一种基于5G的无人机集群通信网络架构系统的制作方法

本发明涉及无人机通信，尤其涉及一种基于5g的无人机集群通信网络架构系统。

背景技术：

1、无人机集群作战将成为未来空中作战的典型作战模式，其不断扩展的任务领域对其通信网络提出了更高要求：进一步拓宽频带、提高频率利用率和信息传输容量以满足坐标、音频、图像以及高清视频等态势信息的快速共享；实现毫秒级的通信时延以支持无人机集群的智能决策、自主任务规划以及智能编队；具备更良好的电磁兼容性、低截获概率、抗欺骗能力、高安全性和抗干扰能力保证无人机通信系统在恶劣战场环境下稳定、可靠、安全工作；提升互联互通互操作性与标准化水平，实现多机系统兼容与协同工作，可接入全军作战网络等。

2、在实现本发明过程中，发明人发现现有技术中至少存在如下问题：

3、当前的无人机集群作战主要通过视距数据链以及卫星中继实现空地及空空通信，数据传输速率有限，无法满足战场态势信息高速传输需求。现有的4g/lte网络时延一般在30-70毫秒之间，能够用于部分对时延容忍度高的军民用无人机应用场景，但其数据传输效率及时延难以满足未来无人机集群作战的自主智能与协同感知、任务规划及编队需求。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明实施例提供一种基于5g的无人机集群通信网络架构系统，能够利用指挥车搭载5g基站实现具有高速率、低时延、高可靠、低空立体覆盖、可灵活配置等特点的低空5g网络，解决当前无人机集群通信数据链带宽不足、延迟过高等痛点问题，满足低空城市作战场景下无人机集协同态势感知、协同任务规划、自主智能编队与决策控制等任务需求，发挥无人机集群作战优势。

2、为实现上述目的，根据本发明实施例的一个方面，提供了一种基于5g的无人机集群通信网络架构系统，包括：指挥中心101，包括5g核心网和传输网1011；一个或多个指挥车102，每个所述指挥车102包括对应的5g基站1021；一个或多个无人机103，每个所述无人机103包括对应的5g终端1031；其中，所述5g核心网和传输网1011模块与所述5g基站1021通过有线或无线通信连接，所述5g终端1031与所述5g基站1021通过无线通信连接，多个所述无人机103与预设距离范围内的所述指挥车102对应配对，对应的所述5g基站1021与对应的所述5g终端1031组成通信网络。

3、可选地，所述指挥车102还包括轻量化5g核心网1022，在所述指挥中心101的通信连接中断的情况下，所述轻量化5g核心网1022代替所述5g核心网和传输网1011。

4、可选地，所述5g终端1031用于将所述无人机103采集的所述态势信息和/或所述业务数据发送至所述5g基站1021，其中所述态势信息包括视频和/或图像。

5、可选地，所述指挥车102还包括边缘计算平台1023，所述边缘计算平台1023用于接收所述态势信息和/或所述业务数据，确定所述态势信息和/或所述业务数据的时延是否不大于预设阈值，对所述时延不大于所述预设阈值的所述态势信息和/或所述业务数据进行分流处理，将处理后的所述态势信息和/或所述业务数据回传。

6、可选地，所述边缘计算平台1023还用于确定所述态势信息和/或所述业务数据的时延是否不大于预设阈值，对所述时延大于所述预设阈值的所述态势信息和/或所述业务数据进行分流，发送至所述5g核心网和传输网1011。

7、可选地，所述5g核心网和传输网1011还用于接收所述态势信息和/或所述业务数据，对所述态势信息和/或所述业务数据进行处理和/或存储。

8、可选地，所述5g核心网和传输网1011还用于对所述态势信息和/或所述业务数据进行处理后，形成指令数据，将所述指令数据回传至对应的所述5g终端1031。

9、可选地，所述5g核心网和传输网1011还用于根据对应的所述5g终端1031的实时位置，将所述指令数据回传至所述5g终端1031距离最近的所述5g基站1021。

10、可选地，所述系统还用于确定所述无人机103的当前状态，根据所述当前状态确定是否切换与所述无人机103配对的原指挥车102-1，若是，则使所述无人机103切换至新配对的指挥车102-2。

11、可选地，所述当前状态包括：所述无人机103的实时位置、所述通信网络的信道质量、与所述原指挥车102-1配对的所述无人机103的数量。

12、根据本发明实施例的另一个方面，提供了一种基于5g的无人机集群网络通信方法，使用上述的一种基于5g的无人机集群通信网络架构系统进行通信，包括：

13、步骤s1：所述无人机103通过所述5g终端1031将所述态势信息和/或业务数据发送至所述5g基站1021；

14、步骤s2：所述5g基站1021接收所述态势信息和/或业务数据后，进行分流处理；

15、步骤s2-1：对于低时延的所述态势信息和/或业务数据，在本地进行处理；

16、步骤s3-1：处理后，将处理后的所述态势信息和/或业务数据回传给发送所述态势信息和/或业务数据的无人机103；

17、步骤s2-2：对于非低时延的所述态势信息和/或业务数据，发送至所述5g核心网和传输网1011；

18、步骤s3-2：所述5g核心网和传输网1011接收后进行处理，生成指令，将指令回传至所述无人机103；

19、步骤s4：确定与所述无人机103配对的原所述指挥车102-1是否切换；

20、步骤s4-1：如果不切换，则通过原所述指挥车102-1回传至所述无人机103；

21、步骤s4-2：如果原所述指挥车102-1被切换，则使所述无人机103切换至新配对的指挥车102-2，并通过所述新配对的指挥车102回传指令或处理后的所述态势信息和/或业务数据。

22、可选地，在所述指挥中心101的通信连接中断的情况下，轻量化5g核心网1022代替所述5g核心网和传输网1011，其中所述指挥车102包括所述轻量化5g核心网1022。

23、上述发明中的一个实施例具有如下优点或有益效果：采用指挥车和无人机之间的通信协同，可以使用“基站-终端”的无线网络架构，即指挥车搭载基站设备，无人机作为终端接入基站；指挥车之间可以通过基站间接口通信，也可以通过指挥中心转发；同时，指挥车还可以进一步安装轻量化5g核心网，实现更高层级的通信管理控制和业务保障，提高网络抗毁弹性。数据分流处理，移动指挥车在边缘侧处理低时延数据，指挥中心集中处理大量非低时延数据，节省资源的同时进一步减小延迟。

24、上述的非惯用的可选方式所具有的进一步效果将在下文中结合具体实施方式加以说明。

技术特征：

1.一种基于5g的无人机集群通信网络架构系统，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述指挥车(102)还包括轻量化5g核心网(1022)，在所述指挥中心(101)的通信连接中断的情况下，所述轻量化5g核心网(1022)代替所述5g核心网和传输网(1011)。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述5g终端(1031)用于将所述无人机(103)采集的态势信息和/或业务数据发送至所述5g基站(1021)，其中所述态势信息包括视频和/或图像。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述指挥车(102)还包括边缘计算平台(1023)，所述边缘计算平台(1023)用于接收所述态势信息和/或所述业务数据，确定所述态势信息和/或所述业务数据的时延是否不大于预设阈值，对所述时延不大于所述预设阈值的所述态势信息和/或所述业务数据进行分流处理，将处理后的所述态势信息和/或所述业务数据回传。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述边缘计算平台(1023)还用于确定所述态势信息和/或所述业务数据的时延是否不大于预设阈值，对所述时延大于所述预设阈值的所述态势信息和/或所述业务数据进行分流，发送至所述5g核心网和传输网(1011)。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述5g核心网和传输网(1011)还用于接收所述态势信息和/或所述业务数据，对所述态势信息和/或所述业务数据进行处理和/或存储。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述5g核心网和传输网(1011)还用于对所述态势信息和/或所述业务数据进行处理后，形成指令数据，将所述指令数据回传至对应的所述5g终端(1031)。

8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述5g核心网和传输网(1011)还用于根据对应的所述5g终端(1031)的实时位置，将所述指令数据回传至所述5g终端(1031)配对的所述5g基站(1021)。

9.一种基于5g的无人机集群网络通信方法，其特征在于，使用权利要求3-10所述的任一种基于5g的无人机集群通信网络架构系统进行通信，包括：

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，还包括：

技术总结
本发明公开了一种基于5G的无人机集群通信网络架构系统，涉及通信技术领域。该系统的一个具体实施方式包括：指挥中心，包括5G核心网和传输网模块；一个或多个指挥车，每个指挥车包括对应的5G基站；一个或多个无人机，每个无人机包括对应的5G终端；其中，5G核心网和传输网模块与5G基站通过有线或无线通信连接，5G终端与5G基站通过无线通信连接，多个无人机与预设距离范围内的指挥车对应配对，对应的5G基站与对应的5G终端组成通信网络。该实施方式满足未来无人机集群作战的自主智能与协同感知、任务规划及编队需求。

技术研发人员：陈蕾,朱超磊,刘禹彤,张阳帆,郭跃,刘传
受保护的技术使用者：航空工业信息中心
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13