[发明专利]一种基于语义的无线传感器网络服务发现方法

摘要

本发明公开了一种基于语义的无线传感器网络服务发现方法，包括以下步骤：S1：一种基于语义的无线传感器网络服务发现方法简称SSD，S2：假设：每个节点具有唯一的ID标示，S3：基于服务情景建立服务本体模型，本发明避免了无线传感器网络高昂的部署成本，并且能够在多种应用中共享、重复利用无线传感器网络的需求在不断增加的同时，具有很好的应对效果，该方法采用基于语义的服务发现机制，大大提高了无线传感器网络服务发现的查准率，其次，该方法除考虑服务本身外，还考虑了服务的节点属性和节点所处的环境属性，有效的改善了服务质量，总的来说，该方法不仅提高了服务发现的查准率，还改善了服务发现质量。

主权项

一种基于语义的无线传感器网络服务发现方法，其特征在于：包括以下步骤：S1：一种基于语义的无线传感器网络服务发现方法简称SSD，本网络模型的应用场景为：节点随机的分布在无线传感器网络区域内，节点可以在整个网络区域自由移动，网络中的节点按照区域划分成若干个簇，每个簇均有一个性能优良并且稳定性好的节点作为簇头；S2：假设：每个节点具有唯一的ID标示，簇头组织该区域的服务发现功能，不管服务提供者是否发现，每个请求都会被簇头及时响应，节点之间的传输时延与节点之间的距离成正比；S3：基于服务情景建立服务本体模型，在服务本体模型的基础上，给出服务的形式化定义；定义1.服务S＝＜SP,NP,EP＞  (1)其中，SP表示服务属性，具体包括SN、SD和SF，SN表示服务名称，SD表示服务描述，SF表示采样频率，即：SP＝＜SN,SD,SF＞  (2)NP表示节点属性，具体包括NE、NC、NS和NCO，NE表示剩余电量，NC表示计算能力，NS表示存储能力，NCO表示通信能力，即：NP＝＜NE,NC,NS,NCO＞  (3)EP表示环境属性，具体包括EL和ES，EL表示位置，ES表示网络状态，即：EP＝＜EL,ES＞  (4)S4：建立服务发现架构，服务发现架构主要包括服务平台、注册和服务发现三个模块，服务平台模块主要存储注册的服务信息，即服务属性、节点属性和节点所处的环境属性，以供服务发现模块调用，当服务发现模块接收到服务注册信息后，由解析器进行解析，然后交由注册模块完成注册过程，当服务发现模块接收到服务请求信息后，由服务匹配子模块执行匹配过程，最后向请求节点返回服务回复信息；S5：服务提供节点将服务信息提供给自身所在簇的簇头节点来实现服务的注册过程，服务信息包括服务属性、节点属性和环境属性，如果成员节点和簇头节点均在双方的通信范围内，成员节点可以直接将服务信息提供给簇头节点，反之，如果成员节点和簇头节点不在双方的通信范围内，成员节点需要通过中间节点以多跳的方式来实现服务信息的发送，这样，簇头节点保存本簇成员注册的服务，并对注册的服务列表进行维护，如果一个成员节点离开一个簇加入另外一个簇，该节点需通知原来的簇头撤销该节点注册的服务，同时向新簇的簇头注册服务，这样保持了服务注册信息的一致性；S6：在服务定义的基础上，给出服务请求的形式化定义，定义2.服务请求SREQ＝＜SP_Q,NP_Q,EP_Q＞  (5)在公式(5)中，SREQ表示服务请求，SPQ表示请求的服务属性，NPQ表示请求的节点属性，EPQ表示请求的环境属性；S7：定义3.服务回复SREP＝＜SP_P,Sim_P,R_P＞  (6)在公式(6)中，SREP表示服务回复，SPP表示服务属性，SimP表示服务的相似度，RP为预留标示符，以应对未来的需要，比如设置位置感知信息，其默认值设置为0；S8：定义4.服务相似度SimS(S,SREQ)＝α*Sim(SP,SP_Q)+β*Sim(NP,NP_Q)+γ*Sim(EP,EP_Q)  (7) 在公式(7)中，SimS(S,SREQ)表示服务和服务请求的相似度，SimS(SP,SPQ)表示服务属性的相似度，其权重用α表示，SP和SPQ分别代表服务和服务请求的服务属性，SimS(NP,NPQ)表示节点属性的相似度，其权重用β表示，NP和NPQ分别代表服务和服务请求的节点属性，SimS(EP,EPQ)表示环境属性的相似度，其权重用γ表示，EP和EPQ分别代表服务和服务请求的环境属性，三个权重参数符合α+β+γ＝1；S9：服务发现就是根据节点的服务请求快速、准确的找到所需的服务，如 果某个节点需要一项服务，首先，在节点本身的服务描述中进行查找，如果没有找到所需的服务，就将服务请求发送至节点所在簇的簇头节点，启动一次服务发现过程；S10：簇头节点收到一个SREQ消息包后，通过解析器抽取得到服务请求的服务属性、节点属性和环境属性，进而和服务平台在注册过程中收集到的服务情景进行服务匹配，服务情景包括服务属性、节点属性和环境属性，计算出服务的相似度，求出服务的相似度级别，最后，采用倒排序机制，选择相似度最高的服务本体进行匹配，如果找到所需的服务，就返回服务响应，如果没有找到所需的服务，就将服务请求转发给相邻的簇头进行查找，直到找到所需的服务并返回服务响应；S11：通过仿真分析的方法验证SSD服务发现方法的性能，采用OMNet++进行仿真分析，分别与EADP服务发现方法和CSDM服务发现方法进行性能比较；S12：在仿真实验中，将网络拓扑范围设置为1000m×1000m，节点的传输半径设置为100m，节点的移动速度在1m/s～20m/s范围内随机给定，移动速度类似于人的步行速度和车辆的行驶速度，随机选择节点作为服务请求者或服务提供者，每个节点可以请求多个服务，多个节点也可以请求同一个服务，假设每个节点仅提供一种服务，节点数量以5个节点为增量在[5,30]范围内变化，分别仿真了查准率、时延、消息开销与节点数量的关系；S13：EADP和CSDM服务发现方法的查准率比较低，查准率在63％以下，SSD服务发现方法的查准率均高于EADP和CSDM服务发现方法，随着节点数量的增加，EADP、CSDM和SSD三种服务发现方法的时延均呈现上升趋势，消息传播经过的跳数增加，花费的时间开销也随之增大，EADP服务发现方法的时延最大，CSDM服务发现方法的时延最小，和CSDM服务发现方法相比，SSD服务发现方法的时延有所增加，EADP的消息数量最大，和EADP相比，CSDM服务发现方法和SSD服务发现方法的消息数量有所减少。