無(wú)人機(jī)通信專網(wǎng)是如何設(shè)計(jì)的？ - 全文

剛好不久前去看了武漢的飛行表演，寫(xiě)個(gè)關(guān)于無(wú)人機(jī)物流通信的文章吧。也算作為一個(gè)工作多年的通信行業(yè)人員，雖然水平遠(yuǎn)趕不上構(gòu)架師級(jí)別，從我個(gè)人目前的水平層次談?wù)勅绻屛以O(shè)計(jì)無(wú)人機(jī)物流通信系統(tǒng)東西這個(gè)事情，會(huì)考慮哪些事情吧。

構(gòu)架一個(gè)覆蓋全國(guó)的無(wú)人機(jī)物流通信系統(tǒng)，說(shuō)簡(jiǎn)單也簡(jiǎn)單，說(shuō)難也難。為什么簡(jiǎn)單呢，因?yàn)閲?guó)家已經(jīng)經(jīng)歷過(guò)2,3,4G的大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，對(duì)建立一個(gè)覆蓋全國(guó)的網(wǎng)絡(luò)都非常有經(jīng)驗(yàn)了。無(wú)人機(jī)物流通信系統(tǒng)是一個(gè)專網(wǎng)系統(tǒng)，我國(guó)各行各業(yè)也建立了很多專網(wǎng)，對(duì)專網(wǎng)建設(shè)也不陌生。為什么說(shuō)難呢，因?yàn)槟壳叭蜻€沒(méi)有現(xiàn)成的經(jīng)驗(yàn)可以參考學(xué)習(xí)，就像亞馬遜也沒(méi)有大規(guī)模的無(wú)人機(jī)配送貨物，目前都屬于實(shí)驗(yàn)階段，沒(méi)有成功案例可尋。有可能我國(guó)的京東會(huì)全球最早大范圍的實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)物流，會(huì)是世界領(lǐng)先了，期待這一天到來(lái)。

如何建網(wǎng)絕對(duì)是一個(gè)規(guī)模龐大復(fù)雜的項(xiàng)目，需要考慮很多事情，下面我分段來(lái)說(shuō)吧。

1 規(guī)劃網(wǎng)絡(luò)首先考慮的大問(wèn)題

新建立一個(gè)大覆蓋的網(wǎng)絡(luò)首先要考慮哪些問(wèn)題呢？頻段、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、網(wǎng)絡(luò)性質(zhì)這些都是首要先考慮的事情。

頻段：

作為無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，全球的頻段都是唯一的，各個(gè)國(guó)家的無(wú)線委員會(huì)都會(huì)根據(jù)各行各業(yè)的需要統(tǒng)一劃分頻段使用。下圖就是三大運(yùn)營(yíng)商目前分配的頻段：

需要針對(duì)不同的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)給出適合的頻段，比如FDD需要對(duì)稱頻段，TDD不需要對(duì)稱。全球各個(gè)國(guó)家的主流幾大技術(shù)的頻段劃分大概是一致的，這個(gè)我沒(méi)有詳細(xì)研究。頻段是全球唯一的，你用了我就不能用了，所以國(guó)家分配這些資源都很慎重。專網(wǎng)頻段建立的網(wǎng)絡(luò)都是區(qū)域性網(wǎng)絡(luò)，大家可以復(fù)用，只要覆蓋不重疊就互相沒(méi)有影響。而無(wú)人機(jī)物流通信系統(tǒng)需要是覆蓋全國(guó)的網(wǎng)絡(luò)，借用3大運(yùn)營(yíng)商現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)比較實(shí)際一些。

技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)：

再說(shuō)說(shuō)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，上面也提到了，不同的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)需要不同的無(wú)線頻段支持，有的需要高頻段，有的需要低頻段才能發(fā)揮作用。對(duì)統(tǒng)一技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)這個(gè)問(wèn)題，全球有IEEE、3GPP等標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)統(tǒng)一規(guī)劃，像制定我們耳熟能詳?shù)腉SM、WCDMA、LTE分別對(duì)應(yīng)2,3,4G的主流技術(shù)沒(méi)啥大問(wèn)題。主要看無(wú)人機(jī)物流通信是選用哪種現(xiàn)成的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)了，還是有自己創(chuàng)新的地方。

網(wǎng)絡(luò)性質(zhì)：

這個(gè)主意是考慮覆蓋范圍上看公網(wǎng)還是專網(wǎng)。從使用角度看，無(wú)人機(jī)物流通信系統(tǒng)即使公網(wǎng)又是專網(wǎng)。無(wú)人機(jī)物流通信系統(tǒng)需要全國(guó)覆蓋，才能把貨物送到各個(gè)角落。但是該系統(tǒng)又是封閉的不對(duì)外開(kāi)放，這又是專網(wǎng)性質(zhì)。如何設(shè)計(jì)一個(gè)可行的網(wǎng)絡(luò)解決這些問(wèn)題，有很多的問(wèn)題需要考慮。

重新搭建一個(gè)覆蓋全國(guó)的無(wú)人機(jī)物流通信系統(tǒng)是不大可能的，國(guó)家不可能給批一個(gè)覆蓋全國(guó)的單獨(dú)頻段，而且搭建一個(gè)覆蓋全國(guó)的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)耗資巨大，比京東建立的那幾個(gè)物流中心的成本要大的多。所以使用現(xiàn)成的公網(wǎng)系統(tǒng)承載無(wú)人機(jī)通信業(yè)務(wù)是最現(xiàn)實(shí)的。可以給所有物流無(wú)人機(jī)批一個(gè)統(tǒng)一的號(hào)段用來(lái)接入系統(tǒng)，就像現(xiàn)在的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備專用卡一樣。馬上到來(lái)的5G有大帶寬低時(shí)延的特點(diǎn)，可以分出一部分帶寬來(lái)滿足物流無(wú)人機(jī)使用。

隨著世界互聯(lián)網(wǎng)大佬如谷歌和臉譜公司都在研究新一代低成本網(wǎng)絡(luò)，等到建立全國(guó)覆蓋網(wǎng)絡(luò)成本低于一定級(jí)別的時(shí)候，說(shuō)不定京東和淘寶就會(huì)建立自己的無(wú)線物流專網(wǎng)，我覺(jué)得這個(gè)肯定是5G時(shí)代后期的事情了，離現(xiàn)在還比較遠(yuǎn)。當(dāng)互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)真的建立起自己的全國(guó)網(wǎng)絡(luò)后，現(xiàn)在的運(yùn)營(yíng)商也就名存實(shí)亡了，因?yàn)榻ňW(wǎng)成本低了，行業(yè)壁壘基本沒(méi)了，互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)可以開(kāi)放自己的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)用戶，就是直接競(jìng)爭(zhēng)了，運(yùn)營(yíng)商的好日子就到頭了。

2 使用公網(wǎng)的關(guān)注點(diǎn)

暫時(shí)不考慮那么遠(yuǎn)，先說(shuō)說(shuō)使用公網(wǎng)充當(dāng)物流無(wú)人機(jī)通信系統(tǒng)會(huì)有那些問(wèn)題。

安全：

無(wú)線系統(tǒng)本身有各種加密技術(shù)對(duì)用戶進(jìn)行認(rèn)證，對(duì)于物流無(wú)人機(jī)通信系統(tǒng)，除了使用專門(mén)的號(hào)段外，肯定要新增很多安全保障措施，避免無(wú)人機(jī)被不法分子劫持控制，從軟件和硬件上都要考慮安全加密等等。

資費(fèi)：

目前公網(wǎng)手機(jī)都已經(jīng)推出不限流量套餐，省內(nèi)100，全國(guó)200.對(duì)于無(wú)人機(jī)來(lái)說(shuō)用這種套餐最劃算了，大部分都是省內(nèi)套餐，少部分是跨省套餐。但是對(duì)于運(yùn)營(yíng)商來(lái)說(shuō)肯定不會(huì)這么輕易的讓出利潤(rùn)，像物聯(lián)網(wǎng)目前基于流量的資費(fèi)還是比較貴的，不適合無(wú)人機(jī)物流這種大流量的情況。

飛行控制中心放在哪：

公網(wǎng)都有專門(mén)的帶寬匯聚中心，全國(guó)有好幾個(gè)地方進(jìn)行關(guān)鍵數(shù)據(jù)備份。飛行控制中心數(shù)據(jù)肯定也會(huì)異地容災(zāi)備份，是和運(yùn)營(yíng)商的機(jī)房捆綁在一起，還是隨便選址通過(guò)租賃專線保證帶寬通信都是可以的。

互聯(lián)互通：

不管是公網(wǎng)還是大的行業(yè)專網(wǎng)都是會(huì)考慮互聯(lián)互通這個(gè)事情的，比如以后京東和淘寶都有自己的物流無(wú)人機(jī)系統(tǒng)，兩個(gè)系統(tǒng)能不能對(duì)接呢。根據(jù)個(gè)人經(jīng)驗(yàn)這個(gè)互聯(lián)互通是肯定的，也會(huì)出現(xiàn)專門(mén)的無(wú)人機(jī)通信行業(yè)協(xié)會(huì)來(lái)專門(mén)制定標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。

偏遠(yuǎn)地區(qū)覆蓋：

公網(wǎng)都是人口密集的城區(qū)覆蓋最好，人口稀少的便宜地區(qū)基站密度就低了，覆蓋效果也沒(méi)那么好了。如果沒(méi)有公網(wǎng)信號(hào)的地方，物流無(wú)人機(jī)能送到貨嗎？有一個(gè)成本比較高的方法，給配送沒(méi)有公網(wǎng)信號(hào)的地方的專用無(wú)人機(jī)配置衛(wèi)星通信模塊，可以使用衛(wèi)星通信進(jìn)行飛行控制。但是這個(gè)成本就比較高了，但不失作為一個(gè)補(bǔ)充方案。

3 公網(wǎng)出問(wèn)題的時(shí)候怎么辦

不管是遇上地震或者臺(tái)風(fēng)什么的都會(huì)破壞公網(wǎng)設(shè)施，導(dǎo)致部分區(qū)域網(wǎng)絡(luò)通信中斷。

遇到這種情況時(shí)，怎么解決問(wèn)題？

公網(wǎng)措施一般是一邊應(yīng)急通信，一邊搶修設(shè)施。常用的應(yīng)急通信系統(tǒng)有應(yīng)急通信車(chē)。

個(gè)人認(rèn)為，根據(jù)無(wú)人機(jī)自身特點(diǎn)，可以使用自組網(wǎng)技術(shù)作為創(chuàng)新來(lái)應(yīng)對(duì)應(yīng)急通信情況。

所謂自組網(wǎng)，就像對(duì)講機(jī)一樣，無(wú)人機(jī)自帶短距離低功率無(wú)線發(fā)射模塊，可以與幾公里之內(nèi)的無(wú)人機(jī)進(jìn)行通信。平常這個(gè)模塊是關(guān)閉的，如果出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)異常，飛機(jī)打開(kāi)通信模塊功能，可以通過(guò)正常區(qū)域的無(wú)人機(jī)聯(lián)系到異常區(qū)域無(wú)人機(jī)，傳達(dá)控制信號(hào)。這個(gè)說(shuō)起來(lái)比較抽象，請(qǐng)看我下面畫(huà)的草圖：

白色無(wú)人機(jī)屬于基站區(qū)域A無(wú)線覆蓋范圍，距離區(qū)域B比較遠(yuǎn)，無(wú)法通過(guò)區(qū)域B的基站控制信號(hào)。突然基站區(qū)域A的基站全部掛掉，飛行控制中心無(wú)法及時(shí)通知白色無(wú)人機(jī)飛到區(qū)域B。而區(qū)域B基站正常，黑色無(wú)人機(jī)在B區(qū)覆蓋范圍內(nèi)飛行。出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)異常的白色無(wú)人機(jī)自動(dòng)開(kāi)啟自組網(wǎng)模式，尋呼周邊的無(wú)人機(jī)。黑色無(wú)人機(jī)收到尋呼后也開(kāi)啟自組網(wǎng)模式與白色無(wú)人機(jī)進(jìn)行通信，經(jīng)過(guò)安全協(xié)議許可后，飛行控制中心通過(guò)黑色無(wú)人機(jī)向白色無(wú)人機(jī)發(fā)送控制信號(hào)，引導(dǎo)白色無(wú)人機(jī)飛回正確的地方。這就是基于自組網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)急通信系統(tǒng)。

除了自組網(wǎng)應(yīng)急，也可以給無(wú)人機(jī)默認(rèn)配置失去聯(lián)系時(shí)飛回到指定位置。

4 配套的新型無(wú)人機(jī)

物流無(wú)人機(jī)真正商業(yè)后，會(huì)出現(xiàn)一批特殊的無(wú)人機(jī)來(lái)滿足實(shí)際需要。

比如加油無(wú)人機(jī)，就像加油飛機(jī)一樣，可以給其他無(wú)人機(jī)提供燃料續(xù)航。

救援無(wú)人機(jī)，可以把配送過(guò)程中出現(xiàn)問(wèn)題的無(wú)人機(jī)帶回維修地點(diǎn)，就像自動(dòng)拖車(chē)一樣。

無(wú)人機(jī)物流的時(shí)代還沒(méi)有開(kāi)啟，還有很多想象和開(kāi)發(fā)的空間，讓我們拭目以待。