一种基于卫星链路的一对多数据传输系统及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种基于卫星链路的一对多数据传输系统及方法，具体涉及一种无人机机载大带宽数据通过卫星链路完成多点接收的方法及系统。
【背景技术】
[0002]无人机系统能够实现自控飞行、完成遥测遥控、多元数据回传等功能，主要依靠其数据测控链路分系统;现阶段，数据测控链路分系统主要分为视距起降系统和卫星通信系统，在早期的无人机应用中，由于任务半径较小，任务平台飞行高度较高，常规的视距起降测控系统即能够满足无人机在作业区的测控和数据回传，然而随着无人机民用行业的推广，视距测控系统已经无法满足无人机作业区的应用，卫星通信链路其得天独厚的优势能够支撑民用化无人机系统向着更低、更远、更多元化数据传输的方向发展。卫星通信的超视距应用特性使其逐步成为各类远程遥控遥测系统的首要选择。目前的无人机卫星通信链路多为采用一对一的数据传输模式，仅需根据地面所需数据带宽总和来确定卫星数据带宽资源，采用卫星多地面点接收的实例较为罕见，即使有多点落地的要求，也仅将部分窄带数据进行分路下传，不会造成带宽堵塞。
[0003]近年来，无人机通过卫星转发的数据进行地面多点接收的应用需求越来越多，然而在实际的使用中不难发现，无人机产生的大带宽数据由于其瞬时数据量大，有时几乎占据整个卫星带宽资源，卫星虽然只是提供透明传输的数据信道，但信道内通过的仍然是需要具有一定协议的帧格式，为保证通信的准确性和区分地面用户，常规卫星链路主要采用TCP/IP的数据架构，此时如果有大带宽数据同时多点接收时，目标IP地址信息的不同，会出现信道内有多路大带宽数据的情况，造成信道阻塞。
【发明内容】
[0004]本发明所要解决的技术问题是一种基于卫星链路的无人机等大带宽数据一对多传输的系统及方法，在进行大带宽数据多点传输的情况下，能够保障在充分利用卫星数据链路资源的条件下，有效增加地面的客户端数量，满足用户对数据云服务方式的使用要求。
[0005]本发明包括如下技术方案:
[0006]—种基于卫星链路的无人机数据多点传输的系统，包括无人机机载端、带有卫星中继天线的通信中继卫星和多个地面接收点，无人机机载端包括所有任务载荷、机载网络协议自适应转换模块、机载网络交换机、机载调制解调器和机载动中通天线;每个地面接收点包括地面卫星天线、地面调制解调器、地面端网络交换机和地面端网络接收客户终端;无人机机载端和多个数据接收端处于由卫星无线通信信道组建的同一局域网段内；地面端网络接收客户终端兼容TCP/IP点对点传播协议、UDP点对点传播协议以及UDP组播协议；
[0007]无人机各任务载荷产生的数据送入机载网络协议自适应转换模块；
[0008]机载网络协议自适应转换模块根据各任务载荷产生的数据的带宽和对应的地面接收点的个数，为每一种任务载荷产生的数据选择网络协议，根据选择的网络协议进行任务载荷网络数据打包并送入机载网络交换机的指定网络接口 ；当某一任务载荷产生的数据带宽乘以该任务载荷对应的地面接收点个数大于卫星链路总带宽时，该任务载荷产生的数据被选择使用UDP组播协议进行任务载荷网络数据打包，当某一任务载荷产生的数据带宽乘以该任务载荷对应的地面接收点个数不大于卫星链路总带宽时，该任务载荷产生的数据被选择使用TCP/IP或UDP点对点传播协议进行任务载荷网络数据打包；
[0009]机载网络交换机根据机载网络协议自适应转换模块输出的任务载荷网络数据和采用TCP/IP或UDP点对点传播协议的飞机状态网络数据判定是否进行虚拟网络划分并产生虚拟网络划分的飞机状态数据，将产生的虚拟网络划分的飞机状态数据添加至所述飞机状态网络数据;机载网络交换机将所述飞机状态网络数据和任务载荷网络数据进行数据交换后发送至机载调制解调器；
[0010]机载调制解调器从机载网络交换机将所有数据取出并转换为射频信号，送入机载动中通天线，通过机载动中通天线传至所述通信中继卫星；
[0011]多个地面接收点同时接收到来自于通信中继卫星的射频信号并经过地面调制解调器转换为网络格式数据并送入地面端网络交换机，地面端网络交换机根据虚拟网络划分的状态数据判断是否进行虚拟网络划分；
[0012]地面端网络接收客户终端对来自于地面端网络交换机的数据进行网络协议帧头判断，根据协议帧头判断结果进行数据解译。
[0013]机载网络交换机根据机载网络协议自适应转换模块输出的任务载荷网络数据和采用TCP/IP或UDP点对点传播协议的飞机状态网络数据判断是否同时存在UDP组播协议数据和点对点传播协议数据，当UDP组播协议数据和点对点传播协议数据同时存在时，机载网络交换机进行虚拟网络VLAN划分，其中调制解调器接入的接口设置为trunk口，UDP组播协议数据占据一个虚拟网络组，点对点传播协议数据占据另一个虚拟网络组;两个虚拟网络组的数据进行逻辑隔离，不能实现通信；当UDP组播协议数据和点对点传播协议数据不同时存在时，机载网络交换机不进行虚拟网络划分。
[0014]机载网络协议自适应转换模块包括任务载荷数据带宽及接收点个数识别模块和数据网络协议打包模块，任务载荷数据带宽及接收点个数识别模块根据各任务载荷产生的数据的带宽和对应的地面接收点的个数，为每一种任务载荷产生的数据选择网络协议;所述每个任务载荷数据对应的地面接收点的个数根据地面遥控信息确定；
[0015]数据网络协议打包模块根据各任务载荷的数据量开辟相应的缓存空间，并根据任务载荷数据带宽及接收点个数识别模块选择的网络协议分包的对各任务载荷数据加入网络协议包帧头信息，经过打包的数据送入机载网络交换机的指定通道接口。
[0016]无人机各任务载荷产生的数据包括数字化的光电图像数据、高清照片数据、数字语音数据和雷达回波数据。
[0017]所述机载网络交换机和地面网络交换机均为2层网络交换机。
[0018]一种基于卫星链路的无人机数据多点传输的方法，包括如下步骤:
[0019](1)各任务载荷产生数据；
[0020](2)根据各任务载荷产生的数据的带宽和对应的地面接收点的个数，为每一种任务载荷产生的数据选择网络协议，根据选择的网络协议进行任务载荷网络数据打包；当某一任务载荷产生的数据带宽乘以该任务载荷对应的地面接收点个数大于卫星链路总带宽时，该任务载荷产生的数据被选择使用UDP组播协议进行网络数据打包，当某一任务载荷产生的数据带宽乘以该任务载荷对应的地面接收点个数不大于卫星链路总带宽时，该任务载荷产生的数据被选择使用TCP/ IP或UDP点对点传播协议进行网络数据打包；
[0021](3)根据所有打包的任务载荷网络数据和采用TCP/IP或UDP点对点传播协议的飞机状态网络数据判定是否进行虚拟网络划分并产生虚拟网络划分的飞机状态数据，将产生的虚拟网络划分的飞机状态数据添加至所述飞机状态网络数据;将所述飞机状态网络数据和任务载荷网络数据进行数据交换；
[0022](4)将交换后的数据进行调制解调后发送至卫星，由卫星转发至地面多个接收点；
[0023](5)地面多个接收点对接收的数据进行解调、根据虚拟网络划分的飞机状态数据设置地面端网络交换机的接口，对来自于地面端网络交换机的数据进行网络协议帧头判断，根据协议帧头判断结果进行数据解译。
[0024]一种基于卫星链路的一对多数据传输系统，包括一个数据产生端、带有卫星天线的通信中继卫星和多个数据接收端;所述数据产生端包括多个能够产生不同带宽数据的任务载荷、网络协议自适应转换模块、数据产生端网络交换机、数据产生端调制解调器和数据产生端卫星天线，每个数据接收端包括接收端卫星天线、接收端调制解调器、接收端网络交换机、接收端网络接收客户终端;每个任务载荷产生的数据具有与之对应个数的数据接收端接收;数据产生端和多个数据接收端在同一局域网段内；接收端网络接收客户终端兼容TCP/IP点对点传播协议、UDP点对点传播协议以及UDP组播协议；
[0025]网络协议自适应转换模块根据各任务载荷产生的数据带宽和对应的数据接收端个数为相应的任务载荷产生的数据选择网络协议、根据选择的网络协议进行任务载荷网络数据打包并送入数据产生端网络交换机的指定网络接口；当某一任务载荷产生的数据带宽乘以该任务载荷对应的接收端个数大于卫星链路总带宽时，该任务载荷产生的数据使用UDP组播协议进行任务载荷网络数据打包，当某一任务载荷产生的数据带宽乘以该任务载荷对应的接收端个数不大于卫星链路总带宽时，该任务载荷产生的数据被选择使用TCP/IP或UDP点对点传播协议进行任务载荷网络数据打包；
[0026]数据产