CN102999582B - 一种轻量级基于规则的物品万维网监控系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种轻量级的基于规则的物品万维网(Web of things, WoT)的监控系统。包括感知装置模块、信息处理模块、决策模块；感知装置模块包括数据源1…数据源n；信息处理模块包括规则库、知识库、规则引擎、数据处理中心；决策模块包括事件处理系统、决策系统、实时监控系统；其中，数据源1…数据源n分别接数据处理中心的输入端，数据处理中心、规则库、知识库的输出端接规则引擎的输入端，规则引擎的输出端接事件处理系统的输入端，事件处理系统的输出端接决策系统的输入端，决策系统的输出端接实时监控系统的输入端；感知装置模块负责感知数据的采集，通过Web技术将数据传输给信息处理模块处理并产生相应的事件并将事件交给决策模块进一步的处理。
Description
技术领域
本发明涉及一种轻量级的基于规则的物品万维网(Web of things, WoT)的监控系统。
背景技术
传感器技术已经广泛应用于真实物理世界的监测及感知，例如健康状况监测、矿井监测、海洋监测、智慧家庭等。在很多实际应用场景中为了精确监测某种现象或者事件，可部署多种不同类型的传感装置以监测各种不同参数，最后将这些不同参数集成为更高层次的信息。传统多源数据融合技术，针对多源数据进行复杂数学计算。其不足在于算法具有特定针对性，且无法与知识库相集成，缺少灵活性。例如，在健康监控系统中，根据传感器监测到病人的体重、葡萄糖水平、病人是否运动等信息以及进餐时间等决定病人服用药物的剂量或者将病人的健康信息发送给监控中心。当医学知识发生变化时，判断病人健康状况的传统数据融合算法须重新修改。但若由具有丰富经验的医生将传感器数据组合形成一组有效规则，且规则描述可随应用环境而变化，应用具有了灵活性。
物联网感知设备的异构性，例如异构网络、数据描述、传输方式等差异性，导致不同应用之间相互协作，相互集成的复杂性。万维网技术已被证明是一项非常成功的因特网应用，将万维网技术应用到物联网中就产生了物品万维网技术。WoT技术的平台架构采用Web技术屏蔽底层技术的差异，提供了物与物之间的互操作性。通过物品万维网技术，将物品虚拟化为万维网资源，为它们之间的互操作性提供了基础，实现物品之间，物品与虚拟资源、人之间的交互与协作。物品万维网技术为物品所感知的数据描述格式、传输机制、操作方法提供一种互操作方案，从而可方便对多源、异构的数据进行推理、挖掘、语义标注、关联等操作。万维网中的HTTP协议基于C/S架构不适合于基于事件的监测类应用。例如，当系统监测到某类事件发生时，需要用户定期刷新页面，向服务器发送请求并响应后才能获得最新信息。在基于WoT平台上，利用实时Web技术实现数据的实时传输包括感知设备源数据实时传输给规则引擎及将多源数据采用规则处理所产生的更高层次信息实时发送给监控中心。
发明内容
技术问题： 针对上述问题，本专利提出一种轻量型的基于规则的实用物品万维网监控系统方案，采用基于用户可定制规则技术将多源传感器数据集成为对用户更加直观的信息。采用基于Web技术的数据描述(JSON)、传输(HTTP)、操作(CRUD操作)、实时传输(发布/订阅)感知装置数据，并采用基于Javascript的规则引擎对数据进行处理并将处理后的信息实时传送给决策中心。
技术内容： 本发明的一种轻量级基于规则的物品万维网监控系统包括感知装置模块；信息处理模块；决策模块；
感知装置模块包括数据源1…数据源n；信息处理模块包括规则库、知识库、规则引擎、数据处理中心；决策模块包括事件处理系统、决策系统、实时监控系统；其中，数据源1…数据源n分别接数据处理中心的输入端，数据处理中心、规则库、知识库的输出端接规则引擎的输入端，规则引擎的输出端接事件处理系统的输入端，事件处理系统的输出端接决策系统的输入端，决策系统的输出端接实时监控系统 的输入端；感知装置模块负责感知数据的采集，通过Web技术将数据传输给信息处理模块处理并产生相应的事件并将事件交给决策模块进一步的处理；
所述感知装置模块包括：支持IP协议的感知装置通过嵌入Web服务器，使其可执行RESTful风格操作，并采用包括但不限于JSON、XML格式进行数据传输；不支持IP协议的感知装置通过网关实现其私有协议与HTTP协议之间的转换从而支持RESTful风格操作；感知装置采用实时Web技术将数据传送给信息处理模块，对于可直接检测到事件发生的感知装置可由装置将数据推送到网关，而无法直接检测事件的，当规则引擎需要数据时由向该感知装置发送请求获取数据；
所述信息处理模块包括： 通过一个放置在数据源附件的网关实现，功能包括：装置管理模块；数据处理模块；数据存储模块；知识库模块；规则引擎模块；系统管理模块；
所述决策模块包括：
1)事件的展示：通过图形化方法向用户展示事件的信息，事件队列中取数据，以实时Web技术将数据实时推送到客户端页面显示；
2)事件的存储：包括临时性存储和持久性存储，临时性存储按照事件优先级将事件存储在队列中等待处理，将已处理事件作为历史记录持久保存；
3)事件的响应：定制响应的方式；
4)事件优先级管理：由管理人员设定事件优先级。
所述装置管理模块包括：感知装置启动后，自动向附近网关注册，或由管理人员手工注册，网关为其自动分配唯一存储数据的队列资源，该队列资源具有唯一URL，并将该URL以Web-Hook的形式存储在感知设备上，允许设备将数据发布到队列中；
所述数据处理模块包括： 对感知数据的检查、语义转换任务；
所述数据存储模块包括：主要为两种存储方式：临时存储和永久存储；临时存储将感知数据存放在队列中等待处理，规则引擎从队列中取数据；当数据被规则引擎处理后，数据被保存到数据库作为历史记录并从队列中删除；因为每次业务规则引擎只需获取最新数据，因此当队列满时，将数据除了最新进入的数据之外其余数据保存到数据库中并标记为未处理；为了维护方便，为每种感知设备维护一个队列且为其分配一个唯一的URL，通过HTTP协议的PUT、GET、DELETE等操作对URL操作以实现数据的管理；
所述知识库模块包括：所述模块以规则的形式为系统提供对数据处理的方式，规则可随着领域知识的更新而改变；
所述系统管理模块包括：向用户提供规则定义界面；用户可对规则进行远程部署、更新、删除等操作；对系统运行情况监控；
所述规则引擎模块包括：负责执行规则，并从感知装置数据队列中及知识库中获取数据；其执行顺序如下：
1）规则引擎向网关注册某个主题或者事件的一个回调接口，当该主题满足要求或者事件发生时，触发规则引擎执行规则；
2）传感器将数据保存到网关中；
3）网关检查该数据是否发生变化，当发生变化时，通知规则引擎；
4)规则引擎从本地规则库中调用被触发的规则执行；
5)规则引擎从数据处理模块获取传感器数据；
6)数据处理模块将数据返回给该规则引擎；
7)规则引擎从知识库中获取所需要的信息；
8)知识库返回信息；
9)规则引擎执行规则，并产生相应事件；
10)规则引擎将该事件以实时Web的形式发送给决策中心。
所述规则引擎模块包括：
该模块包括Poller组件、Pub/Sub组件、Rule引擎页面，其实现原理为：
将数据源有新数据的事件转换为Web页面的DOM事件即可触发规则的执行。
所述Poller组件包括：Poller组件采用定期轮询机制从感知装置上读取数据并以
Restful风格的PUT操作保存到ActiveMQ队列中。
所述Pub/Sub组件包括：Pub/Sub组件用于监控是否有新数据到达，当有新数据到达时，打开规则引擎调用页面，通过Web页面DOM2 onload事件激活规则去执行，规则以RESTful式接口的方式从ActiveMQ队列中取数据并执行。
Rule引擎页面包括：
Rule 引擎页面主要包含了采用JSON描述的规则集以及Javascript 规则引擎，
当规则满足时，规则调用Javascript函数产生相应的JSON格式描述的事件并保存
至决策中心。
所述决策模块包括：
1.)事件的展示：通过图形化方法向用户展示事件的信息，事件队列中取数据，以实时Web技术将数据实时推送到客户端页面显示；
2.)事件的存储：包括临时性存储和持久性存储，临时性存储按照事件优先级将事件存储在队列中等待处理，将已处理事件作为历史记录持久保存；
3.)事件的响应：定制响应的方式；
4.)事件优先级管理：由管理人员设定事件优先级。
有益效果：本发明具有以下优点：
建立在物品万维网技术之上即使用Web技术屏蔽数据源的异构性；
使用RESTful风格对资源及数据进行操作，包括创建、读取、更新、删除；
采用JSON描述规则，采用基于Javascript的规则引擎执行业务规则，使系统完全以Web技术相集成，可充分利用Web技术的优势；
系统可方便与语义Web知识库相集成。
支持多种应用场景，例如，可以监控多种类型的事件，例如城市火警、医疗监护等。
附图说明
图1是系统模型图。
图2是系统架构图。
图3是规则引擎执行过程图。
图4是一种实现模型图。
具体实施方式
1. 系统模型
系统模型如图1所示。主要包括三个部分：感知设备模块、信息处理模块、决策模块。其主要过程为：
数据源将监测的数据实时传输给数据处理中心处理，主要包括：检查数据的有效性，例如数据是否完整，数据格式是否有效等；数据语义的转换，例如来自不同厂家的传感器监测同样的物理现象，但数据描述字段却不一样；数据的存储，包括临时存储和永久存储；
规则库用以存储用户定义的规则，这些规则除了使用传感器所监测的数据，还可使用知识库中已有的知识。
规则引擎执行用户规则对数据进行处理，并产生相应的信息；
将信息以事件的方式通知实时监控系统；
实时监控系统将信息可视化显示或者传递给决策系统；
决策系统根据用户需求对事件进行处理。
2. 系统架构
系统架构如图2所示，其可监控不同的应用场景，并将信息上报到决策中心，其组成部分包括：
2.1 感知装置模块
感知装置可通过两种方式实现WoT：支持IP协议的装置上直接嵌入Web服务器；不支持IP协议的，通过设备网关实现Web与装置私有协议之间的转换。感知设备采用实时Web技术将数据实时传输给网关，对于可直接检测到事件发生的感知装置可由装置将数据推送到网关，而无法直接检测事件的，当规则引擎需要数据时由系统向设备发送请求获取数据。例如，数据处理中心向温度传感器发送请求获取温度值，这属于Pull模式；对于RFID设备，当读卡事件发生时，将所读数据以Push方式传输给数据处理中心。
2.2 信息处理模块
该模块是系统的核心功能部分，通过一个放置在数据源附件的网关实现。主要功能有：
装置管理模块：感知设备启动后，自动向附近网关注册，也可以由管理人员手工注册，网关为其自动分配唯一存储数据的队列资源，该队列资源具有唯一URL，并将该URL以Web-Hook的形式存储在感知设备上，允许设备将数据发布到队列中。设备元数据信息保存到数据库中。
数据处理模块：主要负责对数据的检查、语义转换等任务。
数据存储模块：主要包括临时存储和永久存储。临时存储是将感知数据存放在队列中等待处理，规则引擎取队列中取数据。当数据被规则引擎处理后，将数据保存到数据库作为历史记录并从队列中删除。因为每次业务规则引擎只需获取最新数据，因此当队列满时，将数据除了最新进入的数据之外其余数据保存到数据库中并标记为未处理。为每种感知设备维护一个队列且为其分配一个唯一的URL，通过HTTP协议的PUT、GET、DELETE等操作对URL操作实现数据的管理。
知识库模块：在编写规则时，可能需要利用到知识库中的信息与实时监测数据一起判断。
系统管理模块：向用户提供规则定义界面；用户可对规则进行远程部署、更新、删除等操作；对系统运行情况监控。
规则引擎模块：负责执行用户定义的规则。用户编写规则，但所需数据从感知装置及知识库中获取。
2.2.1 规则引擎模块的执行过程如图3所示。其主要过程如下：
1. 规则引擎向网关注册某个主题或者事件的一个回调接口，当该主题满足要求或者事件发生时，触发规则引擎执行规则；
2. 传感器将数据保存到网关中；
3. 网关检查该数据是否发生变化，当发生变化时，通知规则引擎；
4. 规则引擎从本地规则库中调用被触发的规则执行；
5. 规则引擎从数据处理模块获取传感器数据；
6. 数据处理模块将数据返回给该规则引擎；
7. 规则引擎从知识库中获取所需要的信息；
8. 知识库返回信息；
9. 规则引擎执行规则，并产生相应事件；
10. 规则引擎将该事件以实时Web的形式发送给决策中心。
规则引擎采用轻量级的基于JSON的Web规则引擎实现。执行实现过程如下：
首先将数据源有新数据的事件转换为Web页面的DOM事件即可触发规则的执行。实现机制如图4所示。图4中的Poller组件采用定期轮询机制从感知装置上读取数据并以Restful风格的PUT操作保存到ActiveMQ队列中。Pub/Sub组件用于监控是否有新数据到达，当有新数据到达时，打开规则引擎调用页面，通过Web页面DOM2 onload事件激活规则去执行，规则以RESTful式接口的方式从ActiveMQ队列中取数据并执行。Rule 引擎页面主要包含了采用JSON描述的规则集以及Javascript 规则引擎。当规则满足时，规则调用Javascript函数产生相应的JSON格式描述的事件并保存至决策中心。
2.3 决策模块
规则引擎将规则执行结果以事件的形式通知决策中心，它可根据用户需求去响应和处理事件，也可以GUI的形式向用户展示信息并通知用户。决策中心的功能主要包括：
事件的展示：通过图形化方法向用户展示事件的信息，例如事件发生地，发生时间，发生可能原因等，事件队列中取数据，以实时Web技术将数据实时推送到客户端页面显示。
事件的存储：包括临时性存储和持久性存储。临时性存储按照事件优先级将事件存储在队列中等待处理，将处理过事件作为历史记录持久保存；
事件的响应：定制响应的方式，例如系统自动处理或者向用户发送短信等；
事件优先级管理：由管理人员设定事件优先级。
Claims (6)
1.一种轻量级基于规则的物品万维网监控系统，其特征在于该系统包括感知装置模块；信息处理模块；决策模块；
感知装置模块包括数据源1，…，数据源n；信息处理模块包括规则库、知识库、规则引擎、数据处理中心；决策模块包括事件处理系统、决策系统、实时监控系统；其中，数据源1…数据源n分别接数据处理中心的输入端，数据处理中心、规则库、知识库的输出端接规则引擎的输入端，规则引擎的输出端接事件处理系统的输入端，事件处理系统的输出端接决策系统的输入端，决策系统的输出端接实时监控系统的输入端；感知装置模块负责感知数据的采集，通过Web技术将数据传输给信息处理模块处理并产生相应的事件并将事件交给决策模块进一步的处理；
所述感知装置模块包括：支持IP协议的感知装置通过嵌入Web服务器，使其可执行RESTful风格操作，并采用JSON、XML格式进行数据传输；不支持IP协议的感知装置通过网关实现其私有协议与HTTP协议之间的转换从而支持RESTful风格操作；感知装置采用实时Web技术将数据传送给信息处理模块，对于可直接检测到事件发生的感知装置可由装置将数据推送到网关，而无法直接检测事件的，当规则引擎需要数据时向该感知装置发送请求以获取数据；
所述信息处理模块包括：通过一个放置在数据源附件的网关实现，该网关包括如下子模块：装置管理模块；数据处理模块；数据存储模块；知识库模块；规则引擎模块；系统管理模块；
所述决策模块包括：
1)事件的展示：通过图形化方法向用户展示事件的信息，事件队列中取数据，以实时Web技术将数据实时推送到客户端页面显示；
2)事件的存储：包括临时性存储和持久性存储，临时性存储是按照事件优先级将事件存储在队列中等待处理；持久性存储是将已处理事件作为历史记录持久保存；
3)事件的响应：定制响应的方式；
4)事件优先级管理：由管理人员设定事件优先级。
2.根据权利要求1所述的轻量级基于规则的物品万维网监控系统，其特征在于
所述装置管理模块包括：感知装置启动后，自动向附近网关注册，或由管理人员手工注册，网关为其自动分配唯一存储数据的队列资源，该队列资源具有唯一URL，并将该URL以Web-Hook的形式存储在感知设备上，允许设备将数据发布到队列中；
所述数据处理模块包括：对感知数据的检查、语义转换任务；
所述数据存储模块包括：主要为两种存储方式：临时存储和永久存储；临时存储将感知数据存放在队列中等待处理，规则引擎从队列中取数据；当数据被规则引擎处理后，数据被保存到数据库作为历史记录并从队列中删除；因为每次业务规则引擎只需获取最新数据，因此当队列满时，将数据除了最新进入的数据之外其余数据保存到数据库中并标记为未处理；为了维护方便，为每种感知设备维护一个队列且为其分配一个唯一的URL，通过HTTP协议的PUT、GET、DELETE操作对URL操作以实现数据的管理；
所述知识库模块包括：所述模块以规则的形式为系统提供对数据处理的方式，规则可随着领域知识的更新而改变；
所述系统管理模块包括：向用户提供规则定义界面；用户可对规则进行远程部署、更新和删除操作；对系统运行情况监控；
所述规则引擎模块包括：负责执行规则，并从感知装置数据队列中及知识库中获取数据；其执行顺序如下：
1)规则引擎向网关注册某个主题或者事件的一个回调接口，当该主题满足要求或者事件发生时，触发规则引擎执行规则；
2)传感器将数据保存到网关中；
3)网关检查该数据是否发生变化，当发生变化时，通知规则引擎；
4)规则引擎从本地规则库中调用被触发的规则执行；
5)规则引擎从数据处理模块获取传感器数据；
6)数据处理模块将数据返回给该规则引擎；
7)规则引擎从知识库中获取所需要的信息；
8)知识库返回信息；
9)规则引擎执行规则，并产生相应事件；
10)规则引擎将该事件以实时Web的形式发送给决策中心。
3.根据权利要求2所述的轻量级基于规则的物品万维网监控系统，其特征在于所述规则引擎模块包括：
该模块包括Poller组件、Pub/Sub组件、Rule引擎页面，其实现原理为：将数据源有新数据的事件转换为Web页面的DOM事件即可触发规则的执行。
4.根据权利要求3所述的轻量级基于规则的物品万维网监控系统，其特征在于所述Poller组件包括：Poller组件采用定期轮询机制从感知装置上读取数据并以Restful风格的PUT操作保存到ActiveMQ队列中。
5.根据权利要求3所述的轻量级基于规则的物品万维网监控系统，其特征在于所述Pub/Sub组件包括：Pub/Sub组件用于监控是否有新数据到达，当有新数据到达时，打开规则引擎调用页面，通过Web页面DOM2onload事件激活规则去执行，规则以RESTful式接口的方式从ActiveMQ队列中取数据并执行。
6.根据权利要求3所述的轻量级基于规则的物品万维网监控系统，其特征在于Rule引擎页面包括：
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2012
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
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