语义发布和发现的机制的制作方法

语义发布和发现的机制的制作方法
【专利说明】语父发布和发现的机制
[0001] 相关申请的交叉引用
[0002] 本申请根据35U. S. C§ 119(e)，要求2013年7月2日提交的临时美国专利申请No. 61 / 842，030的优先权，其全部内容在此引入W供参考。
【背景技术】
[0003] 部署在物理环境中的支持网络的设备和传感器的数量的快速增加正改变通信网 络。预测在未来10年内，数十亿设备将生成用于许多领域中的服务供应商的许多应用和服 务的无数真实世界数据，诸如智能电网、智能家居、电子医疗保健、汽车、交通、物流、环境监 测。通常在物联网（ΙοΤ)或机器对机器(M2M)通信的涵盖性术语下，描述实现将真实世界数 据和服务整合成当前信息联网技术中的相关技术和解决方案。因为设备产生大量数据，需 要识别和查询该数据的有效方式。
[0004] 图1示例可W使用将致动器用作聚合点的小型生物医学无线传感器尘埃(mote)， 由病人的医院或康复中屯、提供的示例性病人监控应用。致动器将数据传送到网络。运些小 的可佩戴资源受限设备是可W部署在病人上来持续地监控，诸如其中的血压和流率、核屯、 体溫、氧饱和度、运动、屯、率、听力和视力的生命体征的M2M设备的示例。由M2M设备收集的各 种M2M数据可W由病人的医生、私人教练(例如来自24小时健身)和/或救护人员使用，如图1 所示。为了使医生、私人教练和救护人员使用从那些M2M设备生成的数据，还需要获得那些 资源的语义。语义提供数据的描述性说明，使得能理解数据的格式和结构（即，语义提供数 据的含义）。
[0005] 然而，当前的M2M系统，诸如在Draft ETSI TS 102 690和TS 102 921中所述的 ETSI M2M体系结构，未定义支持语义的机制(例如，在ETSI M2M定义的容器资源中存储的数 据不具有能与之一起存储的任何语义信息）。因此，设备和应用需要预先对交换的容器的共 同的定义和包含的数据达成一致。运使得跨不同应用的M2M数据难W重新用在当前的M2M系 统中。

【发明内容】

[0006] 在此公开用于语义发布和发现的方法、设备和系统。在实施例中，用于发布语义相 关资源标识符的方法可W包括将关键字添加到语义相关资源的标识符并且将该标识符发 布到兄弟节点（sibling node)和子节点的至少一个。
[0007] 在另一实施例中，方法可W包括使用布隆过滤器来发布语义相关资源。在另一实 施例中，方法可W包括由语义节点将语义相关资源的标识符发布到兄弟节点，同时将语义 节点的摘要发布到子节点。
[0008] 提供该
【发明内容】
W便W简化的形式，介绍选择的原理，运些原理将在下文详细描 述中进一步描述。该
【发明内容】
不旨在确定所要求的主题的关键特征或必要特征，也不旨在 限制所要求的主题的范围。此外，所要求的主题不限于解决在本公开的任一部分中所提及 的任一或所有缺点的局限。
【附图说明】
[0009] 从结合附图给出的示例的下述描述能更详细地理解，其中：
[0010] 图1示出病人监控应用；
[0011] 图2示出语义相关资源标识符的示例性格式；
[001引图3示出示例性语义节点拓扑结构；
[001引图4示出示例性聚合标识符格式；
[0014] 图5示出用于发布语义相关资源的标识符的示例性方法；
[0015] 图6示出用于发现语义相关资源的示例性方法；
[0016] 图7示出用于语义相关资源的发现和确认的示例性调用流(call flow);
[0017] 图8示出使用摘要发布的示例性方法；
[0018] 图9示出使用布隆过滤器，发现语义相关资源的示例性方法；
[0019] 图10示出摘要资源结构；
[0020] 图11示出兄弟摘要；
[0021] 图12示出父摘要；
[0022] 图13示出语义节点之间的兄弟关系；
[0023] 图14示出发布语义相关资源标识符；
[0024] 图15示出发布语义节点摘要；
[0025] 图16示出混合标识符和摘要发布；
[0026] 图17示出语义相关资源发现；
[0027] 图18示出ETSI M2M体系结构；
[0028] 图19示出具有语义节点的M2M体系结构；
[0029] 图20示出M2M语义节点体系结构；
[0030] 图21A是示出用于建立语义节点层级的方法的一个实施例的流程图；
[0031 ]图21B更详细地示出图21A中的步骤；
[0032] 图22示出语义节点注册的消息流；
[0033] 图23示出由子女启动的父-子关系更新；
[0034] 图24示出处理语义相关资源发现的流程图；
[0035] 图25示出RESTTu 1语义节点操作的消息流；
[0036] 图26示出语义相关资源发现、检索和确认过程的消息流；
[0037] 图27示出可W由兄弟/父/子语义节点保存和管理的语义相关资源更新的语义节 点的流程图；
[0038] 图28示出具有相同语义的资源的分组的流程图；
[0039] 图29示例语义相关资源推送；
[0040] 图30示出设备从一个局域网移动到另一个的情形；
[0041] 图31示例数据/语义相关资源运动的消息流；
[0042] 图32示出具有独立语义节点的ETSI M2M体系结构；
[0043] 图33示出语义节点资源结构；
[0044] 图34示出SSs资源结构；
[0045] 图35示出具有集成语义节点的ETSI M2M体系结构；
[0046] 图36示出xS化资源结构；
[0047] 图37示出<scll>上的语义相关资源结构；
[004 引图 38 示出 contentIns1:ance 语义；
[0049] 图39示出资源和语义检索的消息流；
[0050] 图40示出具有独立语义节点的3GPP MTC体系结构；
[0051] 图41示出具有独立语义节点的3GPP MTC体系结构；
[0052] 图42提供如在此所述的语义节点的使用的一个例子的示例；
[0053] 图43A是可W实现一个或多个公开的实施例的示例性机器对机器(M2M)或物联网 (ΙοΤ)通信系统的系统图；
[0054] 图43Β是可W用在图43Α中所示的Μ2Μ/ ΙοΤ通信系统中的示例性体系结构的系统 图；
[0055] 图43C是可W用在图43Α中所示的通信系统中的示例性Μ2Μ/Ι0Τ终端或网关设备的 系统图；W及
[0056] 图43D是可W体现图43Α的通信系统的方面的示例性计算系统的框图。
【具体实施方式】
[0057] 可W由其他计算设备发现和使用在语义节点中托管的语义相关资源。当语义节点 接收用于语义相关资源的请求时，语义节点可W检查其本地语义数据库。如果没有匹配，语 义节点可W将该请求转发到与之具有逻辑关系的其他语义节点，例如，兄弟节点或父节点。
[0058] 用于语义相关资源的语义发布和发现的系统可W包括洪泛或转发肯定不能由语 义节点应答的每一发现请求。如果在大网络中实现，洪泛或转发每一请求会导致网络的显 著开销和带宽消耗。除上述洪泛和转发环境外，如果语义节点在返回匹配的语义相关资源 中不合作，可能存在另外的网络问题。例如，语义节点之间无合作会导致语义节点接收从多 个其他语义节点返回的类似的匹配的语义相关资源，强制网络中的显著的开销和带宽消 耗。在此公开了另外的语义相关资源方案，便于发现(检索)语义相关资源的位置和发布(传 送)语义相关资源的位置。
[0059] 在下文中给出语义节点体系结构的简单概述。在对应于图18-图42的描述中，提供 有关语义节点体系结构的更多详情。
[0060] 在常见的机器对机器(Μ2Μ)系统中。（在终端设备W及后端网络服务器上托管的） Μ2Μ应用需要预先对交换数据的共同定义达成一致。运主要是由于缺乏能代表应用，解析、 解释或处理Μ2Μ数据的语义感知Μ2Μ服务层。在当前Μ2Μ系统中，Μ2Μ服务层缺乏语义感知能 力，因此，流过并且在Μ2Μ服务层中存储的数据被处理为不透明信息。
[0061] 缺乏语义感知阻止Μ2Μ服务层提供服务，所述服务允许由Μ2Μ服务层有效地提取或 虚拟化由Μ2Μ应用产生的数据，使得能被不同应用发现、访问、解释和共享，即使它们不具有 该数据源自的应用的任何先验知识。因此，不可能由Μ2Μ服务层有效地虚拟化和/或提取感 知和起作用的物理实体(例如仪器、人、汽车、建筑物的房间等等)并且物理实体被视为环境 固有的通用实体，而不依赖于特定Μ2Μ应用。为了克服该局限，在Μ2Μ系统中传送的数据可W 被关联并且与语义信息集成，使得语义感知Μ2Μ服务层能具有与Μ2Μ应用的该数据的相同知 识。如此，M2M服务层能更好地便于跨应用的数据共享并且向M2M应用提供增值的语义感知 服务(例如，数据聚合，不同应用中的数据共享等等）。
[0062] 例如，在图1所示的病人监控应用中，具有在监控病人的生命体征(例如，血压、体 溫、氧、屯、率等等)的每一无线传感器设备上托管的单独的应用。同样地，能具有在能利用该 信息的网络中托管的单独的应用(例如，与病人的医生、私人教练、家庭成员、救护人员等等 相关联的应用）。然而，没有来自每一无线传感器设备的M2M语义感知服务数据，网络应用难 W发现、共享和理解来自设备应用的信息，除非网络应用具有在无线传感器设备上托管的 应用和它们产生的信息的类型的先验知识（例如，位置/地址、数据单位、数据的上下文等 等)。
[0063] 语义节点可W在M2M系统中提供下述功能性来支持M2M服务层语义感知和数据抽 象：（i)支持存储语义信息，和/或支持用于存储语义信息的服务器的接口；（ii)支持创建、 检索、更新和删除语义信息的机制；（iii)支持本地和远程资源的语义信息更新的机制； (iv)支持将语义信息与可W本地或远程存储的相应的资源关联和/或链接；W及(V)发布和 发现语义描述的能力。
[0064] 如在此所述，语义节点是可W在网络中的独立计算设备(例如服务器)上托管或在 网络内的现有实体上托管的逻辑实体，诸如M2M网关、M2M设备、M2M服务器等等。语义节点可 W被看作描述数据的知识库。例如，用于血压的传感器设备可能希望理解如何描述其数据， 因此，查询附近的语义节点来找出是否存在已经定义的血压类。如果有，语义节点利用在本 地找到的血压类应答该传感器设备。如果没有，语义节点可W查询其他的语义节点（例如兄 弟或父）。使用语义节点可W减少使终端设备存储数据的描述的需要。
[0065] 语义节点存储和管理语义相关资源。语义相关资源通常描述需要使语义相关资源 与它们相关联的其他资源，诸如，在资源树下存储的ETSI M2M资源，<SCL>，〈application〉， 〈container〉，〈contentInstance〉，W便省得能够理解它们的语义。在一个实施例中，语义 相关资源可W具有Ξ种类型中的一种:类、关系和术语(term)。该分类提供与语义网的当前 技术的兼容并且使M2M系统能够利用现有的语义相关资源。
[0066] 如在此所述，语义节点可W配置在不同级，诸如M2M局域网、M2M接入网和M2M核屯、 网的M2M系统中，使得不同级形成为层级结构。同一级中的语义节点可W是分布式的并且具 有兄弟关系。公开关于构建和维护语义节点的运种混合体系结构的机制，提供对现有网络 层级的抽象和兼容的不同级的好处。
[0067] 图2-图17及它们的附加描述结合下文所述的语义发布和发现的方法、设备和系 统，提供语义节点体系结构和平台的实施例的信息和理解。
[0068] 公开了有效的语义相关资源发布方案W便允许和便于语义相关资源发现和共享。 当通过发布或不发布语义相关资源，创建、更新或删除语义相关资源时，语义节点可W通知 其兄弟和子女。语义节点将语义相关资源存储在其本地数据库或目录中。交换运些目录，使 得其他语义节点知道在该网络中存储和共享哪些语义相关资源。其他实体能从语义节点发 现语义相关资源，不需要将该请求洪泛到兄弟或将该请求转发到父类，即使在其本地目录 中没有匹配资源，相反，能从其他语义节点捜索发布的信息。在下文更详细所述的语义相关 资源发布方案可W包括发布语义相关资源标识符关键字、发布语义节点摘要和发布混合标 识符和摘要发布。
[0069] 在下文中公开使用包括关键字的语义相关资源的标识符来将存储语义相关资源 的语义节点告知相邻的语义节点（例如兄弟、子女或非相关的语义节点）。由语义节点存储 和管理的语义相关资源具有唯一标识符，其可W是统一资源定位器(URL)或统一资源标识 符(URI)。为了将在语义节点中存储的语义相关资源告知其他语义节点，可W使用关键字发 布语义相关资源的存在。除其他方式外，可W基于达到新创建的语义相关资源(或标识符） 的阔值数或在达到某一时间阔值后，自动地触发该发布，可W通过使用语义相关资源的标 识符、语义相关资源的内容或语义相关资源的标识符和内容，发布在语义节点上语义相关 资源的存在。
[0070] 图2示例使用关键字的语义相关资源标识符710的示例性格式。主机地址711是存 储和管理语义相关资源的原始语义节点的地址。主机地址可W是IP地址、MSDN ID等等。类 型712是语义相关资源的类型，可W是定义的类型中的一种，诸如类、关系或术语。语义相关 资源标识符710也可W包括包含一个或多个关键字的关键字713。
[0071] 图3示例在语义发布和发现的上下文中描述的示例性语义节点拓扑结构720。语义 节点723可通信地与兄弟语义节点722和兄弟语义节点724连接。语义节点723也可通信地与 父语义节点721、子语义节点725和子语义节点726连接。兄弟语义节点724还可W可通信地 与用户设备(肥)727连接，其可W是任何计算设备。
[0072] 继续参考图3,下文是有关使用关键字发布的示例性情形。语义节点723可W在其 上存储若干语义相关资源，如表1所示。每一存储的语义相关资源可W具有如表1所示的标 识符。根据图2所示的标识符格式，表1中的每一标识符具有主机地址"语义节点723"和类型 "类'。在表1中，行1的标识符，用于标识符的关键字是"体溫"和"摄氏度'，行2的标识符为 "湿度"，行3的标识符为"跑步机"W及行4的标识符为"血压"。
[0073] 图4示出示例性聚合标识符格式，该聚合标识符格式将表1的四个语义相关资源聚 合成经由发布消息传送到一个或多个其他语义节点的一个聚合标识符。语义节点723可W W与表1类似的方式(根据图2的格式），单独地发布标识符或将关键字聚合成发布消息（例 如，语义节点723.类.体溫.摄氏度；湿度；跑步机;血压）内的单个关键字（例如聚合标识 符），如图4所示。当使用包括聚合标识符的发布消息时，可W有不同的指示符，诸如分号，向 接收发布消息的语义节点指示如何提取或解析聚合标识符的每一标识符。
[0074] 表1:语义相关资源标识符
[0075]
[0076] 参考图2,为了进一步缩短语义相关资源标识符710的长度，每一类型可W具有每 一语义节点普遍已知的标签。例如，类可W具有标签"Γ，关系可W具有标签"2"，W及术语 可W具有标签"3"。
[OOW]关键字可W与具有相同类型，但具有可W区分语义相关资源的另外的单独的关键 字的多个语义相关资源匹配。例如，类temperatureReading可W具有temp的关键字，类 temperatureInC可W具有体溫和摄氏度的关键字，而类temperatureInF可W具有体溫和华 氏度的关键字。关键字可w匹配具有不同类型的多个语义相关资源。例如，可w利用关键字 体溫，选择关系类型hasCoreTempera化re，还可W利用关键字体溫，选择术语类型摄氏度。 主机语义节点可W选择关键字。
[0078] 此外，由于用于发布语义节点的语义节点地址对由它发布的语义相关资源来说是 相同的，因此发送的发布消息中的标识符仅具有包括的类型和关键字而没有主机地址(例 如类型1.关键字1)。当在标识符中不包括主机地址（例如hostl. typel .keywordl)时，基于 IP或MAC层信息，接收发布消息的语义节点可W将主机地址添加到接收的标识符的表格。
[0079] 图5示出在图3的上下文中，用于发布用于语义相关资源的标识符的示例性方法。 在步骤731，语义节点723可W跟踪用于每一类型（例如类、关系或术语）的语义相关资源的 数量。语义相关资源的数量可W是自最后一个语义节点723发布到特定语义节点或多个语 义节点W来添加的语义相关资源的计数。在步骤732,语义节点723可W确定是否已经达到 语义相关资源的阔值数。阔值数可W基于特定类型（例如类)或类型的任意组合。如果已经 达到阔值数，在步骤733,语义节点723可W串接对应于添加的语义节点723的语义相关资源 的所有或一些关键字。与发布的标识符(例如类.体溫.temp或类.temp)-起或代替该标识 符，可W包括串接的关键字，诸如体溫至temp。在步骤734,语义节点723将类型与步骤731的 计数的语义相关资源的适当关键字进行附接。在步骤735,语义节点723创建可W包含W与 图2或图4类似的格式的标识符信息的发布消息。发布消息包含步骤734的信息。
[0080] 继续参考图5，在步骤736，语义节点723确定是否有任何子语义节点。在步骤737， 由于有子语义节点725和子语义节点726,步骤735的发布消息被发送到子语义节点725和子 语义节点726。在步骤738,语义节点723确定是否有任何兄弟语义节点。语义节点723具有图 3所示的兄弟语义节点722和724。在步骤739,因为有兄弟节点，语义节点723可W设置跳数 限制（例如1或2)来限制发布消息的传播。跳数限制可W包含在包括标识符的发布消息中。 在步骤740,语义节点723将发布消息发送到其兄弟。可W使用应用传输协议（例如HTTP或 CoAP)发送该发布消息。
[0081] 尽管图5及其附加描述论述了发布情形，不发布情形可相同或类似的方式工 作，但新删除的语义相关资源的数量可W用作不发布的触发器(例如，删除标识符的指令）。 当语义节点，诸如语义节点722从其兄弟（例如语义节点723)或父(例如语义节点721)接收 发布消息，提取类型字段和关键字来构造用于相同类型的发布的语义相关资源的标识符 (例如类似于表1)。
[0082] 图6示出用于发现语义相关资源的示例性方法。在步骤751，兄弟语义节点724可W 从语义节点723接收发布消息。发布消息可W包含位于语义节点123上的所有标识符(或标 识符的更新），用于位于其他语义节点和语义节点723上的语义相关资源。语义节点724可W 存储标识符。在步骤752,兄弟语义节点724可W从肥727接收语义相关资源的请求。在步骤 753,兄弟语义节点724确定未在本地存储请求的语义相关资源。在步骤754,当兄弟语义节 点724不能在本地找到语义相关资源时，通过接收的标识符，诸如在步骤751接收的标识符 捜索。在步骤755,兄弟语义节点724找到具有匹配步骤75