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一种面向服务的物联网中间件的设计与实现 评分

一种面向服务的物联网中间件的设计与实现一种面向服务的物联网中间件的设计与实现一种面向服务的物联网中间件的设计与实现一种面向服务的物联网中间件的设计与实现
第5期 杨慧等:一种面向服务的物联网中间件的设计与实现 6 1.4物联网数据处理引擎设计 1拓扑架构 物联网数据处理引擎在SOM中间件与物联网具体应用的 危险化学品运输监控系统提供车辆状态、行驶路线、区域等 交互中起着关键作用。物联网应用的丰富性使得单个服务的功监控,以及轨迹回放、报警、系统管理等服务,通过SOM中间件, 能往往无法满足朋户的需求,需要组合不同的服务来完成复杂兼容各种规格和型号的GPS设备和传感器,将终端感知设备信 的流程化工作。为详细地对服务进行描述,本文引入规则描述息进行实时处理并展示,实现危险化学品运输终端的多级、多方 谮言,将其作为引擎的输入,流程解析器和流程执行器是引擎的面监控。例如:对总监控人员能看到所有终端的监控界面;对于 核心组成部分。基于ECA( Event- Condition- Action)规则模型,部门人员能看到所管辖区域的车辆运输信息。监控系统预留与 规则描述语言采用“事件一条件一活动”的方式,将物联网应用的车辆配送信息系统的接口,可根据配送员的需要把相关的数据 处理逻辑抽象为多个活动,以及活动间的控制依赖关系和数据传到配送信息系统数据库中,极大提高了系统的可扩展性。危 依賴关系。本文中对活动的定义为由活动类型、输入参数和输险化学品运输监控系统拓扑结构如图5所示 出参数三个要素构成,而控制依赖关系为活动间的顺序、并发、 选择、循环关系;数据依赖关系则为数据源和数据目的地间的映 领导7员工 站管理维修点 射。当定义的事件发生时,若条件得到满足,则执行预定义的活 动。通过将活动组合为子过程的方式进行流程配置,将具体应 目自 用的业务逻辑从程序代码中分离出来,并允许替代服务的实现 调服务器通信服务器负载监控数据库服务器 图4展示了数据处理引擎的结构。其中,流程解析器的功能为 物联同服务总钱 将规则描述语言解析为抽象语法树AST( Abstract Syntax Tree), 包含消息实体描述解析部分和规则文件解析部分。结合面向对 象技术,通过构造可复用的编译基本类,采用递归下降法加以解 设备代理服务器1设备代理服务器2GFS处理服务器GPS处理服务器 ADSLIGGRPS DMA 析。流程执行器的功能为遍历AST,调用各子执行器完成语句 的执行,其中每个子过程可以动态绑定一个或者多个下层的服 惫化品车辆GBs摄像头 务,服务的执行相互独立,具体过程为:流程执行器内包括数据 图5危险化学品运输监控系统拓扑架构 库执行器、消息队列执行器、 Web service执行器和TCP/IP通信 2交互设计 传输执行器,流程配置中的活动描述与相应子执行器中的语义 处理函数建立映射;语义处理函数通过物联网数据服务总线提 根据SOM中间件的设计理念,注重每个危险化学品车载终 供的数据处理接口接入总线,运用总线的 Service Engine组件实 端的静态属性信息以及如GrS、温度、湿度等动态信息,对车载 现数据库应用、界面管理査询等功能。处理引擎向上层应用系 终端和各传感设备的参数与服务进行配置,以及设置车辆报警 统暴露获取流程配置文件、解析和执行三个接口,以此来实现具 规则。以GPS信息的监控为例,图6展示了监控端与服务器间 的交互过程。设备代理服务器不是直接与GPS处理服务器通 体应用系统的接入 信,而是通过调度服务器对其进行负载均衡,再通过通信服务器 物联网 具体应用 危化品运输 污水处理监测… 获得GFS数据,避免因大批量并发操作导致的网络阻塞和系统 崩溃 消惠处理 肖息处理 流程配置文件 实阳规文 规则文件 监控 设备代理务器两度服务器 通信务器 进S处理服务器 描速度件 获取对象状态信息 !发活请求信息技务器信息 数据处理引辈接口 返国状态值息 返CUO信息 ←---y调度1 送目标通伯服务器 获取务器信息 数处理引鼙 连接信息 流程解析器 流程执行器 发送接请求 返面PD息 清息实体措述分析 皲据库| MQ Web Service!TuPP 执行器执行器执行器执行器 运英广+二 规則文件解析 数据暂存 数据交互服务接口 工 发送请求息 配置GP,传感器等 争1发选连接看求 标务、k5/ 接信廛 连接息 数据源 Web Service TCPAP通信 参数信惠量 数据存储消患队列管理 务 设量车辆皆规则 图4物联网数据处理引擎结构图 理信息显现 2SOM中间件在危险化学品运输监控系统中 图6危险化学品运输监控端与服务器的交互过程 的应用 2.3系统特点 基于SOM中间件的危险化学品运输监控系统具有如下 本文设计的SOM中间件已在一些实际项目中得到应用。特点 以GFS和传感技术为硬件基础、SOM中间件为软件基础的物联 (1)在SOM设计、实现过程中,将来自危险化学品运输终 网相关技术,可以实现危险化学品运输监控的信息化和智能化。 (下转第12页 第5期 常春光等:基于 Vague集BP网的应急救援物资需求模式识别 121 过10次试验,三种方法的运行效果如图2所示。 fuzzified neural networks from fuzzy if- then rules[J]. Fuzzy Sets and systems,2001,120(2):281-307 量叫尖 7 Aliey R A, Guirimow B G, Bijan Fazlollahi, et al. Evolutionary algo- rithm-based learning of fuzzy neural networks. Part 2: Recurrent fuzz neural networks[ J]. Fuzzy Sets and Systems, 2009, 160(17):2553 实验序号 [8 Gau Wenlung, Buehrer D J Vague sets[ J]. IEEE Transaction on Sys- 图2三种方法下训练效果比较 tem, Man and Cybernetics, 1993, 23(2): 610-614 从图2可以看到,经典的BP网方法下,测试精度最低。而[9] Chen s m. Measures of similarity between vague sets[, Fuzzy Sets 引入 vague集的BP网的测试精度有所提高。可见,融入 Vague and Systems,1995,74(2):217-223 集理论的VP网即包含了为真的隶属度信息,也包含了非隶属10] Boran F e, Kurt m, Akay D. A multicriteria intuitionistic fuzzy group 度信息,且考虑了 Vague集支持度t与 Vague集反对度∫的比 decision making for selection of supplier with TOPSIS method[ J]. Ex- 例关系,较单一的隶属度信息,容纳了样本更为丰富的内在信 pert Systems with Applications, 2009, 36(8), 11363-11368 息。因此,其训练效果与经典BP网相比,测试精度更高。另 [11]石玉强,王鸿绪. vague值向Fuzy隶属度转化方法的准则[J].计 算机工程与应用,2005,41(24):169-171,187 外,本文提出的VBP网(VBP2)较ⅤBP1具有更好的训练效12]石玉强,王鸿绪,关于Ⅴae值转化为Fuy集方法的分析[J 果,验证了本文提出的模糊化转换公式具有较强的不确定信息 计算机工程与应用,2006,42(4);48-50 处理能力。 (上接第67页 5结语 端、摄像头等封装为统一的设备模型,对其间的交互采用统一的 接口定义,具有较好的可扩展性,符合IOT网络万物互联的理 作为不确定信息描述的一种新的工具,Vge集不仅描述念,能很好地适应未来监控终端和其它系统的扩展接入。 了真隶属度的下限,还包含了非隶属度的下限、未知度的信息。 (2)危险化学品运输终端数据的传输及处理过程,运用具 在对不确定信息描述时,显示出在一定程度上比Fuay集更为备负载均衡功能的服务总线技术,有效避免监控车辆、监控路况 全面的、更具普适性的优势,但该理论的在未知度信息处理方面等的实时信息不能及时传输和处理的问题能对异常报警、紧急 还未成熟,值得进一步深入研究。 报警等作出快速响应。 Vague集与BP网结合的研究,可以提高含有未知信息的训 (3)对车辆监控报警规则和部分消息处理流程,通过运用 练样本的学习能力,在一定程度上克服未知信息带来的样本学数据处理引擎配置报警流程和处理流程,实现对报警规则、处理 习的难题。 规则的统一管理,能很好地适应业务规则的变动。 本文以地震应急物资需求特征识别问题为背景,设计了 种包括输入层,模糊化层、隐含层与输出层在内的四层多输出3结语 VBP网的拓扑结构。在分析 vague集支持度与 Vague集反对度 关系的一系列准则基础上,提出了一种确定模糊隶属函数的方 本文提出一种面向服务的物联网中间件,并设计与实现了 法,实现了 Vague集相关信息向Fuy集相关信息的转化,在 SOM中间件系统。在SOM中间件中以提供与物相关的服务为 定程度上,克服了 vague集未知度信息难于处理的难题。 核心,通过定义中立的服务接口,实现物以及物与物间的有效管 实验结果表明,在相同样本集的前提下,本文提出的VBP理、交互,以及与上层具体应用的对接。最终通过应用实例,验 网较经典BP网以及基于文献[9]的模糊信息转化公式的VBP证了SOM的设计思想和功能。 网具有较高的测试精度,显示了本文提出的ⅤBP网具有较强的 处理未确知信息的能力。 Vague集作为一种新型的不确定信息 参考文献 处理工具,对其自身理论的深入研究、对其与其他理论结合的研 1 Ovidiu Vermesan, Peter Friess, Patrick Guillemin, et al. Internet of 究将是未来研究的一个主要的趋势,VBP网将具有较广泛的应 Things Stralegic Research Roadmap[ R]. EPoSS, Sep, 2011 用前景。 [2 Harald Sundmaeker, Patrick Guillemin, Peter Friess, et al. Vision and 参考文献 Challenges for Realising the Internet of Things M]. European Union 2010 [1] Maryam Kalantarnia, Faisal Khan, Kelly Hawbcldt. Modelling of BP[3]孙其博,刘杰,黎羴等.物联网:概念、架构与关键技术研究综述 Texas City refinery accident using dynamic risk assessment approach [J]北京邮电大学学报,2010,33(3):1-9 [J]- Process Safety and Environmental Protecticn, 2010, 88(3):191 4 Caro R, Garrido D, Plaza P, et al. SMEPP: A Secure Middle-ware For Embedded p2P. ICT Mobile summit. 2009 [2]杨帆郑宝柱,剡亮亮基于BP神经网络的地震伤亡人数评估体5]王福,杭强伟.物联网共性平台研究[J计算机应用与软件,2012 系研究[J].灾防御技术,2009,4(4):428-435 29(8):95-97 [3]于山,王海霞,马亚杰.三层BP神经网络地震灾害人员伤亡预测[6]郡华钢,程劲,王辉等.面向物联网的系统及其中间件设计[J].计 模型[J.地震工程与工程震动,205,25(6):113-117. 算机工程,2010,36(17):84-86 [4] Zadeh L a. Fuzzy sets[门]. nform and control,1965(8):338-356.[7]吴步丹,金芝,赵彬.面向服务的建模:一种全过程复用的方法 [5]Ralf Ostermark. A hybrid genetic fuzzy neural network algorithm de- [J].计算机学报,2008,31(8):1293-1307 signed for elassification problems involving several groups [J]. Fuzzy [8] Chen Feng, Rong Xiaohui, Deng Pan. A Survey of Device Collabora Sets and Systems, 2000, 114(2): 311-324 tion Technology and System Software[ J]. Acta Electronica Sinica 6] Hisao Ishibuchi, Manabu Nii. Numerical analysis of the learning of 2011,39(2):440-447

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