[發明專利]無線傳感器網絡語義通信中任務組合的本體及推理規則

有效

• 申請號: 201310738049.2
• 申請日: 2013-12-26
• 公開（公告）號: CN103702445B
• 公開（公告）日: 2017-02-15
• 發明（設計）人: 熊慶旭;李晴
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: H04W84/18
• 分類號: H04W84/18;G06F17/27
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及無線傳感器網絡通信技術和數據語義分析技術領域，是兩者的交叉綜合。?

背景技術

無線傳感器網絡(Wireless?Sensor?Network,WSN)是由大量節點密集分布通過自組織方式構成的網絡，其基本特點是網絡面向應用，網絡節點協同地實現網絡的應用。現有的WSN網絡技術，無論是MAC、路由還是傳輸控制，均是以傳感器節點采集的數據作為傳輸和處理的基本對象，將數據傳輸到匯聚點Sink，由Sink進行應用層的處理。這是傳統網絡中典型的端到端傳輸的技術和思路，而沒有充分體現WSN面向應用的特點。這就出現了Sink和節點傳輸和處理的對象的不一致性，嚴重制約了WSN的性能，并且導致了WSN網絡技術中一系列的基礎性問題，例如WSN最基本的性能指標——網絡生存期至今仍然無法有效定義。?

WSN的基本特征是面向應用，所以WSN中所有節點的傳輸和處理應該直接針對網絡應用，與Sink一樣，從應用的角度來傳輸和處理數據。此時，網絡中的節點和Sink從傳輸和處理功能的角度上來看，處于相同的地位，都是完成一定的應用任務，只不過不同節點所完成的應用任務不同而已，由此構建WSN語義通信的技術體系。在WSN語義通信中，網絡的通信問題轉化為任務的分解、組合和調整問題，類似于現有的路由、MAC和傳輸控制。但是，兩者在處理對象上是不同的。從現有網絡技術角度來看，任務的分解、組合和調整可以近似看作綜合應用層的路由、MAC和傳輸控制。但這實際上與語義通信有本質性區別，現有網絡技術是沿端到端的數據傳輸路線進行的“縱向”處理，而基于應用任務的技術是任務的執行者之間“橫向”處理為主，并伴隨“縱向”處理。?

目前，OGC組織提出了傳感器數據的SWE描述框架和SensorML描述語言，該框架目的是開發無線傳感器網絡的上層Web應用，其旨在通過對不同應用場景的傳感器節點數據進行語義描述，實現節點數據的語義查詢。但是，SWE框架注重于傳感器原始數據的標注和描述，SensorML僅僅提供了用于描述傳感器的標簽式表示方式，是一種結構性的XML描述語言，不涉及描述所用的詞匯以及詞匯之間的關系，缺乏對數據的語義性關系的描述和支持。另外，SWE描述框架是對傳感器數據的靜態描述，沒有提供用于網絡通信的推理機制，節點無法僅就SensorML的描述進行語?義處理和有效地傳輸和協調，缺乏語義通信功能。?

發明內容

本發明的目的是提供WSN語義通信的核心承載者——任務模型的內容和本體結構，并基于任務模型本體構建任務組合的推理規則，以及基于本體和推理規則的任務組合的實現方法。?

在WSN語義通信中，以WSN的具體應用作為網絡所有節點傳輸和處理的基本單元，節點對數據的傳輸和處理直接以該節點所需完成的應用為依據和目標。WSN中匯聚點Sink所要求完成的應用是通過所有節點協同實現來完成的，所有節點被看作完成不同應用的sink。根據所需完成的應用之間的關系，將節點劃分為不同等級的sink，上級sink的應用是由或部分由下級節點應用的組合完成的。本發明將節點所需完成的應用稱為任務，WSN語義通信包括三個基本過程：首先，網絡應用的任務分解到網絡中的節點，此稱為任務分解；其次，網絡節點完成的任務逐級匯聚，最后到達匯聚點Sink，此稱為任務的組合；最后，基于網絡的實際運行情況和節點狀態，對任務進行局部調整，此稱為任務的調整或協調。?

本發明采用任務模型的概念和方式來實現任務組合，圖1提供了任務模型的結構，包括數據表示層、任務本體層和推理規則層。各層的內容和功能說明如下。?

第一層：數據表示層?

本發明的任務模型包括應用內容、服務性能和節點狀態三個部分，三個部分的組成數據采用SensorML描述語言來標記描述，為構建相應的本體提供基本的詞匯或概念。三個部分的數據內容分別為：?

1.網絡應用：傳感器節點采集的數據如溫度、濕度、光強、壓力等等；以及數據背景特性如數據采集的時間和地點。?

2.網絡性能：能量、精確度、時延、時延抖動、通過量等。?

3.網絡節點：節點標識(id)、感知區域、剩余能量、通信功率、計算能力、存儲容量等；鄰居節點及上下層關系等。?

第二層：任務本體層?

在數據表示的基礎上，本體層提取和定義語義通信中的核心詞匯/概念，采用本?體工程的結構構建核心詞匯本體，定義詞匯與詞匯之間的關系，從而得到任務模型本體。而在本體的具體構建中，本發明采用類的方法來構建實現本體及本體之間的關系。?