CN117751567A - 公用设施通信网络的动态处理分发 - Google Patents

Abstract

提供了用于实现公用设施通信网络的边缘智能的技术。例如，系统包括网状网络和被配置为管理网状网络的公用设施雾。公用设施雾包括被配置用于执行私有公用设施应用的安全公用设施系统和被配置用于执行软件应用的第一子集的第一边缘智能设备。每个软件应用被配置为管理网状网络中的端点或处理由网状网络收集的数据。网状网络包括端点和边缘智能设备，该边缘智能设备被配置用于执行与软件应用的第一子集不同的软件应用的第二子集。

Description

公用设施通信网络的动态处理分发

技术领域

本公开总体上涉及公用设施(utility)通信网络，诸如用于配电网络的网状网络，并且更具体地涉及实现用于公用设施通信网络的动态处理分发。

背景技术

传统的公用设施通信网络配置有集中式命令和控制架构，其中控制功能和大多数数据分析功能集中在头端系统中。公用设施通信网络中的网络设备简单地充当路由器，将公用设施中央头端系统连接到端点。数据或消息必须通过公用设施通信网络从端点传送到头端系统，并且响应必须通过公用设施通信网络传送回端点。端点和头端系统之间的这种往返可能导致响应在端点处发生的事件的延迟，这可能是有问题的，特别是对于诸如控制或监测的时间关键的应用。此外，网络带宽消耗也由于数据穿过端点和头端系统之间的公用设施通信网络而增加。此外，在一些情况下，从端点发送到头端系统的数据不被头端系统使用或需要，导致网络资源的浪费。

发明内容

公开了用于实现公用设施通信网络的动态处理分发的装置和过程的方面和示例。在一个示例中，一种系统包括公用设施雾和网状网络。公用设施雾包括被配置用于执行私有公用设施应用的安全公用设施系统。私有公用设施应用由安全公用设施系统专门执行。公用设施雾还包括第一边缘智能设备，其被配置用于执行多个软件应用中的应用的第一子集。多个软件应用中的每个应用被配置为处理由公用设施雾管理的网状网络中的一个或多个端点收集的数据或者管理一个或多个端点。网状网络通过另一网络与公用设施雾通信，并且包括通过网状网络彼此通信并且被配置用于收集测量资源分发网络的特性的数据的多个端点。网状网络还包括被配置用于执行多个软件应用中的应用的第二子集的第二边缘智能设备和被配置用于执行多个软件应用中的应用的第三子集的第三边缘智能设备，其中应用的第一子集、第二子集和第三子集是不同的。多个端点中的端点被进一步配置为向至少第二边缘智能设备和第三边缘智能设备发送对特定应用的任务请求。应用的第二子集和应用的第三子集两者都包括特定应用。任务请求包括要由特定应用处理的数据和任务分配列表，该任务分配列表指定分别要由第二边缘智能设备和第三边缘智能设备处理的数据的部分。端点还被配置为从第二边缘智能设备和第三边缘智能设备接收处理结果。

在另一示例中，一种边缘智能设备包括通信设备，该通信设备包括被配置用于与多个公用设施通信网络中的设备通信的多个网络接口。多个公用设施通信网络中的第一公用设施通信网络与第一资源分发网络相关联，并且第一公用设施通信网络中的端点具有第一资产类型并使用第一网络协议彼此通信。多个公用设施通信网络中的第二公用设施通信网络与第二资源分发网络相关联，并且第二公用设施通信网络中的端点具有第二资产类型并使用第二网络协议彼此通信。第一资源分发网络不同于第二资源分发网络。第一网络协议不同于第二网络协议，并且第一资产类型不同于第二资产类型。通信设备还被配置用于与多个公用设施通信网络的相应公用设施雾进行通信。边缘智能设备还包括被配置为执行计算机可读指令的处理设备，以及被配置为存储多个软件应用和计算机可读指令的存储器，计算机可读指令在由处理设备执行时使处理设备执行操作。操作包括解析根据第一网络协议经由第一公用设施通信网络接收的数据；根据第二网络协议解析经由第二公用设施通信网络接收的数据；执行多个软件应用中的至少一个以处理经由第一公用设施通信网络接收的数据；执行多个软件应用中的一个或多个以处理经由第二公用设施通信网络接收的数据；基于来自第一公用设施通信网络的经处理的数据生成第一消息，并且根据第一网络协议经由第一公用设施通信网络传输第一消息；以及基于来自第二公用设施通信网络的经处理的数据生成第二消息，并根据第二网络协议经由第二公用设施通信网络传输第二消息。

在又一示例中，网状网络包括多个端点，多个端点通过网状网络彼此通信并且被配置用于收集测量与网状网络相关联的资源分发网络的特性的数据。网状网络还包括多个边缘智能设备，每个边缘智能设备被配置用于执行多个软件应用中的软件应用的子集。多个软件应用中的每个软件应用被配置为处理由多个端点中的一个或多个端点收集的数据或管理一个或多个端点。第一边缘智能设备上的软件应用的第一子集不同于第二边缘智能设备上的软件应用的第二子集。多个端点中的端点还被配置为向至少第一边缘智能设备和第二边缘智能设备发送针对特定应用的任务请求。软件应用的第一子集和软件应用的第二子集都包括特定应用。任务请求包括要由特定应用处理的数据和任务分配列表，任务分配列表指定分别要由第一边缘智能设备和第二边缘智能设备处理的数据的部分。端点还被配置为从第一边缘智能设备和第二边缘智能设备接收处理结果。

提及这些说明性方面和特征不是为了限制或限定当前描述的主题，而是为了提供示例以帮助理解本申请中描述的构思。在审阅整个申请之后，当前描述的主题的其他方面、优点和特征将变得显而易见。

附图说明

当参考附图阅读以下详细描述时，可以更好地理解本公开的这些和其他特征、方面和优点。

图1是示出用于网状网络的现有技术系统架构的框图。

图2是示出根据本公开的某些方面的实现公用设施通信网络的边缘智能的说明性系统架构的框图。

图3示出了根据本公开的某些方面的公用设施通信网络的示例，该公用设施通信网络包括部署在公用设施通信网络上的端点和边缘智能设备。

图4示出了根据本公开的某些方面的支持多个公用设施通信网络的边缘智能设备的示例。

图5示出了根据本公开的某些方面的由边缘智能设备执行以支持多个公用设施通信网络的过程的示例。

图6是描绘适合于实现本文呈现的技术和技艺的各方面的边缘智能设备的示例的框图。

具体实施方式

提供了用于实现公用设施通信网络的动态处理分发的技术。例如，动态处理分发可以通过将传统上由单个头端系统提供的功能分发到部署在公用设施通信网络中的边缘智能设备来实现。如本文所使用的，公用设施通信网络是指与资源分发网络相关联并且被配置为实现公用设施通信网络中的端点之间的通信的通信网络。公用设施通信网络的示例包括网状网络、网络或适用于物联网(IoT)设备(诸如仪表)的其他网络。边缘智能设备可以被配置为执行不同的软件应用以提供各种功能。不同的边缘智能设备可以执行不同的软件应用的集合，从而提供不同的功能。边缘智能设备还可以部署到连接到公用设施通信网络并且被配置为管理公用设施通信网络的公用设施雾。此外，该功能可以进一步分发到区域雾或全局云，以利用由区域雾和全局云提供的计算资源。

提供以下非限制性示例以介绍某些实施例。在该示例中，公用设施系统包括与资源分发网络(诸如电网、燃气分发网络或水分发网络)相关联的公用设施通信网络，以及被配置为管理公用设施通信网络的公用设施雾。公用设施通信网络连接部署在整个资源分发网络中的多个端点。用于管理公用设施通信网络和处理公用设施通信网络的数据的功能通过软件应用的集合来实现，每个软件应用实现功能的一个方面。公用设施通信网络还包括位于公用设施通信网络中的各个地方的多个边缘智能设备。每个边缘智能设备被配置为执行软件应用的子集，从而向公用设施通信网络中的端点提供功能的子集。基于诸如边缘智能设备的位置、边缘智能设备附近的端点的状态、针对边缘智能设备附近的端点执行的典型处理等因素来确定每个边缘智能设备的软件应用的子集。

为了使公用设施通信网络中的其他设备知道由边缘智能设备提供的功能，每个边缘智能设备被配置为通告它可以通过公用设施通信网络提供的功能。在一些实施方式中，这些功能由边缘智能设备提供为软件服务。如果公用设施通信网络中的端点具有需要执行的特定任务，诸如处理由端点收集的数据，则端点可以向能够执行任务的附近边缘智能设备发送请求。在一些场景中，诸如当任务涉及复杂的计算时，可以将任务发送到联合执行任务的两个或更多个边缘智能设备。在一些示例中，哪个(哪些)边缘智能设备被用于执行所请求的任务对端点来说是透明的。一旦处理完成，边缘智能设备就将处理结果返回到端点或公用设施通信网络中的另一设备。

除了将边缘智能设备分发到公用设施通信网络之外，还可以在公用设施雾中部署边缘智能设备。类似于公用设施通信网络中的边缘智能设备，公用设施雾中的每个边缘智能设备也可以被配置为实现软件应用的子集。这些边缘智能设备可用于执行不能由公用设施通信网络中的边缘智能设备处理的任务或优选地由公用设施雾中的边缘智能设备执行的任务。

继续该示例，实现管理公用设施通信网络或处理公用设施通信网络的数据的各种功能的软件应用的子集可以进一步分发给区域雾和全局云。区域雾可以提供比公用设施雾和公用设施通信网络更多的计算能力，但是在返回结果时可能具有更大的延迟。同样，如果全局云用于执行软件应用以执行公用设施通信网络的任务，则可能引入返回结果时的进一步延迟，但是不能由系统的其他层高效处理的任务(例如，诸如生成公用设施通信网络的拓扑图的高复杂度任务)可以使用在全局云中执行的应用来执行。

本公开中描述的技术提供了对公用设施通信网络的改进。通过将传统的单个头端系统的功能分发给公用设施通信网络中的设备，可以通过采用附近的边缘智能设备来在端点附近本地地执行处理或控制。因此，可以显著减少诸如控制或监测的时间关键应用的响应时间。此外，因为来自端点的数据不需要通过公用设施通信网络传输到头端系统，所以公用设施通信网络的网络带宽消耗也减少了。此外，安装在每个边缘智能设备上的应用的子集可以在需要时更新，而不影响系统的其他部分。另外，在多个边缘智能设备上实现功能允许并行分布式计算，其可以改善系统的性能，减少运行复杂计算所需的时间，并增强容错计算。

图1是示出用于基于网状网络的公用设施通信网络的现有技术系统架构的框图。现有技术系统具有集中式架构，其中用于控制和处理网状网络的数据的所有功能都集中在头端系统处。如图1所示，各种应用(诸如用于管理网络、管理和分析仪表数据的应用)都安装在应用服务器或一组共同定位的服务器上。如上所述，这种集中式架构导致各种问题，诸如响应于网状网络中发生的事件的延迟增加、网络带宽消耗增加等。

图2示出了描绘根据本公开的某些方面的实现公用设施通信网络的动态处理分发(其也可以被称为边缘智能)的说明性系统架构的框图。该系统具有用于控制和处理公用设施通信网络240的数据的多个服务层。这些服务层包括在公用设施通信网络240、公用设施雾202、区域雾204和全局云206处提供的服务。

公用设施通信网络240是与资源分发网络相关联并且被配置为实现公用设施通信网络中的端点(例如，端点212A-E，在本文中单独地称为端点212或统称为端点212)之间的通信的通信网络。公用设施通信网络的示例包括网状网络、网络或适用于物联网(IoT)设备的其他网络。公用设施通信网络240中的端点212可以是公用设施通信网络240上包含无线电的任何设备。例如，端点212可以包括用于从端点的相应部署位置收集数据的测量设备、用于处理设备可用的数据的处理设备、或者被配置为执行这些功能的组合的设备。

在一个示例中，公用设施通信网络240可以用于传送在相关联的资源分发网络中获得的测量数据。在该示例中，端点212可以包括通过资源分发网络部署在客户建筑物的各种地理位置处的仪表，诸如电表、燃气表、水表、蒸汽表等，并且被实现为测量资源分发网络的各种操作特性。在配电网络的示例中，示例特性包括但不限于平均或总功耗、电信号的峰值电压、功率浪涌和负载变化。端点212还可以包括其他类型的网络设备，例如架空线路传感器和负载控制开关，其监测能量使用并在能量需求尖峰时自动关闭高使用设备。

公用设施通信网络240还可以包括边缘智能设备(EID)214A-214B，在本文中单独地称为边缘智能设备214或统称为边缘智能设备214。每个边缘智能设备214被配置为执行传统上由公用设施通信网络240的头端系统提供的功能的子集。这些功能可以被实现为单独的软件应用，并且每个应用实现一个功能或功能的一个方面。例如，确定两个电表是否连接到配电网络的同一变压器的功能可以在边缘智能设备上部署和执行的一个软件应用中实现。替代地或附加地，相同的功能可以被分解成子任务，并且每个软件应用实现一个子任务。在确定两个电表是否连接到同一变压器的示例中，可以生成多个软件应用。例如，第一应用可以被配置为对两个电表的电压信号进行归一化，第二应用可以被配置为执行两个电表的电压信号之间的相关，并且第三应用可以被配置为将该相关与阈值进行比较以确定它们是否连接到同一变压器。在一些示例中，这些功能可以作为服务提供给公用设施通信网络240中的端点212。

在图2所示的示例中，传统头端系统的功能被实现为不同类别的服务。这些服务包括用于配置公用设施通信网络240的系统配置服务(例如，准许或移除公用设施通信网络240中的端点或其他网络设备，添加或移除在公用设施通信网络240中的网络设备上执行的应用)，以及用于管理公用设施通信网络240的安全性的事件和安全服务。服务还可以包括网络管理服务(例如，从端点收集数据并识别和修复公用设施通信网络240中的问题)、仪表数据管理服务(例如，分类、聚合或以其他方式管理由端点仪表收集的数据)、日志记录服务(例如，记录在公用设施通信网络240上发生的数据和事件)、分析服务(例如，对由端点收集或生成的数据执行各种分析)、应用下载服务(例如，管理安装在公用设施通信网络240中的端点设备或其他设备上的应用)以及其他杂项服务(例如，诊断应用、用于执行特定类型的计算的应用)。

在各种服务中，一些服务对系统具有显著影响或者易受攻击，诸如系统配置服务以及事件和安全服务。这些服务在高度安全的环境中受到保护，并且被称为私有公用设施应用或服务。在一些示例中，这些私有公用设施应用被私有地托管在公用设施雾202中。如本文所使用的，公用设施雾是指可以包括一个或多个计算设备(例如，网络设备或计算机设备)的处理系统，该一个或多个计算设备被配置为执行处理以向与公用设施雾相关联的地理区域内的其他设备提供服务。

公用设施雾202可以与公用设施公司相关联(例如，在公用设施公司的物理保护下并且在公用设施公司网络的防火墙内)，并且被配置为例如通过执行私有公用设施应用来管理公用设施通信网络240。为了更好地保护私有公用设施应用，这些私有公用设施应用可以在公用设施雾202内的安全公用设施系统220中安装和执行。与公用设施雾202的其他部分不同，安全公用设施系统220可以在高度安全的环境中实现，例如，使用与公用设施雾202的其他部分不同的网络配置并且在与公用设施雾202的其他部分分开的网络或域中实现。

可以将其他非私有服务或应用部署到公用设施通信网络240中的边缘智能设备。如图2所示，不同的边缘智能设备214可以被配置为执行应用224A-224C的不同子集。安装在每个边缘智能设备214上的应用224的子集可基于诸如以下因素来确定：个体边缘智能设备214的地理位置或区域、边缘智能设备214附近的端点212的类型(其确定处理这些端点212的数据所需的功能)、由所安装的应用提供的功能被使用的频率、边缘智能设备214的计算能力等。当确定在公用设施通信网络240上部署边缘智能设备214的位置时，也考虑类似的因素。

另外，可以动态地更新安装在边缘智能设备214上的应用224的子集。例如，如果针对特定区域中的端点212观察到或报告异常，则公用设施雾202可以使用系统配置应用将诊断应用部署到该区域中的边缘智能设备214。诊断应用可以被配置为执行诊断分析并将分析结果报告回公用设施雾202。在问题解决之后，诊断应用可以稍后从那些边缘智能设备214移除。类似地，公用设施雾202还可以例如通过使用私有公用设施应用222中的系统配置应用来向公用设施通信网络240中的每个边缘智能设备214添加或移除其他应用。公用设施雾202还可以将安装在边缘智能设备214上的应用224更新为例如应用224的较新版本。

在一些示例中，边缘智能设备214可以被配置为执行相同应用的多个实例。图2示出了边缘智能设备224B被配置为执行分析应用的两个实例。这允许边缘智能设备214上的并行处理，使得边缘智能设备214可以更快地完成任务或者同时服务于多个端点212。在本公开中，关于应用的更新、移除或添加的讨论还包括应用实例的更新、移除或添加。例如，添加新应用可以包括添加新应用或新应用实例(包括现有应用的附加实例或新应用的实例)。

图3示出了公用设施通信网络240的示例，其包括通过公用设施通信网络240通信地连接的端点212A-212I和边缘智能设备214A-214D。如图3所示，边缘智能设备214可以是独立的边缘智能设备或集成到现有网络设备中的组件，例如根节点216B。在一些示例中，每个边缘智能设备214被配置为在部署在公用设施通信网络240中之后通告其可以通过公用设施通信网络240提供的服务或功能。由边缘智能设备214提供的服务可以跨若干边缘智能设备214重叠或重复。可以在公用设施通信网络240中的设备之间动态地发现这些服务。某些网络设备(诸如具有更多计算能力的端点或边缘智能设备)可以被配置为保持由其区域中的边缘智能设备提供的服务的记录。当端点212具有要完成的任务时，它将对任务的请求连同任务数据一起传输到其父节点或另一邻近节点。这样的请求可以通过公用设施通信网络240进一步传输，直到它到达可以识别能够执行所请求的任务的一个或多个边缘智能设备的网络设备。然后，该网络设备可以将请求和相关联的数据转发到所识别的边缘智能设备214以进行处理。可以使为任务选择合适的边缘智能设备214的过程对请求端点212透明。

例如，如果存在三个设备(边缘智能设备或端点)M1、M2、M3和两个网关GW1、GW2。M1和M2连接(有线或无线)到GW1，并且M3连接(有线或无线)到GW2。GW1和GW2也是有线或无线连接的。M1支持服务A、B和C；M2支持服务B、C和F；M3支持服务C；GW1支持服务C、D、E和F；GW2支持服务E和F。当M1启动时，M1可以通知GW1它支持服务A、B和C。同样，M2可以通知GW1它支持B、F和C，并且M3可以通知GW2它支持服务C。

如果M1想要执行服务F，则它可以首先检查其本地服务列表。由于M1不支持服务F，M1可以与其父设备GW1通信以帮助定位服务F的提供商。由于GW1支持F，GW1可以通知M1向GW1发送服务请求。响应于服务请求，GW1对由M1提供的数据执行服务F并将结果返回给M1。

如果设备(例如M1)具有多个服务请求，则这些服务请求可以一对一地发送或并行化发送。当进行并行化请求时，M1可以发送对服务C的查询。在上面的示例中，M1本身、M2、GW1和M3都可以响应，指示它们支持服务C。然后，M1可以向已经响应的多个设备发送包含数据和任务分配列表的任务请求。任务分配列表可以指定要由各个设备使用服务C处理的数据的部分。在一些示例中，M1可以生成分配列表，使得这些多个设备对所有数据执行服务C以用于冗余。替代地或附加地，M1可以将数据划分为多个集合，并且在分配列表中，请求每个设备针对一个数据集合运行服务C。还可以利用分配列表的其他示例。设备之间的上述交互可以通过发布-订阅机制和工作包数据结构来实现，该工作包数据结构指定每个设备要处理哪些数据。

还应当理解，在一些示例中，不存在请求到提供服务的设备的动态路由。当请求沿网络向上移动时，在每个步骤中，没有关于请求应当去往何处的应用决定。发出请求的设备发现服务可用，并做出关于请求将去往哪个设备的决定。该决定由请求设备做出一次，并且一旦请求被传输，网络将不会决定要去往更好的服务。

在接收到请求时，边缘智能设备214执行合适的应用224并输出处理结果。取决于任务的类型，结果可以被返回到请求端点212，被发送到另一边缘智能设备214，或者被传输到公用设施雾202。例如，如果任务是基于观察到的数据来调整端点212的参数，则边缘智能设备214可以被配置为生成并向端点212传输命令，以根据结果将其参数调整为合适的值。如果由边缘智能设备214执行的任务是子任务并且需要执行另外的子任务，则边缘智能设备214可以被配置为生成输出结果并将其传输到被配置用于执行后续子任务的下一边缘智能设备214。在任务是总结、聚合或分析由请求端点212收集的数据以供公用设施雾202进一步分析的场景中，边缘智能设备214可以被配置为通过公用设施通信网络240将输出结果传输到公用设施雾202。

在一些示例中，通过在例如高级边缘处理模块中实现基于规则的算法、或人工智能或机器学习技术、或两者的组合，边缘智能设备214被配置有高级边缘处理能力。高级边缘处理模块可以使用这些高级技术来例如实现不同类型的服务级别要求。例如，高级边缘处理模块可被配置为检查与配电网络的健康相关的数据，例如电能质量的值、所需电压、所需功率因数等。高级边缘处理模块还可以被配置为检查与通信网络健康相关的数据，诸如吞吐量、干扰、分组成功率、层、延迟等。高级边缘处理模块可以使用高级技术来确定所获得或生成的数据是应当被发送到公用设施雾202还是本地处理。例如，如果高级边缘处理模块确定存在大量数据，诸如针对给定时间段大于阈值容量值，则高级边缘处理模块可以确定本地处理或预处理数据。取决于处理或预处理结果，高级边缘处理模块可以进一步确定经处理的数据是应当被发送到公用设施雾202还是本地维护还是丢弃。例如，如果经处理的数据包含公用设施雾202通常收集的功耗数据，则高级边缘处理模块可以将数据发送到公用设施雾202。如果数据被处理用于检测配电网络中的异常并且没有从收集的数据中检测到异常的指示，则高级边缘处理模块可以确定不发送数据。在另一示例中，如果对实时响应的需要是重要的，则高级边缘处理模块可以确定在本地处理数据。例如，与配电网络中的负载控制相关的数据通常需要在毫秒内完成，并且高级边缘处理模块可以确定在本地处理这样的数据，而不是将其发送到公用设施雾202。以这种方式，不需要传输到公用设施雾202的数据将不被发送，从而减少网络资源的浪费。

边缘智能设备214或需要向公用设施雾202传输数据的其他设备(例如，端点212)可以通过公用设施通信网络240将数据或消息作为通信数据302传输到根节点114A-B。根节点114是一种类型的网络设备，并且可以是个域网(PAN)协调器、网关或能够与头端系统104通信的任何其他设备。公用设施通信网络240的根节点114可以被配置用于与包括端点212和边缘智能设备214的网络设备通信，以执行诸如管理网络设备、从网络设备收集数据以及将数据转发到公用设施雾202的操作。根节点216还可以被配置为用作测量或处理数据本身的节点。

根节点216最终经由另一网络370(诸如因特网、内联网或任何其他数据通信网络)将经由公用设施通信网络240接收的数据传输到公用设施雾202。公用设施雾202可以从根节点216接收数据或消息，并且出于各种目的(诸如计费、性能分析或故障排除)处理或分析所接收的数据。应当理解，虽然图3描绘了特定的网络拓扑(例如，DODAG树)，但是其他网络拓扑也是可能的(例如，环形拓扑、网状拓扑、星形拓扑等)。

返回参考图2，为了处理从公用设施通信网络240接收到的数据或消息，公用设施雾202还可以包括边缘智能设备214。类似于公用设施通信网络240中的边缘智能设备214，每个边缘智能设备214可以是专用边缘智能设备214或集成到公用设施雾202中的现有设备中或由其实现的组件，诸如服务器计算机。每个边缘智能设备214可以被配置为执行不是私有公用设施应用的应用的子集，在本文中也称为“非私有公用设施应用”。

公用设施雾202可以请求由这些边缘智能设备214中的一个或多个处理所接收的消息或数据。例如，如果接收到的消息是下载应用的新版本的请求，则公用设施雾202可以将该请求转发到边缘智能设备214C，边缘智能设备214C可以执行下载应用以向请求网络设备提供下载服务。同样，公用设施雾202还可以向能够提供数据分析服务的边缘智能设备214发送数据分析任务。

除了公用设施雾202内的边缘智能设备214之外，公用设施雾202还可以将非私有公用设施应用分发给区域雾204A-204N，区域雾204A-204N在本文中单独地称为区域雾204或统称为区域雾204。区域雾是包括与地理区域(例如，美国西南部或美国东海岸)相关联的计算设备(例如，因特网网关和路由器)的集合的处理系统。不同的应用子集可以安装在不同的区域雾204上。公用设施雾202可以向区域雾204中的设备(图2中未示出)提交任务，并且被配置为记录安装在区域雾204上的应用。这些设备可以将任务分发给合适的区域雾以供执行。在一些示例中，公用设施通信网络240还可以被配置为向区域雾204提交任务。

在进一步的示例中，非私有公用设施应用可以进一步部署到可通过因特网访问的全局云206。全局云可以是通过因特网递送计算资源的第三方提供商。取决于部署到全局云206的应用，公用设施雾202、公用设施通信网络240或区域雾204可以向全局云206提交合适的任务以供执行。

应当注意，可以利用图2中所示的四层服务来满足各种各样的服务要求。例如，对于时间关键的任务，诸如通常需要以毫秒完成的配电网络中的负载控制，可以采用由公用设施通信网络240中的负载控制区域附近的边缘智能设备提供的服务来满足这种严格的低延迟要求。对于不具有这样严格的延迟要求的任务，可以在公用设施雾202中执行处理。由于公用设施雾202在逻辑上接近公用设施通信网络240，因此响应时间相当小，并且由公用设施雾202提供的服务可以用于低延迟任务。

另一方面，区域雾204在物理上或逻辑上或两者都相对远离公用设施通信网络240。然而，它具有比公用设施雾202和公用设施通信网络240更多的计算资源。因此，区域雾204适合于没有低延迟要求但需要更多计算能力的任务。类似地，全局云206甚至更远离公用设施通信网络240和公用设施雾202，但是具有大量的存储和计算资源。没有时间约束但需要大存储或计算资源的任务可以由全局云206执行。例如，全局云206可以用于执行任务，诸如对大量数据点的统计分析、数据集之间的模式或相关性的识别、构建和执行机器学习模型等。全局云206可以用于提供允许公用设施网络的用户查看其计费信息的用户门户。

应当注意，由于使用部署在公用设施通信网络240中的边缘智能设备214来执行计算，因此端点212可以是具有最小计算能力的低成本设备。在一些情况下，具有比其他低成本端点212更多计算能力的端点212也可以部署在公用设施通信网络240中。在这些情况下，这些端点212还可以被配置为执行一个或少量应用，诸如图3中所示的端点212E。与其区域中的边缘智能设备相比，这些端点上应用可以提供进一步减少的响应时间，但是它们的能力受到它们各自的主机端点的计算能力的限制。

例如，如果特定国家的国家公用设施公司想要国家电力质量报告，其具有关于该国家中的每个省、城市和社区的执行汇总和一定程度的细节。该国家公用设施公司在10个省安装了1200万台智能电表。在没有本文提出的技术的情况下，该报告传统上是通过将来自1200万个智能仪表的所有数据发送到中央头端系统并在头端系统处运行报告生成软件来产生的。如果每个仪表发送大约1k字节的数据，则需要将12GB的数据发送到头端系统并存储以支持这种集中处理。

通过实现本文提出的动态处理分发，可以在单个设备上以较少的网络资源消耗和较低的计算要求生成相同的报告。例如，每个仪表可以处理(或者如果需要，使用附近的边缘智能设备214)其自身的电力质量汇总统计数据并将其发送到社区网关设备。数据可以包括针对每个单独家庭的关于电力质量的汇总统计，诸如观察到的最小和最大电压、平均电压、标准偏差、功率因数等。

每个社区网关也可以是边缘智能设备214，可以来自社区中所有仪表的数据合并并汇总为社区质量报告，并在网关处计算出合适的汇总统计信息。社区报告可以由网关或通过公用设施雾202转发到最近的区域雾节点。这些区域雾节点可以覆盖大城市或省的农村部分。在区域雾节点处，进一步处理和分析数据以添加形成区域报告的区域统计数据。各种区域报告被发送到基于云的服务，其产生最终的电力质量报告，包括省级汇总和执行汇总。

以这种方式，不再需要向中央系统发送大量数据。发送的数据量在每个级别减少。产生报告所需的处理由许多计算元件并行完成而不是单个中央服务器完成。因此，报告可以在几分钟内生成，而不是传统集中式系统所需的几十小时内生成。关于每个家庭的详细数据也不在数据中心的单个数据库中，从而提高了系统的信息安全性。

在一些示例中，边缘智能设备214还可以被配置为在传递到下一设备以进行进一步处理或传输到公用设施雾202或区域雾204之前评估接收或处理的数据的及时性。边缘智能设备214可以基于数据的时间戳来确定数据的及时性。在一些实施方式中，公用设施通信网络240中的设备是时间同步的，并且在各种设备之间发送的业务可以被加时间戳。以这种方式，设备可以确定从发送数据的时间到接收或处理数据的时间已经经过了多少时间。基于时间信息，边缘智能设备214可以确定数据是否被及时接收，并且因此可以用于进一步的任务。例如，如果边缘智能设备214用于分析由计量设备的集合发送的电力质量数据，则边缘智能设备214可以确定电力质量数据的及时性。如果数据是陈旧的，则边缘智能设备214可以在做出关于是接通还是关断电容器组(以尝试校正电力质量问题)的决定时丢弃数据并忽略相关联的信息。在该示例中，如果数据在超过几分钟(诸如5分钟)之前被接收到，则可以确定数据是陈旧的。取决于任务，用于确定陈旧数据的阈值可以是不同的。

现在参考图4，图4示出了根据本公开的某些方面的支持多个公用设施通信网络的边缘智能设备的示例。在一些示例中，边缘智能设备214配置有多个网络接口，可以实现多个网络协议，并且因此能够与和不同分发网络相关联的多个公用设施通信网络240通信。结果，边缘智能设备214可以使用安装在其上的应用来向这些多个公用设施通信网络240提供服务。

在图4所示的示例中，边缘智能设备402A-402B能够支持两个公用设施通信网络240A和240B。在一些示例中，公用设施通信网络240A和240B是与两个不同的资源分发网络相关联的两个不同的公用设施通信网络。例如，公用设施通信网络240A可以是与具有电表作为端点212的配电网络相关联的网状网络。公用设施通信网络240B可以是与具有燃气表作为端点212的燃气分发网络相关联的网络。在其他示例中，公用设施通信网络240A和240B是与同一资源分发网络相关联的两个不同的公用设施通信网络。例如，两个不同的公用设施通信网络240可以在不同的阶段构建或部署到不同的地理位置。因此，这些不同的公用设施通信网络240可以被配置为使用不同的网络协议进行通信。在一些示例中，为了处理多个通信协议，边缘智能设备可配置有能够处理多个无线电协议的软件定义无线电(SDR)。

相应公用设施通信网络240中的端点212如上所述地操作，以便测量和收集相应公用设施通信网络240中的数据。当存在要执行的任务时，公用设施通信网络240A中的端点可以将任务请求发送到其父节点或邻近节点，其父节点或邻近节点最终将请求发送到合适的边缘智能设备402A，如上面关于图3所讨论的。边缘智能设备402A可以通过被配置用于与公用设施通信网络240A通信的接口接收请求，并根据公用设施通信网络240A使用的网络协议解析所接收的请求和与其相关联的任何数据。边缘智能设备402A还通过执行安装在其上的合适应用来执行所请求的任务。输出结果可以被发送到公用设施通信网络240A中的端点、公用设施通信网络240A中的其他边缘智能设备、或被配置用于管理公用设施通信网络240A的公用设施雾202A。

公用设施通信网络240B中的端点EP2’可以以类似的方式请求边缘智能设备402A的服务。在这种情况下，边缘智能设备402A通过被配置用于与公用设施通信网络240B通信的另一接口接收源自公用设施通信网络240B中的端点212的请求，并根据公用设施通信网络240B使用的网络协议解析所接收的请求和与其相关联的任何数据。边缘智能设备402A还通过执行安装在其上的合适应用来执行所请求的任务。

用于服务来自公用设施通信网络240A和240B的请求的应用可以相同或不同。一些应用(诸如用于执行基本操作(例如，相关)的应用)可以用于向公用设施通信网络240A和240B两者提供服务。然而，一些应用可以是特定于网络的。例如，被配置为确定功率因数的应用特定于与配电网络相关联的公用设施通信网络240A，并且仅用于向公用设施通信网络240A提供服务。同样地，特定于燃气分发网络的应用将仅用于服务公用设施通信网络240B。因此，更新、添加、移除这些特定于网络的应用由相应的公用设施雾202执行。当满足某些条件时(例如，其他公用设施雾202批准可共享应用的更新、添加或移除)，可由多个网络共享的应用或应用实例可以由这些公用设施通信网络240的任何公用设施雾202添加、更新或移除。

在一些场景中，诸如当不同的公用设施通信网络240与相同的资源分发网络相关联时，不同的公用设施通信网络240需要彼此通信，或者需要组合来自这些不同的公用设施通信网络240的数据。在这些场景中，边缘智能设备可以被配置为提供协议转换。例如，边缘智能设备可以根据第一网络协议接收并解析从第一网络接收的数据，使用应用处理数据，然后根据第二网络的网络协议生成并通过第二网络传输输出分组。以这种方式，不同公用设施通信网络中的设备可以彼此通信，并且即使这些网络实现不同的网络协议，也可以一起处理来自这些不同网络的数据。

应当理解，在一些实施方式中，并非所有边缘智能设备都被配置为支持多个公用设施通信网络240。一些边缘智能设备可能不具有支持多个公用设施通信网络240的能力，而其他边缘智能设备可以被配置为支持一个网络，即使它具有支持更多的能力。

图5示出了根据本公开的某些方面的由边缘智能设备执行以支持多个公用设施通信网络的过程500的示例。公用设施通信网络240中的边缘智能设备214可以通过执行合适的程序代码来实现过程500中的操作。出于说明性目的，参考附图中描绘的某些示例来描述过程500。然而，其他实施方式也是可能的。

在框502处，过程500涉及边缘智能设备214通告其可以在其连接到的公用设施通信网络240中的每一个中提供的服务。基于安装在边缘智能设备214上的软件应用224来确定服务。如上所述，由于一些应用224是特定于网络的，因此边缘智能设备214仅向特定的公用设施通信网络240通告由这些特定于网络的应用224提供的服务。边缘智能设备214将可共享应用的服务通告给该应用可以被利用的所有公用设施通信网络240。在一些示例中，利用发布-订阅机制来发布应用的服务。在一些实施方式中，边缘智能设备214维护可以提供给每个连接的公用设施通信网络240的服务列表。当从边缘智能设备214添加、更新或移除应用时，可以更新服务列表。

在框504处，过程500涉及边缘智能设备214在公用设施通信网络240之一中接收服务请求或任务请求。基于该请求，边缘智能设备214选择合适的应用224来执行请求中指定的任务。可以基于所请求的服务和接收请求的公用设施通信网络240来确定合适的应用。

在框506处，过程500涉及边缘智能设备214执行所选择的应用224以获得结果。取决于所请求的任务的性质，结果可以被返回到请求端点212、另一边缘智能设备214、公用设施通信网络240的公用设施雾202，或者被丢弃，如上面关于图3所讨论的。可以针对从另一个支持的公用设施通信网络240接收的服务请求重复框504和506。

在框508处，过程500涉及边缘智能设备214从特定公用设施通信网络240接收用于添加、移除或更新安装在其上的软件应用224的指令。响应于接收到这样的指令，边缘智能设备214在框510处执行对应的操作，以添加/安装、移除或更新指令中指定的软件应用224。边缘智能设备214可以进一步相应地更新该公用设施通信网络240的应用列表。

图6示出了可以用于实现本文描述的公用设施通信网络的边缘智能的示例性边缘智能设备600。示例性边缘智能设备600可以是公用设施通信网络240或公用设施雾202中的边缘智能设备214。设备600包括通信设备612，其被配置用于从公用设施通信网络240中的端点212和其他设备接收服务请求，并将结果和其他数据发送到相应公用设施通信网络240中的其他设备。通信设备612具有多个网络接口614A-614N以与多个公用设施通信网络240或其他网络(例如，蜂窝网络)通信。多个网络接口614A-614N可以包括任何无线或有线通信接口，诸如天线和无线电。通信设备还可以包括软件定义无线电(SDR)接口，其根据存储在存储器614中的特定SDR程序604来处理多个无线电接口。

边缘智能设备600还可以包括处理器613和存储器614。处理器613控制由边缘智能设备600执行的功能。存储器614可以用于存储由处理器613使用以执行其功能的数据，诸如软件应用224和高级边缘处理模块602，其被配置为使用例如如上所述的人工智能或机器学习技术来执行高级分析。如以上所讨论的，在一些示例中，边缘智能设备600可实现软件定义无线电(SDR)接口，并且存储器614还可存储用于SDR的软件604。存储器614还可以存储由边缘智能设备600使用的其他数据，诸如可以由边缘智能设备600为每个支持的公用设施通信网络240提供的服务列表。

应当理解，图6中所示的边缘智能设备600仅仅是示例，并且不应被解释为限制。其他类型的网络设备也可以被配置为实现本文呈现的边缘智能。例如，边缘智能设备可以是具有用于仅与一个公用设施通信网络240通信的通信设备的设备。

一般考虑

本文阐述了许多具体细节以提供对所要求保护的主题的透彻理解。然而，本领域技术人员将理解，可以在没有这些具体细节的情况下实践所要求保护的主题。在其它情况下，未详细描述所属领域的技术人员已知的方法、设备或系统以免混淆所要求保护的主题。

本文讨论的特征不限于任何特定的硬件架构或配置。计算设备可以包括提供以一个或多个输入为条件的结果的组件的任何合适的布置。合适的计算设备包括访问存储的软件(即，存储在计算机系统的存储器上的计算机可读指令)的基于多用途微处理器的计算机系统，该存储的软件将计算系统从通用计算装置编程或配置为实现本主题的一个或多个方面的专用计算装置。可以使用任何合适的编程、脚本或其他类型的语言或语言组合来在软件中实现本文包含的教导，以用于编程或配置计算设备。

本文公开的方法的各方面可以在这样的计算设备的操作中执行。上述示例中呈现的框的顺序可以变化；例如，可以将框重新排序、组合和/或分成子框。某些框或过程可以并行执行。

本文中“适于”或“被配置为”的使用意味着开放且包含性的语言，其不排除适于或被配置为执行附加任务或步骤的设备。另外，“基于”的使用意味着是开放式和包容性的，因为“基于”一个或多个所述条件或值的过程、步骤、计算或其他动作在实践中可以基于超出所述条件或值的附加条件或值。本文包括的标题、列表和编号仅是为了便于解释，并不意味着限制。

虽然已经关于本主题的具体方面详细描述了本主题，但是应当理解，本领域技术人员在理解前述内容后，可以容易地产生对这些方面的改变、变化和等同物。因此，应当理解，本公开是出于示例而不是限制的目的而呈现的，并且不排除包括对本主题的这样的修改、变化和/或添加，这对于本领域普通技术人员来说是显而易见的。

Claims (20)

1.一种系统，包括：

一种公用设施雾，包括：

安全公用设施系统，其被配置用于执行私有公用设施应用，其中所述私有公用设施应用由所述安全公用设施系统专门执行；以及

第一边缘智能设备，其被配置用于执行多个软件应用中的应用的第一子集，其中所述多个软件应用中的每个应用被配置为处理由所述公用设施雾管理的网状网络中的一个或多个端点收集的数据或者管理所述一个或多个端点；以及

所述网状网络，其通过另一网络与所述公用设施雾通信，所述网状网络包括：

多个端点，其通过所述网状网络彼此通信并且被配置用于收集测量资源分发网络的特性的数据；

第二边缘智能设备，其被配置用于执行所述多个软件应用中的应用的第二子集；以及

第三边缘智能设备，其被配置用于执行所述多个软件应用中的第三应用子集，其中所述第一应用子集、所述第二应用子集和所述第三应用子集是不同的；

其中所述多个端点中的端点还被配置为：

向至少所述第二边缘智能设备和所述第三边缘智能设备发送针对特定应用的任务请求，其中所述应用的第二子集和所述应用的第三子集两者都包括所述特定应用，并且其中所述任务请求包括要由所述特定应用处理的数据和任务分配列表，所述任务分配列表指定分别要由所述第二边缘智能设备和所述第三边缘智能设备处理的所述数据的部分；以及

从所述第二边缘智能设备和所述第三边缘智能设备接收处理结果。

2.根据权利要求1所述的系统，其中所述公用设施雾还与区域雾通信，所述区域雾包括雾设备，所述雾设备被配置用于执行所述多个软件应用中的应用的第四子集，其中所述应用的第四子集不同于所述应用的第一子集、第二子集或第三子集。

3.根据权利要求2所述的系统，其中所述网状网络与所述区域雾通信，并且所述网状网络中的边缘智能设备或端点被配置为使所述雾设备上的应用执行。

4.根据权利要求1所述的系统，其中当应用的一个子集包括不在另一子集中的应用或应用实例时，应用的两个子集是不同的。

5.根据权利要求1所述的系统，其中所述应用的第一子集、第二子集或第三子集中的一个包括同一应用的至少两个实例。

6.根据权利要求1所述的系统，其中所述多个端点中的端点被配置为执行所述多个软件应用中的软件应用。

7.根据权利要求1所述的系统，其中所述第二边缘智能设备还被配置为：

接收用于处理的数据；

基于确定接收所述数据的时间与发送所述数据的时间之间的差低于阈值，确定所接收的数据是及时的；

响应于确定所接收的数据是及时的，通过执行所述应用的第二子集中的一个或多个来处理所述数据；以及

响应于确定所接收的数据不是及时的，丢弃所述数据。

8.根据权利要求1所述的系统，其中所述私有公用设施应用被配置为执行以下中的一个或多个：

使得所述第一边缘智能设备、所述第二边缘智能设备或所述第三边缘智能设备上的应用或应用实例被更新；

使得新应用或新应用实例被安装在所述第一边缘智能设备、所述第二边缘智能设备或所述第三边缘智能设备上；以及

使得现有应用或现有应用实例从所述第一边缘智能设备、所述第二边缘智能设备或所述第三边缘智能设备移除。

9.根据权利要求1所述的系统，其中所述公用设施雾还与云计算系统通信，所述云计算系统被配置用于执行所述多个软件应用中的应用的第五子集。

10.根据权利要求1所述的系统，其中所述第二边缘智能设备或所述第三边缘智能设备被集成到网状网络路由器或网关设备中。

11.一种边缘智能设备，包括：

通信设备，包括多个网络接口，所述多个网络接口被配置用于：

与多个公用设施通信网络中的设备通信，其中：

所述多个公用设施通信网络中的第一公用设施通信网络与第一资源分发网络相关联，并且所述第一公用设施通信网络中的端点具有第一资产类型并使用第一网络协议彼此通信，

所述多个公用设施通信网络中的第二公用设施通信网络与第二资源分发网络相关联，并且所述第二公用设施通信网络中的端点具有第二资产类型并使用第二网络协议彼此通信，

所述第一资源分发网络不同于所述第二资源分发网络，所述第一网络协议不同于所述第二网络协议，并且所述第一资产类型不同于所述第二资产类型；以及

与所述多个公用设施通信网络的相应公用设施雾进行通信；

处理设备，其被配置为执行计算机可读指令；以及

存储器，其被配置为存储多个软件应用和所述计算机可读指令，所述计算机可读指令在由所述处理设备执行时使所述处理设备执行操作，所述操作包括：

根据所述第一网络协议解析经由所述第一公用设施通信网络接收的数据；

根据所述第二网络协议解析经由所述第二公用设施通信网络接收的数据；

执行所述多个软件应用中的至少一个以处理经由所述第一公用设施通信网络接收的所述数据；

执行所述多个软件应用中的一个或多个以处理经由所述第二公用设施通信网络接收的所述数据；

基于来自所述第一公用设施通信网络的经处理的数据生成第一消息，并且根据所述第一网络协议经由所述第一公用设施通信网络传输所述第一消息；以及

基于来自所述第二公用设施通信网络的经处理的数据生成第二消息，并根据所述第二网络协议经由所述第二公用设施通信网络传输所述第二消息。

12.根据权利要求11所述的边缘智能设备，其中所述第一消息被传输到所述第一公用设施通信网络中的端点或被配置用于管理所述第一公用设施通信网络的第一公用设施雾，并且所述第二消息被传输到所述第二公用设施通信网络中的端点或被配置用于管理所述第二公用设施通信网络的第二公用设施雾。

13.根据权利要求12所述的边缘智能设备，其中所述操作还包括以下中的一个或多个：

响应于接收到对安装在所述边缘智能设备上的软件应用的软件更新，使用对所述软件应用的所述软件更新来更新所述软件应用；

响应于接收到移除软件应用的命令，从所述边缘智能设备移除所述软件应用；或

响应于接收到添加新的软件应用的命令，将所述新的软件应用安装到所述边缘智能设备。

14.根据权利要求13所述的边缘智能设备，其中所述多个软件应用包括专门用于处理从所述第一公用设施通信网络接收的数据的应用，并且其中：

经由所述第一公用设施通信网络从所述第一公用设施雾接收对所述软件应用的软件更新；

所述软件应用经由所述第一公用设施通信网络从所述第一公用设施雾发送到所述边缘智能设备；或

响应于经由所述第一公用设施通信网络接收到从所述第一公用设施雾中移除所述软件应用的命令，从边缘智能设备中移除所述软件应用。

15.根据权利要求11所述的边缘智能设备，其中：

所述第一公用设施通信网络是网状网络；

所述第一资源分发网络是配电网络；以及

所述第一公用设施通信网络中的端点是电表。

16.根据权利要求15所述的边缘智能设备，其中：

所述第二公用设施通信网络是LoRaWAN网络；

所述第二资源分发网络是燃气分发网络或水分发网络；以及

所述第二公用设施通信网络中的端点是燃气表或水表。

17.根据权利要求15所述的边缘智能设备，其中所述操作还包括：

根据所述第一网络协议接收并解析附加数据；以及

根据所述第二网络协议生成并传输第三消息。

18.一种网状网络，包括：

多个端点，其通过所述网状网络彼此通信并且被配置用于收集测量与所述网状网络相关联的资源分发网络的特性的数据；以及

多个边缘智能设备，每个边缘智能设备被配置用于执行多个软件应用中的软件应用的子集，

其中所述多个软件应用中的每个软件应用被配置为处理由所述多个端点中的一个或多个端点收集的数据或管理所述一个或多个端点，

其中第一边缘智能设备上的软件应用的第一子集不同于第二边缘智能设备上的软件应用的第二子集，

其中所述多个端点中的端点还被配置为：

向至少所述第一边缘智能设备和所述第二边缘智能设备发送针对特定应用的任务请求，其中所述软件应用的第一子集和所述软件应用的第二子集两者都包括所述特定应用，并且其中所述任务请求包括要由所述特定应用处理的数据和任务分配列表，所述任务分配列表指定分别要由所述第一边缘智能设备和所述第二边缘智能设备处理的所述数据的部分；以及

从所述第一边缘智能设备和所述第二边缘智能设备接收处理结果。

19.根据权利要求18所述的网状网络，其中所述软件应用的第一子集或所述软件应用的第二子集中的一个包括同一软件应用的至少两个实例。

20.根据权利要求18所述的网状网络，其中所述多个端点中的端点被配置为执行所述多个软件应用中的软件应用。