CN103235855A - 一种传感网异构节点元模型的构建方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及智慧城市地理信息服务技术领域，尤其涉及一种传感网异构节点元模型的构建方法。本发明解决了现有的传感网异构节点缺乏有效描述手段且信息模型不统一的问题，构建了传感网异构节点元模型，提出了五种元数据构件和九元组结构的节点信息描述框架，扩展了异构节点信息的元数据要素。比较现有的传感网资源信息模型与管理模式，本发明中传感网异构节点元模型的内容全面地描述了异构节点的元数据信息，为异构节点的信息描述提供了一种通用的元模型框架和建模规范，为异构节点的统一管理和精确发现提供了支持，证明它是传感网资源管理中一种有利于异构节点建模的比较实用可靠的方法。

Description

一种传感网异构节点元模型的构建方法

技术领域

本发明涉及智慧城市地理信息服务技术领域，尤其涉及一种传感网异构节点元模型的构建方法。

背景技术

传感网是对地观测领域的新方法，它将分布式资源整合为一个动态自适应、可重构可配置的协同观测网络。作为一种复杂观测系统，传感网具有规模庞大、功能各异、动态分布的网络节点资源，如何对传感网异构节点进行集成管理与共享是一个巨大的挑战。基于节点元模型构建传感网异构节点信息模型，对于传感网资源的共享与互操作具有重要意义，有利于建立节点元数据信息的统一描述规范，实现异构节点的高效管理，从而满足陆表监测与应急响应条件下对传感网资源配置和体系结构设计的需求。

国际地球观测组织GEO提出，对地观测系统是一种包含网络化对地观测组件、数据探测与处理组件、数据交换与分发组件的集成系统。传感网作为对地观测领域的新方法，提供了使用标准协议和应用程序接口访问传感网资源并获取观测数据的基础设施，隐藏了底层结构、网络通讯细节和异构的传感器硬件。传感网环境下，基于各类平台的空天地传感器资源、负责数据加工与处理的模型计算资源以及面向不同观测领域和决策支持的应用服务资源统一于网络服务架构下，能够依据不同的应用需求，构建综合、持续、协同的分布式对地观测传感网服务系统。

NASA在2007年举办的传感网先进信息系统技术会议上指出，传感网是一种异构的、松散耦合的、分布式的节点集合，节点间采用一种通信结构进行交互，使传感网表现为一个独立的、动态自适应的、可重构的观测系统。其中，传感网节点被定义为一个具备感知、计算、存储、管理和通讯等一种或多种功能的独立实体。不同类型的节点承担传感网观测系统的不同角色，通过各自的分工和协作，共同完成传感网观测任务。由于传感网节点本质上是对传感网观测系统所涉及的各类观测、处理与应用服务等资源的聚合与抽象，对节点进行管理和组织，实际上就是对传感网资源的规划与配置。从复杂信息资源管理系统的角度进行分析，传感网节点的主要特征是具有异构性，即不同类型的节点，执行不同的功能，完成不同的任务，具有不同的组织结构、通信方式、元数据信息和能力评价标准。如何对异构节点信息进行全面有效的描述，也是节点资源建模面临的一个问题。

由于传感网节点涉及传感器、平台、节点能力、产品质量、节点状态、处理算法、应用服务等多个方面，建立节点信息模型就需要从不同角度刻画节点的元数据信息，而现有的传感网资源描述模型和元数据标准主要侧重某一类型的节点信息。例如在传感器与观测平台方面，美国国家技术标准局NIST和电器电子工程师协会IEEE联合制定了IEEE1451智能传感器接口标准协议族，侧重于传感器接口的标准化。开放地理信息联盟OGC提出的SWE传感网实施计划则包括四个信息模型与五个服务规范，为构建网络环境下传感器共享与互操作提供一个标准的框架。其中，传感器建模语言SensorML主要关注于如何描述传感器和传感器系统以及有关测量的XML表达，是一种面向处理的应用描述语言，不仅支持传感器基本信息的描述，而且能够表达传感器平台、观测系统、处理算法等内容。2012年，武汉大学的陈能成与胡楚丽分析了对地观测卫星传感器共享元数据需求，建立了传感器共享八元组元数据模型，并利用SensorML进行标准统一的形式化表达，建立了嵌套标准元数据的对地观测卫星传感器信息模型。

由于现有的传感网资源信息模型往往是依据建模者的主观认识来确定建模内容，且建模方法与工具不一致，无法满足传感网异构节点的建模需求，因此需要制定传感网节点的元数据标准，并通过统一的节点信息模型进行表达。针对对地观测应用领域，美国乔治梅森大学的狄黎平教授于2009年分析了传感网的元数据需求，指出目前还没有能完全满足传感网资源共享与互操作需求的元数据标准。

综上所述，传感网节点建模面临的主要问题是：

（1）针对传感网异构节点的不同类型、不同结构、不同工作方式和输入输出，目前还没有能够对异构节点信息进行全面、有效表达的建模机制，尚缺乏一种能够完整描述节点信息并体现其差异性的节点元数据模型，以在节点公共属性结构的基础上针对节点的异构性进行元数据扩展；

（2）针对传感网节点信息描述，目前只有涉及传感器、观测平台、处理算法、应用服务等相对独立的信息模型和元数据标准，建模对象单一且方法各异，元数据信息不完整、不具体，尚缺乏一种规范化、标准化的建模方法和工具，无法对传感网异构节点在统一的框架下进行系统描述。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提出了一种传感网异构节点元模型的构建方法。

本发明采用元建模技术，构建了传感网异构节点元建模的层次框架，建立了传感网异构节点分类体系与系统架构。基于传感网异构节点的管理需求，发展了异构节点元模型的五种元数据构件，提出了一种九元组信息结构的通用元数据描述框架，并针对异构节点的差异性对相关元数据要素进行了扩展。

本发明采用的技术方案是：一种传感网异构节点元模型的构建方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：构建传感网异构节点元建模的层次框架，建立所述的传感网异构节点分类体系与系统架构；

步骤2：根据所述的传感网异构节点的管理需求，构建所述的异构节点信息描述的元数据构件；

步骤3：基于所述的元数据构件，定义九元组信息结构的节点信息描述结构，确定通用的元数据要素；

步骤4：针对所述的异构节点的差异性信息，对其所述的元数据要素进行扩展。

作为优选，所述的步骤1进一步包括以下子步骤：

步骤1.1：定义所述的传感网节异构点元模型的相关概念，构建所述的异构节点元建模的层次框架，所述的层次框架具体包括传感网节点元元模型、传感网节点元模型、传感网节点信息描述模型和传感网节点实例四个层次框架；所述的层次框架刻画了所述的异构节点元建模的概念及其关系，每一层是其上一层的实例，同时又是下一层的抽象；

步骤1.2：根据所述的传感网异构节点的功能特性，将所述的异构节点划分为感知节点、处理节点和应用节点三类，建立基于所述的异构节点的传感网分类体系与系统架构；所述的感知节点指能够获取观测目标属性值，以搭载在各种平台上的传感器为中心的观测资源，主要包括天基卫星、空基飞行器与地基车辆或观测站点，需要根据任务需求通过传感器规划服务向感知节点指派观测任务，通过传感器观测服务获取感知节点的观测数据；所述的处理节点指能够对感知节点获取的观测数据进行加工与处理，生成各种数据产品的处理计算资源，主要包括模型计算、数据融合、模拟预测和专题制图等处理类型，通过网络处理服务对外发布；所述的应用节点指面向不同领域的应用服务资源，负责接收用户请求并根据处理节点的处理结果将数据产品返回给用户，包括完成某个传感网应用所需要的各类感知节点的传感器规划服务和传感器观测服务、多种应用节点的网络处理服务等内容，形成一种服务组合，具体涉及信息共享、预报预警、决策支持等领域。

作为优选，所述的元数据构件，包括五种元数据构件，其分别为节点标签元数据构件、节点性能元数据构件、节点状态元数据构件、节点服务元数据构件与节点可访问性元数据构件。

作为优选，所述的步骤3进一步包括以下子步骤：

步骤3.1：基于所述的元数据构件，定义九元组信息结构的节点信息描述结构，所述的九元组信息结构具体包括标识信息、特征信息、能力信息、质量信息、时空信息、运行信息、服务信息、管理信息和约束信息；所述的九元组信息结构的节点信息描述结构可以表达为：节点元数据={标识信息，特征信息，能力信息，质量信息，时空信息，运行信息，服务信息，管理信息，约束信息}。其中所述的标识信息和特征信息是所述的节点标签元数据构件的细化，所述的能力信息和质量信息是所述的节点性能元数据构件的细化，所述的时空信息和运行信息是所述的节点状态元数据构件的细化，所述的服务信息是所述的节点服务元数据构件的细化，所述的管理信息和约束信息是所述的节点可访问性元数据构件的细化；

步骤3.2：根据所述的九元组信息结构，分别确定每类元组包括的通用元数据要素及其数据类型、约束条件和出现次数；其中所述的标识信息通用元数据要素主要包括节点名称、节点标识符、节点类型、节点级别等元数据要素，所述的特征信息通用元数据要素主要包括设计功能、适用范围、核心组件、通信结构等元数据要素，所述的能力信息通用元数据要素主要包括工作能力、通信能力、存储能力、资源消耗水平等元数据要素，所述的质量信息通用元数据要素主要包括产品质量、服务质量等元数据要素，所述的时空信息通用元数据要素主要包括时空参考框架、地理位置、时效性等元数据要素，所述的运行信息通用元数据要素主要包括使用状态、故障状态等元数据要素，所述的服务信息通用元数据要素主要包括服务名称、服务类型、服务地址、输入输出等元数据要素，所述的管理信息通用元数据要素主要包括联系信息、历史信息、文档信息等元数据要素，所述的约束信息通用元数据要素主要包括访问权限、法律约束、安全约束等元数据要素；

步骤3.3：根据现有传感网资源信息模型和元数据标准，建立所述的传感网异构节点元模型的元数据要素字段、数据类型与所述的现有传感网资源信息模型的元数据字段、数据类型的映射关系，即建立所述的传感网异构节点元模型的元数据要素字段、数据类型与现有传感网通用数据模型、传感器建模语言SensorML以及地理标记语言GML等现有传感网资源信息模型中规定的相应元数据字段与数据类型的映射关系，引用已有的元素定义及数据类型，提高所述的异构节点元模型的通用性。对于所述的传感网异构节点元模型的可访问性信息元数据要素，其联系信息、法律约束、安全性约束分别映射为传感器信息描述模型中的联系组/联系列表、权利、安全性元数据字段；对于所述的传感网异构节点元模型的时空信息元数据要素，其有效时间映射为地理标记语言中的时间实例/时间段元数据字段，其实际寿命、平均无故障时间映射为传感网通用数据模型中的数量属性元数据类型，其地理位置映射为传感网通用数据模型中的位置/向量元数据字段；对于所述的传感网异构节点元模型的服务质量元数据要素，其服务价格、服务响应时间映射为传感网通用数据模型中的数量属性元数据类型。

作为优选，所述的步骤4进一步包括以下子步骤：

步骤4.1：根据所述的传感网异构节点的异构性特点，确定具有差异性信息的元数据要素，其包括异构节点的工作能力与异构节点的产品质量；其中感知节点的工作能力体现为感知观测能力，处理节点的工作能力体现为处理计算能力，应用节点的工作能力体现为应用服务的适宜程度；感知节点的产品质量体现为观测数据的质量，处理节点的产品质量体现为处理结果的质量；

步骤4.2：对所述的异构节点工作能力与产品质量两类差异性要素进行扩展，定义不同类型异构节点需要具体描述的元数据要素及其数据类型、约束条件和出现次数；所述的异构节点工作能力通用元数据要素包括能力类型和能力指标，对于所述的异构节点工作能力通用元数据要素的能力指标，扩展为观测能力指标、处理能力指标和应用能力指标；所述的观测能力指标包括观测对象、观测平台、传感器能力，其中传感器能力又具体涵盖传感器类型、覆盖范围、观测广度、观测深度、观测频度等内容；所述的处理能力指标包括处理对象、处理设备、数据处理能力，其中数据处理能力又具体涵盖处理算法、输入输出、处理时间等内容；所述的应用能力指标则包括应用领域、适用任务、服务设备。所述的异构节点产品质量通用元数据要素包括产品类型和质量指标，对于所述的异构节点产品质量通用元数据要素的质量指标，扩展为观测数据质量指标和处理结果质量指标；所述的观测数据质量指标包括观测数据集合、观测数据质量，其中观测数据质量又具体涵盖观测数据类型、数据精确性、数据正确性、数据一致性等内容；所述的处理结果质量指标包括处理结果集合、处理结果质量，其中处理结果质量又具体涵盖处理结果类型、结果精确性、结果正确性、结果一致性等内容；

步骤4.3：根据所述的异构节点差异性信息元数据要素，建立适用于不同类型异构节点的特有信息模板。具体包括感知节点传感器能力信息模板、处理节点处理设备信息模板、应用节点服务设备信息模板，感知节点观测数据质量信息模板、处理节点处理结果质量信息模板。

本发明相对于现有技术具有以下优点和积极效果：

（1）实现传感网异构节点信息的统一描述。本发明构建的传感网异构节点元建模层次框架，具有明确的层次结构，发展了异构节点元模型的五种元数据构件，提出了九元组信息结构的节点信息描述框架，能够对传感网异构节点的标签、综合性能、工作状态、提供服务、可访问性等属性信息进行全面表达和统一描述，有利于传感网异构节点信息建模与集成管理；

（2）支持异构节点差异性信息的表达。本发明构建的传感网异构节点元数据要素扩展机制，通过继承通用元数据要素，定义异构节点差异性信息的详细内容，支持不同对象、不同格式的异构节点信息表达，提供了异构节点元模型对异构节点差异性信息的描述方法，有利于传感网异构节点元模型的标准化。

附图说明

图1：是本发明的传感网异构节点元建模总体流程图。

图2：是本发明技的传感网异构节点分类体系与基于异构节点的传感网系统体系结构图。

图3：是本发明的九元组信息结构的节点信息描述框架构建示意图。

图4：是本发明的传感网异构节点元模型元数据要素UML类图。

图5：是本发明的传感网异构节点元模型的元数据字段、数据类型与现有传感网资源信息模型的元数据字段、数据类型的映射关系图。

图6：是本发明的通用元数据要素与异构节点差异性要素的扩展关系图。

图7：是本发明实施例提供的特定类型传感器能力模板要素与异构节点元模型元数据要素的映射关系图。

具体实施方式

下面以具体实施例并结合附图对本发明作进一步说明。

本发明所提出的传感网异构节点元模型的构建方法，构建了传感网异构节点元建模层次框架，建立了节点描述的五类元数据构件，设计了一种九元组信息结构的节点信息描述框架，并针对异构节点差异性信息进行了扩展。异构节点元模型的内容全面地描述了传感网异构节点的元数据信息，为异构节点的信息描述提供了一种标准的元数据框架和建模规范，可以用于传感网异构节点的信息描述，为传感网资源的集成管理与共享服务提供了方法基础。

请见图1、图2、图3、图5和图6，本发明所采用的技术方案为：一种传感网异构节点元模型的构建方法，包括以下步骤：

步骤1：构建传感网异构节点元建模的层次框架，建立传感网异构节点分类体系与系统架构；其进一步包括以下子步骤：

步骤1.1：定义传感网节异构点元模型的相关概念，构建异构节点元建模的层次框架，层次框架具体包括传感网节点元元模型、传感网节点元模型、传感网节点信息描述模型和传感网节点实例四个层次框架；层次框架刻画了异构节点元建模的概念及其关系，每一层是其上一层的实例，同时又是下一层的抽象；

步骤1.2：根据传感网异构节点的功能特性，将异构节点划分为感知节点、处理节点和应用节点三类，建立基于异构节点的传感网分类体系与系统架构；感知节点指能够获取观测目标属性值，以搭载在各种平台上的传感器为中心的观测资源，主要包括天基卫星、空基飞行器与地基车辆或观测站点，需要根据任务需求通过传感器规划服务向感知节点指派观测任务，通过传感器观测服务获取感知节点的观测数据；处理节点指能够对感知节点获取的观测数据进行加工与处理，生成各种数据产品的处理计算资源，主要包括模型计算、数据融合、模拟预测和专题制图等处理类型，通过网络处理服务对外发布；应用节点指面向不同领域的应用服务资源，负责接收用户请求并根据处理节点的处理结果将数据产品返回给用户，包括完成某个传感网应用所需要的各类感知节点的传感器规划服务和传感器观测服务、多种应用节点的网络处理服务等内容，形成一种服务组合，具体涉及信息共享、预报预警、决策支持等领域。

步骤2：根据传感网异构节点的管理需求，构建异构节点信息描述的元数据构件；其元数据构件，包括五种元数据构件，其分别为节点标签元数据构件、节点性能元数据构件、节点状态元数据构件、节点服务元数据构件与节点可访问性元数据构件。

步骤3：基于元数据构件，定义九元组信息结构的节点信息描述结构，确定通用的元数据要素；其进一步包括以下子步骤：

步骤3.1：基于元数据构件，定义九元组信息结构的节点信息描述结构，九元组信息结构具体包括标识信息、特征信息、能力信息、质量信息、时空信息、运行信息、服务信息、管理信息和约束信息；九元组信息结构的节点信息描述结构可以表达为：节点元数据={标识信息，特征信息，能力信息，质量信息，时空信息，运行信息，服务信息，管理信息，约束信息}。其中标识信息和特征信息是节点标签元数据构件的细化，能力信息和质量信息是节点性能元数据构件的细化，时空信息和运行信息是节点状态元数据构件的细化，服务信息是节点服务元数据构件的细化，管理信息和约束信息是节点可访问性元数据构件的细化；

步骤3.2：根据九元组信息结构，分别确定每类元组包括的通用元数据要素及其数据类型、约束条件和出现次数；其中标识信息通用元数据要素主要包括节点名称、节点标识符、节点类型、节点级别等元数据要素，特征信息通用元数据要素主要包括设计功能、适用范围、核心组件、通信结构等元数据要素，能力信息通用元数据要素主要包括工作能力、通信能力、存储能力、资源消耗水平等元数据要素，质量信息通用元数据要素主要包括产品质量、服务质量等元数据要素，时空信息通用元数据要素主要包括时空参考框架、地理位置、时效性等元数据要素，运行信息通用元数据要素主要包括使用状态、故障状态等元数据要素，服务信息通用元数据要素主要包括服务名称、服务类型、服务地址、输入输出等元数据要素，管理信息通用元数据要素主要包括联系信息、历史信息、文档信息等元数据要素，约束信息通用元数据要素主要包括访问权限、法律约束、安全约束等元数据要素；

步骤3.3：根据现有传感网资源信息模型和元数据标准，建立传感网异构节点元模型的元数据要素字段、数据类型与现有传感网资源信息模型的元数据字段、数据类型的映射关系，即建立传感网异构节点元模型的元数据要素字段、数据类型与现有传感网通用数据模型、传感器建模语言SensorML以及地理标记语言GML等现有传感网资源信息模型中规定的相应元数据字段与数据类型的映射关系，引用已有的元素定义及数据类型，提高异构节点元模型的通用性。对于传感网异构节点元模型的可访问性信息元数据要素，其联系信息、法律约束、安全性约束分别映射为传感器信息描述模型中的联系组/联系列表、权利、安全性元数据字段；对于传感网异构节点元模型的时空信息元数据要素，其有效时间映射为地理标记语言中的时间实例/时间段元数据字段，其实际寿命、平均无故障时间映射为传感网通用数据模型中的数量属性元数据类型，其地理位置映射为传感网通用数据模型中的位置/向量元数据字段；对于传感网异构节点元模型的服务质量元数据要素，其服务价格、服务响应时间映射为传感网通用数据模型中的数量属性元数据类型。

步骤4：针对异构节点的差异性信息，对其元数据要素进行扩展。其进一步包括以下子步骤：

步骤4.1：根据传感网异构节点的异构性特点，确定具有差异性信息的元数据要素，其包括异构节点的工作能力与异构节点的产品质量；其中感知节点的工作能力体现为感知观测能力，处理节点的工作能力体现为处理计算能力，应用节点的工作能力体现为应用服务的适宜程度；感知节点的产品质量体现为观测数据的质量，处理节点的产品质量体现为处理结果的质量；

步骤4.2：对异构节点工作能力与产品质量两类差异性要素进行扩展，定义不同类型异构节点需要具体描述的元数据要素及其数据类型、约束条件和出现次数；异构节点工作能力通用元数据要素包括能力类型和能力指标，对于异构节点工作能力通用元数据要素的能力指标，扩展为观测能力指标、处理能力指标和应用能力指标；观测能力指标包括观测对象、观测平台、传感器能力，其中传感器能力又具体涵盖传感器类型、覆盖范围、观测广度、观测深度、观测频度等内容；处理能力指标包括处理对象、处理设备、数据处理能力，其中数据处理能力又具体涵盖处理算法、输入输出、处理时间等内容；应用能力指标则包括应用领域、适用任务、服务设备。异构节点产品质量通用元数据要素包括产品类型和质量指标，对于异构节点产品质量通用元数据要素的质量指标，扩展为观测数据质量指标和处理结果质量指标；观测数据质量指标包括观测数据集合、观测数据质量，其中观测数据质量又具体涵盖观测数据类型、数据精确性、数据正确性、数据一致性等内容；处理结果质量指标包括处理结果集合、处理结果质量，其中处理结果质量又具体涵盖处理结果类型、结果精确性、结果正确性、结果一致性等内容；

步骤4.3：根据异构节点差异性信息元数据要素，建立适用于不同类型异构节点的特有信息模板。具体包括感知节点传感器能力信息模板、处理节点处理设备信息模板、应用节点服务设备信息模板，感知节点观测数据质量信息模板、处理节点处理结果质量信息模板。

下面以具体实施例对本发明作进一步说明。

实施例针对的是洪水监测传感网的应用场景，它是一种面向洪水监控与应急响应的特定领域传感网，通过整合各类观测平台和传感器，对洪水发展演变过程进行动态监测，通过分布式计算和高效融合处理，为洪水应急响应提供聚焦服务和决策支持。基于洪水监测传感网的资源特点与管理需求，构建传感网异构节点元模型，实施例的具体实现流程如下：

步骤1：构建传感网异构节点元建模层次框架，建立异构节点分类体系与基于节点的传感网系统体系结构；其具体实现包括以下子步骤：

步骤1.1：基于洪水监测传感网，构建异构节点元建模的总体框架和层次结构，分为传感网异构节点元元模型、传感网异构节点元模型、传感网异构节点信息描述模型和洪水监测传感网异构节点实例四层。异构节点元元模型层定义了洪水监测传感网异构节点元建模所涉及的概念包括节点元数据构件、节点信息模型、节点实例，它们的关系是层层细化，不同层次代表了传感网异构节点元模型的不同抽象级别，节点信息结构是节点元数据构件的实例化，节点实例是异构节点信息模型的实例化；

步骤1.2：针对洪水监测传感网的特点与任务，其异构节点分为感知节点、处理节点和应用节点三大类。以洪水汛情预报任务为例，其感知环节所需数据分别来自于水文站、气象站等地面节点；这些数据作为处理环节的输入，基于预报模型和专题制图处理，得到汛情预报结果作为输出；应用环节以处理输出作为最终产品，通过汛情预报服务节点，向用户提供汛情预报信息。对汛情预报各阶段涉及的感知、处理和应用节点建立信息模型。感知节点主要描述水文站、气象站的属性、性能和状态信息；处理节点主要描述预报模型、制图处理及其输入输出信息；应用节点则描述采用何种方式将最终产品以服务的形式发送给用户。

步骤2：根据传感网异构节点的管理需求，构建异构节点信息描述的元数据构件。

从传感网异构节点管理的角度出发，洪水监测节点的可用性取决于每个节点的功能特性、节点针对不同洪水观测任务的综合性能、某个时刻的节点状态、节点提供的服务接口以及节点的管理权限。因此异构节点元模型的元数据构件可以概括为节点标签元数据、节点综合性能元数据、节点状态元数据、节点服务元数据和节点可访问性元数据等五类；

对于洪水监测传感网，以汛情预报观测任务为例，其涉及的异构节点类型包括气象卫星、陆地卫星等多种天基感知节点，和水文站、水位站、气象站等多个地基感知节点；为了对洪水态势进行预测，需要水体指数计算、淹没范围预测等多种处理过程，分别由不同的数据处理中心提供；为了将汛情预报结果提供给用户，还需要汛情信息共享与发布等应用服务，由洪水监测应用服务中心提供；

对这些异构节点进行管理，首先需要考虑节点的具体标识符号、功能特性、通信结构等固有属性信息，以区分卫星、地面站、数据处理中心的类型，将其概括为节点标签元数据构件。为了对多种可用的节点进行筛选，需要考虑节点的综合性能和所处状态，综合性能分别从节点能力和节点质量两方面进行比较，可以概括为节点性能元数据构件；所处状态从节点的地理位置、时效性、运行情况等角度进行比较，可以概括为节点状态元数据构件。由于传感网节点是一种分布式网络资源，必须通过特定的服务方式对节点进行访问，因此需要描述节点的服务接口信息，可以概括为节点服务元数据构件。最后，不同节点隶属于不同的管理部门和机构，是否可用会受法律与安全等因素的制约，因此需要考虑节点的可访问性信息，可以概括为节点可访问性元数据构件。

步骤3：基于五种元数据构件，定义九元组信息结构的节点信息描述框架，确定通用的元数据要素；其具体实现包括以下子步骤：

步骤3.1：根据步骤2构建的五种元数据构件做进一步细化，将洪水监测传感网节点的信息描述构件定义为一种九元组信息结构，包括标识信息、特征信息、时空信息、能力信息、质量信息、服务信息、运行信息、管理信息和约束信息。节点标签构件包括节点标识信息与特征信息，节点性能构件包括能力信息和质量信息，节点状态构件包括时空信息和运行信息，节点服务构件包括服务信息，节点可访问性构建包括管理信息与约束信息；

步骤3.2：根据步骤3.1建立的九元组信息结构，分别确定每类元组包括的元数据要素及其数据类型、约束条件和出现次数。对于洪水监测传感网的节点描述内容，以常用的MODIS传感器所在的Terra卫星感知节点为例，标识信息中节点名称为Terra卫星，节点类型为感知节点；特征信息中设计功能为数据观测，核心组件为中分辨率成像光谱仪MODIS、云与地球辐射能量系统CERES、多角度成像光谱仪MISR、先进星载热辐射与反射辐射计ASTER、对流层污染测量仪MOPITT；能力信息中工作能力为各传感器的观测性能指标，通信能力为Terra卫星的通信性能指标；质量信息中产品质量为MODIS等传感器数据产品的质量指标，服务质量为Terra卫星的规划服务和Terra卫星数据的观测服务的质量指标；时空信息中地理位置指当前Terra卫星所在的经纬度和高度，时效性表现为Terra卫星的有效工作时间；运行信息中使用状态、故障状态、资源消耗状态分别描述了Terra卫星的故障情况、能源消耗量；服务信息中主要描述了Terra卫星规划服务和数据观测服务的服务名称、输入输出参数、服务地址与访问方式；管理信息中主要记录了Terra卫星日常维护控制的管理机构等联系信息；约束信息中主要反映了Terra卫星的访问权限和可能的法律、安全约束条件。传感网异构节点元模型九元组结构的节点信息描述框架中，包括Text文本型、Quantity数值型、Category枚举型、Time时间型和ComplexType复杂型等五种数据类型，请见图4，为本发明的传感网异构节点元模型元数据要素UML类图，UML类图中的类和属性的含义如表1所示：

表1传感网异构节点元模型UML类图中类和属性的含义

步骤3.3：根据现有传感网资源信息模型与元数据标准，建立洪水监测传感网异构节点元数据要素与已有标准定义的元数据字段与数据类型的映射关系，主要包括传感网通用数据模型、传感器建模语言SensorML以及地理标记语言GML中关于联系与约束信息、处理算法信息、时空信息、数据质量指标信息等元数据要素。

步骤4：针对洪水监测传感网异构节点的差异性信息，对元数据要素进行扩展；其具体实现包括以下子步骤：

步骤4.1：根据洪水监测传感网节点的异构性特点，确定具有差异性信息的元数据要素，包括节点的工作能力与节点的产品质量两类。其中感知节点的工作能力体现为卫星、地面站的感知观测能力、处理节点的工作能力体现为水体指数计算、洪水淹没范围预测等处理计算能力、应用节点的工作能力体现为汛情预报应用服务对任务需求的满足程度；

步骤4.2：对洪水监测传感网节点的工作能力与产品质量两类差异性要素进行扩展，定义不同类型节点需要具体描述的异构元数据要素及其数据类型、约束条件和出现次数。对于Terra卫星感知节点，其工作能力元数据要素中观测对象为所有传感器提供的观测数据集合，观测广度、观测深度、观测频度则对各个传感器的观测能力指标进行全面描述；对于MODIS数据地面接收中心处理节点，其处理算法包括水体指数计算方法、洪水淹没范围预测模型等内容，输入输出和处理时间指具体某类处理算法的详细参数和计算性能；对于流域汛情预报服务中心应用节点，其应用领域、适用任务和适宜程度描述了该服务中心适用于哪些应用场景与观测任务，以及具体满足观测需求的适宜程度；对于Terra卫星感知节点，其产品质量指各类传感器的观测数据质量，分别从数据精确性、数据正确性和数据一致性等角度进行刻画；对于MODIS数据地面接收中心处理节点，其产品质量指的是水体指数计算、洪水淹没范围预测等处理结果的结果精度与误差信息；

步骤4.3：对洪水监测传感网异构节点工作能力和产品质量差异性要素的具体内容，建立适用于不同类型节点的特有信息模板。以Terra卫星感知节点和Radarsat卫星感知节点为例，需要建立摄影型、雷达型传感器能力的信息模板；

请见图7，为本发明实施例提供的特定类型传感器能力模板要素与异构节点元模型元数据要素的映射关系。对于摄影型传感器的元数据要素，其传感器名称、传感器类型、传感器特征分别映射为摄影型传感器能力信息模板中的传感器名称、传感器类型、成像类型，观测广度映射为观测对象、成像幅宽，观测深度映射为空间分辨率、辐射分辨率、光谱分辨率，观测频度映射为时间分辨率；

对于雷达型传感器的元数据要素，其其传感器名称、传感器类型、传感器特征分别映射为雷达型传感器能力信息模板中的传感器名称、传感器类型、极化方式，观测广度映射为观测对象、成像幅宽，观测深度映射为距离分辨率、方位分辨率、辐射分辨率、光谱分辨率，观测频度映射为时间分辨率、采样速率。

在实际节点建模过程中，根据能力信息描述需求的详细程度，需要针对不同的传感器构建专门的能力信息模板。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (5)

1.一种传感网异构节点元模型的构建方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：构建传感网异构节点元建模的层次框架，建立所述的传感网异构节点分类体系与系统架构；

步骤2：根据所述的传感网异构节点的管理需求，构建所述的异构节点信息描述的元数据构件；

步骤3：基于所述的元数据构件，定义九元组信息结构的节点信息描述结构，确定通用的元数据要素；

步骤4：针对所述的异构节点的差异性信息，对其所述的元数据要素进行扩展。

2.根据权利要求1所述的传感网异构节点元模型的构建方法，其特征在于：所述的步骤1进一步包括以下子步骤：

步骤1.1：定义所述的传感网节异构点元模型的相关概念，构建所述的异构节点元建模的层次框架，所述的层次框架具体包括传感网节点元元模型、传感网节点元模型、传感网节点信息描述模型和传感网节点实例四个层次框架；

步骤1.2：根据所述的传感网异构节点的功能特性，将所述的异构节点划分为感知节点、处理节点和应用节点三类，建立基于所述的异构节点的传感网分类体系与系统架构。

3.根据权利要求1所述的传感网异构节点元模型的构建方法，其特征在于：所述的元数据构件，包括五种元数据构件，其分别为节点标签元数据构件、节点性能元数据构件、节点状态元数据构件、节点服务元数据构件与节点可访问性元数据构件。

4.根据权利要求1所述的传感网异构节点元模型的构建方法，其特征在于：所述的步骤3进一步包括以下子步骤：

步骤3.1：基于所述的元数据构件，定义九元组信息结构的节点信息描述结构，所述的九元组信息结构具体包括标识信息、特征信息、能力信息、质量信息、时空信息、运行信息、服务信息、管理信息和约束信息；

步骤3.2：根据所述的九元组信息结构，分别确定每类元组包括的通用元数据要素及其数据类型、约束条件和出现次数；

步骤3.3：根据现有传感网资源信息模型和元数据标准，建立所述的传感网异构节点元模型的元数据要素字段、数据类型与所述的现有传感网资源信息模型的元数据字段、数据类型的映射关系。

5.根据权利要求1所述的传感网异构节点元模型的构建方法，其特征在于：所述的步骤4进一步包括以下子步骤：

步骤4.1：根据所述的传感网异构节点的异构性特点，确定具有差异性信息的元数据要素，其包括异构节点的工作能力与异构节点的产品质量；

步骤4.2：对所述的异构节点工作能力与产品质量两类差异性要素进行扩展，定义不同类型异构节点需要具体描述的元数据要素及其数据类型、约束条件和出现次数；

步骤4.3：根据所述的异构节点差异性信息元数据要素，建立适用于不同类型异构节点的特有信息模板。

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