CN107864174B - 一种基于规则的物联网设备联动方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于规则的物联网设备联动方法。本发明包括：规则解析模块从物联网平台获取规则记录并进行规则解析，解析成功的设备联动规则被Drools规则引擎载入和编译；接着从物联网平台获取设备运行状态信息并生成设备联动事实，并添加到Drools规则引擎的事实库中；然后Drools规则引擎将设备联动规则和设备联动事实进行匹配，接着根据匹配成功的设备联动规则生成设备控制动作，并通过对设备控制动作进行冲突解决和优化处理生成设备控制或用户通知任务；最后物联网平台将设备控制发送到设备，将用户通知发送到物联网平台使用者。本发明解决设备被同时触发执行多个操作的冲突情况，避免设备执行多余的控制动作，减少设备的处理压力。

Description

一种基于规则的物联网设备联动方法

技术领域

本发明属于物联网设备联动技术领域，特别是提供一种基于规则的物联网设备联动方法。

背景技术

物理网平台利用通信与网络、自动控制和人工智能等技术将各种设备进行连接、控制和管理，最终为用户提供更为舒适、便利、安全、环保的物联网环境。在物联网平台中，设备可以通过有线方式或无线方式接入互联网，并实现设备的远程控制和运行状态数据采集；接着可以利用传感器等方式让设备实现自动运行和联动；最后，基于人工智能、大数据等技术实现设备的智能响应。

目前，从硬件接口、软件协议到物联网平台架构，设备联网的相关技术已比较成熟，国内外大部分厂商都实现了设备的远程控制、运行状态数据采集和管理。但是，设备联动相关技术的研究和应用相对来说还不成熟，只有少数厂商提供了功能有限的服务，并且主要存在着用户配置复杂、执行效率低和没有考虑设备被同时触发执行多个操作的冲突情况等缺点，设备智能响应的相关技术由于缺乏足够的用户使用数据还难以应用。

设备联动是指当一个或多个设备的运行状态满足特定条件时，触发对另一设备或多个设备的操作，当满足某个条件就执行相应的动作是规则的一种形式。Drools规则引擎是一套业务规则管理系统，它定义了自己的规则描述语言并使用该规则描述语言定义规则，以及使用RETEOO算法进行模式匹配。

正是看到设备联动和规则引擎的共通性，所以希望将规则引擎技术应用到物联网领域，提供一种基于规则的物联网设备联动方法，而这种设备联动方法配置简单、设备执行效率高，能够在物联网领域实现高效、便捷的设备联动效果。

发明内容

本发明的目的在于将规则引擎技术应用到设备联动，解决当前设备联动相关技术中存在的设备执行效率低下、设备控制动作可能冲突等缺点，为物联网领域的用户提供一种基于规则的物联网设备联动方法。

一种基于规则的物联网设备联动方法，包括规则添加、规则解析、事实生成、动作处理和动作执行，具体包括：物联网平台的使用者首先通过物联网平台的管理台前端页面添加设备联动规则；然后对设备联动规则进行规则解析，再使用Drools规则引擎载入和编译解析成功的设备联动规则；接着从物联网平台获取设备运行状态信息并生成设备联动事实，将设备联动事实添加到Drools规则引擎的事实库中；然后Drools规则引擎将设备联动规则和设备联动事实进行匹配，接着根据匹配成功的设备联动规则生成设备控制动作，并对设备控制动作进行处理后生成设备控制或用户通知任务；最后物联网平台通过连接服务将设备控制发送到设备，将用户通知发送到物联网平台使用者。

进一步地，物联网平台使用者首先通过物联网平台的管理台前端页面添加设备联动规则。

进一步地，规则解析由规则解析模块完成。规则解析模块通过物联网平台获取所有启用的设备联动规则，并根据设备联动规则表示模型解析设备联动规则；接着Drools规则引擎载入和编译规则解析模块已经解析成功的设备联动规则。

进一步地，事实生成由事实生成模块完成。设备通过物联网平台的连接服务连接物联网平台并且上报设备运行状态信息；然后事实生成模块从物联网平台获取设备运行状态信息，根据设备联动事实表示模型生成设备联动事实，并且将设备联动事实添加到Drools规则引擎的事实库中。

进一步地，动作处理由动作处理模块完成。Drools规则引擎完成设备联动规则和设备联动事实的匹配，将匹配成功的设备联动规则发送至动作处理模块。动作处理模块根据设备控制动作执行时冲突解决策略和设备控制动作执行时优化策略进行设备控制动作的冲突解决和优化处理。设备控制动作执行时冲突解决策略根据设备控制动作对应的规则优先级，解决设备控制重复执行冲突和设备控制矛盾冲突；设备控制动作执行时优化策略通过合并同一个设备的多个设备控制动作以及去除设备控制动作中已处于目标值的数据端点，进行设备控制动作的优化处理。完成设备控制动作的冲突解决和优化处理后，动作处理模块将生成设备控制或用户通知任务并发送至物联网平台。

进一步地，物联网平台通过连接服务将经过动作处理模块进行冲突解决和优化处理的设备控制发送到设备，将用户通知发送到物联网平台的使用者。

与现有技术相比，本发明具有如下优点和技术效果：

(1)本发明将规则引擎技术应用到物联网领域，物联网平台的使用者通过简单的配置就可以实现设备联动，解决现有设备联动技术存在的用户配置复杂的问题。

(2)本发明提出的设备控制动作执行时冲突解决策略能够有效地解决设备被同时触发执行多个操作的冲突情况。此外，本发明提出的设备控制动作执行时优化策略对设备控制动作进行优化，避免设备执行多余的控制动作，减少设备的处理压力，改进现有设备联动技术中设备执行效率低的问题。

附图说明

图1基于规则的物联网设备联动方法总体架构图；

图2规则解析模块工作流程图；

图3事实生成模块处理设备上报运行状态工作流程图；

图4动作处理模块工作流程图。

具体实施方式

以下结合附图和实例对本发明的实施作进一步说明，但本发明的实施和保护不限于此。

总体架构图如图1所示，具体包括规则添加、规则解析、事实生成、动作处理和动作执行共五个流程。

1.规则添加

物联网平台使用者通过物联网平台的管理台前端页面就可以进行设备联动规则的添加、修改、删除和查询操作。当物联网平台使用者添加、修改或删除设备联动规则时，需要通过消息队列实时通知规则解析模块，以使设备联动配置能够快速地生效。添加设备联动规则接口的请求的内容部分包含了添加设备联动规则所必须的用户标识、规则优先级、规则来源、规则条件部分和规则动作部分字段，而规则条件部分和动作部分的定义是基于设备联动规则表示模型及其对象实现的，并且规则动作部分限制只允许是一个或多个的设备控制动作。当设备联动规则添加成功后将返回包含添加规则对应的规则标识字段的响应。设备联动规则添加失败的原因有多种，将通过带有错误码和错误说明的响应告知物联网平台使用者。

2.规则解析

设备联动初始化阶段需要规则解析模块完成一系列操作进行规则解析，以使Drools规则引擎载入和编译物联网平台所有启用的设备联动规则。设备联动初始化过程中，规则解析模块的工作流程如图2所示。

规则解析模块首先从物联网平台获取所有处于启用状态的规则记录，然后对每条规则记录进行如下处理：按照规则记录在物联网平台的存储格式和设备联动规则表示模型把规则记录转换为设备联动规则对象，把设备联动规则对象转换为Drools规则引擎所支持的规则描述语言定义的规则描述格式，最后使用Drools规则引擎装载该引擎所支持的规则描述语言格式的规则并完成规则的编译。

设备联动规则基于产生式规则，具有条件部分和动作部分，除此之外还包含唯一标识规则的规则标识和在设备控制动作执行冲突时进行冲突解决的优先级。因此，设备联动规则表示为：

设备联动规则＝(规则标识,优先级,条件部分,动作部分)

产生式规则的条件部分由一组模式组成。设备联动操作是在一个或多个设备的运行状态满足特定条件时触发的。我们把设备联动规则的条件部分定义为设备运行状态模式的集合。因此，设备联动规则的条件部分表示为：

设备联动规则的条件部分＝[设备运行状态模式1,设备运行状态模式2,…]

产生式规则中的模式由一组约束组成。我们使用数据端点集合来描述设备的运行状态，设备运行状态模式需要包含设备的数据端点约束的集合。同时也需要包含一个设备标识，以指明数据端点约束集合对应的设备。多个设备运行状态模式之间默认使用and进行连接。因此，设备运行状态模式表示为：

设备运行状态模式＝(设备标识，[数据端点约束1,数据端点约束2,…])

约束是一个返回真或假的表达式。为了表示的简洁和处理的统一，我们只考虑含有两个操作数和一个关系运算符的表达式。关系运算符包括小于、小于等于、大于、大于等于、相等和不相等。数据端点约束的计算过程是把由数据端点索引和类型获取到的数据端点值作为左运算对象，然后与右运算对象根据关系运算符进行求值。因此，数据端点约束表示为：

数据端点约束＝(数据端点索引,数据端点类型,关系运算符,右运算对象)

设备联动规则的条件部分满足后，将触发动作部分的执行，动作部分是一个动作单元的集合。设备联动需要支持的动作是对设备的控制操作和对用户的通知操作，所以设备联动规则的动作部分是一个设备控制动作和用户通知动作的集合。因此，设备联动规则的动作部分表示为：

设备联动规则的动作部分＝[设备控制工作1,…,用户通知动作1,…]

设备控制动作和用户通知动作具有不同的定义。设备控制动作需要包含控制目标设备的设备标识和需要控制改变的数据端点列表，控制改变的数据端点由索引、类型、值的三元组表示。因此，设备控制动作表示为：

设备控制动作＝(设备标识,[控制数据端点1,控制数据端点2…])

控制数据端点＝(数据端点索引,数据端点类型,数据端点值)

用户通知动作需要包含通知目标用户的用户标识、通知方式和通知的具体文本内容。其中通知方式是指物联网平台消息推送、短信和邮箱等方式。因此，用户通知动作表示为：

用户通知动作＝(用户标识,通知方式,通知的具体内容)

最后，公式(1)给出了完整的设备联动规则表示模型。

设备联动规则＝(规则标识,优先级,条件部分,动作部分)

设备联动规则的条件部分＝[设备运行状态模式1,设备运行状态模式2,…]

设备运行状态模式＝(设备标识,[数据端点约束1,数据端点约束2,…])

数据端点约束＝(数据端点索引,数据端点类型,关系运算符,右运算对象)

设备联动规则的动作部分＝[设备控制工作1,…,用户通知动作1,…] 公式(1)

设备控制动作＝(设备标识,[控制数据端点1,控制数据端点2…])

控制数据端点＝(数据端点索引,数据端点类型,数据端点值)

用户通知动作＝(用户标识,通知方式,通知的具体内容)

为了使本发明的事实生成模块和动作处理模块更高效地工作，规则解析模块在解析生成设备联动规则对象过程中，会进行两项额外的工作。一是根据设备联动规则的设备运行状态模式中的设备标识和所有数据端点约束中的数据端点索引生成一个状态处理容器，只有由该容器中的设备标识与数据端点索引对应的设备运行状态数据端点生成的设备联动事实才有可能影响模式匹配的结果；二是根据设备联动规则的规则标识和动作部分生成一个规则动作容器。在Drools规则引擎完成编译后，把状态处理容器传递至事实生成模块，用于过滤不需要进行处理的设备运行状态信息，把规则动作容器传递至动作处理模块，有效分离了Drools规则引擎与动作处理模块的职责，使Drools规则引擎专注于模式匹配，动作处理模块专注于具体业务动作的处理。

在设备联动的正常运行阶段，规则解析模块会从物联网平台收到设备联动规则的实时更新通知。规则更新通知包含规则标识和操作类型，操作类型包括规则的添加、修改和删除，规则解析模块根据操作类型对规则更新通知进行处理。

3.事实生成

事实生成由事实生成模块负责完成。设备联动在正常运行阶段将进入匹配－选择－执行循环，事实生成模块负责从物联网平台获取设备运行状态信息，并触发每个循环的开始。事实生成模块处理设备上报运行状态信息的流程如图3所示。

设备上报的运行状态将作为设备联动操作的触发事件。若设备已连接到物联网平台，当设备的运行状态发生变化时，变化的数据端点集合将会上报到物联网平台。根据设备运行状态信息生成的设备联动事实将在Drools规则引擎中与设备联动规则的条件部分进行匹配。假如把设备联动事实定义为对设备数据端点集合的描述，集合中其中一个数据端点的变化将导致设备联动事实的更新，可能使得不包含变化数据端点约束设备联动规则因为事实的更新而重复执行。设备的单个数据端点是触发设备联动操作的最基本单元，所以本发明定义的设备联动事实是对设备单个数据端点的描述，包含设备标识和数据端点的索引、类型、值。公式(2)给出了设备联动事实表示模型。

设备联动事实＝(设备标识,数据端点索引,数据端点类型,数据端点值)

公式(2)

事实生成模块首先从物联网平台中获取设备运行状态信息，该信息将包含设备标识和表示设备运行状态的数据端点索引、类型、值的三元组列表。设备连接物联网平台后首次上报的是完整的数据端点列表，而之后上报的是仅包含变化值的数据端点列表。然后，事实生成模块会根据状态处理容器判断是否需要对设备运行状态信息进行处理，若不需要处理则直接结束流程。接着，事实生成模块会判断是否需要对设备的某个数据端点进行处理，如果不需要则跳过。然后，判断设备标识和数据端点索引对应的设备联动事实是否已存在于Drools规则引擎的事实库中。若不存在，则根据设备联动事实表示模型由数据端点信息生成设备联动事实并添加到Drools规则引擎的事实库中；若存在，则修改已有的设备联动事实。重复步骤直到处理完设备所有的数据端点。

设备离线后，已存在的设备联动事实将失效，不再参与后续的模式匹配。事实生成模块负责对设备离线通知进行处理，根据设备标识和数据端点索引删除Drools规则引擎事实库中对应的设备联动事实。

4.动作处理

动作处理模块负责完成动作处理。该模块处理Drools规则引擎激活执行的设备联动规则的动作部分，生成设备控制或用户通知任务，并发送至物联网平台。动作处理模块的工作流程图如图4所示。

首先，Drools规则引擎把匹配成功的规则标识集合传递至动作处理模块，从而根据规则标识得到需要处理的规则动作部分的集合。然后，对于规则动作部分集合中的所有设备控制动作，根据设备控制操作执行时冲突解决策略进行冲突解决。

设备控制动作由设备标识和控制改变的数据端点索引、类型、值三元组列表组成。当处理的设备控制动作集合中，存在对同一个设备的多个控制动作，并且多个控制动作中控制改变的数据端点索引相同，则认为发生了冲突。表1根据发生冲突时数据端点值的不同关系进行冲突的定义。

表1设备控制动作执行时冲突定义

两个设备控制动作可能同时存在一个或多个的设备控制重复执行冲突和设备控制矛盾冲突。本发明的解决策略是根据动作对应的规则优先级，执行优先级高的动作的数据端点，不执行优先级低的动作的数据端点。如果优先级相同，对设备控制重复执行冲突，则只执行先处理动作的数据端点；对设备控制矛盾执行冲突，则两者都不执行。

完成设备控制操作的执行冲突解决后，对于同一个设备仍然会存在多个设备控制动作，而一个设备控制动作会转化为一个设备控制指令，最后由设备进行处理。把同一个设备的多个设备控制动作合并成一个，能减少设备的处理压力，并能使设备更快地达到最终的目标运行状态。

在本发明中，我们使用设备上报的运行状态信息生成设备联动事实作为设备联动操作的触发条件，同时我们也知道了设备的当前运行状态。因此，如果设备控制动作中要控制改变的数据端点的值与设备当前运行状态中对应数据端点的值相同，那么可以不执行该数据端点。

因此，本发明提出了合并同一个设备的多个设备控制动作以及去除设备控制动作中已处于目标值的数据端点的优化策略，有利于减少物联网平台和设备的处理压力。

最后，动作处理模块生成一个或多个对不同设备的设备控制和对不同或相同用户的用户通知任务，并且发送至物联网平台。

5.动作执行

物联网平台的连接服务基于消息队列遥测传输协议直接与设备和用户应用程序进行连接，连接服务支持转发设备控制到设备和向用户推送用户通知的功能。物联网平台接收到动作处理模块生成的设备控制和用户通知任务后，利用连接服务将设备控制发送到对应的设备以实现设备联动，并且将用户通知任务发送到用户应用程序以通知物联网平台的使用者。

Claims (2)

1.一种基于规则的物联网设备联动方法，其特征在于包括规则添加、规则解析、事实生成、动作处理和动作执行共五个流程：物联网平台的使用者首先通过物联网平台的管理台前端页面添加设备联动规则；然后对设备联动规则进行规则解析，再使用Drools规则引擎载入和编译解析成功的设备联动规则；接着从物联网平台获取设备运行状态信息并生成设备联动事实，将设备联动事实添加到Drools规则引擎的事实库中；然后Drools规则引擎将设备联动规则和设备联动事实进行匹配，接着根据匹配成功的设备联动规则生成设备控制动作，并根据设备控制动作执行时冲突解决策略和设备控制动作执行时优化策略对设备控制动作进行处理后生成设备控制或用户通知任务；最后物联网平台通过连接服务将设备控制发送到设备，将用户通知发送到物联网平台使用者；Drools规则引擎完成设备联动规则和设备联动事实的匹配，将匹配成功的设备联动规则发送至动作处理模块；动作处理模块根据设备控制动作执行时冲突解决策略和设备控制动作执行时优化策略进行设备控制动作的冲突解决和优化处理，最终生成设备控制或用户通知任务并发送至物联网平台；

规则解析模块通过物联网平台获取所有物联网平台使用者添加并已启用的设备联动规则，然后根据设备联动规则表示模型解析设备联动规则；接着Drools规则引擎载入和编译规则解析模块已经解析成功的设备联动规则；规则解析模块首先从物联网平台获取所有处于启用状态的规则记录，然后对每条规则记录进行如下处理：按照规则记录在物联网平台的存储格式和设备联动规则表示模型把规则记录转换为设备联动规则对象，把设备联动规则对象转换为Drools规则引擎所支持的规则描述语言定义的规则描述格式，最后使用Drools规则引擎装载该引擎所支持的规则描述语言格式的规则并完成规则的编译；

设备联动规则基于产生式规则，具有条件部分和动作部分，除此之外还包含唯一标识规则的规则标识和在设备控制动作执行冲突时进行冲突解决的优先级；因此，设备联动规则表示为：

设备联动规则=(规则标识,优先级,条件部分,动作部分)

产生式规则的条件部分由一组模式组成；设备联动操作是在一个或多个设备的运行状态满足特定条件时触发的；我们把设备联动规则的条件部分定义为设备运行状态模式的集合；因此，设备联动规则的条件部分表示为：

设备联动规则的条件部分=[设备运行状态模式1,设备运行状态模式2,…]

产生式规则中的模式由一组约束组成；我们使用数据端点集合来描述设备的运行状态，设备运行状态模式需要包含设备的数据端点约束的集合；同时也需要包含一个设备标识，以指明数据端点约束集合对应的设备；多个设备运行状态模式之间默认使用and进行连接；因此，设备运行状态模式表示为：

设备运行状态模式=(设备标识,[数据端点约束1,数据端点约束2,…])

约束是一个返回真或假的表达式；为了表示的简洁和处理的统一，我们只考虑含有两个操作数和一个关系运算符的表达式；关系运算符包括小于、小于等于、大于、大于等于、相等和不相等；数据端点约束的计算过程是把由数据端点索引和类型获取到的数据端点值作为左运算对象，然后与右运算对象根据关系运算符进行求值；因此，数据端点约束表示为：

数据端点约束=(数据端点索引,数据端点类型,关系运算符,右运算对象)

设备联动规则的条件部分满足后，将触发动作部分的执行，动作部分是一个动作单元的集合；设备联动需要支持的动作是对设备的控制操作和对用户的通知操作，所以设备联动规则的动作部分是一个设备控制动作和用户通知动作的集合；因此，设备联动规则的动作部分表示为：

设备联动规则的动作部分=[设备控制动作 1,…,用户通知动作1,…]

设备控制动作和用户通知动作具有不同的定义；设备控制动作需要包含控制目标设备的设备标识和需要控制改变的数据端点列表，控制改变的数据端点由索引、类型、值的三元组表示；因此，设备控制动作表示为：

设备控制动作=(设备标识,[控制数据端点1,控制数据端点2…])

控制数据端点=(数据端点索引,数据端点类型,数据端点值)

用户通知动作需要包含通知目标用户的用户标识、通知方式和通知的具体文本内容；其中通知方式是指物联网平台消息推送、短信和邮箱方式；因此，用户通知动作表示为：

用户通知动作=(用户标识,通知方式,通知的具体内容)

最后，完整的设备联动规则表示模型如下：

设备联动规则=(规则标识,优先级,条件部分,动作部分)

设备联动规则的条件部分=[设备运行状态模式1,设备运行状态模式2,…]

设备运行状态模式=(设备标识,[数据端点约束1,数据端点约束2,…])

数据端点约束=(数据端点索引,数据端点类型,关系运算符,右运算对象)

设备联动规则的动作部分=[设备控制动作 1,…,用户通知动作1,…]

设备控制动作=(设备标识,[控制数据端点1,控制数据端点2…])

控制数据端点=(数据端点索引,数据端点类型,数据端点值)

用户通知动作=(用户标识,通知方式,通知的具体内容)；

设备控制动作执行时冲突解决策略根据设备控制动作对应的规则优先级，解决设备控制重复执行冲突和设备控制矛盾冲突；优化策略通过合并同一个设备的多个设备控制动作以及去除设备控制动作中已处于目标值的数据端点，进行设备控制动作的优化处理，解决设备被同时触发执行多个操作的冲突情况，避免设备执行多余的控制动作，减少设备的处理压力。

2.根据权利要求1所述的一种基于规则的物联网设备联动方法，其特征在于设备通过物联网平台的连接服务连接物联网平台并上报设备运行状态信息，然后事实生成模块从物联网平台获取设备运行状态信息，根据设备联动事实表示模型生成设备联动事实，并且将设备联动事实添加到Drools规则引擎的事实库中。

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