一种用于分布式计算网络的计算节点及分布式计算网络的制作方法

本实用新型涉及物联网领域，具体涉及一种用于分布式计算网络的计算节点及分布式计算网络。

背景技术：

20世纪80年代以来，人们开始利用信息技术实现建筑的智能化自动控制，例如面向特定服务功能的广播音响系统、IC卡管理系统、酒店客房管理系统、能源监测管理系统，以及面向特定机电设备的空调控制系统、安防系统、消防系统、冷站控制系统、用电安全系统等，然而问题是现有技术中的管理控制系统往往都不那么“智能”，超过半数的建筑自控系统只能实现在中央控制室远程监测建筑环境和系统设备的运行参数，以及通过中控人机界面手动地启停或调节机电设备运行状态。这样的系统实质上仍严重依赖于运行人员的手动操作，没有实现自动化和智能化。只有极少数的建筑，能够实现楼宇层面的自动化控制和管理，包括各个子系统内部的优化控制，和子系统之间的集成控制。

造成这种局面的根本原因在于自控系统的集中式的架构，如图1所示，现有技术中的自控系统采用集中式的组织架构，所有终端测控点（传感器、执行器、现场控制器）都通过总线通信网络连通，各个子系统（照明系统、空调系统、消防系统、安防系统）的末端的信息测控点虽然很大程度上分布在同一个建筑子空间内，但却是按照不同的子系统进行纵向垂直集成，这一集中式的自控系统具有如下主要缺点：

1、终端的测控点需要进行全局通信命名、定义物理属性并定义相互之间的关联关系，当测控点数较多时，这一现场配置和组态的工作变得工作量极大，难度很高；这一工作需要在建筑建造完成及机电设备就位后才能开展，可以利用的施工周期很短，因而时间仓促；在后期建筑布局或功能划分发生变化时，自控系统难以随之灵活改变；

2、各子系统之间难以实现信息的真正共享，要想实现跨系统信息共享，就要在现有若干系统的上层建立一个新系统，这就需要对全局重新进行组态和定义，难度和成本极高，不适应建筑控制智能化、信息化、前端化的需求；

3、自控平台封闭、通用性差，控制软件往往是针对个别建筑单独设计的，因而在对系统进行改造和扩展的过程中，新的控制策略难以在现有的自控平台上灵活简单地实现。

4、跨系统集成困难，现有的自控系统及平台通用性差、软硬件环境不友好，要求开发者具有较高的IT专业知识，而自控系统中运行的各种控制策略及控制逻辑（如暖通系统的控制策略、消防系统的控制策略、安防系统的控制策略）又往往是由各个领域的工程师（暖通工程师、消防安全工程师等）来制定的，这就导致各领域的工程师很难将其制定好的控制策略和控制逻辑转化为自控系统的控制软件，因而导致各个子系统应该实现的功能很难集成在现有的自控系统和自控平台当中。

技术实现要素：

本实用新型旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。提供一种扁平化的、无中心的物联网的架构形态及基础设施，从而克服集中式的架构所带来的问题。

为此，本实用新型提出一种用于分布式计算网络的计算节点，所述计算节点包括：

外部模块10；

内部模块20；

存储模块30；

操作系统模块40；

其中所述外部模块10具有若干个A类接口，所述内部模块具有若干个B类接口；

所述A类接口中的任意一个用于与另外一个计算节点的所述外部模块的A类接口中的任意一个互连并交互数据；所述内部模块的B类接口用于与非计算节点的其他设备进行通讯；

其中，所述外部模块10具有计算功能，所述外部模块10通过与其他的计算节点的外部模块的数据交互完成分布式计算。

进一步的，所述内部模块20具有计算功能。

进一步的，所述外部模块的A类接口具体为4个或5个或6个或7个或8个。

进一步的，所述A类接口与其他计算节点的A类接口之间通过有线方式互连。

进一步的，所述A类接口与其他计算节点的A类接口之间通过无线方式互连。

进一步的，所述B类接口与其他设备之间通过WIFI、Zigbee、RS485、433或蓝牙方式进行通讯。

进一步的，非计算节点的其他设备包括各种传感器、执行器、控制器、智能设备。

本实用新型还提出一种分布式计算网络，该网络由本实用新型的用于分布式计算网络的计算节点互相连接而成。

该用于分布式计算网络的计算节点及计算网络能够应用于建筑自控系统，将建筑内涉及到的各种传感器、执行器、控制器及机电设备互连形成一个扁平化的、无中心的、自组织的物联网。需要说明的是虽然本实用新型提供的用于分布式计算网络的计算节点产生于并可以应用于楼宇自控领域，但这并不构成对本实用新型的保护范围的限定，由本实用新型的用于分布式计算网络的计算节点构成的分布式计算网络作为一个基础性的计算网络还可以应用于其他领域。

本实用新型提供的用于分布式计算网络的计算节点（CPN）与计算网络具有如下特点：

1、面向空间：每个计算节点（CPN）均与一个基本空间单元或者某个机电设备相互关联，基本空间单元或机电设备所具有的位置空间信息、相对位置关系或拓扑关系可以自然而然地体现在所述计算节点（CPN）及计算节点构成的计算网络上，因而具有快速部署的优点，能够免去原有控制系统的海量而反复的现场布线、适配、调试、定义的工作，节省大量人力；

2、标准化：计算节点通过与基本空间单元或机电设备进行数据交互而自动识别其所连接的设备，能够实现即插即用，自动识别；

3、无中心计算：由于分布式计算网络的计算节点（CPN）构成的整个计算网络系统是扁平化的、无中心化的，各个节点的地位完全平等，每个节点都具有计算能力，各个节点之间通过数据交互分布式地完成全局的计算；

附图说明

本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本实用新型的实施例的用于分布式计算网络的计算节点的组成结构示意图。

图2是本实用新型的实施例的分布式计算网络的结构示意图。

图3是本实用新型的实施例的计算节点与DCS连接关系的示意图。

图4是本实用新型的实施例的计算节点与DCS的另一种连接关系的示意图。

图5是本实用新型的计算网络应用于实际案例的示意图。

具体实施方式

结合图1，本实用信息的一种用于分布式计算网络的计算节点包括外部模块10，内部模块20，存储模块30，操作系统模块40，所述外部模块10为具有计算功能和信息处理功能的设备，如CPU或逻辑计算器，内部模块20用于与其他设备进行数据通讯，存储模块30具备信息的存储功能，操作系统模块40可以是常见的各种操作系统或程序员自行设计开发且能够用于分布式计算网络的操作系统。

所述外部模块10具有若干个A类接口，所述内部模块具有若干个B类接口；所述A类接口中的任意一个用于与另外一个计算节点的所述外部模块的A类接口中的任意一个互连并交互数据并完成无中心的分布式的计算；所述内部模块的B类接口用于与非计算节点的其他设备进行数据交换和通讯，其中内部模块的主要功能是通讯。

在本实用新型的另外一方面的实施例中，内部模块也具有计算功能，如在与非计算节点的其他设备进行通讯后对需要计算的内容进行辅助计算。

所述外部模块的A类接口具体为1个或多个，具体可以为2个或3个或4个或5个或6个或7个或8个。其中6个是最佳实施例，其原因在于建筑中的基本空间单元可以抽象为具有六个面的立方体，具有上、下、左、右、前、后六个拓扑上相邻的邻居，因而将计算节点的计算模块的A类接口设置为6个代表计算节点所代表的基本空间单元最多与其他6个基本空间单元拓扑相邻，这能够满足建筑控制的基本需求，当然这并不构成对本实用新型保护范围的限定，A类接口的数量可以根据需求任意设置。

进一步的，所述A类接口与其他计算节点的A类接口之间通过有线方式互连。例如可以通过网线将两个计算节点之间的A类接口进行互联，有线的连接方式能够保证数据传输的安全性和有效性，但是可以理解的是A类接口之间也可以通过无线的方式进行互连。

所述B类接口与其他设备之间可以通过有线或无线的进行通讯，例如WIFI、Zigbee或RS485、433、蓝牙等方式，例如计算节点基于Wifi与建筑空间单元中的各种控制器、传感器、执行器互连，计算节点将各种控制器、传感器的信息收集起来，并与其相邻的计算节点进行数据交互和共同计算，待获得计算结果之后再将数据传送给各种控制器、传感器或执行器，通过这种方式实现物联网基本架构的实现。

计算节点（CPN）具有空间属性，空间属性体现为计算节点（CPN）所在的绝对空间位置和/或计算节点（CPN）在所处的拓扑网络中的相对空间位置。

计算节点（CPN）互连形成的计算网络形成了一个大的计算机，计算过程分布于每个计算节点（CPN）中；单个计算节点自己也可以是一个具有全面的信息处理、运行计算能力的计算机，但是处理信息和计算的能力较弱，多个计算节点互联后所组成的系统具备更强的信息存储、计算及通信的能力。

计算节点的B类通信接口还可以与区域控制系统（District Control System）互联。而所述区域控制系统与某个基本空间单元（如建筑的子空间：一间办公室、一个走廊等）或某个机电设备（如冷机、水泵等）相关联，区域控制系统用于收集所述子空间或机电设备的所有测控信息或用于控制与子空间或机电设备相关的控制器或执行器。

计算节点（CPN）与区域控制系统（DCS）之间的通讯方式包括但不限于以下两种：

第一种通讯方式结合图3所示：

计算节点与DCS中的区域控制器（DCU）直接进行数据交互，DCU再与各个控制器、传感器或执行器进行数据交互，所述DCU和各控制器、传感器或执行器构成主从关系。

第二种通讯方式结合图4所示：

DCS中的区域控制器（DCU）及各个控制器、传感器、执行器或灯、百叶、FCU智能设备为共同位于一个局部网络系统之上（可以是一个局域网），计算节点与局部网络系统互联，所述CPN、DCU和各个控制器、传感器、执行器或灯、百叶、FCU智能设备之间均可以进行信息交互，上述各部件之间无主从关系。

CPN与DCS之间的通讯方式支持多种通讯协议，从而使得CPN可以与目前现有技术中的各类DCU产品兼容。

此外还可以将DCU的功能整合到CPN中，即在CPN中增加一个相当于DCU的模块，该模块与建筑的子空间或机电设备相对应，收集相关信息或者执行相关的控制。

各个CPN互联所形成的网络属于一个物理意义上的有形的网络，其是对客观的物的网络的代表，例如CPN所组成的计算网络可以代表室内交通网络、空气流动网络、传热网络、配电系统、空调水系统，自来水系统，生活热水系统，空调风系统，排烟通风系统，新风系统，供燃气系统，冷站，热力站等。

通过本实用新型提供的分布式的计算网络系统，在计算节点（CPN）与DCS结合或通讯的那一刻，DCS自身所带有的空间属性（DCS要么是一个基本空间单元，即一个房间或走廊，要么是一台机电设备，基本空间单元或者机电设备天然具有位置或空间属性）便自然而然地映射在在了CPN当中，CPN组网后形成的网络也就形成了一个带有空间属性的物联网。

图5是本实用新型的计算网络应用于实际案例的示意图，图5左侧显示了一种冷站中的冷机、水泵、末端设备的连接示意图，每个冷机、水泵、末端设备均与一个计算节点相关联，所有的计算节点按照一定的拓扑关系互连形成一个计算网络，则所述计算网络就代表了该冷站中所有设备的物联网。