[发明专利]无线传感器网络语义通信中任务组合的本体及推理规则

权利要求书

1.采用数据表示、任务模型本体和推理规则的三层结构实现WSN的语义通信的机制，其特征是：

（1）首先对数据进行标记而不直接进行语义处理，使得语义通信兼容数据通信；

（2）任务模型本体包括应用本体、节点本体和性能本体三个部分，与基于任务模型本体建立的语义通信规则一起，构成语义通信中节点处理的基本单元——任务模型；

（3）采用类的方法实现本体的构建，以及实现本体之间的关系；

（4）对网络应用语义的处理与网络通信相对独立，使得本发明中的所有内容和方法可以与现有的WSN网络技术，包括传输控制、路由以及MAC直接相结合，实现综合应用层的跨层网络通信技术。

2.WSN语义通信中拓扑构建方法，其特征是：

（1）由Sink节点发送广播信息，其中的信息只需包括节点的ID，在Sink节点广播信息的同时，节点内部的时钟开始计时，只有在有效时间内收到的确认信息才认为是有效的；

（2）收到该广播信息的节点首先查看自己是否已经拥有上级节点，若有，则对广播信息不作回应；否则，向Sink节点发送包含自己ID的确认信息。由于存在多个节点同时向Sink节点发送数据的可能，此时可以采用二进制指数退避算法来避免冲突；

（3）当Sink节点在有效时间内收到某个节点的确认信息后，确定自己和发送确认信息的节点在彼此的传输范围内。因此，将节点信息添加到自己的任务表中，同时Sink节点再次向该节点发送包含自己节点ID的信息，确认节点间的关系，使得该节点能够知道自己的上级节点。这样Sink节点明确自己的子节点，而子节点也明确其上级节点；

（4）子节点发送广播信息，寻找自己的子节点；

（5）持续上述步骤，建立整个WSN的拓扑结构。

3.节点语义任务表的构建及更新方法，其特征是：

（1）初始时，每个节点的任务表都保存有自己所能完成任务的类型和区域信息。由于最底层的节点没有下级节点，故其任务表保存的便是自己所能完成任务的类型信息和空间信息以及归一化性能；

（2）当节点的任务表建立之后，为了减少数据的传输，以类型为参考将表中的数据进行任务的语义处理，并将节点信息都改为自己的节点ID，将性能信息都改为自己的性能。然后将任务表中的信息向上传递给上级节点；

（3）上级节点收到下级节点的任务表信息后，更新自己的任务表信息。当上级节点收集到所有子节点任务表信息后，将表中数据进行任务的语义处理，然后继续向上传递；

（4）以此类推，网络中的每个节点都建立了各自的任务表。

4.语义通信中任务组合的方法，其特征是：

（1）提取元任务：从下级节点发送来的数据包按照采集的物理量类型提取元任务；若无元任务可以提取，则进入（5），等待新数据；

（2）时间语义判断：按照任务要求的时间语义判断该元任务的时间信息是否满足要求relation(Time(task1))，若不满足，则返回（1）；若满足，则进入（3）；

（3）空间语义判断：按照任务要求的空间语义判断该元任务的地理位置信息是否在待完成任务范围内intersect(Region(task1),Region(Task))，若不满足，则返回第1步；若满足，则进入（4）；

（4）任务语义融合：将元任务的空间信息与此轮任务组合执行时所保存的处理结果进行任务并集运算，并与总任务做任务关系比较relation(union(taskSet),Task)，将返回结果作为（5）的处理依据；

（5）继续等待数据或向下级节点广播：根据（4）的处理结果，若总任务已经完成，则立即向下级节点广播任务完成；否则继续等待下级节点数据。

5.兼容现有通信的语义通信的帧格式，其不改变现有帧的头部，而是在数据域中增加语义传输和控制的帧结构，其特征是：

6.语义通信任务组合的帧结构和实施方法，其特征是：

（1）帧结构

在MAC帧头中增加变量：Task_type、Task_time和Task_state；以RTS帧为例，具体为：

（2）实施方法

1）在发送send()和接收recv()的RTS/CTS函数中增加任务关系判断，进行任务匹配；

2）在发送send()中增加任务优化函数，应用任务的关系和组合递归顺序，优化任务的发送顺序。