本實用新型涉及物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域，具體涉及一種用于分布式計算網(wǎng)絡(luò)的計算節(jié)點及分布式計算網(wǎng)絡(luò)。

背景技術(shù)：

20世紀80年代以來，人們開始利用信息技術(shù)實現(xiàn)建筑的智能化自動控制，例如面向特定服務功能的廣播音響系統(tǒng)、IC卡管理系統(tǒng)、酒店客房管理系統(tǒng)、能源監(jiān)測管理系統(tǒng)，以及面向特定機電設(shè)備的空調(diào)控制系統(tǒng)、安防系統(tǒng)、消防系統(tǒng)、冷站控制系統(tǒng)、用電安全系統(tǒng)等，然而問題是現(xiàn)有技術(shù)中的管理控制系統(tǒng)往往都不那么“智能”，超過半數(shù)的建筑自控系統(tǒng)只能實現(xiàn)在中央控制室遠程監(jiān)測建筑環(huán)境和系統(tǒng)設(shè)備的運行參數(shù)，以及通過中控人機界面手動地啟?；蛘{(diào)節(jié)機電設(shè)備運行狀態(tài)。這樣的系統(tǒng)實質(zhì)上仍嚴重依賴于運行人員的手動操作，沒有實現(xiàn)自動化和智能化。只有極少數(shù)的建筑，能夠?qū)崿F(xiàn)樓宇層面的自動化控制和管理，包括各個子系統(tǒng)內(nèi)部的優(yōu)化控制，和子系統(tǒng)之間的集成控制。

造成這種局面的根本原因在于自控系統(tǒng)的集中式的架構(gòu)，如圖1所示，現(xiàn)有技術(shù)中的自控系統(tǒng)采用集中式的組織架構(gòu)，所有終端測控點（傳感器、執(zhí)行器、現(xiàn)場控制器）都通過總線通信網(wǎng)絡(luò)連通，各個子系統(tǒng)（照明系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)、消防系統(tǒng)、安防系統(tǒng)）的末端的信息測控點雖然很大程度上分布在同一個建筑子空間內(nèi)，但卻是按照不同的子系統(tǒng)進行縱向垂直集成，這一集中式的自控系統(tǒng)具有如下主要缺點：

1、終端的測控點需要進行全局通信命名、定義物理屬性并定義相互之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，當測控點數(shù)較多時，這一現(xiàn)場配置和組態(tài)的工作變得工作量極大，難度很高；這一工作需要在建筑建造完成及機電設(shè)備就位后才能開展，可以利用的施工周期很短，因而時間倉促；在后期建筑布局或功能劃分發(fā)生變化時，自控系統(tǒng)難以隨之靈活改變；

2、各子系統(tǒng)之間難以實現(xiàn)信息的真正共享，要想實現(xiàn)跨系統(tǒng)信息共享，就要在現(xiàn)有若干系統(tǒng)的上層建立一個新系統(tǒng)，這就需要對全局重新進行組態(tài)和定義，難度和成本極高，不適應建筑控制智能化、信息化、前端化的需求；

3、自控平臺封閉、通用性差，控制軟件往往是針對個別建筑單獨設(shè)計的，因而在對系統(tǒng)進行改造和擴展的過程中，新的控制策略難以在現(xiàn)有的自控平臺上靈活簡單地實現(xiàn)。

4、跨系統(tǒng)集成困難，現(xiàn)有的自控系統(tǒng)及平臺通用性差、軟硬件環(huán)境不友好，要求開發(fā)者具有較高的IT專業(yè)知識，而自控系統(tǒng)中運行的各種控制策略及控制邏輯（如暖通系統(tǒng)的控制策略、消防系統(tǒng)的控制策略、安防系統(tǒng)的控制策略）又往往是由各個領(lǐng)域的工程師（暖通工程師、消防安全工程師等）來制定的，這就導致各領(lǐng)域的工程師很難將其制定好的控制策略和控制邏輯轉(zhuǎn)化為自控系統(tǒng)的控制軟件，因而導致各個子系統(tǒng)應該實現(xiàn)的功能很難集成在現(xiàn)有的自控系統(tǒng)和自控平臺當中。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型旨在至少解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題之一。提供一種扁平化的、無中心的物聯(lián)網(wǎng)的架構(gòu)形態(tài)及基礎(chǔ)設(shè)施，從而克服集中式的架構(gòu)所帶來的問題。

為此，本實用新型提出一種用于分布式計算網(wǎng)絡(luò)的計算節(jié)點，所述計算節(jié)點包括：

外部模塊10；

內(nèi)部模塊20；

存儲模塊30；

操作系統(tǒng)模塊40；

其中所述外部模塊10具有若干個A類接口，所述內(nèi)部模塊具有若干個B類接口；

所述A類接口中的任意一個用于與另外一個計算節(jié)點的所述外部模塊的A類接口中的任意一個互連并交互數(shù)據(jù)；所述內(nèi)部模塊的B類接口用于與非計算節(jié)點的其他設(shè)備進行通訊；

其中，所述外部模塊10具有計算功能，所述外部模塊10通過與其他的計算節(jié)點的外部模塊的數(shù)據(jù)交互完成分布式計算。

進一步的，所述內(nèi)部模塊20具有計算功能。

進一步的，所述外部模塊的A類接口具體為4個或5個或6個或7個或8個。

進一步的，所述A類接口與其他計算節(jié)點的A類接口之間通過有線方式互連。

進一步的，所述A類接口與其他計算節(jié)點的A類接口之間通過無線方式互連。

進一步的，所述B類接口與其他設(shè)備之間通過WIFI、Zigbee、RS485、433或藍牙方式進行通訊。

進一步的，非計算節(jié)點的其他設(shè)備包括各種傳感器、執(zhí)行器、控制器、智能設(shè)備。

本實用新型還提出一種分布式計算網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)由本實用新型的用于分布式計算網(wǎng)絡(luò)的計算節(jié)點互相連接而成。

該用于分布式計算網(wǎng)絡(luò)的計算節(jié)點及計算網(wǎng)絡(luò)能夠應用于建筑自控系統(tǒng)，將建筑內(nèi)涉及到的各種傳感器、執(zhí)行器、控制器及機電設(shè)備互連形成一個扁平化的、無中心的、自組織的物聯(lián)網(wǎng)。需要說明的是雖然本實用新型提供的用于分布式計算網(wǎng)絡(luò)的計算節(jié)點產(chǎn)生于并可以應用于樓宇自控領(lǐng)域，但這并不構(gòu)成對本實用新型的保護范圍的限定，由本實用新型的用于分布式計算網(wǎng)絡(luò)的計算節(jié)點構(gòu)成的分布式計算網(wǎng)絡(luò)作為一個基礎(chǔ)性的計算網(wǎng)絡(luò)還可以應用于其他領(lǐng)域。

本實用新型提供的用于分布式計算網(wǎng)絡(luò)的計算節(jié)點（CPN）與計算網(wǎng)絡(luò)具有如下特點：

1、面向空間：每個計算節(jié)點（CPN）均與一個基本空間單元或者某個機電設(shè)備相互關(guān)聯(lián)，基本空間單元或機電設(shè)備所具有的位置空間信息、相對位置關(guān)系或拓撲關(guān)系可以自然而然地體現(xiàn)在所述計算節(jié)點（CPN）及計算節(jié)點構(gòu)成的計算網(wǎng)絡(luò)上，因而具有快速部署的優(yōu)點，能夠免去原有控制系統(tǒng)的海量而反復的現(xiàn)場布線、適配、調(diào)試、定義的工作，節(jié)省大量人力；

2、標準化：計算節(jié)點通過與基本空間單元或機電設(shè)備進行數(shù)據(jù)交互而自動識別其所連接的設(shè)備，能夠?qū)崿F(xiàn)即插即用，自動識別；

3、無中心計算：由于分布式計算網(wǎng)絡(luò)的計算節(jié)點（CPN）構(gòu)成的整個計算網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是扁平化的、無中心化的，各個節(jié)點的地位完全平等，每個節(jié)點都具有計算能力，各個節(jié)點之間通過數(shù)據(jù)交互分布式地完成全局的計算；

附圖說明

本實用新型的上述和/或附加的方面和優(yōu)點從結(jié)合下面附圖對實施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中：

圖1是本實用新型的實施例的用于分布式計算網(wǎng)絡(luò)的計算節(jié)點的組成結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本實用新型的實施例的分布式計算網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是本實用新型的實施例的計算節(jié)點與DCS連接關(guān)系的示意圖。

圖4是本實用新型的實施例的計算節(jié)點與DCS的另一種連接關(guān)系的示意圖。

圖5是本實用新型的計算網(wǎng)絡(luò)應用于實際案例的示意圖。

具體實施方式

結(jié)合圖1，本實用信息的一種用于分布式計算網(wǎng)絡(luò)的計算節(jié)點包括外部模塊10，內(nèi)部模塊20，存儲模塊30，操作系統(tǒng)模塊40，所述外部模塊10為具有計算功能和信息處理功能的設(shè)備，如CPU或邏輯計算器，內(nèi)部模塊20用于與其他設(shè)備進行數(shù)據(jù)通訊，存儲模塊30具備信息的存儲功能，操作系統(tǒng)模塊40可以是常見的各種操作系統(tǒng)或程序員自行設(shè)計開發(fā)且能夠用于分布式計算網(wǎng)絡(luò)的操作系統(tǒng)。

所述外部模塊10具有若干個A類接口，所述內(nèi)部模塊具有若干個B類接口；所述A類接口中的任意一個用于與另外一個計算節(jié)點的所述外部模塊的A類接口中的任意一個互連并交互數(shù)據(jù)并完成無中心的分布式的計算；所述內(nèi)部模塊的B類接口用于與非計算節(jié)點的其他設(shè)備進行數(shù)據(jù)交換和通訊，其中內(nèi)部模塊的主要功能是通訊。

在本實用新型的另外一方面的實施例中，內(nèi)部模塊也具有計算功能，如在與非計算節(jié)點的其他設(shè)備進行通訊后對需要計算的內(nèi)容進行輔助計算。

所述外部模塊的A類接口具體為1個或多個，具體可以為2個或3個或4個或5個或6個或7個或8個。其中6個是最佳實施例，其原因在于建筑中的基本空間單元可以抽象為具有六個面的立方體，具有上、下、左、右、前、后六個拓撲上相鄰的鄰居，因而將計算節(jié)點的計算模塊的A類接口設(shè)置為6個代表計算節(jié)點所代表的基本空間單元最多與其他6個基本空間單元拓撲相鄰，這能夠滿足建筑控制的基本需求，當然這并不構(gòu)成對本實用新型保護范圍的限定，A類接口的數(shù)量可以根據(jù)需求任意設(shè)置。

進一步的，所述A類接口與其他計算節(jié)點的A類接口之間通過有線方式互連。例如可以通過網(wǎng)線將兩個計算節(jié)點之間的A類接口進行互聯(lián)，有線的連接方式能夠保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩院陀行?，但是可以理解的是A類接口之間也可以通過無線的方式進行互連。

所述B類接口與其他設(shè)備之間可以通過有線或無線的進行通訊，例如WIFI、Zigbee或RS485、433、藍牙等方式，例如計算節(jié)點基于Wifi與建筑空間單元中的各種控制器、傳感器、執(zhí)行器互連，計算節(jié)點將各種控制器、傳感器的信息收集起來，并與其相鄰的計算節(jié)點進行數(shù)據(jù)交互和共同計算，待獲得計算結(jié)果之后再將數(shù)據(jù)傳送給各種控制器、傳感器或執(zhí)行器，通過這種方式實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)基本架構(gòu)的實現(xiàn)。

計算節(jié)點（CPN）具有空間屬性，空間屬性體現(xiàn)為計算節(jié)點（CPN）所在的絕對空間位置和/或計算節(jié)點（CPN）在所處的拓撲網(wǎng)絡(luò)中的相對空間位置。

計算節(jié)點（CPN）互連形成的計算網(wǎng)絡(luò)形成了一個大的計算機，計算過程分布于每個計算節(jié)點（CPN）中；單個計算節(jié)點自己也可以是一個具有全面的信息處理、運行計算能力的計算機，但是處理信息和計算的能力較弱，多個計算節(jié)點互聯(lián)后所組成的系統(tǒng)具備更強的信息存儲、計算及通信的能力。

計算節(jié)點的B類通信接口還可以與區(qū)域控制系統(tǒng)（District Control System）互聯(lián)。而所述區(qū)域控制系統(tǒng)與某個基本空間單元（如建筑的子空間：一間辦公室、一個走廊等）或某個機電設(shè)備（如冷機、水泵等）相關(guān)聯(lián)，區(qū)域控制系統(tǒng)用于收集所述子空間或機電設(shè)備的所有測控信息或用于控制與子空間或機電設(shè)備相關(guān)的控制器或執(zhí)行器。

計算節(jié)點（CPN）與區(qū)域控制系統(tǒng)（DCS）之間的通訊方式包括但不限于以下兩種：

第一種通訊方式結(jié)合圖3所示：

計算節(jié)點與DCS中的區(qū)域控制器（DCU）直接進行數(shù)據(jù)交互，DCU再與各個控制器、傳感器或執(zhí)行器進行數(shù)據(jù)交互，所述DCU和各控制器、傳感器或執(zhí)行器構(gòu)成主從關(guān)系。

第二種通訊方式結(jié)合圖4所示：

DCS中的區(qū)域控制器（DCU）及各個控制器、傳感器、執(zhí)行器或燈、百葉、FCU智能設(shè)備為共同位于一個局部網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)之上（可以是一個局域網(wǎng)），計算節(jié)點與局部網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)互聯(lián)，所述CPN、DCU和各個控制器、傳感器、執(zhí)行器或燈、百葉、FCU智能設(shè)備之間均可以進行信息交互，上述各部件之間無主從關(guān)系。

CPN與DCS之間的通訊方式支持多種通訊協(xié)議，從而使得CPN可以與目前現(xiàn)有技術(shù)中的各類DCU產(chǎn)品兼容。

此外還可以將DCU的功能整合到CPN中，即在CPN中增加一個相當于DCU的模塊，該模塊與建筑的子空間或機電設(shè)備相對應，收集相關(guān)信息或者執(zhí)行相關(guān)的控制。

各個CPN互聯(lián)所形成的網(wǎng)絡(luò)屬于一個物理意義上的有形的網(wǎng)絡(luò)，其是對客觀的物的網(wǎng)絡(luò)的代表，例如CPN所組成的計算網(wǎng)絡(luò)可以代表室內(nèi)交通網(wǎng)絡(luò)、空氣流動網(wǎng)絡(luò)、傳熱網(wǎng)絡(luò)、配電系統(tǒng)、空調(diào)水系統(tǒng)，自來水系統(tǒng)，生活熱水系統(tǒng)，空調(diào)風系統(tǒng)，排煙通風系統(tǒng)，新風系統(tǒng)，供燃氣系統(tǒng)，冷站，熱力站等。

通過本實用新型提供的分布式的計算網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，在計算節(jié)點（CPN）與DCS結(jié)合或通訊的那一刻，DCS自身所帶有的空間屬性（DCS要么是一個基本空間單元，即一個房間或走廊，要么是一臺機電設(shè)備，基本空間單元或者機電設(shè)備天然具有位置或空間屬性）便自然而然地映射在在了CPN當中，CPN組網(wǎng)后形成的網(wǎng)絡(luò)也就形成了一個帶有空間屬性的物聯(lián)網(wǎng)。

圖5是本實用新型的計算網(wǎng)絡(luò)應用于實際案例的示意圖，圖5左側(cè)顯示了一種冷站中的冷機、水泵、末端設(shè)備的連接示意圖，每個冷機、水泵、末端設(shè)備均與一個計算節(jié)點相關(guān)聯(lián)，所有的計算節(jié)點按照一定的拓撲關(guān)系互連形成一個計算網(wǎng)絡(luò)，則所述計算網(wǎng)絡(luò)就代表了該冷站中所有設(shè)備的物聯(lián)網(wǎng)。