赵登：面向物联网服务组合的联动定量监测研究【IEEE TSC, 2024】

2024-04-22     发布：信息工程学院    点击：439次

由于物联网服务处于动态变化网络中，并且物联网服务性能、资源、时空等属性处于不断变化中，在应答用户需求时可能由于环境的动态变化而发生物联网服务失效、失配等。因此，实现物联网服务实时定量监测已成为动态环境中保证物联网服务组合适配的必要措施。为定量化感知物联网服务在网络动态变化与时序演进中发生失配的程度大小，可基于信号时序逻辑实时监测物联网服务在一段时间段内定性与定量的约束满足度。经研究可发现现有信号时序逻辑及其拓展工作仍存多方面不足，目前已有相关技术对信号时序逻辑进行扩展与优化，但这些扩展型信号时序逻辑仍无法很好解决物联网服务的定量监测问题。主要表现在缺乏对于物联网服务整体性、联动性、动态性的考虑，具体包括：现有技术主要聚焦于单个或多个物联网服务的监测，未对物联网服务组合形成的复合服务进行整体监测；但实际中应考虑复合服务的监测，因为单个服务的失配，可能不代表复合服务的失配。另一方面，一个物联网服务的失效可能导致相关有依赖关系的物联网服务失效，应实现物联网服务的联动监测。此外，现有监测方案大多基于静态或预设的规则、阈值和参数等，未考虑随实际动态场景进行自适应调整，而难以运用于动态变化和时序演进的物联网服务监测问题。

针对上述科学问题，我校信息工程学院赵登老师和周长兵教授、中国科学院软件研究所张文博研究员、浙江大学邓水光教授、天津大学薛霄教授，以及法国南巴黎电信学院Walid Gaaloul教授，联合提出了一种面向物联网服务组合的联动定量监测机制，通过对信号时序逻辑扩展聚合算子和动态阈值，实现更适用于物联网复合服务的智能化监测。该工作的主要贡献如下：

（1）首先，将复合服务联动定量监测问题规约为单个服务、服务之间以及复合服务上时间和QoS约束的形式化表达，和定性化及定量化满足性的度量（图1）；

（2）其次，针对信号时序逻辑，扩展基于约束类型与组合结构的聚合算子，以及随动态环境可变的动态变量，生成一种可表达复合服务在动态环境中定量监测的聚合型信号时序逻辑，记作CSTL，以解决现有研究工作中存在的对于物联网服务整体性、联动性、动态性的考虑不足的问题；

（3）然后，基于所构建的聚合型信号时序逻辑实现复合服务整体、联动和动态监测，其中复合服务的多维度多约束被转换为CSTL公式，并在运行时以定性化和定量化的满意度进行形式化解释。

（4）最后，在公开可用的数据集上进行了大量的实验，选取不同最先进方法作为基线技术与之对比，并探讨了不同影响因子的影响（图2-5）。实验结果表明本研究工作所提出方法在资源动变边缘网络中表现优于现有方法，具有更高的应用鲁棒性。

图1 物联网复合服务整体联动定量监测示例

图2 不同时间约束下（开始时间与结束时间约束）不同对比方法的实验结果

图3 不同QoS约束下（服务响应与吞吐量）不同对比方法的实验结果

图4 不同服务时间依赖下不同对比方法的实时监测结果

图5 不同服务之间联动监测与复合服务整体监测对比结果

本研究受到中央高校基本科研业务费深时数字地球前沿科学中心“深时数字地球”中央高校科技领军人才团队项目(2652023001)、国家自然科学基金(42050103、62372420和62002332)，以及地质调查专项“地球科学文献知识服务与决策支撑二级项目”(DD20230139)的联合资助。

发表在国际权威期刊《IEEE Transactions on Services Computing》：赵登, 周长兵, 张文博, 邓水光, 薛霄, Walid Gaaloul. CSTL: Compositional Signal Temporal Logic for Adaptive Edge Services Monitoring [J]. IEEE Transactions on Services Computing (TSC), 2024, 17(2): 482-496.（中国计算机学会CCF A类期刊，影响因子：8.1）

全文链接：https://ieeexplore.ieee.org/document/10402115