本发明涉及一种无人机多链路并发传输系统，尤其涉及一种基于4g移动网络的多链路聚合实时数据传输系统。
背景技术
随着移动4g通信网络的建设与普及，通过移动数据网络传输实时数据已经成为可能。并且公共移动通信网络具有大区域宽带无缝覆盖特性，正成为无人机测控的新技术手段，受到广泛重视。
无人机测控系统要传输的数据有遥控遥测数据和高清图像数据。虽然单个4g终端的理论数据上行带宽能够满足测控数据实时传输的要求，但在实际应用中，受基站总体上行带宽影响以及单个运营商无线信号网络覆盖范围限制，同时无人机在飞行过程中传输链路变化剧烈，上行带宽常常无法满足实时传输稳定性的要求，进一步来说，设备的cpu和内存等提供了远超出传送数据所需的运算能力，大多数情况下都处于空闲状态，而无线网卡一直处于数据发送状态。
移动通信基站覆盖广泛，4g网络普及高，将多个4g移动网络聚合并发传输，有利于提高宽带利用率。因此，发明一种基于4g移动网络的多链路聚合的实时数据传输系统，将多个运营商网络上的多条移动通信链路进行聚合，以提高带宽利用率，并确保人民团体链路的可靠性，就成为一个亟待解决的问题。
技术实现要素：
本发明的目的在于突破现有技术的限制，提供一种基于4g移动网络的多链路聚合的实时数据传输系统，充分考虑无人机应用4g移动网络时的带宽和不稳定的限制，将多个无线信道聚合，实现无人机测控实时数据的并发传输。
本发明提供的解决技术方案如下：
一种基于4g移动网络的多链路聚合实时数据传输系统，其特征在于，包括：无人机机载多链路聚合发送端和地面监控接收端，所述机载多链路聚合发送端通过控制套接字将2个以上4g通信链路聚合，将要发送的数据通过聚合无线链路，并行发送到基站，所述地面监控接收端通过创建接收套接字完成数据接收。
进一步的，所述的基于4g移动网络的多链路聚合实时数据传输系统，其特征在于，包括：所述机载多链路聚合发送端采用raptor喷泉码对所述数据进行编码。
进一步的，所述的基于4g移动网络的多链路聚合实时数据传输系统，其特征在于，所述通过控制套接字将2个以上4g通信链路聚合，是指通过应用层编程，实现原始套接字与4g通信模块的ip地址绑定，通过操作套接字，控制编码数据从指定的网卡收发。
进一步的，所述的基于4g移动网络的多链路聚合实时数据传输系统，其特征在于，所述通过控制套接字将2个以上4g通信链路聚合，还包括：采用匹配源地址的方式设定策略路由规则，将数据包的源地址与其要经过的网卡相关联，并通过负载均衡，实现4g通信链路的聚合。
进一步的，所述的基于4g移动网络的多链路聚合实时数据传输系统，其特征在于，所述策略路由规则包括：在应用层将套接字与4g通信模块的ip绑定，建立多张路由表，再将某个4g网卡链接的ip地址作为通过该网卡发送数据包的源地址。
进一步的，所述的基于4g移动网络的多链路聚合实时数据传输系统，其特征在于，所述负载均衡采用加权轮转，根据各信道带宽使用情况，确定各4g链路的轮转加权值，动态调整每条链路的数据包发送量。
进一步的，所述的基于4g移动网络的多链路聚合实时数据传输系统，其特征在于，采用udp传输协议进行数据传输。
进一步的，所述的基于4g移动网络的多链路聚合实时数据传输系统，其特征在于，所述无人机机载多链路聚合发送端包括无人机机载测控系统、机载4g多链路模块；所述地面监控接收端包括地面4g多链路模块、地面接收监控中心。
进一步的，所述的基于4g移动网络的多链路聚合实时数据传输系统，其特征在于，所述4g多链路模块包括测控数据采集/处理、raptor编解码、socket套字接、udp数据发送/接收、无线信道监控、4g通信模块。
进一步的，所述的基于4g移动网络的多链路聚合实时数据传输系统，其特征在于，所述地面监控接收端通过创建接收套接字完成数据接收，包括：创建接收套接字，监听指定接收端口，将所有发往该端口的数据包存放入接收缓冲队列中，并进行raptor译码，若译码成功，则根据数据包中的源地址，回送接收确认消息，若译码不成功，则继续接收数据至缓冲队列，直至译码完成。
本发明的优点在于，通过控制套接字，将多个4g无线链路聚合，扩展可用带宽，提高了数据传输速率以及传输的稳定性；将raptor码与多链路结合，并采用了udp传输协议，满足无人机数据的实时性可靠性传输，且无需考虑数据包发送和接收的顺序问题。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其它优点还可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明实施例提供的实时数据传输系统结构示意图；
图2为本发明实施例提供的机载多链路聚合发送端的框图；
图3为本发明实施例提供的负载均衡示意图；
图4为本发明实施例提供的raptor编码示意图；
图5为本发明实施例提供的udp数据包封装示意图；
图6为本发明实施例提供的机载多链路聚合发送端策略路由规则框图；
图7为本发明实施例提供的地面监控中心接收框图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
实施例一
一种基于4g移动网络的多链路聚合实时数据传输系统，包括：无人机机载多链路聚合发送端和地面监控接收端，所述机载多链路聚合发送端通过控制套接字将2个以上4g通信链路聚合，将要发送的数据通过聚合无线链路，并行发送到基站，所述地面监控接收端通过创建接收套接字完成数据接收。
实施例二
如图1所示，为本发明提供的一种基于4g移动网络的多链路聚合的实时数据传输系统结构示意图，系统应用了前向纠错的raptor喷泉码和动态数据分配技术。
所述4g多链路聚合系统包括：无人机机载多链路聚合发送端和监控接收端。所述无人机机载多链路聚合发送端包括无人机机载测控系统、机载4g多链路模块；所述地面监控接收端包括地面4g多链路模块、地面接收监控中心。所述的基于4g移动网络的多链路聚合实时数据传输系统，其特征在于，所述4g多链路模块包括测控数据采集/处理、raptor编解码、socket套字接、udp数据发送/接收、无线信道监控、4g通信模块。
所述机载多链路聚合发送端，采用多链路聚合的方法，通过创建套接字，将三个4g无线链路聚合。所述套接字在应用层上实现，创建三个套接字分别与三个4g网卡的ip地址绑定，采用匹配源地址的方式添加策略路由规则，通过操作套接字，将数据包由指定4g链路发送至目的地址。所述方法包括：
步骤a：当有实时数据需要发送时，采用raptor编码，产生无码率编码包。
步骤b：通过创建socket套接字，绑定特定的网卡ip，建立多个路由。
步骤c：对数据包添加源地址、目的地址、源端口、目的端口和服务类型，并匹配udp传输协议。
步骤d：通过操作套接字，根据策略路由和负载均衡算法，控制数据包选择路由表，分别从指定的4g通信模块发送至基站，然后经过核心网络传送到地面监控中心的指定接收端口，实现数据的并发传输。
所述动态数据分配技术通过监控模块监控无线信道状态，管理当前可用网卡列表，刷新路由规则，采用负载均衡算法并进行数据传输分配控制。
所述地面监控中心创建接收套接字，监控指定接收端口，获取所有发往该端口的udp数据包。将接收数据包放入缓冲队列，进行raptor译码，且在译码成功后，根据数据包中的源地址，回传接收状态。
实施例三
在实施例二的基础上，机载4g多链路模块将要发送的数据，通过移动、联通、电信的4g聚合无线链路，并行发送到基站，地面4g多链路模块，通过有线网络或无线网络，接收由基站转发的测控数据，并在地面监控中心显示控制。
如图2所示，当有原始数据文件需要发送时，由监控模块控制raptor编码模块，对原始数据流进行编码，不断产生无码率数据包；通过监控模块检测各网卡状态，创建原始套接字，并分别与三个网卡的动态ip地址绑定，建立多个路由规则；根据负载均衡算法，将数据包经过套接字声明后，添加udp协议头和ip协议头，构建udp数据包；然后采用策略路由规则将udp数据包发送到相应的4g通信模块，分别从指定的4g通信模块发送至基站，然后经过核心网络传送到地面监控中心的指定接收端口，实现数据的并发传输。
所述监控模块，检测并刷新网卡链接状况，获取三个4g网卡的动态ip地址，为创建的原始套接字提供绑定ip地址；当有新的网卡设备加入到传送端时，拨号使其在线并更新当前可用网卡列表；当接收到地面监控中心译码成功的消息时，控制raptor编码模块舍弃当前编码块，进行下一个数据编码。
所述负载均衡，如图3所示。采用加权轮转负载均衡，使三个通信链路轮转发送udp数据包到地面监控中心。本发明采用的负载均衡算法，根据信道的反馈特性，实时判断各路信道的带宽使用情况，确定各链路的加权值，动态的调整每条链路的数据包发送量，提高了并行传输效率。
raptor码是喷泉码的一种，喷泉码是码率无关的，由源文件经过编码产生的码元数目不受限制，可以产生无限多的码元。raptor码的编码由预编码和lt编码两个过程，预编码将k个源数据包通过纠删码编码成k+l个中间字符，然后将中间字符作为lt编码器的输入字符进行二次编码，得到raptor码的编码包。图4为raptor编码示意图。
创建接收套接字后，根据负载均衡算法，将数据包在套接字上声明，进而决定了本次发送数据所要使用的网卡。根据上层应用程序，在传输层为raptor编码数据包添加udp头部，包括源端口、目的端口、协议和数据长度等。然后在网络层上，根据发送网卡对应的信息填充ip头部，包括源地址、目的地址、协议等，形成最后的待发送数据包，最终将数据包经特定的网卡发送出去。图5为udp数据包封装示意图。
利用策略路由，我们可以非常灵活地进行路由规则配置。首先在应用层将套接字与4g通信模块的ip绑定，建立多张路由表，然后将某个4g网卡链接的ip地址作为通过该网卡发送数据包的源地址，通过匹配源地址的方式作为策略路由规则。udp数据包首先经过基于源地址的策略路由规则选择相应的路由表，再根据路由表匹配规则，将数据从该4g网络接口发送至地面监控中心。图6为机载多链路聚合发送端策略路由规则。
图7为地面监控中心接收框图。首先创建接收套接字，监听指定接收端口，将所有发往该端口的数据包存放入接收缓冲队列中，并进行raptor译码，若译码成功，则根据数据包中的源地址，回送接收确认消息，若译码不成功，则继续接收数据至缓冲队列，直至译码完成。最后将数据在监控中心做进一步处理。
综上所述，本发明通过控制套接字，将多个4g无线链路聚合，扩展可用带宽，提高了数据传输速率以及传输的稳定性；将raptor码与多链路结合，并采用了udp传输协议，无需建立连接，在数据传输过程中延迟小、数据传输效率高，满足无人机数据的实时性可靠性传输；在接收端进行raptor码译码时，无需考虑数据接收的顺序问题，进一步缩短了译码时间。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。