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《华南理工大学》 2017年
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语义物联网事务模型及其应用

曲超  
【摘要】:物联网作为一种21世纪新兴的信息技术,对各领域的发展起了关键的推动作用。过去由于物联网智能化的不足,其巨大的发展潜力一度受到了压抑。因此,人们在享受物联网带来的便利的同时,对物联网智能化的需求呼声也越来越高。近年来语义网技术的出现,为物联网智能化带来了新的发展途径。物联网与语义网相结合所产生的语义物联网也自然地成为智能物联网研究的主要方向。在此背景下,本文从以下五方面对语义物联网开展理论与技术研究:1、提出以语义Web为支撑的语义物联网事务模型语义物联网作为一种智能化的物联网,与一般意义上的传感器网络在本质有所区别,需要特殊的模型将物联网与语义网合二为一。以该问题为目标,结合各种智能化技术的优点,提出语义物联网事务模型。其体系结构主要包括:顶层本体支撑、实体链接层、语义标注层、服务注册中心、事务构建层以及事务执行控制层。该模型将物联网中实体的功能表示为语义Web服务,通过对服务信息的分析,自动构建满足特定需求的服务序列即事务,并在事务执行过程中对实体集进行有效的管理和控制,最终满足物联网智能化的需求。该语义物联网事务模型将物联网概念从传感器网络扩展到真正的万物互联,也为物联网智能化提供了底层结构支撑,为进一步深入探讨物联网智能化问题提供了研究框架。以第三方物流运输事故综合救援事务中的应用为用例证明了该模型的有效性和优越性。2、提出适用于物联网事务模型的顶层本体作为智能化的物联网,语义物联网在各个应用领域内除了应包含对应的领域本体外,还应具有描述其自身事务控制的本体。为了解决其控制过程的语义层面的表述问题,针对语义物联网事务控制过程中可能涉及到的概念和联系,提出了对应的顶层本体。该顶层本体主要由流程本体、活动本体、目标本体、状态本体、角色本体、约束本体、时空本体及对应的领域本体组成,并对各本体及其相互之间的关系进行了描述。所提出的顶层本体作为语义物联网事务模型的基本逻辑支持为解决事务构建、执行及控制提供了推理依据。实验证明在第三方物流运输系统中,顶层本体能够有效地描述各类实体和支持逻辑推理。在物联网广泛发展的环境下,各领域所包含的信息和概念急速增长,依靠领域专家构建领域本体一方面周期过长,另一方面所构建的本体未必符合用户需求;而自动生成本体的准确性较低、用户灵活性差、扩展性差。针对此问题提出一种面向用户的半自动领域本体构建方法,使终端用户能够根据自己的需求建立和扩展领域本体。该方法根据用户的本体需求描述构建描述集,并以此为基础建立本体的层次结构,在无需领域专家参与的情况下自主定义符合自身需求的本体结构,该方法也适用于本体的扩展和协同开发。通过构建用例及对比测试验证了该方法的有效性。4、提出一种扩展OWL-S的物联网实体动态服务描述方法在所提出的语义物联网事务模型中,Web服务成为一种有效的实体功能描述方法。然而,Web服务作为一种信息处理手段仅仅作为一种说明并不能够完全满足物联网事务执行和控制的需求,其缺少对物理空间实体的有效感知和表达。针对Web服务在物联网实体调用时所存在的问题,在OWL-S基础上提出一种加入了扩展的实体状态描述信息的服务描述方法。该方法在服务选择过程中不但以QoS作为输入,同时也加入扩展的实体状态描述信息,在语义物联网事务构建及执行过程中不但保证信息层面的有效性,同时也保证了物理空间实体的有效性。通过模拟测试用例将该方法与Web服务描述方法进行对比,体现出该方法的优越性。5、将语义物联网事务模型应用于第三方物流运输系统以第三方物流运输系统作为研究对象,采用语义物联网事务模型对其物流运输过程进行模拟。在语义物联网环境下,物流系统中的服务提供商只需关心发货、收货及成本等问题,仓储的时间和地点、运输车辆的选择、运输路径的确定等问题应由物联网系统自行确定。该问题在语义物联网事务模型下以顶层本体作为逻辑推理的依据,利用扩展OWL-S的物联网实体动态服务描述将语义物联网环境下的实体功能封装为动态Web服务,并通过事务模型加以控制。通过理论分析及模拟实验验证了在本文提出的模型下第三方物流运输系统可减少人为的参与和干涉,改善工作过程。本文主要围绕物联网智能化展开研究工作,在将语义网与物联网相结合的语义物联网基础上提出语义物联网事务模型,并进一步对其顶层本体、本体构建方法、服务扩展进行了深入研究,通过第三方物流运输系统的模拟对所提出理论进行验证。实践证明所提出的理论、方法能够有效地实现在物联网环境下构建和执行满足用户需求的事务,相对于现有的传统物联网模型在处理复杂问题上具有更加自动化、智能化的优势。所提出的模型、方法在不同领域内可结合相对应的领域本体进行扩展,以实现不同环境下的具3、提出了一种面向用户的半自动领域本体构建方法体需求。
【学位授予单位】:华南理工大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TP391.44;TN929.5

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