PX4无人机配置4G空地多机组网系统

前言

使用4G网络实现无人机地面端与天空端实时通信，并基于蒲公英cloudVPN组网技术实现广域网内的异地组网，进一步实现不限制距离的空地多机远程组网系统。

cloudVPN组网无需公网IP，需要注册一个花生壳账户，并将蒲公英X1盒子绑定到账户中，另外，还需要给访问端的电脑安装蒲公英访问端并登录账户绑定软件成员。

该方法的优势：不受公网IP的限制，以及不受距离的限制，理论上可以实现4G信号覆盖范围内的任意组网远程连接。

已有方案对比

PX4和Ardupilot官方均有通过4G LTE进行VPN组网的相关教程，采用zerotier实现。

Companion Computer Peripherals | PX4 User Guide

缺点：

zerotier服务是开源的，采用基于P2P的技术实现VPN组网，相对于闭源的蒲公英组网方案来说延迟较大，而且无法通过硬件的指示灯状态判断当前组网情况。
国内由于网络等限制，zerotier服务可能不稳定，容易出现空中断联等情况。

优点：

zerotier服务免费，不限制登录设备。
无需组网路由器，直接将4G LTE上网卡插入到机载计算机，设置zerotier组网服务开机启动即可。

注意事项

（重点）4G网络可能存在一定的不稳定性，为了保证安全的前提下，建议至少安装另外一套远距离数传，并保持飞行全程实时连接至备用地面站。
蒲公英组网免费配置最多只能连接一个硬件端和两个软件端，这里我们配置X1组网盒子为硬件端，两个软件端分别配置为平板电脑端和地面站计算机端。
4G上网卡的IP地址默认为192.168.8.1，但是不要误认为该上网卡负责DHCP和DNS服务，而将蒲公英X1组网盒子设为旁路模式（具体什么是旁路可以搜一下）。正确的做法是将X1盒子设置为路由器模式，由X1盒子分配DHCP和DNS。
异地组网一定要先打开组网访问端，并确定参与组网的硬件设备和软件成员是否在线，可以先互相ping一下看看是否组网成功。

硬件配置

这里我们以一套天空端和一套地面端为例：

天空端：
Holybro Pixhawk 4飞控（pix系列飞控都可以，不限制）
采用4G上网卡+蒲公英X1组网盒子实现天空端4G网络功能
机载计算机为jetson xavier nx，通过千兆网线连接到蒲公英X1组网盒子
无线数传采用insight数传（最好是传输距离>2km的）
4G上网卡推荐型号：华为EC3372-871
注：4G上网卡型号有具体要求，可参考蒲公英X1手册说明
地面端：
采用4G无线路由器实现地面端4G网络功能（也可使用普通路由器，具体取决于功能）
地面端计算机为Thinkpad E450，安装Ubuntu 18,04操作系统，通过千兆网线连接到4G无线路由器
飞手端平板电脑采用小米平板4plus，通过WiFi连接至数传地面端
4G路由器推荐型号：华为B315s-936
注：4G路由器无具体要求，建议使用千兆路由器

天空端和地面端各自需要一张物联网卡。

软件配置

一、蒲公英X1组网盒子配置3G/4G USB适配器

具体配置方式可参考如下链接：

蒲公英X1上网方式设置说明

以下摘录出需要我们配置的内容，供大家参考：

◆接线：

使用USB上网适配器上网时，接线如下图：

这里连接电脑的部分改成连接jetson xavier nx

**①将3G/4G USB上网适配器接入蒲公英X1侧面USB接口；**注：目前蒲公英X1支持的USB上网适配器型号——戳我了解。

**②将网线一端接入路由器X1网口，另一端接入电脑网口；**注：如果您希望通过笔记本电脑、平板、手机等无线方式配置路由器，此处可不连计算机。

③连接电源适配器。

确认您电脑的IP地址是自动获取的情况下，打开浏览器地址栏输入：

http://oraybox.com

进入【本地管理】页面。在【上网设置】处，选择上网方式为：3G/4G USB适配器。

然后根据网卡的类型来配置上网即可。

注：物联网卡需激活后才能插入到4G上网卡中使用，否则会提示无网络连接。

二、蒲公英X1组网盒子修改WiFi名称、密码，以及IP地址

蒲公英X1组网盒子默认WiFi无密码，建议配置密码

注意：一定要把蒲公英X1有线连接机载计算机的IP地址与MAC绑定，否则下一次重启无人机之后可能无法通过原IP地址连接成功。

具体设置方法浏览器输入pgybox.oray.com，找到左边菜单栏中的网络设置 → DHCP设置 → DHCP静态分配选项，绑定机载计算机对应的静态IP。

之后用电脑WiFi无线连接至蒲公英X1组网盒子，输入192.168.8.1进入4G上网卡管理界面，查看4G网络连接情况。

Tips: 此处如果能正常连接WiFi，但是无法上网，可以把4G上网卡拔下来插在电脑上面试一下网络是否通畅。

三、机载计算机配置

机载计算机安装nomachine软件，配置openssh-server以及vsftpd等常用服务。

机载计算机通过网线连接到蒲公英X1组网盒子的LAN口（盒子本身有无线wifi功能，但是有线延迟比无线小一些，可以选一条短一点的网线接上），此时机载计算机网络端口相关内容不需要任何配置改动。

建议机载计算机不手动指定IP地址，采用蒲公英X1分配IP地址，并绑定硬件MAC地址。

机载计算机配置数传可采用3.1和3.2两种方式其中一种，也可两种方式都配置，但需注意UDP端口冲突的问题。

3.1 mavros配置UDP数传（非必要，可使用mavlink-router代替）

安装mavros功能包，并且正确启动mavros px4节点后，方可使用地面端UDP协议通信。

需要修改启动文件中下面这一行的数值：

<param name="gcs_url" value="" />

参考如下教程：

px4 UDP实现WIFI数传_RENyunfan-CSDN博客

3.2 单独配置mavlink路由器（非必要，可使用UDP数传代替）

使用MAVLink路由器，mavlink-router可以被用来路由从localhost到外部接口的包。

至于为什么叫MAVLink路由器，是因为该服务起到的作用就是使MAVLink数据流能在已配置的网络端口和串口之间无障碍双向通信，类似于透明网桥（无防火墙阻碍的透明网络桥接传输）的功能，学过计算机网络的同学可能这里更容易理解一些。

官方GitHub教程如下：

mavlink-router/mavlink-router

第三方教程：

6. Install and setup mavlink-router

mavlink-router

编译安装好mavlink-router之后就需要修改对应的配置文件，添加对应的串口和本地转发以及地面站转发。

之后重启对应的服务，即可实现服务开机自动启动。

注：

mavlink-routerd命令-e后面接的参数是mavlink数据转发的IP地址，IP地址填写本机IP地址和转发的IP地址即可，如果担心由于DHCP等服务导致转发的IP地址失效，这里可不填转发的IP地址。
mavlink-routerd命令和service服务的方式启动效果是一样的，区别是前者需要读取-e后接的命令行参数根据IP和端口新建对应的路由连接，后者通过已配置好的main.conf配置文件自动读取相应的IP和端口同样新建对应的路由连接。
QGC地面站默认参数状态下响应来自于本机IP地址下的14550端口的UDP协议mavlink信息，如果main.conf配置文件中未添加转发的IP地址或转发的IP地址发生变化，则需要在QGC地面站中手动指定对应的参数，并重新连接。
mavlink-router服务启动后，如果需要再启动mavros节点，mavros节点中的gcs_url参数需要设置为空，或修改端口为与mavlink-router服务端口不一致的其他端口号，否则会出现端口冲突。

3.3 配置ROS主从机（非必要）

注意区分主从机，机载端是主机，而地面端是从机。

参考如下教程：

一遍成功的ROS主从机详细配置_zhanghm1995的博客-CSDN博客_ros主从机设置

四、地面站计算机配置

地面站计算机连接至地面端4G路由器，安装蒲公英Linux版访问端与nomachine软件，同样需要配置主从机。

注意：配置主从机的时候，IP地址要填写蒲公英X1分配给机载计算机用于组网的IP地址。

区分方法为：组网的IP默认是10.X.X.X的，而其他内网的IP默认很可能是192.168.X.X的。

五、测试连接

上电启动：先给无人机上电启动，此时蒲公英X1盒子和机载计算机以及4G上网卡同步启动。等待蒲公英X1盒子指示灯变成蓝色常亮后，说明网络已成功连接。
机载计算机远程访问：之后确保地面站计算机的蒲公英访问端处于运行状态下，先查看组网硬件连接情况，确认上线之后打开nomachine软件，IP地址填写蒲公英X1分配给机载计算机用于组网的IP地址。端口和协议保持不变，之后点击连接，输入用户名和密码即可成功访问到机载计算机。
ROS主从机连接：在地面站计算机上面启动roscore节点和其他需要的节点即可。
QGC地面站连接：检查地面站是否已经自动连接成功，如果提示连接失败，需要手动配置对应的连接信息。