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        Google的氣球

        2013-04-29 00:44:03吉安
        軟件工程 2013年9期
        關(guān)鍵詞:氣球測試

        吉安

        “Google氣球”項目在今年6月公布時引起了業(yè)界廣泛地關(guān)注。

        解讀“Google氣球”項目

        2012年10月的一天,美國肯塔基州派克縣的天空出現(xiàn)一個閃光的物體,但大家都不清楚這個物體是何物,甚至有報警電話打到了當?shù)鼐炀帧?/p>

        幾天后,名為《天空中的神秘物體引發(fā)居民關(guān)注》的文章為大家揭開了面紗,當?shù)仉娨暸_做了報道,就連CNN也派出了記者團隊。

        是外星人造訪地球嗎?事情的真相是什么?外界對此爭論時,Google高管里奇·德瓦奧卻穩(wěn)穩(wěn)地坐在加州山景城的會議室通過YouTube觀看自己的杰作。這個神秘的發(fā)光物體,正是由他帶領(lǐng)的Google團隊的杰作,是“Google氣球”項目的一場測試。

        目前,全球網(wǎng)民大約有27億,未過全球人口總數(shù)的一半。在互聯(lián)網(wǎng)迅速發(fā)展之時,Google期望把網(wǎng)絡(luò)體驗帶給更多的人。這個期望也符合Google的戰(zhàn)略利益,只要上網(wǎng)就有機會接觸并使用Google的產(chǎn)品。

        “Google氣球”項目中,約1.8萬米的高空漂浮著數(shù)千個太陽能高壓氣球,通過無線網(wǎng)絡(luò)與地面基站連接,彼此傳遞信號。每個漂浮的太陽能高壓氣球都可以作為下方直徑約40公里區(qū)域內(nèi)的無線基站。在信號覆蓋的地區(qū)中,只要使用Google提供的天線,就可以通過一種升級版的WiFi技術(shù)上網(wǎng)。只需要很低的成本,就能為偏遠地區(qū)提供網(wǎng)絡(luò)服務(wù),這個嘗試太了不起了。

        “登月計劃”與Google X

        經(jīng)過兩年的研發(fā)和測試,2013年6月15日,Google在新西蘭基督城正式啟動“Google氣球”項目。太平洋上空漂浮著30個裝有天線的太陽能高壓氣球,為當?shù)丶s50個家庭提供臨時上網(wǎng)服務(wù)。在未來,50這個數(shù)字是否能夠擴大為5萬?500萬?5億?甚至數(shù)十億?這正是Google希望的,為了推動項目的發(fā)展,將“Google氣球”加入到高風(fēng)險、高回報的“登月計劃”中。“登月計劃”由Google X部門負責(zé),其中包含無人駕駛汽車、Google眼鏡等項目。

        Google X擁有一支“快速評估”團隊,它最主要的任務(wù)是對各種理念進行分類,將可能成功的瘋狂創(chuàng)意與完全無法成功的瘋狂創(chuàng)意區(qū)分開。通過平流層空氣球提供無線上網(wǎng)服務(wù)的創(chuàng)意是由德瓦奧負責(zé)的。Google創(chuàng)始人拉里·佩奇對這個創(chuàng)意非常關(guān)注,時常會在會議中提起。Google X實驗室負責(zé)人非常清楚,只要是佩奇感興趣的項目,通常都能獲得資金的支持,所以他和眾多技術(shù)專家早在幾年前就開始思考氣球通訊技術(shù)的前景。

        項目還未正式開始,開發(fā)團隊就遇到了難題,那就是氣球會受制于風(fēng)向的變化。如果讓氣球固定在某個位置,就必須通過外力對抗風(fēng)力,但這是很難實現(xiàn)的。曾設(shè)想用太陽能飛艇,但在2011年首次測試中,“高空長耐久力示范機”原型卻未能通過測試,最終被迫降落在賓夕法尼亞的一處叢林里,類似的測試也從此停止了。

        德瓦奧將想象力發(fā)揮到了極致,他決定放棄需要巨大能量抵抗風(fēng)力的巨型氣球,轉(zhuǎn)而采用體積更小,價格更低的氣象氣球。這種氣球最多能夠在高空停留40天,并且能夠環(huán)繞地球飛行。德瓦奧的想法就是“為什么不能放飛一組氣球呢?這樣可以覆蓋整個地區(qū)?!钡@一設(shè)想存在一個明顯的缺陷,那就是這種氣球在長達數(shù)周的環(huán)球飛行時,是無法控制方向的。方案討論時,提出通過調(diào)整氣球的高度來利用風(fēng)流。通過控制氣球的升降,使它處在我們所期望的風(fēng)向區(qū)域中。只需分析過去和現(xiàn)在的海量風(fēng)流數(shù)據(jù),就能找到規(guī)律。數(shù)據(jù)可以從美國國家海洋和大氣管理局獲得。

        數(shù)據(jù)分析對Google來說不難,借助恰當?shù)臍庀髮W(xué)知識、超強的模擬技術(shù)和龐大的計算資源,就可以讓氣球進入理想的軌道。這與借助風(fēng)力航行的帆船進入目標港口一樣,都不需要任何動力燃料。

        首次測試

        2011年的8月,德瓦奧開始首次測試,當時使用的是非常廉價的乳膠“探空”氣球,但效果不理想。這種氣球飛得越高,內(nèi)部填充的氣體和外部大氣間的氣壓差就會不斷增大,最終導(dǎo)致氣球的爆炸。最后,德瓦奧決定采用表皮材料制作的、能夠抵御這種氣壓差的高壓氣球進行實驗。此外,他還找到了幾個Google工程師幫忙,他們曾在一次公關(guān)活動中,將一個綠色的Android吉祥物放飛到數(shù)千米的高空。德瓦奧對這些工程師說:“你們能夠?qū)ndroid探空氣球放飛到數(shù)千米的高空,那么或許會有辦法把一臺帶有WiFi發(fā)射器的小型Linux電腦放飛到太空邊緣上去。”

        德瓦奧和幾位Google工程師將測試地點選在了加州中央山谷圣路易斯水庫旁的恐龍岬,首先他們給四個乳膠氣球充滿氦氣,每個氣球都搭載一個WiFi發(fā)射器,使其能夠與地面接收器交換數(shù)據(jù)。

        放飛的開始階段,氣球平穩(wěn)上升,隨后開始向東移動,速度非???。所有的發(fā)射裝置仍安放在地上,但氣球已經(jīng)飛到幾英里外,很快氣球遇到了速度接近100英里/小時的氣流。德瓦奧幾人開車追趕飄向遠方的氣球,車上安裝了兩根定向天線,其中一根與頻譜分析儀(用來探測信號強度)相連,另一根與WiFi卡相連。

        很幸運,氣球往東飄了一段距離后,開始上升,德瓦奧追上了它們。汽車行駛約16公里后,他們收到了WiFi信號,測試成功了。

        組建團隊

        隨后的幾個月,德瓦奧和團隊成員又進行了數(shù)次測試。德瓦奧開始熟悉氣球的飛行路線,有時甚至能提前到一個地點等待氣球的飛過。此外,德瓦奧還進行了多個實驗,以了解當距離地面基站最近的氣球能夠提供網(wǎng)絡(luò)傳輸服務(wù)時,其他幾個氣球是否能夠相互傳遞信號。

        2012年初,泰勒確定這個項目不會被取消了。Google開始考慮組建更大的團隊,進行更長距離的飛行測試,并思考如何改進設(shè)計,切實為用戶提供寬帶服務(wù)。

        考慮到德瓦奧更喜歡參與研發(fā)過程,而不是領(lǐng)導(dǎo)團隊,Google最終決定讓麥克·卡西迪來負責(zé)該項目??ㄎ鞯仙先魏?,除了招募常規(guī)無線網(wǎng)絡(luò)工程師、無線電專家和計算機科學(xué)家外,還引入了一些其他行業(yè)的轉(zhuǎn)業(yè)人士。結(jié)合實際情況,招聘航天工程師支持項目的順利進行。另外,由于負責(zé)發(fā)射和回收氣球的團隊經(jīng)常需要在路況復(fù)雜的道路上作業(yè),我們還招聘了兩名退伍軍人。一名是前海軍特種兵,另一名則是無人飛機駕駛員。考慮到下一代氣球需要將特制的聚乙烯薄膜縫合到一起,專門聘請了專業(yè)的裁縫。

        為使項目進展順利,Google X與Raven Aerostar合作,雙方共同解決氣球飛行持續(xù)時間、方向控制、能量消耗等問題。經(jīng)多方驗證后,決定采用雙氣囊(氦氣、空氣)設(shè)計,另外還配備了一套閥門控制系統(tǒng),使其能夠利用極少的能量實現(xiàn)高度調(diào)節(jié)。德瓦奧感嘆道,“這比開發(fā)火箭還難?!?/p>

        氣球回收

        為了探測壓力、溫度等,氣球上會安裝許多傳感器,這使Google在測試過程中積累了大量的數(shù)據(jù),因此如何回收氣球也是Google X考慮的問題。

        升上天空的Google氣球都配備了降落傘,在遇到故障或想要回收氣球時,地面人員啟動一套放氣機制,同時打開氣球上的降落傘。在初期測試時,大多數(shù)氣球都降落在農(nóng)場里,有時,好奇的路人會比回收團隊更早達到氣球降落地點,為避免引起誤會,Google氣球上會用黑色字寫明這是一次無害的科學(xué)實驗,并標明“保羅”的電話,撥打電話提供氣球位置線索可以得到獎勵。在約200次測試中,只有兩個氣球沒有被收回。其中一個是撿到氣球的人未與Google聯(lián)系(Google通過GPS鎖定了氣球的位置,但因不想泄露項目秘密而放棄了);另一個是在肯塔基州引發(fā)關(guān)注的閃光物體。這個閃光物體在空中漂浮了11天,最后在加拿大境內(nèi)降落。

        軟件系統(tǒng)

        在氣球測試過程中,Google X開發(fā)了一套控制軟件,第一代版本被命名為“伏爾甘”。隨著測試的深入,“伏爾甘”最終被名為“任務(wù)控制”的全能操作系統(tǒng)取代?!叭蝿?wù)控制”是一套純粹的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),團隊成員可以通過任何PC或平板電腦與系統(tǒng)相連。它能夠分析美國國家海洋和大氣管理局的數(shù)據(jù)(包括當前狀態(tài)與歷史記錄);它可以利用Google的計算資源來規(guī)劃氣球飛行的理想路線;它能夠?qū)馇蛞龑?dǎo)至正確的高度,并追蹤它們的“神經(jīng)系統(tǒng)”和具體方位;在地圖上標注每個氣球的狀態(tài)和位置;向當?shù)乜展軉T發(fā)出信息,并告知屏幕上閃爍的信號無任何危害等。

        連續(xù)飛行時間的困擾

        測試過程雖然遭遇諸多困難,但最難解決的還是如何讓氣球在高空連續(xù)飛行100天,甚至更長的時間。20世紀60年代末,一種名為“全球水平探測技術(shù)” 的氣象探測氣球曾創(chuàng)下連續(xù)飛行744天的記錄,但此后再也沒有氣球能夠達到這一水準了。

        NASA在今年2月份放飛的測試氣球也只飛行了55天,而且尺寸遠大于Google的測試氣球。因此,當Google宣布將定期以極低的成本實現(xiàn)兩倍的飛行時間時,嘲笑聲時有出現(xiàn)。但Google認為通過改進技術(shù)是可以突破這個難題的,比如采用高級的氣球材料,使用緊密的閥門輔助配件,采用能在低溫下將泄漏量降到最低程度的定制墊圈等。

        精通氣球制作技術(shù)的Raven Aerostar副總裁朗·斯特羅斯切尼認為,根據(jù)Google工程師提供的方法,確實有可能突破氣球飛行時間的限制。Google的氣球?qū)<业ぁU溫對此充滿信心,他表示Google在這個項目上投入的資源超過了任何一個團隊,包括所有民間項目和政府項目。并堅信能夠?qū)崿F(xiàn)目標,甚至超越目標。

        Google氣球團隊在新西蘭的成功,堅定了Google X的信心。隨著項目的發(fā)展,Google X團隊已經(jīng)準備好在南緯40度線上,用300個氣球環(huán)繞新西蘭、智利、阿根廷和澳大利亞的上空,為這些國家的偏遠地區(qū)提供無線網(wǎng)絡(luò)服務(wù)??ㄎ鞯险f:“如果這個項目取得成功,我們會繼續(xù)向北擴張,將服務(wù)延伸到更多的國家?!?/p>

        根據(jù)Google氣球團隊的設(shè)想,他們未來會在全球安裝數(shù)千個氣球,并設(shè)定一些指定的回收點,然后每天由多個運營中心發(fā)送數(shù)十個替換的氣球。卡西迪說:“我們意識到,全球還有數(shù)十億人無法上網(wǎng)。我們想幫助他們?!?/p>

        “Google氣球”并不瘋狂

        如果Google氣球項目取得成功,Google不僅能獲得社會的肯定,還能獲得巨大的經(jīng)濟回報。但泰勒表示,Google X不會受到嚴格的預(yù)算限制。他表示,如果把賺錢當作目標,那么就會失去積極性。整個Google都明白,只要你想辦法把世界變得更美好,錢自然會來找你。

        Google希望,在未來幾年通過Google氣球上網(wǎng)的人數(shù)能夠與通過光纖、電纜上網(wǎng)的人數(shù)一樣多。這聽起來似乎瘋狂的想法,在新聞曝光后,并沒有遭到任何的批評或嘲笑,反而得到了輿論和用戶的一致稱贊。

        Google氣球升騰吧,播撒更多的福祉,帶來更多的美好。

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