面向場域網的智能邊緣網絡控制系統
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面向場域網的智能邊緣網絡控制系統隨着工業物聯網、智慧城市、車聯網等業務的快速發展，新興業務對邊緣服務環境的動態性、實時性、響應性、複雜性等應對能力的需求十分迫切。如工業物聯網[1]中設備管控、信令轉發、可視化操作等都需要極低的時延及極高的可靠性。但是，目前的工業物聯網還存在很多問題，比如信令響應實時性差、設備可擴展性差、缺乏設備可視化管理、對帶寬計算等資源無法調度等問題。
為了解決複雜物聯網環境下資源受限、環境多變和數據傳輸不可靠等問題，本項目組擬融合設備感知、系統協同控制、邊緣計算開發了面向場域網的邊緣網絡控制系統，通過雲、邊、端的縱向協同，以及邊緣網絡控制系統之間的橫向協同控制，實現物的自主化和協作化，提高系統的響應性、安全性和可擴展性，提供更可靠的智能服務。
本項目契合智慧服務系統（3S）的主旨，成為3S關鍵技術的一部分，具有很好的研究和開發價值。
目錄
內容和技術
本小組搭建了雲-邊-端協同的自適應控制體系，擬設計一種面向場域網的智能邊緣網絡控制系統。南北向能夠支持多種異構網絡的接入（5G、4G、WIFI、LAN、藍牙、LoRa、Zigbee等），東西向能夠支持多邊緣控制器的協同組網。系統結構圖如圖1。
本小組研發主要包含以下四個內容
第一，事件驅動的終端設備按需工作，實現終端設備智能化工作。如圖2根據終端設備的屬性功能，將其劃分為感知設備、控制設備、執行設備、網絡設備幾種類型。感知設備主要負責環境數據的獲取，控制設備負責對感知設備獲取的數據進行計算分析，確定發生的事件類型，執行設備根據發生的事件執行響應的動作。
針對單個邊緣控制系統，1、支持多種網絡的感知設備接入（WiFi、藍牙、Zigbee等）。2、支持對各種感知設備的數據進行計算分析，如：對感知到環境溫度、煙霧、火焰能夠分析到火災事件的發生，對人體紅外傳感器、聲音傳感器數據的分析能夠預測到房間內人員的到來等。3、支持對執行設備的控制工作，如：對分析到的火災事件發生時控制報警器、排風扇、噴淋器等設備工作，對分析到房屋有人員到來時控制燈、插座等設備工作，等等。
第二，基於優先級的業務調度，針對接入用戶和終端設備的業務類型及需求的複雜情形，根據接入用戶和終端設備業務的類型，劃分指定優先級，並依據此優先級指定轉發規則，並下發轉發規則到內核執行轉發。
發送端調度模塊分為控制器和業務分發部分。其中控制器部分會實時的感知收集各鏈路的動態參數（時延、吞吐量、丟包率等），並通過加權係數計算業務分發規則，並下發給業務分發器。業務分發器接收到分發規則，則執行對應的分發動作，完成多優先級的業務傳輸。圖3為發送端的調度示意圖。
對於接收端，應具有從多個路徑同時接收數據，並且可以將各個數據包依據業務不同，分別進行重組排序，分別交付的能力。於此同時，還應具備對於優先級不同的業務，交付的優先級也應不同。如：信令類的業務到達時，不應在視頻或文件傳輸業務的隊列中排隊交付，而應當立即交付。接收端調度模塊僅包含業務分流器。用於將各個鏈路接收到的數據分類為各個用戶的業務數據並交付上層應用。圖5為接收端調度示意圖。
第三，多鏈路異構網絡傳輸控制，能夠實現不同類型的業務使用不同鏈路，多條鏈路服務單個業務。如視頻類業務對帶寬需求大，當鏈路狀況不佳時會造成傳輸卡頓、影響用戶體驗效果。因此本小組研發的智能邊緣控制系統能夠實現單個業務多鏈路同時傳輸。
第四，多邊緣控制器的協同組網、任務卸載。對於各個邊緣控制系統接入的終端設備數量不同，導致計算資源的需求和網絡資源的不平衡。即會出現多個邊緣網絡控制器有的處於高負荷狀態，有的處於資源空閒狀態，以至於不能充分利用各個邊緣網絡控制器[2]的帶寬資源和計算資源。因此本小組研發的智能邊緣控制系統能夠實現任務卸載、橫向系統調度，單個邊緣網絡控制器能夠發現系統中連接的所有邊緣控制系統，並獲取各控制系統的資源使用情況和鏈路質量。當自身計算任務負載過重時，向空閒的控制器發送協同請求。將一部分計算任務卸載到其他的控制器，以達到均衡資源和計算任務的目的。