【学习笔记】无人机（UAV）在3GPP系统中的增强支持(十三)-更换无人机控制器

 引言

本文是3GPP TR 22.829 V17.1.0技术报告，专注于无人机（UAV）在3GPP系统中的增强支持。文章提出了多个无人机应用场景，分析了相应的能力要求，并建议了新的服务级别要求和关键性能指标（KPIs）。

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主要内容包括：

1. 无人机高清视频直播：支持4K乃至8K视频实时上传，要求低延迟、高可靠性和精确定位，以避免事故。
2. 无人机作为空中基站：在灾难监测等场景中，无人机携带基站设备，提供临时覆盖，强调快速部署和灵活配置。
3. 无人机命令与控制（C2）通信：定义了直接C2、网络辅助C2等多种模式，强调QoS保障和安全性，以适应不同飞行环境和需求。
4. 无人机与地面用户共存：探讨了无人机与增强型移动宽带（eMBB）用户共享网络资源时的干扰最小化问题。
5. 自主无人机控制：AI系统通过5G网络控制无人机，对上下行传输提出了高带宽和低延迟要求，并需要高精度定位信息。
6. 无人机群管理：支持无人机群在物流等领域的应用，强调群管理和协同作业能力。
7. 服务可用性和体验保障：提出通过边缘计算和路径优化，确保无人机通信服务的低延迟和高可靠性。

文章最后总结了无人机通信服务的潜在要求，并建议3GPP制定相关服务规范，以更好地支持无人机生态系统的发展。

5.12 更换无人机控制器

5.12.1 描述
无人机与无人机控制器建立关联并开始飞行任务后，C2链路即建立，并正常支持无人机系统（UAS）的操作。在某些场景下，例如无人机飞出视线范围或发生紧急事件时，无人机控制器将由另一个无人机控制器或优先级更高的无人机控制器接管。在这种情况下，应与新的无人机控制器建立C2连接，以确保对飞行任务的持续支持。此外，还可以根据无人机交通管理系统（UTM）和运营商的政策考虑进行一些流程优化。
根据中国IMT2020(5G)推进组发布的《5G无人机应用白皮书》，无人机支持远程控制器应用的性能要求如下表所示：

Table 5.1.12.1-1: KPIs for Changing UAV Controller

Application	Upload data rate(UL)	Remote control data rate(DL)	E2E latency	Control latency	Positioning Accuracy	Altitude	Region
Remote controller through HD video	25Mbps	300Kbps	<200ms	20ms	0.5m	<100m	Urban, Rural, countryside

注：根据TS 22.125第5.3条，无人机的相对飞行速度可达320km/h。
在无人机控制器更换后，无人机与无人机控制器之间的连接质量至关重要。如果C2链路质量下降甚至断开，无人机和无人机控制器需要能够检测到这种情况，并应采取一些行动，例如根据配置自动返回无人机。

5.12.2 先决条件
无人机“bumblebee”已与由Bob装备的无人机控制器A相关联，以执行飞行任务。在任务期间，C2连接由运营商X提供。

5.12.3 服务流程
当“bumblebee”飞出Bob的视线范围时，Bob需要将无人机控制器A更换为远程无人机控制器B，以便继续与其无人机协同工作。
UTM同意并授权远程无人机控制器B接管无人机“bumblebee”以继续飞行任务。
UTM要求3GPP系统为新的无人机控制器B与无人机“bumblebee”和UTM建立C2连接，同时要求3GPP系统断开无人机控制器A的C2连接。
无人机控制器B继续控制无人机“bumblebee”。
无人机控制器A无法控制无人机“bumblebee”。

5.12.4 后续条件
无人机“bumblebee”在新的远程无人机控制器B的指挥下继续其飞行任务。

5.12.5 部分或完全覆盖用例功能的现有功能
3GPP系统应能够接收到UTM的通知，即与无人机相关联的无人机控制器将更换为另一个。
当无人机控制器发生更换时，3GPP系统应使UTM能够优化认证和授权流程。
当无人机控制器发生更换时，3GPP系统应使UAS能够优化无人机和无人机控制器的关联过程。
根据无人机应用请求、UTM和运营商政策，当无人机控制器发生更换时，3GPP系统应能够与UTM和UAS协商新的C2连接服务的质量。
根据无人机应用请求、UTM和运营商政策，当无人机控制器发生更换时，3GPP系统应能够为新的无人机控制器提供不同或相同的C2连接服务。
3GPP系统应能够断开与未使用的无人机控制器的C2连接。

5.12.6 支持用例所需的潜在新要求
[P.R.5.12-001] 3GPP系统应能够提供无缝的C2连接服务，以支持远程无人机控制。性能指标KPI如下，来源于[9]：

Table 5.12.6-1 shows the KPIs for Changing UAV Controller:

Application	Upload data rate(UL)	Remote control data rate(DL)	E2E latency	Control latency	Positioning Accuracy	Altitude	Region
Remote UAV controller through HD video	25 Mbit/s	300 Kbit/s	<200 ms	20 ms	0.5 m	<300 m	Urban, Rural, countryside

注1：参考TS22.125 [8]第5.3条，在此类用例中，无人机的绝对飞行速度可达160km/h。
注2：参考TR36.777 [10]，最大飞行高度为300米。
3GPP系统应能够向无人机控制器提供其通信链路的QoS状态。

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