本發(fā)明公開了一種基于無(wú)人機(jī)寬帶數(shù)據(jù)鏈下行鏈路的傳輸控制方法，特別是在無(wú)人機(jī)下行鏈路傳輸大量數(shù)據(jù)包時(shí)缺少對(duì)發(fā)送速率的調(diào)整導(dǎo)致丟包率增加、時(shí)延現(xiàn)象嚴(yán)重的應(yīng)用場(chǎng)景的一種基于無(wú)人機(jī)寬帶數(shù)據(jù)鏈下行鏈路的傳輸控制方法。

背景技術(shù)：

隨著科技的發(fā)展，無(wú)人機(jī)在國(guó)內(nèi)的使用越來(lái)越頻繁，可用的領(lǐng)域也越來(lái)越廣泛，可用來(lái)航拍，攝影，監(jiān)控，運(yùn)輸?shù)?。而?shù)據(jù)鏈則是一種以統(tǒng)一的數(shù)據(jù)格式和通信協(xié)議，以無(wú)線信道為主對(duì)信息進(jìn)行實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確、保密傳輸?shù)臄?shù)據(jù)通信系統(tǒng)。

無(wú)人機(jī)數(shù)據(jù)鏈?zhǔn)菬o(wú)人機(jī)技術(shù)的核心模塊，也是未來(lái)重點(diǎn)研究方向。它是收發(fā)信息以及傳輸數(shù)據(jù)的核心，負(fù)責(zé)控制信息的發(fā)送和采集數(shù)據(jù)的接收。所以隨著技術(shù)的發(fā)展，無(wú)人機(jī)技術(shù)也在不斷升級(jí)，需求也在提高。傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性，抗干擾能力，準(zhǔn)確性這些需求就成為了系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵性問(wèn)題。而無(wú)人機(jī)寬帶數(shù)據(jù)鏈?zhǔn)莻鬏斣谳^高頻段上的數(shù)據(jù)鏈路，它傳送一些數(shù)據(jù)量較大的信息數(shù)據(jù)，這對(duì)數(shù)據(jù)鏈路的傳輸?shù)目煽啃砸蠛芨?，但同樣的，這也是需要解決的問(wèn)題之一。

數(shù)據(jù)鏈具有很強(qiáng)的非對(duì)稱性，即飛機(jī)向地面要傳輸大量的狀態(tài)信息，包括姿態(tài)、方位、速度、高度、溫度等飛機(jī)本身的信息以及搭載的各種設(shè)備的信息，例如高清視頻信息、激光掃描信息等，而地面?zhèn)鬏數(shù)斤w機(jī)的信息就相對(duì)較少，包括控制信息、規(guī)劃信息和參數(shù)信息等。本身無(wú)人機(jī)的飛行控制就有一定的難度，而且要在各種惡劣環(huán)境中完成作業(yè)，就要保證有抗干擾能力強(qiáng)的通信設(shè)備和可以應(yīng)對(duì)各種復(fù)雜情況的數(shù)據(jù)鏈設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

在無(wú)人機(jī)寬帶數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)中，飛控?cái)?shù)據(jù)鏈協(xié)議是核心之一，而飛控?cái)?shù)據(jù)鏈可分為，上行鏈路和下行鏈路，上行鏈路是從地面端到無(wú)人機(jī)端的傳輸鏈路；下行鏈路是從無(wú)人機(jī)端到地面端的傳輸鏈路。在無(wú)人機(jī)寬帶數(shù)據(jù)鏈中，上行鏈路上傳一些控制信息等，下行鏈路傳輸一些無(wú)人機(jī)信息以及所獲得的數(shù)據(jù)，比如圖像，視頻等。

由于無(wú)人機(jī)寬帶數(shù)據(jù)鏈下行鏈路傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量較大，所以對(duì)傳輸協(xié)議選擇較多為udp（用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議）傳輸協(xié)議，傳輸協(xié)議udp（用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議）協(xié)議是一種無(wú)連接的傳輸層協(xié)議，它將應(yīng)用層傳下來(lái)的數(shù)據(jù)封裝在一個(gè)數(shù)據(jù)包中進(jìn)行傳輸，由于udp協(xié)議（用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議）缺少擁塞控制，它不會(huì)因?yàn)閿?shù)據(jù)包過(guò)多或過(guò)大就控制發(fā)送速率，在udp協(xié)議（用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議）應(yīng)用中隨著傳輸數(shù)據(jù)的增加，丟包率和延時(shí)也隨之增加。如果不降低發(fā)送速率，那么丟包或者掉幀情況會(huì)越來(lái)越嚴(yán)重。如果無(wú)人機(jī)的下行鏈路出現(xiàn)信息丟失，這是很致命的問(wèn)題。所以需要對(duì)這個(gè)問(wèn)題進(jìn)行處理解決。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對(duì)已有技術(shù)存在的不足，提供了一種基于在無(wú)人機(jī)寬帶數(shù)據(jù)鏈中對(duì)下行鏈路進(jìn)行傳輸控制的方法，提高在此背景下的數(shù)據(jù)鏈路傳輸消息的可靠性。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的構(gòu)思是：

無(wú)人機(jī)寬帶數(shù)據(jù)鏈的傳輸鏈路，可分為上行鏈路和下行鏈路，上行鏈路主要是上傳一些控制信息參數(shù)等，而下行鏈路傳輸?shù)臄?shù)據(jù)一般為圖像，視頻等信息量很大的數(shù)據(jù)，這里目前使用較多的是udp協(xié)議（用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議），因?yàn)閡dp協(xié)議（用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議）相對(duì)于tcp協(xié)議（傳輸控制協(xié)議）的三次握手來(lái)說(shuō)，具有很好的傳輸效率，非常適用在對(duì)實(shí)時(shí)性要求較高的無(wú)人機(jī)上，但同樣的，udp協(xié)議（用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議）是一種可靠性較低的協(xié)議。

當(dāng)無(wú)人機(jī)下傳的數(shù)據(jù)僅為一些機(jī)載參數(shù)，傳感器信息時(shí)，此時(shí)數(shù)據(jù)量不大可以快速傳輸，當(dāng)所傳輸?shù)臑橐恍┮曨l，圖像等數(shù)據(jù)量過(guò)大或過(guò)多的數(shù)據(jù)時(shí)，而udp協(xié)議（用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議）本身并沒(méi)有什么擁塞控制，udp協(xié)議（用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議）不會(huì)因?yàn)閿?shù)據(jù)包過(guò)多或過(guò)大而控制發(fā)送速率，一旦產(chǎn)生擁塞，那么在緩沖區(qū)滿的那個(gè)瞬間要發(fā)送的報(bào)文就很有可能被丟失，這對(duì)于無(wú)人機(jī)寬帶數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，地面端所得到的數(shù)據(jù)信息會(huì)不完整，這是致命的問(wèn)題。

針對(duì)這種在無(wú)人機(jī)寬帶數(shù)據(jù)鏈下行鏈路中會(huì)產(chǎn)生擁塞的情況，本發(fā)明提出了一種傳輸控制方法，該方法將利用三個(gè)參數(shù)對(duì)無(wú)人機(jī)下行鏈路傳輸過(guò)程的擁塞狀況進(jìn)行判斷，采用四種不同的控制方式，提高傳輸鏈路可靠性。

根據(jù)上述發(fā)明構(gòu)思，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案：

本發(fā)明特征在于利用時(shí)延反應(yīng)鏈路擁塞情況，以窗口來(lái)控制發(fā)送速率，并加入擁塞閾值以及目標(biāo)時(shí)延參數(shù)，通過(guò)判斷時(shí)延的大小和丟包情況，對(duì)窗口值大小進(jìn)行調(diào)整，具體操作步驟如下：

1）設(shè)定初始窗口值、擁塞閾值以及目標(biāo)時(shí)延；

2）利用時(shí)間戳讀取傳輸時(shí)延；

3）通過(guò)時(shí)延的數(shù)值以及丟包情況對(duì)窗口值進(jìn)行調(diào)整。

上述步驟1）設(shè)定初始窗口值、擁塞閾值以及目標(biāo)時(shí)延的方法是：根據(jù)無(wú)人機(jī)數(shù)據(jù)鏈路的設(shè)計(jì)需求設(shè)定初始窗口值、擁塞閾值和目標(biāo)時(shí)延，窗口值用以控制傳輸速率，初試值可設(shè)較大，用以快速提高鏈路傳輸速率；擁塞閾值和目標(biāo)時(shí)延用以避免進(jìn)入擁塞狀態(tài)，可根據(jù)鏈路的需求設(shè)定大小。

上述步驟2）利用時(shí)間戳讀取傳輸時(shí)延的方法是:在無(wú)人機(jī)的空中發(fā)送端的數(shù)據(jù)包中加入時(shí)間戳，并記錄發(fā)送時(shí)間，當(dāng)數(shù)據(jù)包送至地面接收端時(shí)，通過(guò)讀取時(shí)間戳，用本地時(shí)間減去時(shí)間戳，可得到絕對(duì)傳輸時(shí)延。

上述步驟3）通過(guò)時(shí)延的數(shù)值以及丟包情況對(duì)窗口值進(jìn)行調(diào)整的方法是：根據(jù)所讀取的時(shí)延大小以及數(shù)據(jù)包丟失率情況，可分為四種窗口控制方式，具體操作步驟如下：

①當(dāng)時(shí)延的值小于目標(biāo)時(shí)延和擁塞閾值之差時(shí)，表明此時(shí)擁塞狀態(tài)良好，可以加快傳輸，返回ack（確認(rèn)字符）表示可采用快速擴(kuò)大窗口值的方式來(lái)提高發(fā)送速率；

②當(dāng)時(shí)延的值大于目標(biāo)時(shí)延和擁塞閾值之差同時(shí)小于目標(biāo)時(shí)延的值時(shí)，表明此時(shí)處于即將達(dá)到擁塞狀態(tài)，需要控制下傳輸速率，返回ack表示可采用減緩擴(kuò)大窗口值的方式來(lái)緩慢提高發(fā)送速率；

③當(dāng)時(shí)延的值大于目標(biāo)時(shí)延的值時(shí)，表明此時(shí)可判定為擁塞狀態(tài)，返回ack表示可采用減小窗口值的方式來(lái)降低發(fā)送速率；

④當(dāng)因?yàn)橐馔馇闆r產(chǎn)生丟包，返回ack表示可采用迅速縮小窗口值的方式來(lái)降低發(fā)送速率。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)比較，具有如下顯而易見的突出實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著技術(shù)進(jìn)步：

通過(guò)這種方法可以有效地提高無(wú)人機(jī)寬帶數(shù)據(jù)鏈下行鏈路的傳輸可靠性，降低了數(shù)據(jù)包丟失概率或者掉幀現(xiàn)象的出現(xiàn)，并且在保證可靠性的前提下，盡可能地提高傳輸效速率，這相比于傳統(tǒng)的無(wú)人機(jī)數(shù)據(jù)鏈下行鏈路傳輸控制來(lái)說(shuō)，極大地提升了數(shù)據(jù)鏈路的性能。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的無(wú)人機(jī)寬帶數(shù)據(jù)鏈下行鏈路傳輸控制流程框圖。

圖2為本發(fā)明的無(wú)人機(jī)寬帶數(shù)據(jù)鏈下行鏈路傳輸控制階段轉(zhuǎn)換圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例結(jié)合附圖詳述如下：

實(shí)施例一：

參見圖1，本基于無(wú)人機(jī)寬帶數(shù)據(jù)鏈下行鏈路的傳輸控制方法，其特征在于利用時(shí)延反應(yīng)鏈路擁塞情況，以窗口來(lái)控制發(fā)送速率，并加入擁塞閾值以及目標(biāo)時(shí)延參數(shù)，通過(guò)判斷時(shí)延的大小和丟包情況，對(duì)窗口值大小進(jìn)行調(diào)整，具體操作步驟如下：

1）設(shè)定初始窗口值、擁塞閾值以及目標(biāo)時(shí)延；

2）利用時(shí)間戳讀取傳輸時(shí)延；

3）通過(guò)時(shí)延的數(shù)值以及丟包情況對(duì)窗口值進(jìn)行調(diào)整。

實(shí)施例二：

本實(shí)施例與實(shí)施例一基本相同，其特別之處如下：

所述特征在于步驟1）設(shè)定初始窗口值、擁塞閾值以及目標(biāo)時(shí)延的方法是：根據(jù)傳輸需求設(shè)定初始窗口值、擁塞閾值和目標(biāo)時(shí)延，窗口值用以控制傳輸速率，擁塞閾值和目標(biāo)時(shí)延用以避免進(jìn)入擁塞狀態(tài)；所述特征在于步驟2）利用時(shí)間戳讀取傳輸時(shí)延的方法是：在無(wú)人機(jī)的空中發(fā)送端的數(shù)據(jù)包中加入時(shí)間戳，當(dāng)送至地面接收端時(shí)，通過(guò)讀取時(shí)間戳可得到傳輸時(shí)延；所述特征在于步驟3）通過(guò)時(shí)延的數(shù)值以及丟包情況對(duì)窗口值進(jìn)行調(diào)整的方法是：根據(jù)時(shí)延的大小以及數(shù)據(jù)包丟失率情況，可分為四種窗口控制方式，具體操作步驟如下：

①當(dāng)時(shí)延的值小于目標(biāo)時(shí)延和擁塞閾值之差時(shí)，采取快速擴(kuò)大窗口值的方式來(lái)提高發(fā)送速率；

②當(dāng)時(shí)延的值大于目標(biāo)時(shí)延和擁塞閾值之差同時(shí)小于目標(biāo)時(shí)延的值時(shí)，采取減緩擴(kuò)大窗口值的方式來(lái)提高發(fā)送速率；

③當(dāng)時(shí)延的值大于目標(biāo)時(shí)延的值時(shí)，采取減小窗口值的方式來(lái)降低發(fā)送速率；

④當(dāng)因?yàn)橐馔馇闆r產(chǎn)生丟包，采取迅速縮小窗口值的方式來(lái)降低發(fā)送速率。

實(shí)施例三：

本基于無(wú)人機(jī)寬帶數(shù)據(jù)鏈下行鏈路的傳輸控制方法結(jié)合圖1詳述如下：

本實(shí)施例利用時(shí)延反應(yīng)鏈路擁塞情況，以窗口來(lái)控制發(fā)送速率，并加入擁塞閾值以及目標(biāo)時(shí)延參數(shù)，通過(guò)判斷時(shí)延的大小和丟包情況，對(duì)窗口值大小進(jìn)行調(diào)整，具體操作步驟如下：

1）設(shè)定初始窗口值、擁塞閾值以及目標(biāo)時(shí)延；

2）利用時(shí)間戳讀取傳輸時(shí)延；

3）通過(guò)時(shí)延的數(shù)值以及丟包情況對(duì)窗口值進(jìn)行調(diào)整。

步驟1）是根據(jù)無(wú)人機(jī)數(shù)據(jù)鏈路的設(shè)計(jì)需求設(shè)定初始窗口值、擁塞閾值和目標(biāo)時(shí)延，窗口值用以控制傳輸速率，初試值可設(shè)較大，用以快速提高鏈路傳輸速率；擁塞閾值和目標(biāo)時(shí)延用以避免進(jìn)入擁塞狀態(tài)，可根據(jù)鏈路的需求設(shè)定大小。

步驟2）是在無(wú)人機(jī)的空中發(fā)送端的數(shù)據(jù)包中加入時(shí)間戳，并記錄發(fā)送時(shí)間，當(dāng)數(shù)據(jù)包送至地面接收端時(shí)，通過(guò)讀取時(shí)間戳，用本地時(shí)間減去時(shí)間戳，可得到絕對(duì)傳輸時(shí)延。

步驟3）是根據(jù)所讀取的時(shí)延大小以及數(shù)據(jù)包丟失率情況，可分為四種窗口控制方式，具體操作步驟如下：

①當(dāng)時(shí)延的值小于目標(biāo)時(shí)延和擁塞閾值之差時(shí)，表明此時(shí)擁塞狀態(tài)良好，可以加快傳輸，返回ack（確認(rèn)字符）表示可采用快速擴(kuò)大窗口值的方式來(lái)提高發(fā)送速率；

②當(dāng)時(shí)延的值大于目標(biāo)時(shí)延和擁塞閾值之差同時(shí)小于目標(biāo)時(shí)延的值時(shí)，表明此時(shí)處于即將達(dá)到擁塞狀態(tài)，需要控制下傳輸速率，返回ack（確認(rèn)字符）表示可采用減緩擴(kuò)大窗口值的方式來(lái)緩慢提高發(fā)送速率；

③當(dāng)時(shí)延的值大于目標(biāo)時(shí)延的值時(shí)，表明此時(shí)可判定為擁塞狀態(tài)，返回ack（確認(rèn)字符）表示可采用減小窗口值的方式來(lái)降低發(fā)送速率；

④當(dāng)因?yàn)橐馔馇闆r產(chǎn)生丟包，返回ack（確認(rèn)字符）表示可采用迅速縮小窗口值的方式來(lái)降低發(fā)送速率。

上述過(guò)程4的四種窗口控制可用公式表示為：

其中w(t+1)為下一刻窗口的值，w(t)為當(dāng)前窗口的值，t為目標(biāo)時(shí)延，c為絕對(duì)時(shí)延，q為擁塞閾值，p為增益因子，其中p1，p2，p3與最大報(bào)文單元有關(guān)，且令p1>>p2，p3為負(fù)值，p4與丟包率有關(guān)。

根據(jù)公式并結(jié)合附圖說(shuō)明圖2可將控制階段分為初始階段，平穩(wěn)階段，預(yù)擁塞階段，擁塞階段。從初始階段開始發(fā)送窗口一直擴(kuò)大，直到當(dāng)時(shí)延等于目標(biāo)時(shí)延與擁塞閾值之差時(shí)進(jìn)入第二階段平穩(wěn)階段，隨著窗口繼續(xù)擴(kuò)大，此時(shí)進(jìn)入預(yù)擁塞階段，窗口值會(huì)繼續(xù)增大，但增大的幅度開始減小，當(dāng)時(shí)延上升到目標(biāo)時(shí)延時(shí)，此時(shí)進(jìn)入擁塞階段，開始減小窗口值。