O Futuro De: A era dos drones (finalmente) chegou?

Como preparar sua arquitetura de TI para VANTs e inteligência de enxame

Você já teve o seu jantar ou sua última compra de roupas on-line entregues à sua porta por um drone? Pode ser, se você vive em um dos 27 países em que as operações de entrega por drones estão em andamento.i O serviço de entrega de drones Wing da Google foi recentemente o primeiro a ser aprovado para voos comerciais nos Estados Unidos.i Outros players, como Amazon, Uber e Walmart não estão muito atrás e continuam a pilotar abordagens diferentes.i

As entregas por drones podem ser o mais recente caso de uso de tecnologia avançada capturando a atenção do mercado, mas é apenas uma das potenciais aplicações de negócios do mundo real para esses dispositivos versáteis. Como as redes de sensores da Internet das coisas (IoT) para cenários industriais ou de cidades inteligentes, os drones oferecem uma oportunidade sem precedentes de melhorar as operações e as experiências dos usuários, reduzindo o custo. Ao mesmo tempo, as preocupações com segurança e regulamentação, bem como a proliferação de dados sendo coletados, significam que a infraestrutura de TI subjacente precisa ser otimizada para suportar a troca segura de dados de drones sem falhas e em baixas latências.

Drones: da sala de guerra para a sala de reuniões

Drones, ou veículos aéreos não tripulados (VANTs), nasceram como dispositivos militares usados para vigilância e ataques aéreos direcionados. Embora o segmento militar ainda tenha a maior participação do mercado no curto prazo, os recentes avanços nos drones de consumo e comercial estão abrindo a porta para uma ampla variedade de aplicações. O mercado está apenas começando a decolar, tornando difícil fazer projeções, mas as estimativas variam de US$ 52 a US$ 144 bilhões até 2025.ii Aqui estão alguns exemplos de diferentes tipos de VANTs e casos de uso:iii

  • Militar: Aeronaves dimensionadas para reconhecimento, busca e salvamento de longo prazo e relays de comunicação.
  • Transporte e entrega: Entregas médicas e de varejo. Robô-táxis voadores.
  • Olho no céu: Muitas aplicações entre setores, tais como agricultura de precisão, inspeções e pesquisas, gestão de estoque, resposta de emergência, monitoramento e acompanhamento (infraestrutura, terra, doenças, poluição, ambiente, vida selvagem etc.).
  • Olho na água: Piscicultura, monitoramento e acompanhamento (infraestrutura subaquática, massas de água, clima/tempo, vida selvagem etc.)
  • Serviços: Drones do tamanho de insetos para polinização de plantas ou fiscalização. Drones de alta altitude movidos a energia solar para fornecer eletricidade e acesso à Internet a áreas remotas. De médio a grande porte para a gestão de resíduos de água, navegação marítima, construção etc.
  • Emergência de serviços de celular: Frente a desastres naturais, quando a infraestrutura de comunicação subjacente foi destruída, os drones podem ser implantados dinamicamente para ajudar a ressuscitar a rede de telefonia celular.

A The Economist disse melhor em sua reportagem sobre drones civis quando afirmou, “Tentar imaginar como os drones irão evoluir, e os usos que terão, é um pouco como tentar prever a evolução da computação na década de 1960 ou dos telefones celulares na década de 1980. Seu potencial como ferramentas de negócios era claro na época, mas a tecnologia se desenvolveu de maneiras inesperadas. O mesmo certamente será verdade a respeito dos drones.” iii

Encontrando o meio-termo nos desafios dos drones

Embora os avanços em aplicações de drones sejam instigantes, eles apresentam desafios. Preocupações sobre privacidade, segurança e ruído estão fazendo com que os cidadãos fiquem receosos com drones em seus bairros. As redes criminosas estão usando drones para tudo, de tráfico de drogas e contrabando a tentativas de assassinato. E, o ambiente regulamentar, já lento para acompanhar o rápido avanço de tecnologias e aplicações de drones, também tem a responsabilidade de abordar esses desafios adicionais.

No entanto, como evidenciado pela recente vitória do Google com a Federal Aviation Administration (FAA), empresas e formuladores de políticas estão começando a encontrar um meio-termo. Uma grande parte desse meio-termo é garantir que o futuro mundo com drones em todos os lugares seja um em que eles estejam operando de forma prudente, segura e sem problemas. Isso exigirá uma infraestrutura sem fio que seja: 1) escalável 2) segura 3) forneça baixa latência e 4) alta largura de banda.

Limitações da infraestrutura sem fio existente

Como mostrado na Figura 1, os drones se comunicam com suas estações base correspondentes usando algum tipo de tecnologia sem fio. As transmissões de mensagens de controle (no intervalo de kbps) e de mensagens de carga de dados (podem estar no intervalo de Mbps) ocorrem entre o drone e a estação base. Normalmente, é preciso baixa latência previsível para os sinais de controle e largura de banda alta para transferir a carga de dados. As infraestruturas sem fio existentes implantadas em muitas soluções de drone atuais para a comunicação entre o drone e a estação base são insuficientes pelas seguintes razões:

Redes ponto a ponto: Essas redes alavancam a banda não licenciada (ISM 2,4 GHz), mas elas são afetadas com baixas taxas de dados, não são confiáveis, são inseguras e vulneráveis a interferências.  Além disso, elas também têm limitações na faixa (distância).

Sistemas por satélite: Alguns dos sistemas de navegação VANT alavancam sistemas de posicionamento global (GPS) para navegação. No entanto, os sinais de GPS são suscetíveis a serem bloqueados por edifícios altos ou condições meteorológicas ruins.

Redes celulares:  As redes celulares existentes foram projetadas para suportar o fluxo de tráfego de alta largura de banda assimétrica (por exemplo, para baixar ou assistir streaming de vídeo). No entanto, muitos casos de uso de drones precisarão de alta largura de banda de upload – por exemplo, para transmitir imagens de vídeo de alta definição capturadas por drones. Antenas celulares também são inclinadas para baixo para proporcionar uma melhor cobertura do solo e reduzir a interferência entre células, mas os casos de uso de drone “olho no céu” precisarão de cobertura de alta altitude de suas estações base.

É importante notar que as técnicas sem fio acima não são mutuamente exclusivas e, dependendo do caso de uso, uma combinação delas pode ser aproveitada. Há propostas na mesa para alavancar as redes celulares existentes, como o mecanismo de comunicação sem fio entre o drone e a estação base. As redes de telefonia celular são difundidas e fornecem cobertura na maioria das principais áreas metropolitanas. As redes 4G atuais são adequadas para muitas das aplicações de drones existentes, e, com o advento de redes 5G, requisitos como escala ainda maior, latência mais justa e requisitos maiores de largura de banda para aplicações de drone de próxima geração podem ser preenchidos. No entanto, os desafios acima mencionados terão de ser devidamente abordados. Felizmente, muita pesquisa está sendo feita para eliminar os obstáculos.

Ativando uma arquitetura de TI pronta para drones

A Figura 2 ilustra como o plano de controle e processamento relacionado ao plano de dados para uma aplicação de drone será distribuído entre os diferentes pontos, ou nós, ao usar uma rede de telefonia celular como meio sem fio. Os nós relevantes são a) dispositivo de drone b) torre celular c) nó de edge (escritório central ou micro data center) d) data center de interconexão onde as redes sem fio descarregam tráfego para as clouds (por exemplo, a Equinix) e e) cloud backend (por exemplo, hyperscale) em uma arquitetura de TI distribuída geograficamente. Dependendo do caso de uso, a parte proprietária da aplicação será processada em um dos locais mencionados acima. As aplicações atuais e futuras de drone, incluindo aquelas que aproveitam a inteligência de enxame para que drones se comuniquem e colaborarem entre si, exigirá velocidades de rede rápidas e latência mínima para trocar o tráfego de dados entre drones e clouds centrais.

Em um blog post relacionado a projetar uma cidade inteligente, descrevi como implementar uma arquitetura de TI distribuída geograficamente como essa aproveitando as melhores práticas de Interconnection Oriented Architecture™ (IOA™).

Com 200 data centers do International Business Exchange™ (IBX®) localizados nas principais áreas metropolitanas ao redor do mundo, a Equinix possibilita esse tipo de arquitetura distribuída geograficamente. Estar estrategicamente localizada a 10 milissegundos de clientes finais e 1 a 2 milissegundos de distância das clouds backend faz da Equinix um local ideal para implementar aplicações de drones que precisam ser processadas dentro da área metropolitana em que o drone está operando devido a razões de latência, performance e segurança/conformidade.

Além disso, a maioria das operadoras de rede celular roteia seu tráfego para os cloud backends na Equinix. Como o maior mercado mundial de parceiros e provedores (mais de 1.800 provedores de serviços de rede e mais de 2.900 provedores de cloud e serviços de TI), a Equinix é o lugar natural para esses provedores competirem e trocarem tráfego entre si.

Bem-vindo ao amanhã

Quando eu era criança e assisti o filme “Blade Runner,” sempre me perguntei se eu iria viver para ver o dia em que algo parecido com essa visão de milhares de drones/naves espaciais voando em torno se tornaria uma realidade. Com a recente decisão da Federal Aviation Administration dos EUA sobre drones comerciais e os investimentos de vários bilhões de dólares abundando em serviços de drones comerciais, acho que será em breve que teremos centenas (se não milhares) de drones operando em nossos céus.

Saiba mais sobre como implantar soluções de drone distribuídas geograficamente na digital edge, baixando o IoT Digital Edge Playbook. Você também pode querer ler o white paper sobre infraestruturas digitais IOT.

 

 

[i] Unmanned Airspace, Drone delivery operations underway in 27 countries, April 2019; Mashable, FAA approves Google’s drone delivery service for commercial use in the U.S., April 2019; Forbes, Amazon Debuts New Delivery Drone That It Says Will Start Shipping Packages ‘In A Matter Of Months’, June 2019; Restaurant Dive, Uber seeks approval for drone deliveries, May 2019; Investopedia, Walmart Patents Blockchain System for Automated Delivery Drones, Sept 2018.

[ii] Markets and Markets, Unmanned Aerial Vehicle (UAV) Market – Global Forecast to 2025; Adroit Market Research, Global Drones Market Size 2018 by End-User, Region and Forecast 2018 to 2025, Report Summary and Infographic, May 2019.

[iii] The Economist, Technology Quarterly, Civilian Drones, July 2017; Bloomberg Businessweek, Flying Robotaxis Prepare for Takeoff, June 2019; CBS Insights, 38 Ways Drones Will Impact Society: From Fighting War To Forecasting Weather, UAVs Change Everything, Jan 2019; DroneDeploy, 2018 Commercial Drone Industry Trends, May 2018;