[发明专利]一种基于多元组的物联网复杂关系链建模及构造方法

摘要

本发明公开了一种基于多元组的物联网复杂关系链建模及构造方法，该方法将复杂关系链划分为实体域，关联域、约束域、行为或事件域和结果域，用与五个域对应的五元组表示关系链，支持元组嵌套；用邻接关联矩阵表示关联域，直接反映实体间的1跳关联关系；通过对邻接关联矩阵的布尔运算，计算出反映实体间关联存在性的可达性矩阵；通过对邻接关联矩阵的乘运算，得出两个实体间的各跳关联路径数；通过对邻接关联矩阵的深度遍历反向推导出实体间的所有关联路径，基于关联路径构造物联网复杂关系链。本发明方法体系完善，具有很好的服务支持性和可扩展性，实施简单、可用性强，能够为物联网实现决策与控制服务提供依据。

主权项

1.一种基于多元组的物联网复杂关系链建模及构造方法，其特征在于，所述方法包括：(1)基于多元组的物联网复杂关系链建模方法；本发明使用基于多元组的建模方法对物联网复杂关系链进行建模，将复杂关系链划分为实体域、关联域、约束域、行为或事件域和结果域；关系链RC用五元组表示，RC=(E，L，C，A，R)；其中E代表实体域，实体域中的实体是人、物、概念，实体域E=(S,F,K)；表示每个实体都有其唯一的序号S、有其所属的领域F、有其所属的类型K，实体i在物联网中的唯一序号为s_i；实体i所属的领域为f_i；实体i的类型为k_i，实体域中的一个实体e_i由(s_i，f_i，k_i)描述；L代表关联域，L=(<e_i,e_j>)是一个反映有向关联的矩阵，矩阵中的元素<e_i,e_j>代表实体e_i向e_j的关联关系，记为Le_ij；元素<e_j,e_i>代表实体e_j向e_i的关联关系，记为Le_ji；C代表约束域，C=(P,W,T)表示约束由两实体关联时的参与度P、权重W和关联的时间期间T组成，P是1:1、1:n、m:n，表示参与联系的实体数量关系是一对一、一对多还是多对多，T由(ts,te)表示，ts是起时间，te是止时间；对应于一个关联关系Le_ij有0-n个约束条件；每个约束条件包含P、W、T或其中的某一个或某两个；对应于关联关系Le_ij的条件记为Ce_ij，Ce_ij是一个向量，Le_ij的第m个条件记为Ce_ijm，Ce_ij=(Ce_ij1,Ce_ij2，…，Ce_ijm，…，Ce_ijn)；A代表行为或事件域，表示两实体关联时对应的行为或事件，即在行为或事件发生的前提下，两实体产生关联关系，对应于一个关联关系Le_ij有0-n个行为或事件，Le_ij对应的行为或事件记为Ae_ij，Ae_ij是一个集合，Le_ij的第m个行为或事件记为Ae_ijm；Ae_ij={Ae_ij1,Ae_ij2,…,Ae_ijm,…,Ae_ijn}；R代表结果域，表示两实体关联时产生或导致的结果，对应于一个关联关系Le_ij有0-n个结果，Le_ij对应的结果记为Re_ij，Re_ij是一个集合，Le_ij的第m个结果记为Re_ijm，Re_ij={Re_ij1,Re_ij2,…,Re_ijm,…,Re_ijn}；(2)基于图论的关系链的邻接关联矩阵表示法；将关系链的关联域转化为邻接关联矩阵进行表示，令G=<E,L>，其中E表示实体域，E={e₁，e₂，e₃，…，e_n}，L表示实体间的邻接关系集合，关系链的邻接关联矩阵表示为L(G)=(Le_ij)_n×_n，其中Le_ij为1则意味着存在实体e_i向实体e_j的邻接关系，使用能够被计算机存储的邻接关联矩阵对关系链模型进行表示，邻接关联矩阵反映了实体之间的1跳关联路径，基于此邻接关联矩阵计算出反映实体间多跳关联关系存在性的可达性矩阵，进而通过邻接关联矩阵的运算推导出可达实体间的有向关联路径，最终构建完整的复杂关系链；(3)依据关系链邻接关联矩阵反向推导构造关系链的方法；首先基于对关系链的邻接关联矩阵的计算，判定两个实体间的有向可达性(在有向可达的情况下，实体e_i到实体e_j可能有多条关联路径)；再基于关系链的邻接关联矩阵的计算，得到两个有向可达的实体的关联路径数；再通过深度遍历得到两实体间的所有的有向关联路径，具体步骤和方法如下：①可达性矩阵计算方法P＝L∨L⁽²⁾∨L⁽³⁾∨…∨L⁽ⁿ⁾P是可达性矩阵，通过对对邻接关联矩阵的布尔运算得到，P_ij=1意味着实体e_i和实体e_j为有向可达；②关联路径的推导方法(a)1跳的关联路径的推导对关系链邻接关联矩阵L的Le_ij进行判定，若Le_ij=1，表明实体e_i和实体e_j是邻接关系，即存在1跳的关联路径；(b)2至n跳的关联路径的推导与构造计算出实体e_i和实体e_j之间的各跳关联路径的数目：基于邻接关联矩阵L，依次计算L^k，k=2，…，n，L^k=(l_ij)_n×n，l_ij表示第i行第j列的元素，若矩阵L^k的元素l_ij上的值为m_k，则实体e_i到实体e_j的长度为k的关联路径数目为m_k，若i=j，表示从实体e_i出发的长度为k的回环链路数目为m_k；推导构造实体e_i到实体e_j之间关联路径：分别基于L^k，k=2，…，n的计算结果，从实体e_i出发，利用深度优先算法进行遍历，每一条关联路径的遍历都以到达实体e_j为结束，若某次遍历无法到达实体e_j，则重新从e_i点出发，开始下一条关联路径的遍历；k跳关联路径遍历的结束条件是：遍历得到的关联路径数目等于m_k；基于遍历得到的关联路径构造复杂关系链。