JP6833706B2 - ドローンなどの遠隔制御機械と地上局との間でコマンド及び映像ストリームを伝送するシステム - Google Patents

Description

本発明は、ドローン（即ち、任意の種類の遠隔制御又は自律航空機）と地上の操作員との間での操縦命令及び映像ストリームの伝送に関する。

現在既存の種類のドローンの中で、ヘリコプター、クワッドコプターなどの回転翼ドローンを引用することができる。１つ又は複数の内燃機関又は電動機によって推進される固定翼ドローンを引用することもできる。

より詳細には、本発明は、ドローンとドローン操作員との間の伝送の分野に関する。ドローンは遠隔制御されており、即ち、操作員とドローンとの間の遠隔リンクがある。従って、操作員は、例えば、ドローンの地理的な位置又は組み込みシステムの遠隔操作に関する操縦命令をドローンに送信することができる。一方では、飛行又はミッション（高度、速度、地理的な位置など）に関連した情報をドローンが伝送するのを可能にするために、他方では、組み込みカメラから操作員に映像ストリームをドローンが送信するのを可能にするために、戻り方向のリンクもある。

この映像ストリームは、機械の操縦、又はミッション、例えば監視ミッションの達成に不可欠である。特に、映像ストリームは、所謂「没入型」操縦を可能にし、映像ストリームを監視することによってドローンを操縦する代わりに、あたかも操作員（彼又は彼女）がドローンに乗っているかのように、操作員は、映像リンクを使用してドローンを操縦する。

操縦命令をドローンに伝送することができ、ドローン操作員に情報のストリーム及び映像ストリームをドローンが伝送することができる現在の技術において幾つかの技法がある。

これらの技法の中で、最もありふれたものは、マイクロ波方式のリンクの使用であり、模型航空機製造で特に使用される技法である。操作員及びドローンは、無線トランシーバシステムを有する。特定のプロトコルにより、データ又は映像の符号化、復号及び伝送を可能にする。しかし、この技法の使用は、重大な欠点を有する。第１に、無線周波数スペクトルの使用は、地方自治体又は国の諸機関の取り締まりを受けやすい。従って、システムは、認可が得られている過周波数帯域のみ、又は公衆による使用に対して無料である過周波数帯域を伝送することができる。第２に、自由空間における電波の伝送は、物理学に関連した固有の制約を有する。電波の自然減衰及び障害物の存在（多重経路の現象）により、リンクが使用できない距離まで伝送の品質が低下する。この距離は、リンクの使用範囲と一般的に呼ばれる。現在、ドローン用の無線リンクでは、６０ｋｍのオーダーの最大使用範囲が可能であり、このデータは、地形の配置又は大気条件によって非常に変わりやすい。

通常使用される別の技法は、衛星型無線リンクである。地球の周りの軌道の衛星は、ドローンとドローン操作員との間の伝送リレーとして使用される。この技法により、非常に大きい使用範囲が可能になるけれども、伝送及び受信システムは、大きくて、費用がかかり、使用するのに複雑であり、特に、待ち時間（即ち、情報の移動時間）によって引き起こされる問題が生じることがある。

更に別の技法は、Ｗｉ−Ｆｉ（登録商標）ローカルエリアネットワーク又はＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）タイプのリンクを使用する。Ｗｉ−Ｆｉネットワークにより、コンピュータ機器間でデータの伝送を可能にするためにネットワーク内で幾つかのコンピュータ機器を無線で連結することができる。このようなネットワークは、ＩＥＥＥ ８０２．１１規格の実装形態である。このようなリンクを使用して、ドローンとドローン操作員との間の双方向通信を行うことができる。これらの技法は、Ｗｉ−Ｆｉの場合、１００ｍのオーダーの非常に制限された使用範囲を有する。

Ｗｉ−Ｆｉ又はＢｌｕｅｔｏｏｔｈ電気通信技法を用いたドローンの典型例は、Ｐａｒｒｏｔ ＳＡ， Ｐａｒｉｓ， ＦｒａｎｃｅからのＡＲ．Ｄｒｏｎｅ（登録商標）である。欧州特許出願公開第ＥＰ ２ ４５０ ８６２ Ａ１号明細書には、Ｗｉ−Ｆｉ又はＢｌｕｅｔｏｏｔｈ技法を用いた「無線ネットワーク型リンクによってドローンと遠隔制御器との間でコマンド及び映像ストリームを伝送する方法」が記載されている。

従って、現在の技術では、効果的及び経済的に有利な方法で、かなりの長距離（典型的には、数百キロメートル）にわたってドローンを操縦することができるどんな技法も提供しない。本発明は、地理的なモバイルネットワーク受信地域の制限の範囲内で、潜在的に無限の距離にわたってドローンの操縦及び映像ストリームの伝送を可能にすることによって、この問題を解決することを目指す。

従って、本発明によれば、ドローンなどの遠隔制御飛行機と地上局との間でコマンド及び映像ストリームを伝送するシステムであって、セルラー通信ネットワークを少なくとも部分的に実現する、飛行機と地上局との間の双方向リンクであって、飛行機側のセルラーモデムによって保証されており、一方では、カメラ及び映像符号化モジュールによって生成された圧縮映像ストリームを伝達し、他方では、移動制御コマンド及び飛行データ又は遠隔制御飛行機の操縦特性を含むグループに属する情報を伝達する双方向リンクと、セルラー通信ネットワークの実現によって引き起こされるリンクの性能レベル及び接続形態の可変性を考慮しながらリンクを維持することを保証することができる双方向リンクを管理する手段とを含むことを特徴とする、システムを提案する。

有利なことに、しかし任意選択的に、このシステムは、技術的に互換性があると当業者が理解する下記の追加機能を含むことができ、全ての組み合わせがとられる。
＊飛行機及び地上局は、パケットベースのプロトコルを介して双方向リンク上で通信する。
＊リンク管理手段は、飛行機から局への双方向リンクの帯域幅の測定値に応じて映像ストリームの符号化パラメータを調整することによって圧縮映像ストリームのビット速度の適合を実行することができる。
＊帯域幅の信頼できる測定値が無い場合、符号化パラメータを繰り返し変更して圧縮映像ストリームのビット速度を漸進的に増大し、符号化パラメータを調整して、輻輳現象を引き起こす速度よりも僅かに低いビット速度を得ることによって、適合を実行する。
＊危機情報の経路設定に使用可能な帯域幅の非圧縮性部分を確保することによって、適合を実行する。
＊危機情報は、飛行データ、遠隔制御飛行機の操縦の特性、及び操縦又はミッション命令を含むグループに属する。
＊リンク管理手段は、少なくとも局から飛行機への双方向リンクの品質のスコアを計算して、スコアが閾値未満である場合に受信された飛行命令を無効にすることができる。
＊待ち時間、順序が狂って受信されたパケットの割合、受信されなかったパケットの割合、パケットの割合、及び不完全に受信されたパケットの割合の中で、リンクの特性の少なくとも２つの測定値に応じて、スコアを設定する。
＊双方向リンク管理手段は、少なくとも１つのセッション確立プロトコル及び少なくとも１つのＮＡＴトラバース又はバイパスプロトコルの実現を含む。
＊リンク管理手段は、セッション確立プロトコルのメッセージにおいて、接続ポイントの種類（即ち、飛行機又は地上局）に関する情報を含むことができる。
＊リンク管理手段は、セッション確立プロトコルのメッセージにおいて、飛行機に対する地上局の権利に関する情報を含むことができる。
＊権利は、飛行機の移動を制御する権利、及び飛行機のカメラを制御する権利を含む。

第２の態様によれば、上述の伝送システムを含むことを特徴とする、ドローンなどの遠隔制御飛行機及び地上局のセットを提案する。

一実施形態において、このセットは、少なくとも１つの第２の地上局と、セルラー通信ネットワークを少なくとも部分的に実現する、飛行機と地上局との間の１つの第２の双方向リンクと、第２の地上局と飛行機との間の第２の双方向リンクを管理する第２の手段とを更に含む。

このようなセットの好ましい、しかし任意選択的な態様は、下記の通りである。
＊第１及び第２の双方向リンク管理手段は、飛行機に対する２つの地上局の各々の権利に関する情報を伝達することができる。
＊第１及び第２の双方向リンク管理手段は、危機の種類（即ち、時間的な危機又は経路設定上の危機）に応じて第１の双方向リンク又は第２の双方向リンクを介して地上から飛行機に危機命令を経路設定することができる。

本発明の別の態様は、ドローンなどの遠隔制御飛行機と地上局との間でコマンド及び映像ストリームを伝送する方法であって、セルラー式電話通信ネットワークを少なくとも部分的に実現する双方向リンクであって、飛行機側のセルラーモデムによって保証されており、カメラ及び映像符号化手段によって生成された圧縮映像ストリームを伝達する双方向リンクと、操縦又はミッション命令及び飛行データ又は遠隔制御飛行機の操縦の特性の中の少なくとも１つとを実現することを特徴とする方法である。

この方法では、下記が、優先的、しかし任意選択的である。
＊飛行機及び地上局は、インターネットプロトコルを介して双方向リンク上で通信する。
＊カメラによって取得された映像ストリームの圧縮率の変調によって、圧縮映像ストリームのビット速度の適合を得る。
＊使用可能帯域幅の限界の信頼できる測定値が不可能である場合、圧縮映像ストリームのビット速度の増大又は圧縮映像ストリームの解像度の増大を強制的に行うことによって、適合を実行し、この強制的な増大は、符号化パラメータを有する映像ストリームの伝送が輻輳現象を引き起こすレベルの直下に符号化パラメータの設定値をもたらすように、規則正しい時間間隔で繰り返す。
＊使用可能帯域幅の部分を確保しながら、適合を実行し、この部分は、非圧縮性であり、飛行データ又は遠隔制御飛行機の操縦の特性などの危機情報の経路設定、又は操縦又はミッション命令などの危機情報の経路設定のために確保される。
＊方法は、双方向リンクのダウンリンク部（飛行機から局）において、一定のビット速度での飛行データ又は遠隔制御飛行機の操縦の特性の伝送を更に含む。
＊ミッション又は操縦命令を、現在実行中のミッションのパラメータの変更を決定する操作員から、動作中、一定の時間間隔で伝送する。これらのパラメータは、遠隔制御飛行機の地理的な位置、その飛行機の速度、その飛行機の目的地、その飛行機の特性偏揺れ、縦横揺れ角度、その飛行機の機首方位、カメラの向きなどの特定のアクチュエータ又はセンサの使用の中の少なくとも１つに関することができる。
＊映像ストリームを、局によって受信し、インターフェースを介して復号する。映像ストリームは、ウェブブラウザで操作員が閲覧するウェブページからなる。ウェブページは、遠隔制御飛行機の制御及びその飛行機の操作に特有のパラメータ（例えば、その飛行機の地理的な位置、その飛行機の速度、その飛行機の目的地、その飛行機の特性角度、又は組み込みセンサからの他の情報）の表示を、限定されない方法で可能にする。
＊様々なミッション、例えば限定されない例として、可視又は赤外領域における撮像ミッション、二次元又は三次元マッピングミッション又は遠隔制御飛行機に搭載されているセンサからのパラメータの記録を実行するために、遠隔制御飛行機にセンサを組み込む。この方法は、インターネットネットワークへの遠隔制御飛行機の接続性により、遠隔制御飛行機が、これらのデータを遠隔サーバに記憶する、又はインターフェースを介して操作員にリアルタイムでこれらのデータを供給することができるという特徴がある。

本発明の更に別の態様によれば、上述の方法を実現する手段と、リンクで使用可能な帯域幅が、輻輳現象、パケットの損失無しで、又は過度の待ち時間無しで情報ストリームの経路設定を許容しないことを検出した場合に圧縮映像ストリームのビット速度の減少又は圧縮映像ストリームの解像度の減少の方向に、及び、利用可能帯域幅が十分に使用されていなく、圧縮映像ストリームの解像度の増大がユーザ経験の改善を表しやすい場合に圧縮映像ストリームのビット速度の増大又は圧縮映像ストリームの解像度の増大の方向に映像符号化パラメータを変調するように、双方向リンクの方向のうち少なくとも１つの方向又は同時に両方の方向で双方向リンクの品質を分析するために、チェック及び／又は統計値パケットを伝送する手段とを含むことを特徴とする、ドローンなどの遠隔制御飛行機及び地上局のセットを提案する。

ここで、図面ごとに同じ参照符号が同一又は機能的に同様の要素を示す添付図面を参照して、本発明の実装形態を以下で説明する。

本発明の全体的なアーキテクチャを示す。 このアーキテクチャにおける飛行機と地上局との間の主なデータ交換を示す。 飛行機のエレクトロニクス及び地上局のエレクトロニクスの主な要素のブロック図に関するこれらの同じ交換を示す。 飛行機で実行された映像符号化のパラメータの決定において実施された要素を概略的に示す。

図１に提示された線図によれば、本発明によるシステムは２つのサブシステムを含み、第１のサブシステムは、ドローン１に組み込まれており、第２のサブシステムは、地上の操作員用の局５であり、第２のサブシステムは、コンピュータ、ポータブル又は非ポータブル、モバイル端末、又はインターフェースを生成できる任意の他のシステムなどの任意の形をとることができる。

ドローンに組み込まれたシステムが使用する顕著な特定の機能を有する、インターネット接続性を得るためのインターネットネットワーク４と、２Ｇ、３Ｇ、３Ｇ＋、Ｈ＋、４Ｇ、ＬＴＥ、ＬＴＥ−Ａｄｖａｎｃｅｄ、５Ｇ、ＷｉＭＡＸなどと一般的に呼ばれている技術を用いた商用セルラー電気通信ネットワーク３とによって、２つのシステムを連結する。従来のインターネット接続部であれ異なる手段、電話網、無線型ネットワーク、又は上述のモバイル電気通信ネットワークによって、ドローンの操作を可能にする地上システム５を、インターネットネットワーク４に連結することができる。

図２は、ドローン１に組み込まれたシステムと操作員局５との間でインターネットネットワーク４を介して伝送された異なるストリームを提示する。

既述の通信手段を考慮することができる内容は、２つのシステムを連結するチャネルの容量の大きい可変性である。実際には、ドローン１は、移動体であり、セルラー型のモバイル電気通信ネットワークによってインターネットに接続されている。そのため、飛行中、ドローンは、ネットワーク３へのアクセスポイントを変更することができる。これらのアクセスポイントを、ネットワークの数人のユーザによって共用し、従って、総容量をユーザ間で共用する。従って、モバイル電気通信ネットワークへのアクセスポイントのユーザに関する異なる負荷によって、及び、データの経路設定のためのインターネットネットワーク４上で計算された経路、及びこの経路上で混線された様々な設備機器のユーザに関する異なる負荷によって、使用可能帯域幅とより一般的に呼ばれている、情報を伝送するネットワークの容量は、非常に大きく変わりやすい。更に、モバイルネットワークへのアクセスポイントで使用される技術（２Ｇ、３Ｇ、３Ｇ＋、Ｈ＋、４Ｇ、ＬＴＥ、ＬＴＥ−Ａｄｖａｎｃｅｄ、５Ｇ、ＷｉＭＡＸなどであれ）によって、使用可能なアップリンク及びダウンリンクビット速度は、かなり異なることがある。

ネットワーク上のこのチャネルを介して情報の経路設定を保証するために、使用可能帯域幅によって課せられた制限を観察する必要がある。実際には、チャネルの容量よりも高いビット速度でデータを送信した場合、輻輳現象が生じる。即ち、ネットワークは、情報を瞬間的に伝送することができず、従って、短時間後にその情報を再伝送するために、その情報を一時的に記憶せざるを得ない。従って、この現象により、ネットワーク内で情報の進行速度が落ちる。更に、著しい輻輳の場合、ネットワーク上に設置された設備機器では、仮に設備機器がデータを伝送できないと、データが破壊されやすい。従って、これらの現象は、待ち時間を引き起こす。即ち、パケット損失率が増大するにつれて、情報転送時間が増大する。そこで、ドローンなどの機械の遠隔制御では、非常に短い待ち時間（２００ミリ秒を超えると、システムを快適に使用できなくなると考えられる）及び高品質の映像再伝送を必要とする。映像再伝送に関して、快適な使用では、ほとんど変動しない１秒当たり多数の画像を有する必要がある。従って、輻輳現象をぜひとも回避する必要がある。

本発明の一態様によれば、システムは、ネットワークリンクの容量、即ち、輻輳現象を引き起こすことなくネットワークリンクが情報を伝送できるビット速度を周期的に測定し、フロー制御機構によってこのビット速度制約にデータ伝送を適合させる。

ここで、図２及び図３を参照する。ドローン１に組み込まれたシステムにおいて、本発明によるデバイスは、カメラ１１及び映像符号化手段（コーデック（ｃｏｄｅｃ））１２を含む。使用される映像コーデックの典型例は、ＩＳＯ／ＩＥＣ １４４９６−１０規格によって記載されたＨ．２６４形式である。変型の実施形態によれば、異なる形式、例えば、Ｈ．２６２、Ｈ．２６３、Ｈ．２６４、Ｈ．２６５、ＶＰ６、ＶＰ７、ＶＰ８、ＶＰ９又は他の形式を使用することができる。この符号化の役割は、生映像ストリームよりも小さい帯域幅を必要とする形式で画像を転送することである。

映像符号器１２のパラメータ、例えば、要求される画像解像度（画素のサイズ）、１秒当たりの画像の数、又は更に符号器の出力における映像ストリームのビット速度をいつでも変更することができる。更に、使用される符号化形式に特有の他のパラメータを変更することができる。

従って、このデバイスにおいて、カメラ１１は、ハードウェア（電子チップ）であることができる、又はより大きいセットにおいてソフトウェアブロックからなることができる、符号器１２に映像ストリームを供給する。この符号器１２は、インターネットネットワーク上で使用可能なこのストリームの生成を担当している制御システム１３に符号化映像ストリームを供給する。制御システム１３のインターネット接続性は、２Ｇ、３Ｇ、３Ｇ＋、Ｈ＋、４Ｇ、ＬＴＥ、ＬＴＥ−Ａｄｖａｎｃｅｄ、５Ｇ、ＷｉＭＡＸ、又は同様のモバイル電気通信ネットワークを使用することによってインターネット接続部を提供できるセルラーモデム１７の使用によって得られる。

このように、異なるフロー伝送プロトコルを用いてインターネット手段によって、映像ストリームを伝送する。これらのプロトコルは、ＯＳＩ（開放型システム間相互接続）モデルの層に従ってネスト化された方法で使用可能である。従って、例えば、下位レベルの層に対してＵＤＰ又はＴＣＰプロトコルを使用することができる。上位レベルの層に対して、現在の最新技術では、映像ストリームの伝送に適した幾つかのプロトコルがある。例えば、ＲＴＰ（リアルタイム・トランスポート・プロトコル）、ＲＴＳＰ（リアルタイム・ストリーミング・プロトコル）、ＨＬＳ（ＨＴＴＰライブ・ストリーミング）、ＲＴＭＰ（リアルタイム・メッセージング・プロトコル）、ＭＰＥＧ−ＤＡＳＨ（ＨＴＴＰ上の動的適応ストリーミング）、ＨＳＳ（マイクロソフトＨＴＴＰスムーズ・ストリーミング）プロトコル、又はＯＳＩモデルのアプリケーション層の任意の他のフロー伝送プロトコルがある。

このストリームを、これらのプロトコルの中の１つによってインターネットネットワーク４を介して操作員局５に伝送し、マン・マシン・インターフェース２１で操作員にとって使用できるようにするために復号器１８で解釈して復号する。

図４に示すように、ネットワーク容量に応じて映像符号化を適合させる手段を使用することによって、ネットワーク輻輳問題を解決する。ドローン１に組み込まれたシステム上のソフトウェアシステム又はネットワーク管理モジュール２２は、ドローン上で生成されたストリーム、特に映像ストリーム７又は飛行データストリーム６（図２に示すストリーム）に関する統計値を含む、特定の条件に従う固定又は可変パケットを決められた間隔で伝送する。これらのパケットは、地上の操作員局５、より詳細には、ネットワークリンク分析モジュール２０によって今回送信された同様のパケットからネットワーク管理ソフトウェアモジュール２２によって計算された、ネットワークの使用に関する統計値も含む。アップリンク方向１０又はダウンリンク方向８におけるネットワークの使用に関する統計値を計算するように、２つのソフトウェアモジュール２０及び２２は対話する。

これらの統計値は、例えば、所謂ＲＴＴ（ラウンドトリップ遅延時間）データ、即ち、ネットワーク上のパケットの移動時間、又は更に伝送されたパケット及び／又はバイトの数、ジッタ、即ち、待ち時間の変動を含む。更に、モジュール２０及び２２は、損失されたパケットの数（パケット損失率）を計算することができる。

現在、これらの様々な統計値を制御パケット８及び１０の送信から推定することができる異なる技術がある。本発明は、ＲＴＰ（リアルタイム・トランスポート・プロトコル）プロトコルと組み合わせて使用可能なＲＴＣＰ（リアルタイム制御プロトコル）プロトコルを主に使用し、他の変型の実施形態によれば、これらの統計値を推定する任意の他の手段を使用することができる。

これらの統計データは、協力して、ネットワークリンク上で受け入れ可能なビット速度の過大評価による輻輳現象を検出することができる。このような現象の出現の場合、ネットワーク管理モジュール２２は、画像解像度の減少という意味で、更に、輻輳現象の重大度によって、符号器１２の出力で符号化された映像のビット速度の減少という意味で、新しい符号化パラメータを映像符号器１２に供給する。このように、フィードバックループを形成する。モジュール２０及び２２によって供給されたデータの分析により、ネットワークリンクの潜在的な使用不足を検出することもできる。次に、ネットワーク管理モジュール２２は、伝送される映像の品質を出来るだけ向上させるために、符号化映像のビット速度の増大という意味で、新しい符号化パラメータを映像符号器１２に送信する。

ネットワークのこの使用不足を予測するのが難しい場合、所与（例えば、５秒）の時間間隔に従って、映像符号器１２上で実行されるビット速度制御を任意に増大する。次に、導入されたフィードバックにより、輻輳現象が生じない値にビット速度を調整することができる。変型の実施形態によれば、このシステムは、ドローン１とドローン操作員５との間の任意の情報ストリームに対して実施可能である。

モジュール２０及び２２によって設置された、フロー制御伝送８及び１０によるネットワークリンク分析システムは、組み込み制御システム１３と操作員局５との間の飛行データ６の伝送用の使用可能帯域幅の一部を確保することもできる。実際には、これらの飛行データを伝送するのに必要なビット速度は、１秒当たり１メガビットのオーダーである、高品質映像ストリームを伝送するのに必要なビット速度と比べて非常に小さい（１０％のオーダー）。同様に、ネットワークリンク分析モジュール２０は、設置されたネットワークリンク上の任意の他のデータ、特にフロー制御１０を保証するためのパケットの優先順位よりも、操縦又はミッション命令９の伝送の優先順位を保証することができる。

好ましい実施形態において、システムは、下記の項目を含む、ネットワークの使用に連結された統計値を周期的に測定する。
・待ち時間
・順序が狂って受信されたパケットの割合
・受信されなかったパケットの割合
・不完全に受信されたパケットの割合

ＲＴＰ（リアルタイム・プロトコル）及びＲＴＣＰ（リアルタイムトランスポート制御プロトコル）プロトコルの併用によって、これらの値を供給する。これらのパラメータの変動を出来るだけ迅速に検出するために、統計値の測定は、短時間サンプルを扱っている。ドローンに組み込まれたシステムは、ドローンが接続された各操作員（地上システム５）に、上述のパラメータの加重平均であるスコアを対応付ける。このスコアが所与の閾値（無効閾値）未満である場合、接続は無効であると考えられ、該当する操作員から生じる操縦命令は、飛行機によって実行されず、その後、安全手順（自動戻りなど）を実施することができる。

本発明のこのようなシステムが直面しなければならない別の問題は、異なるインターネットネットワークアクセスポイントで生じるコンピュータネットワーク接続形態の複雑さの大きい可変性である。コンピュータネットワークの複雑さは、ドローン１と操作員局５との間のピアツーピア接続の準備が不可能であるようなものである。特に、２Ｇ、３Ｇ、３Ｇ＋、Ｈ＋、４Ｇ、ＬＴＥ、ＬＴＥ−Ａｄｖａｎｃｅｄ、５Ｇ、ＷｉＭＡＸのインフラストラクチャを介してインターネットネットワークにアクセスする操作員が、「ファイアウォール」又はＮＡＴ（ネットワークアドレス変換）タイプのデバイスを使用するような場合である。現在、これらのデバイスは、ネットワークの異なるポイントに分散されたルータで広く使用され、別のピアへのネットワーク終端ポイント（ピア）の可視性又はアクセス可能性を制限する。

換言すれば、静的ネットワークアドレスを使用できる、ドローンと地上局との間のＷｉ−Ｆｉタイプのネットワークの使用に反して、ドローン１及び地上局５のネットワークアドレスは、接続を準備する前に知られておらず、動的に変更しやすい。

従って、本発明によるセルラーネットワークの使用は、ネットワークアドレス又は更に検出されたネットワークアーキテクチャのタイプなどの接続に有用な様々な情報を通信関係者が交換するために、導入されるべき通信初期設定段階を必要とする。

本発明は、所謂「ＮＡＴトラバース」技法によって異なるコンピュータネットワーク接続形態を介した接続の準備及び維持の問題を解決する。これらの技法は、ネットワークリンク分析モジュール２０及び２２に導入され、ＩＣＥ（対話型接続性確立）仕様ＲＦＣ ５２４５などのネットワークプロトコルの使用に基づく。これらのプロトコル自体は、ネットワーク接続形態を検出するＳＴＵＮ（「ＮＡＴ用のセッション・トラバース・ユーティリティ」）仕様ＲＦＣ ５３８９、又は更にリレーの機能を果たすサーバを介して「ＮＡＴ」をバイパスするＴＵＲＮ（ＮＡＴ周りのリレーを用いたトラバース）仕様ＲＦＣ ５７６６及び６１５６などの他のプロトコルを使用することができる。

これらの問題を解決するのに、多数の他のプロトコルを使用することもでき、この分野での最新技術は、ＩＰｖ６（インターネットプロトコルバージョン６）システムの漸進的配置と共に変化するように構成されている。これらの異なる技法の個別的併用により、ドローン１及び操作員局５は、生じるネットワーク接続形態にかかわらず、双方向通信を準備することができる。

好ましい実施形態において、ドローンと地上局との間のリンクを維持する方法は、ＳＴＵＮ、ＴＵＲＮ及びＳＩＰプロトコルの併用である。ＳＩＰ（セッション開始プロトコル）プロトコルを使用して、ドローンとドローン操作員との間のセッションを準備して監視する。このセッションは、テレメトリストリーム又は更に映像ストリームを含む異なるマルチメディアストリームで構成されている。

ＳＩＰプロトコルは、異なる通信関係者が完全に対称的な役割を有する、ＶｏＩＰ（ＩＰ上の音声）タイプのマルチメディアストリームを監視するために設計されており、声止めを回避するために待ち時間をうまく管理する利点を有する。ＳＩＰメッセージにおいて、好ましい方法は、ドローンと操作員を区別するために送受信エンティティの役割を識別することができる情報を含むことである。優先的に、ＳＩＰメッセージにおいて、各関係者は、その関係者が遠隔関係者に割り当てている権利も示す。

更に、ローカルエリアネットワークによるドローン地上局リンクの場合と違って、本発明によれば、地上操作員のセットは、操作員の各地上局５を同一のドローンに接続することができる。これらの操作員に、飛行機の制御又は更に所与のカメラの制御を含む、動的に異なる権利を割り当てることができる。

この場合、有利なことに、上述の無効閾値及び重み付けで使用される係数は、自動モード（自律ミッション）、半自動モード（クリック・アンド・ゴー）又は手動モード（リアルタイム操縦用のジョイスティックの使用）でドローンが移動しているかどうかによって最大許容待ち時間が異なるように、操作員の性質及び操作員（彼又は彼女）に対応付けられた権利に左右される。

更に、幾つかの地上局がドローンと通信している場合、本発明の態様によれば（ローカルエリアネットワークの場合、単一の二地点間リンクに反して）、異なる飛行コマンド間の経路設定レベルでアービトレーションを実行することができる。従って、有利なことに、システムは、選択可能な下記の危機を各コマンドに対応付ける、異なる飛行コマンド間のアービトレーション方法を実施する。
・リアルタイム危機： メッセージを出来るだけ迅速に経路設定する必要があるけれども、メッセージの損失は危機的でない。
・経路設定危機： メッセージを完全に経路設定する必要があるけれども、メッセージ経路設定時間は危機的でない。

経路設定は、保存された危機によって異なる。次に、「リアルタイム」と印が付いているメッセージを、ピアツーピアリンクによってＵＤＰ（ユーザ・データグラム・プロトコル）トランスポートプロトコルによって経路設定する一方、「経路設定」と印が付いているメッセージを、商用セルラーネットワークでバイパスできないインフラストラクチャである横断ＮＡＴのトラバースに連結された任意の問題を軽減するために、ネットワークに理想的に配置された中間サーバの使用を介してＴ・BR>BＰ（伝送制御プロトコル）プロトコルによって経路設定する。

このようにして、「リアルタイム」メッセージ用の経路設定時間は最短である。同様に、「経路設定」危機と印が付いているメッセージの経路設定の状態を、地上局側のクライアントソフトウェアに通知する。

典型的には、自律飛行段階に対応付けられた飛行コマンドを、「経路設定」優先順位で送信する一方、飛行機の手動制御に対応付けられたコマンドの全部を、「リアルタイム」危機で送信する。

再度、図３を参照する。ドローン１に組み込まれたシステムにおいて、異なるセンサ１４は飛行を分析することができる。これらのセンサの中で、例えば、内部ユニット、ジャイロスコープ、加速度計、磁気計、全地球測位システム（ＧＰＳ）、全地球的航法衛星システム（ＧＮＳＳ）又はガリレオ位置受信機があってもよい。これらのセンサは、制御システム１３、より詳細には、飛行制御専用のシステム２３にセンサの測定値を伝送する。受信された操縦又はミッション命令９に基づいて、このシステムは、センサ１４からのデータが操縦又はミッション命令９から推定された設定値に従っているように、ドローン１６の推進手段だけでなく、サーボモータ、リレーなどの異なるアクチュエータ１５も制御する。

最後に、地上局５のマン・マシン・インターフェース２１では、操作員（彼又は彼女）が決定を行うのに必要な全データに操作員がアクセスすることができる。従って、ドローン１に組み込まれたシステムに理解できる操縦又はミッション命令９への操作員の意図の変換、及びドローン１に組み込まれたシステムから得られた飛行データ６の復号などの異なる機能を設けた飛行管理システム１９を介して操縦又はミッション命令９を送信することによって、操作員（彼又は彼女）はドローンを操縦することができる。

変型の実施形態によれば、操作員局組立体５を、インターネットネットワーク４に接続されたサーバに外部から設置することができる。次に、マン・マシン・インターフェース２１はこのサーバに存在し、インターネットアプリケーションによってそのマン・マシン・インターフェース２１にアクセスする。従って、操作員は、ドローンを操縦し、ミッションを管理し、サーバに連結されたウェブブラウザから直接、ドローン１の飛行情報などの映像ストリーム及び他の情報ストリームにアクセスすることができる。この変型の実施形態は、システムの可搬性の著しい利点を与える。実際には、操作員局５の操作を保証する任意のソフトウェアを操作員のコンピュータにインストールする必要がない。デスクトップコンピュータ、ラップトップコンピュータ、携帯電話、又はタブレットであろうと、インターネットネットワーク４に接続された任意の周辺装置から、このウェブインターフェースを使用することができる。

明らかに、本発明は、説明及び表現された実施形態に全く限定されない。特に、この文書は、添付の特許請求の範囲の表現とは無関係に、彼又は彼女の一般知識を用いて文書に基づいて当業者が生成できる手段の任意の組み合わせを含む。

Claims (13)

1. ドローンなどの遠隔制御飛行機（１）と地上局（５）との間でコマンド及び映像ストリームを伝送するシステムであって、
   セルラー通信ネットワーク（３）を少なくとも部分的に実現する、飛行機と地上局との間の双方向リンク（３、４）であって、前記飛行機側のセルラーモデム（２、１７）によって保証されており、一方では、カメラ（１１）及び映像符号化モジュール（１２）によって生成された圧縮映像ストリーム（７）を伝達し、他方では、移動制御コマンド（９）及び飛行データ又は前記遠隔制御飛行機（１）の操縦特性を含む情報を伝達する双方向リンクと、
   前記セルラー通信ネットワークの実現によって引き起こされる前記リンクの性能レベル及び接続形態の可変性を考慮しながら前記リンクを維持することを保証することができる前記双方向リンクを管理する手段（２０、２２）と、を含み、
   前記飛行機及び前記地上局は、パケットベースのプロトコルを介して前記双方向リンク上で通信し、
   前記リンク管理手段は、少なくとも前記地上局から前記飛行機への前記双方向リンクの品質のスコアを計算して、前記スコアが閾値未満である場合に受信された飛行命令を無効にすることができ、
   待ち時間、順序が狂って受信されたパケットの割合、受信されなかったパケットの割合、パケットの割合、及び不完全に受信されたパケットの割合の中で、前記リンクの特性の少なくとも２つの測定値に応じて、前記スコアを設定することを特徴とする、システム。
2. 前記リンク管理手段は、前記飛行機から前記地上局への前記双方向リンクの帯域幅の測定値に応じて前記映像ストリームの符号化パラメータを調整することによって前記圧縮映像ストリームのビット速度の適合を実行することができる、請求項１に記載のシステム。
3. 前記帯域幅の信頼できる測定値が無い場合、前記符号化パラメータを繰り返し変更して前記圧縮映像ストリームの前記ビット速度を漸進的に増大し、前記符号化パラメータを調整して、輻輳現象を引き起こす速度よりも僅かに低いビット速度を得ることによって、前記適合を実行する、請求項２に記載のシステム。
4. 危機情報の経路設定に使用可能な前記帯域幅の非圧縮性部分を確保することによって、前記適合を実行する、請求項２又は３に記載のシステム。
5. 前記危機情報は、飛行データ、前記遠隔制御飛行機の前記操縦の特性、及び操縦又はミッション命令（９）を含む、請求項４に記載のシステム。
6. 前記双方向リンク管理手段は、少なくとも１つのセッション確立プロトコル及び少なくとも１つのＮＡＴトラバース又はバイパスプロトコルの実現を含む、請求項１〜５のいずれか一項に記載のシステム。
7. 前記リンク管理手段は、前記セッション確立プロトコルのメッセージにおいて、接続ポイントの種類（即ち、飛行機又は地上局）に関する情報を含むことができる、請求項６に記載のシステム。
8. 前記リンク管理手段は、前記セッション確立プロトコルの前記メッセージにおいて、飛行機に対する地上局の権利に関する情報を含むことができる、請求項７に記載のシステム。
9. 前記権利は、前記飛行機の移動を制御する権利、及び前記飛行機の前記カメラを制御する権利を含む、請求項８に記載のシステム。
10. 請求項１〜９のいずれか一項に記載の伝送システムを含むことを特徴とする、ドローンなどの遠隔制御飛行機及び地上局のセット。
11. 少なくとも１つの第２の地上局と、セルラー通信ネットワーク（３）を少なくとも部分的に実現する、飛行機と地上局との間の１つの第２の双方向リンク（３、４）と、前記第２の地上局と前記飛行機との間の前記第２の双方向リンクを管理する第２の手段とを更に含む、請求項１０に記載のセット。
12. 前記第１及び第２の双方向リンク管理手段は、前記飛行機に対する前記２つの地上局の各々の権利に関する情報を伝達することができる、請求項１１に記載のセット。
13. 前記第１及び第２の双方向リンク管理手段は、危機の種類（即ち、時間的な危機又は経路設定上の危機）に応じて前記第１の双方向リンク又は前記第２の双方向リンクを介して前記地上から前記飛行機に危機命令を経路設定することができる、請求項１１又は１２に記載のセット。

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