普适计算环境中上下文模型的建立

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1、杜桢陈盛云刀学龙,( 昆明理工大学, 昆明650051)摘 要: 普适计算作为第三代计算方式已经成为科学研究的前沿, 上下文作为普适计算中最为重要研究方向之一, 对普适计算的研究和发展有着大力地推动作用。就建立普适计算环 境上下文模型进行了分析和讨论, 对上下文的数据和通信方式也进行了分析, 为上下文 的实际应用提供一些理论基础准备。关键词: 普适计算; 上下文; 上下文感知; 上下文模型引 言Mark Weiser 主 张 计 算 机 的 使 用 应 迎 合 人 的 习 性, 融入人的日常生活和工作中, 并自主地与使用者 产生互动。在普适计算模式下计算机扮演的角色和发 挥的作用都会发生很大的

2、变化。人们随时随地都可能 使用到多个计算设备, 这时人的注意力就成为一种稀 缺资源, 如果在这种环境下还要求用户对每一个设备 计算操作的话, 用户就无法很好地完成他的任务。所 以, 普适计算关注的是人们的注意力、以及人们对计 算的满意程度, 它是一种以人为中心的计算模式。解和解释仍然依赖于研究者的研究领域, 这就使得很难用精确的数学方式对其进行描述。在普适计算环境 中, 计算系统不可能也没有必要利用所有与用户任务相关的上下文信息。Gregory D.Abowd 和 Elizabeth D. Mynatt 就 将 “5wswho, what, where, when, why”作 为0在 普 适

3、 计 算 环 境 中 必 需 上 下 文 信 息 的 最 小 集 合 。Schilit 则将上下文分类为用户上下文、计算上下文和物理上下文 。徐光佑等对上下文信息的内涵进一步 扩展, 主要包括: 计算的上下文、用户的上下文、物理 的上下文和上下文的历史。此外还可以根据对象的不同分为用户上下文和环境上下文。上下文信息的获取在普适计算环境中上下文信息的获取主要是通 过传感器、信息记录和用户设定 。通过各种各样的传 感器, 可以获得包括气味、温度、重力和加速度、地理 位置、人体姿势、磁场、电场、声音和图像等信息。虽然 传感器已经在机器人和工业中得到了广泛的应用, 但 相对于机器人和工业应用, 普适计

4、算系统中传感器更 多地用于监测更为灵活和非结构化的信息, 这就给在 普适计算环境中应用传感器获取上下文信息提出了 新的挑战。上下文的概念和分析在普适计算环境中, 人会连续不断地与不同的计 算设备进行隐性的交互。在这个交互过程中, 计算系 统实际上是根据与用户任务相关的上下文信息来向 用户提供服务的。所以, 上下文感知是实现普适计算 环境中新型人机交互的基础。目前, 上下文感知已经 成为普适计算研究的一个热点。上下文感知研究中涉 及的主要问题包括:1.21对上下文概念的理解上下文是一个内涵不断演化的概念, 随着技术的 发展和社会生活的改变, 在不同阶段研究人员可能对 上下文信息有不同的理解。可觉

5、察上下文计算(Con- text- awareComputing) 的概念最早由 Shilit 和 Theimer 提出 , 他们将上下文归纳为: 使用位置, 以及周围人 和物的集合和这些物体的变化情况。此后, 研究人员 也提出了一些类似的概念 , 但由于上下文概念的理1.1上下文信息的表示普适计算环境中, 存在着数量巨大的异构计算设 备, 它们不断地获取计算环境中上下文信息, 但是对 于每一个设备来讲这些信息都只是局部的和不全面 的。只有当这些信息在计算设备之间得到了充分的交 流时, 才能将用户所处的计算状态呈现出来。所以, 如 何将这些数据用统一的数据结构进行表示, 让这些数1.3收稿日期

6、: 2007- 08- 13修稿日期: 2007- 09- 08作者简介: 杜桢( 1979- ) , 男, 山东曹县人, 硕士, 助理工程师, 研究方向为普适计算、无线通信与个人通信图 1记录。为了防止设备( 服务) 意外脱离( 例如停电等况) , 还应设置设备( 服务) 在成功注册后, 每隔一定 间向系统发送一次报告, 报告该设备( 服务) 还仍然效。这样可以避免设备( 服务) 意外脱离后, 系统仍 认为该设备( 服务) 是有效的, 又可以使系统便于掌最新的资源情况。控制模块: 只有当设备( 服务) 在注册模块注册 才能被控制模块所发现, 控制模块通过查询注册模 获知当前接入设备( 服务)

7、 的属性、状态和地址等 息。通过这些信息, 控制模块首先通过网络下载驱 程序, 就可访问该设备( 服务) 。在设备( 服务) 退出 统后, 自动删除设备( 服务) 驱动程序, 以达到自我 理和提高效率的目的。控制模块直接和用户的手持 穿戴的计算设备相连, 为用户提供服务。历史纪录模块: 接入设备( 服务) 通过控制模块 其服务、数据和历史记录存放在历史记录模块中。文信息实际上通过相关的上下文服务得到, 这些上下文信息可能存在着重复, 甚至存在相互冲突的内容;同时由于传感器本身可能会出现误差或者错误, 所 以, 计算系统必须对上下文信息进行汇集、处理和融合。另一方面, 从系统获取的上下文信息大部

8、分仅仅反映了用户物理、生理或者其他低层次的计算状态, 如果要实现真正“透明的”和“自发的”计算, 那么计算 系统还要在信息融合的基础上进行判断和推导, 来发现用户的需求。普适计算环境上下文模型的建立根据以上的叙述, 还可根据上下文的变化的特点 可分为动态上和静态上下文两类, 动态上下文包括: 时间、网络带宽等随时间可能变化的; 静态上下文包 括: 房屋空间的大小、人的年龄等不随时间变化或变 化缓慢的。也可以根据上下文的来源出处来分类, 分 为用户上下文和环境上下文。用户上下文是指与用户 有关的上下文; 环境上下文是指普适计算环境的上下 文。本文重点就环境上下文建立上下文模型, 假定用 户上下文

9、单一、便于识别和使用。2制模块根据需要向历史记录模块查询上下文信息。史记录模块相当于记录了上下文的历史, 即使设( 服务) 已经推出系统, 历史纪录模块仍然记载该设 ( 服务) 的基本信息, 以便控制模块查询。上下文系 根据数据处理的算法对历史记录模块与以更新。2.1上下文模型的建立上下文包含的信息多种多样, 范围极广, 如何用服务规则/定制模块:主要是通过查询历史记一种统一的模型来描述上下文, 是系统根据上下文提供服务的前提条件。本文从系统为用户提供服务、系 统自适应等方面建立环境上下文模型, 如图 1。模块的相关上下文信息, 根据特定事件的算法规定触发控制模块执行某些操作,使系统具有自适应

10、能。特定的事件算法可由控制模块和历史纪录模块据上下文信息得出。上下文数据的处理从普适环境得到的数据都是一些没有物理意 和概念的电信号或数字信号。为了方便上下文数据 查询, 必须对这些数据进行处理, 使其成为计算机可 别的数据。就是要给这些数据配置相应的属性, 使其 保存中, 按照其属性的不同来保存, 从而便于查询。 么建立数据模型, 是数据处理的首要问题。在本文的 下文模型中, 控制模块、注册模块和历史记录模块构 了上下文查询的中心。可以通过上下文的静态、动态 类对环境上下文分门别类的进行查询和保存。2.2设备( 服务) : 是为系统或用户直接提供服务的普适环境中的执行单元和服务的提供者。在普

11、适环境中 通过上图模型, 设备( 服务) 实现时即插即用的。M O D E R N C OM P U T E R 2007.10!图 2图3结 语普适计算的概念从提出到今天不过短短十多年 的时间, 但它对计算机、信息科学的发展产生了重要 的影响。上下文模型的建立有助于对普适计算的研究 和实现。通过模型的建立将上下文环境模块化, 使每 个提供的服务可以依照模型的要求进入或退出上下 文系统, 使普适计算环境成为一个可以自我完善或成 长的智能空间。进一步使得普适计算环境的形成成为3图 2 是在普适环境中的上下文的数据处理过程:从传感器获得的数据是不能被计算机识别的原始数据 A。原始数据必须通过解释器

12、将其解释为计算机可 识别的数据 B( 配置属性) 。对于从同一个设备重复获 得的数据, 或者从多个相同设备获得的数据, 或者当 前有用的数据就存在数据合并和锁定 C 的问题。在经 过上述处理后, 将这些可以别计算机识别的数据保存 起来以便根据其相应属性进行上下文查询 D。可能, 并能够根据上下文的环境为用户提供可靠的、上下文的通信环境2.3自觉的服务。参考文献1徐光佑, 史元春, 谢伟凯. 普适计算. 计算机学报, 2003,26(9)2石为人, 周彬, 许磊等. 普适计算: 人本计算.计算机应用,2005, 25( 7)3李允, 罗蕾, 熊光泽等. 面向普适计算的自适应技术研究.电子学报,

13、2004, 5( 5)4林仙, 刘惟一等. 基于上下文的知识表示和推理人工智 能的观点. 计算机科学, 2005, 32( 1)5Giunchiglia F.Contextual Reasoning.Epist- Emologia, Special Issue on I Linguaggiele MacchineX : 345364, 1993. Short version In: Proc.UCAI93 Workshop on Using Knowledge in its Context.Chambery, France, 1993, 3949.A1SO IRST- TechnicalRep

14、ort 921I- 20, RST.Trento, Italy6Tract Ross&Gart Burnett. Evaluating the HumanMa- chine Interface to Vehicle Navigation Systems as an Exam- ple of Ubiquitous Computing.Int. J. Human- Computer Stud- ies (2001) 55, 661674 doi:10.1006/ijhc.2001.0495 Avail-able online at http:/如图 3, 在普适环境中, 为使通信变得简单和方无线通

15、信方式就成为了普适环境的主要通信方便,式。常用的无线通信方式主要有: WLAN、蓝牙技术、移动蜂窝技术、Zigbee 等。Zigbee 可以满足体积小、成 本低的无线联网的要求, 在对通信带宽要求低的嵌入式系统中, Zigbee 非常合适。对于高速联网的要求,WLAN、蓝牙技术有着不可替代的优势。移动蜂窝技 术是当前覆盖面最广、用户最多、技术最成熟的无线通信方式之一。但是从可靠性的传输速率上考虑, 有 线网络还不能完全被无线通信所替代。在目前, 以无 线网络为主, 有线网络为辅的通信方式是普适计算主流。通过使用软件无线电或设置网关将不同通信技术De s ign of Conte xt Mode lin P e rva s ive Computing Environme ntDU Zhen,CHEN Sheng- yun,DAO Xue- long( Kunming University of Science and Technology, Kunming 610051)Ab