支持多链路动态聚合与智能切换的无人机通信韧性管理系统的制作方法

本发明涉及无人机，特别涉及一种支持多链路动态聚合与智能切换的无人机通信韧性管理系统。

背景技术：

1、随着无人机技术在遥感测绘、应急通信及物流配送等领域的广泛应用，对其通信系统的稳定性与带宽提出了更高要求，现有的无人机通信系统通常采用多模通信硬件架构，集成5g、卫星通信及自组网等多种异构模组以建立不同制式的通信链路，部分先进系统虽已具备基础的链路质量监测功能，能够根据信号强度或丢包率等简单指标在不同链路间进行手动或基于阈值的自动切换。

2、但在实际应用中，这种基于事后反应的切换机制往往存在显著的滞后性，当无人机在复杂城市环境或地形遮挡区域高速飞行时，主用链路可能在瞬间发生断连，而备用链路的激活与握手需要一定时间，导致通信出现不可接受的空窗期，且现有的数据传输策略多采用“尽力而为”的负载均衡方式，未对机载应用层产生的控制信令与高清视频流等不同业务进行区分，关键控制指令可能因链路拥塞或质量波动而丢失，严重影响飞行安全与任务连续性，同时，由于缺乏对无人机飞行轨迹、姿态变化及周边环境地理信息的深度融合分析，系统无法预判通信盲区的出现，难以提前进行链路预连接或带宽预留，使得多链路聚合的效率大打折扣，不仅造成了频谱资源的浪费，还无法满足高动态场景下对通信韧性的严苛需求。

3、因此，亟需开发一种能够融合全维状态感知、链路质量预测与业务差异化调度的智能管理系统，通过对未来链路状态的精准推断及对不同优先级数据流的编码映射，实现多链路的无缝聚合与平滑切换，以解决现有技术中通信中断风险高、关键数据传输可靠性低及资源利用率不足的问题。

技术实现思路

1、为了完善现有的方法及系统，提供了一种支持多链路动态聚合与智能切换的无人机通信韧性管理系统，包括：

2、多模通信硬件层，包含至少两个异构通信模组，异构通信模组用于分别建立不同制式的通信链路；

3、全维感知模块，与多模通信硬件层以及无人机飞控系统连接，全维感知模块被配置为实时采集各通信链路的物理层参数、传输层状态参数、无人机飞行状态数据以及环境地理信息；

4、链路状态预测单元，与全维感知模块连接，链路状态预测单元被配置为基于无人机飞行状态数据以及环境地理信息，利用时序预测模型推断未来预设时间窗口内各通信链路的连通概率与可用带宽，并输出链路质量评分；

5、动态调度单元，分别与全维感知模块、链路状态预测单元以及多模通信硬件层连接，动态调度单元包括业务分类子模块与传输编码子模块，业务分类子模块被配置为识别机载应用层生成的上行数据流的业务特征并标记优先级，传输编码子模块被配置为根据优先级对上行数据流进行冗余编码或分片编码，并将编码后的数据包分别映射至不同的通信链路进行并行传输；

6、动态调度单元还被配置为根据链路质量评分、物理层参数以及传输层状态参数，生成调度策略，并基于调度策略控制多模通信硬件层对通信链路执行链路激活、链路休眠或链路切换操作。

7、在一些实施例中，链路状态预测单元采用融合滤波与神经网络算法，链路状态预测单元的输入数据包括无人机当前位置周边预设半径内的建筑物矢量数据、历史链路质量序列以及无人机姿态角速度，链路状态预测单元的输出为各链路在未来t时刻的质量评分；

8、动态调度单元被配置为当质量评分低于预设安全阈值时，触发通信链路中的备用链路的预连接握手流程，并在通信链路中的主用链路中断前建立备用数据通道。

9、在一些实施例中，业务分类子模块被配置为深度解析上行数据流的数据包头部协议字段，将上行数据流划分为高优先级控制流与低优先级媒体流；

10、传输编码子模块对高优先级控制流采用全量复制策略，使得相同数据包同时在所有的通信链路中的活跃链路上进行广播传输；

11、传输编码子模块对低优先级媒体流采用可伸缩编码策略，生成基础层数据包与增强层数据包。

12、在一些实施例中，传输编码子模块采用系统喷泉码对高优先级控制流进行编码，使得接收端在接收到任意数量个编码包的情况下即可还原原始控制指令；

13、传输编码子模块采用修改版的多路径传输控制协议mptcp处理低优先级媒体流，传输编码子模块建立多个子流分别对应不同的通信链路，并通过公共序列号空间进行数据包的乱序重组；

14、其中，基础层数据包映射至通信链路中的低带宽链路传输，增强层数据包映射至通信链路中的高带宽链路传输。

15、在一些实施例中，动态调度单元还包括切换决策迟滞抑制模块，切换决策迟滞抑制模块被配置为设置滞后阈值与惩罚因子；

16、当主用链路的质量评分低于备用链路的质量评分与滞后阈值的差值时，动态调度单元才触发链路切换操作；

17、在链路切换操作完成后的预设冷却时间内，切换决策迟滞抑制模块禁止系统回切至原主用链路。

18、在一些实施例中，管理系统还包括硬件资源动态调度模块，硬件资源动态调度模块与动态调度单元以及机载电源管理系统连接；

19、硬件资源动态调度模块被配置为监测机载处理器的负载率与各异构通信模组的功耗状态；

20、当处理器负载率超过第一预设阈值时，硬件资源动态调度模块降低链路状态预测单元的采样频率并简化调度算法复杂度；

21、当电池剩余电量低于第二预设阈值时，硬件资源动态调度模块强制关闭低优先级的通信链路并切换至低功耗窄带通信模式。

22、在一些实施例中，全维感知模块采集的物理层参数包括信噪比、接收信号强度指示、误码率以及信道占用率；

23、全维感知模块采集的传输层状态参数包括往返时延、抖动、丢包率及重传次数；

24、全维感知模块采集的飞行状态数据包括无人机的经纬度坐标、飞行高度、速度矢量及电池剩余电量；

25、物理层参数、传输层状态参数以及飞行状态数据通过标准化接口实时传输至动态调度单元。

26、在一些实施例中，多模通信硬件层包括5g/4g蜂窝模组、低轨卫星通信模组、wi-fi6自组网模组以及lora窄带模组；

27、5g/4g蜂窝模组、低轨卫星通信模组、wi-fi 6自组网模组以及lora窄带模组模组通过m.2接口或usb接口与机载计算机连接，并共享同一gps/北斗授时源以实现微秒级的时间同步；

28、动态调度单元通过socket套接字向各模组发送链路选择指令。

29、在一些实施例中，管理系统还包括闭环反馈优化模块，闭环反馈优化模块分别与地面站控制中心以及动态调度单元连接；

30、闭环反馈优化模块被配置为统计端到端的有效吞吐量与指令丢失率，生成反馈结果，并将反馈结果反馈至链路状态预测单元；

31、链路状态预测单元利用反馈结果在线调整时序预测模型的权重参数，动态调度单元利用反馈结果更新流表调度策略。

32、在一些实施例中，动态调度单元部署于机载边缘计算单元与地面站控制中心之间；

33、动态调度单元负责上行数据的聚合、编码与分发，地面站控制中心负责下行数据的分片、调度与多播，形成双向非对称的链路聚合通道；

34、地面站控制中心维护全局链路拓扑图，并通过遥测链路向动态调度单元下发链路切换的辅助决策指令。

35、本技术通过全维感知模块采集链路参数、飞行状态及环境信息，利用时序预测模型推断未来链路质量，动态调度单元据此对控制信令与媒体流进行差异化冗余或分片编码，并映射至异构链路并行传输，同时智能控制链路切换。该方案实现了通信链路的预判式管理，有效消除高动态飞行中的切换滞后与乒乓效应，显著提升关键指令的传输可靠性，并在保障通信韧性的同时最大化聚合带宽利用率。