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2.2.2 分布式部署

通過上一小節(jié)的綜述可知，在網(wǎng)絡(luò)中設(shè)置集中式的SDN控制器能夠較好地解決FANET中的網(wǎng)絡(luò)管理、負載均衡、吞吐量和時間延遲等問題，但也存在一定的局限性，如FANET的部分應(yīng)用場景還存在用戶和基礎(chǔ)設(shè)施分布不均衡、單點控制器魯棒性差和網(wǎng)絡(luò)規(guī)模限制等問題，極大地限制了SDN架構(gòu)在FANET中的作用發(fā)揮。基于此，Hu等人[10]提出了一種基于區(qū)塊鏈平臺的SDN控制器分布式平面。以區(qū)塊鏈的核心技術(shù)為基礎(chǔ)，在SDN控制平面設(shè)置多個不同物理分布的控制器，對一定區(qū)域的基礎(chǔ)設(shè)施進行管理，這樣就能在較好地增加網(wǎng)絡(luò)靈活性和可編程性的基礎(chǔ)上大幅度提升安全性能。具體做法是：利用了能夠抵御拜占庭攻擊的共識算法，防止分布式控制平面中少量控制器失控導(dǎo)致整個網(wǎng)絡(luò)癱瘓；區(qū)塊鏈通過P2P網(wǎng)絡(luò)提供了全局一致的信息視圖，這意味著無論無人機選擇哪個控制器或接入點，都可以獲得相同的信息視圖，無需考慮權(quán)限控制和隱私保護，真正實現(xiàn)了無處不在的接入；利用數(shù)據(jù)加密和哈希鏈技術(shù)保證了數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼鎸嵭裕会槍刂破骰驘o人機節(jié)點失控時協(xié)議的執(zhí)行時間和執(zhí)行過程發(fā)生變化的問題，利用區(qū)塊鏈的智能合約技術(shù)確保協(xié)議按照約定規(guī)則進行執(zhí)行。

Zhou等人[20]提出了一種面向災(zāi)害應(yīng)急的分布式SD-FANET架構(gòu)，將FANET分為了應(yīng)用層、控制層、轉(zhuǎn)發(fā)層和訪問層。其中，應(yīng)用層能夠根據(jù)控制層的無人機采集的數(shù)據(jù)情況，結(jié)合用戶需求來制定策略，包括路由策略計算、安全策略和資源管理策略，然后將策略發(fā)送至控制層無人機，以指導(dǎo)無人機間的通信。而控制層分為無人機控制層、空間控制層和地面控制層，其中SDN控制器以物理分散的形式布置在地面控制層。無人機控制層主要由3架高空無人機構(gòu)成，能夠?qū)崿F(xiàn)對整個網(wǎng)絡(luò)的覆蓋。高空無人機在收集了網(wǎng)絡(luò)的鏈路信息后，通過一致性協(xié)議實現(xiàn)與空間控制層和地面控制層的同步；應(yīng)用層的指令能夠由地面控制層同步至無人機控制層，再轉(zhuǎn)發(fā)給其他無人機，該過程通過OpenFlow流表分發(fā)的形式完成；轉(zhuǎn)發(fā)層和訪問層分布的主要是只具備基本接入和轉(zhuǎn)發(fā)過程的中低空無人機，由于無人機中控制決策與轉(zhuǎn)發(fā)實現(xiàn)分離，因此相比于傳統(tǒng)FANET，配置這一類無人機的成本更低。實驗仿真表明，該架構(gòu)能夠比傳統(tǒng)方案節(jié)省30%～50%的網(wǎng)絡(luò)能耗，降低了信令開銷，并且提供了一個相對穩(wěn)定的業(yè)務(wù)響應(yīng)能力，在顯著提高網(wǎng)絡(luò)的生命周期的基礎(chǔ)上滿足用戶的業(yè)務(wù)需求。

Qi等人[21]提出了一種具有SDN集群控制器和協(xié)同控制器的新型分簇飛行傳感器網(wǎng)絡(luò)(Flying Ad-hoc Sensor Network，F(xiàn)ASNET)架構(gòu)。為了提高網(wǎng)絡(luò)的可擴展性，在該架構(gòu)設(shè)計中，無人機被分成幾個集群域，每個集群域由一個上層固定飛艇控制。控制器負責(zé)獲取整個抽象集群網(wǎng)絡(luò)視圖，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源的統(tǒng)一調(diào)度，并指導(dǎo)數(shù)據(jù)的處理和轉(zhuǎn)發(fā)。此外，還有一種協(xié)作式飛艇控制器，旨在實現(xiàn)單域控制器之間的交互。一旦在應(yīng)用層上編寫了多個模塊，F(xiàn)ASNET體系結(jié)構(gòu)就可以同時執(zhí)行不同的任務(wù)。在此基礎(chǔ)上，作者還提出了一種集中式流量區(qū)分路由(Traffic-differentiated Routing,TDR)算法，該架構(gòu)旨在保證時延敏感和可靠性要求較高的業(yè)務(wù)的QoS要求。不同的權(quán)重根據(jù)它們對延遲的敏感性和重要性級別被分配給不同的流程。特別地，在TDR中引入了一個既考慮鏈路可用性又考慮節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)能力的傳輸可靠性預(yù)測模型。仿真結(jié)果表明，TDR不僅降低了對延遲敏感的應(yīng)用的平均延遲，而且提高了對可靠性要求較高的應(yīng)用的數(shù)據(jù)完整性。

Fei等人[22]提出了基于消息隊列遙測傳輸(Message Queue Telemetry Transport，MQTT)的SD-FANET架構(gòu)，充分結(jié)合了分布式和集中式的結(jié)構(gòu)特點，能較好地應(yīng)用于戰(zhàn)場、災(zāi)區(qū)等惡劣環(huán)境。具體做法為：首先在無人機上設(shè)置控制器，然后在無人機蜂群中利用選舉機制選舉出主控制器和從控制器。兩者的差別在于從控制器在應(yīng)用平面上不具備通信管理、編隊管理和安全管理功能，控制平面中，從機主要負責(zé)信息收集，主機則負責(zé)信息上傳。基于此，該結(jié)構(gòu)不僅能夠有效地低于單點故障引發(fā)的整個網(wǎng)絡(luò)癱瘓的問題，還能始終保證網(wǎng)絡(luò)中存在一個指揮與決策的中心，保證任務(wù)執(zhí)行的高效性。同時，集群中的每一架無人機都具有相同的內(nèi)部部件和結(jié)構(gòu)，該選舉機制還能夠支持主節(jié)點在無人機之間的遷移，一旦有任務(wù)需要或者主控制器發(fā)生癱瘓，其他從控制器就可以通過開啟某些部件和功能來充當(dāng)主控制器的角色。作者還采用了一種具有低處理能力、低內(nèi)存的輕量級網(wǎng)絡(luò)設(shè)備——MQTT作為簡化網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用運行和擴展的中間件，能夠較好地契合災(zāi)區(qū)、戰(zhàn)場等惡劣環(huán)境資源受限的特點。

2.3 與MEC的結(jié)合

目前，SD-FANET中無人機計算能力還十分有限，難以承載的數(shù)據(jù)量較大的計算密集型任務(wù)，因此亟需一種穩(wěn)定的就近的計算服務(wù)模式，承載高密度任務(wù)的數(shù)據(jù)處理任務(wù)，以保證更低的傳輸時延。基于此，移動邊緣計算(Mobile Edge Computing,MEC)開始在SD-FANET領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)應(yīng)用。其核心思想即通過實現(xiàn)集中化的云計算平臺與網(wǎng)絡(luò)邊緣甚至用戶終端本身相融合，將原本在中心云上的計算資源“下沉”到邊緣側(cè)，以實現(xiàn)終端用戶在邊緣側(cè)就能獲得較好的計算服務(wù)，計算處理請求能及時得到響應(yīng)，用戶的QoS獲得提高。鑒于無人機移動性能好，部署靈活方便，成本低廉，是作為承載MEC服務(wù)器的理想平臺。