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源于"全场景微内核分布式操作系统"二次开发集中供热"基于数据模型训练的分布式智能体耦合协调&数字孪生可视化系统"
栏目:科技创新 发布时间:2020-10-29
集中供热管网被控对象呈现多输入多输出系统,具有非线性、时变性、不确定性以及大迟滞与大惯性的特点。被控对象或过程的非线性、时变性、多参数点的强烈耦合、较大的随机扰动、各种不确定性以及现场测试手段不完善等,出现难以按数学方法构建被控对象的精确模型的情况。

集中供热管网被控对象呈现多输入多输出系统,具有非线性、时变性、不确定性以及大迟滞与大惯性的特点。被控对象或过程的非线性、时变性、多参数点的强烈耦合、较大的随机扰动、各种不确定性以及现场测试手段不完善等,出现难以按数学方法构建被控对象的精确模型的情况。就此而言,采用传统的方法包括现有控制理论的方法往往不如一位高素质的操作人员手动控制效果好。

供热系统负荷的影响因素主要包括室外气象参数(室外温度、室外相对湿度、太阳辐照度等)与室内环境参数(人员在室率、设备开启率等),建筑的外围护结构热工性能对采暖负荷也有极大的影响。通过上述分析,室外气象参数需要作为模型的输入,此部分数据可从能耗监测平台获取;室内人员、设备及围护结构、温度水平的影响蕴含在历史数据中,因此历史时刻的负荷值需要作为模型的输入参数;对于不同类型的建筑,建筑的使用时间也不相同,因此时间参数也需要作为模型的输入参数。读取参数后,程序将自动对各个参数与采暖负荷之间进行相关性计算,选取对采暖负荷影响较大的参数作为最终的模型输入参数。

预测模型的最优选择

获取建筑的实际运行数据后,程序将数据自动输入不同的算法进行模型训练,程序中主要是基于多元非线性回归算法以及支持向量机算法的预测模型。基于交叉验证的思想,将输入数据按配置信息中的比例分为训练集与测试集,将通过训练集得到的预测模型用于测试集,将测试集的预测值与实际值进行比较计算,评价模型精度。其中,程序在采用不同算法进行训练时,对训练结果的精度比较,选取最优模型为最终的负荷预测模型。

数据的读出与写入

在模型训练之前,程序从数据库中读取项目的历史运行数据,对数据进行预处理和筛选后带入训练模型进行训练,将训练后的模型用于原始数据测试集的预测,通过比较不同模型的预测精度来决定最终的预测模型,并将预测结果返回数据库。返回的参数主要包括:最优模型、最优模型参数、训练数据来源、未来24h的预测负荷等,这些参数返回数据库后,可供展示或调用。


暖通系统底层架构:热泵边缘控制器/智能体;储能蓄热边缘控制器/智能体;循环泵边缘控制器/智能体;板式换热器边缘控制器/智能体;混水罐边缘控制器/智能体;管网输配边缘控制器/智能体;智能家居(智慧建筑)边缘控制器/智能体……
分布式智能体&边缘控制器
面对产业落地和行业智能化场景时,单独的依靠AI大脑还不够,华为云EI智能体不仅拥有智慧的大脑,还具备边缘计算能力,基于无处不在联接技术,打造强大的人工智能平台,将最新的智能技术通过服务赋能企业,让物理世界变得智能。
随着边缘智能的逐步完善,智能体的自治化趋势将持续演进。整个暖通集群系统中将不存在中心控制器,各个智能体均具有一定的自治能力。在由多个智能体构成的自治系统中,区块链的Token通证有可能成为机器之间完成协作的通用语言。
“多能统合,梯级提质;耦合升温,能效倍增”变负荷供热专业热泵模块
生产用热要求稳定,严禁波动。否则影响工业品质量;采暖用热,应该随气候波动而波动,是为了节能。变负荷供热大概有二层意思:一是随气候波动,供热量波动;二是随室内需热量变动,供热量变动。针对目前工业锅炉供热,是一大创举。
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鸿蒙系统是基于安卓吗?
鸿蒙系统是基于Linux内核,是一套完全自主研发的操作系统,跟安卓并没太大的关联。但是由于鸿蒙1.0的很多地方表现的是跟安卓系统兼容,让很多网友觉得鸿蒙系统就是基于安卓的。此前消息报道称,鸿蒙OS2.0会实现内核及应用框架自研,也就是说,鸿蒙OS2.0才真正脱离安卓系统。此前,鸿蒙系统一直被没有应用,让很多人觉得这只是一种营销,其本质还是安卓。
据悉,鸿蒙系统2.0将打通PC、手表、车机等终端产品。鸿蒙系统之所以优秀,就是因为吸取了以往很多优秀操作系统的经验,然后加上自己的创新,比如分布式,比如去中心化,这就是鸿蒙的创新。
鸿蒙OS(HarmonyOS)的四大技术特性
鸿蒙OS的设计初衷是为满足全场景智慧体验的高标准的连接要求,为此华为提出了4大特性的系统解决方案。
1.分布式架构首次用于终端OS,实现跨终端无缝协同体验
鸿蒙OS分布式OS架构分布式软总线技术通过公共通信平台,分布式数据管理,分布式能力调度和虚拟外设四大能力,将相应分布式应用的底层技术实现难度对应用开发者屏蔽,使开发者能够聚焦自身业务逻辑,像开发同一终端一样开发跨终端分布式应用,也使最终消费者享受到强大的跨终端业务协同能力为各使用场景带来的无缝体验。
2.确定时延引擎和高性能IPC技术实现系统天生流畅
鸿蒙 OS通过使用确定时延引擎和高性能IPC两大技术解决现有系统性能不足的问题。确定时延引擎可在任务执行前分配系统中任务执行优先级及时限进行调度处理,优先级高的任务资源将优先保障调度,应用响应时延降低25.7%。鸿蒙微内核结构小巧的特性使IPC(进程间通信)性能大大提高,进程通信效率较现有系统提升5倍。
3.基于微内核架构重塑终端设备可信安全
鸿蒙OS采用全新的微内核设计,拥有更强的安全特性和低时延等特点。微内核设计的基本思想是简化内核功能,在内核之外的用户态尽可能多地实现系统服务,同时加入相互之间的安全保护。微内核只提供最基础的服务,比如多进程调度和多进程通信等。
鸿蒙OS将微内核技术应用于可信执行环境(TEE),通过形式化方法,重塑可信安全。形式化方法是利用数学方法,从源头验证系统正确,无漏洞的有效手段。传统验证方法如功能验证,模拟攻击等只能在选择的有限场景进行验证,而形式化方法可通过数据模型验证所有软件运行路径。鸿蒙OS首次将形式化方法用于终端TEE,显著提升安全等级。同时由于鸿蒙OS微内核的代码量只有Linux宏内核的千分之一,其受攻击几率也大幅降低。
4.通过统一IDE支撑一次开发,多端部署,实现跨终端生态共享
鸿蒙OS多终端开发IDE,多语言统一编译,分布式架构Kit提供屏幕布局控件以及交互的自动适配,支持控件拖拽,面向预览的可视化编程,从而使开发者可以基于同一工程高效构建多端自动运行App实现真正的一次开发,多端部署,在跨设备之间实现共享生态。华为方舟编译器是首个取代Android虚拟机模式的静态编译器,可供开发者在开发环境中一次性将高级语言编译为机器码。此外,方舟编译器未来将支持多语言统一编译,可大幅提高开发效率。
开发者计划及生态建设
华为还公布了鸿蒙内核及OS的演进路标,将在今年首发的智慧屏产品中率先使用鸿蒙OS1.0。未来三年,除完善相关技术外,鸿蒙OS会逐步应用在可穿戴、智慧屏、车机等更多智能设备中。
为快速推动鸿蒙OS的生态发展,鸿蒙OS还宣布将向全球开发者开源,并推动成立开源基金会,建立开源社区,与开发者一起共同推动鸿蒙的发展,并通过讨论对产业或技术发展提出建议。
此外,鸿蒙系统将向全球开发者开放源代码,并促进开放源代码基金会和开放源代码社区的建立。这反过来又促使来自世界各地的技术人员参与开发。鸿蒙是一个微内核,每个应用程序都可以由某人开发,然后组装成一个系统。谁拥有好的技术,谁就能快速有效地吸引来自世界各地的技术团队。鸿蒙OS调动了中国的技术力量,提升了全世界的技术能力。
鸿蒙的强大,世界上第一个面向全场景微内核的分布式操作系统。
谷歌的安卓、苹果的iOS和微软的windows都是宏内核,也就是拥有一个核心的庞大系统,如果一个小应用出错,整个机器将瘫痪。而鸿蒙OS微内核,虽然也有中心,但可以各自为战,一个组件有问题,不影响全局和其他组件,组件可以随意加载。分布式,苹果和谷歌只能在手机上使用,微软只能在电脑上使用,而鸿蒙是一个全景应用。鸿蒙操作系统可用于PC、穿戴设备、智能屏幕和车机上。这表面鸿蒙不仅可以用于手机和电脑,物联网和工业互联同样适用。
安卓/Linux内核代码庞大冗余,难以保证不同终端体验流畅,再加上多终端互联对设备安全提出更高的要求,需要一个强大的OS系统将硬件和软件进行整合。虽然各大厂商致力于发展新OS,但仍面临困难与瓶颈,而且跨终端体验难以保障,我们需要降低开发难度。
微内核是鸿蒙OS的特点之一。即微内核采用同一套操作平台,针对不同硬件能力的产品进行部署,并采用分布式架构,提升效率。Android有超过1亿行代码,内核就超过2000万行,但一般用户用到的代码不到8%,整体比较冗余,在IoT时代这既没必要也不需要。
微内核和宏内核
操作系统内核的几个重要的特点:
内核是操作系统的核心部分,它管理着系统的各种资源
内核可以看成连接应用程序和硬件的一座桥梁,是直接运行在硬件上的最基础的软件实体
在一些简单的硬件设备上可以没有内核或操作系统而直接运行程序,比方单片机等。这些设备通常只是用于特定的场合,也通常功能比较单一。而对于一般计算机来说操作系统是必不可少的。对不同的操作系统,其内核实现也是有所区别的。
目前从内核架构来划分,可分为微内核(MicroKernel)和宏内核(Monolithic Kernel)宏内核这个翻译其实不是很好,翻译成单内核事实上更好一点。
对于微内核,用户服务和内核服务分别运行在不同的地址空间中;对于宏内核不管是用户服务还是内核服务事实上都是内核在统一管理,它们是运行在同一地址空间中的。
我们需要好好理解第5点,也就是用户服务和内核服务运行的地址空间的问题。大家都知道Linux采用的是宏内核,但是它也区分内核空间和用户空间,那不是有歧义了吗?我们先看一张图。
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对于Linux来说,不管是应用还是内核都是由内存管理单元来做统一的内存管理的,用户空间的程序确实不能访问内核空间,但是对于内核来说,3GB-4GB的线性地址空间对整个内核都是共用的,同时内核中的VFSSystem Call等模块被划分到内核中,它们之间的地址空间是相同的,这里的用户服务按照我的理解就是这几个内核模块所需要的报备,如上图所示。
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我们来列张表来对比一下微内核和宏内核的具体区别:
微内核定义:
内核管理着所有的系统资源,在微内核中用户服务和内核服务在不同的地址空间中实现。在应用程序和硬件的通信中,内核进程和内存管理的极小的服务,而客户端程序和运行在用户空间的服务通过消息的传递来建立通信,它们之间不会有直接的交互,这样一来,微内核中的执行速度相对就比较慢了,这是微内核架构的一个缺点。
在内核架构中,用户服务是独立于内核服务的,因此任何用户服务崩溃都不会影响到内核服务,这就加强了操作系统的健壮性,这是微内核的优势所在。另一点,微内核的扩展性强,添加一个功能,只需要建立一个新的服务到用户空间当中,而内核空间不需要任何的修改。因此,微内核可移植性强、安全并且易于扩展。
宏内核定义:
宏内核同样管理着用户程序和硬件之间的系统资源,但是和微内核不一样的是,在宏内核架构中,用户服务和内核服务在同一空间中实现。具体一点,就是内核可以代表内核进程运行代码,就是通常的内核进程;当用户进程经过系统调用或者中断进入到内核态时,内核也可以代表它运行代码。这样一来,宏内核需要管理的资源多于微内核,其大小就相对大一些了。
在宏内核架构当中,内核管理着CPU调度,内存管理,文件管理和系统调用等各模块的的工作,由于用户服务和内核服务被实现在同一空间中,这样在执行速度上要比微内核快。然而,宏内核的劣势也是显而易见的,那就是当内核中的某个服务崩溃了,整个内核也会崩溃。另一点,想要在内核中添加新的功能就意味着内核中的各个模块需要做相应的修改,因此其扩展性很弱。
内存管理的区别:
宏内核在内核空间就实现了系统所有内存管理所需的一切业务,包括内存分配策略、虚拟内存管理分页算法等,如下图所示:
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对于微内核的内存管理实现,有一个发展过程。在第一代的微内核架构中,内核代理了用户空间的内存管理,控制着内存访问的权限,如下图所示。
源于"全场景微内核分布式操作系统"二次开发集中供热"基于数据模型训练的分布式智能体耦合协调&数字孪生可视化系统"(图5)
内核中的某个服务负责管理缺页异常并保存新分配的页,只要有缺页异常发生,请求就经过内核通知页管理器。页管理器必须进入特权模式下来获取内存的访问,然后回到用户模式下。然后发送一个返回结果来触发进程,当然这个过程也是需要经过内核的。处理缺页异常或者保存新分配页的整个过程是繁复而耗时的。
为了弥补性能上的损失,之后的微内核构架在内存管理上作了相应的改变。每个进程有3个内存管理原语(Primitves)mapgrantflush。如果进程想要共享它的内存页那么它的可以通过map来映射内存页给其它进程。当进程通过grant来让渡它的内存页给其它进程之后,该进程就丧失了这些内存页的访问权,直到让渡进程不再刷新它们。如此一来,整个系统运行过程就成了这样:在系统启动时,内核将所有内存保存到一个叫做基本的系统进程(basic system process)当中,当然这个所谓有基本进程是运行在用户空间中的,如果其它进程需要内存,就是再需要从内核中获取,它可以直接向这个基本的系统进程索取。如下图所示。
源于"全场景微内核分布式操作系统"二次开发集中供热"基于数据模型训练的分布式智能体耦合协调&数字孪生可视化系统"(图6)
其它模块的区别:
微内核和宏内核在设计上还存在一些其它的区别,比方IO管理方面,宏内核的设备驱动直接在内核中实现,硬件中断也直接在内核中处理;但是在微内核中,内核是不直接处理IO中断管理的,来自硬件的请求将被重定向到用户服务中去,比方内核捕获了一个中断,那么内核发送给设备驱动服务就完事了,设备驱动服务会去处理这个中断。
总结:
微内核效率比宏内核慢,但在安全性、可靠性方面要比宏内核好,在扩展性方面微内核也有优势。从内核构架发展趋势来说,将来或许会有比Linux更为强劲的基于微内核架构的OS出现,让我们拭目以待吧
基于鸿蒙华为将要实现的愿景
华为的愿景很直接--面向全球打造鸿蒙OS生态。
华为在这方面的优势则体现在三方面:
首先是植根于中国这一全球最大的单一市场。华为表示将会依托中国来打造鸿蒙OS生态。期间华为还将开放在通信、照相、全场景、AI等方面的核心能力。
其次是华为用户数量基础足够多。根据华为公布数据显示2018年手机出货量2.06亿台。截至今年530日,2019年华为手机发货量突破1亿台。综合数据看华为已经是世界上第二大手机厂商。
最后是超前的5G技术布局。华为目前围绕着5G在端、管、云、芯这四方面都有布局,打造“1+8+N的三层结构化产品,其中1是指智能手机,8是指平板、智能音箱等自研产品,N则是大量的IOT设备。如华为Mate20X5G)将在本月正式发售。自研的5G多模终端芯片Balong5000以及基于该芯片的全球首款5G商用终端华为5GCPEPro也已经正式商用和发布。
可以说未来鸿蒙OS不仅能为消费者带来万物互联的全场景智慧生活的极致体验,也将会成为5G+AI+IOT爆发的全场景智慧化时代下重要的生态服务。
华为鸿蒙系统(HarmonyOS)是基于微内核的全场景分布式OS,可按需扩展,实现更广泛的系统安全,主要用于物联网,特点是低时延,甚至可到毫秒级乃至亚毫秒级,由华为技术有限公司开发。 
2012年,华为开始规划自有操作系统鸿蒙鸿蒙取自古书--世界之初,已有鸿蒙,即将盘古开天地。鸿蒙,是古代神话传说中混沌又蕴含生机的一团元气。
2019524日,国家知识产权局商标局网站显示,华为已申请华为鸿蒙商标。
过去很长一段时间以内,华为对谷歌安卓的情绪非常复杂。一方面,谷歌曾在美国的指令下对华为断供,给华为手机在海外市场的销售造成了重大影响,使得华为手机今年出货量全球第一的目标无法实现。华为完全有理由弃用安卓,启用自家研发的鸿蒙OS系统。
鸿蒙OS的技术特性
分布式架构首次用于终端OS,实现跨终端无缝协同体验;
确定时延引擎和高性能IPC技术实现系统天生流畅;
基于微内核架构重塑终端设备可信安全;
通过统一IDE支撑一次开发,多端部署,实现跨终端生态共享。
鸿蒙OS实现模块化耦合,对应不同设备可弹性部署,鸿蒙OS有三层架构,第一层是内核,第二层是基础服务,第三层是程序框架。可用于大屏、PC、手机、汽车等各种不同的设备上。
显然,这是一款基于微内核的面向全场景的分布式操作系统。不同于一些人的期盼,鸿蒙OS将先搭载在一些周边设备上,如荣耀智慧屏上,以及之后的PC、手表/手环和车机上。对于万众关注的手机,虽然随时可用,但考虑到生态成熟度,华为优先支持谷歌的安卓。
一个系统,万物互联。
通过一套系统,一个OS实现模块化解耦,对应不同设备可以弹性部署,通过操作系统分布式软总线让同一个账户下的多种终端能够实现硬件能力跨终端之间调用。我们手表上没有摄像头,可以用手机的摄像头;我们觉得PC的摄像头不好,可以用手机的,一个账户共享互用,系统硬件解耦,弹性部署。同时希望让操作系统、让终端的运行、App的运行更加流畅安全。
目前的Linux Unix的操作系统的设计,对所有应用、所有东西都是平等对待的。说一个不太恰当的比喻,在高速公路上,跑得快的车、跑得慢的车,甚至自行车、卡车都可以随便跑哪个车道,低时延的、快速的很难得到保证。我们鸿蒙OS,让快车跑到快车道上去,慢车跑到慢车道上去,自行车跑到最慢的、最外面那条道上去。这样能实现实时的负载分析,预测匹配应用特性,能实现精准调度。今天我们进入微内核时代的时候,我们对比谷歌的下一代操作系统,有三倍到五倍的性能。
鸿蒙OS的意义
鸿蒙OS将改变全球操作系统的竞争格局,国产操作系统有望迎来真正意义上的逆袭。鸿蒙问世时恰逢中国整个软件业亟需补足短板,鸿蒙将给国产软件的全面崛起产生战略性带动和刺激。
源于"全场景微内核分布式操作系统"二次开发集中供热"基于数据模型训练的分布式智能体耦合协调&数字孪生可视化系统"(图7)
掌声雷动。耗时十年,5000多名研发人员投入开发,被华为视为秘密武器的鸿蒙终于走到台前。在会后的记者采访中,余承东坦言,如果不是贸易战,鸿蒙的公布原计划是在一年之后。正如余承东所言,微内核、全场景、分布式架构,这些关键词决定了鸿蒙OS并不是另一个安卓,而是一个着眼于5G物联网时代的新一代操作系统。
毫无疑问,鸿蒙OS的横空问世是打破美国垄断的一个现实方案,它对全球技术平衡具有积极意义。尽管苹果和安卓系统已经占领了全球市场,但欢迎竞争是市场的天性,只要鸿蒙技术确实领先,中国市场为它孵化、积累出有竞争力的生态系统,它逐渐走向全球市场就决不会比之前的中国电信设备走向世界更加不可思议。
鸿蒙OS最先落地的产品是荣耀的智慧屏,将于810日发布;而2020年鸿蒙OS将推出2.0,落地的产品包括国产PC、手表手环和车机;2021年鸿蒙将推出3.0,落地产品包括音箱和耳机,2022年之后主要用在VR眼镜里。不难发现,并没有手机的身影。但华为方面解释说:(华为)可以一夜之间,所有手机都升级到鸿蒙,但我们还是考虑了与美国合作伙伴的关系。
鸿蒙OS非常适合工业领域,因为具有实时性、高可靠性。以自动驾驶为例,如果有时延就撞车了,所以,鸿蒙OS对工业领域,有更强优势。
华为最大的机会就是T端,在车、人居、城市、工业,四大场景中成为赋能ThingsAI-OS
鸿蒙OS,旨在打造一款属于全世界人民共有的操作系统,不仅仅是华为自己的,我们希望开源,让全球开发者的力量一起参与进来,打造面向下一代的全球最领先的操作系统。我们希望大家一起携手来打造更强大的鸿蒙OS和更面向未来的更强大的生态。
为了鼓励广泛领域的开发者,华为宣布投入10亿美元激励全球开发者完善生态,而2018年,这一数字为10亿元人民币。除了10亿美元计划,华为承诺,未来会把赚到利润的50%甚至70%都会返还给开发者。华为还宣布,自己的应用市场已经面向全球170个国家,拥抱全球开发者,并推出华为地图。