曹軍威：物聯時期的新摸索 /編號:YT716zL

2014-11-15 17:27 來源：http://www.elinglong.com/ 閱讀：次

　　深入基礎架構研究

曹軍威：物聯時期的新摸索

　　盤算機實現了信息和資源的數字化，互聯網使得信息的傳遞和共享成為可能，那么物聯網發展的內在動因是什么呢？清華大學信息技術研究院研究員曹軍威和他的團隊始終致力于從基本架構（Infrastructure）的奇特視角發展物聯網技巧與利用研究，并指出物聯網崛起的內在動因是21世紀新一輪基礎架構化對資源深度互聯的需要。

　　物聯網被認為是繼計算機、互聯網之后，世界信息工業的第三次浪潮，它集傳感、通信、網絡、計算、控制技術為一體，應用范疇遍布公民經濟和社會服務的各個方面，如智能電網、智能交通、現代物流、數字醫療、節能環保、精準農業等，成為我國未來發展的策略新興產業。

　　電能是即時平衡的，過去電網靠“以不變應萬變”來達到動態平衡，于是大批冗余造成揮霍，當初充足施展物聯網的監控作用，有可能靠與負荷互動來削“峰”填“谷”和減少熱備用，假如可即將引起從設計到運行的巨大變革。如果基于物聯網技術，使得測量和通信問題（指令下行僅數十毫秒）得到解決，通過控制達到霎時平衡，那么迄今靠“試探”來達到新均衡的各種穩定辦法，如暫態穩定、頻率穩固、低頻/低壓減載控制等都應當從新斟酌。過去因為信息傳遞的艱苦，眾多研究者都力求選用丈量本地量作為反饋來達到最好的控制后果，如果廣泛采用物聯網技術，可以把電力系統中最佳可觀點的物理量送到最佳可控的控制器去，攻破“不可觀”和“不可控”的約束，就會給電力系統的控制帶來革命。信息采集和信息傳遞得到解決，可望排除監測盲點，這樣，電力系同一些重要參數的隨機性、時變性、不可知性等可望戰勝，使過去只能“靠加大守舊性來換取可靠性”的一系列經典困難有可能得到解決。

　　在物聯網技術興起的今天，曹軍威依據十多年的科研和實際教訓，指出要想加速物聯網相干技術的基礎架構化進程，基礎理論與方法的研究火燒眉毛。基礎架構是如斯重要，但迄今為止對于基礎架構的闡述還主要停留在定性描寫的層面或者局限于特定領域，還不對基礎架構通用共有的特征進行定量、科學和系統的深刻研究。基礎架構學（Infrastructurology）是對不同基礎架構的通用共有規律進行深入研究的科學，目的是為當前以物聯網為代表的新一輪基礎架構化進程提供堅實的理論根據、切實的方法領導和具體的技術實現。

　　智能電網包含三個檔次：第一層次，實現對電網運行狀態、資產設備狀況和客戶用電信息的實時、全面和具體監督，打消監測盲點，進步電網可觀測性；第二層次，提供進步的信息技術手腕，實現對電力企業信息的傳輸和集成；第三層次，在信息集成的基礎長進行高等分析，實現提高牢靠性、下降本錢、提高收益和效力的目的。實際上這跟物聯網的基礎構造是不約而同的。物聯網技術應用于智能電網不是名詞游戲，也不是概念炒作，它是現代電力系統發展的內在需乞降必定趨勢，是現代電力系統的發展新階段，將引發一系列新概念、新思路、新平臺、新遠景，為電力系統技術的提高帶來大的變更。

　　看似是不同行業產業的前沿問題,清華營銷培訓，實際上從基礎架構化的角度進行詮釋時都是相通的。定量、科學、系統地研究基礎架構主要從時間和空間兩個維度上研究基礎架構共通的演進規律。這是之前任何單一學科或研究領域所未曾涉及的。曹軍威意識到：一方面基礎架構的構成需要時間，需要不斷成熟的技術作為支撐，同時還受到經濟、政治、文明等非技術因素的影響，但從整體上看還是有必定的規律可以探索，一旦控制了這些規律，便可以更好地指點和加速新的基礎架構化進程；另一方面，基礎架構的空間分布也是有規律可循的，最為直觀的是大多數成熟的基礎架構都采取分層樹狀結構，比如電網就分為輸電、供電、配電等幾個層次，互聯網上的Domain Name Service也是采用樹狀結構等。當然，基礎架構學本身仍是一門應用基礎科學。相較于系統論或復雜性理論研究都是以普通意思上的系統為研究對象，基礎架構固然也是復雜系統，但還是存在很多本身的特色，需要結合和應用基礎理論，采用不同的研究方法進行深入探索。為了防止在開始階段基礎架構學的研究流于空洞，以特定領域、技術或應用作為切入點和著手點是必經之路。

　　面對電力物聯網所帶來的偉大發展空間，曹軍威和他的團隊開端勇敢的思考和扎實的探索，并作為子課題負責人，取得國度“973”打算“物聯網基礎理論和設計辦法研究”項目標贊助，負責實現電力物聯網仿真驗證平臺，為物聯網理論和方式研究供給支持環境。他們發明，實現電力物聯網的重要挑釁在于廣域電網是一個龐雜大系統，硬件裝備、廣域網絡和負荷用戶等多方面的因素帶來了很大的隨機性和不斷定性，傳統解決問題的方法已經不能從本質上解決廣域電網監控的“精”和“準”的問題，須要依附物聯網新技術保障信息傳遞的保真和忠實，軟件編程的忠誠和可托等。詳細而言，需要研究在線、實時、海量數據的采集、傳輸與存儲，變參數、變束縛、多時光標準下的數據分析與決議和變故障情形，以及變履行機構的分層系統節制技術等。曹軍威和他的團隊深信，把古代信息技術普遍引入到電力系統確切可以解決以前認為無法解決的問題，發生空前宏大的經濟、社會效益。

　　電力系統是傳統基礎架構的典型代表，新一輪基礎架構化進程提出了智能電網的請求，而要實現電力系統發電和用電的互動，實現廣域電網感知到控制全過程的緊密耦合和深度互聯，引入物聯網技術勢在必行。物聯網是從“數聯”向“物聯”延長的產物，其產業發展離不開詳細行業應用的依靠和支持，實現電力物聯網是其中主要的發展方向。曹軍威和他的團隊會沿著這個方向動搖地走下去，探索和嘗試將物聯網和智能電網有機聯合，力爭在基礎研究、成果轉化和產業合作等方面作出新的貢獻。

　　智能電網把現代先進的傳感—通信—網絡—計算—控制技術應用于電力系統以到達最大限度地提高設備效率，提高保險可靠性，節能減排，提高用戶的供電質量，提高可再生能源的應用效率。目前，我國的GDP總量不到全世界的5%，卻消耗全世界30％以上的鋼鐵、47％的水泥，而且增加趨勢不減。照這樣下去，中國能源是不可能實現可連續發展的。智能電網的提出恰是國家能源戰略和平安的需要。

　　曹軍威博士，現任清華大學信息技術研究院研究員、院務委員會副主任，美國麻省理工學院拜訪科學家。長期致力于基礎架構科學、技術與應用研究。從事應用集成、網格計算、海量數據分析、云計算、物聯網、智能電網等方面的基礎研究、結果轉化和產業合作，致力于從基礎架構的獨特視角總結其中的個別法則，開發共性癥結技術，并在教育、制作、電力、石化等行業獲得廣泛應用。

　　技術的最新挑戰往往最先呈現在重大科學前沿問題的探索過程中，好比Web的發現源于歐洲核子研究中央CERN。在回國工作之前，曹軍威曾經在美國麻省理工學院空間研究核心工作過兩年多，開展愛因斯坦引力波探測和數據分析工作。當時，美國提出新一輪的基礎架構化將以信息技術為引擎，主要指基于分布計算機、信息和通信技術的基礎架構，稱為信息基礎架構（Cyberinfrastructure），其對常識經濟的重要性可以與傳統基礎架構對產業經濟的支撐作用相比較。

　　除了在實踐層面開展基礎架構學研究外，曹軍威和他的團隊一直以為智能電網是物聯網的第一應用。在廣域范疇內實現從感知到把持全進程的嚴密耦合和深度互聯，智能電網在物聯網應用中的代表性是其余運用所無奈替換的。抉擇電力物聯網應用體系能夠最大水平地驗證和闡明物聯網技術的發展，這也是曹軍威和他的團隊目前的工作重點。

　　為了推進基礎架構學發展，進而在物聯網技術及其應用方面有所奉獻，曹軍威敏捷組建并發展起一支由20余人組成的高程度科研團隊。近年來，該團隊失掉國家科技部“973”規劃、“863”籌劃、教育部品質工程和國家天然科學基金等10余項國家級科研名目的資助。曹軍威發表文章110余篇，為海內外同行援用2200余次，申請專利6項，并入選2008年教導部新世紀優良人才支撐方案。

　　“數聯”到“物聯”的逾越

起源：科學時報 2011 *** 03 *** 08

　　當時美國建成了世界上精度最高的激光干預引力波天文臺LIGO，盼望能直接探測和驗證愛因斯坦狹義絕對論所預言的引力波的存在。地理臺實時采集上萬個傳感器的數據，采樣頻率最高達每秒16000次，會集成上PB（1000TB）量級的引力波數據，需要散布在美國和歐洲十幾個節點的高機能集群計算機，為多少百名LIGO科學協作組織成員進行引力波數據分析提供服務，這自身就是一個廣域規模內集傳感、通訊、存儲、計算等為一體的復雜系統，是將來信息基礎架構的典范代表。

（孫長安）

　　物聯網與智能電網

　　物聯網系統運行中波及一組要害過程，包括物理狀態感知、信息表現、信息傳輸、分析決策和掌握執行。物理狀態感知主要是傳感器網通過有線和無線的網絡傳感數據。操作執行主要由數字控制系統負責實現。物聯網中，傳感器和控制器的分布很廣且數據量巨大。從前10年，對物聯網的研究大局部都集中于感知層的無線網絡技術，然而，如何把各層網絡通信與應用軟件緊密地融會在一起，從而開發出高性能的物聯網應用，依然是一個巨大的挑戰。曹軍威和他的研究團隊認為，物聯網發展的內在動因是新一輪的基礎架構化過程對數字和物理資源深度互聯的需求。

　　2006年，曹軍威回國后組織創立了清華大學LIGO工作組。在他的率領下，工作組在引力波迷信研討跟LIGO實時數據分析方面的工作一直獲得進展，得到國際同行的認可。2009年9月，清華大學成為首個來自中國的LIGO科學配合組織成員，引力波數據剖析成果發表在Nature等國際期刊上。

　　在數字世界中，已經有一些相似事實世界中基礎架構的勝利例子，比方通過簡短的E *** mail地址就可以實現通信；通過簡略的域名就可以登錄相應的Web主頁。這些實現了數字世界中的信息共享。而今數字世界的互聯發展進一步提出了與物理系統實時交互的需求，傳統基礎架構要實現深度互聯也必需以信息技術為引擎，從“數聯”到“物聯”的發展便成為必然。

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