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摘要：
如今，近年来，许多研究都集中在物联网（IoT）上。家庭领域是物联网最重要的研究领域，因为除了移动电话以外，预计将有超过40％的连接设备使用家庭智能设备。此外，家庭智能设备会生成大量数据。人们越来越担心，但是以前的工作还不足以管理和分析家庭数据。本研究的目的是描述和检查基于SWO（智能家庭对象网络）和SWO分析平台的汇总家庭物联网数据的管理。我们展示了SWO分析平台的实现以及一个案例研究，该案例使用了来自智能计量设备的真实数据来分析设备使用模式。
关键词：家庭物联网；物联网；分析平台
第一节
介绍
近年来，许多研究都集中在物联网（IoT）上，该物联网将物理对象连接到网络并管理对象的信息。尤其是，家庭域是物联网的最重要领域。因为研究调查[1]报告说，到2020年，连接设备的数量将增长到将近80亿个设备，其中不包括手机，而家用设备中的最大部分约为37亿个。这意味着他们将生成大数据，例如感觉数据，使用信息等。家庭服务提供商希望使用数据来开发各种高级服务，但是仍然需要一种可以分析数据的有效方法。以往的工作主要集中在沟通方式上，或者说具体的分析服务上。ESLee等。[2]开发了用于具有Internet功能的家用电器的自动配置系统结构和协议，该协议只需很少的用户工作即可支持设备的初始配置和远程维护服务。Lee HJ等。文献[3]提出了一种用于家庭网络不同中间件之间互操作性的三阶段转换过程，该过程不仅支持消息格式和模式的转换，还支持语义转换。Chen Shi-Yeh Chen等。[4]通过建立数据库机制，电子设备识别分类和波形识别来开发电子设备识别系统。已经进行了智能电表数据分析，但是仅接受电表数据。但是，物联网平台需要接受各种数据并管理数据统一系统。
此外，许多研究已经在另一个领域研究了物联网平台。iHome Health-IoT [5]提出的平台将IoT设备（例如，可穿戴传感器和智能药品包装）与家庭医疗服务（例如，远程医疗）无缝融合，以改善用户体验和服务效率。它主要涉及从身体到云的各种健康物联网设备及其硬件体系结构。Andrea Zanella等。[6]提供了有关城市物联网支持技术，协议和体系结构的全面调查，并介绍了帕多瓦智慧城市项目采用的技术解决方案和最佳实践指南。他们收集了温度，湿度，光线和苯的读数，并显示了曲线图。他们还没有针对城市物联网的分析部分。蔡洪明等[7]提出了一个基于抽象信息模型的平台，可以在产品生命周期管理中进行信息的封装，组合，分解，传递，跟踪和交互。
在本文中，我们提出了基于SWO（对象的智能家庭Web）体系结构的对象的智能家庭Web分析平台（SWOAP）。我们定义了SWO概念，该概念使家用设备和数据中的Web（虚拟）对象无需任何管理。最大的问题之一是支持协议的互操作性。为了解决这个问题，SWO基于标准的Web协议。这是一项在Web环境中开放，安全和自动的适当技术。
图1显示了总体概念架构。基础部分具有与互联网和智能设备连接的SWOGW（GateWay）。智能设备可以自行直接与管理平面通信。但是，许多传统的家用设备无法做到这一点。SWOGW替代了与管理平面的旧设备通信。管理平面使用Web协议聚合家用设备信息及其数据。家用设备及其数据在管理平面中作为对象进行管理。管理平面以上为服务平面。SWO服务可以使用管理平面的功能来生成新的混搭服务。
我们提出了家庭分析服务SWOAP，该服务结合了设备信息，用户信息，流数据和物理空间信息。根据物联网环境的发展，数据分析领域已成为最重要的领域，因此本文将介绍以数据分析为中心的模型和方法。
图1
第二节
系统架构
SWOAP是基于SWO的分析平台。SWOAP由两部分组成，资源核心层和知识构建框架层（图2）。资源核心层通过管理平台聚合智能设备和旧设备信息。它由资源核心层创建每个域资源，并在资源之间建立关系。提出了我们的观点，以获取各种数据。知识框架层根据资源概念进行家庭数据分析。更详细的说明在各节中。
图2
A.斯沃亚议定书
分析平台汇总来自管理平台的家庭数据。我们定义了一个程序，设备信息的汇总顺序如图3所示。首先，SWOAP向管理平台请求所有本地站点ID。此后，为了获取每个家庭中的设备信息，SWOAP向有关每个家庭的管理平台请求所有设备ID。最后，SWOAP使用获得上一步的设备ID请求设备信息。在此研究中，API是基于JSON的标准规范定义的。
图3
最困难的问题之一是Web环境中的实时事件接收。通过使用轮询API，Web套接字，WS-event等方式，但是它们不够稳定。我们定义了轻量级事件协议。该事件协议仅将事件发生从管理平台和SWO通知给SWOAP。定义的协议在表1上。在每个SWO中定义了事件SWO添加，SWO删除和专用事件，例如，更改照明设备的光的开/关状态。收到事件通知时，SWOAP使用管理平台API请求详细信息
表1
B.资源核心层
资源核心层负责管理主页数据，这些数据在整个分析平台上都使用。基本上，家庭数据按域分类并提取资源。该资源具有每个域的特定数据结构。我们平台上的功能之一是建立资源之间的关系信息。通过内部分析，关系信息由隐性知识组成。例如，如果设备域资源和物理域资源位于物理空间上，则它们之间可以具有LOCATED关系。其他地方描述的更详细的资源架构[8] [9]。对于所提出的系统，我们扩展了内容域以包括流数据。流数据是按配置的时间单位（例如一分钟，一小时等）收集的，因为它是在非常短的时间间隔内连续传送的。资源核心层管理内容资源的元数据，真实数据存储在数据库中。在内容域中，根据内容资源之间的时间戳，它可以具有PRIVEOUS和NEXT关系。使用资源核心层中的多样化信息模型，我们可以处理所需的家庭数据。基本上，家庭平台需要基于家庭地址进行管理。资源核心层可以支持在物理空间域和其他资源域之间建立关系。此外，我们可以将资源组安排在另一个域的中心，例如同一网络区域中的设备组，
C.知识框架层
该框架执行模型驱动的分析。我们提出了基于PMML（预测建模标记语言）的模型描述架构。PMML [10]是统计和数据挖掘模型的领先标准，并得到20多家供应商和组织的支持。使用PMML，很容易使用一个应用程序在一个系统上开发模型，并使用另一个应用程序在另一个系统上部署模型。PMML使用XML表示挖掘模型。模型的结构由XML模式描述。
图4
在模型注册步骤中，模型开发人员使用PMML和PMML扩展方案描述了分析模型，该模型在我们的研究中已定义为其他字段。扩展部分将我们的资源概念应用于分析模型。它接受资源类型，资源数据，家庭信息等。因此，SWOAP可以根据模型定义分析资源的数据。在执行步骤中，它使用分析模型和从服务开发人员那里接收到的分析规则来创建一个执行实例。分析规则意味着特定的分析条件取决于服务，例如群集数量，目标设备，目标家庭等。它从核心数据库获取原始数据，然后开始分析。在知识提取步骤中，它结合分析结果和执行实例信息来构建家庭知识。提取的家庭知识由家庭知识RDF架构格式化，并存储在RDF存储中。应用程序可以从该家庭知识地图中查询一些家庭知识。
第三节
执行
A.测试平台和测试方案
我们的方案是通过分析烹饪设备的使用情况来发现饮食习惯。图5。显示了我们的测试平台。图的上方是软件结构，图的下方是物理结构。为了汇总真实数据，我们为10户家庭安装了智能电表设备。之后，将一个饭锅插入智能计量设备中。智能计量设备由计量代理变为SWO，并且它们定期发送其基本描述和用电数据。在这种环境下，我们的平台至少基于家庭地址具有10个设备域资源和10个物理空间域资源，而用电量数据成为众多的内容资源。而且，平台在其中建立关系对象。我们提供的Web服务API可以请求汇总的资源信息，资源的感官数据等。
图5
在我们的平台中可视化连接电饭煲数据的智能电表的汇总用电量数据。这样，我们可以推断出何时显示高功耗条，饭锅工作的烹饪模式，何时显示低于其上方的功耗条，工作模式为热模式，何时显示最低功耗条，即停止运行。我们根据饭锅的这些使用特性分析了整体用电量数据。
图六
图7的上方。显示有关功耗数据的聚类分析结果。我们设置的功能是时间和耗电量值。结果，我们发现了三个聚类，并使用聚类定义了稻锅的状态参考数据。图x显示了饭锅使用模式的结果。我们将关联规则算法应用于使用模式分析。我们每周将大量蒸汽数据划分为多个单位，可以根据关联规则进行交易。该平台使用模型，交易和先前的结果执行分析。图7的下方。可视化结果。行表示交易，列表示项目。使用模式是根据交易中项目的频率来确定的
图7
可以在知识图上查询先前的结果。因为所有分析结果都由平台以RDF形式存储在知识图上。通过分析，我们可以得出一周做饭的人数和时间。尽管结果看起来很简单，但是如果在知识图谱上累积各种分析结果，它将成为有关家庭和居民的有用信息。
B.评估
表II给出了从不同角度对家庭数据技术的简单比较。比较数据模型字符。我们选择了五个功能。第一个功能是目标服务域。通常，数据模型倾向于根据服务内容进行设计。第二个特征是处理多少种数据。第三个功能是数据可扩展性。这意味着所提出的系统可以接受新型的家庭数据。第四点是是否提供数据之间的关系信息。最终功能是是否支持多用户。
表二
比较的论文主要研究家庭数据分析方法。他们基本上收集并挖掘了每个服务域的传感器数据。但是，除第三篇论文外，其他都涉及一种数据-传感器类型，并且不能支持新的数据。我们的研究已经有4种数据结构，并且可以自由地扩展到新的资源领域。开发了许多研究来发现和管理数据关系。此功能是使系统变得智能的重点。我们的研究还设计了关系对象，并可以添加新的关系定义。支持多用户也是重要的功能，尤其是本地域。我们的研究定义了用户域，并管理了用户资源。
第四节
结论
一些研究人员研究了家庭域中的物联网管理和数据挖掘。本文不仅提出了家庭物联网管理模型和方法，还提出了模型驱动的家庭数据挖掘程序。我们定义了用于处理流数据的内容资源。我们展示了在建议的平台中分析Ricepot使用模式的用例。为了做到这一点，智能计量设备及其数据必须成为资源，并且分析结果存储在具有查询方法的某些数据库中。
以前的许多研究都进行了家庭数据分析，但是它们几乎都依赖于特定的服务或设备。我们设计了可以接受各种资源的基于领域的资源模型，以及基于资源的模型驱动的分析平台。此外，分析结果存储在知识图谱上。知识图谱包括资源信息，关系信息以及与用户/服务要发现知识的内容有关的分析结果。随着时间的流逝，知识图谱对家庭和居民产生累积影响。我们未来的工作是研究使用知识图谱推断新知识。
致谢
这项工作得到了MOTIE / KEIT的IT研发计划的支持[10047233，对象体系结构的智能家居Web的开发]。
作者
韩国大田ETRI智能家居工厂研究组
韩国大田ETRI智能家居工厂研究组
韩国大田ETRI智能家居工厂研究组
韩国大田ETRI智能家居工厂研究组
参考
资料编号：[257707]，资料为PDF文档或Word文档，PDF文档可免费转换为Word
- 'Harbor Research', What Exactly Is The Internet of Things?, March 2014.
- 2.Lee Eun-Seo, Lee Hark-Jin, Kwangil Lee and Park Jun-Hee, 'Automating Configuration System and Protocol for Next-Generation Home Appliances', ETRI Journal, vol. 35, no. 6, pp. 1094-1104, Dec. 2013. 剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料
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