一種基于語義的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)服務(wù)發(fā)現(xiàn)方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于語義的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)服務(wù)發(fā)現(xiàn)方法，包括以下步驟：S1：一種基于語義的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)服務(wù)發(fā)現(xiàn)方法簡稱SSD，S2：假設(shè)：每個節(jié)點具有唯一的ID標(biāo)示，S3：基于服務(wù)情景建立服務(wù)本體模型，本發(fā)明避免了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)高昂的部署成本，并且能夠在多種應(yīng)用中共享、重復(fù)利用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的需求在不斷增加的同時，具有很好的應(yīng)對效果，該方法采用基于語義的服務(wù)發(fā)現(xiàn)機制，大大提高了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)服務(wù)發(fā)現(xiàn)的查準(zhǔn)率，其次，該方法除考慮服務(wù)本身外，還考慮了服務(wù)的節(jié)點屬性和節(jié)點所處的環(huán)境屬性，有效的改善了服務(wù)質(zhì)量，總的來說，該方法不僅提高了服務(wù)發(fā)現(xiàn)的查準(zhǔn)率，還改善了服務(wù)發(fā)現(xiàn)質(zhì)量。
【專利說明】
一種基于語義的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)服務(wù)發(fā)現(xiàn)方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種基于語義的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)服務(wù)發(fā)現(xiàn)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用范圍的不斷擴大，人們耗費巨資建成了大量的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，成本高昂，迫切需要共享節(jié)點提供的服務(wù)以提高無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用價值。因而，如何在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中及時有效的發(fā)現(xiàn)并使用服務(wù)，是實現(xiàn)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)實際應(yīng)用的關(guān)鍵。而傳統(tǒng)的服務(wù)發(fā)現(xiàn)方法并沒有考慮無線傳感器網(wǎng)絡(luò)自身的特性，不適合在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用。
[0003]為了解決在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的服務(wù)發(fā)現(xiàn)問題，近年來，學(xué)者們紛紛在該領(lǐng)域進行了深入的研究，現(xiàn)有技術(shù)下，提出了面向服務(wù)的體系結(jié)構(gòu)、基于自適應(yīng)的推拉模型、基于路由的服務(wù)發(fā)現(xiàn)機制和基于簇的服務(wù)發(fā)現(xiàn)機制，在面向服務(wù)的體系結(jié)構(gòu)中，不同的組件被定義為一個服務(wù)，處理不同的功能，以用來支持不同的應(yīng)用領(lǐng)域。在基于自適應(yīng)的推拉模型中提出一種EADP服務(wù)發(fā)現(xiàn)方法，服務(wù)請求和服務(wù)響應(yīng)都采用多播方式，該方法是一個完全分布式的方法，具有實現(xiàn)簡單、低能耗的優(yōu)點?；诼酚傻姆?wù)發(fā)現(xiàn)機制，其減少了節(jié)點的能量消耗，縮短了時延?；诖氐姆?wù)發(fā)現(xiàn)機制(CSDM)，該機制根據(jù)節(jié)點的服務(wù)請求和服務(wù)響應(yīng)按照優(yōu)先級級別進行傳輸，提高了服務(wù)發(fā)現(xiàn)的性能和系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
[0004]然而，上述服務(wù)發(fā)現(xiàn)方法普遍存在如下兩方面的問題:首先，它們沒有考慮語義，不能對服務(wù)進行準(zhǔn)確的刻畫，從而導(dǎo)致服務(wù)發(fā)現(xiàn)的查準(zhǔn)率不高。其次，它們只是簡單的考慮了服務(wù)本身，沒有全面考慮服務(wù)情景，服務(wù)質(zhì)量還有待于進一步改善，為此，我們提出一種基于語義的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)服務(wù)發(fā)現(xiàn)方法。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種基于語義的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)服務(wù)發(fā)現(xiàn)方法，以解決上述【背景技術(shù)】中提出的問題。
[0006]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案:一種基于語義的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)服務(wù)發(fā)現(xiàn)方法，包括以下步驟:
[0007]S1: —種基于語義的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)服務(wù)發(fā)現(xiàn)方法簡稱SSD，本網(wǎng)絡(luò)模型的應(yīng)用場景為:節(jié)點隨機的分布在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)區(qū)域內(nèi)，節(jié)點可以在整個網(wǎng)絡(luò)區(qū)域自由移動，網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點按照區(qū)域劃分成若干個簇，每個簇均有一個性能優(yōu)良并且穩(wěn)定性好的節(jié)點作為簇頭;
[0008]S2:假設(shè):每個節(jié)點具有唯一的ID標(biāo)示，簇頭組織該區(qū)域的服務(wù)發(fā)現(xiàn)功能，不管服務(wù)提供者是否發(fā)現(xiàn)，每個請求都會被簇頭及時響應(yīng)，節(jié)點之間的傳輸時延與節(jié)點之間的距離成正比；
[0009]S3:基于服務(wù)情景建立服務(wù)本體模型，在服務(wù)本體模型的基礎(chǔ)上，給出服務(wù)的形式化定義；
[0010]定義1.服務(wù)
[0011]S=<SP，NP，EP> (I)
[0012]其中，SP表示服務(wù)屬性，具體包括SN、SD和SF，SN表示服務(wù)名稱，SD表示服務(wù)描述，SF表示采樣頻率，SP:
[0013]SP=<SN，SD，SF> (2)
[0014]NP表示節(jié)點屬性，具體包括NE、NC、NS和NC0，NE表示剩余電量，NC表示計算能力，NS表示存儲能力，NCO表示通信能力，即:
[0015]NP=<NE，NC，NS，NC0> (3)
[0016]EP表示環(huán)境屬性，具體包括EL和ES，EL表示位置，ES表示網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)，即:
[0017]EP=<EL，ES> (4)
[0018]S4:建立服務(wù)發(fā)現(xiàn)架構(gòu)，服務(wù)發(fā)現(xiàn)架構(gòu)主要包括服務(wù)平臺、注冊和服務(wù)發(fā)現(xiàn)三個模塊，服務(wù)平臺模塊主要存儲注冊的服務(wù)信息，即服務(wù)屬性、節(jié)點屬性和節(jié)點所處的環(huán)境屬性，以供服務(wù)發(fā)現(xiàn)模塊調(diào)用，當(dāng)服務(wù)發(fā)現(xiàn)模塊接收到服務(wù)注冊信息后，由解析器進行解析，然后交由注冊模塊完成注冊過程，當(dāng)服務(wù)發(fā)現(xiàn)模塊接收到服務(wù)請求信息后，由服務(wù)匹配子模塊執(zhí)行匹配過程，最后向請求節(jié)點返回服務(wù)回復(fù)信息；
[0019]S5:服務(wù)提供節(jié)點將服務(wù)信息提供給自身所在簇的簇頭節(jié)點來實現(xiàn)服務(wù)的注冊過程，服務(wù)信息包括服務(wù)屬性、節(jié)點屬性和環(huán)境屬性，如果成員節(jié)點和簇頭節(jié)點均在雙方的通信范圍內(nèi)，成員節(jié)點可以直接將服務(wù)信息提供給簇頭節(jié)點，反之，如果成員節(jié)點和簇頭節(jié)點不在雙方的通信范圍內(nèi)，成員節(jié)點需要通過中間節(jié)點以多跳的方式來實現(xiàn)服務(wù)信息的發(fā)送，這樣，簇頭節(jié)點保存本簇成員注冊的服務(wù)，并對注冊的服務(wù)列表進行維護，如果一個成員節(jié)點離開一個簇加入另外一個簇，該節(jié)點需通知原來的簇頭撤銷該節(jié)點注冊的服務(wù)，同時向新簇的簇頭注冊服務(wù)，這樣保持了服務(wù)注冊信息的一致性；
[0020]S6:在服務(wù)定義的基礎(chǔ)上，給出服務(wù)請求的形式化定義，
[0021]定義2.服務(wù)請求
[0022]SREQ= < SPq, NPq, EPq > (5)
[0023]在公式(5)中，SREQ表示服務(wù)請求，SPQ表示請求的服務(wù)屬性，NPQ表示請求的節(jié)點屬性，EPQ表示請求的環(huán)境屬性；
[0024]S7:定義3.服務(wù)回復(fù)
[0025]SREP= < SPp, Simp, Rp > (6)
[0026]在公式(6)中，SREP表示服務(wù)回復(fù)，SPP表示服務(wù)屬性，SimP表示服務(wù)的相似度，RP為預(yù)留標(biāo)示符，以應(yīng)對未來的需要，比如設(shè)置位置感知信息，其默認(rèn)值設(shè)置為O;
[0027]S8:定義4.服務(wù)相似度
[0028]SimS(S，SREQ) = a*Sim(SP，SPq) +β*Sim(NP，NPq) + γ *Sim(EP，EPq) (7)
[0029]在公式(7)中，SimS(S，SREQ)表示服務(wù)和服務(wù)請求的相似度，SimS(SP，SPQ)表示服務(wù)屬性的相似度，其權(quán)重用α表示，SP和SPQ分別代表服務(wù)和服務(wù)請求的服務(wù)屬性，SimS(NP，NPQ)表示節(jié)點屬性的相似度，其權(quán)重用β表示，NP和NPQ分別代表服務(wù)和服務(wù)請求的節(jié)點屬性，SimS(EP，EPQ)表示環(huán)境屬性的相似度，其權(quán)重用γ表示，EP和EPQ分別代表服務(wù)和服務(wù)請求的環(huán)境屬性，三個權(quán)重參數(shù)符合α+β+ γ =1；
[0030]S9:服務(wù)發(fā)現(xiàn)就是根據(jù)節(jié)點的服務(wù)請求快速、準(zhǔn)確的找到所需的服務(wù)，如果某個節(jié)點需要一項服務(wù)，首先，在節(jié)點本身的服務(wù)描述中進行查找，如果沒有找到所需的服務(wù)，就將服務(wù)請求發(fā)送至節(jié)點所在簇的簇頭節(jié)點，啟動一次服務(wù)發(fā)現(xiàn)過程；
[0031 ] SlO:簇頭節(jié)點收到一個SREQ消息包后，通過解析器抽取得到服務(wù)請求的服務(wù)屬性、節(jié)點屬性和環(huán)境屬性，進而和服務(wù)平臺在注冊過程中收集到的服務(wù)情景進行服務(wù)匹配，服務(wù)情景包括服務(wù)屬性、節(jié)點屬性和環(huán)境屬性，計算出服務(wù)的相似度，求出服務(wù)的相似度級另IJ，最后，采用倒排序機制，選擇相似度最高的服務(wù)本體進行匹配，如果找到所需的服務(wù)，就返回服務(wù)響應(yīng)，如果沒有找到所需的服務(wù)，就將服務(wù)請求轉(zhuǎn)發(fā)給相鄰的簇頭進行查找，直到找到所需的服務(wù)并返回服務(wù)響應(yīng)；
[0032]Sll:通過仿真分析的方法驗證SSD服務(wù)發(fā)現(xiàn)方法的性能，采用OMNet++進行仿真分析，分別與EADP服務(wù)發(fā)現(xiàn)方法和CSDM服務(wù)發(fā)現(xiàn)方法進行性能比較；
[0033]S12:在仿真實驗中，將網(wǎng)絡(luò)拓撲范圍設(shè)置為100mX 1000m，節(jié)點的傳輸半徑設(shè)置為100m，節(jié)點的移動速度在lm/s?20m/s范圍內(nèi)隨機給定，移動速度類似于人的步行速度和車輛的行駛速度，隨機選擇節(jié)點作為服務(wù)請求者或服務(wù)提供者，每個節(jié)點可以請求多個服務(wù)，多個節(jié)點也可以請求同一個服務(wù)，假設(shè)每個節(jié)點僅提供一種服務(wù)，節(jié)點數(shù)量以5個節(jié)點為增量在[5，30]范圍內(nèi)變化，分別仿真了查準(zhǔn)率、時延、消息開銷與節(jié)點數(shù)量的關(guān)系；
[0034]S13:EADP和CSDM服務(wù)發(fā)現(xiàn)方法的查準(zhǔn)率比較低，查準(zhǔn)率在63%以下，SSD服務(wù)發(fā)現(xiàn)方法的查準(zhǔn)率均高于EADP和CSDM服務(wù)發(fā)現(xiàn)方法，隨著節(jié)點數(shù)量的增加，EADP、CSDi^PSSDS種服務(wù)發(fā)現(xiàn)方法的時延均呈現(xiàn)上升趨勢，消息傳播經(jīng)過的跳數(shù)增加，花費的時間開銷也隨之增大，EADP服務(wù)發(fā)現(xiàn)方法的時延最大，CSDM服務(wù)發(fā)現(xiàn)方法的時延最小，和CSDM服務(wù)發(fā)現(xiàn)方法相比，SSD服務(wù)發(fā)現(xiàn)方法的時延有所增加，EADP的消息數(shù)量最大，和EADP相比，CSDM服務(wù)發(fā)現(xiàn)方法和SSD服務(wù)發(fā)現(xiàn)方法的消息數(shù)量有所減少。
[0035]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明避免了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)高昂的部署成本，并且能夠在多種應(yīng)用中共享、重復(fù)利用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的需求在不斷增加的同時，具有很好的應(yīng)對效果，該方法采用基于語義的服務(wù)發(fā)現(xiàn)機制，大大提高了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)服務(wù)發(fā)現(xiàn)的查準(zhǔn)率，其次，該方法除考慮服務(wù)本身外，還考慮了服務(wù)的節(jié)點屬性和節(jié)點所處的環(huán)境屬性，有效的改善了服務(wù)質(zhì)量，總的來說，該方法不僅提高了服務(wù)發(fā)現(xiàn)的查準(zhǔn)率，還改善了服務(wù)發(fā)現(xiàn)質(zhì)量，通過仿真結(jié)果充分驗證了 SSD服務(wù)發(fā)現(xiàn)方法的有效性。
【附圖說明】
[0036]圖1為本發(fā)明的服務(wù)本體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0037]圖2為本發(fā)明的服務(wù)發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0038]圖3為本發(fā)明的服務(wù)發(fā)現(xiàn)的查準(zhǔn)率與節(jié)點數(shù)量的關(guān)系示意圖；
[0039]圖4為本發(fā)明的時延與節(jié)點數(shù)量的關(guān)系示意圖；
[0040]圖5為本發(fā)明的消息數(shù)量與節(jié)點數(shù)量的關(guān)系示意圖。
【具體實施方式】
[0041]下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
[0042]請參閱圖1-5，本發(fā)明提供一種技術(shù)方案:一種基于語義的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)服務(wù)發(fā)現(xiàn)方法，包括以下步驟:
[0043]S1: —種基于語義的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)服務(wù)發(fā)現(xiàn)方法簡稱SSD，本網(wǎng)絡(luò)模型的應(yīng)用場景為:節(jié)點隨機的分布在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)區(qū)域內(nèi)，節(jié)點可以在整個網(wǎng)絡(luò)區(qū)域自由移動，網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點按照區(qū)域劃分成若干個簇，每個簇均有一個性能優(yōu)良并且穩(wěn)定性好的節(jié)點作為簇頭；
[0044]S2:假設(shè):每個節(jié)點具有唯一的ID標(biāo)示，簇頭組織該區(qū)域的服務(wù)發(fā)現(xiàn)功能，不管服務(wù)提供者是否發(fā)現(xiàn)，每個請求都會被簇頭及時響應(yīng)，節(jié)點之間的傳輸時延與節(jié)點之間的距離成正比；
[0045]S3:在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，服務(wù)是由節(jié)點提供的，因此，在對服務(wù)進行本體建模時，不能簡單的考慮服務(wù)屬性本身，還要考慮提供服務(wù)的節(jié)點屬性以及節(jié)點所處的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境屬性。本體是概念的形式化的規(guī)范描述，為了刻畫服務(wù)信息，采用本體來為服務(wù)建模，基于服務(wù)情景建立服務(wù)本體模型，在服務(wù)本體模型的基礎(chǔ)上，給出服務(wù)的形式化定義；
[0046]定義1.服務(wù)
[0047]S=<SP，NP，EP> (I)
[0048]其中，SP表示服務(wù)屬性，具體包括SN、SD和SF，SN表示服務(wù)名稱，SD表示服務(wù)描述，SF表示采樣頻率，SP:
[0049]SP=<SN，SD，SF> (2)
[0050]NP表示節(jié)點屬性，具體包括NE、NC、NS和NC0，NE表示剩余電量，NC表示計算能力，NS表示存儲能力，NCO表示通信能力，即:
[0051]NP=<NE，NC，NS，NC0> (3)
[0052]EP表示環(huán)境屬性，具體包括EL和ES，EL表示位置，ES表示網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)，即:
[0053]EP=<EL，ES> (4)
[0054]S4:建立服務(wù)發(fā)現(xiàn)架構(gòu)，服務(wù)發(fā)現(xiàn)架構(gòu)主要包括服務(wù)平臺、注冊和服務(wù)發(fā)現(xiàn)三個模塊，服務(wù)平臺模塊主要存儲注冊的服務(wù)信息，即服務(wù)屬性、節(jié)點屬性和節(jié)點所處的環(huán)境屬性，以供服務(wù)發(fā)現(xiàn)模塊調(diào)用，當(dāng)服務(wù)發(fā)現(xiàn)模塊接收到服務(wù)注冊信息后，由解析器進行解析，然后交由注冊模塊完成注冊過程，當(dāng)服務(wù)發(fā)現(xiàn)模塊接收到服務(wù)請求信息后，由服務(wù)匹配子模塊執(zhí)行匹配過程，最后向請求節(jié)點返回服務(wù)回復(fù)信息；
[0055]S5:服務(wù)提供節(jié)點將服務(wù)信息提供給自身所在簇的簇頭節(jié)點來實現(xiàn)服務(wù)的注冊過程，服務(wù)信息包括服務(wù)屬性、節(jié)點屬性和環(huán)境屬性，如果成員節(jié)點和簇頭節(jié)點均在雙方的通信范圍內(nèi)，成員節(jié)點可以直接將服務(wù)信息提供給簇頭節(jié)點，反之，如果成員節(jié)點和簇頭節(jié)點不在雙方的通信范圍內(nèi)，成員節(jié)點需要通過中間節(jié)點以多跳的方式來實現(xiàn)服務(wù)信息的發(fā)送，這樣，簇頭節(jié)點保存本簇成員注冊的服務(wù)，并對注冊的服務(wù)列表進行維護，如果一個成員節(jié)點離開一個簇加入另外一個簇，該節(jié)點需通知原來的簇頭撤銷該節(jié)點注冊的服務(wù)，同時向新簇的簇頭注冊服務(wù)，這樣保持了服務(wù)注冊信息的一致性；
[0056]S6:在服務(wù)定義的基礎(chǔ)上，給出服務(wù)請求的形式化定義，
[0057]定義2.服務(wù)請求
[0058]SREQ = < SPq，NPq，EPq > (5)
[0059]在公式(5)中，SREQ表示服務(wù)請求，SPQ表示請求的服務(wù)屬性，NPQ表示請求的節(jié)點屬性，EPQ表示請求的環(huán)境屬性；
[0060]S7:定義3.服務(wù)回復(fù)
[0061 ] SREP= < SPp, Simp, Rp > (6)
[0062]在公式(6)中，SREP表示服務(wù)回復(fù)，SPP表示服務(wù)屬性，SimP表示服務(wù)的相似度，RP為預(yù)留標(biāo)示符，以應(yīng)對未來的需要，比如設(shè)置位置感知信息，其默認(rèn)值設(shè)置為O;
[0063]S8:定義4.服務(wù)相似度
[0064]SimS(S，SREQ) = a*Sim(SP，SPq) +β*Sim(NP，NPq) + γ *Sim(EP，EPq) (7)
[0065]在公式(7)中，SimS(S，SREQ)表示服務(wù)和服務(wù)請求的相似度，SimS(SP，SPQ)表示服務(wù)屬性的相似度，其權(quán)重用α表示，SP和SPQ分別代表服務(wù)和服務(wù)請求的服務(wù)屬性，SimS(NP，NPQ)表示節(jié)點屬性的相似度，其權(quán)重用β表示，NP和NPQ分別代表服務(wù)和服務(wù)請求的節(jié)點屬性，SimS(EP，EPQ)表示環(huán)境屬性的相似度，其權(quán)重用γ表示，EP和EPQ分別代表服務(wù)和服務(wù)請求的環(huán)境屬性，三個權(quán)重參數(shù)符合α+β+ γ =1；
[0066]S9:服務(wù)發(fā)現(xiàn)就是根據(jù)節(jié)點的服務(wù)請求快速、準(zhǔn)確的找到所需的服務(wù)，如果某個節(jié)點需要一項服務(wù)，首先，在節(jié)點本身的服務(wù)描述中進行查找，如果沒有找到所需的服務(wù)，就將服務(wù)請求發(fā)送至節(jié)點所在簇的簇頭節(jié)點，啟動一次服務(wù)發(fā)現(xiàn)過程；
[0067]S10:簇頭節(jié)點收到一個SREQ消息包后，通過解析器抽取得到服務(wù)請求的服務(wù)屬性、節(jié)點屬性和環(huán)境屬性，進而和服務(wù)平臺在注冊過程中收集到的服務(wù)情景進行服務(wù)匹配，服務(wù)情景包括服務(wù)屬性、節(jié)點屬性和環(huán)境屬性，計算出服務(wù)的相似度，求出服務(wù)的相似度級另IJ，最后，采用倒排序機制，選擇相似度最高的服務(wù)本體進行匹配，如果找到所需的服務(wù)，就返回服務(wù)響應(yīng)，如果沒有找到所需的服務(wù)，就將服務(wù)請求轉(zhuǎn)發(fā)給相鄰的簇頭進行查找，直到找到所需的服務(wù)并返回服務(wù)響應(yīng)；
[0068]Sll:通過仿真分析的方法驗證SSD服務(wù)發(fā)現(xiàn)方法的性能，采用OMNet++進行仿真分析，分別與EADP服務(wù)發(fā)現(xiàn)方法和CSDM服務(wù)發(fā)現(xiàn)方法進行性能比較；
[0069]S12:在仿真實驗中，將網(wǎng)絡(luò)拓撲范圍設(shè)置為100mX 1000m，節(jié)點的傳輸半徑設(shè)置為100m，節(jié)點的移動速度在lm/s?20m/s范圍內(nèi)隨機給定，移動速度類似于人的步行速度和車輛的行駛速度，隨機選擇節(jié)點作為服務(wù)請求者或服務(wù)提供者，每個節(jié)點可以請求多個服務(wù)，多個節(jié)點也可以請求同一個服務(wù)，假設(shè)每個節(jié)點僅提供一種服務(wù)，節(jié)點數(shù)量以5個節(jié)點為增量在[5，30]范圍內(nèi)變化，分別仿真了查準(zhǔn)率、時延、消息開銷與節(jié)點數(shù)量的關(guān)系；
[0070]S13:EADP和CSDM服務(wù)發(fā)現(xiàn)方法的查準(zhǔn)率比較低，查準(zhǔn)率在63%以下，SSD服務(wù)發(fā)現(xiàn)方法的查準(zhǔn)率均高于EADP和CSDM服務(wù)發(fā)現(xiàn)方法，隨著節(jié)點數(shù)量的增加，EADP、CSDi^PSSDS種服務(wù)發(fā)現(xiàn)方法的時延均呈現(xiàn)上升趨勢，消息傳播經(jīng)過的跳數(shù)增加，花費的時間開銷也隨之增大，EADP服務(wù)發(fā)現(xiàn)方法的時延最大，CSDM服務(wù)發(fā)現(xiàn)方法的時延最小，和CSDM服務(wù)發(fā)現(xiàn)方法相比，SSD服務(wù)發(fā)現(xiàn)方法的時延有所增加，EADP的消息數(shù)量最大，和EADP相比，CSDM服務(wù)發(fā)現(xiàn)方法和SSD服務(wù)發(fā)現(xiàn)方法的消息數(shù)量有所減少。
[0071]EADP和CSDM服務(wù)發(fā)現(xiàn)方法的查準(zhǔn)率比較低，查準(zhǔn)率在63%以下，原因是由于自然語言描述的局限性，不能準(zhǔn)確描述需要查詢的目標(biāo)。SSD服務(wù)發(fā)現(xiàn)方法的查準(zhǔn)率比EADP和CSDM服務(wù)發(fā)現(xiàn)方法要高出很多，因為它引入了基于本體的語義信息，實現(xiàn)了語義推理機制。隨著節(jié)點數(shù)量的增加，EADP、CSDM和SSD三種服務(wù)發(fā)現(xiàn)方法的時延均呈現(xiàn)上升趨勢，因為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)采用多跳的方式傳輸消息，隨著節(jié)點數(shù)量增加，消息傳播經(jīng)過的跳數(shù)增加，花費的時間開銷也隨之增大。EADP服務(wù)發(fā)現(xiàn)方法的時延最大，這是因為EADP的服務(wù)請求和服務(wù)回復(fù)都采用多播機制，容易導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)信道沖突。CSDM服務(wù)發(fā)現(xiàn)方法的時延最小，原因是CSDM服務(wù)發(fā)現(xiàn)方法利用簇頭處理服務(wù)請求和服務(wù)回復(fù)信息，在一定程度上提高了服務(wù)發(fā)現(xiàn)效率，降低了時延。和CSDM服務(wù)發(fā)現(xiàn)方法相比，SSD服務(wù)發(fā)現(xiàn)方法的時延有所增加，原因是由于SSD服務(wù)發(fā)現(xiàn)方法在基于簇的基礎(chǔ)上增加了語義推理，算法較為復(fù)雜。EADP的消息數(shù)量最大，這是因為EADP的服務(wù)請求和服務(wù)回復(fù)都采用多播機制，產(chǎn)生大量廣播信息。和EADP相比，CSDM服務(wù)發(fā)現(xiàn)方法和SSD服務(wù)發(fā)現(xiàn)方法的消息數(shù)量有所減少，原因是這兩種服務(wù)發(fā)現(xiàn)方法均引入了簇機制，避免了在網(wǎng)絡(luò)范圍內(nèi)產(chǎn)生大量的廣播信息。
[0072]本發(fā)明通過合理的架構(gòu)設(shè)計，不僅提高了服務(wù)發(fā)現(xiàn)的查準(zhǔn)率，還改善了服務(wù)發(fā)現(xiàn)質(zhì)量，相比EADP和CSDM服務(wù)發(fā)現(xiàn)方法，本發(fā)明能夠避免無線傳感器網(wǎng)絡(luò)高昂的部署成本，并且能夠較為輕松的面對在多種應(yīng)用中共享、重復(fù)利用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在不斷增加的需求，通過語義推理機制，本發(fā)明能夠突破自然語言的局限性，實現(xiàn)準(zhǔn)確描述查詢目標(biāo)的目的，并且通過簇機制，避免了在網(wǎng)絡(luò)范圍內(nèi)產(chǎn)生大量的廣播信息，在可控成本和保證服務(wù)質(zhì)量的情況下，提高該基于語義的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)服務(wù)發(fā)現(xiàn)方法的應(yīng)用效率。
[0073]盡管已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實施例，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以理解在不脫離本發(fā)明的原理和精神的情況下可以對這些實施例進行多種變化、修改、替換和變型，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求及其等同物限定。
【主權(quán)項】
1.一種基于語義的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)服務(wù)發(fā)現(xiàn)方法，其特征在于:包括以下步驟: S1: —種基于語義的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)服務(wù)發(fā)現(xiàn)方法簡稱SSD，本網(wǎng)絡(luò)模型的應(yīng)用場景為:節(jié)點隨機的分布在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)區(qū)域內(nèi)，節(jié)點可以在整個網(wǎng)絡(luò)區(qū)域自由移動，網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點按照區(qū)域劃分成若干個簇，每個簇均有一個性能優(yōu)良并且穩(wěn)定性好的節(jié)點作為簇頭; S2:假設(shè):每個節(jié)點具有唯一的ID標(biāo)示，簇頭組織該區(qū)域的服務(wù)發(fā)現(xiàn)功能，不管服務(wù)提供者是否發(fā)現(xiàn)，每個請求都會被簇頭及時響應(yīng)，節(jié)點之間的傳輸時延與節(jié)點之間的距離成正比； S3:基于服務(wù)情景建立服務(wù)本體模型，在服務(wù)本體模型的基礎(chǔ)上，給出服務(wù)的形式化定義； 定義1.服務(wù) S=<SP，NP，EP> (I) 其中，SP表示服務(wù)屬性，具體包括SN、SD和SF，SN表示服務(wù)名稱，SD表示服務(wù)描述，SF表示采樣頻率，SP: SP=<SN，SD，SF> (2) NP表示節(jié)點屬性，具體包括NE、NC、NS和NCO，NE表示剩余電量，NC表示計算能力，NS表示存儲能力，NCO表示通信能力，即: NP=<NE，NC，NS，NC0> (3) EP表示環(huán)境屬性，具體包括EL和ES，EL表示位置，ES表示網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)，即: EP=<EL,ES> (4) S4:建立服務(wù)發(fā)現(xiàn)架構(gòu)，服務(wù)發(fā)現(xiàn)架構(gòu)主要包括服務(wù)平臺、注冊和服務(wù)發(fā)現(xiàn)三個模塊，服務(wù)平臺模塊主要存儲注冊的服務(wù)信息，即服務(wù)屬性、節(jié)點屬性和節(jié)點所處的環(huán)境屬性，以供服務(wù)發(fā)現(xiàn)模塊調(diào)用，當(dāng)服務(wù)發(fā)現(xiàn)模塊接收到服務(wù)注冊信息后，由解析器進行解析，然后交由注冊模塊完成注冊過程，當(dāng)服務(wù)發(fā)現(xiàn)模塊接收到服務(wù)請求信息后，由服務(wù)匹配子模塊執(zhí)行匹配過程，最后向請求節(jié)點返回服務(wù)回復(fù)信息； S5:服務(wù)提供節(jié)點將服務(wù)信息提供給自身所在簇的簇頭節(jié)點來實現(xiàn)服務(wù)的注冊過程，服務(wù)信息包括服務(wù)屬性、節(jié)點屬性和環(huán)境屬性，如果成員節(jié)點和簇頭節(jié)點均在雙方的通信范圍內(nèi)，成員節(jié)點可以直接將服務(wù)信息提供給簇頭節(jié)點，反之，如果成員節(jié)點和簇頭節(jié)點不在雙方的通信范圍內(nèi)，成員節(jié)點需要通過中間節(jié)點以多跳的方式來實現(xiàn)服務(wù)信息的發(fā)送，這樣，簇頭節(jié)點保存本簇成員注冊的服務(wù)，并對注冊的服務(wù)列表進行維護，如果一個成員節(jié)點離開一個簇加入另外一個簇，該節(jié)點需通知原來的簇頭撤銷該節(jié)點注冊的服務(wù)，同時向新簇的簇頭注冊服務(wù)，這樣保持了服務(wù)注冊信息的一致性； S6:在服務(wù)定義的基礎(chǔ)上，給出服務(wù)請求的形式化定義， 定義2.服務(wù)請求SREQ= < SPq, NPq, EPq > (5) 在公式(5)中，SREQ表示服務(wù)請求，SPQ表示請求的服務(wù)屬性，NPQ表示請求的節(jié)點屬性，EPQ表示請求的環(huán)境屬性； S7:定義3.服務(wù)回復(fù) SREP= < SPp, Simp, Rp > (6) 在公式(6)中，SREP表示服務(wù)回復(fù)，SPP表示服務(wù)屬性，SimP表示服務(wù)的相似度，RP為預(yù)留標(biāo)示符，以應(yīng)對未來的需要，比如設(shè)置位置感知信息，其默認(rèn)值設(shè)置為O; S8:定義4.服務(wù)相似度 SimS(S，SREQ)=a*Sim(SP，SPQ)+0*Sim(NP，NPQ)+y*Sim(EP，EPQ) (7) 在公式(7)中，SimS(S，SREQ)表示服務(wù)和服務(wù)請求的相似度，SimS(SP，SPQ)表示服務(wù)屬性的相似度，其權(quán)重用a表示，SP和SPQ分別代表服務(wù)和服務(wù)請求的服務(wù)屬性，SimS(NP，NPQ)表示節(jié)點屬性的相似度，其權(quán)重用β表示，NP和NPQ分別代表服務(wù)和服務(wù)請求的節(jié)點屬性，SimS(EP，EPQ)表示環(huán)境屬性的相似度，其權(quán)重用γ表示，EP和EPQ分別代表服務(wù)和服務(wù)請求的環(huán)境屬性，三個權(quán)重參數(shù)符合α+β+ γ =1； S9:服務(wù)發(fā)現(xiàn)就是根據(jù)節(jié)點的服務(wù)請求快速、準(zhǔn)確的找到所需的服務(wù)，如果某個節(jié)點需要一項服務(wù)，首先，在節(jié)點本身的服務(wù)描述中進行查找，如果沒有找到所需的服務(wù)，就將服務(wù)請求發(fā)送至節(jié)點所在簇的簇頭節(jié)點，啟動一次服務(wù)發(fā)現(xiàn)過程； SlO:簇頭節(jié)點收到一個SREQ消息包后，通過解析器抽取得到服務(wù)請求的服務(wù)屬性、節(jié)點屬性和環(huán)境屬性，進而和服務(wù)平臺在注冊過程中收集到的服務(wù)情景進行服務(wù)匹配，服務(wù)情景包括服務(wù)屬性、節(jié)點屬性和環(huán)境屬性，計算出服務(wù)的相似度，求出服務(wù)的相似度級別，最后，采用倒排序機制，選擇相似度最高的服務(wù)本體進行匹配，如果找到所需的服務(wù)，就返回服務(wù)響應(yīng)，如果沒有找到所需的服務(wù)，就將服務(wù)請求轉(zhuǎn)發(fā)給相鄰的簇頭進行查找，直到找到所需的服務(wù)并返回服務(wù)響應(yīng)； SI 1:通過仿真分析的方法驗證SSD服務(wù)發(fā)現(xiàn)方法的性能，采用OMNet++進行仿真分析，分別與EADP服務(wù)發(fā)現(xiàn)方法和CSDM服務(wù)發(fā)現(xiàn)方法進行性能比較； S12:在仿真實驗中，將網(wǎng)絡(luò)拓撲范圍設(shè)置為100mX 1000m，節(jié)點的傳輸半徑設(shè)置為100m，節(jié)點的移動速度在lm/s?20m/s范圍內(nèi)隨機給定，移動速度類似于人的步行速度和車輛的行駛速度，隨機選擇節(jié)點作為服務(wù)請求者或服務(wù)提供者，每個節(jié)點可以請求多個服務(wù)，多個節(jié)點也可以請求同一個服務(wù)，假設(shè)每個節(jié)點僅提供一種服務(wù)，節(jié)點數(shù)量以5個節(jié)點為增量在[5，30]范圍內(nèi)變化，分別仿真了查準(zhǔn)率、時延、消息開銷與節(jié)點數(shù)量的關(guān)系； SI3:EADP和CSDM服務(wù)發(fā)現(xiàn)方法的查準(zhǔn)率比較低，查準(zhǔn)率在63%以下，SSD服務(wù)發(fā)現(xiàn)方法的查準(zhǔn)率均高于EADP和CSDM服務(wù)發(fā)現(xiàn)方法，隨著節(jié)點數(shù)量的增加，EADP、CSDM和SSD三種服務(wù)發(fā)現(xiàn)方法的時延均呈現(xiàn)上升趨勢，消息傳播經(jīng)過的跳數(shù)增加，花費的時間開銷也隨之增大，EADP服務(wù)發(fā)現(xiàn)方法的時延最大，CSDM服務(wù)發(fā)現(xiàn)方法的時延最小，和CSDM服務(wù)發(fā)現(xiàn)方法相比，SSD服務(wù)發(fā)現(xiàn)方法的時延有所增加，EADP的消息數(shù)量最大，和EADP相比，CSDM服務(wù)發(fā)現(xiàn)方法和SSD服務(wù)發(fā)現(xiàn)方法的消息數(shù)量有所減少。
【文檔編號】H04W84/18GK105847387SQ201610250087
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年4月21日
【發(fā)明人】王新穎, 王敏, 吳中博, 吳釗, 熊偉, 劉雨瀟
【申請人】湖北文理學(xué)院