CN110768914B - 基于语义场景实例迁移的去中心化物联网关系统 - Google Patents

基于语义场景实例迁移的去中心化物联网关系统 Download PDF

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Abstract

一种基于语义场景实例迁移的去中心化物联网关系统，包括：多业务分配模块、状态信息模型解析模块、服务执行模块、多网关筛选模块以及业务执行状态文件，其中：多业务分配模块接收网关输入信息作为系统的输入并根据网关输入信息对多个业务流程的优先级进行动态的优先级调度以优化分配网关系统的内部资源；状态信息模型解析模块响应多业务分配模块的调用请求对网关输入信息解析得到待执行服务；服务执行模块根据待执行服务的需求调用系统管辖范围内的物联设备集合获取所需物联设备数据并生成业务执行状态文件；多网关筛选模块通过优先级调度算法决定执行后续业务流程的网关并根据当前服务完成情况生成网关输出信息。本发明实现节点之间完整且详细的状态信息的传递，实现多个边缘节点之间、去中心化的、完整的业务流程。

Description

基于语义场景实例迁移的去中心化物联网关系统
技术领域
本发明涉及的是一种信息技术领域的技术，具体是一种基于语义场景实例迁移的去中心化物联网关系统。
背景技术
物联网已经深入到我们生活中的各个领域，随着工业4.0的深入，在工业领域中，物联网也发挥着不可替代的作用。通过对工业设备、数据、控制系统的网络互联，实现了生产流程的自动化以及工业管理的数字化和智能化。但现有的物联管理方式多为中心化的管理方式，即所有业务逻辑处理都由中心节点，也就是云服务平台处理，其本身存在局限性以及诸多错误隐患。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种基于语义场景实例迁移的去中心化物联网关系统，通过在边缘节点即网关系统之间传递业务流程模型及业务进程状态信息，给予边缘节点更高的决策权限，使其有更好的容错性和自治性；根据基于知识图谱的模型解析模块分析得到具体业务流程，用执行服务的结果和访问设备后获得的设备及时状态数据来更新业务进程状态表，再将其传递给业务流程中下一环节的边缘节点，从而实现节点之间完整且详细的状态信息的传递，实现多个边缘节点之间、去中心化的、完整的业务流程，并且能够通过服务接口将节点中物联设备的实时状态信息及整个业务流程处理的结果返回到中心节点即云服务平台进行可视化展示。
本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明包括：多业务分配模块、状态信息模型解析模块、服务执行模块、多网关筛选模块以及业务执行状态文件，其中：多业务分配模块接收网关输入信息作为系统的输入并根据网关输入信息对多个业务流程的优先级进行动态的优先级调度以优化分配网关系统的内部资源；状态信息模型解析模块响应多业务分配模块的调用请求对网关输入信息解析得到待执行服务；服务执行模块根据待执行服务的需求调用系统管辖范围内的物联设备集合获取所需物联设备数据并生成业务执行状态文件；多网关筛选模块通过优先级调度算法决定执行后续业务流程的网关并根据当前服务完成情况生成网关输出信息。
所述的网关输入信息包括：用来记录表示该业务的优先级的信息的业务基本属性表、定义业务的具体流程的业务流程模型和记录本次迁移过程之前业务执行状态的业务进程状态表。
所述的网关输出信息包括：用来记录表示该业务的优先级的信息的业务基本属性表、定义业务的具体流程的业务流程模型和记录本次迁移过程之后业务执行状态的业务进程状态表。
所述的动态的优先级调度是指：根据业务基本属性表中包含的业务的重要程度、执行时长、占用资源多少以及业务挂起时长为各业务划分优先级，将资源优先分配给级别最高的业务；并且将当前正在进行的业务进行挂起操作，即将当前业务进行状态储存在业务临时状态表中，等高优先级业务结束后再重启该业务。
所述的状态信息模型解析模块包括：业务流程模型解析单元、业务进程状态解析单元、上下文匹配单元和状态信息更新管理单元，其中：业务流程模型解析单元通过模型解析引擎对业务流程进行分析和抽取，获取业务流程中涉及的所有服务以及业务当前进行的状态；业务进程状态解析单元通过对业务进程状态表中信息的解析，获取之前网关系统中物联设备的状态，根据业务流程模型中的业务描述将所需设备的信息传入当前网关的服务执行模块；上下文匹配单元基于领域知识图谱，辅助业务流程模型和业务进程状态文件的解析，提供词义消歧、语义融合等功能，明确资源属性及服务之间的关系，是确保状态信息详细辨别和正确解析的有力支撑；状态信息更新管理单元通过对业务进程状态表中各个节点的历史状态信息的判断与筛选，及时释放冗余、过期和无效的资源以减少后续节点的判断操作，同时根据服务执行的结果增加新的业务进程状态信息。
所述的服务执行模块包括：设备信息获取单元和设备数据计算单元，其中：设备信息获取单元获取物联设备数据，包括设备属性信息和设备状态信息；设备数据计算单元提供节点的主体功能服务，获取和计算设备数据。
所述的物联设备数据包括：设备属性信息、设备状态信息和设备数据，均由网关系统管辖范围内运行中的物联设备产生，将发送到网关系统中的服务执行模块。
所述的业务执行状态文件包括：设备状态信息和业务执行状态信息，由服务执行模块产生，将发送到云服务平台。
所述的多网关筛选模块是指：执行后续业务网关的寻址，通过遍历候选网关列表对多个候选网关使用优先级调度算法进行排序，以决定哪一个网关执行后续的业务流程。
所述的优先级调度算法是指：根据候选网关列表中各网关资源的量级从小到多、业务处理能力从小到大、是或者不是处在关键节点，即被多个业务流程调用与否或频繁调用与否，为其从低到高化分优先级；选择优先级最高的一个或几个网关，发送调用请求，在返回空闲信号的网关中选择优先级最高的一个作为预选的网关；当无处于空闲状态的网关，则排除该部分候选网关后重新实施优先级调度算法；当所有后续网关都在忙碌，则与候选列表中各后续网关建立心跳连接直至有网关的状态变为空闲，将其作为业务流程执行的下一地址并发送业务基本属性表、业务流程模型和更新的业务进程状态表。
技术效果
与现有技术相比，本发明不需要依靠中心节点对业务流程的各个阶段进行任务分配，而是将中心节点的主要功能分散到各个边缘节点即网关系统中，将业务流程的节点调度权限下放到节点自身，给予边缘节点高度自治的权力；同时，网关之间自由连接自发且高效的业务流程执行、网关内部高效的业务执行调度算法，各个网关能够自行分配内部资源，及时释放冗余数据，合理利用剩余空间。本发明避免了中心化物联管理系统的局限性，确保了边缘节点的高度自治性，能提升业务流程执行的灵活性和准确性，为工业物联网架构提供有力支撑。
附图说明
图1为本发明的方法框架图；
图2为本发明的实施例系统结构图。
具体实施方式
如图2所示，为本实施例实现架构，包括用于业务流程模型的上传与发送以及业务流程执行的最终结果的接收的云服务平台、本发明所述去中心化物联网关系统以及物联设备层，其中：去中心化物联网关系统接收云服务平台发送的网关输入信息作为业务流程执行的起点，执行完成最后一个业务并将包含业务执行结果和业务流程模型的网关输出信息返回云服务平台作为业务流程执行的终点，物联设备层包含网关系统所管辖的各种物联设备并作为去中心化物联网关系统的数据来源。
所述的云服务平台通过服务调用RESTful接口请求网关系统获取设备状态报表和业务执行状态的JSON文件。
所述的物联设备层通过设备信息数据采集OPC server接口与网关系统交互，发送设备属性信息、设备状态信息和设备数据到网关系统中的服务执行模块。
所述的设备属性信息包括但不局限于设备型号、设备地理位置；设备状态信息包括但不局限于设备起停次数、调用时长；设备数据包括但不局限于传感器温度数据、机组产能数据、设备压力数据。
如图2所示，所述的去中心化物联网关系统中包含：用于接收上一个网关系统的调度请求，并接收网关信息输入接口输入的信息，根据多个业务优先级调度的结果调用模型解析模块处理该信息的多业务分配模块；用于决定业务流程下一环节的去向，寻找下一个执行业务的网关系统并发送调度请求和业务基本属性表、业务流程模型和业务进程状态表的多网关筛选模块；用于解析业务流程模型和业务进程状态表以决定当前网关需要调用的服务、基于领域关联数据(以CSV文件的格式存储)辅助业务流程模型和业务进程状态文件的解析实现对上下文、语义场景匹配、更新业务进程状态表的状态信息模型解析模块；用于根据业务的需求调用系统管辖范围内的物联设备集合获取所需数据并进行相关运算，同时能够通过服务接口将业务进程状态和设备状态信息文件发送至云服务平台的服务执行模块。
所述的去中心化物联网关系统中进一步设有网关信息输入RESTful接口，该网关信息输入RESTful接口包括：用来记录该业务的优先级属性的业务基本属性表JSON文件、定义业务流程的BPMN/BPEL文件(针对不同的业务场景使用BPMN或BPEL规范语言描述了需要执行的具体业务过程及各个节点之间的调用方法的业务流程模型)、内置本次迁移过程中，之前各个节点的状态信息的业务进程状态表JSON文件。
所述的各个节点的状态信息，包含但不限于调用前后的设备状态、设备调用时长、设备调用返回信息等数据。
本实施例所述实现架构，通过以下方式进行工作：首先，执行完成业务流程上一环节的网关系统通过网关信息输入RESTful接口将业务基本属性表JSON文件、业务流程模型BPMN/BPEL文件和业务进程状态表JSON文件发送至当前网关系统的功能模块中；功能模块的业务处理逻辑为：多业务分配模块接收该输入信息，在接收多个网关系统的输入时，通过优先级调度算法选择优先执行的业务，调用状态信息模型解析模块解析该业务信息输入；业务流程模型解析单元和业务进程状态解析单元分别用于对BPMN/BPEL模型和业务进程状态JSON表的解析；解析的过程中会调用基于领域知识图谱的上下文匹配单元，进行一些上下文语义分析的工作，分析完成得到具体需要执行的服务，根据该服务指令调用服务执行模块；服务执行模块中的设备信息获取单元用于采集设备状态属性信息，设备数据计算单元用于根据服务要求的具体内容对物联设备返回的设备数据进行加工和计算；服务执行模块会调用物联设备层中的相关设备集合，获取设备数据和状态信息数据，网关系统和物联设备之间采用OPC server接口进行双向通信；业务执行完成后的结果，即设备状态报表和业务执行状态的JSON文件可被云服务平台通过服务调用RESTful接口调用并获取，同时，业务执行完成后会发送完成信号和设备状态信息给状态信息更新管理单元，以更新业务进程状态表；多网关筛选模块会请求更新后的业务进程状态表，该模块通过优先级调度算法筛选出最优的后续网关系统后，将更新后的业务进程状态表和业务基本属性表以及业务流程模型一同通过网关信息输出RESTful接口发送给下一个网关系统。其中，整个业务流程开始于云服务平台发送业务流程模型及业务基本属性表给指定网关系统，而执行业务流程最后环节的网关系统会将业务执行结果文件和业务流程模型返回给云服务平台从而结束整个业务流程。
本实施例技术指标与现有技术比较见表1.
表1技术特性对比
Figure BDA0002244072370000051
与现有技术相比，本实施例在业务流程执行过程中，给予各网关系统传递并解析业务流程模型的能力，以及寻找下一个业务执行网关的权限，通过去中心化的方式进行业务流程在各网关系统之间的传递与执行，实现云服务平台与物联设备之间的双向通信，以及平台对设备的统一管理。从系统功能来看，通过多业务优先级调度算法和多网关优先级调度算法实现网关系统自主决策业务传递方向的能力，实现语义场景实例在边缘节点之间完整的自主迁移；系统输入定义业务流程模型的BPMN和BPEL文件和业务进程状态表，通过网关系统自身的解析模块分析获得所需执行的业务，而不需要依靠中心节点的统筹调度，降低了中心节点的负载，实现了去中心化的思想；此外，通过领域知识图谱辅助解析业务进程状态信息，确保了解析结果的准确性。从互操作性来看，不同的网关系统之间相互合作，协同工作，共享业务流程模型和业务进程状态信息，有很高的互操作性；从自治性来看，各个边缘节点有决定下一业务流程执行地址的决策能力，并且各个节点接收同一标准的业务流程模型和业务进程状态表的输入，以及相同规则的信息解析过程，提高了系统的自治性。
与现有技术相比，本系统通过将中心节点的决策与节点调度权限分发给各个边缘节点自身，使得业务流程中单个节点可以和多个节点建立连接，有多个候选业务执行节点，且业务流程中每个节点都保存有业务流程模型和实时的业务进程状态信息，增强了系统的可用性，提高了系统的容错性。
上述具体实施可由本领域技术人员在不背离本发明原理和宗旨的前提下以不同的方式对其进行局部调整，本发明的保护范围以权利要求书为准且不由上述具体实施所限，在其范围内的各个实现方案均受本发明之约束。

Claims (7)

1.一种基于语义场景实例迁移的去中心化物联网关系统，其特征在于，包括：多业务分配模块、状态信息模型解析模块、服务执行模块、多网关筛选模块以及业务执行状态文件，其中：多业务分配模块接收网关输入信息作为系统的输入并根据网关输入信息对多个业务流程的优先级进行动态的优先级调度以优化分配网关系统的内部资源；状态信息模型解析模块响应多业务分配模块的调用请求对网关输入信息解析得到待执行服务；服务执行模块根据待执行服务的需求调用系统管辖范围内的物联设备集合获取所需物联设备数据并生成业务执行状态文件；多网关筛选模块通过优先级调度算法决定执行后续业务流程的网关并根据当前服务完成情况生成网关输出信息；
所述的网关输入信息包括：用来记录表示该业务的优先级的信息的业务基本属性表、定义业务的具体流程的业务流程模型和记录本次迁移过程之前业务执行状态的业务进程状态表；
所述的网关输出信息包括：用来记录表示该业务的优先级的信息的业务基本属性表、定义业务的具体流程的业务流程模型和记录本次迁移过程之后业务执行状态的业务进程状态表；
所述的业务执行状态文件包括：设备状态信息和业务执行状态信息，由服务执行模块产生，将发送到云服务平台；
所述的动态的优先级调度是指：根据业务基本属性表中包含的业务的重要程度、执行时长、占用资源多少以及业务挂起时长为各业务划分优先级，将资源优先分配给级别最高的业务；并且将当前正在进行的业务进行挂起操作，即将当前业务进行状态储存在业务临时状态表中，等高优先级业务结束后再重启该业务。
2.根据权利要求1所述的去中心化物联网关系统，其特征是，所述的状态信息模型解析模块包括：业务流程模型解析单元、业务进程状态解析单元、上下文匹配单元和状态信息更新管理单元，其中：业务流程模型解析单元通过模型解析引擎对业务流程进行分析和抽取，获取业务流程中涉及的所有服务以及业务当前进行的状态；业务进程状态解析单元通过对业务进程状态表中信息的解析，获取之前网关系统中物联设备的状态，根据业务流程模型中的业务描述将所需设备的信息传入当前网关的服务执行模块；上下文匹配单元基于领域知识图谱，辅助业务流程模型和业务进程状态文件的解析，提供词义消歧、语义融合等功能，明确资源属性及服务之间的关系，是确保状态信息详细辨别和正确解析的有力支撑；状态信息更新管理单元通过对业务进程状态表中各个节点的历史状态信息的判断与筛选，及时释放冗余、过期和无效的资源以减少后续节点的判断操作，同时根据服务执行的结果增加新的业务进程状态信息。
3.根据权利要求1所述的去中心化物联网关系统，其特征是，所述的服务执行模块包括：设备信息获取单元和设备数据计算单元，其中：设备信息获取单元获取物联设备数据，包括设备属性信息和设备状态信息；设备数据计算单元提供节点的主体功能服务，获取和计算设备数据；
所述的物联设备数据包括：设备属性信息、设备状态信息和设备数据，均由网关系统管辖范围内运行中的物联设备产生，将发送到网关系统中的服务执行模块。
4.根据权利要求1所述的去中心化物联网关系统，其特征是，所述的多网关筛选模块是指：执行后续业务网关的寻址，通过遍历候选网关列表对多个候选网关使用优先级调度算法进行排序，以决定哪一个网关执行后续的业务流程。
5.根据权利要求1所述的去中心化物联网关系统，其特征是，所述的优先级调度算法是指：根据候选网关列表中各网关资源的量级从小到多、业务处理能力从小到大、是或者不是处在关键节点，即被多个业务流程调用与否或频繁调用与否，为其从低到高化分优先级；选择优先级最高的一个或几个网关，发送调用请求，在返回空闲信号的网关中选择优先级最高的一个作为预选的网关；当无处于空闲状态的网关，则排除该部分候选网关后重新实施优先级调度算法；当所有后续网关都在忙碌，则与候选列表中各后续网关建立心跳连接直至有网关的状态变为空闲，将其作为业务流程执行的下一地址并发送业务基本属性表、业务流程模型和更新的业务进程状态表。
6.根据权利要求1所述的去中心化物联网关系统，其特征是，所述的去中心化物联网关系统接收云服务平台发送的网关输入信息作为业务流程执行的起点，执行完成最后一个业务并将包含业务执行结果和业务流程模型的网关输出信息返回云服务平台作为业务流程执行的终点，物联设备层包含网关系统所管辖的各种物联设备并作为去中心化物联网关系统的数据来源。
7.根据权利要求1所述的去中心化物联网关系统，其特征是，进一步设有网关信息输入RESTful接口，该网关信息输入RESTful接口包括：用来记录该业务的优先级属性的业务基本属性表JSON文件、定义业务流程的BPMN/BPEL文件以及内置本次迁移过程中之前各个节点的状态信息的业务进程状态表JSON文件，其中：针对不同的业务场景使用BPMN或BPEL规范语言描述了需要执行的具体业务过程及各个节点之间的调用方法的业务流程模型，各个节点的状态信息包含调用前后的设备状态、设备调用时长、设备调用返回信息数据。
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