新型物聯(lián)網(wǎng)模式海計(jì)算助推智慧安防智慧海洋信息化精

1、新型物聯(lián)網(wǎng)模式 海計(jì)算助推智慧安防（二-智慧海洋信息化領(lǐng)航者 勵(lì)圖高科 二、海計(jì)算（一海計(jì)算的概念海計(jì)算是一種新型物聯(lián)網(wǎng)計(jì)算模型，通過在物理世界的物體中融入計(jì)算、存 儲(chǔ)、通信能力和智能算法，實(shí)現(xiàn)物物互聯(lián)，通過多層次組 網(wǎng)、多層次處理將原始信息 盡量留在前端，提高信息處理的實(shí)時(shí)性，緩解網(wǎng)絡(luò)和平臺(tái)壓力。海計(jì)算可分為兩個(gè)階段，第一階段重點(diǎn)發(fā)展智慧基礎(chǔ)設(shè)施，實(shí)現(xiàn)個(gè)體智能化； 第二階段重點(diǎn)研究智慧基礎(chǔ)設(shè)施間的協(xié)同聯(lián)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)群 體智能化。第一階段：發(fā)展融入式智能采集設(shè)備，將智能采集設(shè)備隱形融入 各類基礎(chǔ)設(shè)施 中，形成智慧基礎(chǔ)設(shè)施，實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)設(shè)施個(gè)體智能化。 第二階段:在實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)設(shè)施個(gè)體 智能化的基礎(chǔ)上，通過

2、智慧基礎(chǔ) 設(shè)施組網(wǎng)實(shí)現(xiàn)局部智能交互，充分發(fā)揮智慧基礎(chǔ)設(shè) 施的群體優(yōu)勢，利用相互間的分布式處理和信息融合，實(shí)現(xiàn)群體智能化。（二海計(jì)算的價(jià)值海是一個(gè)擁有共享機(jī)制、 協(xié)調(diào)機(jī)制的龐大網(wǎng)絡(luò)，每一滴水都置身 于海中,每一 滴水都將自己的信息處理任務(wù)分擔(dān)在海里，由其它海水 分擔(dān)；同時(shí)，每一滴水也將分 擔(dān)其它海水的信息處理任務(wù)。當(dāng)海水無法完成信息處理任務(wù)時(shí)，就會(huì)蒸發(fā)成水汽流向天空，由云接收和容納。在物聯(lián) 網(wǎng)傳統(tǒng)計(jì)算模式下，所有基礎(chǔ)信息不經(jīng)海水處理直接蒸發(fā)，給云帶來了巨大的壓力， 云可能承受不了從而通過雨水的方式又落回海 里；在海計(jì)算模式下,大部分基礎(chǔ)信 息在海里處理，云只負(fù)責(zé)處理從 海中蒸發(fā)的少量復(fù)雜信息，云

3、的負(fù)擔(dān)大大減輕，形成良 性循環(huán)。海計(jì) 算有效克服了前端采集設(shè)備處理、 存儲(chǔ)、傳輸?shù)确矫婺芰κ芟薜奶?生缺陷,充分發(fā)揮了每個(gè)信息采集設(shè)備的能力，利用海量前端設(shè)備的個(gè) 體智能化和 群體智能化應(yīng)對海量信息處理，為網(wǎng)絡(luò)和平臺(tái)提供了更大 選擇空間，為各類智慧應(yīng) 用的實(shí)現(xiàn)提供了更大可能。 海計(jì)算改變了前 端采集、中端傳輸、后端處理的傳統(tǒng) 模式,在成本、性能、網(wǎng)絡(luò)、平 臺(tái)等方面均體現(xiàn)出明顯優(yōu)勢，有利于提升業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)效 率和效果,延長系統(tǒng)壽命。成本:隨著微電子技術(shù)和工藝的發(fā)展，前端采集設(shè)備的智能化并 不會(huì)帶來成本 的顯著增加，而海計(jì)算緩解了網(wǎng)絡(luò)的傳輸壓力以及后端 平臺(tái)的處理、存儲(chǔ)壓力，減 少了網(wǎng)絡(luò)和平臺(tái)投資，整

4、體建設(shè)成本降低。性能:海計(jì)算采用前端采集設(shè)備和后端 平臺(tái)相結(jié)合的層次處理模 式，縮短信息融合和反饋路徑，提高處理效率，降低能耗，提 高業(yè)務(wù)實(shí)時(shí)性；通過分散式結(jié)構(gòu)避免出現(xiàn)單一控制點(diǎn)、單一瓶頸、單一故障點(diǎn)，拓展性更好,魯棒性更強(qiáng)。網(wǎng)絡(luò):海計(jì)算通過前端個(gè)體智能處理、群體智能融合以及存儲(chǔ)本 地化顯著減少傳輸信息量，減輕網(wǎng)絡(luò)負(fù)擔(dān)。平臺(tái):海計(jì)算通過智能前端設(shè)備對原始信息的處理得到特征信息或決策信息，并利用底層網(wǎng)絡(luò)融合完成大部分信息融合處理，并實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)本地 化,顯著緩解平臺(tái)的處理和存儲(chǔ)壓力。（三海計(jì)算關(guān)鍵技術(shù)海計(jì)算涉及自組網(wǎng)、時(shí)間同步、短距離通信、協(xié)同處理、信息安全等多個(gè)技術(shù)領(lǐng)域。理論上，參與信息處理的節(jié)點(diǎn)

5、數(shù)目越多、融合信 息越多，效果就越好,但同時(shí) 產(chǎn)生的系統(tǒng)開銷（包括通信資源、計(jì)算 資源、能耗等 也越大；節(jié)點(diǎn)間交換的信息層 次（原始信息層次最低，特征信息次之，決策信息層次最高 越低，包含的信息量越多， 需要的通信帶寬也越大。如何通過海計(jì)算關(guān)鍵技術(shù)的研究，在滿足系統(tǒng)性能要求 的情況下盡量降低系統(tǒng)開銷，是海計(jì)算有效落地面臨的核心問題。1. 自組網(wǎng)技術(shù)：某些特殊安防場景（如戰(zhàn)場監(jiān)控等 下前端采集設(shè) 備隨機(jī)部署，無 法進(jìn)行現(xiàn)場或遠(yuǎn)程組網(wǎng)配置，影響海計(jì)算群體智能的實(shí)現(xiàn)，需要設(shè)備能夠在部署完 畢、新設(shè)備加入網(wǎng)絡(luò)、設(shè)備退出網(wǎng)絡(luò)等 場景下進(jìn)行自組網(wǎng)。設(shè)備部署完畢：在所有設(shè)備首次部署完畢之后通過設(shè)備搜索、時(shí)間

6、同步等技術(shù) 實(shí)現(xiàn)設(shè)備間的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，進(jìn)行正常網(wǎng)絡(luò)通信。新設(shè)備加入網(wǎng)絡(luò)：當(dāng)有新設(shè)備加入網(wǎng)絡(luò)時(shí)，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)發(fā)生變化。新設(shè) 備通過向附近設(shè)備發(fā)出加入請求以及信息交互，實(shí)現(xiàn)新設(shè)備的加入。設(shè)備退出網(wǎng)絡(luò)：當(dāng)有設(shè)備主動(dòng)退出或因故障退出網(wǎng)絡(luò)時(shí)，附近設(shè) 備發(fā)現(xiàn)通過該 退出設(shè)備的路由斷掉，會(huì)通過與周圍設(shè)備進(jìn)行組網(wǎng)信息的交互實(shí)現(xiàn)重新組網(wǎng)。2. 時(shí)間同步技術(shù)：信息采集設(shè)備之間的時(shí)間同步是保證設(shè)備間協(xié)同處理有效實(shí)現(xiàn)的前提。時(shí)間同步受到發(fā)送時(shí)間、訪問時(shí)間、傳送時(shí)間、傳播時(shí)間、接收時(shí)間、接受時(shí)間等多種因素的影響，不同場景對 時(shí)間同步的算法復(fù)雜度、算法精度等 要求各異。目前，針對信息采集 設(shè)備的時(shí)間同步機(jī)制研究主要包括集

7、中式同步和分 布式同步兩種機(jī) 制:集中式同步機(jī)制由根設(shè)備生成拓?fù)錁?，拓?fù)錁涞母骷壴O(shè)備與上 一級設(shè)備同步，不能越級同步，單跳偏差逐跳累積，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)湫圆?，全網(wǎng)同步收 斂速度慢；分布式同步機(jī)制無需由根設(shè)備生成樹，設(shè)備之間采用分布式廣播同步，通 過相鄰設(shè)備間的信息交互，使設(shè)備時(shí)間同步到一個(gè)虛擬時(shí)間上，收斂速度快，擴(kuò)展性 好，魯棒性強(qiáng)，不會(huì)因?yàn)楦O(shè)備失效而導(dǎo)致全網(wǎng)重新同步。3. 短距離通信技術(shù):智能米集設(shè)備間距離較短，相互間通常米用無線方式進(jìn)行 通信。傳統(tǒng)的無線技術(shù)功耗較高、時(shí)延較大，無法滿足 頻繁的設(shè)備間交互需求。短 距離通信技術(shù)包含物理層和鏈路層技術(shù)、無線通信技術(shù)兩部分，該技術(shù)采用輕量級的通信

8、協(xié)議，功耗、時(shí)延性能明顯改善，是實(shí)現(xiàn)海計(jì)算模型下智能采集設(shè)備信息交互 的關(guān)鍵。物理層和鏈路層技術(shù)：已有藍(lán)牙（IEEE 802.15.1、超寬帶UWB（IEEE 802.15.3a和低速低功耗通信（802.15.4等一些技術(shù)，為無線通信的實(shí)現(xiàn)制定了底層規(guī) 范，是無線通信有效實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)。無線通信技術(shù)：已有ZigBee、ISA100和WirelessHART等一些技術(shù),建立在物理層和鏈路層技術(shù)之上,實(shí)現(xiàn)了在短距離情況下智能采集設(shè)備間的無線通信和信息交互，為感知層網(wǎng)絡(luò)的協(xié)同信息處理奠定了基4. 協(xié)同處理技術(shù)：由于計(jì)算、通信、存儲(chǔ)等能力受限，單個(gè)智能 設(shè)備采集的原始信息和經(jīng)過處理的特征或決策信息存在片面性和零散性,無法滿足智慧安防對信息完整性的要求，需要通過設(shè)備間以及 設(shè)備與平臺(tái)間的協(xié)同處理實(shí)現(xiàn)群體智能，從而獲 取更完整可靠的信息。協(xié)同處理的信息包括上傳數(shù)據(jù)、下行數(shù)據(jù)、狀態(tài)數(shù)據(jù)、 控制數(shù)據(jù)、功能數(shù)據(jù)。上傳數(shù)據(jù):包含結(jié)果信息和過程反饋信息。下行數(shù)據(jù):包含任務(wù)說明和服務(wù)質(zhì)量需求。狀態(tài)數(shù)據(jù):包含設(shè)備性能、場景特征、狀態(tài)更新等參數(shù)?？刂茢?shù)據(jù):包含狀態(tài)控制信息、角色控制信息和任務(wù)控制信息。功能數(shù)據(jù):包含數(shù)據(jù)級信息、特征級信息和決策級信息。5. 信息安全技術(shù)：傳統(tǒng)的互聯(lián)網(wǎng)信息安全多關(guān)注于提高算法魯