楊 柳，黃 華，丁和恩*，金 楊，顧 閏

（1.95875 部隊，甘肅 酒泉 735000；2.航天新通科技有限公司，重慶 401332）

0 引言

當前，遙測技術(shù)應(yīng)用廣泛，在民用生產(chǎn)、科學研究及國防軍事等領(lǐng)域都有應(yīng)用。遙測按照傳輸方式分，可分為基于無線的遙測和基于有線的遙測兩種。其中，無線遙測方式容易受環(huán)境的影響，而有線遙測受環(huán)境的影響相對較小。

邊緣計算是在靠近數(shù)據(jù)源頭或傳感器的一側(cè)，采用本地側(cè)的計算和存儲資源，就近開展數(shù)據(jù)的處理、邏輯計算。邊緣計算是為了實現(xiàn)本地實時業(yè)務(wù)決策、數(shù)據(jù)傳輸可靠安全、核心或承載層網(wǎng)帶寬減負等目的，實質(zhì)就是將需求解決在邊緣?；谶吘売嬎愕南到y(tǒng)，主要依托邊緣計算就近提供數(shù)據(jù)聚合及邊緣智能服務(wù)，滿足數(shù)據(jù)毫秒級采集頻率需求，實現(xiàn)企業(yè)各層數(shù)據(jù)的縱向集成及高效處理［1］。

當前，遙測的相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域已經(jīng)比較成熟，但受一些客觀條件影響，還存在一些影響遙測技術(shù)應(yīng)用的情況。從遙測技術(shù)的應(yīng)用場景來講，遙測系統(tǒng)的無人遙測類應(yīng)用，無人平臺通信數(shù)據(jù)鏈是構(gòu)建在一種大地域、多類型的移動式通信網(wǎng)絡(luò)中，因受到環(huán)境因素、地域因素以及人為因素的干擾，通信網(wǎng)絡(luò)常常出現(xiàn)通信效果不理想的情況［2］，導(dǎo)致遙測數(shù)據(jù)傳輸存在潛在問題。從增加頻譜帶寬的角度講，毫米波、太赫茲等高頻段技術(shù)極具優(yōu)勢，但高頻段電磁波的大氣吸收損耗效應(yīng)明顯［3］。如何使數(shù)據(jù)鏈在透云、霧、雨的傳輸環(huán)境下，同時保證吞吐量與鏈路范圍，是數(shù)據(jù)鏈應(yīng)用場景下大容量遠距離傳輸面臨的難題［4］。通過改進網(wǎng)絡(luò)遙測數(shù)據(jù)的處理過程，增加冗余處理、時效性處理以及插值處理的方法，可以解決遙測定位信息網(wǎng)絡(luò)間斷傳輸問題［5］。新型的制造模式對數(shù)據(jù)處理的實時性要求更高，現(xiàn)有的集中式云計算處理模式難以高效地解決這些問題［6］，但在某些特殊情況下，一旦遙測信號發(fā)生中斷，伺服系統(tǒng)就會丟失目標導(dǎo)致無法完成既定任務(wù)［7］，這可以說明遙測信號在系統(tǒng)中承擔著舉足輕重的地位，其重要等級非常高。

1 基于邊緣計算的遙測架構(gòu)

以前遙測系統(tǒng)的采集邊緣，往往是基于傳感器的數(shù)據(jù)采集協(xié)議對邊緣傳感器數(shù)據(jù)進行采集，通過邊緣的通信設(shè)施將采集的數(shù)據(jù)傳回遙測中心，供遙測中心進行數(shù)據(jù)顯示、狀態(tài)分析以及控制決策。這種方式將邊緣傳感器的眾多數(shù)據(jù)一應(yīng)俱全地傳給了遙測中心，并且根據(jù)時序交互的強弱，可能產(chǎn)生大量數(shù)據(jù)。遙測中心需要在采集的大量數(shù)據(jù)中識別、分析、提取傳感器的重要信息，然后再對邊緣設(shè)備進行決策和控制。

基于邊緣計算的遙測架構(gòu)，主要是在邊緣節(jié)點中增加邊緣決策引擎，由邊緣決策引擎完成對邊緣節(jié)點內(nèi)各傳感器信息的采集與加工處理，完成本地決策控制，完成遙測多源數(shù)據(jù)的融合與高效處理?；谶吘売嬎愕倪b測系統(tǒng)架構(gòu)如圖1 所示。

圖1 基于邊緣計算的遙測系統(tǒng)架構(gòu)

圖1 中的遙測系統(tǒng)由管控節(jié)點和邊緣節(jié)點兩類節(jié)點組成。其中一個管控節(jié)點對多個邊緣節(jié)點進行遙測。管控節(jié)點主要由遙測中心和通信設(shè)施組成。遙測中心用于對邊緣節(jié)點進行遙測，掌握邊緣節(jié)點的狀態(tài)和管控邊緣節(jié)點。邊緣節(jié)點由通信設(shè)施、邊緣決策引擎及若干個傳感器組成。傳感器用于感知邊緣節(jié)點的狀態(tài)和采集邊緣節(jié)點所需的信息，邊緣決策引擎用于實現(xiàn)本文所述的邊緣計算功能，通信設(shè)施是用于將邊緣節(jié)點的信息傳送至遙測中心的通信基礎(chǔ)設(shè)施。邊緣節(jié)點中，邊緣決策引擎的主要工作內(nèi)容為：

（1）通過近距離高速通道對邊緣節(jié)點內(nèi)部的傳感器進行數(shù)據(jù)采集，該數(shù)據(jù)采集信息全且快；

（2）本地決策控制功能，邊緣節(jié)點的邊緣決策引擎在實時采集感知傳感器狀態(tài)后，對一些關(guān)鍵特征和關(guān)鍵狀態(tài)進行即時決策，這樣可以減少將傳感器數(shù)據(jù)傳輸回管控節(jié)點，由管控節(jié)點的遙測中心做出決策所產(chǎn)生的傳輸時延；

（3）邊緣決策引擎的多源數(shù)據(jù)的融合與高效處理，將采集到的傳感器數(shù)據(jù)進行多元數(shù)據(jù)的融合處理，提取關(guān)鍵信息進行傳輸，減少邊緣傳輸給管控節(jié)點的數(shù)據(jù)信息，提高通信設(shè)施傳輸數(shù)據(jù)的有效作用及提高傳輸?shù)目煽啃浴?/p>

2 對遙測數(shù)據(jù)進行邊緣計算處理

邊緣節(jié)點的邊緣決策引擎通過本地決策能夠快速地為邊界提供遙測控制服務(wù)。同時，一般邊緣節(jié)點的周圍存在相鄰節(jié)點，它們之間的通信狀態(tài)一般是比較好的，若單邊緣決策引擎的計算機的計算資源不足，邊緣決策引擎則協(xié)同相鄰計算域共同處理任務(wù)［7］，當邊緣節(jié)點的通信處理能力不夠時，邊緣決策引擎則協(xié)同相鄰節(jié)點的計算機資源。

2.1 邊緣節(jié)點的本地決策

邊緣決策引擎本地決策計算的主要內(nèi)容為：邊緣決策引擎將根據(jù)本地獲取的傳感器信息進行整和，根據(jù)數(shù)據(jù)的特征統(tǒng)計挖掘出需要關(guān)注的數(shù)據(jù)，比如根據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)的帶寬是否超限，決定是否降低傳輸速率或者傳輸數(shù)據(jù)量，根據(jù)飛行平臺前方是否有特殊環(huán)境，決定是否需要停止前進等，往往這些動作的決策反饋是需要及時反應(yīng)的，當本地識別出來某項特征時，立即對邊緣節(jié)點發(fā)出控制命令，這樣比從管控節(jié)點的遙測中心決策響應(yīng)的速度和穩(wěn)定性都要高很多，并且能降低管控節(jié)點及遙測系統(tǒng)所在網(wǎng)絡(luò)的負擔。該方式能夠提高遙測系統(tǒng)中邊緣節(jié)點的情況處置的時效性和可靠性。

邊緣節(jié)點的本地決策是對某些需要快速應(yīng)對的遙測系統(tǒng)狀況進行快速處置。處置完成后，將本地決策的結(jié)果傳回管控節(jié)點，以讓管控節(jié)點掌握各邊緣節(jié)點的真實情況。管控節(jié)點結(jié)合遙測系統(tǒng)、各遙測節(jié)點的整體狀況，對各邊緣節(jié)點的狀態(tài)進行驗證和跟蹤，及時發(fā)現(xiàn)邊緣節(jié)點本地決策的問題，并優(yōu)化邊緣節(jié)點本地決策的能力。

2.2 邊緣節(jié)點的鄰居協(xié)同

邊緣節(jié)點在邊緣決策運算時，若計算資源不足，可依托鄰居邊緣節(jié)點的計算資源來為本節(jié)點的邊緣決策提供服務(wù)。一般計算資源不足的情況不是所有邊緣節(jié)點同時存在的，即當某邊緣節(jié)點需要進行高性能決策運算，鄰居的其他邊緣節(jié)點可能正處于低性能決策運算中。在這種情況下，邊緣節(jié)點可以申請鄰居邊緣節(jié)點中相對空閑的邊緣節(jié)點進行輔助計算。

邊緣計算的鄰居協(xié)同，主要分配給鄰居計算的資源，一般是在計算中可單獨分離的模塊或者獨立活動，如將對設(shè)備數(shù)據(jù)的清洗分別分配給不同的鄰居節(jié)點，將不同傳感器的決策評估因子分配給不同的鄰居節(jié)點，邊緣節(jié)點的本節(jié)點主要做資源的串聯(lián)與部分數(shù)據(jù)的計算，通過封裝獨立的分配方式，可以在某邊緣節(jié)點出現(xiàn)異常的時候快速替換所需計算的內(nèi)容，或者在鄰居計算資源豐富的情況下，考慮主備計算與主備校驗，以此能夠更好地提高系統(tǒng)在計算時的準確性與健壯性。

3 遙測多源數(shù)據(jù)的融合與高效傳輸

針對傳感器數(shù)據(jù)采集，傳感器的數(shù)據(jù)是細粒度的時序數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)種類多、數(shù)據(jù)量大，在數(shù)據(jù)傳輸過程中，以往的遙測應(yīng)用往往會傳輸整個數(shù)據(jù)包，這樣會消耗遠端的計算與傳輸資源，且很多數(shù)據(jù)最終也沒有使用，這樣毫無益處。因此，對傳感器數(shù)據(jù)的采集傳輸，需要保留疑問數(shù)據(jù)、問題數(shù)據(jù)及關(guān)鍵數(shù)據(jù)，如關(guān)于傳感器的發(fā)出者、發(fā)出原因以及某些字段鍵值。

遙測數(shù)據(jù)系統(tǒng)在采集數(shù)據(jù)時，將收集眾多傳感器參數(shù)。其中，傳感器之間有同類異類、相同的采樣指標與不同的采樣指標，這種情況存在遙測數(shù)據(jù)中有重復(fù)字段等問題。遙測多源數(shù)據(jù)的融合，主要考慮的是減少遙測數(shù)據(jù)中的一些重復(fù)字段，包括字段名和字段值等，其主要步驟為：先采集傳感器數(shù)據(jù)，進行共性字段提取，篩選出共性和非共性字段，并對共性字段的數(shù)據(jù)進行合并整理；再進行定制化關(guān)鍵數(shù)據(jù)合成，最后將合成的數(shù)據(jù)傳輸至遙測中心。遙測多源數(shù)據(jù)的融合流程如圖2 所示。

圖2 遙測多源數(shù)據(jù)的融合處理流程

4 結(jié)語

本文針對遙測技術(shù)應(yīng)用中可能存在的邊緣節(jié)點脫網(wǎng)、受干擾、高延遲等問題，提出了基于邊緣計算的遙測技術(shù)應(yīng)用研究，對基于邊緣計算的遙測系統(tǒng)架構(gòu)、遙測數(shù)據(jù)邊緣計算處理、遙測多源數(shù)據(jù)的融合以及高效傳輸?shù)冗M行了研究設(shè)計。該技術(shù)研究旨在實現(xiàn)遙測技術(shù)在應(yīng)用中提高遙測系統(tǒng)的本地響應(yīng)能力和數(shù)據(jù)傳輸有效性。由于本文闡述的技術(shù)處于前期試驗研究階段，且根據(jù)不同應(yīng)用場景有特異性參數(shù)存在，針對各個業(yè)務(wù)使用場景，在應(yīng)用時仍需要進一步研究。