CN109587219A - 定置式城市物联网边缘计算点站的设置与管理方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种定置式城市物联网边缘计算点站的设置与管理方法，属于物联网领域，包括B1：设置分区，由经营者依市政或私营园区设施及其所监管之水土环境，提出设置计算点站规划，经管理部门同意后设置；B2：在小区块设置计算点，撷取所辖传感器数据解码、筛选上传至计算站；B3：在扩大区块设置计算站，对计算点上传信息深层融合，上传至后台服务器与应用终端，启动监管动作；B4：后台服务器驱动应用终端，管理部门通过后台服务器进行监控；B5：管理部门支付经营者租金、传感器维修费、节省人力费的一定比率、预测决策所产生防灾及经济效益等则由计算点站经营者与业务管理部门议定分配比率。本发明提出的设置与管理方法利于城市智慧化。

Description

定置式城市物联网边缘计算点站的设置与管理方法

技术领域

本发明属于物联网技术领域，涉及一种定置式边缘计算点、计算站的设置与管理方法。

背景技术

城市、园区、小区、大楼等的智能化管理对各相关基础设施的信息化处理提出很高要求。需要充分利用物联网技术，对各类相关基础设施的传感设备所产生海量数据，进行采集、处理、存储、分析、传输和智能化解决等流程。从而实现“感、传、知、用”一体化智慧城市物联网应用，能够即时获知某设施出现的问题、即时确认问题发生点位以及程度，及早解决。避免过去事事都以人力检测、排查、解决这种冗长而无效率的弊病。物联网技术为实现区域设备设施信息化、集约化管理提供条件，极大提高城市管理效率。

建设智能、集约、低碳、绿色、安全的智慧区域及城市，需要实现该区域公共基础设施、专业服务设施的全面接入物联网。智慧区域及城市中的传感设备和接入设备的多样化，是当前及以后发展中物联网相对于互联网的最主要特点。如何高效、便捷地连接物联网中感知层设备，如何把不同种类的传感数据更有效融合，并计算出更准确的价值信息，使得底层采集的数据能够最大限度满足业务应用需求尤为重要。

利用边缘计算思想，即在数据产生的当场先做预处理，将必要数据筛选出来，甚至加以适当计算，再将结果送到云端处理。例如在前述交叉路口赋予计算功能，以图形识别软件撷取车流量、车型、车速等有效数据，并过滤出违规事件，把该事件以数张照片(其中包含人、车、牌照、时间等)方式上传至云端交通监管服务器，可以过滤90％以上没必要上传的“垃圾级”影片档。

但如何有效率地做到边缘计算或者雾计算，还是一个大问题。从现有各种文献或专利得知，在已高度数字化的自动化机具及工业互联网方面，对于边缘计算的着力甚深，也逐步在各该工业场所实施边缘计算“边缘计算架构2.0,2017/11,工业互联网产业联盟、边缘计算产业联盟”。在该边缘计算架构中提出一个抽象的边缘计算节点(ECN)，系智能资产、智能***、智能网关等具有数字化、网络化、智能化共性特点，可提供网络、计算、存储等ICT资源，以在逻辑上统一的概念。根据ECN节点的典型应用场景，***定义了四类ECN开发框架。每类开发框架提供了匹配场景的操作***、功能模块、集成开发环境等。基于这个框架衍生出六类产品：嵌入式控制器、独立式控制器、感知终端、智能网关、边缘定置式网关、边缘定置式服务器。这些架构大幅度催生了基于一个家庭内各种电器的物联网控制设备蓬勃展。更进一步扩展到一栋上百户住宅大楼的电梯管理、公共用电管理等等应用及服务的开发。这些边缘计算节点其实有一个共同特性，就是都有明确的边缘(工业上的车间、厂房，个别家庭或一栋特定大楼)。即使是车载或穿戴在个人身上装置的可移动式边缘计算，也有明确的装置载体。

然而在城市设施监控方面，虽也有产业联盟努力推动智慧城市物联网的网络架构、准备研拟行业标准，但具体落实到如何对分散在城市各角落海量的异源传感器作边缘计算及雾计算，目前仍然处在一个酝酿阶段，迄今尚无成熟可用的解决办法。

根据国外著名的市场研究公司Gartner统计资料，2017年全球有84亿个物联网设备，首次超过全球人口，到2020年预计将达到204亿个；这些统计主要对象是物联网设备、消费者终端与企业终端。另据Frost&Sullivan公司调查，全球智慧城市正蓬勃发展，预估到2025年全球市值会达到两兆美元。届时一个小型城市或大城市的一个区装设上百万个传感器、中型城市上千万个传感器、大型城市上数亿到数十亿个传感器不等。其品牌及供应商众多，由于缺乏相关的统一技术标准，如何做好数据有效撷取，如何在全面铺开遍布各个角落的城市物联网做边缘计算的问题，以及相关的事业(管理)模式更要及早解决。

在科技厂商积极布局物联网市场的背后，科技厂商都希望建立一个生态***，发展服务平台与核心智能产品，并链接跨行业的服务***，衍生创新的商业形态。

现有的物联网产品商业模式中，有以下三类模式：

(1)按服务维护收费：产品就是服务，硬件结合软件平台，进行数据分析，并依使用量收费。如：美国通用电器公司GE本身是以租用引擎为主，而引擎本身拥有许多的传感器，所以引擎连上网之后，就可以把从引擎收集来的数据，结合预测与资产管理平台Predix，可以算出引擎的耗损程度，及判断是否要更换引擎，让GE就从租用引擎的公司，变成卖预警及维修服务，当顾客使用引擎越久，钱付得越多。

(2)依用量或成效收费：硬件结合软件平台，依用量或成效收费。如：保险公司METROMILE会提供设备搜集车况、汽车检测、超速警示等服务，保费则是按实际里程数计算。

(3)跨领域收入：从原来的硬件和平台，跨界到新的应用领域。如：汽车品牌特斯拉从生产电动车，跨界延伸到研发车用充电、家用供电等新的领域。这类公司的产品、技术、内容以及社交能力出众，可从非主流的市场切入，满足特定族群喜好。

这些由全球性大公司、或者如被称为物联网经营模式典范的共享单车、共享电动机车，或共享电动车等等，都是在掌控特定产品(如飞机引擎、保险业务、单车及各种电动车辆)以及特定市场资源，再加上这些公司厚实、优势技术积累下所展开的商业模式。其能否应用于既无特定产品、又全面设置普及到街墎、农田、管网、道路、地下、路面以上等处所的物联网？除传感器、网关、基站等设备外，这些城市物联网甚至于连传统意义上的“市场”都不是。因此，上述的成功商业模式显然无法直接搬过来用。本发明拟提出技术连同商业上的解决方法，以利于智慧城市建设的推动。

但在选择城市物联网商业模式时存在以下问题与机会：

(1)市政设施或大公司设施管理者不是万能；以市政为例，警政、交通、教育、水利等等部门的公务人员，或者大公司管理层几乎都不是物联网专业；要求各公共单位部门(或公司)自行将该部门(公司)所管辖设施的组建物联网、自行管理，并进行边缘计算，既不切实际也不可行。这提供物联网业者一个很好的机会，可以利用其专长帮公共单位(公司)建置并运营设施物联网，特别是需要以边缘计算提供决策的情况，将计算所得各种有价值信息提供给公共单位(公司)，收取服务费，是一个可双赢的机会。

(2)体制性障碍：所有国家的城市行政管理都分成各个部门(例如警政、交通、教育、水利、农业、管网、消防等)，各管理部门各自为政的现象非常普遍，使得量虽然很大的信息却零散分布，除少数例如警政与安监、消防与交通等外，部门彼此之间鲜有资讯互通者，想打破藩篱共建物联网其实相当不易，这对于想拓展并经营此一领域业者造成很大困扰。但经营者可逐一跟个别管理部门打交道，协助建立该单一部门的城市物联网边缘计算点站，反倒是一个机会。

(3)网络互通与信息共享：此问题不仅存在于电信网、互联网、电视网等公共网络之间，也存在于公共网与行业专网之间，以及行业专网与行业专网之间，窄带与宽带之间等。这同样对于有志拓展此一领域的经营者有相当妨碍，但也提供经营者一个克服、解决的机会。

(4)信息资源的深度开发：目前，许多已经小范围建立城市物联网的城市，其某一些领域之间(如道路交通单位与防灾单位等)虽然已经实现了内部小范围的互联互通，但基本上停留在技术和网络链接层面，对所采集的数据挖掘不充分，使分析处理环节受到限制，在很大程度上影响了物联网的智能化进程。这种数据深度挖掘融合处理对有意经营的业者当然是一个绝佳机会。

(5)对于遍布各个角落的城市传感器如何用以做边缘计算：这明显不是用一词「雾计算」可以解决。本发明提出一套如何建立定置式计算点、计算站，以有效的分区打包边缘计算所需传感器、分阶计算的新方法，其能提供管理者更有效、更有益地做好管理而毋须自行运维这些技术层面的边缘计算***。

因此，本发明提出一个由经营者逐一跟个别管理部门打交道，协助建立该单一部门的城市物联网的定置式边缘计算点站；等多数个别管理部门已建立其物联网边缘计算点站，就可以将资源整合利用；当绝大多数部门都建好个别物联网的边缘计算点站，全市乃至于全国的城市数据信息挖掘、互联互通就水到渠成。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种解决现有不足的异源城市物联网边缘计算点和计算站设置与管理方法。

先在此定义在本发明的管理方法中两种不同身份：

边缘计算点站经营者(简称经营者)：出资建造，提供边缘计算服务，向业务管理部门收取使用计算点站的基本租金(等同于计算点站的计算时间)及提供各项服务的服务费；

公共单位或私营企业的业务管理部门(简称管理部门)：从旁协助经营者建造计算点站选址，监督经营者建造，负责验收，付租金与服务费给经营者。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种定置式边缘计算点及计算站(合并简称计算点站)的设置与管理方法，包括以下步骤：

B1：设置分区：依据预定进行的边缘计算进行区块划分，例如按照行政区、居民小区、河湖沿线分段、管网分段等；可有两种方式：(1)有意建置城市物联网的管理部门依其需要规划分区，再依分区发包给经营者规划设置经营事宜；(2)经营者依照其专业领域按边缘计算需求设计分区、提交管理部门审核；无论何者，最后边缘计算点站经营者向业务管理部门提出申请，依照市政或私营园区设施以及其所监管的水土环境，完整规划设置边缘计算点站的位置、数量、所需链结的传感器、计算能力、存储容量、通信方式、相应后台服务器和应用终端，并符合通信公共安全法规；

B2：经营者依据许可建置边缘计算点：经营者筹资依据获得的许可的方案，以划分的区块为单位，在划分的区块内设置至少一个具有通信、计算、存储与筛选功能的计算点，着眼于用低成本的计算点对其所辖以低功耗广域物联网(LPWAN)为主的通信手段的传感器，如各类有线通信、窄带近距离通信或窄带远距离通信，并将采集的数据经计算点解码成信息，计算、筛选过滤出有效信息，并将其存储、加密上传到计算站；

B3：经营者依据许可建置边缘计算站：经营者筹资依据获得的许可的方案，将多个区块结合为一个大区块，在大区块内设置至少一个相比计算点有更高功能性、更多的通信方式(如窄带、GPRS、3G、4G或5G中两种以上)、更高计算与存储能力的计算站，其涵盖管理数十至数百个计算点；主要可以将所辖各计算点发送过来的有效信息分类进行深化处理，整合融合出具有预测决策功能的新信息，服务于业务管理部门；

B4：边缘计算点站经营者依据许可建置后端平台：边缘计算点站经营者筹资依据获得的许可的方案，建置后端平台，将由计算站融合后的信息上传至后台服务器，保存至数据库中，同时也将此信息传送到城市设施应用终端，直接驱动相关设施工作；

边缘计算点站经营者将计算得的新信息，特别是具有预测决策功能的非可感知信息上传到业务管理部门的后台服务器；其并可将决策指令下传到应用端驱动器(须经双方议定的模式、受管理部门监管)，对应用端进行直接驱动，业务管理部门通过后台服务器随时监控；可计算预测决策功能的计算平台及配套设施是计算点站经营者的核心竞争力、为其争取业务管理部门同意其建置计算点站的利器，也是驱使经营者迭代更新的动力；因预测决策计算所产生避免灾害及产生的经济效益，由经营者与管理部门以议定比率分享；

B5：支付费用：边缘计算点可对所辖各类传感器侦错，可将无用信息滤除以大幅节约上传数据的通信与存储成本；计算站可做信息深化分析、以及预测决策之非可感知信息，提供管理者做出更有效率及于防灾和经济上的有益决策，并让业务管理者从对物联网的管理中解放出来；更可节省大量原需派人排查、管理物联网的人力；业务管理部门对计算点站经营者所提供的服务支付一定费用，由双方议定。

进一步，拟设置经营边缘计算点站的经营者是物联网专业，其所提出的建置方案获得业务管理部门认可，并符合公共单位的各项建筑以及通信安全规范；

在步骤B2、B3和B4中，边缘计算点站经营者经业务管理部门同意后，筹资设置计算点和计算站，为业务管理部门提供服务，经营者收取服务费；同一区块内、相同边缘计算类型的计算点、计算站由同一经营者设置，以收事权统一之效，业务管理部门则按月或按年承租这些计算点站；由于传感器都跟计算点站联网，这些与计算点和计算站联结的传感器的侦错、维护或新建置，也由该计算点站经营者承包负责，使责任明确化。但如经营者所建之边缘计算点站无法提供业务部门的新的边缘计算服务，则同一区块内可容许新的经营者设置为此新边缘计算目的所需新建的边缘计算点站。这也令原经营者必须随时进步、保持竞争力的动力。

更进一步，在步骤B1中，所述市政或私营园区设施以及其所监管之水土环境中，市政设施是指公部门建设管辖的各种设施，按照管理部门分类，包括但不限于：警政、交通、教育、环保、水利、管网、城管、农林业、城建、旅游、消防、健康医疗、路灯、桥隧；以及市政监管下的非人工设施，包括但不限于：河、湖、山坡、森林、地质不稳定区；私营设施是指各公私营公司的设施，包括但不限于：园区、景区、居民小区、大楼、工地、矿区、厂区；其管理部门为各公司；

在步骤B1中，所述对传感器进行区块划分，原则是：(1)依据行政区划分、GIS资讯或其他特定区块(如小区、街道、乡镇区等)以及所需传感器分布的密度和位置，将需要监测的整个区域划分成多个虚拟物联网小网格(分区)，将多个小网格结合成扩大的虚拟物联网大网格；(2)依据业务管理部门类别(例如警政、交通、教育、环保等)，以及其所管辖设施或水土监测，依该设施或水土走向及所链接既有或新布建传感器的密度，将每个业务管理部门的传感器网划分成多个小段，将多个小段结合成扩大的传感器网大段。

在步骤B2中，所设置的计算点具备有线通信、低功耗广域物联网LPWAN中的无线窄带通信，以及基础计算能力，其包括但不限于：撷取所辖传感器数据、降噪、解码成物理信息、信息过滤筛选出有效信息、影像识别、图形处理、数学运算。

在步骤B2中，边缘计算点设置得越多越有成本效益，因为计算点只负责所辖区域内以低功率广域物联网布建的窄带通信传感器，其大多数时间处于休眠状态，隔一段时间被计时器唤醒，感知并传送数据，然后又休眠；因此即使一个计算点管辖上万，数十万个传感器，其数据负荷量一般不大，计算功能也只需中等；因此成本低廉，可依照所需传感器密度广泛设置之。

在步骤B3中，边缘计算站的设置，在特定成本之内以尽可能纳入最多计算点为原则；计算站具有更高阶层、具有窄带、宽带多种通信能力，以及更高的计算能力；此一计算能力视拟作的深度信息处理量可以逐步扩充，一般而言成本较高，因此容纳管辖的计算点越多，所分摊的费用可以降低。

在步骤B3中，所设置的计算站具有两种以上窄带通信能力，两种以上宽带通信能力，其主要功能包括但不限于：信息分类、各类信息的细部计算分析、异类信息融合产生非可感知的新信息，并根据事件主变因素的变异设定并计算事件的诸多预期走向，再进行决策分析；计算站经营者根据需要扩大计算站内部模块及软件而扩充其功能，也使一个计算站同时管控的计算点更多。

更进一步，边缘计算点站经营者筹资建设过程，需要业务部门予以配合事宜包括但不限于：(1)透过行政手段发包、审核、同意经营者建设，(2)同意移交其所辖传感器、并开放各类传感器的通信协议给经营者联结到计算点站，(3)协助经营者取得建设计算点站所需土地或地上物(如路灯灯柱、信号灯柱、摄像灯柱、交通信号柜等)协商取得使用权，(4)协助经营者取得建设用地，(5)要求经营者按照管理需要建置后台服务器，并提供密钥以对边缘计算过程以及对计算结果驱动应用终端的监督。

业务管理部门验收合格后，按月或按年承租利用该计算点站；此租金其实是计算点站的机器时间，至少应高于经营者营运的经常性开销的一个外溢比率；支付所联结传感器侦错、维修、新建置的所需费用；前述费用的支付方式与额度由计算点站的经营者与业务管理部门商议、执行。

更进一步，所述的在该计算点站所辖之因边缘计算所需联结的既有或新建传感器都交由计算点站经营者管理，好处是：(1)让城市管理者只做好管理工作即可，不再负责这些传感器技术上的维护，节省人力物力成本；(2)所有因同一种边缘计算所需联结的传感器都交由该计算点站经营者管理，若因不同边缘计算种类而由由不同经营者建立另一计算点站，须分享的传感器则另以合约规定之，以免造成无解的纠纷；

在步骤B2中，所述计算点具有至少窄带通信能力是一种节省建设成本的作法，不是一种限制，以鼓励专业公司投入设置计算点，因城市物联网的传感器系以窄带节能通信为主；在必要处所的一些计算点当然可以设置2G、3G、4G、5G等通信手段。

更高计算能力的计算站将由所辖计算点上传的有效信息进行整合分析，并将异类信息加以整合，大幅促进管理效率，这一点在多于一个业务管理部门共同设置计算站时尤然，因不同业务管理部门(如交通、水利、环保等)可以信息交叉、相互支持；

需进一步指出，计算站可由某处的计算点扩充其通信与计算能力而成，以节省成本。

再进一步，计算站的承上启下是一种直接与商业活动有关的程序，其为：计算站除内建进行各种计算所需之嵌入式软件外，还具有跟云端服务器高速联结能力，可快速下载计算所需的PaaS,DaaS,SaaS等软件与大数据，使能够将多种信息融合后产生非可由传感器感知的新信息，也可快速将计算信息加密上传到云端；计算站并能将决策信息下达给终端应用的驱动器，达成所需的驱动动作，例如驱动警铃、主动通知经营业者及管理者、主动控制交通信号灯时序长短等；这些功能系因计算站可产生非可由传感器感知的新信息，故能提供城市管理者额外服务，例如对水患、火灾等灾害的预知、农产采收期的预测、对堵塞交通的疏导等等，因此而产生的防灾效益、经济效益方常大，计算点站经营者从而收取服务费；但如何量化这个费用，就需要双方、甚至聘请公正第三方评估；最后双方以一定比率分享。

再进一步指出，如表一所示，综合归纳在步骤B1～B4中，边缘计算点站经营者可以提供业务管理部门的服务内容，以及建议业务管理部门需要支付费用的指导原则，期使本发明的管理方法更清楚。当然，在实务上，业务管理部门可用既有的招标或征求手段，公开招缆有意愿投入边缘计算点站建置与管理的业者投入建造与管理计算点站。表一所述只是一个指导原则，在实务上具体的收费标准当然由双方商议。

表一 边缘计算点站经营者可以提供业务管理部门的服务，以及计价的指导性原则

必须额外指出的是，前述的城市物联网可包括私领域的居民小区、园区、景区、工地等，而非限制于市政的公共单位领域。亦即本发明的边缘计算点站管理方法是一个广泛应用的管理方法。由专业的物联网公司对公共部门或私营公司提供专业服务，收取租金与服务费。

本发明的有益效果在于：

(1)本发明提出由专业公司自筹资金帮公共单位或私营业者建置边缘计算点站，将分布在都市各处、数量成万上亿极为庞大的离散设施传感器按照边缘计算的需求分类打包管理，撷取数据进行深度分析，得到利于市政和私营业者设施监控与重要决策下达；公共单位或私营业者只需支付租金与服务费给管理部门，自己可以专心于市政或私营业者的业务经营；是一种双赢方式。

(2)因计算点与所辖传感器连线，可即时侦知异常之传感器，故经打包联结的传感器可由计算点站业者侦错维修，城市管理者可将这些城市传感器的维护或新设置从己方剥除，节省人力、物力，双方共赢、效益大。

(3)计算点可局地进行数据解码、筛选出有效信息、加密存储并上传计算站；计算站将计算点的信息分类、将更广泛的同类信息整合，可对异源信息再融合计算，使结果更大幅提高城市管理的效率、避免灾害、产生效益。相较于传统作法将所有传感器数据都直接上传到云平台，可大幅减少初级数据的传输量，缓解网路拥堵和存储压力，节省大量网路费用。

(4)边缘计算点站经营者所设置的计算点站拥有的通信功能与计算能力越强大，按照表一的计价原则其所能获得的利益越高，城市管理者的效益越大，经营者更有动力研发迭代产品提供更好服务，双方互相增益、共同进步。

(5)相较于过去的云计算、边缘计算、雾计算等在先进国家提出的理念，本发明提出的由专业公司自筹资金设置物联网边缘计算点站，把计算位置从迷惘的云雾中解脱出来加以局域化、定置化，公共单位只要支付资金与服务费，在基础设施相对落后的发展中国家更容易实施、效益也更大。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：

图1为本发明所述定置式边缘计算点站的设置与管理方法流程图；

图2为基于本发明所述定置式边缘计算点站的设置方法建设的异源城市物联网边缘计算***结构示意图。

具体实施方式

下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。

如图1、图2所示，一种定置式边缘计算点站的设置与管理方法，包括以下步骤：

B1：设置分区：依据预定进行的边缘计算进行区块划分，例如按照行政区、居民小区、河湖沿线分段、管网分段等；可有两种方式：(1)有意建置城市物联网的管理部门依其需要规划分区，再依分区发包给经营者规划设置经营事宜；(2)经营者依照其专业领域按边缘计算需求设计分区、提交管理部门审核；无论何者，最后边缘计算点站经营者向业务管理部门提出申请，依照市政或私营园区设施以及其所监管的水土环境，完整规划设置边缘计算点站的位置、数量、所需链结的传感器、计算能力、存储容量、通信方式、相应后台服务器和应用终端，并符合通信公共安全法规；

B2：经营者依据许可建置边缘计算点：经营者筹资依据获得的许可的方案，以划分的区块为单位，在划分的区块内设置至少一个具有通信、计算、存储与筛选功能的计算点，着眼于用低成本的计算点对其所辖以低功耗广域物联网(LPWAN)为主的通信手段的传感器，如各类有线通信、窄带近距离通信或窄带远距离通信，并将采集的数据经计算点解码成信息，计算、筛选过滤出有效信息，并将其存储、加密上传到计算站；

B3：经营者依据许可建置边缘计算站：经营者筹资依据获得的许可的方案，将多个区块结合为一个大区块，在大区块内设置至少一个相比计算点有更高功能性、更多的通信方式(如窄带、GPRS、3G、4G或5G中两种以上)、更高计算与存储能力的计算站，其涵盖管理数十至数百个计算点；主要可以将所辖各计算点发送过来的有效信息分类进行深化处理，整合融合出具有预测决策功能的新信息，服务于业务管理部门；

B4：边缘计算点站经营者依据许可建置后端平台：边缘计算点站经营者筹资依据获得的许可的方案，建置后端平台，将由计算站融合后的信息上传至后台服务器，保存至数据库中，同时也将此信息传送到城市设施应用终端，直接驱动相关设施工作；

边缘计算点站经营者将计算得的新信息，特别是具有预测决策功能的非可感知信息上传到业务管理部门的后台服务器；其并可将决策指令下传到应用端驱动器(须经双方议定的模式、受管理部门监管)，对应用端进行直接驱动，业务管理部门通过后台服务器随时监控；可计算预测决策功能的计算平台及配套设施是计算点站经营者的核心竞争力、为其争取业务管理部门同意其建置计算点站的利器，也是驱使经营者迭代更新的动力；因预测决策计算所产生避免灾害及产生的经济效益，由经营者与管理部门以议定比率分享；

B5：支付费用：边缘计算点可对所辖各类传感器侦错，可将无用信息滤除以大幅节约上传数据的通信与存储成本；计算站可做信息深化分析、以及预测决策之非可感知信息，提供管理者做出更有效率及于防灾和经济上的有益决策，并让业务管理者从对物联网的管理中解放出来；更可节省大量原需派人排查、管理物联网的人力；业务管理部门对计算点站经营者所提供的服务支付一定费用，由双方议定。

计算点站经营者经城市管理部门同意后，自行筹资设置计算点和计算站，对城市管理部门提供服务，计算点站经营者收取服务费，同一分区或同一管理部门的相同边缘计算点、计算站由同一经营者设置，以收事权统一之效，城市管理部门则按月或按年承租这些计算点站；这些计算点和计算站所联结的传感器的维护或新建置，也由该计算点站经营者承包负责，也在于明确责任。

同一区块内有新边缘计算需求而需建置计算点、计算站，原则上仍先要求已在该大区块内设置特定边缘计算经营者增设该边缘计算功能，如原经营者力有未逮或不愿意，可征求新的经营业者承建；如牵涉到某些相同传感器的共用，由管理部门出面协调、数据共享之。

计算点的设置小分区，分区规则可以是：(1)依据行政区划分、GIS资讯或其他特定区块(如小区、街道、乡镇区…等等)以及传感器分布的密度和位置，将需要监测的整个区域划分成多个虚拟物联网小网格(分区)，将多个小网格结合成扩大的虚拟物联网大网格；(2)依据业务管理部门类别(例如警政、交通、教育、环保等等)，以及其所管辖设施或水土监测，依该设施或水土走向及所布建传感器密度，将每个业务管理部门的传感器网划分成多个小段，将多个小段结合成扩大的传感器网大段。原则上以该计算点能有效撷取数据为原则。亦即，考虑拟设置计算点周边，在有效通信距离内能够采撷最多传感器数据。经营者当然以成本效益最大化为其设置依据。

计算站因通信手段较多，计算功能强大，其成本远高于计算点，因此其设置以其所能整合越多的计算点发送的信息越佳，经营者自会在扩大计算站功能(囊括更多计算点)所耗成本，跟使用较低功能(较低成本)但更多计算站间取得一个平衡。

计算点具有协议识别转换、有效信息筛选、信息传输、计算、存储等功能，可撷取该计算点所辖传感器之数据，加以解码、筛选出有效信息、存储、传输。

计算站从各计算点分类取得不同信息，例如农业信息、交通信息、水利信息、环保信息等，其非单一小分区内的计算点能够涵盖，实时取得各分类信息且经初步计算处理；更可进一步分析计算亦即信息融合，取得非可感知之新信息，供决策管理所需。

计算点之间的距离非为定值，一般依据数据传输能力在0.05～3千米之间，较佳为0.1～1千米；计算站之间的距离在1～8千米范围，较佳为3～5千米。

计算点负责传感数据撷取、解码、比对筛选、信息传输等功能，其体积不大，具体而言体积在0.05～0.5立方米，较佳为0.1～0.3立方米；其计算能力与一般手提工业电脑相当。

计算站需做较大量信息分析与高阶计算，其体积较大，具体而言体积在0.2～2立方米以内，较佳为0.3～1立方米；其计算能力等同于一个小型平台服务器。

经营者负责计算点、计算站及配套设施的运营、维护及计算信息，提供给业务管理部门做管理依据，但受业务管理部门监管。

同一大区块内同一种类边缘计算的所有计算点、计算站都交由一家经营业者承包，其自行筹资兴建，城市管理部门验收合格后按月或按年承租利用；此租金至少高于经营者营运的经常性开销以及机器时间(machine time)的一个外溢比率。

计算点站下辖所联结传感器维修及新建置交由经营者负责但的城市管理部门支给费用；前述费用由计算点站的经营者与城市管理部门议定合约执行。

一个边缘计算点站之所以能被城市管理部门接受，愿意购买其服务，绝非因为硬体建设而是这些计算点站所能提供的计算服务。

所述计算服务指其***具有信息分析融合能力(即物联网信息融合)，利用经营者所组建多个处理器模块的强大计算能力，对多个传感器获得的监测信息，在一定算法下加以自动分析、综合，以产生相应的原始信息；然后对各初级信息加以筛选，将杂讯与误差过大者过滤，筛出有效信息，通过交叉运算实现数据融合，达到预测决策功能。例如：以下为计算***对现场数据信息的交叉运算处理过程采用的部分算法，即包括但不限于如下所列算法：

①信息叠加，如累积雨量、累积流量等；

②信息相减，如影像档案中将静止的背景画素减除，只保留变动部分的画素以节省存储空间；

③信息对时间微分取得变化速率，如温度或雨量微分后取得升(降)温速率、雨量变化速率等；

④信息对时间积分取得某段时间区段内的总变量，如水流速率积分后得到总流水量；

⑤产生即时性统计表并随时间往后续延伸；

⑥产生即时性统计图并随时间往后续延伸；

⑦依据输入的阀值对信息加以甄别、筛选；

⑧依据图形处理法则对所撷取影像做分析甄别等。

⑨两种或两种以上前述传感信息或计算信息深度融合，产生新信息；这种新信息是无法由传感器感知、极为有用的信息。

上述算法①～⑧是习用常规的方法，不需特别延伸说明。⑨信息深度融合算法其实是智能化的基础和展现，在业界多是以各行业营业秘密方式自行开发应用，各该行业的信息融合都以该行业的信息为主，外界不得而知。本发明边缘计算点站设置方法中，特别强调这个算法以及其通用性法则，在此对它延伸揭露，以使之更能被广泛推广利用，促进城市物联网的智能化。

表二举例说明由传感器取得数据，上传到计算点解码成物理信息，筛选后上传到计算站的各单一有效信息，以及为方便说明而赋予的各该信息编号。表三显示将不同的单一信息互相融合的方式及所产生的新信息；这些新信息是无法由传感器取得的。

表二 由传感器取得数据经计算点解码成物理信息、筛选后的各单一有效信息及其编号

表三 将不同单一信息互相融合的方式举例及所产生的新信息

传感器所能传感的信息成百上千种，无法一一列举；但由表二、表三的举例中可以得知信息融合的法则如下：

1)选取相关但不同的两种或两种以上传感器感解码筛选后的有效信息，在此分别以Ma,Mb两者为代表；

2)分别将各该单一信息对时间(t)取得变化曲线(Ma对t、Mb对t)，必要时微分或积分之，取得某时间点的变化斜率、或某时间区段内的变化总量；再两相比较、取得新信息；

3)Ma对Mb(Mb为主变数)，或者Mb对Ma(Ma为主变数)取得变化曲线，必要时微分或积分之；

4)Ma、Mb单位相同时，可以相加、相减、相除(成无单位因子)，取得新信息；

5)采取必要的其他数学手段，例如傅立叶转换，将Ma、Mb信号分别在时域(或空域、相域)和频域之间作变换后比对；典型的应用例是用在声波传感器的数据分析，可将传感器收录到的声纹做傅立叶转换，在频域或相域比较该声波特质，选出特征频谱加以利用。

为能进行上述算法功能，所述计算***至少包括信息接收模块、信息发送模块、各型处理器模块及其操作***；例如计算速度常在GHz以上的多核中央处理器(CPU)、图形处理器(GPU)、影像处理器(ISP)、数字信号处理器(DSP)等的各种计算器(逻辑计算单元ALU)，高速缓冲存储器(Cache)，高容量(例如几十GB到数个TB以上)内存存储器等；以及附属的各种输入输出(I/O)、API接口等功能模块。由于经营者一定是这方面的专业公司，其有能力依据所述原则选用适当模块。

所述计算***都含有操作***、必要的内建嵌入式计算软件、算法所需的相关建模，并可依需要随时取得由云端平台支持的大数据以及计算软件，如PaaS、SaaS、DaaS、开源软件或闭源软件等。所述计算***内嵌的边缘计算软件，包含有预测决策功能的软件；如有相关的商用云端软件可用，边缘计算站根据需求付费自云端下载使用。

各城市管理部门向边缘计算点站经营者支付费用的方式也可以是按月或按年向边缘计算点站经营者支付使用费用，或者是租金。

各业务管理部门向边缘计算点站经营者支付费用的方式可以是依据同一业务管理部门在一定期间内使用边缘计算点站的机器时间(machine time)来计算，此一机器时间也可议定由租金折抵。

设置计算点与计算站的位置包括公共单位施政上划分的街道办、乡镇、区市内的特定范围，居民小区和大楼、旅游景区和公园、科学工业园区、桥隧坡道监测区、潜在地质灾害好发区、公路街道和城市设施沿线区段。

各业务管理部门向边缘计算点站经营者支付费用的方式，还可以是双方对定置式边缘计算点站设置能够产生的成效及价值，亦即效益进行评估，约定一个效益分配的使用费用。此所谓的分配指计算站点经营者与城市部门间以何种比率(1:1,1:2,…)来分配，所述产生的效益及价值的评估内容包括：(1)过滤数据和信息产生节约网路通信费用的功效，例如某个计算站点使用前，该处所有相关传感器上传的数据流量平均1Gbps下降为100Mbps以下；(2)信息采矿和重新分类整理对于市政管理效率提升产生的功效，例如使用计算点站后原需五分钟才可解决的一个通报缩短为一分钟以内；(3)信息融合产生新的即时信息产生的功效,例如使交通更流畅，使医疗服务更有效，…等等；(4)所计算的预测信息能够产生预防灾害的功效，依照该灾害如果没有预先防范可能造成的损害以一定奖励金发给经营者；(5)所能计算的决策信息能够产生的功效；(6)由于计算点站业者提供的计算服务而减少聘用管理人员用量产生的功效，这部份是最明显、很容易计算的，此效益的分配比率当然由双方议定；对于不易量化的效益双方可委托公正第三方加以评估。

最后说明的是，以上优选实施例与实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。

Claims (5)

1.一种定置式城市物联网边缘计算点站的设置与管理方法，其特征在于：包括以下步骤：

B1：设置分区：依据预定进行的边缘计算对城市内的城市传感器进行区块划分，边缘计算点站经营者向业务管理部门提出申请，依照市政或私营园区设施以及其所监管之水土环境，完整规划设置边缘计算点站位置、数量、计算、存储、通信能力、相应后台服务器和应用终端，并符合通信公共安全法规；

B2：边缘计算点站经营者依据许可建置边缘计算点：边缘计算点站经营者筹资依据获得的许可方案，以划分的区块为单位，在划分的区块内设置至少一个具有通信、计算、存储与筛选功能的计算点，采集该区块内以低功耗广域物联网LPWAN为主的通信手段的传感器的数据，并将采集的数据经计算点解码成信息，计算、筛选过滤出有效信息，并将其存储、加密上传到计算站；

B3：边缘计算点站经营者依据许可建置边缘计算站：边缘计算点站经营者筹资依据获得的许可方案，将多个区块结合为一个大区块，在大区块内设置至少一个相比计算点有更高功能性、更多的通信方式、更高计算与存储能力的计算站，采集多个划分区块内的所有计算点上传的信息，分类别进行深度算法分析计算，实现不同种类传感器信息的深层次融合，整合融合出具有预测决策功能的新信息，服务于业务管理部门；

B4：边缘计算点站经营者依据许可建置后端平台：边缘计算点站经营者筹资依据获得的许可的方案，建置后端平台，将由计算站融合后的信息上传至后台服务器，保存至数据库中，同时也将此信息传送到城市设施应用终端，直接驱动相关设施工作，业务管理部门通过后台服务器随时监控，因预测决策计算所产生避免灾害及产生的经济效益，由经营者与管理部门以议定比率分享；

B5：支付费用：边缘计算点可对所辖各类传感器侦错，可将无用信息滤除以大幅节约上传数据的通信与存储成本；计算站可做信息深化分析、以及预测决策之非可感知信息，提供管理者做出更有效率及于防灾和经济上的有益决策，并让业务管理者从对物联网的管理中解放出来；更可节省大量原需派人排查、管理物联网的人力；业务管理部门对计算点站经营者所提供的服务支付一定费用，由双方议定。

2.根据权利要求1所述的定置式城市物联网边缘计算点站的设置与管理方法，其特征在于：拟设置管理边缘计算点站的经营者依其专业领域，提出的建置方案经业务管理部门认可，并符合公共单位的各项建筑以及通信安全规范；

在步骤B2、B3和B4中，边缘计算点站经营者自行筹资设置计算点和计算站，为业务管理部门提供服务，边缘计算点站经营者收取服务费；同一区块、相同边缘计算类型的计算点、计算站由同一经营者设置，业务管理部门按月或按年承租这些计算点和计算站；由于传感器都跟计算点站联网，这些与计算点和计算站联结的传感器的侦错、维护或新建置，也由该计算点站经营者承包负责。

3.根据权利要求2所述的定置式城市物联网边缘计算点站的设置与管理方法，其特征在于：

在步骤B1中，所述市政或私营园区设施以及其所监管之水土环境中，市政设施是指公部门建设管辖的各种设施，按照管理部门分类，包括但不限于：警政、交通、教育、环保、水利、管网、城管、农林业、城建、旅游、消防、健康医疗、路灯、桥隧；以及市政监管下的非人工设施，包括但不限于：河、湖、山坡、森林、地质不稳定区；私营设施是指各公私营公司的设施，包括但不限于：园区、景区、居民小区、大楼、工地、矿区、厂区；其管理部门为各公司；

步骤B1中，所述对传感器进行区块划分，是依据行政区域、GIS资讯以及传感器分布的密度和位置，将需要监测的整个区域划分成多个虚拟物联网小网格，在小网格的几何中心设置计算点，将多个小网格结合成扩大的虚拟物联网大网格，在大网格中设置计算站；

在步骤B2中，所设置的计算点具备有线通信、低功耗广域物联网LPWAN中的无线窄带通信，以及基础计算能力，其包括但不限于：撷取所辖传感器数据、降噪、解码成物理信息、信息过滤筛选出有效信息、影像识别、图形处理、数学运算；

在步骤B3中，所设置的计算站具有两种以上窄带通信能力，两种以上宽带通信能力，其主要功能包括但不限于：信息分类、各类信息的细部计算分析、异类信息融合产生非可感知的新信息，并根据事件主变因素的变异设定并计算因变事件的诸多预期走向，再进行决策分析；计算站经营者根据需要自行扩大计算站内部模块及软件而扩充其功能，也使一个计算站同时管控的计算点更多。

4.根据权利要求1所述的定置式城市物联网边缘计算点站的设置与管理方法，其特征在于，边缘计算点站经营者提供业务管理部门以下，但不限于以下的服务：

对于城市物联网传感器的经常性维护，并应业务管理部门要求建置新传感器；

以计算点将所撷取的传感数据解码成物理信息、将无用或误差大的信息过滤，以减少数据传、存储输量；

以计算站整合诸计算点上传的众多信息经分类整理、初步分析计算后交给业务管理部门，使其提升管理效率；并以异源信息交叉融合产生非可感知之新信息，其具有预测功能、决策功能，使业务管理部门于事件发生前能够快速采取应对措施。

5.根据权利要求1所述的定置式城市物联网边缘计算点站的设置与管理方法，其特征在于：各业务管理部门向边缘计算点站经营者支付费用，其包括但不限于：

对于边缘计算点站经营者经常性维护其所链接传感器的费用，及根据业务管理部门需求而新装设传感器费用；

对边缘计算点站经营者所建置边缘计算点站的计算时间以租金方式支付使用费；

对边缘计算点站设置能够产生的成效及价值进行评估，由双方约定其使用费用；

所述产生的成效及价值的评估内容包括过滤数据和信息产生的功效、信息采矿和重新分类整理产生的功效、信息融合产生新的即时信息产生的功效、所计算具预测功能信息产生的功效、所计算具决策功能信息能够产生的功效，以及减少管理人员用量产生的功效。