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物联网异构环境互操作关键技术研究

吴岳辛  
【摘要】:物联网在未来的互联网中占有重要的一席之地。随着物联网的发展,越来越多的物联网系统已经建设起来。然而,物联网的发展从一开始直到现在,遵循的是一种封闭的、紧耦合的建设方式,物联网系统之间缺少交互,导致了各种各样物联网竖井的产生。这种情况对于物联网未来的发展非常不利。竖井式发展有商业、安全、技术等多方面的原因,本文试图从技术角度探讨解决这一问题的途径。从技术角度上看,竖井式问题产生的一个重要原因是物联网中的异构问题。本文对物联网中异构应用系统间的互操作关键技术进行研究,采用面向服务的思想,结合语义学的研究方法,提出一种异构物联网中服务的组织、发布和检索架构,以此架构为异构物联网互操作提供基础保障,对基于语义的服务发现关键算法提出优化方案。本文所做工作主要创新和贡献包括以下几个方面的内容。1)提出一种包容异构的物联网资源元模型。为了提炼物联网中资源的共性,并兼容异构物联网资源的差异性,本文运用MOF (Meta Object Facility)框架,提出了一种可扩展的物联网资源描述元模型,基于该模型可以描述物联网中各类异构资源。在此基础上,本文建立了物联网异构元数据映射模型,为不同类型协议间的转换和映射提供了一个框架。该章的成果为后续几章的工作打下基础。2)提出一种物联网服务管理框架。为解决物联网异构系统互操作的访问入口问题,本文提出了 一种基于LDAP ( Lightweight Directory Access Protocol)的物联网服务管理框架。该框架采用基于服务的思想,创建了物联网应用服务目录信息树,为各类异构的物联网应用系统互操作提供了入口。3)提出一种改进的基于基因的多继承本体编码方法。针对传统服务匹配算法的关键步骤包含检测和LCA(Lowest Common Ancestor)检测在多继承情况下的失效问题,本文对基于语义的服务匹配算法进行分析,针对其关键步骤均涉及的本体编码方法,提出了一种改进的基于基因的多继承本体编码方法,通过实验证明,该编码方法能解决传统算法在多继承情况下的失效问题,提高算法的效率。4)提出一种改进的基于概率主题模型的物联网服务发现空间划分方法。为解决物联网服务搜索巨大空间的问题,本文提出一种改进的基于概率主题模型的服务发现空间划分方法。该方法采用LDA(Latent Dirichlet Allocation)描述服务的概率主题,根据改进的K-means聚类方法划分服务搜索空间。通过仿真实验证明,该方法能减少服务匹配的搜索空间数量,提高服务检索速度,减少响应时间。基于以上研究的基础,本文为解决物联网中计算能力低、存储资源少的物联网节点的接入问题,提出一种物联网公共服务架构。该架构采用语义的方式描述物联网中的节点,采用代理模型与感知层交互,向下屏蔽底层通信协议,采用订阅-发布方式,向应用层提供统一服务接口及上下文信息推送。为验证本文所提框架和算法的有效性,本文设计并实现了一系列原型系统,通过这些原型系统验证了本文所提框架和模型能够有效地解决物联网异构环境互操作的关键问题。


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