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# SkyLink 协议规范文档
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## 概述
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SkyLink 是一个多平台实时视频传输系统的通信协议，设计用于在机载端、PC 地面站和移动端之间进行高效的实时视频传输。
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## 📋 协议版本
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- **版本**: 1.0
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- **最后更新**: 2026-01-19
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- **维护者**: flowzl
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## 🔧 数据包结构
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### UDP 包头 (PacketHeader)
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总大小: 50 字节
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┌─────────┬──────────┬────────┬──────────┬────────┬──────────┬──────┬──────┬──────┬────────┬─────────┐
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│ Magic │ FrameID │ Chunks │ ChunkIdx │ DataLen│Timestamp │ Lat │ Lon │ Alt │ CRC16 │ Reserve │
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│ 2 bytes │ 4 bytes │ 2 byte │ 2 bytes │ 2bytes │ 8 bytes │ 8by │ 8by │ 8by │ 2bytes │ 4 bytes │
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└─────────┴──────────┴────────┴──────────┴────────┴──────────┴──────┴──────┴──────┴────────┴─────────┘
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```
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### 字段详解
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| 字段 | 大小 | 类型 | 说明 |
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|------|------|------|------|
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| **Magic** | 2 | uint16 | 魔数 `0xAA55`，用于识别合法数据包 |
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| **FrameID** | 4 | uint32 | 唯一的帧编号，从 0 开始递增 |
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| **TotalChunks** | 2 | uint16 | 该帧总共被分成多少个 UDP 包 |
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| **ChunkIndex** | 2 | uint16 | 当前包是第几个分片 (0-based) |
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| **DataLen** | 2 | uint16 | 当前包的有效载荷长度（单位：字节） |
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| **Timestamp** | 8 | double | GPS 时间戳或系统时间（秒数） |
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| **Latitude** | 8 | double | 纬度 (WGS84 坐标系) |
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| **Longitude** | 8 | double | 经度 (WGS84 坐标系) |
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| **Altitude** | 8 | double | 海拔高度 (单位：米) |
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| **CRC16** | 2 | uint16 | CRC16 校验码（可选，当前未使用） |
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| **Reserve** | 4 | uint32 | 保留字段，用于将来扩展 |
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## 📦 完整数据包结构
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┌─────────────────────────────┐
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│ UDP Package Header (50B) │ <- PacketHeader 结构
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├─────────────────────────────┤
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│ Payload (0 ~ 1422 bytes) │ <- JPEG 图像数据片段
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└─────────────────────────────┘
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Total: 50 ~ 1472 bytes
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### 最大包大小
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- **以太网 MTU**: 1500 字节
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- **IP 头**: 20 字节
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- **UDP 头**: 8 字节
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- **可用容量**: 1500 - 20 - 8 = 1472 字节
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- **PacketHeader**: 50 字节
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- **最大载荷**: 1472 - 50 = 1422 字节
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## 🔄 帧重组流程
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### 发送端 (ROS 2 机载端)
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1. 采集图像
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↓
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2. 编码为 JPEG (质量 1-100)
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↓
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3. 计算所需分片数
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Total = ceil(JPEG_SIZE / 1422)
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↓
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4. 逐片段创建 UDP 包头
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- magic = 0xAA55
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- frame_id = 帧计数器
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- total_chunks = 计算出的总片数
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- chunk_index = 0, 1, 2, ...
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- data_len = 当前片段大小
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- timestamp = 当前时间戳
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- lat, lon, alt = 当前 GPS 位置
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↓
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5. 发送 UDP 广播包
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通过 UDP/IP 广播到网络
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### 接收端 (PC 地面站 / Android 移动端)
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1. 监听 UDP 端口 9999
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↓
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2. 接收数据包
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↓
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3. 检查魔数是否为 0xAA55
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✗ 否 → 丢弃该包
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是 → 继续
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↓
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4. 根据 frame_id 找到对应的帧缓冲区
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如果不存在 → 创建新的缓冲区
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↓
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5. 将当前分片存储到 chunks[chunk_index]
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↓
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6. 检查是否所有分片都已接收
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if (chunks.count() == total_chunks)
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将所有分片合并为完整 JPEG 数据
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解码 JPEG 为图像
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显示到界面
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发出 frameDecoded() 信号
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↓
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7. 清理超时未完成的帧
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(超过 5 秒)
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## ⏱️ 时序示例
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假设一个 480x360 分辨率的图像，JPEG 压缩后 50 KB：
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Frame#0:
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TotalChunks = ceil(50000 / 1422) = 36 个分片
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Packet 0: magic=0xAA55, frame_id=0, chunk_index=0/36, data_len=1422
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Packet 1: magic=0xAA55, frame_id=0, chunk_index=1/36, data_len=1422
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...
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Packet 35: magic=0xAA55, frame_id=0, chunk_index=35/36, data_len=340
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-> 接收器接收到全部 36 个分片后，合并为 50KB JPEG
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-> 解码并显示图像
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Frame#1:
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frame_id=1, 重复上述过程
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## 📊 带宽计算
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### 示例配置
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- **分辨率**: 640x480
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- **JPEG 质量**: 70
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- **帧率**: 30 FPS
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- **压缩后大小**: ~40 KB/帧
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### 带宽需求
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总体数据量 = (JPEG_SIZE + Header_Overhead) × FPS
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= (40000 + 50×36) × 30
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≈ 1.2 MB/s
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≈ 9.6 Mbps
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### 网络适应性
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| 网络环境 | 推荐分辨率 | 推荐帧率 | 推荐质量 |
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|---------|----------|--------|--------|
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| WiFi 5G (100+ Mbps) | 1920x1080 | 30 | 85 |
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| WiFi 2.4G (50 Mbps) | 1280x720 | 20 | 70 |
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| 4G (10 Mbps) | 640x480 | 15 | 50 |
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| 局域网 (1000 Mbps) | 4K | 60 | 95 |
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## 🔒 安全性考虑
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### 当前缺陷
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- 无加密（UDP 明文传输）
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- 无身份验证
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- 无完整性校验（CRC16 未启用）
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### 改进建议（后续版本）
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1. **加密**: 添加 AES-128-CBC 加密层
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2. **认证**: HMAC-SHA256 签名
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3. **校验**: 启用 CRC16 检验
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4. **防重放**: 添加序列号和时间戳验证
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## 💾 编程实现参考
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### C++ 解析包头
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```cpp
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// 读取包头
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PacketHeader header;
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socket.read((uint8_t*)&header, sizeof(PacketHeader));
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// 验证
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if (header.magic != 0xAA55) {
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// 无效包
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return;
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}
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// 读取载荷
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std::vector<uint8_t> payload(header.data_len);
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socket.read(payload.data(), header.data_len);
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```
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### Kotlin 解析包头
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```kotlin
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val buffer = ByteBuffer.wrap(data)
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buffer.order(ByteOrder.LITTLE_ENDIAN)
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val header = SkyLinkPacketHeader.fromByteArray(data)
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if (header?.isValid() == true) {
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// 处理有效包
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}
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```
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### Python 解析包头（参考）
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```python
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import struct
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# 解析包头
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fmt = '<HHHHQQQQHDI' # little-endian 格式字符串
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magic, frame_id, total_chunks, chunk_idx, data_len, \
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timestamp, lat, lon, alt, crc16, reserve = \
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struct.unpack(fmt, header_bytes[:50])
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if magic == 0xAA55:
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# 有效包
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pass
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```
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