基于分布式查询的矿山设备语义互操作系统研究
发布时间：2021-04-07 08:53
近来物联网技术发展极其迅速,智慧农场、智慧城市、智慧交通、智慧矿山等概念在多个领域不断被提出。智慧矿山对井下设备、生产流程进行实时监测分析,在一定程度上提高了矿井的自动生产能力。但矿山井下生产环境复杂多变、设备多种多样且数量惊人,实时数据格式异构等问题依旧存在,致使设备之间难以交互,通常还是需要矿工手动操作设备并按固定流程来完成开采工作,这样不仅造成了矿山人员的浪费,还存有很多的安全隐患。由此,本文提出并研究了基于分布式查询的矿山设备语义互操作系统,将语义技术、分布式系统和边缘计算框架相结合并应用到矿山生产活动中,旨在实现少人化矿山生产。本文利用语义技术提出矿山物联网语义化描述模型,其中分别对矿山设备和生产任务进行建模,为矿山数据提供统一的描述方式,使得设备之间和生产系统之间能够相互理解并实现交互。此外,本文参考设备模型和任务模型的交集属性,提出了基于复合推理的任务匹配方案,通过系统收益值的计算与推理将任务下放至最适合的设备,从而提高设备的自主交互能力。本文提出的互操作系统是通过设备节点之间对数据的存储和查询来实现的,为了满足开采系统的实时性要求,本文将分布式系统与边缘计算框架运用到互...
【文章来源】：中国矿业大学江苏省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：81 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
简化版设备本体模型
工程硕士专业学位论文44更新路由表项大约需要O(N)O(1)O(N)m。(1)()(1)()NNOOOOmm（4-12）节点失联时维护路由完全一致的复杂度：查到某个失联节点的时间为O(1)，查到该节点的前继节点并迭代更新路由表项的时间大约需要O(N)O(1)O(N)mm。(1)()(1)()NNOOOOmm（4-13）空间复杂度：O(mN)（4-14）4.4.3系统节点变动仿真本文从矿山设备互操作系统的实际情况出发，考虑各类工作面中设备节点的组网需求，分别从几个不同节点数目的网络结构进行仿真实验。选取节点数目分别是2,4,8,16,32,64,96,128，该仿真主要对比了改进算法和传统算法在资源查询和路由维护两个方面的性能。在仿真平台，使用IP+Port组合代表设备节点，路由跳数由系统的路由转发日志计数。图4-7和4-8分别对比了IM-Chord算法和传统Chord算法在资源定位和路由维护过程中的平均跳数。图4-7资源定位的跳数对比Figure4-7Comparisonofresourcepositioninghops通过图4-7可以看出，IM-Chord算法和传统Chord算法在资源定位的跳数对比上没有太大差别，由于该算法是在针对矿山设备节点不断运动以及频繁维护的背景下提出的，所以资源查询的优势相对不太明显。
4基于分布式查询的多机协作机制研究45图4-8路由维护跳数对比Figure4-8Comparisonofresourcepositioninghops由图4-8的路由维护对比图可以看出，当节点数目较少时，IM-Chord算法的平均跳数略高于传统算法，这是由于改进后的算法比传统算法多了询问历史路由信息这一过程，IM-Chord算法需要针对历史的节点路由信息进行查询和相应的维护，之后在此基础上，再进一步进行节点的路由维护。但当节点较多时，IM-Chord算法可以显著提高路由维护效率。实验表明，IM-Chord算法虽然在资源查询上没有显著的优化结果，但在路由一致性维护上，在节点数目相对较多时具有一定的优化和提高，加快了路由维护过程。矿山设备网络中，每个设备节点的运动都具有一定的规律性，而且设备故障也会带来通信的不稳定，该算法可以使设备节点通过有规律的加入或退出形成一个相对稳定的边缘网络结构，可以保证设备网络一个相对稳定的状态。4.5本章小结(Summary)本章首先从矿山物联网的信息处理方式上入手提出基于分布式查询的多机协作框架，该框架在实际应用中有两个显著优势。其一，将生产过程中的信息处理放在矿山边缘网络，打破了传统的依赖“分散监控、集中计算”的信息处理范式。矿山生产活动具有较高的移动性、实时性要求，传统的云计算模式会导致设备之间不能及时反馈，不适用于无人化的设备互操作系统。其二，设备节点之间的通信方式借鉴了混合型P2P结构，去中心化的系统能够保证信息传输的实时性。边缘节点作为P2P系统中的超级节点，每个边缘节点周围连接几个矿山设备组成一个簇，边缘节点组成的骨干网络采用Chord模型实现节点之间的通信，传统的Chord算法在进行节点维护时具有较高的复杂度，本章在传统chord算法的基础上提出了IM-Chord算法。IM-Chord算法在设备
【参考文献】：
期刊论文
[1]煤矿领域知识图谱构建[J]. 潘理虎,张佳宇,张英俊,谢建林. 计算机应用与软件. 2019(08)
[2]P2P网络现状与发展研究[J]. 贺文华,刘浩,贺劲松. 软件工程. 2019(04)
[3]基于本体的糖尿病知识库构建[J]. 高星,王岩,秦盼盼,胡红濮. 中华医学图书情报杂志. 2018(10)
[4]基于概念层次网络的知识表示与本体建模[J]. 文亮,李娟,刘智颖,晋耀红. 中文信息学报. 2018(04)
[5]智慧城市中大数据时代下物联网技术的运用[J]. 阮博淳. 数码世界. 2018(02)
[6]物联网系统互操作性系列国际标准提案[J]. 魏旻,杨涛,黄庆卿,张焱,王平. 信息技术与标准化. 2017(11)
[7]我国煤炭需求、探查潜力与高效利用分析[J]. 滕吉文,乔勇虎,宋鹏汉. 地球物理学报. 2016(12)
[8]康复本体知识库构建探索[J]. 周勇,焦杨,郄淑燕,公维军,席家宁. 中国数字医学. 2016(12)
[9]感知矿山物联网愿景与发展趋势[J]. 姚建铨,丁恩杰,张申,王刚. 工矿自动化. 2016(09)
[10]分布式文件系统综述[J]. 文莎. 软件导刊. 2015(11)
博士论文
[1]肝炎本体构建及语义相似度研究[D]. 陈云志.浙江大学 2017
[2]领域本体的构建方法与应用研究[D]. 李景.中国农业科学院 2009
硕士论文
[1]基于本体的矿工不安全行为知识表示和推理研究[D]. 张瑜.中国矿业大学 2019
[2]瓦斯爆炸事故本体构建及语义推理研究[D]. 赵慧含.中国矿业大学 2018
[3]基于物联网信息资源元模型的互操作协议模型研究[D]. 许敏.北京邮电大学 2013
[4]面向物联网的语义服务总线[D]. 杨坤.浙江大学 2011
[5]基于林业主题词表构建林业领域本体的研究[D]. 贾雪峰.北京林业大学 2010
[6]移动P2P网络中的基于DHT的分层Chord算法研究[D]. 陈宏旦.重庆大学 2010
[7]ScudDevice：普适设备协同语义服务基础框架[D]. 袁振.浙江大学 2010
[8]基于Chord和Binary Tree混合层次P2P网络结构研究[D]. 张颜.南京理工大学 2008
[9]本体构建与语义集成研究[D]. 黄伟.东南大学 2005
[10]基于本体的语义网技术研究与应用[D]. 郭润寰.西安电子科技大学 2005
本文编号：3123189
【文章来源】：中国矿业大学江苏省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：81 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
简化版设备本体模型
工程硕士专业学位论文44更新路由表项大约需要O(N)O(1)O(N)m。(1)()(1)()NNOOOOmm（4-12）节点失联时维护路由完全一致的复杂度：查到某个失联节点的时间为O(1)，查到该节点的前继节点并迭代更新路由表项的时间大约需要O(N)O(1)O(N)mm。(1)()(1)()NNOOOOmm（4-13）空间复杂度：O(mN)（4-14）4.4.3系统节点变动仿真本文从矿山设备互操作系统的实际情况出发，考虑各类工作面中设备节点的组网需求，分别从几个不同节点数目的网络结构进行仿真实验。选取节点数目分别是2,4,8,16,32,64,96,128，该仿真主要对比了改进算法和传统算法在资源查询和路由维护两个方面的性能。在仿真平台，使用IP+Port组合代表设备节点，路由跳数由系统的路由转发日志计数。图4-7和4-8分别对比了IM-Chord算法和传统Chord算法在资源定位和路由维护过程中的平均跳数。图4-7资源定位的跳数对比Figure4-7Comparisonofresourcepositioninghops通过图4-7可以看出，IM-Chord算法和传统Chord算法在资源定位的跳数对比上没有太大差别，由于该算法是在针对矿山设备节点不断运动以及频繁维护的背景下提出的，所以资源查询的优势相对不太明显。
4基于分布式查询的多机协作机制研究45图4-8路由维护跳数对比Figure4-8Comparisonofresourcepositioninghops由图4-8的路由维护对比图可以看出，当节点数目较少时，IM-Chord算法的平均跳数略高于传统算法，这是由于改进后的算法比传统算法多了询问历史路由信息这一过程，IM-Chord算法需要针对历史的节点路由信息进行查询和相应的维护，之后在此基础上，再进一步进行节点的路由维护。但当节点较多时，IM-Chord算法可以显著提高路由维护效率。实验表明，IM-Chord算法虽然在资源查询上没有显著的优化结果，但在路由一致性维护上，在节点数目相对较多时具有一定的优化和提高，加快了路由维护过程。矿山设备网络中，每个设备节点的运动都具有一定的规律性，而且设备故障也会带来通信的不稳定，该算法可以使设备节点通过有规律的加入或退出形成一个相对稳定的边缘网络结构，可以保证设备网络一个相对稳定的状态。4.5本章小结(Summary)本章首先从矿山物联网的信息处理方式上入手提出基于分布式查询的多机协作框架，该框架在实际应用中有两个显著优势。其一，将生产过程中的信息处理放在矿山边缘网络，打破了传统的依赖“分散监控、集中计算”的信息处理范式。矿山生产活动具有较高的移动性、实时性要求，传统的云计算模式会导致设备之间不能及时反馈，不适用于无人化的设备互操作系统。其二，设备节点之间的通信方式借鉴了混合型P2P结构，去中心化的系统能够保证信息传输的实时性。边缘节点作为P2P系统中的超级节点，每个边缘节点周围连接几个矿山设备组成一个簇，边缘节点组成的骨干网络采用Chord模型实现节点之间的通信，传统的Chord算法在进行节点维护时具有较高的复杂度，本章在传统chord算法的基础上提出了IM-Chord算法。IM-Chord算法在设备
【参考文献】：
期刊论文
[1]煤矿领域知识图谱构建[J]. 潘理虎,张佳宇,张英俊,谢建林. 计算机应用与软件. 2019(08)
[2]P2P网络现状与发展研究[J]. 贺文华,刘浩,贺劲松. 软件工程. 2019(04)
[3]基于本体的糖尿病知识库构建[J]. 高星,王岩,秦盼盼,胡红濮. 中华医学图书情报杂志. 2018(10)
[4]基于概念层次网络的知识表示与本体建模[J]. 文亮,李娟,刘智颖,晋耀红. 中文信息学报. 2018(04)
[5]智慧城市中大数据时代下物联网技术的运用[J]. 阮博淳. 数码世界. 2018(02)
[6]物联网系统互操作性系列国际标准提案[J]. 魏旻,杨涛,黄庆卿,张焱,王平. 信息技术与标准化. 2017(11)
[7]我国煤炭需求、探查潜力与高效利用分析[J]. 滕吉文,乔勇虎,宋鹏汉. 地球物理学报. 2016(12)
[8]康复本体知识库构建探索[J]. 周勇,焦杨,郄淑燕,公维军,席家宁. 中国数字医学. 2016(12)
[9]感知矿山物联网愿景与发展趋势[J]. 姚建铨,丁恩杰,张申,王刚. 工矿自动化. 2016(09)
[10]分布式文件系统综述[J]. 文莎. 软件导刊. 2015(11)
博士论文
[1]肝炎本体构建及语义相似度研究[D]. 陈云志.浙江大学 2017
[2]领域本体的构建方法与应用研究[D]. 李景.中国农业科学院 2009
硕士论文
[1]基于本体的矿工不安全行为知识表示和推理研究[D]. 张瑜.中国矿业大学 2019
[2]瓦斯爆炸事故本体构建及语义推理研究[D]. 赵慧含.中国矿业大学 2018
[3]基于物联网信息资源元模型的互操作协议模型研究[D]. 许敏.北京邮电大学 2013
[4]面向物联网的语义服务总线[D]. 杨坤.浙江大学 2011
[5]基于林业主题词表构建林业领域本体的研究[D]. 贾雪峰.北京林业大学 2010
[6]移动P2P网络中的基于DHT的分层Chord算法研究[D]. 陈宏旦.重庆大学 2010
[7]ScudDevice：普适设备协同语义服务基础框架[D]. 袁振.浙江大学 2010
[8]基于Chord和Binary Tree混合层次P2P网络结构研究[D]. 张颜.南京理工大学 2008
[9]本体构建与语义集成研究[D]. 黄伟.东南大学 2005
[10]基于本体的语义网技术研究与应用[D]. 郭润寰.西安电子科技大学 2005
本文编号：3123189
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