基于免疫進(jìn)化的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)架構(gòu)優(yōu)化

王偉韓 劉晨龍

【摘?要】目前，我國的各行各業(yè)建設(shè)的發(fā)展迅速，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用。伴隨著智能手機(jī)、智能傳感器等一系列智能設(shè)備的普及，智能設(shè)備逐漸成為物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的主要構(gòu)件。如何提高物聯(lián)網(wǎng)的系統(tǒng)性能對(duì)物聯(lián)網(wǎng)進(jìn)一步發(fā)展起著重要作用。由于智能設(shè)備本身擁有一定的數(shù)據(jù)處理能力和決策能力，在一定程度上能提高物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的整體性能。同時(shí)，5G技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，提升了物聯(lián)網(wǎng)構(gòu)件之間的數(shù)據(jù)傳輸速率，減少了延遲，在一定程度上也提升了物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的整體性能。此外，物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中部分信息處理任務(wù)也逐步推向網(wǎng)絡(luò)的邊緣進(jìn)行處理，以便提高物聯(lián)網(wǎng)的整體性能。

【關(guān)鍵詞】免疫進(jìn)化;物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng);架構(gòu)優(yōu)化

引言

在現(xiàn)代化科學(xué)技術(shù)快速進(jìn)步的過程中，信息通信技術(shù)已經(jīng)進(jìn)入了飛速發(fā)展模式。當(dāng)前云計(jì)算技術(shù)已經(jīng)變得越來越成熟，并且在社會(huì)各領(lǐng)域當(dāng)中都有所應(yīng)用，對(duì)于互聯(lián)網(wǎng)來講，以云計(jì)算技術(shù)為基礎(chǔ)，所受到的關(guān)注程度越來越高。互聯(lián)網(wǎng)本身就是將物體和物體之間進(jìn)行連接的一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，最簡單來講就是互聯(lián)網(wǎng)從人向物所進(jìn)行的一種延伸。所以對(duì)于物聯(lián)網(wǎng)來講，在整個(gè)流通的過程中會(huì)出現(xiàn)大量的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)本身與時(shí)間和空間都具有密切關(guān)聯(lián)而且擁有動(dòng)態(tài)以及分布和異構(gòu)的特征，因此，在物聯(lián)網(wǎng)當(dāng)中進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘工作是具有較高難度的。

1物聯(lián)網(wǎng)組織結(jié)構(gòu)優(yōu)化模型

目前，在日常工作和生活中通用的組織架構(gòu)方式為層級(jí)結(jié)構(gòu)。在設(shè)計(jì)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)時(shí)，完全可以使用層級(jí)結(jié)構(gòu)的理論，將功能和性能相似的設(shè)備實(shí)體都安置在同一結(jié)構(gòu)層次，設(shè)計(jì)出滿足需求的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)。其中，端對(duì)端信息檢索系統(tǒng)便是一個(gè)具有層級(jí)結(jié)構(gòu)特性的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)，其本質(zhì)是一個(gè)樹結(jié)構(gòu)。本文使用ODML建模語言對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行建模，其系統(tǒng)整體由三種節(jié)點(diǎn)構(gòu)成：中介器、聚集器和數(shù)據(jù)庫，并且以端對(duì)端的方式將節(jié)點(diǎn)連接起來，每個(gè)節(jié)點(diǎn)與其他節(jié)點(diǎn)進(jìn)行信息交互，并且節(jié)點(diǎn)之間通力合作為系統(tǒng)使用者提供服務(wù);同時(shí)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)建立其相對(duì)應(yīng)的局部儲(chǔ)存索引和信息搜索引擎;此外，每個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)承擔(dān)多個(gè)功能角色，例如轉(zhuǎn)發(fā)搜索查詢請(qǐng)求、向上級(jí)節(jié)點(diǎn)返回搜索查詢結(jié)果等功能。中介器位于系統(tǒng)的頂層，并且每個(gè)中介器都擁有與之對(duì)應(yīng)的信息標(biāo)簽，該標(biāo)簽記錄了中介器所下屬的數(shù)據(jù)庫所存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的類型和數(shù)據(jù)特征。數(shù)據(jù)庫和聚合器為中介器的下屬節(jié)點(diǎn)，其中數(shù)據(jù)庫節(jié)點(diǎn)主要存儲(chǔ)數(shù)據(jù)和處理用戶檢索請(qǐng)求，聚集器對(duì)其下屬的數(shù)據(jù)庫節(jié)點(diǎn)進(jìn)行信息整合和管理。當(dāng)用戶發(fā)送檢索請(qǐng)求給系統(tǒng)某個(gè)中介器后，該中介器將請(qǐng)求轉(zhuǎn)發(fā)給其臨近的中介器，并比較其信息標(biāo)簽，尋找信息標(biāo)簽與用戶檢索請(qǐng)求相似或相同的中介器，將檢索請(qǐng)求發(fā)送給這些相似的中介器進(jìn)行并行檢索處理。并且中介器所下屬的數(shù)據(jù)庫節(jié)點(diǎn)處理請(qǐng)求，并反饋相應(yīng)的檢索結(jié)果給其中介器，中介器將最終的檢索結(jié)果傳遞給用戶。

2物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)化工作問題與挑戰(zhàn)

2.1關(guān)鍵技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)缺失

目前在研標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)包含一些物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，例如傳感器網(wǎng)絡(luò)、邊緣計(jì)算、時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)、物聯(lián)網(wǎng)信息共享與交換平臺(tái)等，但是現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)從廣度或者深度來看都不能滿足物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展需求，還缺失物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)、支撐關(guān)鍵應(yīng)用，以及與區(qū)塊鏈、人工智能、5G等前沿信息技術(shù)融合等關(guān)鍵技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

2.2行業(yè)應(yīng)用類標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一

物聯(lián)網(wǎng)的迅猛發(fā)展及其應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)大，新興市場對(duì)物聯(lián)網(wǎng)的需求急劇增加，這對(duì)物聯(lián)網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)化工作提出新的挑戰(zhàn)。物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)應(yīng)用體系呈現(xiàn)跨行業(yè)、跨領(lǐng)域、深度融合的特點(diǎn)，不同行業(yè)的物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)化需求也各不相同。此外，物聯(lián)網(wǎng)作為新一代信息基礎(chǔ)設(shè)施，在各行各業(yè)的應(yīng)用還剛剛起步，在細(xì)分行業(yè)領(lǐng)域市場滲透率低，潛在的巨大市場導(dǎo)致標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一。例如：智慧家居、智能燃?xì)獗淼讓油ㄐ艆f(xié)議多為私有，企業(yè)處于商業(yè)利益考慮，技術(shù)方案很難在標(biāo)準(zhǔn)層面達(dá)成一致。

2.3標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施不到位

國內(nèi)制定智能家居標(biāo)準(zhǔn)的組織機(jī)構(gòu)不少，但真正應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)卻不多。原因有三：第一，由于是推薦性標(biāo)準(zhǔn)，很多廠商并不完全按照標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的指標(biāo)進(jìn)行產(chǎn)品的開發(fā)和設(shè)計(jì)，因此標(biāo)準(zhǔn)沒有得到很好的實(shí)施;第二，缺乏標(biāo)準(zhǔn)的參考實(shí)現(xiàn)，企業(yè)直接基于標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)協(xié)議代碼的實(shí)現(xiàn)成本高;第三，缺乏統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證體系，不同開發(fā)者對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)文本的理解不一致會(huì)造成基于相同標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)的產(chǎn)品未必具備100%的互操作性，國內(nèi)尚沒有一個(gè)第三方機(jī)構(gòu)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的符合性和互聯(lián)性做測試和認(rèn)證。

3以云計(jì)算為基礎(chǔ)的互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)挖掘模式分析

對(duì)于物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)挖掘模式來講，在數(shù)據(jù)挖掘功能發(fā)揮的過程中，需要根據(jù)互聯(lián)網(wǎng)本身所處的工作環(huán)境去進(jìn)行確定，因?yàn)槲锫?lián)網(wǎng)本身所涵蓋的數(shù)據(jù)擁有復(fù)雜性以及物物關(guān)聯(lián)等特性，這些特性都具有很大的區(qū)別，所以也就導(dǎo)致在物聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行建模的過程中，建模方式和傳統(tǒng)的建模方式會(huì)具有非常大的差別。在云計(jì)算技術(shù)應(yīng)用的過程中，進(jìn)行物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)挖掘，主要就是對(duì)物聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)特性進(jìn)行分析，并以此為基礎(chǔ)，能夠提出數(shù)據(jù)挖掘過程中相關(guān)問題的解決方案和解決思路，然后以此為基礎(chǔ)構(gòu)建合適的數(shù)學(xué)模型，從而使數(shù)據(jù)挖掘工作具有更高的效率以及更高的質(zhì)量。在物聯(lián)網(wǎng)信息數(shù)據(jù)挖掘的過程中，所挖掘信息本身的特征就是具有較大的關(guān)聯(lián)性，同時(shí)信息本身的數(shù)量非常多，而且信息本身并不都是高質(zhì)量的，有一些質(zhì)量比較差的信息，在互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)信息當(dāng)中參雜，同時(shí)還擁有時(shí)空性以及非結(jié)構(gòu)性特征。這些特征本身就是物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)挖掘過程中，相比較于傳統(tǒng)數(shù)據(jù)所擁有的不同特征。對(duì)于物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)來講，原始數(shù)據(jù)收集是非常重要的，一般情況下是從一個(gè)四維空間當(dāng)中的時(shí)空網(wǎng)絡(luò)里進(jìn)行收集，然后在思維空間當(dāng)中，每個(gè)空間點(diǎn)就代表物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)當(dāng)中一個(gè)獨(dú)立的個(gè)體，而思維空間當(dāng)中的每一條邊可以代表物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)信息當(dāng)中，物和物之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系。所以，在物聯(lián)網(wǎng)具體使用的過程中，物聯(lián)網(wǎng)本身的數(shù)據(jù)可能會(huì)出現(xiàn)成批以及成片的錯(cuò)誤或者是丟失情況，以云計(jì)算技術(shù)為基礎(chǔ)的物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)挖掘模式，就是將這些可能會(huì)出現(xiàn)的問題進(jìn)行充分考慮，而且在進(jìn)行解決方案的研究與提出時(shí)，能夠完全容忍數(shù)據(jù)所出現(xiàn)的錯(cuò)誤以及丟失，從而保證數(shù)據(jù)挖掘的準(zhǔn)確性以及高效性。需要注意的是，在基于云計(jì)算技術(shù)進(jìn)行物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)挖掘的過程當(dāng)中，需要充分重視物理個(gè)體之間所存在的聯(lián)系，因?yàn)閷?duì)于物理個(gè)體來講，如果是存在間接的關(guān)聯(lián)，那么我們可以通過拉普拉斯變換模型或者是svd模型將個(gè)體之間所存在的聯(lián)系進(jìn)行推導(dǎo)。但如果個(gè)體之間存在直接關(guān)系，那么就需要重點(diǎn)關(guān)注，因?yàn)閷?duì)于物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)挖掘來講，本身有能力以及有水平可以將這些直接關(guān)聯(lián)進(jìn)行表達(dá)，所以能夠更加簡單地對(duì)個(gè)體之間的關(guān)系進(jìn)行確定。

結(jié)語

綜上所述，對(duì)于大數(shù)據(jù)技術(shù)下數(shù)據(jù)挖掘模式來講，在時(shí)代發(fā)展的過程中，物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)挖掘工作也需要隨著時(shí)代所提出的更高要求以及數(shù)據(jù)挖掘工作所提出的工作要求去進(jìn)行改變，能夠改變當(dāng)下傳統(tǒng)以及落后的數(shù)據(jù)挖掘模式提升實(shí)際工作是非常重要的。所在本文所論述內(nèi)容中，基于云計(jì)算對(duì)物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)挖掘模式進(jìn)行了重新構(gòu)建，能夠大大提升物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)挖掘模式的實(shí)際應(yīng)用效果以及應(yīng)用效率。

參考文獻(xiàn)：

[1]徐雪松，楊勝杰，陳榮元，梁偉，蔣偉進(jìn).基于隨機(jī)泛函的免疫進(jìn)化算法收斂性及性能分析[J].控制與決策，2018，33（06）：1100-1106.

（作者單位：河南工學(xué)院）