如何设计一个无人机通信专网?

刚好不久前去看了武汉的飞行表演,写个关于无人机物流通信的文章吧。也算作为一个工作多年的通信行业人员,虽然水平远赶不上构架师级别,从我个人目前的水平层次谈谈如果让我设计无人机物流通信系统东西这个事情,会考虑哪些事情吧。


构架一个覆盖全国的无人机物流通信系统,说简单也简单,说难也难。为什么简单呢,因为国家已经经历过2,3,4G的大规模网络建设,对建立一个覆盖全国的网络都非常有经验了。无人机物流通信系统是一个专网系统,我国各行各业也建立了很多专网,对专网建设也不陌生。为什么说难呢,因为目前全球还没有现成的经验可以参考学习,就像亚马逊也没有大规模的无人机配送货物,目前都属于实验阶段,没有成功案例可寻。有可能我国的京东会全球最早大范围的实现无人机物流,会是世界领先了,期待这一天到来。


如何建网绝对是一个规模庞大复杂的项目,需要考虑很多事情,下面我分段来说吧。


1 规划网络首先考虑的大问题


新建立一个大覆盖的网络首先要考虑哪些问题呢?频段、技术标准、网络性质这些都是首要先考虑的事情。


频段:

作为无线网络,全球的频段都是唯一的,各个国家的无线委员会都会根据各行各业的需要统一划分频段使用。下图就是三大运营商目前分配的频段:


 

需要针对不同的技术标准给出适合的频段,比如FDD需要对称频段,TDD不需要对称。全球各个国家的主流几大技术的频段划分大概是一致的,这个我没有详细研究。频段是全球唯一的,你用了我就不能用了,所以国家分配这些资源都很慎重。专网频段建立的网络都是区域性网络,大家可以复用,只要覆盖不重叠就互相没有影响。而无人机物流通信系统需要是覆盖全国的网络,借用3大运营商现有的网络比较实际一些。


技术标准:

再说说技术标准,上面也提到了,不同的技术标准需要不同的无线频段支持,有的需要高频段,有的需要低频段才能发挥作用。对统一技术标准这个问题,全球有IEEE、3GPP等标准委员会统一规划,像制定我们耳熟能详的GSM、WCDMA、LTE分别对应2,3,4G的主流技术没啥大问题。主要看无人机物流通信是选用哪种现成的技术标准了,还是有自己创新的地方。


网络性质:

这个主意是考虑覆盖范围上看公网还是专网。从使用角度看,无人机物流通信系统即使公网又是专网。无人机物流通信系统需要全国覆盖,才能把货物送到各个角落。但是该系统又是封闭的不对外开放,这又是专网性质。如何设计一个可行的网络解决这些问题,有很多的问题需要考虑。


重新搭建一个覆盖全国的无人机物流通信系统是不大可能的,国家不可能给批一个覆盖全国的单独频段,而且搭建一个覆盖全国的无线网络耗资巨大,比京东建立的那几个物流中心的成本要大的多。所以使用现成的公网系统承载无人机通信业务是最现实的。可以给所有物流无人机批一个统一的号段用来接入系统,就像现在的物联网设备专用卡一样。马上到来的5G有大带宽低时延的特点,可以分出一部分带宽来满足物流无人机使用。


随着世界互联网大佬如谷歌和脸谱公司都在研究新一代低成本网络,等到建立全国覆盖网络成本低于一定级别的时候,说不定京东和淘宝就会建立自己的无线物流专网,我觉得这个肯定是5G时代后期的事情了,离现在还比较远。当互联网企业真的建立起自己的全国网络后,现在的运营商也就名存实亡了,因为建网成本低了,行业壁垒基本没了,互联网企业可以开放自己的网络运营用户,就是直接竞争了,运营商的好日子就到头了。


2 使用公网的关注点


暂时不考虑那么远,先说说使用公网充当物流无人机通信系统会有那些问题。


安全:

无线系统本身有各种加密技术对用户进行认证,对于物流无人机通信系统,除了使用专门的号段外,肯定要新增很多安全保障措施,避免无人机被不法分子劫持控制,从软件和硬件上都要考虑安全加密等等。


资费:

目前公网手机都已经推出不限流量套餐,省内100,全国200.对于无人机来说用这种套餐最划算了,大部分都是省内套餐,少部分是跨省套餐。但是对于运营商来说肯定不会这么轻易的让出利润,像物联网目前基于流量的资费还是比较贵的,不适合无人机物流这种大流量的情况。


飞行控制中心放在哪:

公网都有专门的带宽汇聚中心,全国有好几个地方进行关键数据备份。飞行控制中心数据肯定也会异地容灾备份,是和运营商的机房捆绑在一起,还是随便选址通过租赁专线保证带宽通信都是可以的。


互联互通:

不管是公网还是大的行业专网都是会考虑互联互通这个事情的,比如以后京东和淘宝都有自己的物流无人机系统,两个系统能不能对接呢。根据个人经验这个互联互通是肯定的,也会出现专门的无人机通信行业协会来专门制定标准和规范。


偏远地区覆盖:

公网都是人口密集的城区覆盖最好,人口稀少的便宜地区基站密度就低了,覆盖效果也没那么好了。如果没有公网信号的地方,物流无人机能送到货吗?有一个成本比较高的方法,给配送没有公网信号的地方的专用无人机配置卫星通信模块,可以使用卫星通信进行飞行控制。但是这个成本就比较高了,但不失作为一个补充方案。


3 公网出问题的时候怎么办


不管是遇上地震或者台风什么的都会破坏公网设施,导致部分区域网络通信中断。


遇到这种情况时,怎么解决问题?


公网措施一般是一边应急通信,一边抢修设施。常用的应急通信系统有应急通信车。


个人认为,根据无人机自身特点,可以使用自组网技术作为创新来应对应急通信情况。


所谓自组网,就像对讲机一样,无人机自带短距离低功率无线发射模块,可以与几公里之内的无人机进行通信。平常这个模块是关闭的,如果出现网络异常,飞机打开通信模块功能,可以通过正常区域的无人机联系到异常区域无人机,传达控制信号。这个说起来比较抽象,请看我下面画的草图:



白色无人机属于基站区域A无线覆盖范围,距离区域B比较远,无法通过区域B的基站控制信号。突然基站区域A的基站全部挂掉,飞行控制中心无法及时通知白色无人机飞到区域B。而区域B基站正常,黑色无人机在B区覆盖范围内飞行。出现网络异常的白色无人机自动开启自组网模式,寻呼周边的无人机。黑色无人机收到寻呼后也开启自组网模式与白色无人机进行通信,经过安全协议许可后,飞行控制中心通过黑色无人机向白色无人机发送控制信号,引导白色无人机飞回正确的地方。这就是基于自组网技术的应急通信系统。

 

除了自组网应急,也可以给无人机默认配置失去联系时飞回到指定位置。


4 配套的新型无人机


物流无人机真正商业后,会出现一批特殊的无人机来满足实际需要。


比如加油无人机,就像加油飞机一样,可以给其他无人机提供燃料续航。


救援无人机,可以把配送过程中出现问题的无人机带回维修地点,就像自动拖车一样。


无人机物流的时代还没有开启,还有很多想象和开发的空间,让我们拭目以待。

作者(公众号):慢半拍先生杂谈

网优雇佣军投稿邮箱:wywd11@126.com

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