信息產(chǎn)業(yè)經(jīng)過(guò)多年的高速發(fā)展，經(jīng)歷了計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)與移動(dòng)通信網(wǎng)兩次浪潮，2000年后開(kāi)始步入疲軟階段，在此背景下，物聯(lián)網(wǎng)概念的提出立即得到全球的熱捧，被稱(chēng)為世界信息產(chǎn)業(yè)第三次浪潮，代表了下一代信息發(fā)展技術(shù)。

　　物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)體系架構(gòu)分為感知層、網(wǎng)絡(luò)層、平臺(tái)層、應(yīng)用層四個(gè)層次。感知層由各種具有感知能力的設(shè)備組成，主要用于感知和采集物理世界中發(fā)生的物理事件和數(shù)據(jù);網(wǎng)絡(luò)層包括各種通信網(wǎng)與物聯(lián)網(wǎng)形成的承載網(wǎng)絡(luò)，可以將感知層采集的信息通過(guò)如2G/3G/4G網(wǎng)絡(luò)、互聯(lián)網(wǎng)等通信網(wǎng)絡(luò)上傳給平臺(tái)層，完成物聯(lián)網(wǎng)感知層和平臺(tái)層之間的信息通信;平臺(tái)層由服務(wù)器、存儲(chǔ)等硬件設(shè)備以及數(shù)據(jù)庫(kù)、中間件等第三方軟件構(gòu)成，完成信息處理，為應(yīng)用層提供能力支撐;應(yīng)用層通過(guò)智能算法實(shí)現(xiàn)各類(lèi)智慧應(yīng)用。

　　物聯(lián)網(wǎng)為智慧安防奠定了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)，為智慧安防提供了城市的感知能力，并使得這種感知更加深入、智能;通過(guò)圖像、視頻、紅外、磁敏等多種傳感手段對(duì)公共環(huán)境、社區(qū)環(huán)境、樓宇環(huán)境、家居環(huán)境等環(huán)境交互感知，實(shí)現(xiàn)安防的高度智能化、高效協(xié)同化。隨著安防事件類(lèi)型的豐富、范圍的擴(kuò)大、程度的加深、頻率的提高，智慧安防對(duì)實(shí)時(shí)性、準(zhǔn)確性、可靠性的要求越來(lái)越高。傳統(tǒng)的利用前端設(shè)備采集信息、網(wǎng)絡(luò)傳輸信息、平臺(tái)處理信息的模式已逐漸不能滿足海量信息及時(shí)獲取和高效處理的要求，制約了智慧安防的進(jìn)一步發(fā)展。針對(duì)這一趨勢(shì)，運(yùn)營(yíng)商加大網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，旨在提高數(shù)據(jù)承載能力;設(shè)備商推出云計(jì)算技術(shù)，通過(guò)虛擬化、分布式計(jì)算等手段增強(qiáng)平臺(tái)數(shù)據(jù)處理能力;高校、科研機(jī)構(gòu)深入研究并提出多種智能算法滿足行業(yè)應(yīng)用需求，并通過(guò)降低算法復(fù)雜度減輕處理壓力，這都在一定程度上緩解了海量信息的傳輸和處理負(fù)擔(dān)。相較于網(wǎng)絡(luò)層、平臺(tái)層、應(yīng)用層技術(shù)的持續(xù)發(fā)展和能力的不斷增強(qiáng)，感知層技術(shù)的相關(guān)研究較少，進(jìn)展緩慢。

　　前端信息采集作為智慧安防的排頭兵，對(duì)安防效果至關(guān)重要。傳統(tǒng)模式下，前端信息采集設(shè)備僅扮演了數(shù)字化的角色，整個(gè)系統(tǒng)對(duì)前端設(shè)備的要求停留在信息獲取的及時(shí)性和準(zhǔn)確性上。隨著DSP、ARM等微處理芯片處理能力的提高，前端智能化的呼聲越來(lái)越高。2009年8月18日，通用汽車(chē)金融服務(wù)公司董事長(zhǎng)兼首席執(zhí)行官M(fèi)olina在2009技術(shù)創(chuàng)新大會(huì)上所提出了海計(jì)算的概念。與云計(jì)算的后端處理相比，海計(jì)算指的是智能設(shè)備的前端處理。

　　海計(jì)算

　　1、海計(jì)算的概念

　　海計(jì)算是一種新型物聯(lián)網(wǎng)計(jì)算模型，通過(guò)在物理世界的物體中融入計(jì)算、存儲(chǔ)、通信能力和智能算法，實(shí)現(xiàn)物物互聯(lián)，通過(guò)多層次組網(wǎng)、多層次處理將原始信息盡量留在前端，提高信息處理的實(shí)時(shí)性，緩解網(wǎng)絡(luò)和平臺(tái)壓力。

　　圖1 海計(jì)算模式下的物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)

　　海計(jì)算可分為兩個(gè)階段，第一階段重點(diǎn)發(fā)展智慧基礎(chǔ)設(shè)施，實(shí)現(xiàn)個(gè)體智能化;第二階段重點(diǎn)研究智慧基礎(chǔ)設(shè)施間的協(xié)同聯(lián)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)群體智能化。

　　(1) 第一階段：發(fā)展融入式智能采集設(shè)備，將智能采集設(shè)備隱形融入各類(lèi)基礎(chǔ)設(shè)施中，形成智慧基礎(chǔ)設(shè)施，實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)設(shè)施個(gè)體智能化。

　　(2) 第二階段：在實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)設(shè)施個(gè)體智能化的基礎(chǔ)上，通過(guò)智慧基礎(chǔ)設(shè)施組網(wǎng)實(shí)現(xiàn)局部智能交互，充分發(fā)揮智慧基礎(chǔ)設(shè)施的群體優(yōu)勢(shì)，利用相互間的分布式處理和信息融合，實(shí)現(xiàn)群體智能化。

　　2、海計(jì)算的價(jià)值

　　海是一個(gè)擁有共享機(jī)制、協(xié)調(diào)機(jī)制的龐大網(wǎng)絡(luò)，每一滴水都置身于海中，每一滴水都將自己的信息處理任務(wù)分擔(dān)在海里，由其它海水分擔(dān);同時(shí)，每一滴水也將分擔(dān)其它海水的信息處理任務(wù)。當(dāng)海水無(wú)法完成信息處理任務(wù)時(shí)，就會(huì)蒸發(fā)成水汽流向天空，由云接收和容納。在物聯(lián)網(wǎng)傳統(tǒng)計(jì)算模式下，所有基礎(chǔ)信息不經(jīng)海水處理直接蒸發(fā)，給云帶來(lái)了巨大的壓力，云可能承受不了從而通過(guò)雨水的方式又落回海里;在海計(jì)算模式下，大部分基礎(chǔ)信息在海里處理，云只負(fù)責(zé)處理從海中蒸發(fā)的少量復(fù)雜信息，云的負(fù)擔(dān)大大減輕，形成良性循環(huán)。海計(jì)算有效克服了前端采集設(shè)備處理、存儲(chǔ)、傳輸?shù)确矫婺芰κ芟薜奶焐毕?，充分發(fā)揮了每個(gè)信息采集設(shè)備的能力，利用海量前端設(shè)備的個(gè)體智能化和群體智能化應(yīng)對(duì)海量信息處理，為網(wǎng)絡(luò)和平臺(tái)提供了更大選擇空間，為各類(lèi)智慧應(yīng)用的實(shí)現(xiàn)提供了更大可能。海計(jì)算改變了前端采集、中端傳輸、后端處理的傳統(tǒng)模式，在成本、性能、網(wǎng)絡(luò)、平臺(tái)等方面均體現(xiàn)出明顯優(yōu)勢(shì)，有利于提升業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)效率和效果，延長(zhǎng)系統(tǒng)壽命。

　　(1) 成本：隨著微電子技術(shù)和工藝的發(fā)展，前端采集設(shè)備的智能化并不會(huì)帶來(lái)成本的顯著增加，而海計(jì)算緩解了網(wǎng)絡(luò)的傳輸壓力以及后端平臺(tái)的處理、存儲(chǔ)壓力，減少了網(wǎng)絡(luò)和平臺(tái)投資，整體建設(shè)成本降低。

　　(2) 性能：海計(jì)算采用前端采集設(shè)備和后端平臺(tái)相結(jié)合的層次處理模式，縮短信息融合和反饋路徑，提高處理效率，降低能耗，提高業(yè)務(wù)實(shí)時(shí)性;通過(guò)分散式結(jié)構(gòu)避免出現(xiàn)單一控制點(diǎn)、單一瓶頸、單一故障點(diǎn)，拓展性更好，魯棒性更強(qiáng)。

　　(3) 網(wǎng)絡(luò)：海計(jì)算通過(guò)前端個(gè)體智能處理、群體智能融合以及存儲(chǔ)本地化顯著減少傳輸信息量，減輕網(wǎng)絡(luò)負(fù)擔(dān)。

　　(4) 平臺(tái)：海計(jì)算通過(guò)智能前端設(shè)備對(duì)原始信息的處理得到特征信息或決策信息，并利用底層網(wǎng)絡(luò)融合完成大部分信息融合處理，并實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)本地化，顯著緩解平臺(tái)的處理和存儲(chǔ)壓力。

　　3、海計(jì)算關(guān)鍵技術(shù)

　　海計(jì)算涉及自組網(wǎng)、時(shí)間同步、短距離通信、協(xié)同處理、信息安全等多個(gè)技術(shù)領(lǐng)域。理論上，參與信息處理的節(jié)點(diǎn)數(shù)目越多、融合信息越多，效果就越好，但同時(shí)產(chǎn)生的系統(tǒng)開(kāi)銷(xiāo)(包括通信資源、計(jì)算資源、能耗等)也越大;節(jié)點(diǎn)間交換的信息層次(原始信息層次最低，特征信息次之，決策信息層次最高)越低，包含的信息量越多，需要的通信帶寬也越大。如何通過(guò)海計(jì)算關(guān)鍵技術(shù)的研究，在滿足系統(tǒng)性能要求的情況下盡量降低系統(tǒng)開(kāi)銷(xiāo)，是海計(jì)算有效落地面臨的核心問(wèn)題。

　　(1) 自組網(wǎng)技術(shù)：某些特殊安防場(chǎng)景(如戰(zhàn)場(chǎng)監(jiān)控等)下前端采集設(shè)備隨機(jī)部署，無(wú)法進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)或遠(yuǎn)程組網(wǎng)配置，影響海計(jì)算群體智能的實(shí)現(xiàn)，需要設(shè)備能夠在部署完畢、新設(shè)備加入網(wǎng)絡(luò)、設(shè)備退出網(wǎng)絡(luò)等場(chǎng)景下進(jìn)行自組網(wǎng)。

　　Ø 設(shè)備部署完畢：在所有設(shè)備首次部署完畢之后通過(guò)設(shè)備搜索、時(shí)間同步等技術(shù)實(shí)現(xiàn)設(shè)備間的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，進(jìn)行正常網(wǎng)絡(luò)通信。

　　Ø 新設(shè)備加入網(wǎng)絡(luò)：當(dāng)有新設(shè)備加入網(wǎng)絡(luò)時(shí)，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)發(fā)生變化。新設(shè)備通過(guò)向附近設(shè)備發(fā)出加入請(qǐng)求以及信息交互，實(shí)現(xiàn)新設(shè)備的加入。

　　Ø 設(shè)備退出網(wǎng)絡(luò)：當(dāng)有設(shè)備主動(dòng)退出或因故障退出網(wǎng)絡(luò)時(shí)，附近設(shè)備發(fā)現(xiàn)通過(guò)該退出設(shè)備的路由斷掉，會(huì)通過(guò)與周?chē)O(shè)備進(jìn)行組網(wǎng)信息的交互實(shí)現(xiàn)重新組網(wǎng)。

　　(2) 時(shí)間同步技術(shù)：信息采集設(shè)備之間的時(shí)間同步是保證設(shè)備間協(xié)同處理有效實(shí)現(xiàn)的前提。時(shí)間同步受到發(fā)送時(shí)間、訪問(wèn)時(shí)間、傳送時(shí)間、傳播時(shí)間、接收時(shí)間、接受時(shí)間等多種因素的影響，不同場(chǎng)景對(duì)時(shí)間同步的算法復(fù)雜度、算法精度等要求各異。目前，針對(duì)信息采集設(shè)備的時(shí)間同步機(jī)制研究主要包括集中式同步和分布式同步兩種機(jī)制：集中式同步機(jī)制由根設(shè)備生成拓?fù)錁?shù)，拓?fù)錁?shù)的各級(jí)設(shè)備與上一級(jí)設(shè)備同步，不能越級(jí)同步，單跳偏差逐跳累積，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)湫圆?，全網(wǎng)同步收斂速度慢;分布式同步機(jī)制無(wú)需由根設(shè)備生成樹(shù)，設(shè)備之間采用分布式廣播同步，通過(guò)相鄰設(shè)備間的信息交互，使設(shè)備時(shí)間同步到一個(gè)虛擬時(shí)間上，收斂速度快，擴(kuò)展性好，魯棒性強(qiáng)，不會(huì)因?yàn)楦O(shè)備失效而導(dǎo)致全網(wǎng)重新同步。

　　(3) 短距離通信技術(shù)：智能采集設(shè)備間距離較短，相互間通常采用無(wú)線方式進(jìn)行通信。傳統(tǒng)的無(wú)線技術(shù)功耗較高、時(shí)延較大，無(wú)法滿足頻繁的設(shè)備間交互需求。短距離通信技術(shù)包含物理層和鏈路層技術(shù)、無(wú)線通信技術(shù)兩部分，該技術(shù)采用輕量級(jí)的通信協(xié)議，功耗、時(shí)延性能明顯改善，是實(shí)現(xiàn)海計(jì)算模型下智能采集設(shè)備信息交互的關(guān)鍵。

　　Ø 物理層和鏈路層技術(shù)：已有藍(lán)牙(IEEE 802.15.1)、超寬帶UWB(IEEE 802.15.3a)和低速低功耗通信(802.15.4)等一些技術(shù)，為無(wú)線通信的實(shí)現(xiàn)制定了底層規(guī)范，是無(wú)線通信有效實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)。

　　Ø 無(wú)線通信技術(shù)：已有ZigBee、ISA100和Wireless HART等一些技術(shù)，建立在物理層和鏈路層技術(shù)之上，實(shí)現(xiàn)了在短距離情況下智能采集設(shè)備間的無(wú)線通信和信息交互，為感知層網(wǎng)絡(luò)的協(xié)同信息處理奠定了基礎(chǔ)。

　　(4) 協(xié)同處理技術(shù)：由于計(jì)算、通信、存儲(chǔ)等能力受限，單個(gè)智能設(shè)備采集的原始信息和經(jīng)過(guò)處理的特征或決策信息存在片面性和零散性，無(wú)法滿足智慧安防對(duì)信息完整性的要求，需要通過(guò)設(shè)備間以及設(shè)備與平臺(tái)間的協(xié)同處理實(shí)現(xiàn)群體智能，從而獲取更完整可靠的信息。協(xié)同處理的信息包括上傳數(shù)據(jù)、下行數(shù)據(jù)、狀態(tài)數(shù)據(jù)、控制數(shù)據(jù)、功能數(shù)據(jù)。

　　Ø 上傳數(shù)據(jù)：包含結(jié)果信息和過(guò)程反饋信息。

　　Ø 下行數(shù)據(jù)：包含任務(wù)說(shuō)明和服務(wù)質(zhì)量需求。

　　Ø 狀態(tài)數(shù)據(jù)：包含設(shè)備性能、場(chǎng)景特征、狀態(tài)更新等參數(shù)。

　　Ø 控制數(shù)據(jù)：包含狀態(tài)控制信息、角色控制信息和任務(wù)控制信息。

　　Ø 功能數(shù)據(jù)：包含數(shù)據(jù)級(jí)信息、特征級(jí)信息和決策級(jí)信息。

　　(5) 信息安全技術(shù)：傳統(tǒng)的互聯(lián)網(wǎng)信息安全多關(guān)注于提高算法魯棒性，而降低算法復(fù)雜度的驅(qū)動(dòng)力不強(qiáng);物聯(lián)網(wǎng)前端采集設(shè)備由于處理能力受限，需要輕量級(jí)的信息安全體系。為抵御擁塞攻擊、耗盡攻擊、黑洞攻擊、泛洪攻擊等常見(jiàn)攻擊，海計(jì)算模型下的信息安全技術(shù)研究主要集中在密碼算法、密鑰管理、認(rèn)證、安全路由、入侵檢測(cè)、防DOS攻擊、訪問(wèn)控制等方面。

　　典型應(yīng)用

　　海計(jì)算基于前端設(shè)備的個(gè)體智能，通過(guò)設(shè)備間聯(lián)動(dòng)實(shí)現(xiàn)群體智能，全程貫穿智慧安防的事前布防、事中處理、事后追溯等各階段。?？低昐mart IPC是基于海計(jì)算理念研制的新生代IPC，在智能編碼、智能偵測(cè)、智能控制等個(gè)體智能的基礎(chǔ)上組網(wǎng)聯(lián)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)群體智能。圖2、圖3直觀展現(xiàn)了Smart IPC在海計(jì)算模式下的典型應(yīng)用。

　　在日常監(jiān)控時(shí)，Smart IPC根據(jù)設(shè)定的監(jiān)控方向和計(jì)劃進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。

　　圖2 日常監(jiān)控狀態(tài)

　　出現(xiàn)突發(fā)事件時(shí)，事發(fā)區(qū)域的Smart IPC(紅色)及時(shí)做出判斷，并通知事發(fā)臨近區(qū)域的Smart IPC(黃色)轉(zhuǎn)向監(jiān)控事發(fā)區(qū)域，以獲取更全面的現(xiàn)場(chǎng)信息;外圍區(qū)域的Smart IPC(藍(lán)色)也進(jìn)行適當(dāng)轉(zhuǎn)向，彌補(bǔ)由于臨近區(qū)域Smart IPC轉(zhuǎn)向而造成的監(jiān)控盲區(qū);在聯(lián)動(dòng)處理的同時(shí)，Smart IPC還將報(bào)警信號(hào)上報(bào)給iVMS-5000平臺(tái)，進(jìn)而通知附近的公安、交警等部門(mén)，便于相關(guān)部門(mén)及時(shí)出警。

　　圖3 突發(fā)情況時(shí)的監(jiān)控狀態(tài)

　　結(jié)語(yǔ)

　　海計(jì)算將海量信息處理、存儲(chǔ)從后端平臺(tái)向前端采集設(shè)備轉(zhuǎn)移，通過(guò)前端的個(gè)體智能化和群體智能化有效分擔(dān)網(wǎng)絡(luò)和平臺(tái)的壓力，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性、持久性，豐富智慧安防的應(yīng)用場(chǎng)景，提升智慧安防的應(yīng)用效果。隨著自組網(wǎng)、時(shí)間同步、短距離通信、協(xié)同處理、信息安全等關(guān)鍵技術(shù)的不斷發(fā)展，海計(jì)算將助推智慧安防達(dá)到新的高度。