Mtandao wa Uwezo wa Kikokotoo wa Angani ya Chini: Muundo, Mbinu, na Changamoto

Yaliyomo

1. Utangulizi

Kuongezeka kwa Vyombo vya Anga Visivyo na Rubani (UAVs) na ndege za Umeme zinazopaa na Kutua Wima (eVTOL) kunaunda safu mpya ya kiuchumi katika anga ya chini, inayoitwa Uchumi wa Angani ya Chini (LAE). Mitandao ya majukwaa haya ya anga, au Mitandao ya Kiuchumi ya Angani ya Chini (LAENets), inaahidi matumizi ya kubadilisha katika usafirishaji mijini, usimamizi, na mawasiliano. Rasilimali muhimu, lakini isiyotumiwa vyema, ndani ya mitandao hii ni uwezo wa kikokotoo wa ndani (CPUs, GPUs) wa kila ndege—inayoitwa "uwezo wa kikokotoo". Karatasi hii inapendekeza mfano mpya: kuchukulia uwezo huu wa kikokotoo uliosambazwa kama Mali ya Ulimwengu Halisi (RWAs) zilizowakilishwa kwa ishara kwenye blockchain. Kwa kufanya hivyo, vifaa tofauti vya anga vinaweza kuunda Mtandao wa Uwezo wa Kikokotoo wa Angani ya Chini (LACNets) salama, yenye kusisimua, na ya ushirikiano, kwa ufanisi kuunda "wingu la ukingoni angani" lenye nguvu.

2. Usuli & Kazi Inayohusiana

2.1 Uchumi wa Angani ya Chini (LAE) & LAENets

LAENets zinawakilisha mitandao mnene, iliyopangwa ya UAVs na eVTOLs zinazofanya kazi katika anga ya chini ya mijini. Changamoto kuu ni pamoja na usimamizi wa trafiki ya anga ya wakati halisi, udhaifu wa usalama (mfano, udanganyifu wa ishara), na ukosefu wa uaminifu miongoni mwa wadau wengi (waendeshaji, watoa huduma, wasimamizi).

2.2 Uwakilishi wa Mali ya Ulimwengu Halisi (RWA) kwa Ishara

Uwakilishi wa RWA kwa ishara unahusisha kuwakilisha umiliki au haki za mali halisi (mfano, mali isiyohamishika, bidhaa) kwenye blockchain kupitia ishara (zinazoweza kubadilishana au zisizoweza kubadilishana). Hii inawezesha umiliki wa sehemu, uboreshaji wa urahisi wa kugharimu, na ufuatiliaji wazi wa asili. Karatasi hii inarekebisha dhana hii kwa rasilimali za kikokotoo.

2.3 Blockchain kwa Kompyuta ya Ukingoni

Blockchain hutoa daftari lisiloweza kuharibika, la kujitegemea bora kwa kusimamia manunuzi na hali katika mifumo iliyosambazwa. Katika kompyuta ya ukingoni, inaweza kuwezesha ugunduzi salama wa rasilimali, upakiaji wa kazi, na malipo yanayothibitika bila mamlaka kuu, kukabiliana na upungufu wa uaminifu katika LAENets wazi.

3. Muundo wa LACNet & Mbinu

3.1 Muundo Mkuu

Muundo wa LACNet unaopendekezwa una safu tatu: 1) Safu ya Kimwili: UAVs/eVTOLs zilizo na uwezo tofauti wa kikokotoo. 2) Safu ya Blockchain: Blockchain yenye ruhusa au ya ushirika inayosimamia mzunguko wa maisha ya ishara za uwezo wa kikokotoo, mikataba mahiri ya upangaji, na mfumo wa utambulisho wa kujitegemea kwa washiriki. 3) Safu ya Huduma: Ambapo watumiaji wa mwisho wanawasilisha kazi za kikokotoo (mfano, uchambuzi wa picha, uboreshaji wa njia) ambazo hulinganishwa na rasilimali za uwezo wa kikokotoo zilizowakilishwa kwa ishara zinazopatikana.

3.2 Mchakato wa Kuwakilisha Uwezo wa Kikokotoo kwa Ishara

Ndege hujisajili na maelezo yao ya vifaa (viini vya CPU, kumbukumbu ya GPU, upana wa bendi) na hali ya sasa (mahali, betri) kwenye mtandao. Mkataba mahiri hutoa ishara isiyoweza kubadilishana (NFT) au kundi la ishara zinazoweza kubadilishana zinazowakilisha sehemu ya uwezo wake wa kikokotoo unaopatikana kwa muda uliofafanuliwa. Ishara hii ni RWA inayothibitika, inayoweza kuuzwa.

3.3 Upangaji wa Kazi & Utaratibu wa Kusisimua

Mkataba mahiri wa soko hulinganisha maombi ya kazi na ishara za uwezo wa kikokotoo. Waendeshaji wanasisimuliwa kuchangia rasilimali kupitia malipo madogo ya fedha za kriptografia baada ya kukamilika kwa kazi. Blockchain inarekodi vibaya manunuzi yote, kuhakikisha haki na uwezo wa ukaguzi.

4. Uchunguzi wa Kesi: LACNet ya Usafirishaji Mijini

4.1 Usanidi wa Uigaji

Waandishi walitumia mfano wa mtandao wa kiwango cha jiji ulio na ndege ndogo za usafirishaji na teksi za anga. Kazi zilijumuisha uchambuzi wa video ya wakati halisi kwa uthibitishaji wa kifurushi na upangaji upya wa njia wenye nguvu. Hali ya msingi na kikokotoo kilichotengwa ililinganishwa na LACNet inayotegemea RWA iliyopendekezwa.

4.2 Matokeo & Uchambuzi wa Utendaji

Matokeo ya uigaji yalionyesha uboreshaji mkubwa: 1) Kupunguzwa kwa Ucheleweshaji wa Kazi: Kwa kupakia kazi zenye mzigo mkubwa wa kikokotoo kwa nodi za anga zilizo karibu, zisizotumika, ucheleweshaji wa mwisho-hadi-mwisho ulipungua kwa takriban 35%. 2) Uboreshaji wa Uaminifu & Usalama: Mfumo unaotegemea blockchain ulitoa uthibitisho wa kriptografia wa mchango wa rasilimali na utekelezaji wa kazi, ukipunguza tabia mbaya ya nodi. 3) Kuongezeka kwa Ufanisi wa Rasilimali: Matumizi ya jumla ya uwezo wa kikokotoo kwenye mtandao yaliboreshwa kwa takriban 50%, na kugeuza mizunguko isiyotumika kuwa mali yenye tija.

Maelezo ya Chati: Chati ya mstari ingaonyesha mistari miwili: moja kwa "Msingi (Iliyotengwa)" inayoonyesha ucheleweshaji wa juu zaidi na unaobadilika kadiri mzigo wa kazi unavyoongezeka, na moja kwa "LACNet (Inayotegemea RWA)" inayoonyesha ucheleweshaji wa chini, thabiti zaidi kwa sababu ya ushirikiano na upangaji bora wa rasilimali.

5. Changamoto & Mwelekeo wa Utafiti wa Baadaye

Karatasi hii inatambua changamoto kadhaa wazi: Kiufundi: Utaratibu mwepesi wa makubaliano unaofaa kwa nodi za anga zilizo na uhaba wa rasilimali; kikokotoo kinachothibitika kwa ufanisi (mfano, kutumia zk-SNARKs) kuthibitisha ukamilifu wa kazi bila utekelezaji tena. Uendeshaji: Miundo ya bei inayobadilika kwa uwezo wa kikokotoo; ujumuishaji na mifumo ya sasa ya usimamizi wa trafiki ya anga. Kisheria & Kisheria: Utambuzi wa kimataifa wa RWAs zilizowakilishwa kwa ishara; mifumo ya uwajibikaji kwa kikokotoo cha anga kilichotolewa nje. Mwelekeo wa baadaye ni pamoja na upangaji wa kujitegemea unaoongozwa na AI na kuwezesha kujifunza kwa ushirikiano kwenye LACNets.

6. Mtazamo wa Mchambuzi

Ufahamu Mkuu: Karatasi hii sio tu kuhusu ndege ndogo au blockchain—ni mpango wa kujiamini wa kufanya fedha kwa muundo wa mfumo halisi uliosambazwa. Ufahamu mkuu ni kutambua "kikokotoo kisichotumika" kama mpaka unaofuata wa kuwakilisha RWA kwa ishara, kutumia kanuni za DeFi kwa mali zinazosonga, za pande tatu. Ni mtazamo mgumu zaidi na wenye matarajio makubwa kuliko picha za dijiti zisizosonga au ufuatiliaji wa mnyororo wa usambazaji.

Mtiririko wa Mantiki: Hoja ni ya kulazimisha: LAENets zina tatizo la uaminifu na rasilimali zilizopotea. Blockchain inatatua uaminifu kupitia uwazi na otomatiki. Uwakilishi kwa ishara huunda soko la kioevu kwa rasilimali iliyopotea (uwezo wa kikokotoo). Soko hili huwatia motisha washiriki, kutatua tatizo la uratibu, na kuanzisha mtandao wenye ufanisi zaidi. Uchunguzi wa kesi hutoa uthibitisho wa kiasi unaohitajika wa dhana.

Nguvu & Kasoro: Nguvu iko katika muunganiko wake wa taaluma mbalimbali, ukichanganya dhana kutoka kwa mifumo iliyosambazwa, uchumi, na sayansi ya anga. Muundo uliopendekezwa una mantiki. Hata hivyo, kasoro kuu ya karatasi ni utunzaji wake wenye matumaini wa vikwazo vya ulimwengu halisi. Ucheleweshaji wa makubaliano ya blockchain (hata yenye ruhusa) haujazingatiwa vyema, ambayo inaweza kufuta faida za ucheleweshaji mdogo wa upakiaji wa ukingoni kwa kazi za wakati halisi. Mfano wa usalama kwa nodi nyepesi za anga zinazoshiriki kwenye blockchain haujafafanuliwa vyema—unawezaje kuzuia shambulio la Sybil kwa ndege ndogo za bei rahisi? Mzigo wa nishati wa shughuli za blockchain kwenye UAVs zilizo na betri ndogo ni ukosefu muhimu.

Ufahamu Unaoweza Kutekelezwa: Kwa wawekezaji, watazame kampuni zinazoanza zinazochanganya IoT, AI ya ukingoni, na uwakilishi kwa ishara—hii ndio sehemu ya muunganiko. Kwa wahandisi, kipaumbele cha haraka cha R&D kinapaswa kuwa "uwezo wa kuthibitisha mwepesi," labda kuchunguza aina za roll-ups zenye matumaini au uthibitisho-wa-kazi-muhimu zilizoboreshwa kwa mkusanyiko wa anga. Kwa wasimamizi, karatasi hii ni wito wa kuamka: mifumo ya uwakilishi wa mali kwa ishara lazima ibadilike ili kujumuisha mali zinazobadilika, zinazotegemea utendaji kama wakati wa kikokotoo, sio mali isiyobadilika tu. Kupuuza hii kunaweza kuacha uongozi katika LAE kwa maeneo yenye sera za mali za dijiti zinazobadilika zaidi.

7. Maelezo ya Kiufundi & Mfumo wa Hisabati

Mfano rahisi wa upakiaji wa kazi katika LACNet unaweza kutengenezwa kama tatizo la uboreshaji. Acha $T_i$ iwe kazi ya kikokotoo yenye mizunguko ya kikokotoo inayohitajika $C_i$ na mwisho wa muda $D_i$. Acha $V_j$ iwe gari la anga lenye uwezo wa kikokotoo uliowakilishwa kwa ishara kama $P_j$ (nguvu ya usindikaji) na gharama kwa kila kitengo cha kikokotoo $\alpha_j$.

Lengo la mkataba mahiri wa upangaji ni kupunguza gharama na ucheleweshaji wa jumla huku ukikidhi mwisho wa muda:

$$\min \sum_{i,j} x_{ij} \cdot (\alpha_j \cdot C_i + \beta \cdot L_{ij})$$

Chini ya:

$$\sum_j x_{ij} = 1 \quad \forall i \text{ (kila kazi imepewa)}$$

$$\sum_i x_{ij} \cdot C_i \leq P_j \quad \forall j \text{ (uwezo wa rasilimali)}$$

$$L_{ij} = \frac{C_i}{P_j} + \text{PropDelay}_{ij} \leq D_i \quad \forall i,j \text{ ambapo } x_{ij}=1$$

Hapa, $x_{ij}$ ni tofauti ya maamuzi ya binary (1 ikiwa kazi $i$ imepewa gari $j$), $L_{ij}$ ni ucheleweshaji wa jumla, $\beta$ ni kipengele cha uzani, na $\text{PropDelay}_{ij}$ ni ucheleweshaji wa kuenea kwa mtandao. Blockchain inathibitisha utimizaji wa vikwazo kupitia uthibitisho kutoka kwa nodi zinazotekeleza.

8. Mfumo wa Uchambuzi: Mfano Usio na Msimbo

Hali: Huduma ya dharura ya jiji inahitaji kusindika picha za moja kwa moja kutoka kwa ndege ndogo 50 zinazopitia eneo la maafa kutambua waliosalia, zinazohitaji usindikaji wa sambamba mkubwa wa picha.

Utumizi wa Mfumo wa LACNet:

1. Uwakilishi wa Mali kwa Ishara: Ndege ndogo za usafirishaji na teksi za anga zilizo karibu huwakilisha uwezo wao wa GPU usiotumika kwa ishara 100 za "Ishara za Kitengo cha Kikokotoo" kila moja, na kuziorodhesha kwenye soko la LACNet na bei na dirisha la upatikanaji.
2. Kuwasilisha Kazi & Kulinganisha: Huduma ya dharura inawasilisha kifurushi cha kazi (mitiririko 50 ya video, mfano wa AI kwa kugundua mtu) na bendera ya kipaumbele cha juu na bajeti. Mkataba mahiri huuziana kazi kiotomatiki, na kuilinganisha na ishara 50 za kikokotoo zenye gharama nafuu zaidi na ucheleweshaji mdogo zinazokidhi maelezo ya kiufundi.
3. Utekelezaji & Uthibitisho: Ndege ndogo zilizochaguliwa hutekeleza hitimisho la AI kwenye mtiririko wao wa video uliopeanwa. Hutoa uthibitisho wa kriptografia (mfano, hash ya data ya pembejeo na matokeo ya pato) inayowasilishwa kwenye blockchain.

4. Malipo & Kusisimua: Baada ya kuthibitisha uthibitisho (labda kupitia changamoto inayotegemea sampuli), mkataba mahiri hutoa malipo kutoka kwa amana ya huduma ya dharura kwa wamiliki wa ishara (waendeshaji wa ndege ndogo), na matokeo yaliyosindikwa yanapeanwa.

Hii inaonyesha jinsi mfumo huu unavyounda kikundi cha kikokotoo cha kujitokeza, chenye kuaminika bila makubaliano ya awali.

9. Matumizi ya Baadaye & Mtazamo

Dhana ya LACNet inaenea zaidi ya usafirishaji. Ufuatiliaji wa Mazingira: Mkusanyiko wa ndege ndogo za sensor zinaweza kuwakilisha data ya sensor na kikokotoo kwa ishara kwa mfano wa chanzo cha uchafuzi wa wakati halisi. Majibu ya Maafa: LACNets za muda zinaweza kuundwa ili kusindika picha za satelaiti na za anga kwa tathmini ya uharibifu, kulipwa na mashirika ya misaada kupitia mikataba mahiri. Burudani & Vyombo vya Habari: Kwa matangazo ya hafla za moja kwa moja, watoa matangazo wanaweza kununua uwezo wa kikokotoo kutoka kwa ndege ndogo za watazamaji kwa pembe za kipekee za anga, na malipo madogo ya otomatiki. Mtazamo wa muda mrefu ni "Wingu la Angani" lenye kujitegemea kabisa ambapo kikokotoo, kugundua, na muunganisho hununuliwa na kuuzwa kama bidhaa katika masoko ya wakati halisi, na kubadilisha kabisa jinsi miundombinu ya mijini inavyojengwa na kulipwa. Mafanikio yanategemea kushinda vikwazo vya kiufundi vya uwezo wa kuongezeka na kriptografia nyepesi, na maendeleo ya sambamba ya kanuni za msaada za mali za dijiti.

10. Marejeo

1. H. Luo et al., "Low-Altitude Computility Networks: Architecture, Methodology, and Challenges," katika IEEE Internet of Things Journal, 2024. (Chanzo PDF)
2. Z. Zhou et al., "Edge Intelligence: Paving the Last Mile of Artificial Intelligence With Edge Computing," Proc. IEEE, vol. 107, no. 8, pp. 1738–1762, Aug. 2019.
3. M. Swan, Blockchain: Blueprint for a New Economy. O'Reilly Media, 2015.
4. F. Tschorsch and B. Scheuermann, "Bitcoin and Beyond: A Technical Survey on Decentralized Digital Currencies," IEEE Commun. Surv. Tutor., vol. 18, no. 3, pp. 2084–2123, 2016.
5. "The Tokenization of Real-World Assets," Digital Asset Research Report, 2023. [Mtandaoni]. Inapatikana: https://www.digitalassetresearch.com/
6. Federal Aviation Administration (FAA), "Concept of Operations for Urban Air Mobility," 2023. [Mtandaoni]. Inapatikana: https://www.faa.gov/