基于5G的边缘计算无人机物联网应用

作者:与子同袍
首发:物联网前沿技术观察

这两天周末,和一位无人机行业的知友,一起探讨了无人机的物联网应用场景。
今天这篇文章,就是讨论过程中涉及到的无人机与5G结合时的几个技术点的我个人的不成熟的理解。因为5G、边缘计算、无人机我都是门外汉,物联网我也是云里雾里搞不大清楚,要是我说的不对,请大家指正。

一、边缘计算的部署架构

我们先来看下这张图:

这张图的上半部分,是5G下的云计算的网络图。最右侧的设备要跟部署在公网上的应用服务器(application server)通信,必须经过设备-5G无线通讯-基站(eNodeB)-核心网(core network)-互联网(internet)-应用服务器这样的线路。

在这条线路上,延迟最大的就是从基站到互联网这一段,按照距离远近不同,延迟要几十毫秒到几百毫秒不等。比如下表就是从美国西部用aws的cloudping工具ping aws的不同区域的服务器的延迟:

这个延迟对于普通的实时性要求不太高的物联网监控来说,应该还能接受。但是对于在飞行状态的无人机来说,这个延迟就有点大了。

这张图的下半部分是引入了边缘计算(edge computing)后的网络架构。这张图和云计算的不同之处在于,在边缘侧基站旁多了一个local breakout节点,应用服务器软件可以部署在这个计算节点上。这样应用服务器软件就靠近基站边缘侧,应用服务器和无人机的延迟就只有5G信号从无人机到基站的延迟了,只有几ms。而之前云计算模式下,还需要加上核心网到互联网的延迟。

之所以大家都说5G延迟低,其实不是说5G到云上的延迟低,那是不可能的。因为从基站到核心网到互联网,还是传统的光纤基础设施,延迟大头还是在那边。低延迟的本质是把原来在云端处理的事情搬到边缘侧靠近基站的地方运行。这样就延迟低,而且不会占用互联网流量了,因为未来那么多高清视频和物联网数据,全部走互联网,互联网根本就吃不消。

二、无人机的边缘计算应用

下面我们假设边缘侧连的设备是无人机。

无人机在物联网领域有很多应用场景,比如应急救援、运货、遥感遥测、精准农业、石油工地电网巡检、军事查打等。

无人机可以与5G基站进行实时通信,利用5G边缘侧计算,实现自治飞行。同时无人机的数据也可以传输到物联网网关。

无人机由于续航时间等因素对载荷和功耗都有限制。因此如果能将无人机上的数据(视频码流、传感器数据)通过5G以几毫秒延迟传输到基站侧的边缘计算节点上对数据进行处理分析,就无需在无人机上安装嵌入式计算节点,从而减轻任务负载的重量和功耗。

其中,边缘计算侧实时对无人机进行飞控,可以通过5G的uRLLC切片来实现;而视频码流传输则可以通过eMBB切片实现。

对于视频码流和传感器数据的实时处理功能部署到LBO(Local Breakout)那边,延迟就很低了,实时性也能保证。对视频和数据处理完成后,还可以根据处理结果,立马反馈控制无人机。

三、分布式边缘计算物联网应用

下面我们看下无人机在仓库的物联网应用。

仓库里的无人机干活搬东西,仓库比较大的话,得有不少无人机同时干货。总不能一个人同时操纵多个无人机吧。那仓库就得养很多无人机飞行员,成本就比较高。

因此,更好的做法是把无人机自治飞控软件部署在边缘计算节点上,利用无线网络的低延迟特性(图中LTE忽略),实时控制无人机搬货。

这样做好处是:降低成本、低延迟、无需飞行员、自治飞行可靠性高。

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