CN103118128A - 一种基于本体的语义传感网系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于本体的语义传感网系统，基于模块化部件灵活扩展的特性，主要是指新型体系结构中的处理单元、通讯单元、存储单元作为系统内的模块化部件，可以进行灵活的配置，包括从系统中添加部件或删除部件等操作。这种灵活性体现在添加和删除某一模块时，基本不用或很少对其他模块进行复杂的配置工作，从而减少系统管理的复杂程度。高可用、高可扩展的模块化网络服务器体系结构所具有的上述优点，使得其弥补了传统的以计算资源为核心的网络服务器体系结构的不足，使其体系结构所带来的资源均衡配置、灵活扩展等诸多特性，使其更适用于复杂的高性能商业应用领域，因而具有非常广阔的发展前景。

Description

一种基于本体的语义传感网系统

技术领域

本发明涉及语义网和传感网领域，具体涉及一种基于本体的语义传感网体系框架。

背景技术

随着传感器技术的发展，作为连接物理世界和虚拟世界的桥梁-传感器网络也得到了迅速发展。目前传感器网络已被广泛应用到生态环境、智能家居、城市交通和医疗卫生等领域。但由于传感器网络没有统一的标准和体系结构，相互异构，各个传感器网络之间不能交互，因而存在一定的缺陷：（1）对于采集的传感器原始数据，其解释最终交给用户，即必须经过该领域的专业人员进行分析、处理，才能得到易理解的数据；（2）一个传感器网络只适应于特定的领域，范围狭窄、不能通用。

结合语义网和传感网理论和技术，本文提出了一种基于本体的语义传感网体系框架， 该框架基于本体，通过为传感数据提供共享概念模型，增强传感器数据语义，实现传感器数据在Web上的通信和访问，从而实现传感器信息的共享和重用。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于本体的语义传感网系统。

本发明的目的是按以下方式实现的，系统是以本体为核心，在传感网和语义网理论和技术的基础上，结合传感网和语义网体系架构，整合扩展而来。该框架通过本体技术，为传感器数据构建共享概念模型，增强传感器数据语义，实现传感器数据在Web上的交互和访问，以解决传感器网络的局部性。该框架主要包括如下结构，如图1所示：物理层（1），传感器层（2）、语义层（3）、服务层（4）、应用层（5），其中：

物理层：由各种异构的传感设备构成，如传感器、无线射频设备和工业检测器等，实现各种传感设备的网络部署和数据的采集。

传感器层：利用云存储实现传感器数据的存储；传感数据过滤模块则根据传感器阈值和条件实现传感器数据的过滤。传感器数据规范化则利用SWE规范描述过滤后的传感器数据，实现传感器的分类和标识（为每个传感器提供全球独立的唯一的ID号）等基本功能。传感器数据存储采用云存储技术实现对规范化后数据的存储。

语义层：本体分为传感器本体和情景感知本体，其中传感器本体主要是面向传感器，为传感器和传感器观测值提供明确的共享概念模型，实现传感器自身特性的语义描述以及传感数据的时空主题语义；情景感知本体主要是面向用户，根据用户兴趣度构建本体，关联传感器本体中主题信息，实现知识推理等功能。语义处理模块：实现传感器及其观测值的语义标注，为传感器及其观测值提供上下文信息，如时间、空间和主题等语义信息，并通过概念抽取实现本体的自动完善。

服务层：连接语义层和应用层的中间件。提供相关的服务，如传感器发现服务、传感器规划服务、Web通知服务等。本文将以传感器发现服务为主，并逐步实现传感器的自动注册、规划部署、主动服务等功能。

应用层：以B/S和C/S方式供用户使用，B/S方式将提供一个在线的用户访问页面，用户可以通过互联网，利用时间、空间和主题查找相关的传感器信息，而不必了解底层信息。C/S方式提供传感器虚拟系统下载安装，供专业用户数据分析。

基于该框架，能够实现传感器的自动分类、传感器的自动发现、传感数据融合、知识推理以及产生如报警信号、能量耗尽等事件和传感器的规划部署、自动注册功能。

本发明的有益效果是：基于模块化部件灵活扩展的特性，主要是指新型体系结构中的处理单元、通讯单元、存储单元作为系统内的模块化部件，可以进行灵活的配置，包括从系统中添加部件或删除部件等操作。这种灵活性体现在添加和删除某一模块时，基本不用或很少对其他模块进行复杂的配置工作，从而减少系统管理的复杂程度。高可用、高可扩展的模块化网络服务器体系结构所具有的上述优点，使得其弥补了传统的以计算资源为核心的网络服务器体系结构的不足，使其体系结构所带来的资源均衡配置、灵活扩展等诸多特性，使其更适用于复杂的高性能商业应用领域，因而具有非常广阔的发展前景。

附图说明

图1是基于本体的语义传感网系统拓扑图；

图2是基于本体的语义传感网系统结构示意图。

具体实施方式

参照说明书附图对本发明的方法作以下详细地说明。

下面参照附图，对本发明的内容以一个具体实例来描述实现这一体系结构的过程。

正如发明内容中所描述的，本发明体系结构主要包括：物理层（1），传感器层（2），语义层（3），服务层（4），应用层（5）。

在这一体系结构中物理层是数据的来源。常用的采集设备如传感器；传感器层主要用来处理物理层采集的数据，可由传感器自身或计算机进行处理，根据SWE规范对传感器数据进行描述，最后存储到云端。语义层则主要用来构建本体，采用本体中的类及其关系标注处理后的传感器数据，最后以XML形式呈现出来。服务层则主要提供传感器发现服务、Web通知服务、传感器规范服务等。应用层则是根据提供的服务，通过Web实现传感器信息的发布和共享。

此外，语义层为此体系结构的核心, 实现了传感器数据的语义标注、传感器数据的Web化(将专业的、难懂传感器的数据采用XML进行表示)、传感器本体的半自动构建、知识推理等功能。

在一个典型的配置环境中，我们可以采用两台小型异构的传感器作为物理层的数据采集和部分数据处理模块；采用3台存储服务器搭建云环境，作为传感器数据处理和存储模块，以及语义处理模块；1台以太网交换机作为网络通讯；其上集成了各个协议通信及转换模块。

我们提出的基于本体的语义传感网体系框架以语义层为核心，通过数据采集、源数据处理、数据的语义处理、以及传感器发现服务，实现传感器及传感器信息的Web发布。

如图2所示，本框架核心的系统实现主要包括：物理层的传感器数据采集模块（1），传感器层的源数据处理和存储模块（2）语义层的语义处理模块和存储转换模块（3），服务层的传感器发现服务模块（4），应用层的信息发布和共享模块（5）。

与传统的传感器网络体系结构相比，这种新型的体系结构实现了传感器数据的云存储、传感器及传感器数据的语义处理、传感器信息Web发布和共享等特性。

其中，传感器数据的语义描述包括传感器本体的半自动构建、语义转换、语义标注、XML表示。

传感器信息Web发布和共享表示在Web上通过查询传感器ID(传感器的URI)，获取传感器的位置、传感器某段时间或某一时间的观测值以及传感器物理信息描述。

传感器数据的云存储，通过搭建公司的云环境，实现传感器数据的在云端存储。

除说明书所述的技术特征外，均为本专业技术人员的已知技术。

Claims (1)

1.一种基于本体的语义传感网系统，其特征在于以本体为核心，在传感网和语义网理论和技术的基础上，结合传感网和语义网的系统结构整合扩展而来，通过本体技术，为传感器数据构建共享概念模型，增强传感器数据语义，实现传感器数据在Web上的交互和访问，以解决传感器网络的局部性，该系统包括：物理层（1）、传感器层（2）、语义层（3）、服务层（4）、应用层（5）、语义处理模块（6）其中：

物理层：由各种异构的传感设备构成，如传感器、无线射频设备和工业检测器，实现各种传感设备的网络部署和数据的采集；

传感器层：利用云存储实现传感器数据的存储；传感数据过滤模块则根据传感器阈值和条件实现传感器数据的过滤，传感器数据规范化则利用SWE规范描述过滤后的传感器数据，实现传感器的分类和标识，即为每个传感器提供全球独立的唯一的ID号的基本功能，传感器数据存储采用云存储技术实现对规范化后数据的存储；

语义层：本体分为传感器本体和情景感知本体，其中传感器本体主要是面向传感器，为传感器和传感器观测值提供明确的共享概念模型，实现传感器自身特性的语义描述以及传感数据的时空主题语义；情景感知本体是面向用户，根据用户兴趣度构建本体，关联传感器本体中主题信息，实现知识推理的功能；

语义处理模块：实现传感器及其观测值的语义标注，为传感器及其观测值提供上下文信息，如时间、空间和主题的语义信息，并通过概念抽取实现本体的自动完善；

服务层：连接语义层和应用层的中间件，提供相关的服务，包括：传感器发现服务、传感器规划服务、Web通知服务，逐步实现传感器的自动注册、规划部署、主动服务的功能；

应用层：以B/S和C/S方式供用户使用，B/S方式将提供一个在线的用户访问页面，用户通过互联网，利用时间、空间和主题查找相关的传感器信息，而不必了解底层信息，C/S方式提供传感器虚拟系统下载安装，供专业用户数据分析；

基于该框架，能够实现传感器的自动分类、传感器的自动发现、传感数据融合、知识推理以及产生如报警信号、能量耗尽的事件和传感器的规划部署、自动注册功能。

Images