面向场域网的智能边缘网络控制系统
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面向场域网的智能边缘网络控制系统随着工业物联网、智慧城市、车联网等业务的快速发展，新兴业务对边缘服务环境的动态性、实时性、响应性、复杂性等应对能力的需求十分迫切。如工业物联网[1]中设备管控、信令转发、可视化操作等都需要极低的时延及极高的可靠性。但是，目前的工业物联网还存在很多问题，比如信令响应实时性差、设备可扩展性差、缺乏设备可视化管理、对带宽计算等资源无法调度等问题。
为了解决复杂物联网环境下资源受限、环境多变和数据传输不可靠等问题，本项目组拟融合设备感知、系统协同控制、边缘计算开发了面向场域网的边缘网络控制系统，通过云、边、端的纵向协同，以及边缘网络控制系统之间的横向协同控制，实现物的自主化和协作化，提高系统的响应性、安全性和可扩展性，提供更可靠的智能服务。
本项目契合智慧服务系统（3S）的主旨，成为3S关键技术的一部分，具有很好的研究和开发价值。
目录
内容和技术
本小组搭建了云-边-端协同的自适应控制体系，拟设计一种面向场域网的智能边缘网络控制系统。南北向能够支持多种异构网络的接入（5G、4G、WIFI、LAN、蓝牙、LoRa、Zigbee等），东西向能够支持多边缘控制器的协同组网。系统结构图如图1。
本小组研发主要包含以下四个内容
第一，事件驱动的终端设备按需工作，实现终端设备智能化工作。如图2根据终端设备的属性功能，将其划分为感知设备、控制设备、执行设备、网络设备几种类型。感知设备主要负责环境数据的获取，控制设备负责对感知设备获取的数据进行计算分析，确定发生的事件类型，执行设备根据发生的事件执行响应的动作。
针对单个边缘控制系统，1、支持多种网络的感知设备接入（WiFi、蓝牙、Zigbee等）。2、支持对各种感知设备的数据进行计算分析，如：对感知到环境温度、烟雾、火焰能够分析到火灾事件的发生，对人体红外传感器、声音传感器数据的分析能够预测到房间内人员的到来等。3、支持对执行设备的控制工作，如：对分析到的火灾事件发生时控制报警器、排风扇、喷淋器等设备工作，对分析到房屋有人员到来时控制灯、插座等设备工作，等等。
第二，基于优先级的业务调度，针对接入用户和终端设备的业务类型及需求的复杂情形，根据接入用户和终端设备业务的类型，划分指定优先级，并依据此优先级指定转发规则，并下发转发规则到内核执行转发。
发送端调度模块分为控制器和业务分发部分。其中控制器部分会实时的感知收集各链路的动态参数（时延、吞吐量、丢包率等），并通过加权系数计算业务分发规则，并下发给业务分发器。业务分发器接收到分发规则，则执行对应的分发动作，完成多优先级的业务传输。图3为发送端的调度示意图。
对于接收端，应具有从多个路径同时接收数据，并且可以将各个数据包依据业务不同，分别进行重组排序，分别交付的能力。于此同时，还应具备对于优先级不同的业务，交付的优先级也应不同。如：信令类的业务到达时，不应在视频或文件传输业务的队列中排队交付，而应当立即交付。接收端调度模块仅包含业务分流器。用于将各个链路接收到的数据分类为各个用户的业务数据并交付上层应用。图5为接收端调度示意图。
第三，多链路异构网络传输控制，能够实现不同类型的业务使用不同链路，多条链路服务单个业务。如视频类业务对带宽需求大，当链路状况不佳时会造成传输卡顿、影响用户体验效果。因此本小组研发的智能边缘控制系统能够实现单个业务多链路同时传输。
第四，多边缘控制器的协同组网、任务卸载。对于各个边缘控制系统接入的终端设备数量不同，导致计算资源的需求和网络资源的不平衡。即会出现多个边缘网络控制器有的处于高负荷状态，有的处于资源空闲状态，以至于不能充分利用各个边缘网络控制器[2]的带宽资源和计算资源。因此本小组研发的智能边缘控制系统能够实现任务卸载、横向系统调度，单个边缘网络控制器能够发现系统中连接的所有边缘控制系统，并获取各控制系统的资源使用情况和链路质量。当自身计算任务负载过重时，向空闲的控制器发送协同请求。将一部分计算任务卸载到其他的控制器，以达到均衡资源和计算任务的目的。