续侦听所述广播信息；

6.3)地面收发装置收到所述注册请求后，地面收发装置采用双层数据封装技术将所述注册请求以及目标地址整体作为数据净荷进行隧道封装并发送给天空收发装置；

6.4)天空收发装置收到地面收发装置发出的数据包后，将其转发给天空wifi/蓝牙接入端；

6.5)天空wifi/蓝牙接入端收到天空收发装置转发的数据包后，进行数据包解析获取认证信息并进行认证：

若认证信息正确，则天空wifi/蓝牙接入端向地面wifi/蓝牙客户端返回认证通过确认信息并启动链接；

若认证信息不正确，则天空wifi/蓝牙接入端抛弃所接收到的数据包；

6.6)天空收发装置收到所述认证通过确认信息后，采用双层隧道封装将所述认证通过确认信息以及目标地址整体作为数据净荷进行隧道封装发送给地面收发装置；

6.7)地面收发装置收到天空收发装置发送的数据包，将所收到的数据包去掉包头并解析获取信息后转发给地面wifi/蓝牙客户端；

6.8)地面wifi/蓝牙客户端收到地面收发装置转发的去掉包头并解析后的数据，认证过程完成，地面wifi/蓝牙客户端依次通过地面收发装置及天空收发装置与天空wifi/蓝牙接入端成功建立链接。

进一步地，步骤7)中的代理关系具体为在天空端和地面端分别建立起符合wifi/蓝牙协议的两套链接：对于地面wifi/蓝牙客户端而言地面收发装置就是它的wifi/蓝牙接入端；对于天空wifi/蓝牙接入端而言天空收发装置就是它的wifi/蓝牙客户端。

进一步地，上述步骤中的地面图像解码装置和天空数据图像采集及编码装置均可由其他任何支持wifi/蓝牙的设备替代。

本发明的有益效果：

1、本发明通过在地面wifi/蓝牙客户端和天空wifi/蓝牙接入端之间插入地面收发装置和天空收发装置，并且地面收发装置和天空收发装置之间、地面wifi/蓝牙客户端和天空wifi/蓝牙接入端之间、地面wifi/蓝牙客户端和地面收发装置之间、天空wifi/蓝牙接入端和天空收发装置之间均建立链接，通过天空收发装置和地面收发装置转发来自天空wifi/蓝牙接入端和地面wifi/蓝牙客户端的数据，不需要牺牲带宽、通信效率和图像质量便能大幅提升通讯距离，实现了远距离、高质量的数据和/或图像传输。

2、本发明提升了原有wifi/蓝牙系统的安全性，通过复层隧道转发中间数据，消除了数据解析的时间开销，同时可进行天空wifi接入端和地面wifi客户端之间的数据加密，从而提升了整个无人机平台数据传输的效率和安全性。

3、本发明可直接适用于现有采用wifi、蓝牙等近距离无线通信技术的无人机平台，无需改变用户已有wifi/蓝牙系统及其使用方式。

附图说明

图1为本发明的拓扑结构图；

图2为本发明各设备之间的处理时序图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步说明。

参见图1和图2，本发明的具体实现方法为(以wifi技术为例)：

1)为达到无人机平台的无线数据链路通信增程的目的，在无人机平台的原有标准wifi所建立的无线连接装置之间(即图1中所示的地面wifi客户端1和天空wifi接入端2之间)插入地面收发装置3和天空收发装置4，从而实现了无人机平台，如图1所示。

2)天空收发装置4一旦处于开机状态，天空收发装置4通过“侦听发现”获取包含天空wifi接入端2的名称(ssid)的数据包。

3)地面收发装置3一旦处于开机状态，地面收发装置3通过无线数据链路7向天空收发装置4发出认证请求：

若认证通过，则地面收发装置3与天空收发装置4建立链接；

若认证未通过，则地面收发装置3会按照认证周期不断向预先设定的天空收发装置4发送认证请求直至认证通过。

4)地面收发装置3一旦与天空收发装置4建立链接，则天空收发装置4会对其通过步骤2)所获得的包含天空wifi接入端2的名称(ssid)的数据包进行隧道封装，并将隧道封装后的数据包作为数据净荷再次进行隧道封装后发送给已经与天空收发装置建立链接的地面收发装置3。

5)地面收发装置3收到来自天空收发装置4的数据包后对该数据包进行解析，并且当地面收发装置3经解析获得天空wifi接入端2的名称(ssid)后，地面收发装置3通过“身份代理”功能发送所获得的天空接入端2的名称(ssid)；

6)天空wifi接入端与地面wifi客户端建立链接：

6.1)地面wifi客户端1一旦处于开机状态，就会启动“侦听发现”功能，寻找被预先设定的能够接入的天空wifi接入端2的名称(ssid)；

6.2)地面wifi客户端1侦听到地面收发装置3发出的含有天空wifi接入端2名称(ssid)的广播信息，若该名称(ssid)是地面wifi客户端1预先配置的名称(ssid)，则地面wifi客户端1向地面收发装置3发出注册请求；若该名称(ssid)不是地面wifi客户端1预先配置的名称(ssid)，则地面wifi客户端1继续侦听所述广播信息；

6.3)地面收发装置3收到来自地面wifi客户端1的注册请求后，地面收发装置3采用双层隧道技术将所述注册请求以及目标地址等相关信息整体作为数据净荷进行隧道封装，并将隧道封装后的包含注册请求的数据包发送给天空收发装置4；

6.4)天空收发装置4收到地面收发装置3转发的包含地面wifi客户端1的注册请求的数据包后，由天空收发装置4将该数据包转发给天空wifi接入端2；

6.5)天空wifi接入端2收到天空收发装置4转发的包含地面wifi客户端1的注册请求的数据包后，进行数据包解析获取认证信息并进行认证：

若认证信息正确，则天空wifi接入端2向地面wifi客户端1返回认证通过确认信息并启动链接；

若认证信息不正确，则天空wifi接入端2抛弃所接收到的数据包；

6.6)天空收发装置4收到天空wifi接入端2返回的认证通过确认信息后，采用双层隧道隧道封装技术将所述认证通过确认信息以及目标地址等相关信息整体作为数据净荷进行隧道封装，并将封装后的含有认证通过确认信息的数据包作为第二层数据净荷发送给地面收发装置3；

6.7)地面收发装置3收到天空收发装置4转发的数据包，将所收到的数据包去掉包头并解析获取信息后转发给地面wifi客户端1；

6.8)地面wifi客户端1收到地面收发装置3转发的去掉包头并解析后的数据(包含天空wifi接入端2返回的认证通过确认信息)后，认证过程完成，地面wifi客户端1依次通过地面收发装置3及天空收发装置4与天空wifi接入端2成功建立链接。

7)一旦无线数据链路链接建立，则天空端和地面端分别建立对应的代理关系，天空数据图像采集及编码装置5将所采集到的数据和/或图像依次通过天空wifi接入端2、天空收发装置4、地面收发装置3传输到地面wifi客户端1，最后通过地面图像解码装置6进行解码后输出；

上述代理关系是指在天空端和地面端分别建立起符合wifi协议的两套链接：对于地面wifi客户端而言地面收发装置就是它的wifi接入端；对于天空wifi接入端而言天空收发装置就是它的wifi客户端。

最后需要说明的是，以上给出的仅是本发明的一个具体实施方式，若将上述地面图像解码装置和天空数据图像采集及编码装置均由其他任何支持wifi/蓝牙的设备替代后，利用本发明的方法仍能实现代理增程的目的。