MAVLink(Micro Air Vehicle Link)是一种专为微型飞行器设计的轻量级通信协议，广泛应用于无人机和地面站之间的数据传输和通信。该协议最初由苏黎世联邦理工学院计算机视觉与几何实验组的Lorenz Meier于2009年发布，并遵循LGPL开源协议。
MAVLink协议的基本单位是消息帧，每个消息帧包含一个6字节的报头和数据部分。报头中包含了消息长度、数据类型、消息来源等信息，用于确保消息的正确传输和校验。MAVLink协议支持多种传输方式，包括串口、WiFi、蓝牙等，因此具有很高的灵活性和兼容性。
MAVLink协议定义了一套标准化的消息结构，支持多种数据类型，如整型、浮点型、字符串等。这些消息可以通过不同的通道发送，例如USB串行或无线遥测。此外，MAVLink还提供了丰富的消息集，可以在common.xml和ardupilot.xml文件中找到，这些消息集可以满足无人机和地面站之间各种通信需求。
MAVLink协议的一个重要特点是其高效性和低开销。由于消息短小且通信开销小，MAVLink在无人机通信中得到了广泛应用。它不仅适用于无人机与地面站之间的通信，还可以用于无人机之间的通信以及无人机与其他设备(如相机、计算设备等)之间的通信。
MAVLink协议通过其灵活的消息结构和高效的传输机制，在无人机生态系统中扮演了重要角色，为无人机的监控和控制提供了强大的支持。
一、 MAVLink协议的最新版本是什么
MAVLink协议的最新版本是2.0.这一信息可以从中得到确认，该证据指出：“Mavlink现在最新版本是2.0”。与早期版本相比，MAVLink 2.0主要改进包括：
- 标准化消息集：提到MAVLink 2.0定义了标准化的消息集，这意味着它提供了一套统一的消息格式，使得不同系统之间的通信更加高效和一致。
- 数据结构优化：中提到了MAVLink 1.0和2.0的消息结构，虽然没有详细列出所有改进点，但可以推断出MAVLink 2.0在数据结构上进行了优化，以提高通信效率。
- 安全性增强：指出MAVLink 1的安全性较差，容易被攻击方截取、篡改、伪造和重放。虽然没有直接提及MAVLink 2.0的安全性改进，但可以合理推测，作为更新版本，MAVLink 2.0在安全性方面进行了增强，以应对这些安全威胁。
二、 MAVLink协议在不同传输方式的性能比较
MAVLink协议是一种专为微型飞行器设计的轻量级通信协议，支持多种传输方式，包括串口、WiFi和蓝牙。以下是MAVLink协议在不同传输方式下的性能比较：
1. 串口通信：
- 优点：串口通信通常用于设备之间的直接连接，如机载计算机与飞控的连接。串口通信具有较高的可靠性和稳定性，特别是在低速数据传输时表现良好。此外，串口通信在硬件调试和软件开发中能够有效提升效率和准确性。
- 缺点：由于MAVLink协议的数据包较大，当波特率低于38400时，可能会出现卡顿现象。因此，串口通信在高速数据传输时可能不如其他方式高效。
2. WiFi通信：
- 优点：MAVLink协议通过WiFi与地面站控制软件(如QGroundControl)进行通信，能够实现远程控制和数据传输。WiFi通信具有较高的灵活性和扩展性，适用于需要远程操作的场景。WiFi模块的标准2.4G协议支持多种操作系统平台，兼容性较好。
- 缺点：WiFi通信的延迟可能较高，尤其是在信号较弱或干扰较多的环境中。此外，WiFi通信的功耗相对较高，不适合长时间运行的无人机系统。
3. 蓝牙通信：
- 优点：蓝牙模块内置在一些设备中，如FM30数遥一体蓝牙高频头，支持MAVLink协议，并可以通过地面站APP进行飞行信息实时查看。蓝牙通信具有较低的功耗和较好的便携性，适合短距离通信。
- 缺点：蓝牙通信的传输距离有限，通常在几米到几十米之间，不适合长距离通信。此外，蓝牙通信的抗干扰能力较弱，可能受到其他无线信号的干扰。
MAVLink协议在不同传输方式下各有优缺点。串口通信适用于低速、高可靠性的本地连接;WiFi通信适用于远程控制和高灵活性的应用;蓝牙通信则适合短距离、低功耗的场景。
三、 如何实现MAVLink协议的消息加密和安全传输?
MAVLink协议的消息加密和安全传输可以通过以下几种方法实现：
- 数据包签名：ArduPilot和Mission Planner等工具可以通过使用加密密钥添加数据包签名来增加MAVLink传输的安全性。这种方法并不直接加密数据，而是通过签名来控制自动驾驶仪是否会响应MAVLink命令，从而防止未经授权的地面控制站读取或写入参数以及发送命令给飞控。
- 密钥管理：密钥由一组32字节的二进制数据构成，用于创建消息签名。密钥通常由网络上的某一系统(多数情况下是地面站)创建，并通过可靠通道分享到受信任设备。
- 协议扩展：在开源的MAVLink基础上，可以加入协议加密、数据签名和访问认证的部分。即使攻击者能攻破物理层协议，由于上层协议是加密签名的，依然可以保证无人机系统的通信安全。
- 版本升级：MAVLink 2.0版本通过认证加强了无人机的安全性，同时增加了时间戳和签名机制，进一步提升了通信的安全性。
- 替代协议：可以考虑使用Secure MavLink或其继任者GEC等替代协议，这些协议提供了更高级别的加密和安全机制。
四、 MAVLink协议支持哪些具体的数据类型和消息集
MAVLink协议是一种专为无人机和地面站之间通信设计的二进制遥测协议，支持多种数据类型和消息集，适用于不同的应用场景。以下是MAVLink协议支持的具体数据类型和消息集及其应用场景：
1. 预定义的消息类型：
- HEARTBEAT消息：用于确认系统活动，确保无人机与地面站之间的通信连接正常。
- ATTITUDE消息：用于传输无人机的姿态信息，包括俯仰、横滚和偏航角度。
- GPS坐标消息：用于传输无人机的GPS位置信息，这对于导航和定位至关重要。
- 命令与控制消息：用于地面站向无人机发送各种控制命令，如起飞、降落、悬停等。
2. MAVLink通用消息集：
这些消息集定义了通用的消息类型，是大多数地面控制站和自动驾驶仪实现的基础。这些消息集可以在《MAVLink Common Message Set Specifications》文档中查看。
每个XML文件对应一个特定的MAVLink系统，并为该系统定义了专属的消息集(亦被称为“语支dialect”)，例如common.xml 和ardupilot.xml 。
3. 自定义消息：
在进行开源飞控二次开发时，增加自定义消息非常普遍。例如，在offboard模式下，将视觉避障信息或者雷达信息发送给飞控时，就需要在MAVLink中自定义一些消息。
4. 消息包结构：
消息包结构定义了消息包在发送、接收、初次解析中所需信息的存储规则。在MAVLink 1.0版本中，消息包结构包括STX段引导和校验位等信息。
5. 应用场景：
- 飞行控制：通过发送控制命令来实现无人机的起飞、降落、悬停等操作。
- 传感器数据传输：传输无人机传感器的数据，如GPS坐标、姿态信息等。
- 命令与控制：地面站向无人机发送各种控制命令，以实现精确的飞行操作。
- 自定义应用：在特定应用场景下，如视觉避障或雷达信息传输，需要自定义消息来满足特定需求。
五、MAVLink协议如何处理网络延迟和丢包问题?
在实际应用中，MAVLink协议通过多种方式来处理网络延迟和丢包问题。首先，MAVLink协议设计简洁高效，主要针对低带宽、高延迟的无线通信环境。它以小尺寸的二进制消息格式传输数据，确保了在有限的网络资源下仍能高效传输。此外，MAVLink协议支持多种传输层协议，如UDP、TCP和串行通信，使其能在不同的网络拓扑和硬件环境中工作。
为了进一步减少延迟，MAVLink协议的代码经过优化，使得内存占用空间最小以及消息交换延迟最低。在高延迟模式下，MAVLink协议可以每5秒发送一次高延迟信息，并且对MAVLink命令或请求的响应(如命令确认或参数请求)也将被发送。这种模式特别适用于低带宽或高成本链路(如卫星或LoRA)。
MAVLink协议还包含起始签名字节和丢包检测功能，以确保数据包的完整性和可靠性。MAVLink 1版本的每个数据包中只有8个字节的额外开销，而MAVLink 2版本只有14个字节的额外开销(如果使用签名字节的话为27个)，这使得MAVLink成为一个可扩展的协议。
