[00105296]面向物联网的服务评价方法研究

　　该课题总体目标是针对物联网服务的功能性和非功能性需求，研究服务的建模、分析和验证方法。其中，前者针对物联网服务的多样化应用需求，以及不同场景下异构的物联网结构，以物联网服务的功能性需求为对象，研究物联网环境下的服务评价方法。从语义建模、数据建模和流程建模三个角度，开展物联网服务的形式化评价方法研究，提出有效的建模方法、分析方法和验证方法；后者针对物联网大规模、动态性等特点，研究物联网环境下的服务质量评价方法。从性能和可靠性等多个指标维度，针对理论建模和实际测量两种需求，开展物联网服务质量的随机建模方法研究，给出模型的数学量化分析，提出有效的服务质量建模分析和排序测量机制。主要研究成果如下：
　　1。针对功能性需求的物联网服务评价方法：
　　（1）基于本体的物联网服务建模方法：提出了基于本体理论和技术的物联网原子服务形式化建模方法，通过服务标识和服务描述对物联网服务的内容和语义进行详细描述。针对物联网复杂的业务需求，设计了组合服务的建模方法，对物联网服务流程中的控制结构和数据操作进行详细建模，实现对物联网组合服务功能的形式化描述；
　　（2）物联网服务数据建模与数据依赖关系分析方法：考虑到物联网服务与数据处理密
　　切相关，提出了一种物联网服务数据模型，将服务中的关键数据及其之间的依赖关系进行建模。提出了一种基于线性时序逻辑语言的数据依赖性建模和分析方法，建立了因果型和禁止型两类数据依赖性表征及其形式化模型，提出了物联网数据操作可满足性的检测算法；
　　（3）基于随机模型的物联网服务关系建模与分析方法：针对物联网服务之间动态而复杂的协同联动关系，提出了一种基于随机模型的物联网服务关系建模和分析方法。将物联网服务间的协同关系建模为有向图上的随机游走过程，建立该过程的离散时间马尔可夫模型， 最后针对服务流程特性提出模型补偿方法。设计了物联网服务关系评价方法，包括网络流量测量方法、模型参数的计算方法和理论模型的迭代算法，利用网络流量进行自动化服务关系评价，实现通用、普适的服务评价，避免应用层的异构服务功能造成评价的难度；
　　（4）基于 Petri 网的物联网组合服务建模方法：针对组合服务的业务流程，提出基于Petri 网的组合服务建模方法，用以对组合服务的逻辑关系和数据流进行形式化描述，从而便于计算机理解、翻译和自动化执行，实现自动化的物联网服务功能和性能评价。给出了服务状态、服务执行活动和服务交互数据的形式化定义，提出流程 Petri 网的建模方法。建立了串行、并行分支、同步、分支选择和汇聚 5 种基本流程模式的 Petri 网模型，并提出若干定理从理论证明了几种模型间的相互转化关系。
　　2。面向物联网的服务质量评价方法：
　　（1）基于排队模型的物联网服务性能评价方法：针对物联网服务的动态性特点，从物联网服务系统的架构出发，建立基于排队论的物联网服务的性能模型。通过对大规模真实的物联网服务性能数据进行分析，提出了物联网原子服务的半马尔可夫排队模型，通过嵌入马尔可夫链分析方法给出了模型的解析解。建立了物联网组合服务的排队网络模型，利用Burke 定理和 Jackson 定理，给出了该模型在一定假设前提下的数学解析解，得到物联网服务性能的量化评价。在理论分析结果的基础上，提出了物联网服务系统资源管理和任务调度的优化方法。利用 KKT 条件，给出了最优解的数学表达；
　　（2）基于广义随机 Petri 网模型的物联网服务可靠性和性能综合评价方法：研究了系统可靠性保障机制机制对物联网服务质量的综合影响。以广义随机 Petri 网为建模工具，充分考虑系统组件故障、网络通讯故障以及虚拟机迁移或重启等自动修复机制，提出了服务器集群模型和通讯模型。考虑物联网系统的组成结构，提出了一种以边缘计算为架构的物联网服务系统模型，以描述异构的物联网服务系统。结合马尔可夫链分析方法或者计算机模拟技术，给出了该系统中物联网服务质量的量化评价；
　　（3）时间感知的物联网服务质量排序方法：从物联网服务质量测量的角度出发，提出了时间感知的物联网服务质量排序方法。针对物联网服务的大规模特性，建立了分布式的物联网服务质量评价机制；针对物联网服务的动态性，建立了基于时间序列分析的服务质量预测方法，设计并实现了物联网服务质量排序预测框架。