陆斌

摘要：为了解决由于自然灾害所造成的通信故障问题，文章建立一种应急通信系统，对于受灾地区的救援工作可以起到重要作用。本文以移动自组网络为主，建立一种无人机通信系统，利用无人机监测特殊地区的真实情况，完成视频的传输功能。利用无人机在空间、地理位置上的优势，感应并监测特殊地区的损坏数据，利用层次化的自组网，实现信息的回传、共享和下载等功能。结果表明，该系统可以实现无人机之间传输数据的低时延功能，很好地满足了应急通信的应用场景。

关键词：移动自组网；无人机；通信系统

中图分类号：U283.1文献标志码：A0引言我国为自然灾害多发的国家，自然灾害会给受灾群众带来巨大的经济损失和人员伤亡，自然灾害会严重破坏通信的正常运行。传统的应急通信系统利用多种通信资源进行应急指挥，但是所使用的通信救援设备灵活性较差，覆盖信号范围有限，无法满足当下紧急情况的通信需要。因此，本文所设计的利用无人机所建立的通信系统，可以实现在不同应急通信场景中的紧急救援，利用移动自组网的功能实现应急通信。无人机通信网络作为建立应急通信系统的重要方式，可以通过搭载的感知设备及时进行现场数据的采集和处理，从而满足应急救援的紧急性要求。

1系统框架设计系统架构如图1所示，整体分为三大部分［1］。

云端服务器：该服务器使用SSM框架搭建，利用Java和Python语言开发。

MQTT服务器：负责服务器与无人机之间的信息传送，云端服务器与无人机都可以作为该服务器的消息发布者，云端服务器与无人机之间的消息传送都需要通过该服务器进行转发。

无人机服务器：无人机上所携带的微型计算机具有上传数据资源、存储资源的功能［2］。

云端服务器利用MySQL数据库进行无人机的数据存储，实现无人机网络部署、状态监控和用户注册登录等服务。服务器立足于Java语言、Python语言、SSM架构，让服务器与无人机通过MQTT协议进行交集，与系统兼容［3］。MQTT协议负责云端服务器与无人机之间的消息转发，使用MQTT协议可以保证服务器的信息可以准确抵达无人机。

2系统功能设计系统功能模块如图2所示。无人机自组网应急通信系统设计在进行飞行部署时，为了给应急场景提供更加实用的功能，需要建立服务器、无人机和用户3种实体。其中，服务器主要用于存储无人机的所有数据，对无人机进行控制；无人机主要负责感知灾情数据；用户则对系统进行日常的管理和维护。整个系统功能模块根据应急场景的业务需要进行设计，其目的是防止不同应用之间发生严重耦合［4］。

2.1组网部署无人机在进行自组网部署的过程中，通过获取无人机的坐标进行网络资源配置，对无人机进行层次化的网络管理。无人机除了使用飞行自组织网络进行通信之外，还提供网络覆盖功能供用户使用，因此进行层次化的网络结构设计可以实现无人机、服务器与用户之间的有效通信。

根据应急场景的需求，划分无人机网络，如图3所示。开发人员在层次化的网络结构中，使用上行网络链路（Up-Link）与系统平台进行连接实现通信功能，无人机之间使用中层网络链路（Mid-Link）实现与自组网的互联互通，使用下行网络链路（Down-Link）为用户提供网络接入点［5］。

无人机层次化自组网的详细介绍如表1所示。上行网络链路所提供的无线，无人机需要通过无线将拍摄的视频回传到服务器中，采用MQTT协议完成传输，使用TCP协议回传到服务器中。无人机之间组成网络，运行最优链路状态路由协议。

2.2注册登录用户登录模块主要用于用户的注册和登录使用。用户在登录界面输入用户名进行注册。系统管理员会审批用户的注册申请并为注册的用户进行权限分配。审批完成后，页面跳转到登录界面。用户登录，在登录界面输入用户名和密码，进入主页面［6］。

2.3状态监控无人机的状态监控主要功能是对系统的信息进行采集，将采集的数据信息上传到服务器中，方便对数据进行统一维护。采集的数据包括无人机的位置信息、性能、存储、结构、视频以及图片等数据。在无人机感知功能中，资源感知与资源传输会同时进行，分别进行感知数据和向服务器传输数据。无人机资源感知功能的流程如图4所示［7］。

在资源感知功能中，研究采用Psutil库与多线程的方式获取数据信息，将数据信息统一存储到Redis数据库中。所有的资源信息采用JSON格式进行显示，所有的JSON格式数据会按照特定的方式存储到Redis数据库中。

2.4视频传输无人机通过自带的硬件进行视频的获取，为了提高视频的安全性，无人机之间的信息可以进行视频共享。利用MQTT协议对共享视频的無人机发出消息，服务器首先给发送方发出服务，然后接收方接收视频。接收方在发送视频时需要标注共享的名称，让发送方后台查看是否有此视频。

无人机通过层次化的网络设计，利用WiFi-AP功能进行网络连接。当救援用户通过申请后，会通过MQTT服务器进行消息转发，从无人机服务器上直接获取实时性的视频即可。在网络传输的过程中，控制消息与数据传输保持一致，无人机与用户之间的控制信息主要通过MQTT服务器完成转发。无人机在接收到服务器发送的消息后，服务器发送视频；用户接收到视频消息后，在客户端下载其所需要的视频［8］。

无人机除了可以进行通信网络之外，还可以进行视频与照片的拍摄，对于发生紧急事件的区域进行监控，服务器给无人机发送信息，无人机接收到消息后进行视频的拍摄，将视频进行本地存储并反馈。当服务器接收到信息后进行确认，具体的功能实现如图5所示。

无人机接收到拍摄消息后，使用Opencv调用视频，以视频流的方式存储在本地。无人机采用Socket将视频回传到服务器，无人机在拍摄视频后，将每一帧写入文件中，拍摄结束后关闭资源，具体的存储视频帧的函数如表2所示。

3結语本文提出的一种基于移动自组网的无人机应急通信系统，利用不同功能的服务器，如云端服务器、MQTT服务器和无人机边缘服务器等，实现无人机的视频拍摄、存储写入与无人机网络的层次化操作，利用无人机的中层链路实现快速组网。为了实现在不同紧急状态下的应急服务，无人机还进行了无人机自组网部署、无人机状态监控等功能，可以完成视频的上传、下载和共享。

参考文献

［1］姚玉坤，张本俊，周杨.无人机自组网中基于Q-learning算法的及时稳定路由策略［J］.计算机应用研究，2022（2）：531-536.

［2］东润泽，王布宏，冯登国，等.无人机通信网络物理层安全传输技术［J］.电子与信息学报，2022（3）：803-814.

［3］刁丹玉，王布宏，曹堃锐，等.全双工窃听下的无人机通信保密性能分析［J］.系统工程与电子技术，2022（1）：313-319.

［4］牛春雨，贾向东，曹胜男，等.基于FD-NOMA的无人机通信系统容量分析［J］.计算机工程与科学，2022（6）：1023-1029.

［5］蹇奇芮，陈泽茂，武晓康.面向无人机通信的认证和密钥协商协议［J］.计算机科学，2022（8）：306-313.

［6］丁雨，李晨凯，韩会梅，等.基于5G无人机通信的多智能体异构网络选择方法［J］.电信科学，2022（8）：28-36.

［7］李建克.无人机通信网络中的资源优化技术研究［J］.通信电源技术，2022（7）：85-87.

［8］魏毅，黎斌.OFDM技术在无人机通信中的应用［J］.现代计算机，2020（23）：35-37.

（编辑 王永超）

Design of UAV communication based on mobile AD hoc networkLu  Bin

（Suzhou Higher Vocational and Technical School， Suzhou 215000， China）Abstract：  In order to solve the problem of communication failure caused by natural disasters， the establishment of an emergency communication system can play an important role in the relief work in the affected areas. Based on the mobile AD hoc network， this paper establishes a UAV communication system， which uses the UAV to monitor the real situation in special areas and complete the video transmission function. By using the advantages of UAV in space and geographical location， it senses and monitors the damage data in special areas， and uses hierarchical AD hoc network to realize the functions of information transmission， sharing and downloading. The results show that the system can realize the low-delay function of data transmission between edge UAVs， and well meet the application scenarios of emergency communication.

Key words： mobile AD hoc network; unmanned aerial vehicle（UAV）; communication system