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1、(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201410610047.X(22)申请日 2014.10.31H04L 29/08(2006.01)G06F 17/30(2006.01)(71)申请人 广东工业大学地址 510006 广东省广州市番禺区广州大学城外环西路 100 号(72)发明人 肖红 程良伦(74)专利代理机构 广州粤高专利商标代理有限公司 44102代理人 林丽明(54) 发明名称一种制造业物联网节点协同存储方法(57) 摘要本发明涉及制造业物联网领域，更具体地，涉及一种制造业物联网节点协同存储方法。其包括 ：S1. 离散制造过程中感知节点的资源和能力，按照节点的。
2、计算能力、通信能力和存储能力对节点进行分类，划分感知区域 ；S2. 基于感知区域建立节点协同存储和计算机制 ；S3. 基于建立的节点协同存储和计算机制，通过实时查询和信息发布方式获取信息服务。本发明通过对节点的分类和区域的划分，在划分后的区域中利用节点协同存储和计算机制提供信息服务，可以有效提高制造业物联网中数据存储的可靠性和感知的时效性。(51)Int.Cl.(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请权利要求书2页 说明书5页 附图2页(10)申请公布号 CN 104468715 A(43)申请公布日 2015.03.25CN 104468715 A1/2 页21.一种制造业物。
3、联网节点协同存储方法，其特征在于，包括 ：S1. 离散制造过程中感知节点的资源和能力，按照节点的计算能力、通信能力和存储能力对节点进行分类，划分感知区域 ；S2. 基于感知区域建立节点协同存储和计算机制 ；S3. 基于建立的节点协同存储和计算机制，通过实时查询和信息发布方式获取信息服务。2.根据权利要求 1 所述的制造业物联网节点协同存储方法，其特征在于，S1 中按照节点的计算能力、通信能力和存储能力对节点进行分类具体为，将环境中具有通信能力的节点按照计算能力、存储能力及其功能分为简单节点集合和存储节点集合 ：在简单节点集合中，S S1,S2.Sn，Si 是简单节点，完成基本的感知和通信功能 。
4、；在存储节点集合中 ：D D1,D2Di.Dn，Di 是存储节点，存储节点具备语义处理、存储功能，并支持多种通信方式，且具备移动性 ；其中，对任意的 si S，存在邻居节点集合 与 si 对应，V(di) 中的元素随着存储节点的移动动态变化。3.根据权利要求 2 所述的制造业物联网节点协同存储方法，其特征在于，S1 中感知区域的划分是按照社团结构进行划分，所述社团结构是基于共同的应用目标或者感知兴趣而相互关联的节点所构成的。4.根据权利要求 3 所述的制造业物联网节点协同存储方法，其特征在于，S2 中基于感知区域建立的节点协同存储和计算机制具体为 ：各个感知区域中按照区域内节点的资源状态动态分。
5、配存储节点，其中各个区域内的简单节点选择区域内可用性最大的存储节点作为其自身的存储节点。5.根据权利要求 4 所述的制造业物联网节点协同存储方法，其特征在于，存储节点的存储可用性为 ：As (SKs+EKe+CKc)/(Ks+Ke+Kc)，其中 S 为节点当前剩余存储空间与最大可用存储空间的比值，E 为节点当前剩余能量与最大可用能量的比值，C 为节点可用的通信能力与最大可用通信能力的比值，Ks、Ke、Kc 分别为存储、能量、通信能力的权重参数，As 越小则存储节点的可用性越低。6.根据权利要求 4 所述的制造业物联网节点协同存储方法，其特征在于，在 S3 中信息服务采用两级感知信息服务提供机制。
6、，具体为 ：用于提供实时查询的一级感知数据服务 ；用于提供基于发布和订阅机制的二级感知数据服务。7.根据权利要求 6 所述的制造业物联网节点协同存储方法，其特征在于，存储节点包括移动节点和静态节点，静态节点中存储有感知信息或者事件供查询使用。8.根据权利要求 7 所述的制造业物联网节点协同存储方法，其特征在于，所述感知信息或者事件以 RDF 文件形式存储在静态节点中。9.根据权利要求1至7任一项所述的制造业物联网节点协同存储方法，其特征在于，所述方法还包括 ：采用基于社团结构的机会存储机制，将简单节点的感知信息复制到制造环境中可用的、具有一定的计算、存储和通信能力的存储节点中。10.根据权利要。
7、求 9 所述的制造业物联网节点协同存储方法，其特征在于，当简单节点权 利 要 求 书CN 104468715 A2/2 页3中的感知信息更新时，对应复制到存储在存储节点中的感知信息对应更新 ；当网络连接正常时，存储节点中的数据转发至数据库服务器进行集中存储。权 利 要 求 书CN 104468715 A1/5 页4一种制造业物联网节点协同存储方法技术领域0001 本发明涉及制造业物联网领域，更具体地，涉及一种制造业物联网节点协同存储方法。背景技术0002 物联网技术是建设“智慧企业”、发展“智慧工业”的关键技术。随着物联网相关支持技术的不断成熟，制造业已经成为了其重要的发展方向。制造业物联技术。
8、将网络技术、嵌入式技术、RFID、传感器及执行器等电子信息技术与制造技术相融合，构建现代制造业物联网络，以中间件、海量信息融合处理和系统集成技术等为基础开发服务平台与应用系统，实现涵盖产品设计、制造与服务等环节的制造全流程的数据可靠感知、实时传输、普适计算、精准控制和可信服务，提高产品技术附加值，增强制造与服务过程的管控能力，催生新的现代制造模式，推动制造系统向信息化、智能化、精益化、绿色化方向发展。0003 复杂工业制造环境中强电磁干扰、金属介质、多障碍物、高温、高湿、震动、移动等因素，以及感知对象繁杂、生产环境动态变化、制造资源快速流动等动态多变特性，使得工业无线网络同时面临着数据感知和传。
9、输可靠性挑战。工业现场大量异构和能力高度不均衡的节点采集的数据在应用之前需要进行清洗、重组、融合推理，还需要存储在制造业物联网中，存储方法需要考虑数据存储的可靠性、存储空间的有效性和感知的时效性等要求。发明内容0004 本发明为克服上述现有技术所述的至少一种缺陷 ( 不足 )，提供一种制造业物联网节点协同存储方法，以提高制造业物联网感知数据存储的可靠性和感知的时效性。0005 为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下 ：0006 一种制造业物联网节点协同存储方法，包括 ：0007 S1. 离散制造过程中感知节点的资源和能力，按照节点的计算能力、通信能力和存储能力对节点进行分类，划分感知区域 ；。
10、0008 S2. 基于感知区域建立节点协同存储和计算机制 ；0009 S3. 基于建立的节点协同存储和计算机制，通过实时查询和信息发布方式获取信息服务。0010 上述方案中，S1 中按照节点的计算能力、通信能力和存储能力对节点进行分类具体为，将环境中具有通信能力的节点按照计算能力、存储能力及其功能分为简单节点集合和存储节点集合 ：0011 在简单节点集合中，S S1,S2.Sn，Si 是简单节点，完成基本的感知和通信功能 ；0012 在存储节点集合中 ：D D1,D2.Di.Dn，Di 是存储节点，存储节点具备语义处理、存储功能，并支持多种通信方式，且具备移动性 ；0013 其中，对任意的 s。
11、i S，存在邻居节点集合 与 si 对应，V(di) 中的说 明 书CN 104468715 A2/5 页5元素随着存储节点的移动动态变化。0014 上述方案中，S1 中感知区域的划分是按照社团结构进行划分，所述社团结构是基于共同的应用目标或者感知兴趣而相互关联的节点所构成的。0015 上述方案中，S2 中基于感知区域建立的节点协同存储和计算机制具体为 ：0016 各个感知区域中按照区域内节点的资源状态动态分配存储节点，其中各个区域内的简单节点选择区域内可用性最大的存储节点作为其自身的存储节点。0017 上 述 方 案 中，存 储 节 点 的 存 储 可 用 性 为 ：As (SKs+EKe+。
12、CKc)/(Ks+Ke+Kc)，其中 S 为节点当前剩余存储空间与最大可用存储空间的比值，E 为节点当前剩余能量与最大可用能量的比值，C 为节点可用的通信能力与最大可用通信能力的比值，Ks、Ke、Kc 分别为存储、能量、通信能力的权重参数，As 越小则存储节点的可用性越低。0018 上述方案中，在 S3 中信息服务采用两级感知信息服务提供机制，具体为 ：0019 用于提供实时查询的一级感知数据服务 ；0020 用于提供基于发布和订阅机制的二级感知数据服务。0021 上述方案中，存储节点包括移动节点和静态节点，静态节点中存储有感知信息或者事件供查询使用。0022 上述方案中，所述感知信息或者事件。
13、以 RDF 文件形式存储在静态节点中。0023 上述方案中，所述方法还包括 ：采用基于社团结构的机会存储机制，将简单节点的感知信息复制到制造环境中可用的、具有一定的计算、存储和通信能力的存储节点中。0024 上述方案中，当简单节点中的感知信息更新时，对应复制到存储在存储节点中的感知信息对应更新 ；0025 当网络连接正常时，存储节点中的数据转发至数据库服务器进行集中存储。0026 与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是 ：0027 (1) 本发明通过对节点的分类和区域的划分，在划分后的区域中利用节点协同存储和计算机制提供信息服务，可以有效提高制造业物联网中数据存储的可靠性和感知的时效性。0。
14、028 (2) 本发明中对节点进行分类，该分类基于各个节点的通信能力、计算能力和存储能力，分为简单节点和存储节点，有效提高节点存储空间的有效性。0029 (3) 本发明中，节点存储机制考虑了剩余存储空间，可用的通信能力和能量剩余能量状态，简单节点总是选择可用性最大存储节点作为自己的存储节点，降低感知信息存储位置的不确定性，提高感知的可靠性。0030 (4) 现有技术中，感知不可靠的部分原因是感知数据或信息的丢失，制造环境中网络传输的不稳定和不确定性是造成数据或信息丢失主要原因。传统网络通信中应对信息丢失主要采用重传机制，重传机制在网络一直保持连接的情况下工作得很好，但是制造业物联网在很多情况下。
15、表现为间歇式连接的特点，重传机制在间歇式连接的网络状况下效率低下。因此本发明采用基于社团结构的机会存储机制，通过感知信息的复制、更新和延时转发，实现感知信息冗余和分布式存储，而且提高感知信息的时效性和存储的有效性。附图说明0031 图 1 为制造业物联网的硬件架构图。说 明 书CN 104468715 A3/5 页60032 图 2 为本发明中节点层次结构图。0033 图 3 为本发明存储节点的模型示意图。具体实施方式0034 附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制 ；0035 为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸 ；0036 对于本领域技术人。
16、员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。0037 在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或隐含所指示的技术特征的数量。由此，限定的“第一”、“第二”的特征可以明示或隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。0038 在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接 ；可以是机械连接，也可以是电连接 ；可以是直接相连，也可以是通过中间媒介间接连接，可以说两个元件内部。
17、的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明的具体含义。0039 下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。0040 实施例 10041 如图 1 所示为一个制造业物联网的硬件架构图。本发明一种制造业物联网节点协同存储方法具体实施例可以基于该架构图实现。具体地，本具体实施例一种制造业物联网节点协同存储方法，包括 ：0042 S101. 离散制造过程中感知节点的资源和能力，按照节点的计算能力、通信能力和存储能力对节点进行分类，划分感知区域 ；0043 S102. 基于感知区域建立节点协同存储和计算机制 ；0044 S103. 基于建立的节点协同存储和计算机制。
18、，通过实时查询和信息发布方式获取信息服务。0045 其中，所述节点可以为具有特定感知能力的软、硬件实体，节点可以为传感器 ；处理器 ；包括具有计算能力的模块，此处计算泛指任何形式的数据或信息处理 ；也可以为存储器，包括节点中任何可以存储感知信息的存储模块 ；执行器 (actor)，包括控制单元和机电模块 ；软件模块，包括程序、模型和知识 ；以上资源的混合体，如机器人等。0046 在本发明中，节点的能力定义为 5 种基本能力 ：感知能力、计算能力、存储能力、通信能力和执行能力，任何一个节点具有这 5 种感知能力或其子集，执行能力通过向物理世界传递能量的方式来改变物理环境。0047 在具体实施过程。
19、中，S101 中按照节点的计算能力、通信能力和存储能力对节点进行分类具体为，将环境中具有通信能力的节点按照计算能力、存储能力及其功能分为简单节点集合和存储节点集合 ：0048 在简单节点集合中，S S1,S2.Sn，Si 是简单节点，完成基本的感知和通信说 明 书CN 104468715 A4/5 页7功能 ；0049 在存储节点集合中 ：D D1,D2.Di.Dn，Di 是存储节点，存储节点具备语义处理、存储功能，并支持多种通信方式，且具备移动性 ；0050 其中，对任意的 si S，存在邻居节点集合 与 si 对应，V(di) 中的元素随着存储节点的移动动态变化。0051 具体地如图 2 。
20、所示，简单节点具有基本的感知和能力，一般没有存储能力，具备一定的移动性，其感知信息或事件存储在存储节点中。存储节点通过分布式存储信息并提供实时查询服务。0052 在具体实施过程中，S101 中感知区域的划分是按照社团结构进行划分，所述社团结构是基于共同的应用目标或者感知兴趣而相互关联的节点所构成的。通常情况下，社团结构 (Community structure)，是指网络中其内部连接紧密而与网络其他部分连接较为松散的子结构。在制造业物联网络中社团可以代表零件、供货商和库存等相互关联 ( 具有共同兴趣)的实体构成的团体，也可以是控制回路中传感器和执行器(具有共同的应用目标)构成的团体等。基于共同。
21、的应用目标或感知兴趣，相互关联的节点构成社团。本发明可以采用层次社团结构发现方法可以发现不同层次、多尺度下的社团结构，然后基于社团结构对感知区域进行划分。0053 在具体实施过程中，S102 中基于感知区域建立的节点协同存储和计算机制具体为：0054 各个感知区域中按照区域内节点的资源状态动态分配存储节点，其中各个区域内的简单节点选择区域内可用性最大的存储节点作为其自身的存储节点。0055 其中，存储节点的存储可用性可以通过如下方式计算：As(SKs+EKe+CKc)/(Ks+Ke+Kc)，其中 S 为节点当前剩余存储空间与最大可用存储空间的比值，E 为节点当前剩余能量与最大可用能量的比值，C。
22、 为节点可用的通信能力与最大可用通信能力的比值，Ks、Ke、Kc 分别为存储、能量、通信能力的权重参数，As 越小则存储节点的可用性越低。0056 基于上述机制，一个区域内的简单节点总是选择可用性最大的存储节点作为自己的存储节点，一次存储事件发生或由于节点移动导致的社团结构变化之后，系统将重新计算社团中存储节点的可用性。0057 感知不可靠的部分原因是感知数据或信息的丢失，制造环境中网络传输的不稳定和不确定性是造成数据或信息丢失主要原因。传统网络通信中应对信息丢失主要采用重传机制，重传机制在网络一直保持连接的情况下工作得很好，但是制造物联网在很多情况下表现为间歇式连接的特点，重传机制在间歇式连。
23、接的网络状况下效率低下。因此，本发明根据制造业物联网的特点，还采用基于社团结构的机会存储机制，将简单节点的感知信息复制到制造环境中可用的、具有一定的计算、存储和通信能力的存储节点中，进行语义处理、提供实时查询服务和延时传送，通过数据冗余的方法达到可靠性。如将作为简单节点的简单传感器按照一定采样频率产生的数据及其元数据 ( 数据产生的时间、地点、可靠性指标 )复制到环境中可用的 ( 移动节点提供的机会存储 )、具有一定的计算存储和通信能力的节点中。该机制利用简单节点与存储节点的对应关系和存储节点之间复制副本的数目的多样性，降低感知信息存储位置的不确定性、提高感知的可靠性。说 明 书CN 1044。
24、68715 A5/5 页80058 在具体实施过程中，当简单节点中的感知信息更新时，对应复制到存储在存储节点中的感知信息对应更新 ；0059 当网络连接正常时，存储节点中的数据转发至数据库服务器进行集中存储，实现数据的延时转发功能。0060 如图 3 所示，为存储节点的模型结构图，一般的存储节点利用本地存储进行信息存储，提供查询服务，同时还具备对存储的信息进行更新和转发的功能，服务于节点协同存储和计算机制。0061 在具体实施过程中，在 S103 中信息服务采用两级感知信息服务提供机制，具体为：0062 用于提供实时查询的一级感知数据服务 ；其中存储节点包括移动节点和静态节点，静态节点有稳定的。
25、网络连接，感知信息或事件最终将复制到静态节点中，感知信息在静态节点处被语义处理成 RDF 文件，可采用标准的 SPARQL 实时在线查询。0063 用于提供基于发布和订阅机制的二级感知数据服务。具体实施过程中，通过主题方式对感知信息和事件进行分类和过滤，感知节点对感知数据进行主题标注，主题按照制造领域本体层次进行组织，如“对象”、“流”、“过程段”等，用户可以使用“主题”来表达他们对感知事件的兴趣。0064 上述方案中，0065 上述方案中，所述感知信息或者事件以 RDF 文件形式存储在静态节点中。0066 上述方案中，上述方案中，0067 相同或相似的标号对应相同或相似的部件 ；0068 附图中描述位置关系的用于仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制 ；0069 显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。说 明 书CN 104468715 A1/2 页9图1图2说 明 书 附 图CN 104468715 A2/2 页10图3说 明 书 附 图CN 104468715 A。