CN113128202B

CN113128202B - 一种面向物联网服务的智能编排方法和装置

Info

Publication number: CN113128202B
Application number: CN202010026276.2A
Authority: CN
Inventors: 陈伟; 徐少鹏; 吴国全; 魏峻
Original assignee: Institute of Software of CAS
Current assignee: Institute of Software of CAS
Priority date: 2020-01-10
Filing date: 2020-01-10
Publication date: 2022-05-17
Anticipated expiration: 2040-01-10
Also published as: CN113128202A

Abstract

本发明涉及一种面向物联网服务的智能编排方法和装置。该方法包括以下步骤：获取用户对服务编排规则的描述语句；判断所述描述语句中的子句的类型；根据所述描述语句中的子句的类型，对子句进行依存句法分析，得到子句中的关键词及关键词之间的依存关系；将获得的关键词与物联网中的设备和/或服务进行相似度匹配；将通过相似度匹配得到的设备和/或服务填入物联网支持的编排模板，得到可执行的编排脚本。本发明可以有效降低物联网平台服务编排的使用复杂度，提高易用性，扩大物联网系统用户的范围。

Description

一种面向物联网服务的智能编排方法和装置

技术领域

本发明涉及一种物联网(Internet of Things,IoT)服务智能编排的方法和装置，尤其是基于用户自然语言描述的物联网服务智能编排方法，属于计算机软件技术领域。

背景技术

随着移动互联网、人工智能、智能人机交互等新一代信息与通信技术发展成果向物联网领域融合渗透，物联网已经成为热点。美国权威咨询机构Gartner预测，2020年物联网将爆炸性地增长到260亿设备。其中，物联网技术的重要应用领域之一智能家居领域的市场规模也是呈现着指数级的增长。

物联网并不局限于每台设备独立、分隔执行，更多的是多个设备和系统关联协作和统筹管理。例如，“摄像头监控到有人时，打开报警器”，这一场景描述的实现需要摄像头、报警器的关联协同工作。由此可见，关联协作的智能设备能够满足较为复杂的场景需求。但是，当前的物联网设备种类繁多且功能各异，并且新型的设备仍在持续涌现，实现自动化、智能化的设备关联协作仍然面临着诸多问题和挑战。

基于终端用户编程的服务编排方式，对用户及其领域知识背景提出了很高的要求。当前面向终端用户的设备服务编排要求用户具有较高的IT领域知识和编程技能，具有很高的学习成本；即使提供了较为友好的交互式编程环境，仍然需要用户具备类似程序员的思维和逻辑，从而能够准确定义规则、条件、事件、变量和控制逻辑等。但是，物联网设备的用户群体不仅限于具备上述能力的人群，还包括了诸如老人、孩子在内的各个年龄段和不同职业的用户，已有方法和工具难以满足此类用户的需求。

当前物联网服务智能编排的问题得到了学术界的关注，形成了一些相关成果。目前的一些研究工作的关注点主要在于基于TAP(trigger-action programming)代码的服务编排，使用户能够根据个人偏好和期望进行IoT服务编排的定制。TAP相关的研究工作主要包括代码的可用性分析、代码生成、面向大规模TAP代码制品的实证研究、正确性和安全性保障等。研究工作(参见文献：Zhang L,He W,Martinez J,et al.AutoTap:synthesizingand repairing trigger-action programs using LTL properties[C]//Proceedings ofthe 41st International Conference on Software Engineering.IEEE Press,2019:281-291.)采用了LTL(Linear Temporal Logic,线性时序逻辑)约束表达式的方式，将编排规则生成和错误检测融合到了一起，通过形式化验证和模型求解的方式，极大的提高了最终生成的编排规则的正确性，即规则的运行结果和用户的意图能保持一致，并减少了规则冲突的情况发生的可能性。该工作通过约束表达式来生成规则有一定的新颖性，但是当设备数量比较大的时候，用户进行设备、服务的选择时仍有一定的工作量和复杂性。

发明内容

本发明的目的是针对物联网领域，特别是智能家居领域的服务自动编排问题，提出一种服务自动编排的方法，有效提高用户使用物联网平台的便捷性，提升工作效率和用户体验。

本发明采用的技术方案如下：

一种面向物联网服务的智能编排方法，包括以下步骤：

获取用户对服务编排规则的描述语句；

判断所述描述语句中的子句的类型；

根据所述描述语句中的子句的类型，对子句进行依存句法分析，得到子句中的关键词及关键词之间的依存关系；

将获得的关键词与物联网中的设备和/或服务进行相似度匹配；

将通过相似度匹配得到的设备和/或服务填入物联网支持的编排模板，得到可执行的编排脚本。

进一步地，所述描述语句是用户通过语音输入的自然语言描述语句。

进一步地，通过自然语言处理工具对所述描述语句中的子句进行分词、词性标注、依存句法分析，解析出每一个子句中的设备、服务的关键词，并且得到关键词之间的依存关系。

进一步地，所述相似度匹配采用Jaccard系数进行相似度计算。

一种面向物联网服务的智能编排装置，其包括：

语句输入模块，用于获取用户对服务编排规则的描述语句；

类型判断模块，用于判断所述描述语句中的子句的类型；

依存句法分析模块，用于根据所述描述语句中的子句的类型，对子句进行依存句法分析，得到子句中的关键词及关键词之间的依存关系；

相似度匹配模块，用于将获得的关键词与物联网中的设备和/或服务进行相似度匹配；

编排脚本生成模块，用于将通过相似度匹配得到的设备和/或服务填入物联网支持的编排模板，得到可执行的编排脚本。

进一步地，所述语句输入模块获取用户通过语音输入的自然语言描述语句。

进一步地，所述依存句法分析模块通过自然语言处理工具对所述描述语句中的子句进行分词、词性标注、依存句法分析，解析出每一个子句中的设备、服务的关键词，并且得到关键词之间的依存关系。

一种电子装置，包括存储器和处理器，所述存储器存储计算机程序，所述计算机程序被配置为由所述处理器执行，所述计算机程序包括用于执行本发明的面向物联网服务的智能编排方法的指令。

一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储计算机程序，所述计算机程序被计算机执行时，实现本发明的面向物联网服务的智能编排方法。

本发明的有益效果如下：

采用本发明的方法，可以有效降低物联网平台服务编排的使用复杂度，提高易用性，扩大物联网系统用户的范围。

附图说明

图1为物联网服务智能编排方法的流程图。

图2为采用自然语言处理(Natural Language Processing,NLP)技术进行依存句法分析后的关系图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面通过具体实施例和附图，对本发明做进一步详细说明。

本实施例的一种物联网服务智能编排方法，包括以下步骤：

1.用户描述语句的获取。

通过语音输入及识别，获取用户对服务编排规则的自然语言描述语句。

2.用户描述子句类型的判断。

这里假定用户的编排描述语句都是按照常用的ECA(event-condition-action，事件-条件-动作)的描述方式，即“WHEN event IF condition THEN action”，那么如果子句包含:“^当.*”、“.*的时候$”等模式，即为event；如果子句包含“^如果.*”、“^假如.*”，即为condition；否则为action。其中，^表示从字符串的起始位置开始匹配，.*表示匹配任意数量的不包含换行的字符，$表示匹配字符串的结束位置。

3.对用户描述语句进行自然语言处理。

通过NLP工具，加载开源的训练模型，在本地对用户语句进行分词、词性标注、依存句法分析等处理，解析出用户描述中每一个子句中的的设备、服务等关键词，并且得到这些关键词之间的依存关系。

4.与设备及服务进行相似度匹配。

将分析得到的用户语句关键词与IoT平台已有的设备与服务进行相似度匹配，得到关键词到IoT平台的设备实体及服务名称的映射。

中文短文本相似度计算的方法比较多，经过对比，考虑到实际使用场景，本实施例选取Jaccard系数来进行相似度计算，计算公式如下：

其中，A表示分析得到的用户语句关键词集合，B表示IoT平台已有的设备或服务集合。

5.找到对应的模板并生成编排文件。

对于用户语句中的ECA不同部分，根据自然语言处理进行分词、词性标注、依存句法分析等操作的结果，可以找到相应的IoT平台支持的编排模板，例如可以根据语句中是否包含时间属性的名词、用于改变设备状态的数字等条件。然后将通过相似度匹配得到的用户想要操作的设备、服务等信息填入模板，即得到最终的可执行的规则编排脚本。然后IoT平台执行该编排脚本，即可实现用户的自然语言描述语句中想要执行的动作，从而满足用户的需求。

下面以智能家居的具体使用场景为例对本发明做进一步说明。

用户首先通过语音输入服务编排描述语句“当我睡觉的时候，如果客厅的台灯是打开的，那么就关掉客厅的台灯”。可以通过百度AI开放平台的语音识别功能接口，识别用户语音并转为文字。

其中的子句，“当我睡觉的时候”符合“^当.*”的模式，为trigger(触发器)；“如果客厅的台灯是打开的”符合“^如果.*”，为condition；“那么就关掉客厅的台灯”不符合when、if的语句模式，即为action部分。

然后通过开源的NLP工具LTP对上述子句进行分词、词性标注、依存句法分析等处理，例如action部分的处理可以得到如图2所示的关系图。其中，HED表示核心关系，ATT表示定中关系，Root表示依存分析关系树的根节点，c表示连词，d表示副词，v表示动词，n表示名词，u表示助词，ADV表示状中结构，RAD表示右附加关系，VOB表示动宾关系。

从图2中可以看出，首先找到语句的动作关键词“关掉:v”，然后根据VOB动宾关系找到动作的接受者“台灯:n”，对于该设备名词，可能有多个情景的修饰语，所以根据ATT定语中心词的关系找到修饰词。综上，可以得到该action的动作是“关掉”，动作的接收者是“客厅，台灯”。

然后是相似度的计算，用户想要操作的设备是{客厅，台灯}。假定系统中已有的设备列表为[{客厅，华为，台灯}，{卧室，台灯}]。通过前面的公式可以计算如下。计算结果相似度最高的即最有可能是用户想要操作的设备，即{客厅，华为，台灯}。

然后根据用户语句的模式，即action，选择系统支持的编排模板，以比较流行的智能家居开源平台homeassistant为例，其自动化规则的执行主要是解析automation.yml文件，即最终生成符合该文件内容格式的脚本代码并写入。该文件的action内容主要有两个参数，entity_id表示操作的设备，service表示调用的服务。将上一步经过相似度计算得到的设备、服务等关键词填入模板即可得到如下的编排脚本。trigger、condition部分也可按照相同的方法生成对应的编排代码。

action:

-entity_id:light.keting_huawei_light

service:light.turn_off

此实施例通过一系列的措施实现了IoT平台服务的智能编排，与已有的服务编排方法相比，语音输入并解析生成编排脚本的方式对用户来说更加简洁易用。

上述实施例中，用户的语句描述主要采用了trigger-action编程中比较常用的ECA模式，本发明不限于这种模式，比如也可以采用IFTTT(If-This-Then-That)的模式等。

基于同一发明构思，本发明的另一个实施例提供一种面向物联网服务的智能编排装置，其包括：

语句输入模块，用于获取用户对服务编排规则的描述语句；

类型判断模块，用于判断所述描述语句中的子句的类型；

其中各模块的具体实施过程参加前文对本发明方法的描述。

基于同一发明构思，本发明的另一个实施例提供一种电子装置(计算机、服务器、智能手机等)，其包括存储器和处理器，所述存储器存储计算机程序，所述计算机程序被配置为由所述处理器执行，所述计算机程序包括用于执行本发明方法中各步骤的指令。

基于同一发明构思，本发明的另一个实施例提供一种计算机可读存储介质(如ROM/RAM、磁盘、光盘)，所述计算机可读存储介质存储计算机程序，所述计算机程序被计算机执行时，实现本发明方法的各个步骤。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，本领域的普通技术人员可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的原理和范围，本发明的保护范围应以权利要求书所述为准。

Claims

1.一种面向物联网服务的智能编排方法，其特征在于，包括以下步骤：

获取用户对服务编排规则的描述语句；

判断所述描述语句中的子句的类型；

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述描述语句是用户通过语音输入的自然语言描述语句。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述描述语句按照ECA的描述方式，或者按照IFTTT的描述方式，其中ECA是指“事件-条件-动作”，IFTTT是指“If-This-Then-That”。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过自然语言处理工具对所述描述语句中的子句进行分词、词性标注、依存句法分析，解析出每一个子句中的设备、服务的关键词，并且得到关键词之间的依存关系。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述相似度匹配采用Jaccard系数进行相似度计算，计算公式如下：

其中，A表示分析得到的用户语句关键词集合，B表示物联网平台已有的设备或服务集合。

6.一种面向物联网服务的智能编排装置，其特征在于，包括：

语句输入模块，用于获取用户对服务编排规则的描述语句；

类型判断模块，用于判断所述描述语句中的子句的类型；

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述语句输入模块获取用户通过语音输入的自然语言描述语句。

8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述依存句法分析模块通过自然语言处理工具对所述描述语句中的子句进行分词、词性标注、依存句法分析，解析出每一个子句中的设备、服务的关键词，并且得到关键词之间的依存关系。

9.一种电子装置，其特征在于，包括存储器和处理器，所述存储器存储计算机程序，所述计算机程序被配置为由所述处理器执行，所述计算机程序包括用于执行权利要求1～5中任一项所述方法的指令。

10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储计算机程序，所述计算机程序被计算机执行时，实现权利要求1～5中任一项所述的方法。