基于语义的物联网中间件技术应用研究

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随着物联网应用领域的迅速扩充,其设备数量呈现大规模增长,而底层设备的异构性已成为在物联网互操作性方面的一项重大挑战。设备接入物联网并正常工作的前提是设备注册功能的实现,因此通过设备智能注册方案统一设备信息形式是屏蔽设备异构性的重要方法。近年来,物联网中间件作为物联网架构中设备层和应用层中间的桥梁,在屏蔽异构性方面取得了很大的进展。目前,物联网中间件主要包括运行在物理设备上的中间件、通信网关和语义物联网中间件,三者均未针对设备注册功能提出合理的解决方案。此外,一部分设备注册方案没有考虑到设备的详细信息,另一部分设备注册方案使用手动注册,在物联网需要接入大量设备的情况下,这种方法效率低并且信息错误率较高。根据以上问题,论文针对现有的物联网中间件技术、设备识别技术和设备注册方案进行了研究,并综合命名实体识别技术、语义和本体构建技术提出了一个基于语义的物联网中间件技术,用于实现物联网设备智能注册。论文提出的中间件技术,其核心为实现物联网设备的智能注册功能,达到将细粒度设备信息以统一的形式注册到物联网系统中的效果。该技术可分为自动注册和设备商注册这两部分,前一部分包含一个基于设备协议banner信息的命名实体识别算法,该算法由论文首次提出。后一部分与设备商进行交互,主动收集设备信息。两种注册方式得到的设备信息均基于论文提出的设备信息本体结构,从而可以形成基于语义的设备信息,进而实现了设备信息形式的统一。论文的主要研究内容和贡献如下:(1)设计了一个基于语义的物联网设备智能注册中间件IDRM(semantic based Io T Device intelligent Registration Middleware),用于实现物联网设备的智能注册功能。该中间件为三层结构,这三层分别实现数据采集,智能注册和上层接口。利用该中间件实现物联网设备详细信息以统一的形式进行注册,而用户可以使用统一的接口透明访问设备。实验表明,论文设计的中间件可以实现设备的主动注册和设备商注册功能,达到屏蔽设备异构性的效果。同时该中间件还具有较高的拓展性。(2)提出了一个基于设备协议banner信息的命名实体识别算法。该算法用于从设备banner信息中自动识别出设备实体,通过在真实的banner信息数据集上进行的实验表明,该算法的准确率可以达到99.48%,误识别率为4.66%。(3)构建了一个用于智能注册的设备信息本体结构、建立了一个设备属性信息结构树并设计了一个注册规则。将两种结构进行结合,用于从在线设备网站或设备商主动提交的设备说明书中提取统一形式的设备信息数据。在仿真实验中,利用该注册规则可以将设备信息转换为统一的形式。(4)开发了一个包含设备智能注册功能的智能家居系统原型。该系统原型可用于展示智能注册功能的实验结果,同时可体现出本论文中技术的实用价值。
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