一种基于软件定义网络架构的工业物联网系统技术方案

本发明专利技术涉及一种基于软件定义网络架构的工业物联网系统，其特征在于：包括基于软件定义的控制服务器，所述控制服务器包括任务分解与服务编排模块、服务描述库、服务发现模块和服务更新与部署模块，其中任务分解与服务编排模块用于接收任务需求，将任务需求分解成多个子任务，分解后的每个子任务分别一一对应不同的物理实体服务或虚拟实体服务或应用服务，然后根据不同子任务的实现目标，将与其一一对应的物理实体服务或虚拟实体服务或应用服务编排起来，形成完成任务需求指定目标的业务流；服务发现模块找到完成不同子任务所需要的物理实体服务或虚拟实体服务或应用服务。本发明专利技术易于实现工业物联网系统中海量实体服务高效管理，且易于构建。

An Industrial Internet of Things System Based on Software Definition Network Architecture

【技术实现步骤摘要】
一种基于软件定义网络架构的工业物联网系统
本专利技术涉及物联网通信和计算领域，特别是涉及一种基于软件定义网络架构的工业物联网系统。
技术介绍
随着具有环境感知能力的各类终端、基于智能技术的制造信息系统、泛在无线移动通信等不断融入到工业生产的各个环节，工业物联网(IndustrialInternetofThings,IIoT)成为当前智能制造和信息技术交叉研究领域最为活跃的方向。它通过各种信息传感设备，如传感器、射频识别技术、全球定位系统、红外感应器、激光扫描器、气体感应器等各种装置与技术，在工业现场采集各种需要监控、连接、互动的物体或过程的声、光、热、电等各种数据，并通过对数据的分析处理，实现生产设备监控管理、生产过程工艺优化、制造业供应链管理、环保监测及能源管理、工业安全生产管理，从而大幅提高制造效率，改善产品质量，降低产品成本和资源消耗，最终将传统制造业提升到智能制造的新阶段。采用面向服务架构(SOA,ServiceOrientedArchitecture)，将接入网络的智能设备和现有的各类信息资源都统一抽象为服务，按照智能制造的需求集成起来，是目前最广泛采用的构建工业物联网系统的方法。物联网系统中的服务可以分为实体服务和应用服务两类，其中实体服务一般是对智能设备提供的信息感知和物理对象控制的功能的抽象；应用服务是一般对各种信息处理功能的抽象。随着接入的智能设备的数量不断增多(据估计，到2020年物联网设备数量将达到500亿)，工业物联网系统中的实体服务数量将极数增长。除了海量性，由智能终端设备提供的实体服务还具有以下特性：(1)资源受限性：在工业物联网系统中，智能设备的计算能力、存储容量和能量供给都有一定的限制，因此将智能物品提供的实体服务和互联网中的应用服务组合起来构建工业物联网系统时需要考虑这些资源的受限性，以保证系统的可用性；(2)动态可用性：在工业物联网系统中，一方面，提供服务的智能设备会移动和休眠，从而导致服务的有效性在空间和时间上是动态变化的，且不易被获知；(3)功能易变性：实体服务提供的感知数据和交互操作可以根据不同的情境进行相应的调整，比如一个具有红外传感器的感知设备放置在室内时提供人员探测和防盗预警的功能，放置在室外时提供测距的功能，因此实体服务不仅具有动态可用性，而且具有情境感知性。目前面向工业物联网构建和海量实体服务管理的需求，建立了一些物联网云服务平台(如美国LogMeIn公司在的Xively、MathWorks公司的Thingspeak、Eurotech公司的Everyware、美国PTC公司的ThingWorx)和物联网服务中间件(如德国SAP公司的SOCRADES、法国INRIA研究所的CHOReOS、富士通美国研究院的SEMWARE、日本NEC公司的CUBIQ)，但是这些物联网云服务平台和服务中间件都没有很好的考虑工业物联网系统中实体服务的动态可用性和功能易变性，因此基于这些物联网云服务平台或物联网服务中间件建立的工业物联网系统都无法对实体服务进行高效的管理。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对上述现有技术提供一种易于实现海量实体服务高效管理、易于构建的一种基于软件定义网络架构的工业物联网系统。本专利技术解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种基于软件定义网络架构的工业物联网系统，其特征在于：包括基于软件定义的控制服务器，所述控制服务器包括任务分解与服务编排模块、服务描述库、服务发现模块和服务更新与部署模块，其中：任务分解与服务编排模块，用于接收任务需求，将任务需求分解成多个子任务，分解后的每个子任务分别一一对应不同的物理实体服务或虚拟实体服务或应用服务，然后根据不同子任务的实现目标，将与其一一对应的物理实体服务或虚拟实体服务或应用服务编排起来，形成完成任务需求指定目标的业务流；服务描述库：用于保存所有应用服务、物理实体服务和虚拟实体服务在部署时或创建时生成的描述信息，供服务发现模块使用；服务发现模块，根据服务描述库中对物理实体服务或虚拟实体服务或应用服务的描述信息，找到完成不同子任务所需要的物理实体服务或虚拟实体服务或应用服务；服务更新与部署模块，用于更新或部署新的物理实体服务或虚拟实体服务或应用服务，当服务发现模块没有找到完成子任务所需要的物理实体服务或虚拟实体服务或应用服务时，将新的物理实体服务或虚拟实体服务或应用服务部署到云平台或智能设备上，同时在服务描述库中注册这些物理实体服务或虚拟实体服务或应用服务的描述信息。作为改进，服务提供者和工业物联网系统开发者通过北向接口将任务需求传递给控制服务器；云平台和智能设备上运行的物理实体服务或虚拟实体服务或应用服务通过南向接口与控制服务器通信。再改进，服务提供者和工业物联网系统开发者通过一种基于图规划的可视化建模方式说明将任务需求通过业务流模式传递给控制服务器，控制服务器的任务分解与服务编排模块通过一种基于智能规划的动态自适应方法，将找到的与子任务一一对应的物理实体服务或虚拟实体服务或应用服务组合起来，以构建完成任务需求指定目标的业务流。再改进，控制服务器的服务描述库采用基于语义的描述方法对所有应用服务、物理实体服务和虚拟实体服务进行描述，描述语言采用OWL或OWL-S，每个应用服务或物理实体服务或虚拟实体服务的描述信息包括以下部分：第一部分：说明服务的类型；第二部分：说明服务的输入参数；第三部分：说明服务的输出参数；第四部分：说明服务用户与服务交互时的细节，包括但不限于：服务所处情境、服务质量信息、服务提供约束条件。再改进，任务分解与服务编排模块将任务需求分解成多个子任务时，一并生成每个子任务的描述信息，每个子任务的描述信息同样包括以下部分：第一部分：说明服务的类型；第二部分：说明服务的输入参数；第三部分：说明服务的输出参数；第四部分：说明服务用户与服务交互时的细节，包括但不限于：服务所处情境、服务质量信息、服务提供约束条件。再改进，所述控制服务器的服务发现模块通过如下方法找到完成不同子任务所需要的物理实体服务或虚拟实体服务或应用服务：1)、找到第一部分描述信息与子任务的第一部分描述信息相同的应用服务或物理实体服务或虚拟实体服务，如果找到多个第一部分描述信息与子任务的第一部分描述信息相同的应用服务或物理实体服务或虚拟实体服务，进入2)；2)、根据子任务的第三部分和第四部分的描述信息，将第三部分和第四部分的描述信息中的关键字分解为层次化的若干子本体，进入3)；3)子本体查询：找到第三部分和第四部分的描述信息与若干子本体描述信息相同的应用服务或物理实体服务或虚拟实体服务；如果找到多个第三部分和第四部分的描述信息与若干子本体描述信息相同的应用服务或物理实体服务或虚拟实体服务，进入4)；4)有效性评价管理：评价查询结果与子任务的匹配效果，然后将有效性评价结果最高的物理实体服务或虚拟实体服务或应用服务作为结果返回给任务分解与服务编排模块。再改进，所述2)中层次化的若干子本体中，下级子本体与其对应的上级子本体之间为归并关系。再改进，所述控制服务器的任务分解与服务编排模块、服务描述库、服务发现模块和服务更新与部署模块可以运行在一台物理服务器上，也可以运行在多台逻辑上一体的物理服务器上。另外，多台物理服务器也可以并行运本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于软件定义网络架构的工业物联网系统，其特征在于：包括基于软件定义的控制服务器，所述控制服务器包括任务分解与服务编排模块、服务描述库、服务发现模块和服务更新与部署模块，其中：任务分解与服务编排模块，用于接收任务需求，将任务需求分解成多个子任务，分解后的每个子任务分别一一对应不同的物理实体服务或虚拟实体服务或应用服务，然后根据不同子任务的实现目标，将与其一一对应的物理实体服务或虚拟实体服务或应用服务编排起来，形成完成任务需求指定目标的业务流；服务描述库：用于保存所有应用服务、物理实体服务和虚拟实体服务在部署时或创建时生成的描述信息，供服务发现模块使用；服务发现模块，根据服务描述库中对物理实体服务或虚拟实体服务或应用服务的描述信息，找到完成不同子任务所需要的物理实体服务或虚拟实体服务或应用服务；服务更新与部署模块，用于更新或部署新的物理实体服务或虚拟实体服务或应用服务，当服务发现模块没有找到完成子任务所需要的物理实体服务或虚拟实体服务或应用服务时，将新的物理实体服务或虚拟实体服务或应用服务部署到云平台或智能设备上，同时在服务描述库中注册这些物理实体服务或虚拟实体服务或应用服务的描述信息。...

【技术特征摘要】
1.一种基于软件定义网络架构的工业物联网系统，其特征在于：包括基于软件定义的控制服务器，所述控制服务器包括任务分解与服务编排模块、服务描述库、服务发现模块和服务更新与部署模块，其中：任务分解与服务编排模块，用于接收任务需求，将任务需求分解成多个子任务，分解后的每个子任务分别一一对应不同的物理实体服务或虚拟实体服务或应用服务，然后根据不同子任务的实现目标，将与其一一对应的物理实体服务或虚拟实体服务或应用服务编排起来，形成完成任务需求指定目标的业务流；服务描述库：用于保存所有应用服务、物理实体服务和虚拟实体服务在部署时或创建时生成的描述信息，供服务发现模块使用；服务发现模块，根据服务描述库中对物理实体服务或虚拟实体服务或应用服务的描述信息，找到完成不同子任务所需要的物理实体服务或虚拟实体服务或应用服务；服务更新与部署模块，用于更新或部署新的物理实体服务或虚拟实体服务或应用服务，当服务发现模块没有找到完成子任务所需要的物理实体服务或虚拟实体服务或应用服务时，将新的物理实体服务或虚拟实体服务或应用服务部署到云平台或智能设备上，同时在服务描述库中注册这些物理实体服务或虚拟实体服务或应用服务的描述信息。2.根据权利要求1所述的工业物联网系统，其特征在于：服务提供者和工业物联网系统开发者通过北向接口将任务需求传递给控制服务器；云平台和智能设备上运行的物理实体服务或虚拟实体服务或应用服务通过南向接口与控制服务器通信。3.根据权利要求2所述的工业物联网系统，其特征在于：服务提供者和工业物联网系统开发者通过一种基于图规划的可视化建模方式说明将任务需求通过业务流模式传递给控制服务器，控制服务器的任务分解与服务编排模块通过一种基于智能规划的动态自适应方法，将找到的与子任务一一对应的物理实体服务或虚拟实体服务或应用服务组合起来，以构建完成任务需求指定目标的业务流。4.根据权利要求1所述的工业物联网系统，其特征在于：控制服务器的服务描述库采用基于语义的描述方法对所有应用服务、物理实体服务和虚拟实体服务进行描述，描述语言采用OWL或OWL-S，每个应用服务或物理实体服务或虚拟实体服务的描述信息包括以下部分：第一部分：说明服务的类型；第二部分：说明服务的输入参数；第三部分：说明服务的输出参数；第四部分：说明服务用户与服...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈海明，钱江波，钮俊，江先亮，金光，
申请(专利权)人：宁波大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33