本发明专利技术提供了一种基于通感算与虚拟控制器智能融合的工业互联网网络架构，涉及工业互联网体系架构技术领域，包括终端层、边缘层、网络层、云计算层、智能算力网络、网络虚拟化控制器以及工业物联网。利用网络虚拟化控制器和通感算一体化架构融合，实现网络资源的虚拟化和管理以及计算节点的选择和任务数据的调度，从而解决现有工业互联网存在的控制功能不集中、算力服务无法按需实时调度与高效共享问题；利用本发明专利技术提出的新型融合架构，搭建各层之间的双向数据、控制信令通道，解决目前工业互联网面临的闭环信息流处理功能。从而满足复杂工业互联网智能适应、多维资源动态按需分配以及集中、虚拟化控制等柔性需求。虚拟化控制等柔性需求。虚拟化控制等柔性需求。
【技术实现步骤摘要】
基于通感算与虚拟控制器智能融合的工业互联网网络架构
[0001]本专利技术涉及工业互联网体系架构
，特别是涉及一种基于通感算与虚拟控制器智能融合的工业互联网网络架构。
技术介绍
[0002]随着新一轮科技革命和产业变革快速发展，互联网从消费领域快速延伸到生产领域，工业经济由数字化向网络化、智能化深度拓展，工业互联网应运而生。工业互联网是新一代信息通信技术与工业经济深度融合的新型基础设施、应用模式和工业生态，以网络为基础、平台为中枢、数据为要素、安全为保障，实现对人、机、物、系统的全面连接，是第四次工业革命的重要基石。
[0003]当前的工业互联网存在以下亟待解决的问题：
[0004]问题一：需要解决架构的控制功能不集中以及算力服务的按需实时调度与高效共享无法实现的问题。
[0005]一方面万物智能互联时代，工业互联网中的设备量、连接量和计算量呈指数级增长，工业互联网中的数据协同和资源调度问题的研究是实现智能制造的重要基础。工业终端的调度问题主要是传统制造任务和物流任务的调度，与传统网络化制造系统环境相比，制造任务的开始和结束时间约束、任务前驱后继约束将更复杂，工业终端资源的能力和能耗方面的计算方式也随之更复杂。因此如何解决控制功能不集中问题，避免资源浪费，实现算力服务的按需实时调度与高效共享，成为工业互联网提升数据价值的关键。
[0006]问题二：亟需实现架构的闭环信息流处理功能。
[0007]另一方面，工业4.0的全面部署需要借助对环境感知信息的获取、信息交互与共享、智能信息处理、到控制信息逐层分发的闭环信息流处理。而现有无线网络架构已经难以满足后5G/6G时代不断涌现的应用需求，亟待研发一个实现全面感知、信息交互、智能信息处理、控制及时分发的闭环信息流处理架构。
[0008]图1为传统的通感算一体化架构示意图，如图1所示，虽然现有提出的通感算一体化架构可以实现现场网络信息多维感知、协作通信、智能计算功能的深度融合。但是美中不足的是，架构存在控制功能不集中、无法实现控制功能虚拟化、以及无法实现计算节点选择和任务数据调度等任务管理功能的问题。因此需要基于通感算一体化架构设计一个新型数据协同框架，以满足复杂工业互联网智能适应、多维资源动态按需分配以及集中、虚拟化控制等柔性需求。
技术实现思路
[0009]本专利技术的目的是提供一种基于通感算与虚拟控制器智能融合的工业互联网网络架构，以解决目前工业互联网控制功能不集中导致资源浪费以及缺乏闭环信息流智能交互与处理、广域智能协作能力的问题。
[0010]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0011]一种基于通感算与虚拟控制器智能融合的工业互联网网络架构，包括：终端层、边缘层、网络层、云计算层以及智能算力网络；所述智能算力网络包括所述终端层的分布式智能计算技术、所述边缘层的边缘智能计算技术以及所述云计算层的云智能计算技术；
[0012]所述终端层与所述智能算力网络以及所述边缘层相连接；所述边缘层与所述智能算力网络、所述终端层以及所述网络层相连接；所述网络层与所述边缘层以及所述云计算层相连接；所述云计算层与所述网络层以及所述智能算力网络相连接；
[0013]所述终端层包括多个智能终端，所述智能终端用于采用分布式智能计算技术融合感知信息，通过通感一体化技术辅助工业互联网系统生成自主决策，并将所述感知信息以及所述自主决策传输至所述边缘层；
[0014]所述边缘层用于通过边缘智能计算技术对所述感知信息进行处理，执行局部决策和局部控制，生成局部决策部署，将所述局部决策部署返回至所述终端层中的智能终端进行反馈和决策，以及将处理后的感知信息发送至所述网络层进行集中管理和协调；
[0015]所述网络层包括网络虚拟化控制器；所述网络虚拟化控制器用于根据所述局部决策部署选择计算节点以及调度任务数据，生成第一全局决策以及任务调度结果，并将所述第一全局决策以及所述任务调度结果反馈至所述边缘层；
[0016]所述云计算层用于通过云智能计算技术，构建全局云智能计算模型库，实现全局感知、决策和任务编排，生成第二全局决策和云计算结果，并将所述第二全局决策以及所述云计算结果反馈至所述网络虚拟化控制器。
[0017]可选的，所述网络虚拟化控制器，具体包括：网络资源虚拟化和管理功能、计算节点选择和任务数据调度功能、集成组件和实现闭环信息流处理功能以及优化算力资源利用效率和提高工业互联网系统的可扩展性功能。
[0018]可选的，所述网络资源虚拟化和管理功能，具体包括：对网络资源进行识别和分类，同时确定应用程序的需求；所述应用程序的需求包括带宽、时延以及丢包率；在进行网络资源虚拟化时，根据所述应用程序的需求对物理网络资源进行划分和分配，配置虚拟网络。
[0019]可选的，所述计算节点选择和任务数据调度功能，具体包括：监测各计算节点的资源状态；所述资源状态包括CPU、内存以及网络带宽；根据所述计算节点的资源状态以及任务特性，选择适合任务的计算节点，将任务数据分发至各个所述适合任务的计算节点，共享算力服务；所述任务特性包括任务数据的字节数、复杂度以及类型。
[0020]可选的，所述集成组件和实现闭环信息流处理功能，具体包括：集成安全管理组件实现对所述网络虚拟化控制器的安全保护和管理，以及集成任务管理组件实现对任务的监控和管理；基于集成结果，通过网络虚拟化控制器对网络资源和算力资源的管理和调度，实现对任务的全生命周期管理；所述全生命周期管理包括任务的创建、调度、执行、监控以及结果反馈。
[0021]可选的，所述优化算力资源利用效率和提高工业互联网系统的可扩展性功能，具体包括：监测各个所述计算节点的资源状态，动态调整所述计算节点的使用情况；通过水平和垂直两个方向的扩展，增加所述工业互联网系统的计算能力、存储能力和网络资源，满足不断增长的业务需求。
[0022]可选的，所述网络层还包括：数据交换中心；所述数据交换中心用于收集各个边缘
节点和所述智能终端的感知信息和控制指令，辅助所述网络虚拟化控制器实现全局的控制和调度。
[0023]可选的，所述云计算层，具体包括：集群核心云服务器；所述集群核心云服务器用于通过数据挖掘技术、机器学习技术以及数据融合技术，将所述智能终端和所述边缘层上传的数据进行综合和处理，获取更大范围区域的感知信息，以实现对所述工业互联网系统的全局控制和调度；还用于记录并智能分析扩大后的感知信息，构建全局的云智能计算模型库，实现全局感知、决策和任务编排。
[0024]可选的，还包括：工业物联网；
[0025]所述工业物联网包括多个连接的物联网关；所述物联网关通过串口连接所述终端层的智能终端采集的工业数据，通过网络接口连接所述边缘层的各个设备；所述物联网关为用于数据采集的本地主机设备。
[0026]可选的，所述边缘层和所述网络层通过防火墙进行连接和隔离。
[0027]根据本专利技术提供的具体实施例，本专利技术公开了以下技术效果：本专利技术提供了本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于通感算与虚拟控制器智能融合的工业互联网网络架构，其特征在于，包括：终端层、边缘层、网络层、云计算层以及智能算力网络；所述智能算力网络包括所述终端层的分布式智能计算技术、所述边缘层的边缘智能计算技术以及所述云计算层的云智能计算技术；所述终端层与所述智能算力网络以及所述边缘层相连接；所述边缘层与所述智能算力网络、所述终端层以及所述网络层相连接；所述网络层与所述边缘层以及所述云计算层相连接；所述云计算层与所述网络层以及所述智能算力网络相连接；所述终端层包括多个智能终端，所述智能终端用于采用分布式智能计算技术融合感知信息，通过通感一体化技术辅助工业互联网系统生成自主决策，并将所述感知信息以及所述自主决策传输至所述边缘层；所述边缘层用于通过边缘智能计算技术对所述感知信息进行处理，执行局部决策和局部控制，生成局部决策部署，将所述局部决策部署返回至所述终端层中的智能终端进行反馈和决策，以及将处理后的感知信息发送至所述网络层进行集中管理和协调；所述网络层包括网络虚拟化控制器；所述网络虚拟化控制器用于根据所述局部决策部署选择计算节点以及调度任务数据，生成第一全局决策以及任务调度结果，并将所述第一全局决策以及所述任务调度结果反馈至所述边缘层；所述云计算层用于通过云智能计算技术，构建全局云智能计算模型库，实现全局感知、决策和任务编排，生成第二全局决策和云计算结果，并将所述第二全局决策以及所述云计算结果反馈至所述网络虚拟化控制器。2.根据权利要求1所述的基于通感算与虚拟控制器智能融合的工业互联网网络架构，其特征在于，所述网络虚拟化控制器，具体包括：网络资源虚拟化和管理功能、计算节点选择和任务数据调度功能、集成组件和实现闭环信息流处理功能以及优化算力资源利用效率和提高工业互联网系统的可扩展性功能。3.根据权利要求2所述的基于通感算与虚拟控制器智能融合的工业互联网网络架构，其特征在于，所述网络资源虚拟化和管理功能，具体包括：对网络资源进行识别和分类，同时确定应用程序的需求；所述应用程序的需求包括带宽、时延以及丢包率；在进行网络资源虚拟化时，根据所述应用程序的需求对物理网络资源进行划分和分配，配置虚拟网络。4.根据权利要求2所述的基于通感算与虚拟控制器智能融合的工业互联网网络架构，其特征在于，所述计算节点选择和任务数据调度功能，具体包括：监测各计算节点的资源状态；所述资源状态包括CPU、内存以及网络带...
【专利技术属性】
技术研发人员：李学华，伍钟情，蔡元心，
申请(专利权)人：北京信息科技大学，
类型：发明
国别省市：
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