(计算机科学与技术专业论文)语义传感器web中传感器本体构建研究.pdf_第1页
(计算机科学与技术专业论文)语义传感器web中传感器本体构建研究.pdf_第2页
(计算机科学与技术专业论文)语义传感器web中传感器本体构建研究.pdf_第3页
(计算机科学与技术专业论文)语义传感器web中传感器本体构建研究.pdf_第4页
(计算机科学与技术专业论文)语义传感器web中传感器本体构建研究.pdf_第5页
已阅读5页,还剩92页未读 继续免费阅读

(计算机科学与技术专业论文)语义传感器web中传感器本体构建研究.pdf.pdf 免费下载

版权说明:本文档由用户提供并上传,收益归属内容提供方,若内容存在侵权,请进行举报或认领

文档简介

djf一 j ,l l i r e s e a r c ho ns e n s o ro n t o l o g yb u i l d i n gi n s e m a n t i csensoremantice n s o r w e d at h e s i ss u b m i t t e dt o d a f i a nm a r i t i m eu n i v e r s i t y i np a r t i a lf u w d l m e n to ft h er e q u i r e m e n t sf o rt h ed e g r e eo f m a s t e ro f e n g i n e e r i n g b y z h a n gx i a n z h o n g ( c o m p u t e rs c i e n c ea n dt e c h n o l o g y ) t h e s i ss u p e r v i s o r :a s s o c i a t ep r o f e s s o rs h iy i m i n j u n e2 0 1 1 i f i f j i j j j i i | f i j l i i i i f j i i f 18 9 6 6 81 大连海事大学学位论文原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重声明:本论文是在导师的指导下,独立进行研究工作所取得的成果, 撰写成硕士学位论文:适竖佳盛墨壁垒生笾壁墨奎佳掏建班究:。除论文中已经 注明引用的内容外,对论文的研究做出重要贡献的个人和集体,均已在文中以明 确方式标明。本论文中不包含任何未加明确注明的其他个人或集体已经公开发表 或未公开发表的成果。本声明的法律责任由本人承担。 学位论文作者签名:塑垒垫危! 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者及指导教师完全了解大连海事大学有关保留、使用研究生学 位论文的规定,即:大连海事大学有权保留并向国家有关部门或机构送交学位论 文的复印件和电子版,允许论文被查阅和借阅。本人授权大连海事大学可以将本 学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,也可采用影印、缩印或扫 描等复制手段保存和汇编学位论文。同意将本学位论文收录到中国优秀博硕士 学位论文全文数据库( 中国学术期刊( 光盘版) 电子杂志社) 、中国学位论文全文数 据库( 中国科学技术信息研究所) 等数据库中,并以电子出版物形式出版发行和提 供信息服务。保密的论文在解密后遵守此规定。 本学位论文属于:保密0 在年解密后适用本授权书。 不保密口( 请在以上方框内打“寸) 论文作者签名:弛寤、导师签名:艾一历 日期:础年7 月f 日 中文摘要 摘要 随着传感器技术的发展,传感器网络正广泛应用到各个领域,传感器w 曲理 论也逐渐完善和成熟。但是传感器网络的异构性,使传感器网络之间很难互联在 一起,难以实现资源的有效共享和重用。尽管传感器w e b 是为了实现传感器的w e b 互联以及传感器资源的有效访问提出来的,但是由于大量传感器及其数据的涌现, 普通用户要在w e b 中发现传感器及其相关资源也是比较困难的,而且无法理解所 获取的传感器信息。 针对上述问题,语义传感器w e b 应运而生,其旨在通过语义w e b 技术增强传 感器数据的语义,实现传感器数据的共享和重用,以提高传感器互操作性。作为 语义w e b 的核心,本体是机器理解语义的基础。本文分析了现有的传感器网络和 传感器w e b 框架,提出了传感器本体驱动的语义传感器w e b 框架,旨在通过引入 传感器本体,为传感器数据提供语义,以解决传感器资源难以发现等问题。由于 没有比较成熟的适合应用到语义传感器w e b 中的传感器本体,本文研究了语义传 感器w e b 中传感器本体的构建。但是目前传感器本体构建不够规范,没有成熟的 方法以及明确的框架和清晰的分层结构,构建出的本体质量较差,概念表达力低, 彼此间共享和重用性差。 本文阐述了传感器本体的含义、构成以及框架,提出了一种传感器本体p d c a 构建方法。在此基础上,人工构建了传感器核心本体,并对其进行了更新与扩展, 实现了基于时间、空间和主题语义的传感器发现,并依据现有评估方法评价了传 感器核心本体及其更新和扩展效果,进而验证了传感器本体构建方法和传感器本 体驱动的语义传感器w e b 框架的有效性。 关键词:传感器本体:传感器本体构建;语义传感器w e b l 传感器发现 英文摘要 a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to fs e n s o rt e c h n o l o g y ,s e n s o rn e t w o r k sa r ew i d e l ya p p l i e d t ov a r i o u sf i e l d s ,s e n s o rw e bt h e o r yh a sg r a d u a l l yi m p r o v e da n dm a t u r e d h o w e v e r , b e c a u s eo ft h eh e t e r o g e n e i t yo fs e n s o rn e t w o r k s ,i ti sd i f f i c u l tt oi n t e r c o n n e c tt h e s e n s o rn e t w o r k sa n da c h i e v ee f f e c t i v es h a r i n ga n dr e u s i n go ft h er e s o u r c e s b e c a u s eo f t h ea p p e a r a n c eo fal a r g ea m o u n to fs e n s o r sa n dr e l a t e dr e s o u r c e s ,i ti s r e l a t i v e l y d i f f i c u l tf o ra no r d i n a r yu s e rt od i s c o v e rs u c hi n f o r m a t i o nf r o mt h ew e b ;f u r t h e r l n o r e ,i t i si m p o s s i b l et ou n d e r s t a n dt h ei n f o r m a t i o no b t a i n e da b o u tt h es e n s o r s a sar e s u l t a r r i v e st h es e m a n t i cs e n s o rw e bw h o s ep u r p o s ei st oe n h a n c et h e s e m a n t i c so fs e n s o rd a t aa n dr e a l i z et h es h a r i n ga n dr e u s i n go fs e n s o rd a t at h r o u g h s e m a n t i cw e bt e c h n o l o g y ,e v e n t u a l l yt oi m p r o v et h ei n t e r o p e r a b i l i t yo ft h es e n s o r s a s t h ec o r eo fs e m a n t i cw e b ,o n t o l o g yi st h eb a s i sf o rt h ec o m p u t e rt ou n d e r s t a n dt h e s e m a n t i co fi n f o r m a t i o n t h i sp a p e ra n a l y z e dc u r r e n tf r a m e w o r k so fs e n s o rn e t w o r k s a n ds e n s o rw e ba n dp r o p o s e ds e n s o ro n t o l o g y - d r i v e ns e m a n t i cs e n s o rw c bf r a n l e w o r k , w h i c ha i m st op r o v i d es e m a n t i cf o rs e n s o rd a t a , t h e r e b ys o l v i n gt h ep r o b l e mt h a ts e n s o r d a t ai sd i f f i c u l tt od i s c o v e ra n du n d e r s t a n d o w i n gt ot h el a c ko fm a t u r es e n s o ro n t o l o g y s u i t a b l et ot h es e m a n t i cs e n s o rw e b ,t h i sp a p e rs t u d i e dt h ec o n s t r u c t i o no fs e n s o r o n t o l o g yi nt h es e m a n t i cs e n s o rw e b c u r r e n t l y ,t h e r ei sn oe x p l i c i tf r a m e w o r ka n d h i e r a r c h y f o rs e n s o ro n t o l o g y , a tt h es a n l et i m e ,t h e r ei sn ow i d e l ya c c e p t e d s p e c i f i c a t i o na n dm a t u r em e t h o & f o rs e n s o ro n t o l o g yb u i l d i n g ,t h e r e f o r e ,t h eq u a l i t yo f o n t o l o g yb u i l ti sp o o ra n dt h ee x p r e s s i v i t yo fc o n c e p ti sw e a k , t h a t r e s u l t si nb a ds h a r i n g a n dr e u s i n ga m o n gs e n s o ro n t o l o g y t h em e a n i n g ,c o m p o s i t i o na n df r a m e w o r ko ft h es e n s o ro n t o l o g yi se l a b o r a t e d , f u r t h e r m o r e ,as e n s o ro n t o l o g yc o n s t r u c t i o nm e t h o do fp d c a i sp r e s e n t e d s e n s o rc o r e o n t o l o g yi sb u i l ta r t i f i c i a l l ya c c o r d i n gp d c am e t h o 也a n dt h e ns e n s o rc o r eo n t o l o g yi s u p d a t e da n de x t e n d e d , i na d d i t i o n , s e n s o rd i s c o v e r yb a s e do nt i m e ,s p a c ea n dt h e m ei s i m p l e m e n t e d f i n a l l y ,t h i sp a p e re v a l u a t e ds e n s o rc o r eo n t o l o g ya n di t su p d a t i n ga n d e x t e n d i n g ,a n dv e r i f yt h ee f f e c t i v e n e s so ft h em e t h o da n dt h ef r a m e w o r k 英文摘要 k e yw o r d s :s e n s o ro n t o l o g y ;s e n s o ro n t o l o g yb u i l d i n g ;s e m a n t i cs e n s o rw e b ; s e n s o rd i s c o v e r y 目录 目录 第1 章绪论一1 1 1 研究背景及意义一1 1 2 国内外研究现状3 1 2 1 语义传感器w e b 的研究3 1 2 2 传感器本体的研究4 1 3 研究内容7 1 4 论文章节安排及结构8 第2 章语义传感器w e b 10 2 1 语义传感器w e b 含义及特征l0 2 1 1 传感器w e b 及传感器网络1 0 2 1 2 语义传感器w 曲11 2 2 传感器w e b 与传感器网络框架11 2 2 1 传感器w 曲框架1 2 2 2 2 传感器网络框架13 2 3 语义传感器w e b 框架1 4 2 - 3 1 物理层与传感器层1 5 2 3 2 语义层1 6 2 3 3 服务层和应用层17 2 4 语义传感器w e b 框架中的传感器数据处理及传感器发现1 7 2 4 1 传感器数据的处理过程。17 2 4 2 传感器数据的抽取18 2 4 3 传感器数据的时间、空间和主题语义。2 0 2 4 4 传感器发现2 0 第3 章传感器本体构建2 l 3 1 传感器本体2 l 3 1 1 传感器本体定义及构成2 1 3 1 2 传感器本体框架2 3 3 1 3 传感器本体中的概念及关系2 4 3 1 4 传感器本体中的概念表达力2 9 3 2 传感器本体构建方法3 0 目录 3 2 1 传感器本体构建准则3 1 3 2 2 传感器本体p d c a 构建法31 3 2 3s e n o n t p d c a 定义3 3 3 2 4s e n o n t p 阶段3 5 3 2 5s e n o n t d 阶段3 5 3 2 6s e n o n t c 阶段3 6 3 2 7s e n o n t a 阶段3 6 3 3 传感器本体更新与扩展3 6 3 3 1 传感器本体更新与扩展流程一3 7 3 3 2 传感器本体更新3 9 3 3 3 传感器本体扩展4 0 3 3 4 算法实现4 2 第4 章语义传感器w e b 中传感器本体构建4 6 4 1 系统功能与工具关系4 6 4 2 传感器核心本体构建4 6 4 2 1 传感器核心本体构建规划4 6 4 2 2 传感器核心本体构建4 7 4 3 传感器本体更新与扩展模块设计4 8 4 3 1 总体设计4 9 4 3 2 预处理模块- 4 9 4 3 3 传感器更新与扩展模块5 1 4 3 4 数据库设计5 3 4 4 模块实现5 5 4 5 传感器本体在语义传感器w e b 中的应用5 8 4 5 1 传感器本体的s p a r q l 查询5 8 4 5 2 传感器发现模块设计5 8 4 5 3 基于时间、空间和主题的传感器发现5 9 第5 章传感器本体评价6 2 5 1 数据来源及评价方法6 2 5 1 1 数据来源6 2 5 1 2 评价方法6 2 5 2 评价结果与分析“ 目录 5 2 1 传感器核心本体的评价结果与分析6 4 5 2 2 传感器本体更新实验结果与分析6 7 5 2 3 传感器本体扩展实验结果与分析。6 9 第6 章结论与展望7 4 6 1 结论7 4 6 2 展望7 4 参考文献7 6 攻读学位期间公开发表论文8 0 至炙谢81 语义传感器w e b 中传感器本体构建研究 第1 章绪论 1 1 研究背景及意义 语义w e b 是w w w 的延伸,是针对当今互联网中信息无序、数据缺乏语义和 信息获取效率低等问题提出来的。在语义w e b 中,信息被赋予了明确的含义,使 计算机能够理解和辨识w e b 信息,并对其自动解释、交换和处理,从而为人们提 供优质的服务。语义w r e b 三大关键技术是x m l 、r d f 和o n t o l o g y ,语义w e b 使 用x m l 定义自定制的标签格式,采用r d f 灵活地描述数据以及用o w l 语言来 描述网络文档中的术语的明确含义和它们之间的关系。 传感器网络【l 】能够通过各类集成化的微型传感器协作地实时监测、感知和采集 各种环境对象信息,在嵌入式系统下对信息进行处理,在随机自组织无线通信网 络下以多跳中继方式将所感知的信息传送到用户终端,终端用户再对其信息进一 步处理。近几年物联网的兴起,在很大程度上促进了传感器网络的发展,各个领 域纷纷建立了传感器网络。正如n e i l 所说,2 l 世纪的地球将长出一层“电子皮肤 , 而且这些“皮肤 正在逐渐地缝合在一起,它将探查和监视地球上的一切【2 j 。但是 目前的传感器网络都是应用到各自特定领域,传感设备、数据处理、通信协议等 方面的异构性,使网络之间很难互联在一起,难以实现资源的有效分配和共享, 导致信息“孤岛”,使用户难以在大量的互联网数据中发现传感器信息。因此解决 异构传感器网络中传感信息的共享和重用、实现w e b 中传感器信息的发现至关重 要。 面对传感器资源的共享和传感器网络的互联问题,相关学者已经作了大量的 研究工作,并取得了许多研究成果。2 0 0 5 年,开放地理空间联盟( o g c ,o p e n g e o s p a t i a lc o n s o r t i u m ) 提出了一种新型的传感器w e b 标准传感器w e b 整合框架 【3 4 5 1 ( s w e 。s e n s o rw e be n a b l e m e n t ) ,该标准已经成为事实上的工业标准。然而 这种框架是基于x m l 模式设计的,传感器数据缺乏语义,传感器和计算机不能理 解传感器信息,导致传感器之间互操作性差,而且面对大量传感器的出现以及海 量数据的产生,用户不但难以发现传感器并获取相关数据,即使发现了传感器获 第1 章绪论 取到了数据,面对专业的传感器编码信息,普通用户也难以理解其含义。为解决 上述问题,2 0 0 8 年a m i ts h e t h 等人结合s w e 与语义w e b 技术提出了s e m a n t i c s e n s o rw e b 6 ,旨在通过本体,增强传感器数据的表达能力、丰富传感器数据语义 和实现传感器知识推理,以支持传感器的互操作性。 本体是语义的核心,其主要目标是通过获取相关领域知识得到共同认可的代 表领域的词汇以及这些词汇的层次化结构,以实现对领域知识的共同理解。首先, 使用本体描述传感器网络上的信息,能够使传感器和计算机真正“理解 数据的 含义,并在“理解 的前提下更好地采集和处理这些信息与知识。其次,本体为 传感数据提供共享概念模型,支持传感器资源的共享和重用。再次,通过本体, 能够实现传感器知识推理,为人类感知客观世界提供良好的决策支持。在传感器 领域,针对传感器智能部署、传感器数据表示以及传感器数据语义检索等问题, 传感器本体应运而生。 但是目前传感器本体,无论是作为一种通用语言还是作为一种数据模型都缺 少时间和空间的语义,如从温度传感器中获得“3 0 这个数据,用传感器本体中 的“温度”这一概念标注它,则表明“3 0 是温度,但该本体却不能表明采集的 时间、地点以及采集者等相关信息。而且本体开发者都是根据特定应用来构建相 应的传感器本体,并没有明确的含义和统一的框架,导致各个本体中的类定义不 同,使彼此之间共享性和重用性较差。而且面对传感器本体的开发,没有比较完 整、成熟的构建方法。 本体在语义传感器w e b 中的应用还刚刚起步,本文在语义传感器w e b 理论基 础上,从传感器特性和传感器观测角度出发,分析目前传感器本体存在的问题, 阐述传感器本体含义、特点及构成,研究语义传感器w e b 中的传感器本体的构建, 提出一种传感器本体构建方法,构建适合语义传感器w e b 功能需求的传感器本体。 主要研究意义在于: ( 1 ) 明确语义传感器w e b 逻辑层次结构。本文阐述了语义传感器w e b 含义、 特征,提出了语义传感器w e b 框架。 ( 2 ) 为语义传感器w e b 提供套共享的术语和信息表示结构。本文阐述了传 语义传感器w e b 中传感器本体构建研究 感器本体含义、特点,设计了传感器本体框架和层次结构,确立了传感器概念之 间的结构和隶属关系,规范化地表示传感器概念、传感器概念的属性及传感器概 念之间的各种约束。 ( 3 ) 建立较完整的传感器领域概念体系。本文构建了传感器核心本体,为传感 器知识的一致性、正确性和完备性等有效的检查提供了依据,从而为各种不同或 者相同的知识系统之间的知识共享、互操作和重用提供可能。 ( 4 ) 提高传感器本体质量和开发效率。本文提出了一种传感器本体构建方法, 目的在于规范化传感器本体构建,构建出质量较高的传感器本体,并使传感器本 体构建过程具有一定程度的自动化,降低本体构建的困难程度。 ( 5 ) 支持传感器发现。本文的传感器本体为传感器数据提供时间、空间和主题 语义,实现了基于时间、空间和主题语义的传感器发现。 1 2 国内外研究现状 1 2 1 语义传感器w e b 的研究 文献 6 】认为s e m a n t i cs e n s o rw e b 是一种为增强传感器互操作性,为其数据提供 元数据和时间、空间、主题等上下文信息的技术。文献【7 】认为s e m a n t i cs e n s o rw 曲 是一种用时间、空间以及主题元数据标注传感器数据的技术,旨在利用语义w e b 技术扩展s w e 功能,以增强传感器数据的描述能力和共享重用能力。 根据s e m a n t i cs e n s o rw e b 是语义w e b 和传感器w e b 技术两者的结合,而语义 w e b 来自于英文的s e m a n t i cw e b ,传感器w e b 来自于s e n s o rw e b ,本文将s e m a n t i c s e n s o rw e b 界定为语义传感器w e b ( s s w ,s e m a n t i cs e n s o rw e b ) 。目前国外语义传 感器w e b 的主要研究方向有传感器知识建模与表示、传感器领域建模与分析、传 感器与传感器网络本体工程、语义传感器w e b 开发环境、语义传感器w e b 的数据 模型与表示语言、语义传感器系统与应用以及语义传感器w e b 体系结构和中间件 等。主要研究组织及相关工作如下: : ( 1 ) 莱特州立大学的k n o e s i sc e n t e r 在2 0 0 8 年启动了语义传感器w e b 项卧引。 该项目旨在实现传感器数据语义级别的互操作。主要研究内容:传感器数据的语 第1 章绪论 义建模和语义标注、语义传感器观测服务、传感器数据的感知与分析、语义传感 器w e b 的信任机制、传感器数据流分析。研究成果有传感器数据集、s s w 本体和 l i n k e d s e n s o r d a t a ,以及m e s o w e s t 和b u c k e y et r a f f i c 系统。 ( 2 ) w 3 c 在2 0 0 9 年成立了语义传感器网络孵化器工作组( s e m a n t i cs e n s o r n e t w o r ki n c u b a t o rg r o u p s s n - x g ) 【9 】。目前该工作组任务:开发描述传感器和传 感器网络特性的本体,制定面向传感器网络服务应用的语义标注语言,并通过传 感器发现技术的应用,展现传感器w e b 技术和语义w e b 技术相结合的巨大优势和 现实意义。工作组的目标:( 1 ) 语义传感器网络本体开发。为传感器网络提供统一 传感器及其数据表示语言,并在一定程度上体现o g c 标准,实现本体和o g c 模 型之间的映射( 如o w l 和o & m 模型之间的映射) ;( 2 ) 传感器建模语言( s e n s o r m l , s e n s o rm o d e ll a n g u a g e ) 的扩充;( 3 ) 制定语义传感器网络的相关标准。工作组进 展情况:正在构建一个语义传感器网络本体。 语义传感器w e b 的研究刚刚起步,实际应用很少,也面临许多亟待解决的问 题,但其优势已经逐渐体现出来,如传感器的w e b 互联、传感器资源的共享和重 用、传感器知识发现等等,这些都是目前传感器网络做不到的。随着许多组织和 机构深入研究,将会有更多的研究成果和广泛的应用,也将进一步推进物联网的 物联化、互联化和智能化发展。 1 2 2 传感器本体的研究 本体原本是一个哲学的概念,被哲学家用来描述事物的本质,后来被引用到 人工智能、知识工程、计算机等领域。在计算机领域,明确本体的定义经历了一 段过程。在1 9 9 3 年,g r u b e r 给出了比较权威的定义:“本体是概念模型的明确的 规范说明”b 0 1 ,随着人们对本体理解的完善,1 9 9 7 年,b o r s t 在此基础上稍作修 改,提出:“本体是共享概念模型的形式化规范说明【l l 】,s t u d e r 等人在1 9 9 8 年 对上述两个定义进行深入研究后认为,本体是共享概念模型的明确的形式化规范 说明 【1 2 】,该定义包含概念化、明确、形式化和共享4 层含义,已被广泛认可。 语义w e b 上的本体是在r d f ( s ) 基础上定义的概念及其关系的抽象描述,用于 描述应用领域的知识,描述各类资源及资源之间的关系。主要包括分类和一套推 语义传感器w e b 中传感器本体构建研究 理规则,分类用于定义对象的类别及其之间的关系,推理规则进一步提供知识推 理和挖掘新知识的功能,语义w e b 实现的主要目标即“机器可理解”。在传感器 领域中根据应用目的不同,描述传感器领域的本体可分为传感器网络本体、传感 器数据本体、传感器设备本体和传感器本体四类。目前传感器领域的本体主要有 1 2 种,相关信息如表1 1 所示,其中“”表示只有描述未开发,“表示已开 发且共享可用。 表1 1 传感器领域的本体概况 t a b 1 1o v e r v i e wo fo n t o l o g yo f s e n s o rd o m a i n 由表1 1 可知,传感器网络本体主要有a v a n c h a 等人为自适应传感器网络设计 的本体【1 3 1 和k i m 等人基于w - e b 服务构建的本体【1 4 1 。前者旨在通过对传感器节点、 电源和物理特性等信息的建模,实现传感器节点对电源、环境、校准等问题的自 动反馈,以判断传感器的工作状况;后者则是通过对o n t o s e n s o r 本体的扩展,完 善传感器数据语义和增强本体的概念表达力,支持传感器网络的智能服务。但是 扩展后的本体层次结构不清晰、概念定义不明确,致使可用性不强。 传感器数据本体主要有:( 1 ) m a t h e u s 等人开发的基于系统和传感器开发的传 感器数据本体【1 5 1 ,该本体通过为传感器历史信息进行知识建模,以支持传感器的 自动维护。( 2 ) r u s s o m a n n o 等人构建的o n t o s e n s o r 本体【1 6 , 1 7 ,通过为传感器数据 第1 章绪论 构建知识库,实现传感器数据的知识共享和重用,支持传感器信息的查询和推理。 ( 3 ) e i d 等人提出的基于两层框架传感器本体【i s , 1 9 ,旨在支持异构传感器数据的检 索,该本体上层框架的概念主要继承于顶层本体,以支持异构传感器数据的融合, 实现其共享和重用;下层的概念是对顶层概念的扩展,对预检索的传感器信息进 行建模。 传感器设备本体主要有:( 1 ) c a l d e r 等人构建的c e s n ( c o a s t a le n v i r o m e n t a l s e n s i n gn e t w o r k s ) 本体【2 0 】,旨在通过对传感器设备以及推理规则的定义,实现观 测数据的推理,但该本体目前仅有1 0 个传感器概念和6 个实例,难以实现具体应 用。( 2 ) h e r z o g 等人构建的a 3 m e 本体【2 1 2 2 1 ,该本体主要是对传感器及其特性的进 行建模,为传感器网络中的数据提供上下文信息,以实现异构传感器网络中传感 资源的发现。( 3 ) r u e d a 等人构建的m m i 本体【2 3 1 ,该本体是对海洋设备、传感器 和取样器等概念的描述,旨在通过语义提高异构设备间的互操作性,支持传感器 数据的在异构设备间的共享。( 4 ) n e u h a u s 等人构建的c s i r o 通用本体1 2 4 2 5 1 ,通过 对传感器及组件的信息建模,利用语义实现传感器的自动分类。 传感器本体主要有:( 1 ) w i t t 等人为智能软件代理构建的s w a m o 本体【2 6 】,该 本体通过对物理设备、过程和任务的知识建模,支持智能软件代理对传感器设备 的访问,实现传感器的智能服务。( 2 ) p r e e c e 等人构建的i s t a r 本体【2 7 2 引,通过对 传感器和传感器系统的知识建模,使传感器系统理解传感器数据语义,以实现传 感器系统自动任务分派以及传感器的自动部署和配置。( 3 ) b e r m u d e z 等人为海洋观 测构建的o o s t e t h y s 本体【2 9 】,该本体主要是对传感器系统、传感器组件和观测过 程的描述,旨在为w 曲服务的安装、集成和更新提供一套标准。 除此之外,h u y u h e n g 等人设计了两层本体【3 0 1 ,通过规则的定义实现从低级数 据到高级数据和上下文信息的推理。但是相关论文中并没有给出具体的实现细节 和本体构建方法。 由以上可知,目前传感器领域本体存在以下问题:( 1 ) 传感器领域都是根据特 定应用来构建相应本体,并没有统一的本体框架,且本体中的概念定义不同( 详 细分析见3 1 3 节) ,彼此之间共享性和重用性较差;( 2 ) 没有明确的层次结构, 语义传感器w 曲中传感器本体构建研究 使本体的逻辑表达能力差,导致推理效果不佳;( 3 ) 没有成型的构建方法,构建不 规范,难以开发出高质量的本体;( 4 ) 没有实现传感器本体的自动更新与扩展,上 述传感器领域本体都是人工构建,构建的本体较小且构建效率低。 1 3 研究内容 本课题得到了国家自然科学基金项目“语义网本体不精确性模型研究 ( 项 目批准号:6 0 9 7 2 0 9 0 ) 的资助,论文工作是基金项目的拓展部分。旨在通过语义 网和本体技术从语义上解决传感器数据共享、重用和传感器发现等问题。本文的 主要研究内容包括如下几个方面: ( 1 ) 语义传感器w e b 含义、特征及框架; ( 2 ) 传感器数据的表示、处理以及时间、空间和主题语义; ( 3 ) 传感器本体的定义、特点、构成、框架和层次结构; ( 4 ) 传感器本体构建准则、方法以及传感器本体的更新与扩展; ( 5 ) 语义传感器w e b 中的传感器本体构建。 论文的研究框架如图1 1 所示,传感器核心本体构建是整个框架的核心,在传 感器本体构建方法的指导下,开发出满足语义传感器w e b 功能需求的传感器本体, 进而通过传感器本体的应用,实现基于时间、空间、主题的传感器发现。 第1 章绪论 图1 1 论文研究框架 f i g 1 1f r a m eo ft h e s i sr e s e a r c h 1 4 论文章节安排及结构 根据研究内容和研究框架,本文的各章节结构和主要内容安排如下: 第l 章绪论。介绍了研究背景及意义,分析了语义传感器w e b 和传感器本体 的研究现状,阐述了论文的主要研究内容,给出了论文章节安排及结构。 第2 章语义传感器w e b 。明确了语义传感器w e b 含义及特征,分析了传感 器网络和传感器w e b 含义及框架,提出了传感器本体驱动的语义传感器w e b 框架, 阐述了传感器数据处理以及传感器发现。 第3 章传感器本体构建。分析了传感器本体含义、特点与构成,提出了传感 器本体框架及构建方法,阐述了传感器本体更新与扩展。 第4 章语义传感器w e b 中的传感器本体构建。构建了传感器核心本体,设计 语义传感器w e b 中传感器本体构建研究 了传感器本体更新与扩展模块,实现了传感器本体在语义传感器w e b 的中应用。 第5 章传感器本体评价。评价了传感器核心本体以及传感器本体更新与扩展, 进而验证了传感器本体构建方法的有效性。 第6 章结论与展望。总结本文主要工作,展望未来研究工作重点。 面对刚刚起步的语义传感器w e b ,本文明确了语义传感器w e b 含义,提出了 语义传感器w e b 框架,并在该框架的下,具体研究了传感器本体的构建。据此给 出本文的逻辑结构图如图1 2 所示。 图1 2 论文逻辑结构图 f i g 1 2l o g i c a ls t r u c t u r eo f t h ep a p e r 第2 章语义传感器w e b 第2 章语义传感器w e b 在语义w e b 和传感器w e b 理论基础上,进一步明确了语义传感器w e b 含义及 特点,提出了传感器本体驱动的语义传感器w e b 框架,描述了框架功能及组成, 分析了框架采用的技术。并在第四节具体阐述了语义传感器w e b 框架中的传感器 数据处理以及传感器发现。 2 1 语义传感器w e b 含义及特征 2 1 1 传感器w e b 及传感器网络 语义w e b 是一种被“概念 标记过的信息集合,其集合形式表现为:语义 w e b = 信息i 信息叫概念 ) 。其目标是实现人类知识的机器理解与机器推理, 实现智能软件代理对万维网上异构的分布式信息的有效访问和搜索。目前语义w e b 相关标准和技术已逐渐成熟。传感器w e b ( s w , s e n s o rw e b ) 是实现传感器等感知 设备或传感器网络w e b 互联的网络,能够使用户利用标准的协议和应用程序接口, 发现和访问w e b 中的传感器及其相关数据【3 l 】,其相关标准和技术也已逐渐成熟, 但实际应用很少。而传感器网络( s n ,s e n s o rn e t w o r k s ) 是由大量部署在作用区 域内的、具有无线通信与计算能力的微小传感器节点通过自组织方式构成的、能 根据环境自主完成指定任务的分布式智能化网络系统【3 2 1 。主要区别如表2 1 所示。 表2 1s n 和s w 的比较 t a b 2 1c o m p a r i s o no fs na n ds w 语义传感器w e b 中传感器本体构建研究 2 1 2 语义传感器w e b 根据文献 6 】、【7 】以及传感器w e b 和语义w r e b 定义、特征及其实现目标,本 文给出语义传感器w e b 含义:在s w e 规范的基础上,通过w e b 实现智能传感器、 计算机等设备和传感器网络的互联,通过语义技术使w e b 上的信息具有传感器和 计算机系统可以理解的语义,支持传感器资源的w e b 发现,实现传感器知识的共 享和重用。它具有以下特点: ( 1 ) s w e 规范和语义w e b 技术的结合,实现机器对传感器信息的理解,支持 传感器等感知设备的智能服务、智能部署和智能协作; ( 2 ) 具有统一的共享数据模型传感器本体,并实现传感器观测数据的时间、 空间和主题语义; ( 3 ) 传感器、计算机和传感器网络通过w e b 互联,能够实时地、全面地、智 能地、可靠地监视和管理现实世界的对象; ( 4 ) 语义传感器w e b 中的传感器等感知设备都拥有唯一的、独立的标识,即 在i p v 6 技术下,语义传感器w e b 为每一个传感设备分配唯一、独立的i p 地址。 2 2 传感器w e b 与传感器网络框架 目前还没有成型的语义传感器w e b 框架,多数是关于s n 、s w 和s s n ( s e m a n t i c s e n s o r n e t w o r k ) 的框架。而国内也没有s s w 方面的相关研究,关于s n 、s s n 和 s w 现有的主要框架及其相关比较如表2 2 所示。 表2 2 s n 、s s n 和s w 框架及比较 t a b 2 2s n 、s s n 、s wf r a m e w o r ka n dc o m p a r i s o n 第2 章语义传感器w e b 2 2 1 传感器w e b 框架 s w 是基于s w e 规范的,该规范包括3 个信息模型和4 个信息服务等7 个组 件,体系结构【3 3 】和各服务组件之间的关系如图2 1 所示。其中o & m 、s e n s o r m l 和t m l 为s w 提供了构建信息模型的方法;s p s 、s o s 、s a s 和w n s 构成了传 感器w e b 的功能模型,这些服务提供了大量的统一的服务接口,为满足用户需 求的传感器自动发现、传感器任务分配、传感测量数据获取、数据交互和告警信 息发布等功能的实现提供了解决方案。而s n 则在不同的应用领域有着不同的应用 标准和服务规范,因而造成了各个s n 之间的异构性,难以实现彼此之间的信息共 享和重用。 图2 1s w e 体系结构 f i g 2 1a r c h i t e c t u r eo fs w e 在表2 2 中,s w 代表框架有o s w a t 3 4 和s w a p 3 5 1 ,两个框架都是基于s w e 规范。o s w a ( o p e ns e n s o rw e ba r c h i t e c t u r e ) 由c h ux i n g c h e n 提出,旨在开发一 语义传感器w e b 中传感

温馨提示

  • 1. 本站所有资源如无特殊说明,都需要本地电脑安装OFFICE2007和PDF阅读器。图纸软件为CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.压缩文件请下载最新的WinRAR软件解压。
  • 2. 本站的文档不包含任何第三方提供的附件图纸等,如果需要附件,请联系上传者。文件的所有权益归上传用户所有。
  • 3. 本站RAR压缩包中若带图纸,网页内容里面会有图纸预览,若没有图纸预览就没有图纸。
  • 4. 未经权益所有人同意不得将文件中的内容挪作商业或盈利用途。
  • 5. 人人文库网仅提供信息存储空间,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对用户上传分享的文档内容本身不做任何修改或编辑,并不能对任何下载内容负责。
  • 6. 下载文件中如有侵权或不适当内容,请与我们联系,我们立即纠正。
  • 7. 本站不保证下载资源的准确性、安全性和完整性, 同时也不承担用户因使用这些下载资源对自己和他人造成任何形式的伤害或损失。

评论

0/150

提交评论