（原標題：“霧計算”應用案例分析：無人機快遞）

無人機，是典型的物聯(lián)網(wǎng)相關應用。傳統(tǒng)的快遞行業(yè)，面臨著巨大的人員開銷，設備成本，安全問題。然而，無人機快遞，卻可以精準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快遞服務。但是，目前的無人機快遞服務，在技術(shù)，安全，監(jiān)管方面，都面臨諸多問題，尚未成熟。所以，我們以無人機快遞服務為例，剖析一下“霧計算”能如何解決這些問題。

　無人機快遞服務面臨的挑戰(zhàn)

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

安全性

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

　帶寬瓶頸和開銷

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

　無人機調(diào)度中心管理

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

　監(jiān)管的復雜性

無人機，需要在復雜的監(jiān)管環(huán)境中操作。世界各地的航空管理局，都為無人機的操作制定了規(guī)范。有些規(guī)范，限定無人機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，當出現(xiàn)能夠確保飛行安全的技術(shù)后，無人機或許被允許在視線以外的地方飛行。

霧計算解決方案

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

　地面快速協(xié)調(diào)

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

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

一個無人機在最終進場的時候，速度可達100英里每小時，或者147英尺每秒。在下降的過程中，在無人機和地面“控制塔”之間，需要每秒數(shù)幾百次循環(huán)的實時信息更新。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，無人機在一次消息往復之間，會飛行12英尺。因為，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。

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

地面的霧計算控制器，縮短了無人機和“控制塔”之間的通訊循環(huán)時間，一定程度上減少了延時，所以無人機只飛行兩英寸，就可以進行一次信息更新。如果，同樣的通信要通過云，無人機則需要飛行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)送到云端進行長期存儲和分析。

　空中自主操作

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

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

因為無人機駕駛，所以無人機需要足夠的“智能”來自主運行。首先，這需要無人機上的霧節(jié)點，能夠意識到任何鄰近無人機的物體，包括天氣狀況，其他無人機，飛鳥或者建筑。

霧計算，也包括自動響應：能夠采取適當?shù)淖晕壹m正的操作序列。

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

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

地面和空中的安全性

安全，是無人機的重要考量因素。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，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，將增加無人機的成本。從云端下載安全證書，補丁和更新，需要花費很多數(shù)據(jù)帶寬。所以，最后只能采取折中的安全性方案。

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

　商業(yè)無人機部署相關的霧計算架構(gòu)視圖

8支柱的霧計算架構(gòu)

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

（1）分層：單層的地面支持計算機結(jié)構(gòu)，對于大規(guī)模無人機網(wǎng)絡來說，無法解決相關的計算問題。霧網(wǎng)絡，需要支持分層結(jié)構(gòu)，具有本地，鄰居，和區(qū)域級別，有效的劃分計算任務。

（2）開放：對于大規(guī)模應用來說，具有開放標準很重要，因為許多利益相關方，想要提供無人機地面支持系統(tǒng)的硬件和軟件。

（3）可編程性：地面支持網(wǎng)絡，大部分的價值在于它們的軟件。霧節(jié)點，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：無人機系統(tǒng)，如果被黑客攻擊后，會相當危險。所以霧計算必須增加安全層，來保證系統(tǒng)安全。

（5）可擴展性：無人機網(wǎng)絡必須有可擴展的性能和容量。從性能方面所，它必須能構(gòu)建毫秒級延時的系統(tǒng)。當無人機服務增長時，霧計算架構(gòu)也必須擴大它的容量。

（6）可靠性/可用性/可服務性（RAS）：無人機支持系統(tǒng)，通常是完成關鍵任務的，具有嚴苛的可用性要求。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它們。

（7）自主性：無人機和他們地面支持網(wǎng)絡，要能夠作出它們自己的決定，特別是在其他網(wǎng)絡資源，因為負載或者失敗不可用的時候。

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