物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)仿真及評(píng)價(jià)選擇研究.pdf

1、隨著大量嵌入式設(shè)備的普及與通信技術(shù)的發(fā)展,基于Internet實(shí)現(xiàn)物到物、人到物和人到人之間信息共享與交換的物聯(lián)網(wǎng)被認(rèn)為是繼計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)和移動(dòng)通信之后又一新的信息技術(shù),近年來(lái),針對(duì)物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)理論和應(yīng)用的研究得到了快速發(fā)展。
　　傳統(tǒng)的物聯(lián)網(wǎng)IoT(Internet of Things)大多是垂直化系統(tǒng),連入IoT的多為資源受限設(shè)備,其信息處理和網(wǎng)絡(luò)傳輸能力有限,無(wú)法應(yīng)對(duì)大范圍復(fù)雜的應(yīng)用環(huán)境;同時(shí),不同IoT設(shè)備在硬件實(shí)現(xiàn)技術(shù)和訪

2、問(wèn)接口等方面的多樣性,使應(yīng)用程序很難基于統(tǒng)一模式訪問(wèn)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備功能,增加了物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)的難度。而 Web技術(shù)經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展,已形成了完善的標(biāo)準(zhǔn)體系,得到了廣泛的使用。為此,如何基于標(biāo)準(zhǔn)的Web技術(shù),把 IoT設(shè)備功能抽象為Web服務(wù)(Web Services),用戶或應(yīng)用程序通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的Web技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)Web服務(wù)訪問(wèn),進(jìn)而實(shí)現(xiàn)基于統(tǒng)一模式對(duì)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備功能訪問(wèn)的WoT(Web of Things)物聯(lián)網(wǎng)概念應(yīng)運(yùn)而生。WoT是IoT設(shè)備

3、功能基于統(tǒng)一軟件訪問(wèn)接口的實(shí)現(xiàn)。
　　由于缺乏有效的WoT仿真平臺(tái),目前關(guān)于WoT的研究大多基于具體的軟硬件環(huán)境,無(wú)法開(kāi)展大范圍WoT及其應(yīng)用研究;同時(shí),在WoT應(yīng)用實(shí)施之前也無(wú)法對(duì)設(shè)計(jì)方案的可行性和有效性進(jìn)行仿真驗(yàn)證。為此,本文在 WoT體系結(jié)構(gòu)研究的基礎(chǔ)上,提出了WoT仿真系統(tǒng)概念模型,探討了不同仿真功能模塊的理論基礎(chǔ)和工作流程,給出基于網(wǎng)絡(luò)仿真NS-3的WoT仿真實(shí)現(xiàn)技術(shù),并以此平臺(tái)為仿真實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ),研究了三種不同應(yīng)用情境下

4、WoT服務(wù)QoS屬性向量迭代、預(yù)測(cè)模型和WoT服務(wù)評(píng)價(jià)選擇模型。
　　具體研究?jī)?nèi)容包括:
　?、?WoT體系結(jié)構(gòu)研究:通過(guò)拓展ITU提出的WoT體系結(jié)構(gòu),給出了一個(gè)基于Web服務(wù)技術(shù)的通用WoT體系結(jié)構(gòu),探討了WoT服務(wù)發(fā)現(xiàn)和選擇、WoT服務(wù)組合的功能描述及工作流程概念模型;闡述了WoT服務(wù)代理有效支撐WoT服務(wù)操作的工作模式及工作流程。該體系結(jié)構(gòu)可以便捷地實(shí)現(xiàn)不同類型WoT服務(wù)安全訪問(wèn)、發(fā)現(xiàn)、組合、評(píng)價(jià)選擇,以及不同IoT

5、設(shè)備基于WoT服務(wù)實(shí)現(xiàn)功能協(xié)作和數(shù)據(jù)信息共享。
　　⑵ WoT仿真系統(tǒng)研究:詳細(xì)分析了WoT仿真平臺(tái)的功能需求,在此基礎(chǔ)上給出了WoT仿真平臺(tái)的體系結(jié)構(gòu)和WoT仿真系統(tǒng)的形式化描述;詳細(xì)討論了用于仿真隨機(jī)控制的改進(jìn)多流均勻隨機(jī)數(shù)生成算法,以及仿真過(guò)程離散事件調(diào)度、時(shí)間控制和仿真過(guò)程跟蹤記錄機(jī)制;為了使 WoT仿真更接近于實(shí)際的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行環(huán)境,基于 Internet的功能特征和非功能特征,給出了網(wǎng)絡(luò)仿真中節(jié)點(diǎn)、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、路由的具體

6、仿真工作流程,并探討了實(shí)現(xiàn)仿真環(huán)境和物理網(wǎng)絡(luò)互連的代理功能實(shí)現(xiàn)技術(shù);基于WoT的體系結(jié)構(gòu)和功能分層,從物聯(lián)網(wǎng)功能節(jié)點(diǎn)、WoT適配器、WoT服務(wù)和WoT-E仿真控制四個(gè)方面探討了WoT-E的仿真細(xì)節(jié);最后給出了基于網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)NS-3的WoT仿真平臺(tái)實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)。
　　⑶基于WoT仿真平臺(tái)的應(yīng)用研究:以WoT仿真平臺(tái)為實(shí)驗(yàn)床,針對(duì)WoT服務(wù)QoS屬性向量迭代、預(yù)測(cè)模型和WoT服務(wù)評(píng)價(jià)選擇模型三個(gè)方面進(jìn)行了研究:①針對(duì)引用密集型的WoT服務(wù),

7、給出了QoS屬性向量的迭代過(guò)程,詳細(xì)闡述了基于TOPSIS的最優(yōu)服務(wù)選擇方法,給出了仿真環(huán)境的設(shè)計(jì)思路和量化分析方法,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明論文提出的QoS屬性向量的動(dòng)態(tài)更新過(guò)程能夠很好地適應(yīng)WoT網(wǎng)絡(luò)并用于對(duì)最優(yōu)服務(wù)的評(píng)價(jià)選擇。②針對(duì)引用稀疏型的WoT服務(wù),提出了基于灰色系統(tǒng)GM(2,1)模型的WoT服務(wù)時(shí)間預(yù)測(cè)模型,闡述了基于灰色決策 GDM的最優(yōu)服務(wù)選擇方法,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明論文提出的WoT服務(wù)預(yù)測(cè)模型和最優(yōu)服務(wù)評(píng)價(jià)選擇方法,可以有效提升稀疏型