(原標(biāo)題:“霧計(jì)算”應(yīng)用案例分析:無(wú)人機(jī)快遞)
無(wú)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(kāi)銷,設(shè)備成本,安全問(wèn)題。然而,無(wú)人機(jī)快遞,卻可以精準(zhǔn)而及時(shí)的完成貨物投遞,有效地節(jié)約各種資源。所以,無(wú)論是國(guó)內(nèi)的順豐,還是國(guó)外的谷歌,亞馬遜,沃爾瑪,DHL,都在研發(fā)以及測(cè)試自己的無(wú)人機(jī)快遞服務(wù)。但是,目前的無(wú)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(wèn)題,尚未成熟。所以,我們以無(wú)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(wèn)題。
無(wú)人機(jī)快遞服務(wù)面臨的挑戰(zhàn)
無(wú)人機(jī)快遞業(yè)務(wù),如果要從測(cè)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(wèn)題:
安全性
無(wú)人機(jī)快遞服務(wù),必須要帶來(lái)空域共享的問(wèn)題。因?yàn)?,快遞業(yè)務(wù)的繁忙度,空中可能會(huì)有數(shù)以萬(wàn)計(jì)的無(wú)人機(jī),這時(shí)就會(huì)帶來(lái)很多的危險(xiǎn)和沖突,例如:無(wú)人機(jī)之間的相互碰撞,無(wú)人機(jī)和飛鳥(niǎo),飛機(jī),高層建筑之間的碰撞。所以,無(wú)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(kāi)銷
在無(wú)人機(jī)運(yùn)輸貨物和交貨的過(guò)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(wú)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。
無(wú)人機(jī)調(diào)度中心管理
對(duì)于每個(gè)供應(yīng)商來(lái)說(shuō),獨(dú)立于其他的供應(yīng)商無(wú)人機(jī)編隊(duì),只管理自己的無(wú)人機(jī)編程,是不切實(shí)際的。為了無(wú)人機(jī)的大規(guī)模應(yīng)用,業(yè)內(nèi)必須開(kāi)發(fā)無(wú)人機(jī)調(diào)度中心,來(lái)協(xié)調(diào)各個(gè)公司無(wú)人機(jī)編隊(duì)的飛行,如同機(jī)場(chǎng)一樣。管理這些調(diào)度中心的先進(jìn)技術(shù),對(duì)于協(xié)調(diào)地面以及空中的無(wú)人機(jī)操作,十分重要。
監(jiān)管的復(fù)雜性
無(wú)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(wú)人機(jī)的操作制定了規(guī)范。有些規(guī)范,限定無(wú)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(lái),當(dāng)出現(xiàn)能夠確保飛行安全的技術(shù)后,無(wú)人機(jī)或許被允許在視線以外的地方飛行。
霧計(jì)算解決方案
面對(duì)無(wú)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(chǎng)最繁忙時(shí)的景象。飛機(jī),排著長(zhǎng)隊(duì)等待起飛,同時(shí)又有很多飛機(jī)降落在跑道上。商用的無(wú)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(chǎng)一樣,甚至更多。
調(diào)度中心,有多個(gè)無(wú)人機(jī)的入港位。高度自動(dòng)化的設(shè)備,加載和卸載快遞包裹。無(wú)人機(jī),在每次飛行前,都需要進(jìn)行例行檢查。所有的無(wú)人機(jī),都必須有飛行計(jì)劃,以便對(duì)起飛和降落進(jìn)行調(diào)度,防止沖突。并且,需要在短時(shí)間內(nèi),完成這么多數(shù)量的無(wú)人機(jī)的裝貨,起飛,降落,以及維護(hù)。
一個(gè)無(wú)人機(jī)在最終進(jìn)場(chǎng)的時(shí)候,速度可達(dá)100英里每小時(shí),或者147英尺每秒。在下降的過(guò)程中,在無(wú)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(shí)信息更新。然而,通過(guò)云的信息傳遞,最佳的情況,延時(shí)大概在80毫秒左右。所以,無(wú)人機(jī)在一次消息往復(fù)之間,會(huì)飛行12英尺。因?yàn)?,所有的消息要通過(guò)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(huì)考慮到高流量無(wú)人機(jī)交通的安全控制需求,提高迅信息通訊,存儲(chǔ)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(wú)人機(jī)和“控制塔”之間的通訊循環(huán)時(shí)間,一定程度上減少了延時(shí),所以無(wú)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(guò)云,無(wú)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(zhǎng)期存儲(chǔ)和分析。
空中自主操作
提及無(wú)人機(jī)的商業(yè)應(yīng)用,你會(huì)召喚出一些列炫酷的無(wú)人機(jī)技能。但是,這個(gè)并不重要。在任何時(shí)候,空中的無(wú)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(wú)人機(jī)安全,有著不同的維度。無(wú)人機(jī)是無(wú)人控制的,所以沒(méi)有飛行員,副駕駛和導(dǎo)航員,來(lái)檢查天氣狀況,或者這個(gè)區(qū)域的其他飛機(jī),作出相應(yīng)調(diào)整。
因?yàn)闊o(wú)人機(jī)駕駛,所以無(wú)人機(jī)需要足夠的“智能”來(lái)自主運(yùn)行。首先,這需要無(wú)人機(jī)上的霧節(jié)點(diǎn),能夠意識(shí)到任何鄰近無(wú)人機(jī)的物體,包括天氣狀況,其他無(wú)人機(jī),飛鳥(niǎo)或者建筑。
霧計(jì)算,也包括自動(dòng)響應(yīng):能夠采取適當(dāng)?shù)淖晕壹m正的操作序列。
無(wú)人機(jī)感知問(wèn)題,進(jìn)行分析,并且做出反應(yīng)的時(shí)間,要達(dá)到亞毫秒級(jí) 。而在云端,進(jìn)行這樣的處理循環(huán),時(shí)間則太久。等到無(wú)人機(jī)報(bào)告問(wèn)題,處理的問(wèn)題的最佳時(shí)間已經(jīng)錯(cuò)過(guò)。
空中自主飛行,意味著無(wú)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(wèn)題,無(wú)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(wú)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(wú)人機(jī),這是多么危險(xiǎn)。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(wú)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(wú)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(wú)人機(jī)部件的開(kāi)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(wú)人機(jī)部署相關(guān)的霧計(jì)算架構(gòu)視圖
8支柱的霧計(jì)算架構(gòu)
OpenFog Consortium給出了8支柱的霧計(jì)算架構(gòu)。在大規(guī)模的無(wú)人機(jī)部署中,這個(gè)八個(gè)因素扮演著很重要的角色:
(1)分層:?jiǎn)螌拥牡孛嬷С钟?jì)算機(jī)結(jié)構(gòu),對(duì)于大規(guī)模無(wú)人機(jī)網(wǎng)絡(luò)來(lái)說(shuō),無(wú)法解決相關(guān)的計(jì)算問(wèn)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(jí)別,有效的劃分計(jì)算任務(wù)。
(2)開(kāi)放:對(duì)于大規(guī)模應(yīng)用來(lái)說(shuō),具有開(kāi)放標(biāo)準(zhǔn)很重要,因?yàn)樵S多利益相關(guān)方,想要提供無(wú)人機(jī)地面支持系統(tǒng)的硬件和軟件。
(3)可編程性:地面支持網(wǎng)絡(luò),大部分的價(jià)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。
(4)安全性:無(wú)人機(jī)系統(tǒng),如果被黑客攻擊后,會(huì)相當(dāng)危險(xiǎn)。所以霧計(jì)算必須增加安全層,來(lái)保證系統(tǒng)安全。
(5)可擴(kuò)展性:無(wú)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(jí)延時(shí)的系統(tǒng)。當(dāng)無(wú)人機(jī)服務(wù)增長(zhǎng)時(shí),霧計(jì)算架構(gòu)也必須擴(kuò)大它的容量。
(6)可靠性/可用性/可服務(wù)性(RAS):無(wú)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。
(7)自主性:無(wú)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(shí)候。
(8)敏捷性:支持大規(guī)模無(wú)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。