学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

基于Web的物联网应用体系架构和关键技术研究

作　者: 吴振宇
导　师: 刘韵洁
学　校: 北京邮电大学
专　业: 通信与信息系统
关键词: 万维网 表征性状态转移 物联网 业务环境 系统架构 服务聚合 上下文感知计算 生活实验室 数字生态系统
分类号: TP391.44
类　型: 博士论文
年　份: 2013年
下　载: 1691次
引　用: 0次
阅　读: 论文下载
 

内容摘要


泛在与普适计算领域的研究一直以来就关注将物理设备整合到数字世界中并面向用户提供服务。近年来,随着物联网(Internet of Things, IoT)技术的普及和嵌入式的设备的大量的研发部署,使得智能物体的种类和数量都在不断的增长,物联网设备和系统在人们的日常生活使用中也越来越普及。但是由于物联网设备和平台异构性强、平台架构封闭化、耦合度高和扩展性差等问题,导致了物联网应用的碎片化、开发门槛高、开发周期长的现状。针对以上背景和问题,我们提出了基于Web的物联网业务环境(Web of Things Service Environment, WoTSE)的概念。其核心思想是遵从Representational State Transfer (REST)的风格架构和Web的技术标准将物联网中的各种设备资源无缝接入到互联网中并以Web的形式开放,从而来整合异构的物联网设备,降低开发物联网应用的技术门槛,同时保证系统分布式、松耦合以及可大规模部署的特性。本文的研究重点就是WoTSE的体系架构设计和其中关键技术的研究。针对构建该开放和可扩展物联网应用架构的设计需求,我们采用了面向资源的架构风格对WoTSE架构进行设计,并且选择使用基于REST风格的接口类型。基于对架构风格和接口类型选择的研究结论,我们提出了WoTSE的架构并对其功能实体进行了详细设计。在此架构基础上我们设计了面向资源架构下的物联网资源模型并对如何将物联网设备接入Web进行了实现策略方面的分析。通过将WoTSE架构与传统物联网架构的对比,我们说明了该架构在构建分布式、松耦合、可扩展和低开发门槛的开放物联网应用平台方面的优势。针对WoTSE体系下如何将细粒度的Web化物联网设备资源与粗粒度的商业应用进行服务聚合的问题,本文提出了基于合Business Process Execution Language (BPEL)业务流的WoT智能资源聚合方法,该技术解决方案对应于WoTSE层次化架构模型中的资源聚合层中的关键技术问题。结合BPEL业务流聚合和建模方法,我们将业务流程管理方法和基于业务流的业务聚合方法引入到WoT的资源聚合的方法研究和设计中。该方法对BPEL标准进行了扩展,使其支持对基于RESTful Web Service的WoT智能资源的绑定和调用,同时支持业务流的组件化封装和调用。我们基于芬兰真实的智慧养老案例,对基于BPEL业务流的WoT智能资源聚合方法进行了可行性分析和验证。最后我们将该方法与传统的服务聚合方案进行了对比分析,得出与其它方案相比该方法在互操作性、复杂性、灵活性、兼容性和敏捷性方面都具有优势。针对WoTSE的体系下如何对Web化的智能设备资源进行上下文建模的问题,本文提出面向资源的基于Petri网(PN)和Event-Condition-Action (ECA)模型的动态情境建模方法,该技术解决方案对应于WoTSE层次化架构模型中的基础智能服务支撑层中的关键技术问题。面向资源的动态情境建模方法利用了REST的设计思想,结合PN和ECA模型将上下文建模为可形式化表达和可基于策略执行的动态情境。首先,该方法遵循了REST的架构风格。在REST风格的限制下,上下文被设计为可模块化、可复用可聚合的资源。其次,PN模型被引入用于描述动态情境中上下文资源间的动态关联和依赖关系。这样上下文资源能够建模为基于业务流的形式,并且PN的形式化和图形化特性使得上下文模型的正确性是可以计算和验证的。最后,为了使得动态情境模型可以在具体应用场景执行,我们引入了具备规则特性的ECA模型,并提出了一种基于XML的ECA-based Context Petri Net Markup Language (ECA-CPNML)动态情境建模语言,通过该语言建模的情境可在规则引擎中部署执行。最后,WoTSE是一种面向应用创新的物联网业务环境架构,具备开放性、低门槛性、协同性和自组织性四个特点。Living Lab是一种以用户为中心的创新方法和创新环境,结合Living Lab的概念,我们针对WoTSE体系架构下的三个应用场景：智慧校园、智慧养老和智能家居证明了WoTSE体系架构支持物联网业务创新的可行性和合理性。同时,我们也从创新机制演进的视角,将Web2.0和LL进行了比较分析,从互联网创新的角度对LL创新方法在物联网应用方面的应用进行了讨论总结。

全文目录


摘要  4-6
ABSTRACT  6-12
第一章 绪论  12-26
  1.1 研究背景及选题意义  12-17
    1.1.1 物联网概述  12-14
    1.1.2 物联网发展中的挑战  14-15
    1.1.3 Web技术体系  15-17
  1.2 面向服务创新的物联网业务环境愿景  17-19
  1.3 研究内容和主要贡献  19-21
  1.4 论文结构  21-22
  参考文献  22-26
第二章 基于Web的物联网业务环境架构研究  26-58
  2.1 研究背景  26-27
  2.2 相关工作  27-32
    2.2.1 物联网设备  27-28
    2.2.2 分布式系统架构  28-30
    2.2.3 Web Service  30-32
  2.3 基于Web的物联网业务环境  32-41
    2.3.1 开放和可扩展物联网应用架构设计需求  32-33
    2.3.2 架构风格选择  33-37
    2.3.3 接口类型选择  37-39
    2.3.4 面向WoTSE  39-41
  2.4 WoTSE架构  41-43
  2.5 面向资源架构下的物联网资源模型  43-46
  2.6 将物联网设备接入Web：实现策略  46-51
    2.6.1 WoT网关架构  46-48
    2.6.2 软件实现  48-51
  2.7 分析讨论  51-53
    2.7.1 WoTSE vs.IoT  51-52
    2.7.2 优势分析  52-53
  2.8 本章小结  53-54
  参考文献  54-58
第三章 基于BPEL业务流的WoT智能资源聚合方法研究  58-76
  3.1 研究背景  58-59
  3.2 相关工作  59-61
    3.2.1 面向服务架构的Web服务组合方案  59-60
    3.2.2 基于SOA的智能设备聚合方案  60
    3.2.3 Physical Mashup  60-61
    3.2.4 基于RESTful BPM的REST服务聚合方案  61
  3.3 设计原则及设计思路  61-63
    3.3.1 设计原则  61-62
    3.3.2 设计思路  62-63
  3.4 基于BPEL业务流的WoT智能资源聚合方法  63-67
    3.4.1 Web Service适配  64-65
    3.4.2 WoT智能资源绑定与调用  65-66
    3.4.3 BPEL业务流的复用  66-67
  3.5 案例分析  67-73
    3.5.1 务和流程建模  68-70
    3.5.2 参考实现方案  70-71
    3.5.3 分析评估  71-73
  3.6 总结  73
  参考文献  73-76
第四章 面向资源的基于Petri网和ECA模型的动态情境建模方法研究  76-102
  4.1 研究背景  76-78
  4.2 相关工作  78-80
    4.2.1 上下文的定义  78
    4.2.2 上下文建模  78-80
  4.3 设计考虑  80-81
  4.4 面向资源的基于Petri网的动态情境建模方法  81-86
    4.4.1 面向资源的上下文和动态情境  81-82
    4.4.2 面向资源的上下文Petri网模型  82-86
  4.5 基于ECA模型的动态情境建模语言与执行环境  86-91
    4.5.1 面向资源的上下文Petri网与ECA规则的映射  87-88
    4.5.2 基于ECA的面向资源上下文Petri网标记语言  88-89
    4.5.3 基于规则引擎的动态情境执行环境  89-91
  4.6 智能家居案例分析  91-97
    4.6.1 将应用场景建模为CoPN  91-92
    4.6.2 将CoPN模型转换为可执行的ECA-CPNML  92-96
    4.6.3 分析讨论  96-97
  4.7 总结  97
  参考文献  97-102
第五章 基于Web的物联网业务创新生态系统研究  102-122
  5.1 研究背景  102-103
  5.2 相关工作  103-106
    5.2.1 Web2.0和Web of Things  103-104
    5.2.2 Living Lab  104-105
    5.2.3 数字生态系统  105-106
    5.2.4 Experiential Computing  106
  5.3 WoTSE体系架构下的创新生态系统  106-113
    5.3.1 Smart Campus：智慧校园业务创新生态系统  106-109
    5.3.2 Smart Aging：智慧养老服务创新生态系统  109-111
    5.3.3 Smart Home：智能家居服务创新生态系统  111-113
  5.4 从Web2.0到Livinglab：创新机制的演进  113-118
  5.5 总结  118
  参考文献  118-122
第六章 总结和展望  122-126
  6.1 论文总结  122-123
  6.2 未来研究展望  123-126
附录1 缩略语对照表  126-128
致谢  128-130
博士期间发表论文、专利情况  130-131

相似论文

  1. 物联网在服装行业的应用性研究,TN929.5
  2. 物联网短距离无线定位算法研究,TN929.5
  3. 基于物联网的农产品安全监控系统与决策系统研究,TP277
  4. 基于节点智能交互的物联网数据处理研究,TP391.44
  5. AAC ZigBeePRO开发系统设计与实现,TN929.5
  6. 甘肃省烟草公司物联网方案设计研究,F426.8
  7. 基于构件的多粒度森林仿真系统架构的研究,TP311.52
  8. 基于专用物联网的远程更新技术研究与应用,TN929.5
  9. 基于SOA架构的3G WebMapper平台的研究与应用,P208
  10. 物联网安全技术的研究与应用,TN929.5
  11. BW物联网公司发展战略研究,F49
  12. 基于SOAP的地理信息Web服务架构设计与实现,TP393.09
  13. 基于6LoWPAN技术的智能家居系统研究,TP273.5
  14. 物联网对农产品供应链竞争力提升的研究,F49
  15. 基于物联网的L超市业务流程再造研究,F721
  16. 基于UCON的物联网环境访问控制模型及其应用,TP393.08
  17. 成都智能电网移动商业模式创新,F426.61
  18. 基于嵌入式Linux的GPRS远程监控系统研究,TN929.5
  19. 基于J2EE的开放型网络教育平台设计与运营应用,TP311.52
  20. 成都电业局绩效管理信息系统设计与实现,F426.61
  21. 变电工区SOPINS系统软件设计与实现,TP311.52

中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 计算技术、计算机技术 > 计算机的应用 > 信息处理（信息加工） > 模式识别与装置 > 光模式识别及其装置
© 2012 www.xueweilunwen.com