专利名称：物联网业务描述、组合和服务质量评估的方法
技术领域：
本发明属于应用软件开发与集成领域，尤其涉及物联网业务应用集成中的业务描述与业务组合重用及QoS (服务质量)评估。
背景技术：
物联网逐渐成为近来人们研究的热点，它融合了无线传感、智能感知、识别、泛在网络与云计算等技术，被认为是信息产业领域的又一具有广阔前景的发展方向。物联网触及人类社会生活的方方面面，涉及它的应用扩展到物品和环境，通过与互联网相连，使得人们能够方便的对现实世界进行智能化的识别、定位、监控和管理。由于物联网的这些特点，其业务涉及的范围十分丰富多样，遍及家居、交通、电网、环保、安防、军事等各个领域。针对这些规模数量不断扩大增长的的物联网业务，通过与发展成熟的Web服务相 比较，我们认为目前物联网业务的发展存在着一些不足首先，这些业务间相互独立，它们自成功能体系，缺乏共用共享机制；其次，缺乏一个综合业务集成的平台，无法对纷繁的物联网业务进行统一注册、管理和调度。这些不足导致物联网业务的软件重用性不足、开发效率得不到有效提高。因此，适时地引入一种对物联网业务进行描述及组合的方法以及相对应的集成平台系统成为了改善这些不足的关键所在。
发明内容
技术问题本发明的主要目的在于提供一种实现描述和组合物联网业务的方法，以求对既有原子业务进行组合重用并进行服务质量评估，高效地开发具有一定复杂功能的新业务。技术方案本发明的一种物联网业务描述、组合及服务质量评估的方法基于单个原子业务的描述模块、业务库模块、逻辑结构控制与组合模块、服务质量QoS评估模块、与平台支持层的接口模块；本方法的基本流程是
Stepl :完成某项功能的物联网业务首先需要通过业务描述模块对此业务的相关信息进行描述；这里的单个原子业务的描述模块，用于对物联网业务从业务的基本信息，业务功能属性、非功能属性，调用方式的角度，使用自定义的业务描述语法规则来对业务信息进行描述，为物联网平台对业务的识别和注册以及后期对业务的发布、选择与组合打下基础；Step2 :业务描述完成后，业务将被注册到业务库模块，这里的业务库模块是平台的持久层，用于分类存储所描述的各个物联网业务的信息，在物联网业务平台中注册业务，这样做一方面能够为业务选择与组合提供必要的信息，另一方面平台支持层可根据业务库进行相应的业务程序的加载、管理等操作；
Step3:以上工作完成后，表明业务已加载到平台上即可以通过平台使用此业务功能，此时在服务器端对业务进行组合，这里用到逻辑结构控制与组合模块，在此模块业务组合人员按照需求将一个较复杂的功能分解由若干完成基本功能的原子业务组合来完成，使用平台自定义的基于Petri网(Petri-Net, Petri网)组合规程,用于在组合过程中对业务组合人员组合业务、生成新业务的过程进行控制，保证组合过程的正确性；St印4:组合结构完成后需要通过QoS评估模块对此组合结构的业务的总体QoS进行评估，该模块以Petri网的状态转移矩阵和四种基本组合结构即并行-与、选择-或、顺序、循环为基础，通过提取不同结构下的状态转移结果特征来对所组合业务的总体QoS进行计算评估，过程中使用了在业务描述及注册阶段中的业务的非功能属性的相关信息，通过评估来帮助业务组合人员对所组合业务的总体服务质量状况进行了解；
Step5 :业务组合与QoS评估完成后，系统的与平台支持层的接口模块将会生成相应组合的逻辑描述及其代码框架，该模块主要用于将组合过程的关键逻辑、业务间接口顺序的编排、新业务相关参数等信息进行处理，交付平台支持层以具体分配资源、程序任务调度进行具体实现。所述单个原子业务的描述模块，在对物联网业务多个角度进行描述的过程中，使用基于可扩展标记语言XML (Extensible Markup Language,),分别从接口参量定义、业务概述、主要操作、QoS非功能属性、调用或绑定规范方面分层次进行描述，它们均由自定义的XML标签及属性加以说明；业务概述〈SerVice_Pix)file>主要描述业务提供者相关信息、 功能描述信息两部分，包括提供者名称<Profile_provider-name>、联系方式〈Profile— provider-contact〉、业务的文字性简述〈Profile_textDescription>、业务计算所需输入〈Prof iIe_Inputparameter>、输出结果〈Prof iIe_Outputparameter>、业务运行前的预设条件 <Profile_Precondition>、业务运行后的影响〈Profile_Effect> ;主要操作 <service_Operate〉描述对外的接口操作即输入操作<Interface_Input>和输出操作〈Interface—Output)方法和函数；QoS需求描述主要是业务的非功能性参量业务费用〈Cost〉、请求平均响应时间〈Responsetime〉、可靠性〈Reliability〉、平均占用带宽〈Bandwidth〉属性；调用规范描述主要是业务的调用方法包括执行业务所在的位置〈Invoke_ Source〉、端口〈Invoke_Port>、通信方式 <Invoke_ Protocol〉。所述业务库模块，其设计主要以业务描述的信息为基础，按照其中的业务开发者信息、业务基本信息、业务功能属性、非功能性属性、业务调用方法等信息来对业务进行注
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/ttr O所述逻辑结构控制模块与组合模块中，基于Petri网理论来指导组合过程进行建模，将Petri网中库所的资源映射为原子业务资源JfPetri网的状态转移映射为不同业务间实现功能的转变；同时依照Petri网语法对规则对组合过程进行语法监督，在Petri网变迁之前的有向弧阶段按需求对原子业务进行筛选，在变迁中，业务组合人员需要按照业务实际运行的流程，对原子业务所执行顺序进行编排、对输入与输出接口进行适当分配，以保证所组合的结果即新业务在运行逻辑和接口参数类型上不存在错误。所述的QoS评估模块以Petri网的状态转移并以并行-与、选择_或、顺序、循环四种基本结构的转移结果表达式特征及相应QoS计算方法为基础，对所组合复杂结构的Petri网状态转移结果的特征分析，来判断逻辑结构进而分类分层次对组合的总体QoS进行计算；具体步骤是
stepl :分析获得Petri网结构输入输出矩阵； step2 :求得转移矩阵； step3 :状态转移递归；
step4 :参照四种基本结构表达式特征分析状态输出项表达式以获取组合结构；step5 :根据所得结构按照一定顺序对所得结构分层次计算QoS。与平台支持层的接口模块，主要负责对新组合业务的注册、与支持层相应的业务管理模块的进行交互以支撑具体实现，用于将业务组合的关键逻辑流程信息、业务间接口顺序的编排、组合结果即新业务的描述进行处理，交付平台支持层以分配资源、程序任务调度进行具体实现。有益效果本发明提供一种实现物联网业务的描述和组合的实施方法，充分利用了既开发的物联网业务应用，通过言简意赅的描述，业务库的注册、发布，通过在逻辑控制条件下进行组合、计算新业务QoS等能够高效的重用既有业务、开发出新的具有一定复杂功能的物联网业务，具有一定的实际使用价值和经济价值。
图I是本发明的应用场景。 图2是业务平台模块关系图。图3 QoS评估方法流程。图4是本发明业务组合Petri网的顺序结构。图5是本发明业务组合Petri网的并行“与”结构。图6是本发明业务组合Petri网的选择“或”结构。图7是本发明业务组合Petri网的循环结构。图8是本发明某业务组合结构。
具体实施例方式在对物联网业务进行描述的方案中，基于XML对单个业务功能性与非功能性进行描述，进而使平台能够对业务进行有效的识别与注册。过程中，利用XML的通用性、可扩展性等良好特性，并依据平台物联网业务的实际实现方式和特点(服务端的分析处理与客户端的结果反馈的分离，业务服务对后台大量传感数据的获取与分析处理透明，提供较明确的输入输出接口等)自定义了层次较为清晰的描述逻辑和方法。业务经过描述与注册后即能够在平台进行发布与客户使用，将完成某个单一的具体功能的物联网业务(原子业务)进行组合以形成可以完成一定组合功能的复杂业务，本方案在基于Petri网逻辑结构模型之上，对部分元素赋予组合定义以帮助组合过程进行逻辑控制，同时根据Petri网的转移矩阵的分析来确定组合逻辑进而分情况对所组合业务的总体QoS进行评估，帮助业务组合人员对组合业务的特性进行认识，在完成功能性要求的同时，提高业务组合的非功能性。、单个原子业务的描述
本模块运用自定义的XML标签对单个原子业务进行分层次描述，鉴于这些独立完成某项封装好的功能的原子业务，需要向外界提供必要的接口和细节说明才能使外界能够对它进行调用和访问，才能实施后续的业务重用、组合与QoS评估，所以我们从接口参量定义、业务概述、输入输出接口、QoS需求、调用规范等五个层面对其进行描述。这五个层面基本涵盖了业务的说明、功能性与非功能性描述以及调用方法其中接口参量、输入输出接口属于功能性描述，QoS需求属于非功能性描述，调用规范属于业务的使用调用方式描述。
例如，我们这里用“温度感知”这个原子业务进行描述举例。这一原子业务的主要功能是在获得查询地点和时间的条件下，返回该条件下的环境温度。其总的描述结构如下
〈service service_id= “600001，，service_name= “查询温度” category= “环境感知”priority= “03，，>
<service_InterfaceParameter />
<service_Profile />
<service_Interface />
<service_QosRequirment />
<service_Invoke />
</service)
其中，接口参量定义(service_InterfaceParameter)节点描述包括参量名称(name)及参量类型(type)两个属性；
业务概述(Service_Pix)file)主要描述业务提供者相关信息、功能描述信息两部分，包括提供者名称(Profile_provider_name)、联系方式(Profile_provider_contact)、业务的文字性简述(textDescription)、业务计算所需输入(Profile_Inputparameter)、输出结果(Profile_0utputparameter )、业务运行前的预设条件(Profile_Precondition)、业务运行后的影响(ProfiIe_Effeet)；
主要操作接口描述(service_Interface)节点描述业务对外的接口操作即输入操作(Interface _Input)和输出操作(Interface _0utput)方法和函数；
QoS需求描述主要是业务的非功能性参量业务费用(Cost)、请求平均响应时间(Responsetime)、可靠度(Reliability)、平均占用带宽(Bandwidth)等属性；
调用规范描述主要是业务的调用方法包括执行业务所在的位置(Invok^Source)、端口(Invoke_Port)、通信方式(Invoke_ Protocol)；
(2)、逻辑结构控制与组合
本模块是组合功能的核心模块，我们基于Petri网理论来指导组合逻辑过程进行建模。如JfPetri网中库所的令牌资源映射为原子业务资源JfPetri网的状态转变映射为业务功能的转变(组合后的新业务较原业务功能增加)；同时依照Petri网语法对规则对组合过程进行语法监督。以组合“温度查询” “阈值告警”两个原子业务为例，建立顺序结构的库所分别表示“温度查询”原子业务和“阈值告警”原子业务(多个令牌表示同类业务不止一个)，以及输出库所，在Petri网变迁之前(有向弧)可以按需求对原子业务进行筛选。在变迁中，业务组合人员须要按照业务实际运行的流程，对这两个原子业务所执行次序进行编排、对输入与输出的来源进行适当分配，以保证所组合的结果(新业务)在运行逻辑和接口参数类型上不存在错误。例如本例中“温度查询”有两个输入接口(地点参数get_loCation、时间参数get_time)和一个输出接口(返回温度值return_temperature);“阈值告警”有两个输入接口(数据data、阈值value)和一个输出(告警alarm)，这里就需要对原子业务的执行逻辑顺序及输入输出的来源进行编排分配，即“温度查询”输出的数据交付给“阈值告警”业务的输入接口(get_data)。在变迁完成后的库所中即为这一业务组合的结果。最后我们需要将这一组合过程中的关键信息(如所调用到的原子业务的业务代码，执行顺序，相关接口参数来源分配)，以及所产生新业务的定义(如定义其业务名称、所属类型、访问权限设定等)进行记录描述。这些信息将通过交付模块交支持层以进行具体的任务调度、资源分配等方法来对所设计原子业务及进行封装等。
权利要求
1.一种物联网业务描述、组合及服务质量评估的方法，其特征在于，该方法基于单个原子业务的描述模块、业务库模块、逻辑结构控制与组合模块、服务质量QoS评估模块、与平台支持层的接口模块；本方法的基本流程是 Stepl :完成某项功能的物联网业务首先需要通过业务描述模块对此业务的相关信息进行描述；这里的单个原子业务的描述模块，用于对物联网业务从业务的基本信息，业务功能属性、非功能属性，调用方式的角度，使用自定义的业务描述语法规则来对业务信息进行描述，为物联网平台对业务的识别和注册以及后期对业务的发布、选择与组合打下基础；Step2 :业务描述完成后，业务将被注册到业务库模块，这里的业务库模块是平台的持久层，用于分类存储所描述的各个物联网业务的信息，在物联网业务平台中注册业务，这样做一方面能够为业务选择与组合提供必要的信息，另一方面平台支持层可根据业务库进行相应的业务程序的加载、管理等操作； Step3 :以上工作完成后，表明业务已加载到平台上即可以通过平台使用此业务功能，此时在服务器端对业务进行组合，这里用到逻辑结构控制与组合模块，在此模块业务组合人员按照需求将一个较复杂的功能分解由若干完成基本功能的原子业务组合来完成，使用平台自定义的基于Petri网组合规程，用于在组合过程中对业务组合人员组合业务、生成新业务的过程进行控制，保证组合过程的正确性； Step4 :组合结构完成后需要通过QoS评估模块对此组合结构的业务的总体QoS进行评估，该模块以Petri网的状态转移矩阵和四种基本组合结构即并行-与、选择-或、顺序、循环为基础，通过提取不同结构下的状态转移结果特征来对所组合业务的总体QoS进行计算评估，过程中使用了在业务描述及注册阶段中的业务的非功能属性的相关信息，通过评估来帮助业务组合人员对所组合业务的总体服务质量状况进行了解； Step5 :业务组合与QoS评估完成后，系统的与平台支持层的接口模块将会生成相应组合的逻辑描述及其代码框架，该模块主要用于将组合过程的关键逻辑、业务间接口顺序的编排、新业务相关参数等信息进行处理，交付平台支持层以具体分配资源、程序任务调度进行具体实现。
2.根据权利要求I所述的物联网业务描述、组合及服务质量评估的方法，其特征在于所述单个原子业务的描述模块，在对物联网业务多个角度进行描述的过程中，使用基于可扩展标记语言XML，分别从接口参量定义、业务概述、主要操作、QoS非功能属性、调用或绑定规范方面分层次进行描述，它们均由自定义的XML标签及属性加以说明；业务概述〈ServiCe_Pix)file>主要描述业务提供者相关信息、功能描述信息两部分，包括提供者名称〈Prof ile—provider-name〉、联系方式〈Prof ile—provider-contact〉、业务的文字性简述〈Prof ile—textDescription〉、业务计算所需输入〈Profile—Inputparameter〉、输出结果〈Profile—Outputparameter〉、业务运行前的预设条件〈Profile—Precondition〉、业务运行后的影响〈Profile—Effect〉；主要操作〈service—Operate〉描述对外的接口操作即输入操作〈Interface—Input〉和输出操作〈Interface—Output〉方法和函数；QoS需求描述主要是业务的非功能性参量业务费用〈Cost〉、请求平均响应时间〈Responsetime〉、可靠性〈Reliability〉、平均占用带宽〈Bandwidth〉属性；调用规范描述主要是业务的调用方法包括执行业务所在的位置〈Invoke— Source〉、端口〈Invoke—Port〉、通信方式〈Invoke—Protocol〉。
3.根据权利要求I所述的物联网业务描述、组合及服务质量评估的方法，其特征在于，所述业务库模块，其设计主要以业务描述的信息为基础，按照其中的业务开发者信息、业务基本信息、业务功能属性、非功能性属性、业务调用方法等信息来对业务进行注册。
4.根据权利要求I所述的物联网业务描述、组合及服务质量评估的方法，其特征在于，所述逻辑结构控制模块与组合模块中，基于Petri网理论来指导组合过程进行建模，将Petri网中库所的资源映射为原子业务资源；将Petri网的状态转移映射为不同业务间实现功能的转变；同时依照Petri网语法对规则对组合过程进行语法监督，在Petri网变迁之前的有向弧阶段按需求对原子业务进行筛选，在变迁中，业务组合人员需要按照业务实际运行的流程，对原子业务所执行顺序进行编排、对输入与输出接口进行适当分配，以保证所组合的结果即新业务在运行逻辑和接口参数类型上不存在错误。
5.根据权利要求I所述的物联网业务描述、组合及服务质量评估的方法，其特征在于所述的QoS评估模块以Petri网的状态转移并以并行-与、选择-或、顺序、循环四种基本结构的转移结果表达式特征及相应QoS计算方法为基础，对所组合复杂结构的Petri网状态转移结果的特征分析，来判断逻辑结构进而分类分层次对组合的总体QoS进行计算；具体步骤是 stepl :分析获得Petri网结构输入输出矩阵； step2 :求得转移矩阵； step3 :状态转移递归； step4 :参照四种基本结构表达式特征分析状态输出项表达式以获取组合结构； step5 :根据所得结构按照一定顺序对所得结构分层次计算QoS。
6.根据权利要求I或4所述的物联网业务描述、组合及服务质量评估的方法，其特征在于，与平台支持层的接口模块，主要负责对新组合业务的注册、与支持层相应的业务管理模块的进行交互以支撑具体实现，用于将业务组合的关键逻辑流程信息、业务间接口顺序的编排、组合结果即新业务的描述进行处理，交付平台支持层以分配资源、程序任务调度进行具体实现。
全文摘要
本发明是一种物联网业务描述、组合和服务质量评估的方法，尤其涉及物联网业务应用集成中的业务描述与业务组合重用及QoS(服务质量)评估。该方法基于单个原子业务的描述模块、业务库模块、逻辑结构控制与组合模块、服务质量QoS评估模块、与平台支持层的接口模块；充分利用了既开发的物联网业务应用，通过言简意赅的描述，业务库的注册、发布，通过在逻辑控制条件下进行组合、计算新业务QoS等能够高效的重用既有业务、开发出新的具有一定复杂功能的物联网业务，具有一定的实际使用价值和经济价值。
文档编号H04L29/08GK102780583SQ20121025660
公开日2012年11月14日 申请日期2012年7月24日 优先权日2012年7月24日
发明者胡海峰, 虞宙 申请人:南京邮电大学