[发明专利]一种云雾融合的工业物联网认知能源管理系统及计算方法

说明书

本发明公开了一种云雾融合的工业物联网认知能源管理系统及其计算方法，其结构包括工业设备层、工业云雾认知计算层和能源管理层。其中工业云雾认知计算层包括工业云计算与工业雾计算；能源管理层作为架构的顶层负责提供多样化的能源管理应用，包括能源感知模块、能源分析模块、能源预测模块和能源优化模块。本发明利用云计算可以提供无限资源缓解雾计算资源有限问题，利用雾计算边缘信息处理能力缓解云计算引起的高延迟、网络拥塞、低可靠性问题，通过在雾计算与云计算间构建渗透模型实现云雾融合，在最小化云雾资源消耗量的引导下，使得能源管理服务在云雾之间合理分配，实现云雾资源合理高效利用，从而实现IIoT能源高效管理。

技术领域

本发明属于物联网在能源领域的应用技术领域，具体涉及一种云雾融合的工业物联网认知能源管理系统及计算方法。

背景技术

国内制造业的转型意味着强劲推动工业信息化对工业互联网时代起着重要的推动作用。工业互联网是工业革命+网络革命，不是工业+互联网，工业物联网属于工业互联网，通过现有物联网(IoT)技术和大数据(Big Data)技术，在工业制造领域使用分析、预测和自动化算法连接传统机器设备，以实现更稳定的人机交互。

然而，随着工业物联网(IIoT)的不断发展，持续增长的能源消耗和严重的环境污染问题引起了各界人士的广泛关注。由此迫切需求一种高效绿色的能源管理方式，来降低能源消耗，减轻环境污染，而针对IIoT规模庞大、精确性要求高、时延敏感等多方面特性，IIoT对能源管理提出了以下几点需求：①高速可靠网络传输能力，②海量数据存储计算能力，③智能分析决策能力，④信息安全保障，⑤交互效果智能化。

目前，国内外关于IIoT能源管理的研究主要集中于将云计算(Cloud Computing)技术融入到能源管理中，解决传统能源管理资源受限、扩张难度大的问题。然而，云计算给IIoT能源管理带来便利的同时也带来了巨大挑战。随着IIoT不断成熟，必然会产生海量的能源数据信息，针对若将数据全部移动到云中存储计算，必然会造成云中心和工业设备间的输入/输出瓶颈，使得整个IIoT传输速率大大降低，同时带来严重的网络拥塞，以及数据全部存储在云中还存在较大的安全隐患。现有技术中的工业互联网能源管理架构一方面应不再拘泥于云计算，雾计算(Fog Computing)具备能在工业设备上 (或者是在设备之间、网络上)进行数据存储与计算能力，考虑将雾计算技术也融入到能源管理中。另一方面，基于云的能源管理模型仅对能源数据信息进行处理，缺乏处理网络边缘数据能力，且并不具备缓解IIoT拥塞，保证数据安全性能力。

现有专利文献中，申请号为201505000110.X的专利公开了一种基于视觉建模的工业物联网能源管理方法，依据一个工业物联网系统的技术和功能部件的技术规范，实现用法视角模型和功能视角模型导出的活动和功能，通过“活动”到“功能部件”到“实现部件”的实现映射，关键系统特性(边缘层、平台层、企业层)的实现映射。以此完成一个完整的工业物联网能源管理系统。其主要过程如图1所示。可以实现边缘层从工业控制系统收集数据，传送给平台层；以及从平台层接收对于工业控制系统的控制命令，平台层从企业层接收、处理、并且向边缘层转发控制命令；还可以从边缘层汇聚、处理、并且向企业层转发数据，企业层实现特定领域的应用、决策支持系统，并且向端用户提供应用接口。该文献是针对物联网能源管理系统建模的一个基础性专利，针对工业物联网的信息安全进行了较为高层的技术体系的构建。但该技术的不足是未针对工业物联网的理论难题，包括智能化问题、数字化问题、可靠性问题、可控性问题以及安全性问题，尤其对于物理安全、信息安全、系统自愈3个系统特性未给出完整的支撑的技术体系的解决方案。