CN108900524A - 一种物联网中物体节点交互系统 - Google Patents

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吕仁健
张秉坤
程凯
汪涵
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Abstract

本发明公开了一种物联网中物体节点交互系统。使用本发明能够使整个物联网节点交互过程模块化，易于配置，增强了整个系统的灵活性和开放性。本发明将通信过程中的底层实现进行拆分适配，使得物体可以单独适配对方所需的协议，并将不适用于语义的通信底层实现剥离开；同时，将可以语义识别的过程描述和决策规则从交互协议中分离，并分别进行模块化，使得整个物联网节点交互过程模块化，易于配置，增强了整个系统的灵活性和开放性。此外，对每个消息的内容进行标签标注，使得消息内容易于被识别。

Description

一种物联网中物体节点交互系统
技术领域
本发明涉及物联网技术领域，具体涉及一种物联网中物体节点交互系统。
背景技术
物联网中的物体为物联网应用提供信息来源，是物联网信息交互和协同的基础。目前，物联网系统中物体节点主要通过说明对方节点的地址、节点功能提供方法以及访问节点的参数格式和操作协议，实现信息交互的；但是，不同类型的物体节点采用不同的节点描述方式，通过节点设备获取的信息存在不确定性、海量性、异构性等特征，极大地增加了物联网信息传输和处理的难度，不易于节点之间的互联和互操作，阻碍了复杂物联网系统之间的信息协同、交互和共享，最终影响到物联网整体的智能化过程。物体信息的不确定性和异构性是由物联网系统本身的异构性造成的，比如节点设备的多样性导致数据类型、格式和协议的异构等。
目前物联网中的物体交互主要通过集中式的物联网系统进行数据格式和通信协议的统一化。分布式物联网架构中，大多将节点交互看为一个简单自治的多主体系统进行交互的过程，对交互的异构性和可扩展性考虑不足。同时，由于大多数物联网系统是一个封闭式的多主体系统，系统中所用到的交互协情形和方式都可以预料并设计好，所以节点之间的交互主要是通过直接编码的方式设计一个固定的通信协议(如SOAP风格的CoAP协议和REST风格的各类改进后的HTTP协议)或远程调用(RMI)等方式作为通信基础获取对方资源，在信息的具体内容上一般会为物体之间的交互过程引入语义模块，以增强其交互的自主性和智能性。但是这种方式的灵活性和开放性太差，无法预料到DHT这种开放式的多主体系统的所有交互方式。每当有新类型的主体、通信方式、服务或能力加入都会导致系统内包括协议内容和通信协议格式等整个交互方式需要更新，费事费力。
论文《物联网环境下基于上下文感知的智能交互模型》(李敏,倪少权,黄强,等.物联网环境下基于上下文感知的智能交互模型[J].西南交通大学学报,2016,51(6):1239-1249.)中，作者在storm框架的基础上，建立了物联网环境下基于上下文感知的智能交互模型；该模型将异构、非结构化数据抽像为上下文，构建了上下文适配、上下文存储与上下文感知3个核心模块，并采用基于storm框架的规则匹配算法解决了上下文与规则的持续模糊匹配问题。但该论文只针对匹配问题进行解决，并没解决物体之间的协议以及物体本身的异构问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种物联网中物体节点交互系统，能够使整个物联网节点交互过程模块化，易于配置，增强了整个系统的灵活性和开放性。
本发明的一种物联网中物体节点交互系统，包括通信层、会话控制层和知识层；
其中，通信层存储有多种通信协议，维护与其他节点的通讯链接，并实现消息内容的封包和解包；
知识层包括决策规则库和过程描述库；所述过程描述库中存储了物联网中各类消息内容的处理流程以及所需参数的获取方式；所述决策规则库中存储了本节点的判决规则；
会话控制层：包括协议解释器和决策推理器；所述协议解释器收到通信层发送的消息内容后，向知识层的过程描述库查询并获取该消息内容的处理流程，然后按照处理流程对该消息内容执行相应的处理；在消息内容处理处理过程中，若需要决策，则将待决策内容发送至决策推理器；决策推理器向决策规则库查询并获取决策规则，并按决策规则对待决策内容进行判决，得到决策结果，将决策结果发送至协议解释器；协议解释器收到决策结果后，按照消息内容处理流程进行下一步处理；协议解释器按照消息内容处理流程对消息内容进行处理完毕后，生成应答消息，并将应答消息发送至通信层。
进一步的，所述通信层还用于实现对指定的消息的过滤。
进一步的，所述知识层还包括消息库，所述消息库中存储各类消息内容的格式，所述协议解释器按照消息内容处理流程对消息内容进行处理完毕后，向消息库查询获得该类消息内容的应答格式，按照应答格式生成应答消息。
进一步的，对物联网中所有类型的消息内容进行打标签处理，通信内容包括消息内容及其标签；所述知识层中的各库中对应存放各类消息内容的标签，根据协议解释器或决策推理器发送的消息内容的标签查找并返回对应消息内容的处理流程、决策规则或格式。
有益效果：
本发明将通信过程中的底层实现进行拆分适配，使得物体可以单独适配对方所需的协议，并将不适用于语义的通信底层实现剥离开；同时，将可以语义识别的过程描述和决策规则从交互协议中分离，并分别进行模块化，使得整个物联网节点交互过程模块化，易于配置，增强了整个系统的灵活性和开放性。
此外，对每个消息的内容进行标签标注，使得消息内容易于被识别。
附图说明
图1为本发明协议结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
本发明提供了一种物联网中物体节点交互系统，交互过程是在本节点已发现目标节点信息的基础上进行的。本发明通过设计一个开放的、灵活的交互方式来满足分布式的节点所组成的物联网系统的交互需求。
物联网中节点的通信是采用通信协议的方式进行的，不同通信协议的节点，由于通信协议格式不同，无法实现通信；此外，节点根据交互协议实现交互，在一般的交互协议中，决策规则是固定在协议处理流程中，与过程描述为一体，节点交互的灵活性、可扩展性差。由此，本发明对交互协议结构框架进行了改进，将其分为通信层、会话控制层和知识层三层，如图1所示，同时，将决策规则部分从过程描述部分拆分出来，实现过程描述和决策规则的模块化、可配置化，使得整个交互过程更为灵活开放。
(1)过程描述。过程描述规定了会话中消息传递流程，告诉节点可能会接收到的消息，以及如何处理该消息。过程描述确立了消息处理的序列、消息处理的方式。节点严格按照协议的过程描述执行会话。不同的类型的消息具有不同的过程描述。
(2)决策规则。决策规则告知节点在决策点时如何根据自己的现状和期望选择下一步行为。由于决策时往往需要结合已经发生的消息，以及自己实时的状态，因此在节点做出决策时需要相关的程序实现自己的决策规则，具有一定的节点自治性。不同的节点可能具有不同的决策规则。
节点根据过程描述执行会话，当执行到决策点时，依据决策规则，结合自身的状态做出判决，返回判决结果，执行下一个动作，直到完成会话。
具体的，
通信层：实现与其他节点的通信，维护基本的通讯链接并可对指定的消息进行过滤；通信层存储有多种通信协议，且节点可以根据自身内存、需求等状态，对本节点存储的通信协议进行删除、添加；节点在收到交互信息后，根据对应的通信协议对消息内容进行解包，并将解包出的数据发送至会话控制层的协议解释器；将协议解释器发送的应答消息采用对应的通信协议进行封包，并发送至对方节点。
会话控制层：包括协议解释器和决策推理器；其中，协议解释器是会话控制层的核心，其借助知识层的配置对接收到的消息内容进行处理和响应，按照知识层的内容控制交互的流程。
协议解释器在收到通信层发送的消息内容后，向知识层的过程描述库中查询并获取该消息内容的处理流程，然后按照处理流程对该消息内容执行相应的处理；在消息内容处理处理过程中，若需要决策，则将待决策内容发送至决策推理器；决策推理器向决策规则库查询并获取决策规则，并按决策规则对待决策内容进行判决，得到决策结果，将决策结果发送至协议解释器；协议解释器收到决策结果后，按照消息内容处理流程进行下一步处理；协议解释器按照消息内容处理流程对消息内容进行处理完毕后，生成应答消息，并将应答消息发送至通信层。
知识层：包括决策规则库和过程描述库；其中，过程描述库中存储了物联网中各类消息内容的处理流程以及所需参数的获取方式，并且，参数获取方式可以通过动态代码获取，可以随时改动，过程描述库中的消息内容的处理流程也可以进行删除、添加或改动，即用户可以通过过程描述库更改节点之间的会话过程；决策规则库中存储了本节点的判决规则，且决策规则库中的判决规则也可以进行删除、添加或改动，即用户可以通过决策规则库更改本节点的判决方式。
此外，为便于节点对消息内容的辨识，可在知识层中构建消息库，物联网中各节点事先对各类型消息内容打标签，消息库中存储各个标签对应的消息内容的格式；协议解释器根据过程描述库的消息内容的处理流程对消息内容处理完毕后，根据消息内容的标签，从消息库中查询并获得该消息内容的格式，根据该格式生成应答信息。
协议在运行前需要建立参与会话的物体之间共有的消息库，保存可能出现的消息类型及其标签，使得各个物体都可以认识和生成接收到的消息，当某个物体发送消息到另一个物体时，协议解释器会为发送的消息内容打上对应的标签，之后再通过通信层为其选择本物体对应的协议进行封包。
当对方收到消息后，通信层会将报文拆包，并识别包内的标签部分，通过之前设置过的标签过滤机制对消息进行过滤后，选择可通过的标签对应的内容体上报到协议解释器。协议解释器接收到内容体后，读取过程描述库中对应标签处理流程，如果处理过程中有流程判断点，就会将对应的参数以及消息内容体发送到决策推理器，决策推理器根据决策规则库判断规则进行决策后，返回决策结果。最后协议解释器根据过程描述库的处理流程，在消息库中选择合适的返回内容发送到通信层，通信层进行封包后返回到对方物体。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种物联网中物体节点交互系统，其特征在于，包括通信层、会话控制层和知识层；
其中，通信层存储有多种通信协议，维护与其他节点的通讯链接，并实现消息内容的封包和解包；
知识层包括决策规则库和过程描述库；所述过程描述库中存储了物联网中各类消息内容的处理流程以及所需参数的获取方式；所述决策规则库中存储了本节点的判决规则；
会话控制层：包括协议解释器和决策推理器；所述协议解释器收到通信层发送的消息内容后，向知识层的过程描述库查询并获取该消息内容的处理流程，然后按照处理流程对该消息内容执行相应的处理；在消息内容处理处理过程中，若需要决策，则将待决策内容发送至决策推理器；决策推理器向决策规则库查询并获取决策规则，并按决策规则对待决策内容进行判决，得到决策结果，将决策结果发送至协议解释器；协议解释器收到决策结果后，按照消息内容处理流程进行下一步处理；协议解释器按照消息内容处理流程对消息内容进行处理完毕后，生成应答消息，并将应答消息发送至通信层。
2.如权利要求1所述的物联网中物体节点交互系统，其特征在于，所述通信层还用于实现对指定的消息的过滤。
3.如权利要求1所述的物联网中物体节点交互系统，其特征在于，所述知识层还包括消息库，所述消息库中存储各类消息内容的格式，所述协议解释器按照消息内容处理流程对消息内容进行处理完毕后，向消息库查询获得该类消息内容的应答格式，按照应答格式生成应答消息。
4.如权利要求1～3任意一项所述的物联网中物体节点交互系统，其特征在于，对物联网中所有类型的消息内容进行打标签处理，通信内容包括消息内容及其标签；所述知识层中的各库中对应存放各类消息内容的标签，根据协议解释器或决策推理器发送的消息内容的标签查找并返回对应消息内容的处理流程、决策规则或格式。
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