（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，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）開放：對(duì)于大規(guī)模應(yīng)用來(lái)說(shuō)，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(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。