CN116107342B - 一种基于5gs的无人机飞行方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种基于5GS的无人机飞行方法，包括：UTM向无人机发送预定的目标飞行路径信息；无人机依据目标飞行路径信息执行飞行任务；获取无人机执行飞行任务期间的网络性能数据，网络性能数据包括第一性能数据，第一性能数据反映接入无人机的服务基站所提供的服务质量；于第一性能数据小于或小于等于第一阈值时，UTM控制无人机接入相邻于服务基站的目标基站，并使无人机绕行于目标基站所服务的小区。本发明能够使无人机在执行飞行任务时持续对飞行路径上的网络信号质量进行监测，并且在目标飞行路径上的服务基站无法提供充足的网络信号质量时，使无人机切换至相邻于服务基站的目标基站，有利于提高无人机执行飞行任务时的安全性。
Description
技术领域
本发明涉及无人机技术领域，具体涉及一种基于5GS的无人机飞行方法。
背景技术
无人驾驶飞机简称“无人机”，英文缩写为“UAV”，是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的不载人飞机，或者由车载计算机完全地或间歇地操作。无人机按照应用领域划分可分为军用和民用两方面，其中，在民用方面，无人机广泛应用于航拍、农业、植保、微型自拍、快递运输、灾难救援、观察野生动物、监控传染病、测绘、新闻报道、电力巡检、救灾、影视拍摄、制造浪漫等等领域。
目前，传统模式下的无人机的遥控和信息传输都受限于飞手的视距范围，一般仅有几公里；而若是采用3GPP网络来接入无人机，则一般通过提前设定飞行路线，让无人机按照设定好的飞行路线执行飞行任务，但此类飞行方法需要保证飞行路径上能够为无人机提供足够高的信号强度，否则则容易导致无人机在执行飞行任务时出现安全问题，并且由于预定的飞行路径上的信号质量往往是不稳定的，因此按此方法使无人机执行飞行则容易出现安全隐患。
因此，有必要提供一种基于5GS的无人机飞行方法，以解决上述问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于5GS的无人机飞行方法，能够无人机在执行飞行任务时持续对飞行路径上的网络信号质量进行监测，并且在目标飞行路径上的服务基站无法提供充足的网络信号质量时，使无人机切换至相邻于服务基站的目标基站，有利于提高无人机执行飞行任务时的安全性。
为实现上述目的，本发明提供了一种基于5GS的无人机飞行方法，包括：
UTM向无人机发送预定的目标飞行路径信息；
无人机依据所述目标飞行路径信息执行飞行任务；
获取无人机执行所述飞行任务期间的网络性能数据，所述网络性能数据包括第一性能数据，所述第一性能数据反映接入无人机的服务基站所提供的服务质量；
于所述第一性能数据小于或小于等于第一阈值时，UTM控制无人机接入相邻于所述服务基站的目标基站，并使无人机绕行于所述目标基站所服务的小区。
可选地，在所述“UTM向无人机发送预定的飞行路径信息”之前，还包括：
确定无人机的预定起点与预定终点；
依据预定起点和所述预定终点确定存储在UTM中的多条预定飞行路径，所述预定飞行路径包括所述预定起点和所述预定终点；
确定所述预定飞行路径中的目标飞行路径，并生成所述目标飞行路径信息，所述目标飞行路径为所述预定飞行路径中网络性能最佳的一条。
可选地，UTM内存储的所述预定飞行路径为无人机预先飞行过的路径；
无人机沿所述预定飞行路径执行预飞任务时，UTM获取每条所述预定飞行路径的网络性能信息。
可选地，所述网络性能数据还包括第二性能数据，所述第二性能数据反映相邻于所述服务基站的邻近基站对无人机的服务质量；
将所述第二性能数据大于或大于等于第二阈值的所述邻近基站确定为所述目标基站。
可选地，若所述第二性能数据大于或大于等于所述第二阈值的所述邻近基站为多个，则确定所述第二性能数据最优的所述邻近基站为所述目标基站。
可选地，所述“获取无人机执行所述飞行任务期间的网络性能数据”包括：
UTM通过AF向NEF发起网络性能请求；
NEF授权并转发AF的所述网络性能请求，向NWDAF订阅网络性能请求事件；
NWDAF向NFs获取所述网络性能数据；
NWDAF根据所述网络性能数据作出决策结果，并将所述决策结果通过AF回传至UTM。
可选地，所述“UTM控制无人机接入相邻于所述服务基站的目标基站”包括：
UTM根据所述决策结果通过AF向PCF发起QoS请求；
PCF根据所述QoS请求更新基站接入策略，以使NFs执行所述基站接入策略；
PCF将更新结果通过AF响应回UTM。
可选地，于无人机执行飞行任务期间，所述服务基站向无人机下发测量配置，所述测量配置用于无人机对所述服务基站以及与所述服务基站相邻的邻近基站所对应的小区分别进行信号强度信息的测量；
所述服务基站获取来自无人机的测量报告，所述测量报告包括根据所述信号强度信息触发的测量事件类型；
所述服务基站依据所述测量报告确定待接入的所述目标基站。
为实现上述目的，本发明还公开了一种电子设备，包括
处理器；
存储器，其中存储有所述处理器的可执行指令；
其中，所述处理器配置为经由执行所述可执行指令来执行如上所述的无人机飞行方法。
为实现上述目的，本发明还公开了一种计算机可读存储介质，其上存储有程序，其特征在于，所述程序被处理器执行时实现如上所述的无人机飞行方法。
本申请还提供了一种计算机程序产品或计算机程序，该计算机程序产品或计算机程序包括计算机指令，该计算机指令存储在计算机可读存储介质中。电子设备的处理器从计算机可读存储介质读取该计算机指令，处理器执行该计算机指令，使得该电子设备执行如上所述的无人机飞行方法。
本发明的无人机能够依据UTM发送的目标飞行路径信息执行飞行任务，并在执行飞行任务期间，获取无人机在目标飞行路径上的网络性能数据，其中，网络性能数据包括第一性能数据，而第一性能数据反映接入无人机的服务基站对无人机所提供的服务质量，当第一性能数据小于或小于等于第一阈值时，UTM则控制无人机接入相邻于服务基站的目标基站，并使无人机绕行于目标基站所服务的小区，进而改变飞行路径。本发明能够使无人机在执行飞行任务时持续对飞行路径上的网络信号质量进行监测，并且在目标飞行路径上的服务基站无法提供充足的网络信号质量时，使无人机切换至相邻于服务基站的目标基站，有利于提高无人机执行飞行任务时的安全性。
附图说明
图1是本发明基于5GS的无人机飞行方法的流程图。
图2是本发明基于5GS的无人机飞行方法的信令流程图。
图3是本发明一具体示例中无人机飞行示意图。
图4是本发明基站切换的信令流程图。
图5是本发明实施例电子设备的示意框图。
具体实施方式
为了详细说明本发明的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图详予说明。
为便于理解本申请，在此将本申请出现的相关术语解释如下：
5GS：5G System 5G***
5GC：5G Core 5G核心网
UTM:Unmanned Traffic Management无人驾驶飞机***交通管理
QoS：Quality of Service服务质量
QoE：Quality of Experience体验质量
AF：Application Function应用功能
NF：Network Function网络功能
PCF：Policy Control Function策略控制功能
NEF：Network Exposure Function网络能力开放功能
NWDAF：Network Data Application Function网络数据分析功能
请参阅图1和图3，本发明公开了一种基于5GS的无人机飞行方法，包括：
S1、UTM向无人机发送预定的目标飞行路径信息。
S2、无人机依据目标飞行路径信息执行飞行任务。
S3、获取无人机执行飞行任务期间的网络性能数据，网络性能数据包括第一性能数据，第一性能数据反映接入无人机的服务基站所提供的服务质量。
S4、于第一性能数据小于或小于等于第一阈值时，UTM控制无人机接入相邻于服务基站的目标基站，并使无人机绕行于目标基站所服务的小区。
本发明的无人机能够依据UTM发送的目标飞行路径信息执行飞行任务，并在执行飞行任务期间，获取无人机在目标飞行路径上的网络性能数据，其中，网络性能数据包括第一性能数据，而第一性能数据反映接入无人机的服务基站对无人机所提供的服务质量，当第一性能数据小于或小于等于第一阈值时，UTM则控制无人机接入相邻于服务基站的目标基站，并使无人机绕行于目标基站所服务的小区，进而改变飞行路径。本发明能够使无人机在执行飞行任务时持续对飞行路径上的网络信号质量进行监测，并且在目标飞行路径上的服务基站无法提供充足的网络信号质量时，使无人机切换至相邻于服务基站的目标基站，有利于提高无人机执行飞行任务时的安全性。
如图3所示，图中虚线表示目标飞行路径，实线为实际飞行路径，当无人机飞行至RAN1的小区内，第一性能数据小于或小于等于第一阈值，无人机则接入目标基站RAN5，并绕行于目标基站RAN5所服务的小区。
可以理解的是，第一性能数据可以是基于数个反映基站的服务质量的参数融合形成，而反映基站的服务质量的参数可以包括传输速率、延时性等，且形成的第一性能数据参数值越大，则反映网络性能越佳；第一阈值的设定可由实际需求设置，只需要能够使无人机保持安全飞行状态即可。
具体来说，在“UTM向无人机发送预定的飞行路径信息”之前，还包括：
确定无人机的预定起点与预定终点；
依据预定起点和预定终点确定存储在UTM中的多条预定飞行路径，预定飞行路径包括预定起点和预定终点；
确定预定飞行路径中的目标飞行路径，并生成目标飞行路径信息，目标飞行路径为预定飞行路径中网络性能最佳的一条。
通过在无人机执行飞行任务前对多条预定飞行路径筛选出网络性能最优的一条，并将选择出的目标飞行路径作为无人机执行飞行任务的路径，有利于提高无人机飞行安全性，避免选择网络性能差的预定飞行路径，而导致出现安全问题的风险增大。
进一步地，UTM内存储的预定飞行路径为无人机预先飞行过的路径；
无人机沿预定飞行路径执行预飞任务时，UTM获取每条预定飞行路径的网络性能信息。
具体来说，根据预定起点和预定终点可预先规划多条预定飞行路径，且这些预定飞行路径的起点与终点也为预定起点和预定终点，无人机可分别沿这些预定飞行路径执行预飞任务，在执行预飞任务期间，无人机采集这些预定飞行路径上的基站信息以及对应的基站服务质量参数，其中，采集的基站可包括服务基站和与服务基站相邻的邻近基站，进而形成每条预定飞行路径的网络性能信息。
在一些实施例中，网络性能数据还包括第二性能数据，第二性能数据反映相邻于服务基站的邻近基站对无人机的服务质量；
将第二性能数据大于或大于等于第二阈值的邻近基站确定为目标基站。
可以理解的是，第二性能数据可以是基于数个反映基站的服务质量的参数融合形成，而反映基站的服务质量的参数可以包括传输速率、延时性等，且形成的第二性能数据参数值越大，则反映网络性能越佳；第二阈值的设定可由实际需求设置，只需要能够使无人机保持安全飞行状态即可。另外，第二阈值可与第一阈值相同，也可以低于第一阈值，即考虑无人机仍在服务基站的小区内，但第一性能数据已经不符合第一阈值的要求，而与目标基站的小区存在距离差距，因此第二阈值低于第一阈值可适应该情景，使得无人机能够接入目标基站，并飞行至目标基站的小区。
进一步地，若第二性能数据大于或大于等于第二阈值的邻近基站为多个，则确定第二性能数据最优的邻近基站为目标基站。通过确定第二性能数据最优的邻近基站为目标基站，能够最大程度提升无人机飞行的安全性，使无人机能够接入最优的基站。
请参阅图2，在一些实施例中，“获取无人机执行飞行任务期间的网络性能数据”包括：
UTM通过AF向NEF发起网络性能请求；
NEF授权并转发AF的网络性能请求，向NWDAF订阅网络性能请求事件；
NWDAF向NFs获取网络性能数据；
NWDAF根据网络性能数据作出决策结果，并将决策结果通过AF回传至UTM。
具体来说，无人机接入基站从而通过5GS网络与UTM进行通信，因此，UTM可通过5G网络中的网元实现对网络性能数据的请求，并且NWDAF可根据网络性能数据作出决策结果，即可确定是否执行基站切换动作，以及确定需要接入的基站。
请参阅图2，进一步地，“UTM控制无人机接入相邻于服务基站的目标基站”包括：
UTM根据决策结果通过AF向PCF发起QoS请求；
PCF根据QoS请求更新基站接入策略，以使NFs执行基站接入策略；
PCF将更新结果通过AF响应回UTM。
可以理解的是，UTM通过QoS请求告知PCF需要执行基站切换动作，而PCF则根据QoS请求更新基站接入策略，以使NFs执行基站接入策略，进而完成基站的切换，PCF再将更新结果响应回UTM。
请参阅图4，在一些实施例中，于无人机执行飞行任务期间，服务基站向无人机下发测量配置，测量配置用于无人机对服务基站以及与服务基站相邻的邻近基站所对应的小区分别进行信号强度信息的测量；
服务基站获取来自无人机的测量报告，测量报告包括根据信号强度信息触发的测量事件类型；
服务基站依据测量报告确定待接入的目标基站。
可以理解的是，在无人机接入服务基站后，服务基站会通过RRC链接向无人机下发测量配置，测量配置中包括测量对象和测量内容；其中，测量对象包括服务基站和邻近基站，测量内容则对应信号强度信息，信号强度信息可以包括RSRP(Reference SignalReceiving Power，参考信号接收功率)、RSRQ(Reference Signal Receiving Quality，参考信号接收质量)、SINR(Signal to Interference plus Noise Ratio，信号与干扰加噪声比)，也可以是与网络性能数据相同。
测量报告内可能存在的测量事件可参见下表：
其中，服务小区指服务基站对应的小区，邻小区指邻近基站对应的小区。服务基站获取到测量报告后，可根据测量报告作出对应的执行动作，例如当测量报告中的测量事件类型为A1事件时，则可使服务基站保持与无人机的接入；而当测量事件类型为A2+A3事件时，则可确定待接入的目标基站，并使无人机接入的服务基站切换至邻近基站中的目标基站。
测量事件的具体判定准则可参见下表：
其中，Ms表示服务小区的测量结果；
Mn表示邻区的测量结果；
TimeToTrig表示持续满足事件进入条件的时长，即时间迟滞；Off表示测量结果的偏置，步长0.5db；
Hys表示测量结果的幅度迟滞，步长0.5db；
Ofs表示服务小区的频率偏置；
Ofn表示邻区的频率偏置；
Ocs表示服务小区特定偏置CIO；
Ocn表示***内邻区的小区特定偏置CIO；
Thresh即对应事件配置的门限值。
依据上表可对触发的事件类型进行判定。
测量事件的参数和取值表如下：
其中，Range对应测量报告中上报的信号强度信息的数值，而Value则对应其真实数值。以RSRP为例，NR的Value范围为-156～-31dBm，当上报的RSRP为50，则实际值为50-156＝-106dBm。
请参阅图5，本发明实施例还公开了一种电子设备，包括：
处理器40；
存储器50，其中存储有处理器40的可执行指令；
其中，处理器40配置为经由执行可执行指令来执行如上所述的无人机飞行方法。
本发明实施例还公开了一种计算机可读存储介质，其上存储有程序，程序被处理器执行时实现如上所述的基于5GS的无人机飞行方法。
本发明实施例还公开了一种计算机程序产品或计算机程序，该计算机程序产品或计算机程序包括计算机指令，该计算机指令存储在计算机可读存储介质中。电子设备的处理器从计算机可读存储介质读取该计算机指令，处理器执行该计算机指令，使得该电子设备执行如上所述的基于5GS的无人机飞行方法。
应当理解，在本申请实施例中，所称处理器可以是中央处理模块(CentralProcessing Unit，CPU)，该处理器还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(DigitalSignal Processor，DSP)、专用集成电路(ApplicationSpecificIntegratedCircuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable GateArray，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序指令相关的硬件来完成，的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-OnlyMemory，ROM)或随机存储记忆体(Random AccessMemory，RAM)等。
以上所揭露的仅为本发明的较佳实例而已，不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，均属于本发明所涵盖的范围。
Claims (9)
1.一种基于5GS的无人机飞行方法，其特征在于，包括：
UTM向无人机发送预定的目标飞行路径信息；
无人机依据所述目标飞行路径信息执行飞行任务；
获取无人机执行所述飞行任务期间的网络性能数据，所述网络性能数据包括第一性能数据，所述第一性能数据反映接入无人机的服务基站所提供的服务质量；
于所述第一性能数据小于或小于等于第一阈值时，UTM控制无人机接入相邻于所述服务基站的目标基站，并使无人机绕行于所述目标基站所服务的小区；
所述网络性能数据还包括第二性能数据，所述第二性能数据反映相邻于所述服务基站的邻近基站对无人机的服务质量；
将所述第二性能数据大于或大于等于第二阈值的所述邻近基站确定为所述目标基站；
所述第二阈值低于所述第一阈值。
2.如权利要求1所述的无人机飞行方法，其特征在于，在所述“UTM向无人机发送预定的飞行路径信息”之前，还包括：
确定无人机的预定起点与预定终点；
依据预定起点和所述预定终点确定存储在UTM中的多条预定飞行路径，所述预定飞行路径包括所述预定起点和所述预定终点；
确定所述预定飞行路径中的目标飞行路径，并生成所述目标飞行路径信息，所述目标飞行路径为所述预定飞行路径中网络性能最佳的一条。
3.如权利要求2所述的无人机飞行方法，其特征在于，
UTM内存储的所述预定飞行路径为无人机预先飞行过的路径；
无人机沿所述预定飞行路径执行预飞任务时，UTM获取每条所述预定飞行路径的网络性能信息。
4.如权利要求1所述的无人机飞行方法，其特征在于，
若所述第二性能数据大于或大于等于所述第二阈值的所述邻近基站为多个，则确定所述第二性能数据最优的所述邻近基站为所述目标基站。
5.如权利要求1所述的无人机飞行方法，其特征在于，
所述“获取无人机执行所述飞行任务期间的网络性能数据”包括：
UTM通过AF向NEF发起网络性能请求；
NEF授权并转发AF的所述网络性能请求，向NWDAF订阅网络性能请求事件；
NWDAF向NFs获取所述网络性能数据；
NWDAF根据所述网络性能数据作出决策结果，并将所述决策结果通过AF回传至UTM。
6.如权利要求5所述的无人机飞行方法，其特征在于，
所述“UTM控制无人机接入相邻于所述服务基站的目标基站”包括：
UTM根据所述决策结果通过AF向PCF发起QoS请求；
PCF根据所述QoS请求更新基站接入策略，以使NFs执行所述基站接入策略；
PCF将更新结果通过AF响应回UTM。
7.如权利要求1所述的无人机飞行方法，其特征在于，
于无人机执行飞行任务期间，所述服务基站向无人机下发测量配置，所述测量配置用于无人机对所述服务基站以及与所述服务基站相邻的邻近基站所对应的小区分别进行信号强度信息的测量；
所述服务基站获取来自无人机的测量报告，所述测量报告包括根据所述信号强度信息触发的测量事件类型；
所述服务基站依据所述测量报告确定待接入的所述目标基站。
8.一种电子设备，其特征在于，包括
处理器；
存储器，其中存储有所述处理器的可执行指令；
其中，所述处理器配置为经由执行所述可执行指令来执行权利要求1至7任一项所述的无人机飞行方法。
9.一种计算机可读存储介质，其上存储有程序，其特征在于，所述程序被处理器执行时实现根据权利要求1至7任一项所述的无人机飞行方法。
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