【学习笔记】无人机（UAV）在3GPP系统中的增强支持(十四)-无人机操控关键绩效指标（KPI）框架

 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。

5.13 无人机操控关键绩效指标（KPI）框架

5.13.1 描述
无人机可以由无人机控制器或无人机交通管理（UTM）系统进行远程操控。可以考虑多种无人机操控模式。模式的选择取决于无人机本身、控制来源以及操作情况。

每种模式都对通信KPI有其自己的要求，如数据速率、消息速率、可靠性、延迟等，并可能需要立即向飞行员提供反馈。在某些模式下，视频会作为对飞行员的额外反馈。

此用例捕获了此类要求的框架。此外，它要求5GS支持一种有效的机制，使系统能够在操控模式之间进行切换。

5.13.2 先决条件
杰夫拥有一架大型商用无人机，他用它来将邮购商品送到客户的家门口。杰夫使用无人机控制器来控制他的无人机，无人机也可能由UTM系统控制。无人机和无人机控制器都支持5G，并且假设UTM是一个能够在无人机和无人机控制器之间发送和接收消息的应用层服务器。

在飞行前，无人机控制器与UTM系统进行通信。一段时间后，它收到了从楚拉维斯塔的仓库飞往拉荷亚收货人住所的飞行许可，绕过了SAN和NKX Bravo空域以及中间的MYF Delta空域。许可是一种特定的飞行许可，通常包括航点和高度的列表。

5.13.3 服务流程
在发动机启动时，无人机由无人机控制器手动控制（需要与模式B相关的KPI），并缓慢爬升至初始巡航高度。

一旦达到高度，通信将切换到支持向收货人地址的模式A的KPI。然后可以一次发送一个航点序列，也可以一次性发送并存储在无人机中。

途中，杰夫收到请求，要求观察I-5上的一起交通事故。无人机控制器向网络发送请求，以启用从无人机控制器进行模式B操控的KPI。杰夫沿着I-5缓慢飞行，向交通中心发送实时视频。（视频不是无人机操控的一部分——它是有效载荷）。然后恢复模式A。

到达收货人地址后，无人机以模式B操控，将包裹放在收货人的家门口。视频用于确定确切的投放点并进行操作。

5.13.4 后续条件
在执行报告事故的公共服务的同时，包裹已送达。

5.13.5 部分或完全覆盖用例功能的现有功能
3GPP尚未定义与无人机控制模式相关的KPI和要求集。

5.13.6 支持用例所需的潜在新要求

5.13.6.1 服务级别要求
[P.R.5.13-001] 3GPP系统应能够在无人机控制器和/或UTM系统与高度最高达[300m]的无人机之间启用至少两组KPI。

注：KPI包括例如不同的消息速率、延迟和可靠性要求。

[P.R.5.13-002] 3GPP系统应能够启用无人机控制器与无人机之间以及UTM与无人机之间的并发通信，这可能需要不同的KPI。

[P.R.5.13-003] 3GPP系统应能够在无人机控制器或UTM请求时在[500mS]内切换KPI。

5.13.6.2 KPI
所有KPI都在应用服务层定义。

模式1 “航点”
在此模式下，不需要视频反馈，也不期望使用视频反馈进行操控。

Table 5.13.6.2-1: KPIs for mode-A "waypoints" UAV control

Function	Message Interval	Message Size	Latency	Reliability (Note 2)	Direction	Positive ACK required	Comments
Steering control message	1-indefinite, S	100 B (Note 1)	1 s	99.9 %	Net to UAV	Y
Steering feedback message	1 s	84-140 B	1 s	99.9 %	UAV to Net (Note 3)	N	It may be possible to transmit this message on an event driven basis e.g. approaching a geo fence

注1：根据命令类型而变化。例如，发送新任务所需的数据比暂停任务所需的数据要多。消息大小仅指有效载荷，不包括所有标头、安全性等。
注2：消息可靠性定义为在所需延迟内成功传输的概率。
注3：这些反馈消息可以发送给无人机控制器和无人机交通管理系统。

模式2：“摇杆与舵”

此模式需要视频反馈。视频的关键绩效指标在表3中定义。

Table 5.13.6.2-2: KPIs for mode-B "stick and rudder" UAV control

Function	Message Interval	Message Size (Note 1)	Latency	Reliability (Note 2)	Direction	Positive ACK required	Comment
Steering control message	40 ms (Note 3)	24 B	40 ms	99.99 %	Net to UAV	Y
Steering feedback message	100 ms	84-140 B	140 ms	99.99 %	UAV to Net	N	A 1 Hz slow mode also exists

注1：消息大小不包括报头和安全性部分
注2：消息可靠性是指在所需延迟内成功传输的概率
注3：无人机上的控制器通常以50Hz（20毫秒）或25Hz（40毫秒）的频率进行更新
编者注：需要重新检查消息间隔和延迟

Table 5.13.6.2-3: KPIs for video feedback

Scenario	Data rate	Latency	Reliability (Note 1)	Direction	Positive ACK required	Comment
VLOS (visual line of sight)	2 Mpbs at 480 p, 30 fps	1 s	99.9 %	UAV to Net	N
Non-VLOS	4 Mbps at 720 p, 30 fps	140 ms	99.99 %	UAV to Net	N

注1：消息可靠性定义为在所需延迟时间内成功传输的概率

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