一种兼容UAV的地空无线传感网络通信装置与方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种兼容UAV的地空无线传感网络通信装置，包括传感监测系统、移动平台系统、一体化Wi‑Fi网络通信系统以及调度管制平台；传感器监测系统是指在传感器网络中，任意散落在被监测区内的传感节点实时监测目标区域内的特定变量对象；移动平台系统是挂载Wi‑Fi通信模块的UAV，采用旋翼垂直起降平台，实现UAV飞行速度和轨迹的可控性；一体化Wi‑Fi网络通信系统指以Wi‑Fi通信方式为主，参照蜂窝移动通信网络的结构；所述的调度管制平台是一套用于无人机飞行路径管制、无线网路拓扑控制信息及环境变量信息采集的软件平台。本发明专利技术能够满足栅格化的网络发展需求，建立以网络为中心的UAV通信网络，实现足够的稳定性、可靠性、强大的互联互通和互操作性。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了一种兼容UAV的地空无线传感网络通信装置，包括传感监测系统、移动平台系统、一体化Wi?Fi网络通信系统以及调度管制平台；传感器监测系统是指在传感器网络中，任意散落在被监测区内的传感节点实时监测目标区域内的特定变量对象；移动平台系统是挂载Wi?Fi通信模块的UAV，采用旋翼垂直起降平台，实现UAV飞行速度和轨迹的可控性；一体化Wi?Fi网络通信系统指以Wi?Fi通信方式为主，参照蜂窝移动通信网络的结构；所述的调度管制平台是一套用于无人机飞行路径管制、无线网路拓扑控制信息及环境变量信息采集的软件平台。本专利技术能够满足栅格化的网络发展需求，建立以网络为中心的UAV通信网络，实现足够的稳定性、可靠性、强大的互联互通和互操作性。【专利说明】一种兼容UAV的地空无线传感网络通信装置与方法
本专利技术涉及无人机及移动通信系统的研究领域，特别涉及一种兼容UAV(无人飞行器)的地空无线传感网络的通信装置与方法。
技术介绍
在当今全球UAV(无人飞行器)技术高速发展，特别是我国无人机已占据全球民用无人机市场70%的份额情况下，UAV技术似乎已经到达了顶峰，其潜力看似也被完全挖掘，但实际情况是我国UAV技术在尖端领域的突破仍然凤毛麟角，仅在飞控设计、航拍测绘、农业拓展应用方面有所优势，许多核心技术仍然处于欧美国家的垄断下，特别是在如何满足UAV业务通信的灵活性、适应性、带宽可控性和信息/数据流服务实时性对UAV指挥与控制通信网络提出更高要求的方面。以往的UAV通信网络只是单一的集中在如何设计、建立、优化UAV与基站的通信拓扑结构上，少有考虑涵盖UAV、传感监测、通信实时优化等多方面的系统性装置与方法的提出。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种兼容UAV(无人飞行器)的地空无线传感网络通信装置与方法，能够满足栅格化的网络发展需求，建立以网络为中心的UAV通信网络，完成UAV的指挥与控制、环境数据采集管理、通信质量控制等服务，实现足够的稳定性、可靠性、强大的互联互通和互操作性。为了达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案:本专利技术提供的一种兼容UAV的地空无线传感网络通信装置，包括传感监测系统、移动平台系统、一体化W1-Fi网络通信系统以及调度管制平台；所述传感器监测系统是指在传感器网络中，任意散落在被监测区内的传感节点实时监测目标区域内的特定变量对象；所述移动平台系统是挂载W1-Fi通信模块的UAV，采用旋翼垂直起降平台，实现UAV飞行速度和轨迹的可控性，该移动平台系统可受调度管制平台的飞行路径规划的约束，移动平台系统可根据业务需要挂载相应设备；所述一体化W1-Fi网络通信系统指以W1-Fi通信方式为主，参照蜂窝移动通信网络的结构，构建由机载通信模块、传感节点通信模块、基站服务器和交换控制中心网关节点四大部分组成的地-空数据链通信网络；所述调度管制平台是一套用于无人机飞行路径管制、无线网路拓扑控制信息及环境变量信息采集的软件平台，用于实现GIS专题图展示、实时飞行参数显示、基站覆盖区、负载量、通信质量可视化、基站通信参数在线调整、环境变量信息实时显示、历史记录查询。作为优选的技术方案，所述各传感节点电路板上集成了多种类型环境变量传感器，当传感节点接收到来自基站的数据采集指令后立即判断指令类型，并按照指令以设定的格式，将传感器采集到的数据发送至基站。作为优选的技术方案，所述机载通信模块是指移动平台系统上挂载的机载W1-Fi模块内置TCP/IP协议栈，具有高速串行接口转W1-Fi功能，用于实现高速串行接口和无线网之间的数据透明转换，移动平台系统在跨空域切换时，采用链路层触发的双链路切换模式，软件上采取负载移动策略，实现一体化网络W1-Fi终端自动切换机制;所述链路层触发的双链路切换模式是指机载W1-Fi模块同时与两个基站服务器的无线接入点通信，基站链路层服务器监控链路状态，如果发现新的网络，则决定是否要进行切换；如果决定切换，服务器将把两条链路中的一条连接到新的网络，并发出链路层触发;机载W1-Fi模块通过新网络进行注册，同时保持另一条链路的数据通信工作;注册成功之后，机载W1-Fi模块在新的网络进行数据收发，然后把另一条链路也连接到新网络来。作为优选的技术方案，所述的传感节点通信模块是指各传感节点中的W1-Fi模块时刻保持着与基站中的W1-Fi模块间的通信，并将传感节点所采集数据上传给基站，传感节点和基站组成的局域通信网络具有自组织的功能，单个节点经过初始的通信和协商，形成一个传输信息的多跳网络，每个传感网络装备设有一个连接到传输网络的网关，传输网络是由一个单跳链接或一系列的无线网络节点组成的。作为优选的技术方案，所述传感节点中的W1-Fi模块内置TCP/IP协议栈，具有高速串行接口转W1-Fi功能，用于实现高速串行接口和无线网之间的数据透明转换，通过W1-Fi模块相关配置命令设置传感节点为UDP客户端，基站为UDP服务器端;所述UDP客户端的本地端口可以随机，可接收任意基站服务器发给该传感节点客户端的数据，但高速串行接口转发到UDP的目标是确定的某一远程基站服务器，作为客户端的传感节点只向该服务器发送数据，其它服务器只能向传感节点发送数据，接收不到传感节点的数据;所述UDP服务器端本地端口固定，可接收任意传感节点客户端发给该基站服务器的数据，但高速串行接口转发到UDP的目标是最后一次和服务器的通讯的客户端，即基站的高速串行接口数据只转发给最后和基站通讯的传感节点。作为优选的技术方案，所述传感节点、基站上电或重启后默认运行在透转模式下，传感节点中的各类型传感模块采集的数据由主处理器处理分析后，传送至高速串行接口，当高速串行接口接收到最大封包长度的数据就会立即组成一包数据进行透明转发至W1-Fi射频发射器，而当模块高速串行接口接收到的数据不够最大封包长度时，则在封包间隔时间到后把高速串行接口当前收到的数据组成一包进行转发，转发后的数据经射频模块发送至基站；同理，基站的接收数据的过程与上述过程相反。作为优选的技术方案，所述的基站服务器在功能结构上起到承上启下的中继节点作用，将应用层和服务器层间的数据实现共享;所述的交换控制中心网关节点负责汇总各个基站上传的采集数据，并将调度管制中心的命令数据发送至基站，交换控制中心的硬件设计上集成了数据存储模块、W1-Fi模块和高速串行接口通信模块，软件策略上需要对数据做预处理以符合通信模块的格式要求，另外，在数据发送的调度策略中采用堆栈调度策略。作为优选的技术方案，所述的GIS专题图展示是一个以测量测绘为基础，以数据库作为数据存储和使用的数据源，以计算机编程为平台的全球空间分析技术；所述的实时飞行参数显示是一个反映区域内被选中UAV的实时飞行姿态的参数显示，其中参数包括UAV的方向、位置、高度、速度、过载、加速度、角位移、角速度、角加速度及电机转速，在此区域中的飞行参数可随意调整以达到控制UAV飞行姿态的目的。作为优选的技术方案，所述的通信质量可视化是指当前系统内所有通信链路的通信情况可通过数字模拟实时显示，其中参数包括通信带宽、数传速率及工作频率；所述的环境变量实时显示是指调度管制平台首先接收来自传感节点的数据并存入数据库，再从数本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种兼容UAV的地空无线传感网络通信装置，其特征在于，包括传感监测系统、移动平台系统、一体化Wi‑Fi网络通信系统以及调度管制平台；所述传感器监测系统是指在传感器网络中，任意散落在被监测区内的传感节点实时监测目标区域内的特定变量对象；所述移动平台系统是挂载Wi‑Fi通信模块的UAV，采用旋翼垂直起降平台，实现UAV飞行速度和轨迹的可控性，该移动平台系统可受调度管制平台的飞行路径规划的约束，移动平台系统可根据业务需要挂载相应设备；所述一体化Wi‑Fi网络通信系统指以Wi‑Fi通信方式为主，参照蜂窝移动通信网络的结构，构建由机载通信模块、传感节点通信模块、基站服务器和交换控制中心网关节点四大部分组成的地‑空数据链通信网络；所述的操作调度管制平台是一套用于无人机飞行路径管制、无线网路拓扑控制信息及环境变量信息采集的软件平台，用于实现GIS专题图展示、实时飞行参数显示、基站覆盖区、负载量、通信质量可视化、基站通信参数在线调整、环境变量信息实时显示、历史记录查询。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：岳学军，王林惠，王健，刘永鑫，凌康杰，甘海明，王举，全东平，吴东明，李丽生，
申请(专利权)人：华南农业大学，
类型：发明
国别省市：广东;44