無人機(jī)，是典型的物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)應(yīng)用。傳統(tǒng)的快遞行業(yè)，面臨著巨大的人員開銷，設(shè)備成本，安全問題。然而，無人機(jī)快遞，卻可以精準(zhǔn)而及時的完成貨物投遞，有效地節(jié)約各種資源。所以，無論是國內(nèi)的順豐，還是國外的谷歌，亞馬遜，沃爾瑪，DHL，都在研發(fā)以及測試自己的無人機(jī)快遞服務(wù)。但是，目前的無人機(jī)快遞服務(wù)，在技術(shù)，安全，監(jiān)管方面，都面臨諸多問題，尚未成熟。所以，我們以無人機(jī)快遞服務(wù)為例，剖析一下“霧計(jì)算”能如何解決這些問題。

 

　　無人機(jī)快遞服務(wù)面臨的挑戰(zhàn)

 

　　無人機(jī)快遞業(yè)務(wù)，如果要從測試階段，走向大規(guī)模應(yīng)用的現(xiàn)實(shí)，必須解決以下的問題：

 

　　安全性

 

　　無人機(jī)快遞服務(wù)，必須要帶來空域共享的問題。因?yàn)?，快遞業(yè)務(wù)的繁忙度，空中可能會有數(shù)以萬計(jì)的無人機(jī)，這時就會帶來很多的危險和沖突，例如：無人機(jī)之間的相互碰撞，無人機(jī)和飛鳥，飛機(jī)，高層建筑之間的碰撞。所以，無人機(jī)必須能夠辨別碰撞物，迅速作出反應(yīng)。

 

 

　　帶寬瓶頸和開銷

 

　　在無人機(jī)運(yùn)輸貨物和交貨的過程中，控制端需要不斷的進(jìn)行通信和追蹤。所以，這轉(zhuǎn)化為了每次無人機(jī)飛行的數(shù)據(jù)流。但是，獲取這些數(shù)據(jù)，很可能需要昂貴的衛(wèi)星導(dǎo)航，這樣大大增加了商業(yè)應(yīng)用成本。

 

　　對于每個供應(yīng)商來說，獨(dú)立于其他的供應(yīng)商無人機(jī)編隊(duì)，只管理自己的無人機(jī)編程，是不切實(shí)際的。為了無人機(jī)的大規(guī)模應(yīng)用，業(yè)內(nèi)必須開發(fā)無人機(jī)調(diào)度中心，來協(xié)調(diào)各個公司無人機(jī)編隊(duì)的飛行，如同機(jī)場一樣。管理這些調(diào)度中心的先進(jìn)技術(shù)，對于協(xié)調(diào)地面以及空中的無人機(jī)操作，十分重要。

 

　　監(jiān)管的復(fù)雜性

 

　　無人機(jī)，需要在復(fù)雜的監(jiān)管環(huán)境中操作。世界各地的航空管理局，都為無人機(jī)的操作制定了規(guī)范。有些規(guī)范，限定無人機(jī)必須在操作者的視線范圍內(nèi)飛行，禁止在一些區(qū)域和條件下飛行。也許未來，當(dāng)出現(xiàn)能夠確保飛行安全的技術(shù)后，無人機(jī)或許被允許在視線以外的地方飛行。

 

 

 

　　面對無人機(jī)快遞應(yīng)用的種種挑戰(zhàn)，下面，我們重點(diǎn)介紹一下，霧計(jì)算的應(yīng)用能夠起到什么樣的幫助。

 

　　地面快速協(xié)調(diào)

 

　　大家可以想想看機(jī)場最繁忙時的景象。飛機(jī)，排著長隊(duì)等待起飛，同時又有很多飛機(jī)降落在跑道上。商用的無人機(jī)調(diào)度中心，也以同樣的模式運(yùn)行，每天空中交通的容量和機(jī)場一樣，甚至更多。

 

　　調(diào)度中心，有多個無人機(jī)的入港位。高度自動化的設(shè)備，加載和卸載快遞包裹。無人機(jī)，在每次飛行前，都需要進(jìn)行例行檢查。所有的無人機(jī)，都必須有飛行計(jì)劃，以便對起飛和降落進(jìn)行調(diào)度，防止沖突。并且，需要在短時間內(nèi)，完成這么多數(shù)量的無人機(jī)的裝貨，起飛，降落，以及維護(hù)。

 

　　一個無人機(jī)在最終進(jìn)場的時候，速度可達(dá)100英里每小時，或者147英尺每秒。在下降的過程中，在無人機(jī)和地面“控制塔”之間，需要每秒數(shù)幾百次循環(huán)的實(shí)時信息更新。然而，通過云的信息傳遞，最佳的情況，延時大概在80毫秒左右。所以，無人機(jī)在一次消息往復(fù)之間，會飛行12英尺。因?yàn)?，所有的消息要通過云，所以產(chǎn)生了延遲，很難完成瞬間響應(yīng)。

 

　　然而，霧計(jì)算，會考慮到高流量無人機(jī)交通的安全控制需求，提高迅信息通訊，存儲和計(jì)算的速度，更加有效地持續(xù)響應(yīng)軟件更新，大數(shù)據(jù)以及其他通信和計(jì)算需求。

 

　　地面的霧計(jì)算控制器，縮短了無人機(jī)和“控制塔”之間的通訊循環(huán)時間，一定程度上減少了延時，所以無人機(jī)只飛行兩英寸，就可以進(jìn)行一次信息更新。如果，同樣的通信要通過云，無人機(jī)則需要飛行12英里。

 

　　然而，某些地面信息仍然需要上傳到云端，例如通訊記錄，可以發(fā)送到云端進(jìn)行長期存儲和分析。

 

　　空中自主操作

 

　　提及無人機(jī)的商業(yè)應(yīng)用，你會召喚出一些列炫酷的無人機(jī)技能。但是，這個并不重要。在任何時候，空中的無人機(jī)都需要進(jìn)行安全管理，就像客運(yùn)和貨運(yùn)的交通管理一樣。

 

　　但是，空中的無人機(jī)安全，有著不同的維度。無人機(jī)是無人控制的，所以沒有飛行員，副駕駛和導(dǎo)航員，來檢查天氣狀況，或者這個區(qū)域的其他飛機(jī)，作出相應(yīng)調(diào)整。

 

　　因?yàn)闊o人機(jī)駕駛，所以無人機(jī)需要足夠的“智能”來自主運(yùn)行。首先，這需要無人機(jī)上的霧節(jié)點(diǎn)，能夠意識到任何鄰近無人機(jī)的物體，包括天氣狀況，其他無人機(jī)，飛鳥或者建筑。

 

　　霧計(jì)算，也包括自動響應(yīng)：能夠采取適當(dāng)?shù)淖晕壹m正的操作序列。

 

　　無人機(jī)感知問題，進(jìn)行分析，并且做出反應(yīng)的時間，要達(dá)到亞毫秒級。而在云端，進(jìn)行這樣的處理循環(huán)，時間則太久。等到無人機(jī)報告問題，處理的問題的最佳時間已經(jīng)錯過。

 

　　空中自主飛行，意味著無人機(jī)可以進(jìn)行自我檢查，保證所有的系統(tǒng)可以正確操作。并且，一旦發(fā)現(xiàn)問題，無人機(jī)上的霧計(jì)算節(jié)點(diǎn)，可以采取適當(dāng)?shù)拇胧┻M(jìn)行糾正，或者補(bǔ)償，甚至返回調(diào)度中心進(jìn)行維護(hù)。

 

　　地面和空中的安全性

 

　　安全，是無人機(jī)的重要考量因素。如果黑客鎖定和控制帶有供給，藥物甚至數(shù)據(jù)的無人機(jī)，這是多么危險。在多傳感器上，增加安全功能，例如加密和防止芯片克隆，將增加無人機(jī)的成本。從云端下載安全證書，補(bǔ)丁和更新，需要花費(fèi)很多數(shù)據(jù)帶寬。所以，最后只能采取折中的安全性方案。

 

　　然而，無人機(jī)上的霧節(jié)點(diǎn)，可以控制安全性，不需要增加復(fù)雜度，大小，甚至任何無人機(jī)部件的開銷。霧節(jié)點(diǎn)可以在飛行中，進(jìn)行安全更新，防御周邊黑客的攻擊。

 

　　商業(yè)無人機(jī)部署相關(guān)的霧計(jì)算架構(gòu)視圖

 

 

　　Open Fog Consortium給出了8支柱的霧計(jì)算架構(gòu)。在大規(guī)模的無人機(jī)部署中，這個八個因素扮演著很重要的角色：

 

　?。?）分層：單層的地面支持計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)，對于大規(guī)模無人機(jī)網(wǎng)絡(luò)來說，無法解決相關(guān)的計(jì)算問題。霧網(wǎng)絡(luò)，需要支持分層結(jié)構(gòu)，具有本地，鄰居，和區(qū)域級別，有效的劃分計(jì)算任務(wù)。

 

　?。?）開放：對于大規(guī)模應(yīng)用來說，具有開放標(biāo)準(zhǔn)很重要，因?yàn)樵S多利益相關(guān)方，想要提供無人機(jī)地面支持系統(tǒng)的硬件和軟件。

 

　?。?）可編程性：地面支持網(wǎng)絡(luò)，大部分的價值在于它們的軟件。霧節(jié)點(diǎn)，提供的支持，必須高度可編程，讓軟件可以持續(xù)創(chuàng)新。

 

　?。?）安全性：無人機(jī)系統(tǒng)，如果被黑客攻擊后，會相當(dāng)危險。所以霧計(jì)算必須增加安全層，來保證系統(tǒng)安全。

 

　?。?）可擴(kuò)展性：無人機(jī)網(wǎng)絡(luò)必須有可擴(kuò)展的性能和容量。從性能方面所，它必須能構(gòu)建毫秒級延時的系統(tǒng)。當(dāng)無人機(jī)服務(wù)增長時，霧計(jì)算架構(gòu)也必須擴(kuò)大它的容量。

 

　?。?）可靠性/可用性/可服務(wù)性（RAS）：無人機(jī)支持系統(tǒng)，通常是完成關(guān)鍵任務(wù)的，具有嚴(yán)苛的可用性要求。所以，硬件和軟件必須高度可靠，支持系統(tǒng)可以高效的配置和維護(hù)它們。

 

　?。?）自主性：無人機(jī)和他們地面支持網(wǎng)絡(luò)，要能夠作出它們自己的決定，特別是在其他網(wǎng)絡(luò)資源，因?yàn)樨?fù)載或者失敗不可用的時候。

 

　?。?）敏捷性：支持大規(guī)模無人機(jī)操作的霧元素，需要滿足需求和應(yīng)用日新月異的迅速變化。