基于智能移动平台的情景感知技术研究
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计算机应用与软件
Computer Applications and Software
基于智能移动平台的情景感知技术研究
张烁 段富1
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（太原理工大学 计算机科学与技术学院 太原 030024）
摘 要 针对在智能空间中对用户提供多样化、个性化的情景感知服务的需求，建立在移动平台中基于智能空间的情景感
知服务模型。通过情景感知服务模型实现了在移动平台中情景感知的基本推理技术，并且为用户提供了可靠、高效的服务。实验结果表明在移动平台中情景感知技术可获得规则推理的正确性且为用户提供可靠、高效的服务。 关键词
情景感知 规则推理 移动平台 智能空间
中图分类号 TP3 文献标识码 A
A CONTEXT-AWARE TECHNOLOGY RESEARCH BASED ON THE INTELLIGENT
MOBILE PLATFORM
Zhang Shuo1 Duan Fu1
１
(Taiyuan University of Technology, College of Computer Science and Technology, Taiyuan 030024, China)
Abstract A context-aware service model based on intelligent space is established in the mobile platform aiming to supply the diversified and personalized demand
of the context-aware services for users. Context-aware service model achieve the basic reasoning for context-aware in the mobile platform and supply the reliable and efficient service for users. The experimental results demonstrate that the context-aware technology in the mobile platform can achieve the correctness of the rule-based reasoning and supply the reliable and efficient service for users. Keywords
Context-aware; Rule-based reasoning; Mobile platform; Smart space
目前，在智能空间的情景感知技术越来越受到人们的广泛
0 引 言
随着互联网和物联网的迅猛发展，通讯技术和传感器
技术的广泛的应用，情景感知服务在这样的背景下产生并极大的改善人们生活的新型服务方式。情景感知（Context-aware）又称为上下文感知，源于普适计算研究，它是通过传感器或者无线通讯等其他相关技术使计算机设备、PDA、智能手机感知到当前的情景，并通过这些设备对环境信息的处理，主动为用户提供可靠的、合适的服务。智能空间（Smart Space）是嵌入了计算、信息设备和传感器装置的工作或者生活空间，具有便捷和通用的交互接口，为了支持人们方便的获得计算机系统的服务。智能空间主要应用于智能家庭、智能教室、智能办公室等。由于智能空间技术的快速发展为情景感知服务提供了必要的环境基础，所以可以为人提供透明性的情景感知服务。智能移动平台（Smart mobile platform）主要是苹果公司开发的IOS智能手机系统、Google公司开发的Android智能手机系统、微软公司开发的Windows Phone智能手机系统等的统称。
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关注，如智能家庭、智能教室等，但是没有讨论在移动平台中智能空间服务系统框架下情景感知的推理、提供服务的内容。本文是建立在智能空间基础上，讨论了在移动平台中智能空间中情景感知的系统模型和规则推理、提供情景感知服务的内容，对其关键技术进行了讨论，并通过一个具体的实例对实验数据进行了分析。
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1 情景感知系统模型
1.1 情景感知计算
情景感知计算是可以有效的利用智能空间环境中的情景信息给用户提供任务相关的信息和服务，无论他们在哪里。情景感知计算可以发现和使用情景信息的优点，如位置信息、时间、用户的活动状况等，特别适用于移动计算。总的来说，情景感知计算主要通过传感器技术获取用户的环境信息，通过情
收稿日期: 2012-7-15。山西省科技攻关项目(2008032208)。张烁，硕士研究生，主研领域：人工智能，普适计算。段富，教授，主研领域：智能优化算法 [8]
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景模型中决策系统的处理与识别，这里主要包括情景通过传感器的直接获取或者情景推理，来为用户提供服务支持。作为一种计算形态，情景感知具有适应性、前瞻性、及时性、情景敏感性等特征。
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有的状态或者是将要发生的状态，通过调用控制器来给用户提供最合适的服务。
情景感知访问层为用户提供了两种不同的服务方式，由查询方式（主动方式）、推送方式（被动方式）组成。在查询方式中通过根据智能空间中周围环境值的变化在为用户提供服务，在推送方式中主要系统内部的实时监听器来判断服务数据库中的服务数据与用户周围环境变化来为用户推送实时的服务。
情景感知服务层主要向用户提供各种所需要的业务。业务
1.2 情景感知体系结构
在移动平台中，将情景感知服务框架置于资源环境之上，包括情景感知传感器采集层、情景感知推理层、情景感知数据库、情景感知访问层、情景感知服务层。其体系结构如图1所示。
情景感知服务层服务服务服务服务服务服务可以是Web service，也可以是生活中的实体服务，如实时提醒，建议服务，路线服务等。
情景感知访问层查询方式推送方式情景感知访问接口2 情景感知系统的关键技术
2.1 情景感知信息采集
在移动平台中智能空间的环境信息主要通过移动设备自
情景感知服务框架情景感知推理 层调用控制器推理器服务数据库规则库关系数据库接收情景信息情景感知数据库带的传感器来采集的，如通讯模块采集网络信息、GPS模块采集地理位置信息、陀螺仪采集用户的状态等。采集后的信息通过预处理转化成系统可以识别的数据格式（为上层提过一个数据采集接口）以数据流的信息传送给情景感知推理层进行数据
对采集的信息进行数值化处理传感器传感器传感器传感器传感器采集层推理。见表1为信息采集预处理表。在此预处理表中UserID表示用户的ID标识、Time为采集时间、GPSData表示为用户的地理位置信息、Gyroscope为陀螺仪参数为了表示用户的状态、
移动设备或智能空间环境无线网络GPS资源设备状态用户状态……WIFIData为网络数据等。
表1 信息采集预处理表
图1 情景感知服务框架体系结构
UserID Time GPSData Gyroscope WIFIData …… …… 情景感知传感器采集层负责对智能空间中用户周围的环境进行收集和捕获，主要有传感器和情景感知预处理器组成。情景感知预处理器主要通过传感器捕获的周围环境数据进行预处理，处理成上层可以识别的数据格式，并为上层处理数据提供支持。
情景感知数据库主要由情景感知推理引擎所使用的关系数据库、规则库、服务数据库所组成的。系统所使用的推理规则和提供服务时服务数据库都存储在这里。关系数据库是将具体数值向抽象数据转化时所使用的映射表。
情景感知推理层主要负责通过情景数据进行推理的工作，是整个系统的核心。本层主要由接收情景信息、推理器、调用控制器这三个模块构成。当预处理后的情景值传到本层后，情景感知推理层通过调用情景感知数据库的规则，推理出用户现
2.2 情景推理 由于在智能空间中，用户的状态是复杂多变的，并不能通过传感器采集的环境信息直接得到用户的状态，所以要通过推理器来完成用户状态的推理。
定义1 将情景推理中对象在对应的情景环境中的取值定义为一个三元组：CV??O,C,V?，其中，各元组的定义如下： （1）O指的是对象（Object），是对具体事物的抽象。 （2）C指的是对于对象的情景信息，一般对于一个对象包含一
个或多个情景信息.情景信息集合
C?{cxt1,cxt2,V?{v1,v2,,cxtn}(n?1)。
（3）V指的是情景信息所对应的值，其中值集合
vn}(n?1)。
对于情景信息C和情景信息值V的映射关系f为，
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v?f(V)。对于O、C指的是本体，对于V的取值可以是本
体或者是一些具体的数值等。
定义2 将情景推理中对象与对象直接的关系定义为一个三元组：CR??O,R,O?,其中，各元组的定义如下： （1）O指的是对象（Object），是对具体事物的抽象。 （2）R指的是对象与对象直接的关系（Relation）这里的R为本体。
定义3 定义情景感知推理规则为A?S，其中：
（1）?为推出运算，是一个二元运算：A?S表示原子条件集A推出原子结果条件集S。
（2）A指的是原子条件集，A是由至少一个的原子事件en构成的，即A?en??{e1在CV?A。
（3）S指的是结果条件集，S是由一个原子事情en构成的，即
就是不仅当用户位置或状态发生变化时可以为用户提供服务，当用户为静默方式时，访问层的轮询器也可以知道用户现在应该做什么样的事情来为之提供服务。
定义4 服务信息是一个六元组，为了标识情景感知服务信息，即SF??ID,User,STime,ETime,Position,Service?，其中 （1）ID指的是服务内容的编号。 （2）User指的是用户的ID。
（3）STime指的是服务内容的开始时间。 （4）ETime指的是服务内容的结束时间。
（5）Position指的是服务发送的地理位置信息。其中可以是
Position??AbstractPosition?，位置是一个抽象地址；也可
以Position??Lo,La,H?,位置是一个具体位置信息，其中
?e2??en}(n?1).对于任意A，存
Lo代表经度，La代表纬度，H代表高度。
（6）Service指的是服务内容，它是由一个或者多个服务而构成的。Service?{ser1,ser2,sern}(n?1)。
S?en??{en}(n?1).对于任意S，存在CR?S。
对于原子条件集A可能由CV和CR共同组成，但是必须包含CV；结果条件集只能由CV组成。
在智能空间中情景感知推理步骤总结如下：
情景感知推理步骤
在智能空间中情景感知提供服务算法1如下： 算法1 提供服务算法 输入：情景感知推理结果 输出：为用户提供的服务集合 主要步骤：
1.情景感知推理器将推理结果输入调用控制器;
Step 1：传感器采集智能空间的情景环境数据。
Step 2：将情景环境数据预处理成固定格式的数值输入情景信息缓存中。
Step 3：将情景信息缓存中的具体环境数据输入到情景感知数据库中的关系数据库中，通过关系数据库将具体的环境数据转化成抽象数据。
Step 4：将得到的抽象数据输入到推理器中，通过调用规则库进行查找和匹配运算推理出用户的现有状态或将要发生的状态。 Step 5：将推理结果输入到调用控制器中，为用户提供服务做准备。
注：在Step3中，如用户所处的地理位置为经度为11.25，纬度为45.33，高度34.0，此地理位置的实际位置为101教室，要将此具体数据转化为ClassRoon101（101教室）。
2.for(访问层轮询器得到推理结果){
3.if(用户状态主动变化) //主动方式 4. {
5. 使用“查询方式”将推理结果再次输入到调用控制器;
6. 调用控制器通过推理结果查询服务数据库得到即时的服务;
7. Return 服务集合; 8.}
9.else //被动方式 10.{
11. 调用控制器调用前一段时间的推理结果; 12. 调用控制器通过推理结果查询服务数据库得到提供给用户的服务;
13. Return 以“推送方式”提供服务集合; 14.} 15.}
2.3 情景服务调用
当通过环境信息推理出用户目前的状态和将要发送的状态时，情景感知系统会通过调用控制器来为用户选择最为合适的服务。当然，在服务层与调用控制器之间增加了访问层，主要选择通过查询方式或是推送方式为用户提供服务，这样的好处
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