李永俊

（山西警官職業(yè)學(xué)院 山西省太原市 030006）

過(guò)去，信息化最突出的特點(diǎn)就是在不同層面上都有自身的需求，傳統(tǒng)的計(jì)算以信息量為基礎(chǔ)，工商業(yè)的信息化以穩(wěn)定性和實(shí)時(shí)性為基礎(chǔ)，而新興的物聯(lián)網(wǎng)則以安全性為基礎(chǔ)，與人類的生產(chǎn)息息相關(guān)，融為一體。顯然，將信息自然分離到上述不同領(lǐng)域，將不利于整個(gè)信息技術(shù)的發(fā)展，為了達(dá)到整個(gè)信息化的目標(biāo)，必須突破信息的界限，把信息融合起來(lái)，以前的 TCP/IP、TSN、MQTT 等協(xié)議都是在互聯(lián)網(wǎng)上領(lǐng)先的，也有一些產(chǎn)業(yè)已經(jīng)建立了專用的網(wǎng)絡(luò)，可以兼容多種互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議。而安全的需求，往往需要廠商自己去保障，這樣的結(jié)果，要么是標(biāo)準(zhǔn)不足，要么就是效率太低，尤其是在人類即將面臨的虛擬世界和元宇宙的時(shí)候，信息技術(shù)已經(jīng)不能滿足這個(gè)時(shí)代的需要了，所以必須進(jìn)行一次全面的信息化建設(shè)，以確保信息的標(biāo)準(zhǔn)化和高效率。

1 賦予設(shè)備角色屬性

（1）主控，一般是計(jì)算節(jié)點(diǎn)。

（2）裝備內(nèi)建角色既是人控的需求，又是安全需求。

世界上的人物命名體系分為十個(gè)等級(jí)，每一個(gè)等級(jí)都用“.”來(lái)劃分，如果缺少任意一個(gè)等級(jí)，就必須空出來(lái)，因?yàn)槊恳粋€(gè)等級(jí)的主控是最小標(biāo)號(hào)名稱，這意味著，任意一個(gè)等級(jí)的主控全部都是1，如果要表示一個(gè)級(jí)別的主控設(shè)備，名稱標(biāo)題就是#1.而在這個(gè)標(biāo)題名稱后面則是標(biāo)題的定義，任意一個(gè)名稱可以用來(lái)表達(dá)這個(gè)角色的意思。由一級(jí)公司主控的全球動(dòng)態(tài)展示信息系統(tǒng)進(jìn)行管理，其定義如下：#13895.54736........23567:#.........電機(jī)23，若將每個(gè)等級(jí)的名字全部聯(lián)系到一起，則可以是：世界企業(yè)信息中心.中國(guó)企業(yè)信息中心.中國(guó)煙草信息中心.云南省煙草公司信息中心.云南省煙葉復(fù)烤公司信息中心.瀘西復(fù)烤廠信息中心.生產(chǎn)加工車間信息中心，一個(gè)預(yù)處理單元，包括三個(gè)分布I/O 站點(diǎn)（例如，控制面板是：預(yù)處理部分的PLC）。電機(jī)23，引擎的標(biāo)題是動(dòng)態(tài)決策系統(tǒng)決定，說(shuō)明它是由人決定的，雖然不同等級(jí)有平級(jí)的信息中心，而不同級(jí)的1 則是整個(gè)信息中心，主控就是整個(gè)信息中心，如果將控制來(lái)分類的話，只有主控和被控之分?？刂泣c(diǎn)的作用只是掌握和控制，主控功能要求控制器的硬件選擇撥號(hào)開關(guān)，被控角色不需要選擇對(duì)應(yīng)的一級(jí)撥號(hào)開關(guān)，也就是所有撥號(hào)開關(guān)的默認(rèn)值，都是零值，而主控功能，則要求選擇對(duì)應(yīng)的1 級(jí)撥號(hào)開關(guān)，代表著主控角色在某個(gè)級(jí)別。如果定義的每一級(jí)設(shè)備數(shù)量為216=65536，共10 級(jí)，那么一共有6553610=1.4615016330902918e48 個(gè)設(shè)備。

2 賦予設(shè)備時(shí)間屬性

信息CPU 另外一項(xiàng)重要的設(shè)計(jì)目標(biāo)是集成，即與其他機(jī)器進(jìn)行穩(wěn)定、實(shí)時(shí)的通訊，或許是與其他CPU 進(jìn)行穩(wěn)定、實(shí)時(shí)的通訊，這個(gè)是相對(duì)的實(shí)時(shí)概念。但是在實(shí)踐中，需要100 ms 地對(duì)時(shí)和人的響應(yīng)探測(cè)計(jì)時(shí)鐘，可能要求1ms 的機(jī)器高速動(dòng)作計(jì)時(shí)鐘，可能需要10ms 的計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)通訊時(shí)鐘，以及其他較大的時(shí)間時(shí)鐘和以供機(jī)器之間的系統(tǒng)級(jí)通訊時(shí)鐘，還有人與人溝通交流的時(shí)間。在定時(shí)電路中的應(yīng)用，通?？梢愿鶕?jù)需要設(shè)置不同的時(shí)鐘產(chǎn)生器，其中時(shí)鐘周期為100μs,1ms,10ms,100ms,1s,1min，1 小時(shí)，1 天，1月，1年，通常定時(shí)電路從1ms 開始起步，每1ms 輸出100μs 的定時(shí)時(shí)間，以此類推，比如，計(jì)時(shí)時(shí)間為1ms，每10ms 輸出1ms，但是100ms 是一個(gè)特殊的數(shù)字，它不單單僅限于要在10ms 內(nèi)輸出，而且還在開始處或重啟或重新啟動(dòng)其他時(shí)鐘發(fā)生器。

當(dāng)這些計(jì)時(shí)器運(yùn)行時(shí)，有必要同步發(fā)送信息，在此期間，各個(gè)系統(tǒng)的信息CPU 檢查（開啟）網(wǎng)絡(luò)，以便在非定時(shí)的時(shí)候，將正常的數(shù)據(jù)自由地進(jìn)行交換。很顯然，同步數(shù)據(jù)的數(shù)量不會(huì)很多，但是普通的數(shù)據(jù)量卻是無(wú)限的，此外，不同級(jí)別的數(shù)據(jù)傳輸需要不同的數(shù)據(jù)，如對(duì)工業(yè)周邊裝置的共用控制，有一臺(tái)高速計(jì)算機(jī)(1ms)，以及經(jīng)常進(jìn)行的少量數(shù)據(jù)(10ms)，在更高的層次，可以是在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)控制器間切換頻率的降低（100ms），在以上數(shù)據(jù)是遠(yuǎn)程控制與顯示間的數(shù)據(jù)交流頻率進(jìn)一步降低的數(shù)據(jù)（1 秒），而在這些數(shù)據(jù)中，有一種是實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)，比如云端游戲，又或是虛擬現(xiàn)實(shí)中的虛擬操作，這些都是元宇宙通用的數(shù)據(jù)，所以，如果將這些數(shù)據(jù)的同步時(shí)間設(shè)定為正確的時(shí)間（100 毫秒），則存在著一個(gè)大的計(jì)時(shí)器中含有小計(jì)時(shí)器的問(wèn)題，例如，100 毫秒的計(jì)時(shí)器持續(xù)時(shí)間是10 毫秒，也就是說(shuō)，每個(gè)100 毫秒中有10 毫秒是由信息CPU 專門傳送數(shù)據(jù)的，而在剩余的90 毫秒（這里的情況）中，用來(lái)傳送常規(guī)數(shù)據(jù)的，所以100 毫秒的起始時(shí)間與10 毫秒計(jì)時(shí)器的起始時(shí)間同時(shí)存在，那么10毫秒計(jì)時(shí)器就在100ms 之內(nèi)，為了確保這兩種數(shù)據(jù)的正確性，就必須犧牲一定的時(shí)間間隔。具體地說(shuō)，就是在這個(gè)計(jì)時(shí)器的輸出范圍之內(nèi)，在不允許大的計(jì)時(shí)器的輸出的情況下，在10 毫秒計(jì)時(shí)器工作的連續(xù)1 毫秒中，100 毫秒計(jì)時(shí)器工作的連續(xù)10 毫秒內(nèi)不使用該計(jì)時(shí)器的持續(xù)10 毫秒的起始1ms，僅利用最后9 毫秒（這里的情形）來(lái)發(fā)送數(shù)據(jù)。

3 融合信息及其軟硬件實(shí)現(xiàn)

異構(gòu)信息CPU 包括安全信息CPU（安全信息CPU 本身的安全要求必須由硬件來(lái)完成），融合（實(shí)時(shí)）信息CPU，通用信息CPU，通過(guò)一個(gè)被稱作融合硬件的硬件來(lái)實(shí)現(xiàn)叫做融合硬件，該硬件獨(dú)立于處理器的其他核心功能，僅有的關(guān)聯(lián)是融合寄存器?？梢酝ㄟ^(guò)合并的硬件來(lái)讀取，也只有處理器才能讀懂。融合硬件獨(dú)立于單一CPU，在各個(gè)CPU 之間共享。主控制信號(hào)源必須配備準(zhǔn)確的時(shí)鐘，或者連接到一個(gè)精確的時(shí)鐘服務(wù)器。第一級(jí)主控制器可以在一定時(shí)間內(nèi)設(shè)置一定時(shí)刻（比如使用自己的時(shí)鐘），在啟動(dòng)階段，一級(jí)控制應(yīng)該在首次觸發(fā)時(shí)，檢查一個(gè)具體的時(shí)間標(biāo)記（如利用自己的鐘表時(shí)間），則進(jìn)行首次啟動(dòng)，當(dāng)下一個(gè)100 毫秒到達(dá)時(shí)，將合并（時(shí)間）開始信號(hào)發(fā)送給同級(jí)控制，例如，若在各個(gè)級(jí)別中，地址數(shù)目為216=65536，則定義的廣播地址為65537.0.0.0.0.0.0.0.0.0，每個(gè)被控制的融合硬件接收此融合的觸發(fā)信號(hào)，隨機(jī)數(shù)字發(fā)生器產(chǎn)生從1 到65537 的一個(gè)隨機(jī)數(shù)字，并對(duì)所生成的隨機(jī)數(shù)進(jìn)行延遲，然后由交換機(jī)向主控制器發(fā)送其響應(yīng)信號(hào)。需要指出的是，交換器是受控制的，因此，除了向其他控制裝置發(fā)送信號(hào)之外，它還會(huì)發(fā)出自己的應(yīng)答信號(hào)（自己也有自己的硬件和接口），主控系統(tǒng)在接收到融合觸發(fā)信號(hào)后，根據(jù)所確定的相同設(shè)備數(shù)目和最大通訊距離來(lái)確定一段時(shí)間融合閾值，在等待期間，主控制器收到每個(gè)被控地址的響應(yīng)信息，并記錄每個(gè)被控地址的起始地址，在等待期結(jié)束時(shí)，主控制器首先按照這個(gè)順序?qū)Ρ槐O(jiān)測(cè)地址（不是所有地址）進(jìn)行排序，隨后，在下一個(gè)100ms（在這個(gè)時(shí)刻為對(duì)時(shí)間）到達(dá)時(shí)，根據(jù)一個(gè)固定的間隔，即對(duì)時(shí)分辨率（例如1 微秒），將定時(shí)信號(hào)（對(duì)時(shí)間）按順序發(fā)送信號(hào)，每個(gè)被控的融合設(shè)備都接受一對(duì)這樣的時(shí)間信號(hào)，不做任何操作，并立即返回這些信號(hào)。唯一不同的是，融合設(shè)備被專門設(shè)計(jì)為精密時(shí)鐘發(fā)生器，該設(shè)備可以生成精密時(shí)鐘并存儲(chǔ)在融合設(shè)備的寄存器中。當(dāng)收到反饋信號(hào)時(shí)，它首先被打上時(shí)間戳，并將其保存到合適的地址。當(dāng)達(dá)到一個(gè)固定的時(shí)間（融合實(shí)現(xiàn)），也就是兩倍的融合時(shí)間，再加上設(shè)備數(shù)目（裝置數(shù)目乘以時(shí)間分辨率），就停止時(shí)間信號(hào)，通信通道長(zhǎng)度就是相應(yīng)裝置的來(lái)回時(shí)間除以2 的結(jié)果。將時(shí)序數(shù)據(jù)整理完后，設(shè)備地址再次被排序，但這次是按通信路徑長(zhǎng)度排序，而通信路徑時(shí)間則按序列號(hào)加校準(zhǔn)分辨率時(shí)間排序，這與時(shí)間分辨率（傳輸延遲后的實(shí)際時(shí)間加上校準(zhǔn)延遲后的實(shí)際時(shí)間）是同一個(gè)概念。要處理的兩個(gè)實(shí)際時(shí)間（通訊傳輸和標(biāo)定延時(shí)）被分別標(biāo)記，事實(shí)上，主控能夠精確地設(shè)定時(shí)鐘的時(shí)間，更準(zhǔn)確地說(shuō)，精確時(shí)間=目前的時(shí)刻+（精確的時(shí)鐘回傳值-精確時(shí)間點(diǎn)-通訊行程控制時(shí)間-返回時(shí)間戳值的精確值）=（目前的時(shí)刻-返回時(shí)間戳值的精確值-由通訊行程時(shí)間控制的精確時(shí)間）=（目前的時(shí)刻-返回時(shí)間戳值的精確值-由通訊行程時(shí)間控制的精確時(shí)間）+精確的時(shí)鐘回傳值。當(dāng)下一個(gè)100ms 來(lái)臨時(shí)，可以根據(jù)每個(gè)控制器的分類，將校準(zhǔn)時(shí)間發(fā)送到每個(gè)控制器。發(fā)送過(guò)程類似于發(fā)送時(shí)間信號(hào)，只是只能發(fā)送一個(gè)時(shí)間信號(hào)，標(biāo)定時(shí)間傳送對(duì)應(yīng)的通訊和校正延遲時(shí)間（當(dāng)然要有確切的校準(zhǔn)時(shí)間）。每個(gè)可驗(yàn)證地接收到校準(zhǔn)信息，收到一個(gè)時(shí)間戳，能夠計(jì)算出校正時(shí)間，校正時(shí)間=校正時(shí)間-通訊行程時(shí)間-校正延遲時(shí)間-目前和收到的時(shí)間標(biāo)記的差異（如果現(xiàn)在就進(jìn)行運(yùn)算，這一點(diǎn)可以忽略不計(jì)），和基于修正時(shí)間實(shí)時(shí)更新的融合硬件時(shí)間。

第一次等時(shí)同步通訊是在完成了修正工作之后，內(nèi)容是每一個(gè)受控對(duì)象都可以為下一步執(zhí)行對(duì)時(shí)。首先，每個(gè)驗(yàn)被控收到一個(gè)同步通訊的信號(hào)，啟動(dòng)了首次等時(shí)同步通訊（包括在通信協(xié)議中，在信號(hào)出現(xiàn)的關(guān)鍵時(shí)刻），然后，每個(gè)受控對(duì)象都能自己計(jì)算出100ms 的同步開始信號(hào)，在該信號(hào)結(jié)束時(shí)，當(dāng)下次合并臨界點(diǎn)到來(lái)時(shí)，全部驗(yàn)證程序都開始（已校正）100 毫秒合并。在下一次合并臨界時(shí)刻，所有的被控開始他們（校準(zhǔn)的）100 毫秒的融合時(shí)間，接著，開始下一階段的相應(yīng)的融合時(shí)間，以及下一個(gè)100ms 的調(diào)整。僅僅從二級(jí)開始的主設(shè)備應(yīng)該有兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)編碼，一個(gè)連接到上級(jí)主設(shè)備，表示此裝置為受控裝置，而另一種裝置則與低端控制裝置相連，即此裝置為主要控制裝置。兩套融合的硬件可以同時(shí)控制兩種網(wǎng)絡(luò)接口，由一個(gè)獨(dú)立的信息處理器進(jìn)行處理，每個(gè)硬件都有自己的角色設(shè)定交換機(jī)，融合硬件數(shù)據(jù)可以通過(guò)不同的融合設(shè)備進(jìn)行傳送。當(dāng)首次配對(duì)和校準(zhǔn)時(shí)間減少被啟用時(shí)，第一次數(shù)據(jù)傳輸發(fā)生。HET 芯片中的合并信息處理器之所以得名，就是在100 毫秒的合并通信期間，此處理器必須處理資料傳送的特性（與融合信息分開），而在合并和修正完成后，合并的信息就會(huì)出現(xiàn)，得到了一個(gè)角色地表達(dá)，其功能是將角色名稱（地址）與有意義的人物"描述"（所謂的角色表示）相匹配，并將其匯合發(fā)送到每個(gè)相應(yīng)的設(shè)備。在確認(rèn)了整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的時(shí)間信息融合之后，就可以進(jìn)行人物信息的融合，在接下來(lái)的100 毫秒內(nèi)，主控設(shè)備就會(huì)向同級(jí)被控設(shè)備發(fā)出信號(hào)，融合（角色）可以開始。在接收到該信號(hào)之后，該設(shè)備在下一個(gè)100ms 的時(shí)間里被傳輸?shù)较乱粋€(gè)位置。當(dāng)最后一級(jí)的信號(hào)被接收時(shí)，人物代表角色從CPU 整合資訊的角色效能寄存器中讀?。ㄈ绻撔盘?hào)被指派給最后一級(jí)）。從CPU 角色效能寄存器（如果人為指派已完成）中讀出代表人物的融合信息，以及從融合資訊寄存器中讀出人物的名字，進(jìn)行編譯，并將該級(jí)別的地址（角色名稱）延遲到下一個(gè)100 毫秒（可視的時(shí)間單位里），以保證主控設(shè)備能夠?qū)ζ溥M(jìn)行操作，并確保所有可控物在10毫秒與主控制器的通訊（合并窗口時(shí)間），并將它送回主控器，當(dāng)下一個(gè)100ms 即將到來(lái)的時(shí)候進(jìn)行編譯。如角色所代表層被選中，這個(gè)過(guò)程重復(fù)進(jìn)行，直到到達(dá)第一層。當(dāng)一級(jí)的主控制器完成了這個(gè)階段的任務(wù)，在下一個(gè)100ms 到達(dá)之后，將其所收集的全部裝備的角色表達(dá)連同其自身的角色表達(dá)方式，同時(shí)發(fā)送至上級(jí)的所有控制部門，在接到直屬上級(jí)的命令之后，在隨后的100ms 中，再次進(jìn)行此操作，直到上一級(jí)最后一個(gè)控制機(jī)構(gòu)收到這一信息。

然后，每個(gè)人都會(huì)得到自己想要的人物信息，也會(huì)知道其他裝備的角色信息，更會(huì)知道自己的最高一級(jí)的角色代表信息，以及除了自己的上一級(jí)以外的其他下級(jí)的信息，也知道直接下級(jí)的角色代表訊息，這相當(dāng)于任何設(shè)備根據(jù)其所在的位置，可以由同級(jí)別或直接上級(jí)的角色特征來(lái)確定，因此，通過(guò)角色特征的互相識(shí)別，可以傳遞這種關(guān)系，將角色信息與設(shè)備關(guān)聯(lián)起來(lái)。一旦完成了人物信息的整合流程，下一次信息合并將在接下來(lái)的100 毫秒內(nèi)開始，以此類推，隨著設(shè)備的增加或減少，繼續(xù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)合并，當(dāng)?shù)谝粋€(gè)裝置位址有沖突時(shí)，必須重建裝置位址，然后再進(jìn)行一次合并。關(guān)于第一次加入的角色信息，這就是校準(zhǔn)和角色信息的提供，對(duì)于已經(jīng)納入地來(lái)說(shuō)，這就是修正。還有一個(gè)問(wèn)題是，融合這些信息需要相對(duì)強(qiáng)大的硬件，配備能夠存儲(chǔ)65536x2+1 信息框的內(nèi)存。在設(shè)備正常運(yùn)行后，可以通過(guò)正常通信將所有網(wǎng)絡(luò)角色信息匯總到第一級(jí)基本控制處。還應(yīng)注意的是，盡管每個(gè)設(shè)備的角色表示在正常操作后呈現(xiàn)在融合信息處理器的專用寄存器中，但角色表示值仍必須從異構(gòu)信息芯片中讀入融合信息硬件，由主控設(shè)備驗(yàn)證并作為單一實(shí)時(shí)值輸出，以確保角色融合信息的一致性。為了確保融合信息處理器和安全信息處理器之間的實(shí)時(shí)處理，基于實(shí)時(shí)變更的工業(yè)信息系統(tǒng)，有兩個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題：冗余的必要和隔離時(shí)間的需求。由于融合資訊處理機(jī)與安全性資訊處理機(jī)所用的硬件相同，有相同的時(shí)鐘控制，并且可以存取同一個(gè)內(nèi)存，所以硬件需要更改，設(shè)置一個(gè)用于將處理器內(nèi)部寄存器進(jìn)行比較的硬件周期，并且在每次指令完成后請(qǐng)求中斷之前，對(duì)兩個(gè)處理器的寄存器進(jìn)行比較，當(dāng)發(fā)生變化時(shí)，會(huì)觸發(fā)其中一個(gè)中斷，然后對(duì)它進(jìn)行重新排序。

將中斷的優(yōu)先權(quán)提升到能夠使一個(gè)中斷程序在一個(gè)硬件測(cè)試程序上工作，例如將所有的寄存器都設(shè)置為一個(gè)已知的數(shù)值，并執(zhí)行一個(gè)指示，例如一個(gè)加法，并查看它的結(jié)果是否符合缺省；還應(yīng)注意任何差異，并在下次重新復(fù)檢，以查看硬件的狀況。“隔離時(shí)間”是指不使用與處理器隔離的MMU（Memory Management Unit）硬件，不分離該處理器，不抽象存儲(chǔ)地址，使用真正的地址，但具體的應(yīng)用程序需要相互分離，并且所有的應(yīng)用都來(lái)自一個(gè)具體的應(yīng)用，硬件與外部設(shè)備是獨(dú)立的，無(wú)法直接調(diào)用硬件和外部設(shè)備，而硬件則通常是由安全信道來(lái)訪問(wèn)的。一般是軟件被抽象化，只有從安全軟件中提取的軟件可以為特定的程序所使用，而非由硬件來(lái)直接使用。這主要的目的都是為了維持實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)，同時(shí)確保系統(tǒng)穩(wěn)定。安全信息處理不僅需要將信息CPU 與冗余的安全信息處理CPU 相結(jié)合，而且還要處理冗余的信息的檢索、傳輸和執(zhí)行。

4 算力網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

4.1 算力感知網(wǎng)絡(luò)

算力感知網(wǎng)絡(luò)是一種新的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，旨在連接運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。通過(guò)計(jì)算與網(wǎng)絡(luò)資源的聯(lián)合調(diào)度，來(lái)自不同應(yīng)用的服務(wù)請(qǐng)求被安排在一個(gè)最佳的計(jì)算節(jié)點(diǎn)上，以在保證最優(yōu)的網(wǎng)絡(luò)和計(jì)算資源的使用的前提下，獲得最優(yōu)的用戶體驗(yàn)。該網(wǎng)絡(luò)基于已有的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，將分散的運(yùn)算結(jié)點(diǎn)連接到一個(gè)整體網(wǎng)絡(luò)上，建立一種全新的運(yùn)算感知網(wǎng)架構(gòu)，以保證網(wǎng)絡(luò)在不同位置即時(shí)處理運(yùn)算資源，提升網(wǎng)絡(luò)與計(jì)算資源的使用效率。這會(huì)讓互聯(lián)網(wǎng)變得無(wú)所不達(dá)，讓無(wú)處不在的計(jì)算能力成為現(xiàn)實(shí)。

為實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)與網(wǎng)絡(luò)的發(fā)現(xiàn)、連接規(guī)劃和協(xié)作，從邏輯上和功能上來(lái)說(shuō)，它分為五個(gè)主要的功能模塊。計(jì)算機(jī)應(yīng)用程序?qū)?，?jì)算管理層，計(jì)算資源層，計(jì)算轉(zhuǎn)發(fā)層，以及網(wǎng)絡(luò)資源層.計(jì)算資源層和網(wǎng)絡(luò)資源層是一種新型的算術(shù)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)層；算術(shù)服務(wù)層、算術(shù)路由層和算術(shù)網(wǎng)絡(luò)管理層作為三個(gè)主要功能模塊，能夠構(gòu)建可感知、可監(jiān)控和可管理的算術(shù)網(wǎng)絡(luò)。根據(jù)五個(gè)定義的功能模塊，可以實(shí)現(xiàn)感知、控制、管理計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)資源。

（1）計(jì)算應(yīng)用層用于各種計(jì)算函數(shù)和應(yīng)用程序，并將用戶向SLA 業(yè)務(wù)的請(qǐng)求發(fā)送到計(jì)算路由層，其中包含了計(jì)算請(qǐng)求。

（2）計(jì)算路由層在抽象資源被發(fā)現(xiàn)的基礎(chǔ)上收集用戶服務(wù)請(qǐng)求、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)和計(jì)算資源信息，根據(jù)需要靈活地將服務(wù)分配給不同的計(jì)算資源節(jié)點(diǎn)，并將計(jì)算結(jié)果傳輸給計(jì)算應(yīng)用層。

（3）在計(jì)算資源層，它可以將CPU+GPU+FPGA 等多種運(yùn)算能力結(jié)合起來(lái)，以滿足不同的邊緣計(jì)算要求。針對(duì)不同的應(yīng)用，設(shè)計(jì)了異質(zhì)資源層和網(wǎng)絡(luò)資源層為網(wǎng)絡(luò)服務(wù)提供。

（4）網(wǎng)絡(luò)資源層包括接入網(wǎng)絡(luò)、城域網(wǎng)和主干網(wǎng)，是為網(wǎng)絡(luò)的基本結(jié)構(gòu)信息傳送而設(shè)計(jì)的。

（5）算力管理層必須在統(tǒng)一的算力指標(biāo)體系基礎(chǔ)上完成對(duì)算力資源的統(tǒng)一描述，實(shí)現(xiàn)算力資源的檢測(cè)、指標(biāo)和OAM 管理功能，用來(lái)支持算力資源的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)、指標(biāo)、管理和控制。

基于各層功能模塊之間的互動(dòng)，定義了接口I1、I2 和I3，用于傳輸各種管理、控制和數(shù)據(jù)信息。I1 接口是算力路由層和算力服務(wù)層的接口，它能夠提供對(duì)應(yīng)用信息的感知，并在業(yè)務(wù)和算力網(wǎng)絡(luò)間實(shí)現(xiàn)“服務(wù)需求”和“計(jì)算關(guān)聯(lián)資源”的映射和協(xié)商，從而使網(wǎng)絡(luò)可編程，可編程運(yùn)算，可自動(dòng)提供服務(wù)。I2 接口是計(jì)算路由層和計(jì)算資源層之間的接口，傳遞來(lái)自計(jì)算資源層的計(jì)算資源信息和從計(jì)算路由層推斷出的管理信息，支持計(jì)算資源和計(jì)算服務(wù)信息的識(shí)別和計(jì)算資源/服務(wù)網(wǎng)絡(luò)管理的實(shí)現(xiàn)。I3 接口是計(jì)算網(wǎng)絡(luò)管理和其他層之間的接口，負(fù)責(zé)設(shè)備注冊(cè)、績(jī)效監(jiān)控、故障處理與賬單管理。它提供設(shè)備注冊(cè)、績(jī)效監(jiān)控、故障處理與賬單管理等運(yùn)行管理功能，以及成功進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)管理在合理計(jì)算服務(wù)層、計(jì)算資源層、網(wǎng)絡(luò)資源層、計(jì)算路徑層。算力感知網(wǎng)絡(luò)是一種能夠提供無(wú)處不在的網(wǎng)絡(luò)連接、高分布的計(jì)算節(jié)點(diǎn)的新型融合計(jì)算網(wǎng)絡(luò)，使用自動(dòng)化服務(wù)，新的基于計(jì)算的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)，優(yōu)化路由與負(fù)載均衡，它將最終確保最佳的用戶體驗(yàn)、最佳的計(jì)算資源使用和最佳的網(wǎng)絡(luò)效率。

算力感知網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)圖如圖1所示。

圖1：算力感知網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)圖

4.2 低碳感知網(wǎng)絡(luò)

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)分配計(jì)算，增加了許多新的任務(wù)，如任務(wù)減法、數(shù)據(jù)分配和數(shù)據(jù)聚合，這不可避免地增加了網(wǎng)絡(luò)資源的使用，消耗了大量能源。首先，作業(yè)分配要求附加的運(yùn)算及儲(chǔ)存資源。其次，向多個(gè)分布的數(shù)據(jù)中心傳送分布數(shù)據(jù)，對(duì)網(wǎng)絡(luò)資源的需求較大。最后，上述計(jì)算、存儲(chǔ)和網(wǎng)絡(luò)資源的收集和處理都是必要的。這些額外的工作負(fù)載導(dǎo)致了高能耗，這對(duì)算術(shù)網(wǎng)絡(luò)的環(huán)境友好和低碳發(fā)展構(gòu)成了嚴(yán)重挑戰(zhàn)。需要找到適當(dāng)?shù)慕鉀Q方案和戰(zhàn)略，以避免計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展導(dǎo)致能源消耗的迅速增加，這與東西方國(guó)家的目標(biāo)相悖，并對(duì)“30/60 戰(zhàn)略”產(chǎn)生負(fù)面影響。能耗感知的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)對(duì)于能源/內(nèi)容分配和電網(wǎng)的識(shí)別、互連和聯(lián)合規(guī)劃是必要的。高能效電網(wǎng)結(jié)構(gòu)從邏輯上劃分為六大功能單元：電網(wǎng)-能源合作應(yīng)用層、能效管理層、能耗/能源路由層、能源資源層、能源提取和控制層以及電網(wǎng)傳輸層。能源資源層作為具有不同特點(diǎn)的算術(shù)電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施層提供能源；能源采集和管理層、電網(wǎng)傳輸層、能耗/能源路由層、電網(wǎng)節(jié)能協(xié)同應(yīng)用層與節(jié)能管理是低碳電網(wǎng)中應(yīng)用、分析和控制能源消耗的五個(gè)主要功能模塊。能源消耗和使用的收集、分析、控制和管理將在計(jì)量網(wǎng)絡(luò)中的六個(gè)確定的功能模塊基礎(chǔ)上實(shí)施。

（1）能源計(jì)算合作應(yīng)用層。一方面，收集能源消耗/能源路由層的信息，并與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的資源相結(jié)合，進(jìn)行能源效率分析，并與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的資源合作確定節(jié)能路由。另一方面，它從外部轉(zhuǎn)發(fā)所有可能的請(qǐng)求和應(yīng)用，協(xié)調(diào)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算資源和能源資源的調(diào)度，并將請(qǐng)求轉(zhuǎn)發(fā)給路由層，其結(jié)果反饋給請(qǐng)求和應(yīng)用。

（2）能效管理層。有必要在共同能源消費(fèi)/能源核算框架的基礎(chǔ)上，對(duì)公共能源的抽象進(jìn)行說(shuō)明，并進(jìn)行能量消耗/能量來(lái)源的收集、核算和ODS 管理功能，為收集能源/能源資源提供資助、核算、管理與控制，管理碳排放和能源利用，并為未來(lái)的碳交易提供支持。

（3）能源資源層。識(shí)別、測(cè)量和收集網(wǎng)絡(luò)使用的能量以提交給路由層，同時(shí)配置路由層定義的能量要求?；诟鲗庸δ苣K之間的合作，I1、I2 和I3 接口被定義為用于傳輸不同的控制、管理和數(shù)據(jù)信息。“接口I2”是能源計(jì)算路由層和能源消耗/能源資源層之間的接口，它支持能源消耗/能源信息的檢測(cè)，并通過(guò)傳輸來(lái)自能源消耗/能源資源層的信息和能源計(jì)算路由層發(fā)出的管理信息來(lái)執(zhí)行能源計(jì)算資源/服務(wù)網(wǎng)絡(luò)的檢測(cè)和管理。接口I3 是能源管理層與其他執(zhí)行能源登記、能耗建模、PUE 管理和碳管理等運(yùn)行管理功能的層之間的接口，并通過(guò)能源管理層確保對(duì)能源資源層、能源管理層、電網(wǎng)運(yùn)輸層、能源消耗/能源路由層和能源計(jì)算交互應(yīng)用層的管理。

低碳感知網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)圖如圖2所示。

圖2：低碳感知網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)圖

5 結(jié)束語(yǔ)

這樣的信息系統(tǒng)需要有指令輸入硬件，以便向不同的處理器輸入不同的指令，而且在應(yīng)用軟件的設(shè)計(jì)中必須分配通信時(shí)間，這個(gè)通信時(shí)間包括什么時(shí)候和多長(zhǎng)時(shí)間的通信，也就是說(shuō)，通信時(shí)間是有明確規(guī)定和嚴(yán)格控制的。一般來(lái)說(shuō)，溝通的作用也有明確的規(guī)定，并受到嚴(yán)格的控制。