一种高动态链路下机载数据空地互联传输方法及装置

本发明涉及一种高动态链路下机载数据空地互联传输方法及装置。

背景技术：

1、在高动态链路下解决关键数据实时传输问题，在保障人民生命安全和航空运行安全等方面将发挥重要作用。而高动态通信场景是未来无线通信网络的重要场景之一。其中在空地互联环境下，无线信号容易受到如噪声干扰、传播介质特性和恶劣天气条件等因素的限制，以及收发端之间高速的相对运动引起网络带宽的快速波动，传统的数据传输技术难以适应由其带来的变化，不足以支撑这些复杂场景下的传输任务。

2、目前主要存在以下几个问题：

3、(1)空地互联网络带宽难以估算

4、高动态链路下随着飞机的快速运动，导致空地互联信号干扰和衰落影响较大，无线网络的带宽具有较大的动态性和随机性。现有网络带宽估算方法包括宽带测量法、扫频测量法和滑动相关法等，其中以滑动相关法的应用最为广泛。大多数算法使用丢包率作为衡量网络状况的唯一标准，但在网络拥塞发生时，延时抖动会急剧增大，仅以丢包率作为网络评判的唯一依据存在片面性。因此，当前带宽估算方法无法满足机载数据传输低时延、实时性和准确性等实际需求。

5、(2)空地数据传输无法自适应可变带宽

6、高动态链路下数据传输情况复杂，基站频繁切换、网络阻塞等问题对空地数据可靠传输提出了更高要求，特别是机载视频编码输出的码流需要适应带宽剧烈波动，保证平稳的视频质量和视频清晰度。码率控制作为一种视频传输方法，通过在视频通信过程中调节量化参数qp值改变编码端的码流大小，平衡网络带宽有限与输出码流波动之间的矛盾，确保码流在网络信道中可靠传输。但当前数据传输方法没有充分考虑带宽资源受限和不确定性等情况，无法保持视频质量的平滑性、连续性。

技术实现思路

1、针对现有系统存在的上述问题，本发明提供了一种高动态链路下机载数据空地互联传输方法及装置，其获得了以下效果：1)考虑基于丢包率和延时抖动相结合的网络链路状态估计方法，完成高动态链路网络状态有效评估；2)建立基于增量自适应的带宽估算模型，在拥塞前后分别采用不同的估算带宽增量值，提高网络带宽估算精度；3)能够基于估算带宽自适应调整传输视频码流变化，实现高动态链路下的机载数据可靠传输。

2、根据本发明的一个方面，提供了一种高动态链路下机载数据空地互联传输方法，其特征在于包括如下步骤：

3、a)结合rtp/rtcp协议，由网络探测法计算当前传输报文的丢包率λ和延时抖动j；

4、b)综合空地互联环境下传输报文的丢包率λ和延时抖动j，计算当前网络状态量化值r；

5、

6、其中，为网络状态量化值，λmax为当前传输报文的最大丢包率，jmax为当前传输报文的最大延时抖动，ω为权重系数。

7、c)设置从空闲转向正常、从正常转向拥塞的网络状态门限值分别为r1和r2，根据网络状态量化值和门限值，判断当前网络状态是轻载、满载和拥塞等3种状态中的哪一种；

8、d)根据当前网络状态，对拥塞发生前后两种情况分别调整不同的估算带宽增量因子。其中：

9、当网络没有发生过拥塞时，对加法因子αr作出以下调整；

10、

11、其中，α0为初始增量值。

12、当网络发生过拥塞时，设定t+1时刻的估算带宽t(t+1)＝β×f(f)，将估算带宽f(t+1)逐渐减小，直至网络状态处于非拥塞状态，并对加法因子αr作出调整；

13、

14、其中，fthread为接近上一次发生拥塞时的门限值，αc为网络拥塞后的增量值。

15、e)采用基于稳升快降的带宽估算策略，对当前网络带宽进行估算；

16、

17、其中，β为乘法因子，f(t+1)和f(t)分别为t+1和t时刻的估算带宽。

18、f)根据当前的带宽估算值，调整为视频传输过程中的目标码率，通过计算每帧图像中的像素占比特数bpp，自适应调节并控制量化参数qp值，为不同复杂度的视频进行编码，使接收端获得恒定质量的视频码流。

19、g)将上述在机载服务器编码后的视频通过舱内网络，发送到机载空地通信设备，经网络信号转换后发送至空地互联链路中的通信设备，并发送至接收端。

20、h)在接收端对传输视频的数据包进行差错校验，考虑空地互联数据传输的时效性，当数据包发生错误采用重传反馈机制，直至完成当前视频所有数据包的传输任务。

21、根据本发明的另一个方面，提供了一种机载数据空地互联传输装置，其特征在于包括：

22、本传输装置由机载服务器和机载空地通信设备通过舱内网络互联。所述机载服务器，包括计算和存储单元，用于高动态链路下进行视频编码处理，如网络探测、带宽估算、码率控制和视频传输等；所述机载空地通信设备，用于将编码后的机载视频在舱内网络经网络信号转换后发送至空地互联链路中的ku/ka卫星或4g/5gatg通信设备。

技术特征：

1.一种高动态链路下机载数据空地互联传输方法，其特征在于包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的高动态链路下机载数据空地互联传输方法，其特征在于所述步骤b)包括：

3.根据权利要求1所述的高动态链路下机载数据空地互联传输方法，其特征在于所述步骤f)包括：

4.根据权利要求1所述的高动态链路下机载数据空地互联传输方法，其特征在于空地互联链路中的通信设备包括以下通信设备中的至少一种：

5.一种基于增量自适应的带宽估算模型的建模方法，其特征在于包括：

6.一种存储计算机可执行程序的计算机可读存储介质，该计算机可执行程序能使处理器执行根据权利要求1-5之一所述的方法。

技术总结本发明设计了一种高动态链路下机载数据空地互联传输方法及装置，属于无线通信领域。该方法考虑传输报文的丢包率和延时抖动作为网络状态的量化指标，实现了高动态链路下网络状态准确评估，通过在网络拥塞前后分别采取不同的网络带宽增量值，构建了基于增量自适应的带宽估算模型，结合估算带宽对当前视频编码的QP值自适应调整，提高视频编码质量和带宽利用率，并在接收端采用差错校验和设置重传反馈机制完成机载数据传输。本发明可以应用于高动态链路下机载数据空地互联传输场景，解决现有民航客机空地数据传输过程中网络带宽不稳定和资源受限等问题，助力于民航安全和智慧民航发展。技术研发人员：胡海苗,龚轩,朱迪锋受保护的技术使用者：北京航空航天大学杭州创新研究院技术研发日：技术公布日：2024/7/25