技术分享 | 工程开发利器-Homer高带宽多接口可组网数据传输链路

Posted 2021-11-02 阿木实验室

我们经常做各种无人系统的实验，比如需要从远端无线采集视频图像，本地给远端一个串口控制量，采集远端的各种传感器数据等。有的时候需要支持TCP/IP的网络数据，有的时候需要串口透明传输数据，有的时候需要从远端的无人机/无人车读取各种传感器数据。网口传输无疑是一个比较理想的选择，支持TCP/IP协议，高带宽(可以传输高清视频数据)，当然如果距离在远一些就很好了。

市面也有非常多的数传链路可以选择，但是各有优缺点： 1：射频数传 通常带宽频率在400MHz到1000MHz，价格便宜，带宽频率越低传输距离越远通常可以在通视的情况下可以达到3000米甚至更远，没有遮挡也可以传输的很远。但是数据传输的带宽有限通常是几KB/S到几十KB/S不等。我们在看在线看电影知道一部1080P的在线电影，如果要流畅观看的化要200到400KB/S的下载速率。这种相对低频的射频数传就是不够的，但是因为频率低，所以传输的距离远，对遮挡的穿透或者绕射能力强，可以传输的更远，一些开关控制信号，或者数据链不大的传感器信号回传非常合适，之前的物联网，工业现场数据采集，智慧农厂数据采集会大量用到这个设备。传输带宽小，成本低，可以传输距离远是典型特征。

2：WIFI数传 带宽频率在2.4GHZ或者5.8GHZ，频率是非常高的，传输的数据就可以非常多，但是频率太高，对遮挡的穿透性能或者绕射能力就差，传输距离也相对就不是那么远，但是通过点对点天线，和中继一般的WIFI局域网也可以传输很远的距离。传输速率可以快，100M带宽的传输速率可以达到12MB/S。1MB=1024KB，如果一个1080高清的网络摄像头码率在300KB/S,理论上12X3=36，理论上可以容纳36台1080P 的高清摄像头。都是理论值，实际情况要大打折扣。还要考虑到距离越远，传输速率下降越厉害。带宽高，一般的模块传输传输距离近。

3：4G/5G数传 4G/5G模块，传输的带宽可以是非常高的，但是一般走公网链路，传输延时难以得到保障，流量费用也是一笔不小的开支。如果可以用专用的基站，或许是个个不错的选择。

下面是无线电电磁波的一些基础理论，可以尝试理解，同时频率越高可以传输的数据越多传输带宽越宽：波速=波长*频率（频率和波长成反比例关系），则：

• 频率越低， 波长越长，绕射能力越强，穿透能力越强，信号损失衰减越小，传输距离越远，实现信号广覆盖。
• 频率越高，波长越短，直射能力越强，贯穿能力越强，信号损失衰减越大，传输距离越短，杀伤力越强，实现信号局域覆盖。

注意：（波粒二象性：波长越短，能量越大，贯穿能力越强）

我们在做实验的时候，经常需要远程传输一些数据回来： 1、远程桌面，访问机载计算机数据，启动一些ROS节点等等。 2、额外的串口透明传输一些传感器数据的接口等。 3、可以接入一些网口摄像头数据，地面站QGC可以打开。 4、距离要尽可能的要远一些1KM以上。 5、可以组网，每个节点之间数据可以交互。 6、传输带宽要近可能的要宽。

以上是我经常遇到的一些问题，我们根据需求出发，研发了如下的产品。 视频链接：https://www.bilibili.com/video/BV1yr4y127dF?spm_id_from=333.999.0.0

远端的无人设备需要一些交互的接口和通信手段，来实现对无人系统的监控 控制。之前我们用一些室外WIFI的模块来做，一般的WIFI距离通常都比较近，传输带宽也会出现不稳定和延时的情况。比如我们对于一台无人机的操作有可能就是在几百米，甚至几公里之外。一般的低成本WIFI模块肯定就不能满足要求了。还有一些组网的情况下4G/5G来说开发比较麻烦，有些算法在局域网下面比较合适。

我们前前后后也是尝试了很多方案，经过1年多的研发测试，和智工电子合作研发出了一款多接口高带宽数据传输链路。基于TCP/IP协议，接口通用性强，传输图像，视频，数据，带宽都可以承受。地面拉锯测试大于800米，地对空2KM左右。关键是传输带宽高，控制指令，到高清视频流都可以流畅传输。

几大特性： 1、高带宽(无线数据传输峰值12MB/S)百兆带宽； 2、远距离最远距离4KM，通视距离下； 3、多接口，同时支持3个串口，3个网口； 4、基于TCP/IP通用网络局域网，可以接入网络摄像头，飞控数传，RTK； 5、可组网十个ROS节点数据； 6、重量轻，移动端100多克； 7、控制信号，传感器数据，视频数据都可以同时传输； 综合来讲十分适合用于图传，数传，组网一些远距离，高带宽的数据传输场合。

可以实现： 1吊舱的视频数据和地面站数据进行联动。 2基于WIFI的组网系统，ROS多机的组网，具体测试情况可查看此文章： https://mp.weixin.qq.com/s/DONRk7L0zG8j6Q1_FZKgWw

上面是模块连接图，可以接入飞控，网络摄像头，机载计算机，RTK，一些独立的传感器数据等。 初步测试数据如下：单个ROS节点带宽在347KB 峰值。 多个ROS节点(5个)带宽在1.16MB传输带宽依然没有压力。 多接口:3个串口，3个网口。可以用于传感器数据，飞控数据，网络摄像头数据，RTK数据的接入。 串口：每个串口都是串口透传可以互相发送数据，串口之间发送数据，或者飞机端给地面站端发送数据也会非常简单。 网口：可以接入网口设备就可以数据传输或者组成网络。

作者：阿木实验室-潇齐

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