2017-2018低空联网无人机安全飞行测试报告.pdf

2018-1-31 低空联网无人机安全飞行 测试报告 Page 2 of 19 目 录 前言 . 3 一 无人机产业发展现状 . 4 二 无人机安全飞行构想 . 6 三 无人机安全飞行实践 . 12 四 无人机安全飞行愿景 . 18 附录 . 19 Page 3 of 19 前言 随着无人机的快速发展，无人机的监管问题引起了社会高度关注，也给民航运输业的安全带来了严峻的挑战。民用航空监管部门亟待对无人机的运行特点和监管方式进行深入研究，推出合理、 高效、可实施的监管技术方案。在中国民用航空局的指导下，民航局信息中心作为民航政务信息化的核心单位，整合现有资源，联合行业内的技术单位，组织并实施了联网无人机监管项目的技术测试，对蜂窝网络在无人机监管的可行性、有效性做了深度研究和测试，并掌握了关键核心技术及相关知识产权，相关成果有助于引领无人机产业的快速健康发展，并推动低空数字化新产业，现予以发布。 Page 4 of 19 一 无人机 产业发展 现状 2015年 以来，各大投资咨询机构分别发表了对无人机行业的分析预测： 2015年研究机构 EVTank分析师预计：全球无人机 2020 年销量望达 433万架，全球无人机到 2020年将达 259亿美元。 2016 年高盛估计在 2020 年，商用无人机市场规模将达到 206 亿美元，民用无人机市场规模将达到 140亿美元。 2016 年 5 月普华永道发布报告指出在非常近的将来，无人机将取代价值 1270 亿美金的人工服务和劳动。 无人机 相关产业链也 迅速发展， 诞生 了 诸如 ： 大疆创新、 亿航 、 拓攻、 易瓦特、零度、 3DR、 Parrot、SkyCatch、 DroneDeploy等一系列 公司。 随着 民用无人机 技术 的 迅猛 发展 并成熟， 自动驾驶、悬停、避障技术的 完善 ，无人机视频处理技术的提升， 无人机应用逐渐从 视距 应用 扩展到超视距 应用 ， 从 消费领域 扩展 到 巡检 、农业、物流、安防等 多 个行业。 无人机行业 高速发展 的 同时 ， 也对 无人机 通信链路 提出了 新 需求， 1000m 以下空域实时 、 高可靠 联网安全 飞行 管理 ， 300m 以下 空域上行 50Mbps 的 实时 图传 、 小于 50ms 的 远程操控与 业务 应用 等。 业界 预测：在 无人机 与 移动通信相结合， 将 给 产业 界带来 10倍 的商业 机会 。 图 1 移动 通信 促进 无人机 产业 发展 1) 无人机安全飞行迫在眉睫 随着无人机产业与 技术的 迅速 发展 ，民用和 消费级无人机 大规模投入 使用， 不规范 使用无人机的问题也越来越多 ： a. 由于目前市面上的民用 无人机 均 使用 公开 标准 的 GPS 模块， 地面站 和无人机 间 采用点对点 低安全通信 方式，因此带来 了 如下几种不安全 的风险 ： 接管并修改 GPS 数据 /模块 ； 模拟另一个更强的假 GPS 信号； 破解无人机与遥控器之间的 空口 协议； 破解无人机 应用 软件 程序 ， 从而 破解禁飞区限制 等 。 2017 年 6 月， 某 国 黑客公司 公然 销售 安装 了破解 无人机围栏 的无人机， 让 消费者不再受政府设立的禁飞区限制 。 2017年 8月 ， 某 品牌代理商直接销售破解了 GPS模块的无人机。 X 10Page 5 of 19 b. 2017年 4月 ，成都双流国际机场遭遇多次无人机扰航，导致众多航班备降西安、重庆、贵阳和绵阳机场， 几十 架飞机返航，数万旅客出行受阻滞留机场。 这一系列事件和 问题 造成 了非常恶劣的影响 ，需要尽快建立完善的无人机安全飞行 机制 来确保无人机“看得见、管得住、查得着”。既要保障空域安全，也要尽可能多的给予无人机用户自由飞行的权益，促进无人机行业的健康发展。 2) 无人机 飞行 法规逐渐 完善 针对上述无人机引发的一系列安全性问题，有关 部门 已经启动了无人机专项整治工作， 逐步出台了多项指导性文件 。 注册管理 2017 年 5 月， 中国民航局航空器适航审定司发布的民用无人驾驶航空器实名制登记管理规定，要求 2017年 6月 1日起 ， 最大起飞重量 250g以上（含 250g）的无人机实施实名登记 。 运行管理 民航局于 2015 年 11 月发布的 轻小无人机运行规定 (试行 ) ， 要求 7 公斤以上以及 7 公斤以下 且 超视距 运行的 无人机 ，实时 联网 接入无人机云 系统 （ 简称 无人机云） ，无人机云系统对侵入 电子 围栏的无人机具有报警功能。 图 2 无人机 分级分类标准 2017 年 10 月 ， 民航局推出无人机围栏和 无人机云系统接口数据规范 两篇规范文档，指导无人机系统进行有序运行管理 。 2017年 12月 ，工信部出台 关于促进和规范民用无人机制造业发展的指导意见 。 指出： 研究制定民用无人机数字身份识别规则、技术方案，实现“一机一码” ;引导企业通过加装通信模块实现民用无人机可识别、可监视、可管理。 标准体系 国家标准化管理委员会办公室 在 2017年 8月出台了 无人驾驶航空器系统标准体系建设指南， 制定了无人机 标准建设 目标和 发展 阶段 ： 第一阶段（ 2017-2018年）：满足无人驾驶航空器系统市场需求，支撑行业监管需要，初 步建立无人驾驶航空器系统标准体系，并重点制定一批市场急需、支撑监管的关键标准； Page 6 of 19 第二阶段（ 2019-2020 年）：逐步推进无人驾驶航空器系统标准制定工作，到 2020 年，基本建立健全无人驾驶航空器系统标准体系，制修订 300项以上无人驾驶航空器系统标准，基本实现基础标准、管理标准和技术标准全覆盖，行业应用标准满足相关行业应用需求。 3) 无人机 安全飞行 需求调研 通过 对 无人机安全 飞行政策与 市场的 客户调研， 从 如下几个方面对无人机安全飞行提出了明确的需求 ，尤其 是 占大多数 的 低慢小（高度低、速度慢、质量小）无人机需要 加强飞 行管理 。 表 1 无人机安全飞行的主要 需求 序号 需求 说明 1 飞行 审批 简化 当前 无人机飞行计划、飞行空域申请周期过长，需要 分级 分类简化流程 。 具备一定 实时联网报告 能力的无人机 ， 尤其 是民用 轻小型 无人机 ， 无需申请 或即时 申请 飞行 计划 。 2 实名登记 便捷 实现操作 便捷化、实时在线验证， 通过民航局网站 和 相关 APP自助注册，确保 无人机拥有者身份 、 联系方式、无人机 设备等信息 准确性 达到 100%。 3 动态围栏更新 与 告警 起飞 前 实时 刷新 无人机 围栏 ， 做到按需 、 按时服务， 如果更新 失败不得起飞； 同时显示 围栏位置， 通知 用户 有序 飞行 。飞行中支持 无人机围栏位置检测 与 告警 。 4 可信 位置 校验 解决无人机自主上报 位置信息准确 性 问题 ， GPS信号由于地形地貌不稳定，甚至被破解等导致的无人机上报 位置不 可信； 位置 校验失败不得起飞。 5 可靠 、 实时的通信 链路 满足不同 级别 、 不同类型 无人机管理 链路 QoS保障 ； 满足无人机管理链路中不同级别 的 状态 数据 、 管理命令 QoS保障 ；满足民航局 轻小无人机运行规定 中 要求 的 报告频率 最少 每 秒 1次 , 时延 小于 1秒 的实时报告需求 。 6 广域 低成本 安全管理 满足民用无人机尤其是消费级无人机等随时随地飞行需求 ， 并且成 本 低廉 ；通过技术 手段，实现整体业务 数据 安全 和 管理安全 ，确保 系统 侵入 性 破坏不会 造成 重大人员伤害 。 无人机安全飞行 通信链路 指标 需求 如下 ： 表 2 安全 飞行 链路 指标 需求 链路 介绍 速率 蜂窝网 时延 E2E 时延 可靠性 覆盖高度 UL：状态信息 3050kbps 50100ms 1S 10-3 01000m DL：管理指令 510Kbps 2050ms 300ms 10-310-6 二 无人机 安全飞行 构想 联网 无人机 （ Connected Drone） ， 通过 蜂窝联网 的 无人机 。通过蜂窝 联网， 实现无人机 便捷 实名登记、Page 7 of 19 可信 位置 校验、 实时可靠数据传输 ， 并 通过一体化的 完善 的 管理 流程与 加密 认证技术 实现 整体业务安全 等，达到事前可预警、事中可管控 、 事后可追踪 。 联网无人机安全 飞行 架构如下图所示 ： 图 3 联网 无人机安全飞行架构 联网无人机安全 飞行 主要业务流程 如下图所示 ： 图 4 联网 无人机安全飞行 业务流程 1) 通过蜂窝网络实现实时 、 高可靠、 低成本 无人机通信链路 截止 到 2017 年 初， 全球 共有 150 多个 国家 200 多家运营商 部署 了 4G 网络 。 2017 年 10 月，工信部官网发布 ，截止 2017 年 9 月 ， 中国 4G 基站规模建 设已完成， 总数达 604.1 万个，其中 3G/4G 基站总数达到447.1 万个， 其中 4G 基站 达到 380 万 个 ， 可为无人机提供 广覆盖 的 通信 能力 。 无人机防御反制系统政府管理部门A TM 安全网关实名登记生产备案飞行管理无人机制造商 基于 IM EI 的一机一码NA 电信运营商基站无人机云网络能力开放平台营业厅CRMEPCHSSCN 可信蜂窝辅助位置校验 便捷有效的网络实名校验 高可靠、低时延、广覆盖蜂窝网络用户终端无人机终端国家空域管理无人机云 政府管理部门授权拒绝授权通过禁飞起飞电信运营商无人机制造商用户实名登记发起校验姓名、身份证号、手机号三元素身份校验起飞授权飞机发起在线授权请求 一机一码设备校验（序列号、飞控号、 IM EI ）授权判决手机号、位置、半径三元素位置校验保存设备信息1. 11. 21. 32. 1S IM 卡 / 通信模组集成无人机保存身份信息1. 51. 4查询并导入通信模组（ I MEI ）等设备信息2. 22. 32. 42. 52. 6数据上报 便捷有 效的实名登记 高可靠 低时延广覆盖的通信连接飞行监视身份登记 + 设备登记 可信位置校验飞行管制返航 / 降落 可靠、加密的蜂窝安全机制隧道加密透传飞行管制 4. 13. 23. 14. 24. 34. 4Page 8 of 19 图 5 2017年 9月全国 4G 基站 规模 经过 实际测试 （ 参考 3.1）， 目 前移动 蜂窝网可以满足 120 米以下绝 大部分场景 的 无人机行业应用 需求 ， 以及 300 米以下 绝大部分 区域的无人机 安全飞行 业务 链路 指标 需 求（ 参考表 2）。 空地融合蜂窝通信：300 米以下 (4G)， 1000 米以下 (5G)， 全覆盖 ； 专用对空蜂窝通信：可覆盖 1万米以下特定航路空域 。 基于全国 的蜂窝移动 通信网络（ 4G/5G 技术 ）， 可以 帮助 无人机产业建设高效低成本的安全飞行体系，实现 无人机分级 、 分类 、 分 区域 连续 管理的 目标 。 图 6 无人机 安全飞行 构想 在信号 干扰 、弱覆盖等极端 情况下 ， 还 可以 通过 优化天线配置 、 上下行功率控制、 AI 自动消除干扰 、多基站 协同 、增加站点 等 手段 ， 保证 蜂窝 通信 质量。 当前 4G 蜂窝 网络 可以 为无人机 安全 飞行提供 实时 的数据 传输 ， 依据 无人机所处小区的位置 （ 近点、中点、远点 、 高度）、 信道 干扰等情况， 以 平均上报 100Byte字节的 数据 包 测算 ， 端到端 的数据时延在 50300ms之间 ，其中 空口时延在 850ms之间 。 时延 分解 如下： 图 7 蜂窝网络 数据 传输 时延分布 蜂窝 网络 的 QoS保障主要包括 两大类： GBR(Guaranteed Bit Rate) 和 Non-GBR， 可以 为无人机管理链路 提供具有 多种 QoS保障 的 GBR连接， 预留 固定的承载带宽 。 同一个 无人机 根据 不同 的 数据类型， 可 提遥控器4G手机300m1000m地面站G N SS + R D SS3000m大型无人机A DS - B 站点通航机场大型无人机ADS - B5G无人机数据中心地面遥感车农业中型无人机120m 限 高 监视围栏区域 监视围栏巡检85 0ms 10 20 0ms服务器4G 基 站4G 核 心网远程管理中心4G 无 人机940ms50 300msPage 9 of 19 供差异化的 QoS保障 ，如管理心跳、 上行 数据报告、 下行管理 命令等 。蜂窝 网络 提供 19中 QoS分级 （ QCI，QoS Class Identifier） ， 进一步 满足对无人机 安全飞行 链路分级分类管理 需求 。 表 3 QoS等级 QCI Resource Type Priority Packet Delay Budget Packet Error Loss Suggested 1 GBR 2 100 ms 10-2 2 4 150 ms 10-3 心跳、 上行 数据报告 3 3 50 ms 10-3 4 5 300 ms 10-6 下行管理 命令 5 Non-GBR 1 100 ms 10-6 6 6 300 ms 10-6 7 7 100 ms 10-3 8 8 300 ms 10-6 9 9 2) 通过蜂窝网络辅助定位 实现 位置可信 民航局 2017 年 10 月 20 日发布的无人机围栏中 特别 指出，无人机围栏 LBS 服务 指“ 通过 电信移动运营商 的 蜂窝 无线电 通信网络 获取 移动终端用户的 位置 信息 ”，并且 无人机 云 Level4能力 必须通过 LBS校验 测试。 需要电信 运营商 通过 网络能力开放平台，提供 可信 位置校验 API，为 无人机 云服务。 根据 目前 安全飞行的调研情况， 为了解决 无人机 GPS不准、欺诈等问题 ，无人机 都是从地面起飞， 所以无人机 在 地面 起飞前进行可信位置校验 即可满足 需求。 一般无人机 围栏 采用 公里 级 大粒度 隔离保护 区域， 采用 Cell-ID定位 即可 满足 需求 。 CELL-ID定位 是一种单基站定位，即根据 移动 终端 当前 所在 的蜂窝基站 位置来表示移动 终端 位置 ， 定位精度取决于 蜂窝基站 位 小区半径 （ R=1/2 站间距 ， 参考图 9） ， 考虑 到 无人机 处于 小区 切换区 等 情况，精度 约为 1.54（ =763/500）R，如下图。一般 的 小区 半径 R 在城市 约 3001000米，农村 约 20004000米 。 图 8 CELL_ID 粗定位精度 计算 运营商提供的蜂窝辅助网络位置校验设计如下： 763m40m14m1000meNB1 eNB2信号快速衰减区500m400m300m200m19m24m29mCellu lar 覆盖区Page 10 of 19 图 9 蜂窝 网 位置 校验 P(x,y)是无人机 上报 GPS 当前位置， Q(x,y)是无人机 基站 定位 位置 ， R 是 小区 半径， D 是 起飞 位置校验阈值 ,即 围栏保护阈值 （ 公里级） ， R D。 具体算法： Delta = |P(x,y) Q(x,y)|， if Delta D， 则 位置 校验通过，否则 位置 校验失败 。 3) 通过手机实名 信息 ，便捷 、快速 实现无人机实名登记 无人机实名登记需要 登记无人机 拥有者 信息 ，包括：姓名、身份证号、 联系 电话、地址等信息， 以及相关 无人机 产品信息 。 当前 电信运营商已经 实施 电话用户真实身份信息 登记 ，基于此进一步 通过 网络能力开放平台 ， 提供实名身份 校验 API，实现对 无人机实名登记 必须 的 拥有者姓名、身份证号、 联系 电 话 等信息进行 在线校验 ， 确保实名登记的便捷、真实、 高效。 考虑 到对个人信息的安全保护， 在 对无人机 拥有者身份 校验之前， 需要通过 APP界面 获得 拥有者 安全授权。 图 10 无人机 实名身份校验 架构 4) 完善 的 管理 流程与 加密 认证技术 实现 整体业务安全 无人机 安全飞行 来自终端、网络 、 平台 以及端到端整体业务安全的挑战， 由此 以下 3 个关键安全技术和 1个 完善 的无人机 业务管理 流程能力至关重要： P( x ,y ) Q( x , y ) R Ddelta政府管理部门电信运营商AEP 开放平台营业厅CR MHSS S IM 卡实名登记无人机拥有者拥有者 姓名、身份证号、联系电话等信息 实 名 身份 校验 实 名登记 安全授权Page 11 of 19 图 11 无人机 3T+1M安全 示意图 a) 终端 安全 2016年 ， 华为已 推出 内置 安全引擎 inSE（ integrated Secure Element）技术 ， 直接集成到了麒麟960、 970 的主芯片 。 2017 年 10 月 ，华为公司与合作 中国 建设银行 ， 实现 了该技术 的 商用落地，只要搭载了麒麟 960、 970 芯片的手机，都自带建行手机盾， 首次实现了无实物介质的移动支付 。 inSE安全模块支持 CRT-RSA、 RSA、 DES/3DES、 AES等加解密算法 ，与 云端协同 密钥管理，提升了终端安全性。 未来 该 模块也 可以 集成 到无人机中，无人机 在 实名登记 时自带了 政府管理 部门授权认证 并 内置 的无人机 盾， 保证 即使 无人机 设备 丢失 ， 如果未获得用户名与密码，仍然无法破解 和使用 。 b) 网络安全 4G网络 通过 如下几个安全 技术， 实现网络安全 ： 物理 和环境 安全 ： 通过对基站 位置 进行合理 设置、 定期 优化 、 人员值守 、定期 检测 等手段保证环境 安全。 网络接入 安全： 通过 临时 身份 标识 、 双向 鉴权 及机密性 和完整性保护 等技术 ， 实现网络 接入过程 中 的安全保护， 防止 用户身份泄露、 身份 伪装 、 敏感信息 窃听 、信令 篡改 等攻 击 。 网络 与管理设备 安全：采取网络设备 认证、内网 IP隔离 、内网防火墙 、 安全审计等 技术， 避免数据 在 网络域 传输 过程中遭受窃听 、 篡改 、伪装 和 攻击 。 c) 云端 安全 基于云计算安全解决方案，通过终端接入安全（ GBA、白名单）、网络安全（防 火墙、 VPN、 Anti-DDOS）、软件安全（病毒扫描、端口检测）、设备安全（虚拟机、设备隔离、数据备份）、应用安全（安全沙箱、加密协议、访问控制、安全审计）、管理安全（密钥管理、漏洞扫描）等技术，可实现无人机安全飞行所需要的云端安全。 目前华为云计算解决方案已经获得了国内外 5 家权威安全认证（ C-STAR 认证、公安部等保认证、ISO27001认证、网信办安全审查认证、可信云认证。广泛应用于金融、电力、物流等行业，尤其在工商银行、建设银行、招商银行、光大银行等多家安全性要求较高的金融机构规模应用，安全可靠性获得业界检验和认可 。 d) 流程管理安全 通过对 业务 利益 相关方的整合，端到端的 完整方案 设计 ，实现对生产、使用、飞行 的 全面感知和 管理 ，包括： 无人机 生产 备案、 购买 后 实名登记、 飞行 前在线授权、飞行中 实时数据 上报 /心跳 保活Page 12 of 19 /管制 命令、飞行后数据 报告 /查询 等， 实现无人机各功能 的协同工作， 环环相扣 ， 紧密连接 政府 管理部门、无人机云、无人机、无人机使用者和拥有者 各个 环节 ，在整体 业务流程上 保证 安全性 ，防止 异常数据和信令攻击 。 图 12 无人机整体 安全 示意图 未来 5G 是个开放的网络， 实现 万物联网， 也给 5G 安全带来了新的挑战。 对于 无人机、 机器人 等垂直 行业 ， 5G进一步采取 了如下技术 ， 实现无人机 业务 的整体安全 性 ： a) 网络 功能 虚拟化 (NFV)技术 ： 通过 软硬件 解耦、 采用通用 硬件 冗余 ， 通过 虚拟化操作系统， 实现 软硬件资源的虚拟化 ， 实现资源的动态部署和调度。 对每种电信 网络功能 进行安全 隔离 、冗余备份， 实现设备的安全可靠性 增强， 满足 包括 无人机、机器人、工业制造等垂直行业应用 的安全性需求 ； b) 网络 切片 技术（ Network Slicing）技术 ： 每个切片 （例如 分级分类 的 无人机） 配置不同等级的安全保护 ，实现 切片安全即服务 SSaaS， 使能运营商为垂直行业提供差异化、可定制的安全套餐 （ 包括加密算法、参数、配置黑白名单、认证方法、隔离强度等等 ），并 监测安全套餐性能 ， 及时调整增强套餐或删除部分配套、调整资源配置 ，有效 防止外部攻击 ， 提升 整体业务 E2E安全性 。 c) 安全能力开放 平台（ Security Application Enable Platform）： 5G将安全能力同网络能力一样开放给垂直行业使用 ， 实现 行业 应用 ： 身份免鉴权、认证免鉴权和 免密钥 管理 等 。 5G 网络内的安全功能以模块化的方式部署，通过相应接口方便调用。通过组合不同的安全功能，可以快速提供安全能力以满足多种业务的端到端安全需求。 三 无人机 安全飞行 实践 2017年 ， 中国民航局 联合 中国移动、 华为 、优云、拓攻、亿航，在 南京、广州 、杭州、上海等地 进行了 蜂窝网低空 覆盖测试和 整体业务特性 测试， 详细特性描述 和测试结果如下 ： 表 4 网络 无人机安全飞行特性 验证 结果 序 号 特性 名称 特性 描述 测试结果 1 拥有者 身份 登记 拥有者 在无人机制造商 APP 上 向 政府管理机构 登记 ：姓名、身份证号、电话、地址等信息 ， 并 由 政府管理机构向电信运营商实时 获取 拥有者身份校验。 通过 2 无人机设备 登记 拥有者 在无人机制造商 APP 上 向 政府管理机构 登记 ： 注册码、飞机 序列号、飞控序列号、 IMEI等信息 。 通过 无人机制造商产品生产备案国家 制定 产品准入标准 依据标准生产产品基于备案库自动登记基于实名和网络位置授权初始管理无人机拥有者实名登记 无人机飞行中交通管理 无人机飞行后数据 审计无人机飞行前在线授权持续管理低空实时通信Page 13 of 19 3 电子 围栏更新 无人机 开机起飞前， 基于 蜂窝网络， 通过 无人机云 从 政府管理机构 实时 获取最新无人机 围栏 信息， 更新失败不得起飞 。 通过 4 飞行前 设备校验 无人机 开机起飞前， 通过 无人机云 ，向 政府管理机构 实时 获取 无人机 注册码、飞机 序列号、飞控序列号、 IMEI等 一致性 校验， 校验失败不得起飞 。 通过 5 飞行前 位置校验 无人机开机起飞前，通过无人机云，根据无人机 GPS 位置 ， 通过电信运营商进行蜂窝网络位置实时校验 ， 校验不通过不得起飞 。 通过 6 飞行 心跳保活 无人机 开机 授权 通过后 ， 周期性与 无人机云 进行 安全飞行链路 的 心跳 保活。如果 心跳 丢失 ，无人机执行返航或者降落 。 通过 7 飞行数据 实时 上报 无人机 开机 授权 通过后 ， 周期性向 无人机云 发起 飞行 位置 、高度、状态等数据报告 。 通过 8 飞行 管理命令 在线 接入 无人机云的 无人机 ， 实时接收 无人机云透传的来自政府管理部门的 管理命令 ， 并执行 返航 或者降落 。 通过 9 围栏 告警 无人机和无人机云 支持 无人机围栏警报检测 和 提醒 。 通过 1) 低空蜂窝网络存在少量盲区，可初步满足安全 飞行 需求 2017 年 中国民航局联合华为、中国 移动 对 4G现网 进行 测试 ，选取 了多个 城市 不同场景进行低空 网络质量 测试，场景涵盖城区、工业园区和郊区 ， 参加表 5，站间距 从 180米 到 2000米 。 频段覆盖 TDD-LTE D 频段 (2575 2635M)和 F 频段 (1885 1915M),测试 高度 50-300 米 ， 测试指标 包括 下行 RSRP、 下行 SINR、以及 和 安全 飞行 密切 相关的 上行业务 速率 、 时延 、 掉 线率等。 表 5 移动 蜂窝网低空覆盖 测 试场景 城区体育馆 城区公园 工业园区 郊区学校 郊区 站间距 站间距 180m左右，密集分布 站间距 300m，较为密集分布 站间距 400m, 较为密集 站间距 1000 米，一般密集 站间距 2000米，稀疏分布 周边环境特征 建筑物较多 空旷，有湖泊，树木较多 低层建筑较多 中间是平地，空旷；周边是看台和其他建筑 比较开阔，一定距离外有山林 a) 信号质量测试 结果显示 低空 50-300 米区间信号强度 RSRP 在 -80 -90dbm 之间， 4G 现网信号 覆盖强度较好 ，室外能够 发起各种业务 。 但由于飞行沿线站点主要为地面覆盖建设，无人机所处高度不在地面站天线主瓣范围内，空中信号杂乱，且无主覆盖小区，造成终端下行干扰较大，在部分区域可能出现无法解调，出现断线失联问题，可能触发长时间处于该区域的无人机降落或返航。下图 为各场景不同高度 RSRP 和 SINR 分布图。 Page 14 of 19 图 13 移动 蜂窝网低空覆盖 测 试 结果 b) 上行 TCP业务 速率测 试 结果 显示 在 低空 50-300m区间 ， 速率均值可达 5Mbp以上。 5Mbps以上速率占比超过 70%，速率低于 1Mbps 占比仅在 1%左右 ，可以满足无人机安全飞行的状态信 息采集通信需求（ 3050kbps） 。 在非失联区域，因无人机安全飞行对下行速率要求较低（ 510kbps），在有通信连接的区域，也基本可以满足安全飞行通信要求，但在干扰过大的失联区域，下行方向的管理指令传输困难，如长期处于该区域，可触发无人机降落或返航 。 图 14 移动 蜂窝网低空覆盖 速率测试结果 c) ping包 (32字节 )和 TCP小包 (100字节 )时延测试结果 显示 时延 范围基本 在 200-300ms之间 ,300米高度 时延会达到 500-600ms。 图 15 移动 蜂窝网低空覆盖 时延测试结果 Page 15 of 19 2017年 12月， 浙江外场无人机上行数据测试结果 如下： 包长 （ 字节 ） 说明 业务 时延（ ms） 电子 围栏 154 平均 时延 399 在线 授权 226 平均 时延 293 心跳 保活 87 平均 时延 279 最大时延 360 最小时延 226 飞行记录 325 平均 时延 239 最大时延 386 最小时延 214 图 16 飞行 数据上报 测试 结果 通过 测试数据 表明 ，无人机在 开机时 ，电子围栏更新 和 在线授权 消息 处理时延分别为 399ms和 293ms；随后心跳 保活 平均时延在 279ms，飞行记录 平均时延在 239ms。显示 无人机 起飞 后 发送 数据较稳定，时延主要取决于 网络质量。同时发现 心跳 保活发送 时， 飞行 记录时延也跟着变化， 表明上行 数据包并发时 存在互相影响 。 参 考表 2“安全 飞行 链路 业务指标 需求 ” ，端到端时延测试结果可以满足上行状态信息采集时延要求；对于管理命令下发，在 300米以下的低空空域可以基本满足 300ms的时延需求，但在 300 米以上空域时延较大。 低空覆盖测试表明，目前网络 300米以下空域可以 基本 满足对带宽和时延要求不敏感的安全飞行业务。 300 米以内空域地面网络信号覆盖强度较高，但当前的移动通信网络主要针对 地面终端设计，当无人机飞行高度超过基站天线的主覆盖方向后，下行方向干扰较大，部分区域可能出现暂时断线问题，同时下行干扰对无人机监管业务的速率和时延也有影响，需要在这些区域针对低空覆盖特征进一步优化网络，包括联合处理，邻区关系优化等。 空中无线通信环境与地面相比存在明显差异，包括干扰源更多、小区覆盖不规则、邻区关系复杂等，导致低空覆盖复杂化和移动性管理失效。 5G网络可通过 massive/3D-MIMO等新技术的引入，联合处理、自动邻区关系等已有技术的增强，进一步为上述问题提供解决方案 。 0501 0 01 5 02 0 02 5 03 0 03 5 04 0 04 5 0电子围栏 在线授权 心跳保活飞行记录上传 飞行记录上传 飞行记录上传 飞行记录上传 飞行记录上传 飞行记录上传 飞行记录上传 飞行记录上传 飞行记录上传 飞行记录上传 飞行记录上传心跳保活飞行记录上传 飞行记录上传 飞行记录上传 飞行记录上传 飞行记录上传 飞行记录上传 飞行记录上传 飞行记录上传 飞行记录上传 飞行记录上传心跳保活飞行记录上传 飞行记录上传 飞行记录上传 飞行记录上传 飞行记录上传 飞行记录上传 飞行记录上传 飞行记录上传 飞行记录上传 飞行记录上传心跳保活飞行记录上传 飞行记录上传 飞行记录上传 飞行记录上传 飞行记录上传 飞行记录上传 飞行记录上传 飞行记录上传 飞行记录上传 飞行记录上传心跳保活飞行记录上传 飞行记录上传1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50数据报告Page 16 of 19 2) 蜂窝辅助网络位置 校验 可信 ，可防止 GPS 不准 或者 造假 如下 为 城区 覆盖 测试 情况 ， 每个 测试点 分别 执行 5次 位置校验，如下 ： 表 6 位置校验测 试 结果 到 基站 距离（米 ） 位置 校验 阈值（ 米） 500 1000 2000 测试点 1 700 NA 5次 都 不 过 5次 都过 测试点 2 400 NA 5次 都过 5次 都过 测试点 3 600 NA 5次 都 不 过 5次 都过 测试点 4 150 4次 过 ， 1次不过 5次 都过 5次 都过 同时 通过 构建随机 GPS值 ，进行 超过 100次 测试，位置校验 可信度 100%。 结合 中国移动全网 基站 分布 以及无人机 围栏配置 （ 参考 图 9） ， 根据 区域重要性，建议 起飞前 位置校验阈值 等于 2倍 小区半径 ， 即 站间距， 如下 ： 表 7 位置校验阈值建议 城市 郊区 农村 最大小区 半径 （ 米） 1000 2000 4000 阈值（ 米） 2000 4000 8000 3) 蜂窝网络身份信息增强校验，可 提供实名登记实时精准 电信 运营商 提供 的 实名身份 校验 服务已经广泛 应用到互联网金融领域 。中国民航局信息 中心 与中国移动打通接口， 通过 APP现场 实际操作 验收测试，无人机用户提交的不全、 不一致 的身份信息被 100%实时（ 1秒 内 ） 发现， 同时 提醒用户 输入 正确 身份 信息 ， 确保了无人机实名 登记 身份信息的 高效、 便捷。 表 8 实名登记 身份校验测试结果 用例 说明 构造 信息 测试 返回 测试 结论 1 真实身份信息 1、手机号： 1502441XXXX 2、身份证号： 310231987110XXXXX 3、姓名： XXX 身份信息 匹配 通过 2 手机号不匹配 1、手机号： 1502441XXXX 2、身份证号： 310231987110XXXXX 3、姓名： XXX 身份姓名校验不通过 通过 3 姓名 不匹配 1、手机号： 1502441XXXX 2、身份证号： 310231987110XXXXX 3、姓名： XXX 身份姓名校验不通过 通过 4 身份号 不匹配 1、手机号： 1502441XXXX 身份姓名校 通过 Page 17 of 19 2、身份证号： 310231987110XXXXX 3、姓名： XXX 验不通过 4) 基于蜂窝网络的信息安全 ， 可保证无人机安全飞行 整体 业务安全 目前 无人机安全飞行 的数据 链路 消息 （ 参考 表 1） 主要 包括：电子围栏更新、 在线 授权、实时数据上报、 管理 命令以及心跳 保活，其他 消息都不被无人机云和无人机处理 。 对无人机 安全飞行 系统造成 的 风险主要是 伪造 无人机 云 发送的 下行管理 命令 和 下行心跳 响应 ， 目前 管理命令和心跳 的响应结果是执行返航或者降落， 万一 被侵入也不会造成重大伤害。 表 9 安全飞行管制 测试结果 测试项 功能描述 测试结果 管理 命令 无人机正常接收并且识别来自政府管理部门的 管理命令 ，执行相应操作，并拒绝其他命令 。 通过 ，无人机正确执行返航 /降落指令，对于非法指令不予执行，对管理链路上的无人机姿态控制等命令不予执行 。 心跳消息 无人机定期接收 /发送心跳保活消息，如果超过一定时间未接收到心跳保活响应，则执行既定返航操作 。 通过 ，无人机心跳保活正常，对未识别、错误的心跳消息不予响应。未收到心跳响应，即超