CN101594372A - 基于虚拟感知能力部件的上下文感知计算的方法和系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于虚拟感知能力部件的上下文感知计算的方法和系统，物理感知模块获取并发布物理感知设备的实时感知数据；逻辑感知模块将物理感知能力抽象为逻辑感知能力并发布，并对原始感知数据进行封装和发布；上下文服务器登记、管理和移除逻辑感知能力和自适应实体需求并依据不同的应用类型进行绑定；自适应实体虚拟感知能力部件描述并发布自适应实体的上下文需求和订阅请求，实现与相应逻辑感知单元的绑定，完成对上下文信息的解析并提供给自适应实体；自适应实体模块依据计算的需要发布订阅请求，一旦获得所需上下文信息则完成自适应的服务。优点是支持普适计算环境中上下文信息的动态共享，对自适应实体计算的实时性和可靠性提供了支持。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于虚拟感知能力部件的上下文感知计算的方法和系统。
背景技术
普适计算是一种新型的计算模式，建立在分布式计算、通信网络、移动计算、嵌入式系统、传感器等技术的飞速发展和日益成熟的基础上，追求无时无处不在又不可见的计算能力，具有泛在性、便捷性和适应性的特点。泛在性在物理维度上表现为广泛存在的客观环境感知、无处不在的网络接入和多种多样的人与环境的交互；便捷性在应用维度上表现为用户以最自然的方式享受丰富的计算服务；适应性在系统维度上表现为运行支撑环境可感知并适应上下文的变化。
普适计算的适应性需要向上适应用户的个性化需求，向下适应具有不同能力的计算设备，而计算环境下各种上下文信息的感知是实现适应性的基础。但是在无基础设施的环境下，物理自适应实体无法使用基础设施提供的物理感知能力，所以需要在自适应实体粒度和层次实现上下文信息的感知，即构造具有虚拟感知能力的自适应实体。普适计算环境下，自适应实体是具有感知、推理和动作能力的物理空间自适应实体和信息空间自适应实体的总和，能主动感知环境和用户的变化，执行必要的推理，并通过动作能力对环境和用户产生作用，即能根据环境变化执行自适应的动作。具有虚拟感知能力的自适应实体是指将普适计算环境中的各种感知设备抽象为逻辑感知能力并与相关的自适应实体绑定，从而使得自适应实体具备虚拟感知能力。
现有方法或者将感知器件物理的集成到设备上，或者通过软件抽象在空间粒度构造自适应的智能环境，例如智能家庭、智能教室、智能博物馆等。第一种方法具有很好的实时性和可靠性，但是一方面增加了设备成本，另一方面不利于上下文信息的全局共享。第二种方法为上下文信息的使用提供了统一的接口，实现了上下文信息在智能环境中的共享，但是无法实现对实时性和可靠性的支持。
发明内容
要解决的技术问题
为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种基于虚拟感知能力部件的上下文感知计算的方法和系统，对自适应服务提供更有效的支持，自适应性逐步向自适应实体粒度发展，出现了发展自适应实体的趋势，例如自适应书籍、自适应家电等。自适应实体研究的关键内容之一是：如何有效集成各种分布异构的感知设备，构造具有虚拟感知能力的自适应实体，从而更好地实现上下文感知计算。
技术方案
本发明的基本思想是：通过抽象普适计算环境中物理感知设备的物理感知能力，构造具有虚拟感知能力部件的自适应实体，使得自适应实体具备虚拟感知能力，进而有效支持上下文感知计算。
一种基于虚拟感知能力部件的上下文感知计算的方法，其特征在于步骤如下：
步骤1发布逻辑感知能力和自适应实体需求：
①通过语义网规则语言描述物理感知设备的物理感知能力，将物理感知单元抽象为逻辑感知单元，将物理感知能力抽象为逻辑感知能力，并通过消息机制将逻辑感知能力发布给上下文服务器的逻辑感知能力-自适应实体需求匹配步骤；
②通过语义网规则语言描述自适应实体对虚拟感知能力的需求即自适应实体需求，并通过消息机制将其发布给上下文服务器的逻辑感知能力-自适应实体需求匹配步骤；
步骤2匹配逻辑感知能力和自适应实体需求：根据不同类型的自适应实体需求以独占方式或共享方式对逻辑感知能力和自适应实体需求进行绑定，使得自适应实体具有虚拟感知能力，从而构造得到自适应实体的虚拟感知能力部件；
步骤3：自适应实体依据上下文感知计算的需要向虚拟感知能力部件发布对虚拟感知能力的订阅请求，由虚拟感知能力部件依据逻辑感知能力与自适应实体需求的绑定情况将订阅请求转发给相应的逻辑感知单元，由逻辑感知单元转发给物理感知单元，由物理感知单元转发给具体的物理感知设备；
步骤4：物理感知设备响应自适应实体的订阅请求，通过语义网规则语言封装感知得到的上下文知识并通过消息机制进行发布，自适应实体获得实时的上下文知识，实现自适应的服务和动作。
一种实现基于虚拟感知能力部件的上下文感知计算方法的系统，其特征在于：包括物理感知模块、逻辑感知模块、上下文服务器、和具备虚拟感知能力部件的自适应实体模块；物理感知模块获取并发布物理感知设备的实时感知数据；逻辑感知模块一方面将物理感知能力抽象为逻辑感知能力并发布，一方面对原始感知数据进行封装和发布；上下文服务器登记、管理和移除逻辑感知能力和自适应实体需求并依据不同的应用类型进行绑定；自适应实体虚拟感知能力部件描述并发布自适应实体的上下文需求和订阅请求，实现与相应逻辑感知单元的绑定，完成对上下文信息的解析并提供给自适应实体；自适应实体模块依据计算的需要发布订阅请求，一旦获得所需上下文信息则完成自适应的服务。
有益效果
本发明的基于虚拟感知能力部件的上下文感知计算的方法和系统，具有的优点是不仅支持了普适计算环境中上下文信息的动态共享，而且在不增加成本的前提下对自适应实体计算的实时性和可靠性提供了支持，有效地支撑了上下文感知计算。具体通过构造具有虚拟感知能力部件的自适应实体，在自适应实体粒度和层次实现了具有虚拟感知能力的计算单元。
附图说明
图1是自适应实体结构图；
图2是自适应实体虚拟感知能力部件模块图；
图3是基于自适应实体虚拟感知能力部件的上下文感知计算的方法的流程图；
图4是逻辑感知单元的构造和逻辑感知能力的发布示意图；
图5是自适应实体需求的描述与发布示意图；
图6是逻辑感知能力和自适应实体需求的匹配与绑定示意图；
图7是自适应实体对虚拟感知能力订阅请求的处理流程示意图；
图8是物理感知设备响应订阅请求的处理流程示意图；
图9是基于自适应实体虚拟感知能力部件的上下文感知计算系统的结构图。
具体实施方式
现结合附图对本发明作进一步描述：
在阐述本发明的具体实施方式前，对在说明书中使用的术语进行简要的解释。需要指出的是，提供术语的解释是为了便于更好的理解本发明而不是本发明的限制。
自适应实体具有感知、推理和动作能力的物理空间自适应实体和信息空间自适应实体的总和，包括三个关键部件和两个库：虚拟感知能力部件110，虚拟推理能力部件120，虚拟作用能力部件130；知识库(KB)140，策略库(PB)150，如图1所示。虚拟感知能力部件负责自适应实体的环境感知功能，虚拟推理能力部件负责自适应实体的知识推理功能，虚拟作用能力部件负责自适应实体的环境作用功能，知识库负责存储虚拟感知能力部件获取的上下文知识以及虚拟推理能力部件推理所得的上下文知识，策略库负责存储不同上下文知识的情况下自适应实体的服务和动作执行依据的策略。自适应实体通过虚拟感知能力部件获取计算所需的上下文知识，并将其存放到知识库；虚拟推理能力部件依据技术的需要调用知识库中的上下文知识并进行必要的推理，如果推理得到了新的上下文知识则将其存储到知识库，同时依据推理的结果决定是否触发以及采用何种策略触发虚拟动作能力部件去执行服务和动作；虚拟动作能力部件依据选定的策略完成自适应的服务和动作。本发明主要关注虚拟感知能力部件。
虚拟感知能力部件是指通过抽象物理感知设备的物理感知能力，屏蔽底层物理感知设备的异构性，将物理感知能力抽象为可供自适应实体动态共享且具有统一接口的虚拟感知能力的逻辑部件。
基于自适应实体虚拟感知能力部件的上下文感知计算的方法和系统的实施例详细阐述如下。
图2表示了本发明中自适应实体虚拟感知能力部件的模块结构。
自适应实体虚拟感知能力部件由虚拟感知模块、数据处理模块和通信模块组成，其中通信模块包含发布单元和监听单元。虚拟感知模块接收自适应实体对逻辑感知能力的订阅请求，并将相应的逻辑感知能力感知得到的上下文知识转发给自适应实体，是虚拟感知能力部件与自适应实体的接口模块。数据处理模块负责通过语义网规则语言封装自适应实体需求，实现虚拟感知能力部件与逻辑感知能力的绑定，完成对描述上下文知识的语义网规则语言片段的解析。通信模块负责虚拟感知能力部件与上下文服务器、逻辑感知单元等其它普适计算单元之间的通信，本发明基于消息机制实现通信。
图3表示了基于自适应实体虚拟感知能力部件的上下文感知计算的方法的流程。
在操作S310中物理感知单元通过语义网规则语言描述物理感知能力，将物理感知能力抽象为逻辑感知能力；在操作S320中逻辑感知单元基于消息机制发布逻辑感知能力；在操作S330中自适应实体向其虚拟感知能力部件声明自适应实体需求；在操作S340中虚拟感知能力部件基于消息机制发布自适应实体需求；在操作S350中上下文服务器的逻辑感知能力-自适应实体需求匹配步骤对逻辑感知能力和自适应实体需求进行匹配和绑定；在操作S360中对逻辑感知能力-自适应实体需求的匹配结果进行判断以决定是否对虚拟感知能力发出订阅请求；在操作S370中虚拟感知能力部件接受自适应实体对其虚拟感知能力的订阅请求并依据自适应实体需求与逻辑感知能力的绑定向对应的逻辑感知单元转发订阅请求；在操作S380中逻辑感知单元响应虚拟感知能力部件的订阅请求并通过语义网规则语言封装、基于消息机制发布上下文知识；在操作S390中虚拟感知能力部件将获得的上下文知识转发给自适应实体以支持自适应完成自适应的服务和动作。
下文结合图4-图8对图3中的各个操作过程进行详细介绍。
图4表示了逻辑感知单元的构造和逻辑感知能力的发布。
一个或者多个物理感知设备组成一个具有物理感知能力的物理感知单元。操作S310通过语义网规则语言描述物理感知单元的物理感知能力，将物理感知能力抽象为逻辑感知能力，由物理感知单元构造出逻辑感知单元。操作S320中逻辑感知单元通过消息机制将逻辑感知能力发布给上下文服务器的逻辑感知能力-自适应实体需求匹配单元。
逻辑感知单元构造的核心是物理感知能力的描述。物理感知能力描述是指以某种计算机可理解的方式对物理感知设备的物理感知能力进行描述，方便自适应实体其它部件对自适应实体虚拟感知能力的认知。本发明基于本体来描述物理感知设备的物理感知能力，具体采用SWRL(Semantic Web Rule Language)语言。SWRL是RuleML(RuleMarkup Language)和OWL(Ontology Web Language)的结合，具有较强的语义表达和规则描述能力。每一个物理感知设备都对应一个描述自身能力的SWRL片段，用以支持虚拟感知能力部件对物理感知设备动态加入或退出的管理，以屏蔽对其它物理感知设备的影响。描述温度传感器物理感知能力的语义规则如下：
Temperature_Sensor(？ts)^temperature_value(？ts，？tv)
→query:select(？tv)^query:columnNames(“temperature_value”)
其中Temperature_Sensor是一个类，表示温度传感器；ts是类Temperature_Sensor的对象，表示一个温度传感器；temperature_value是类Temperature_Sensor的属性，表示温度传感器的温度值；tv是属性temperature_value的实例，表示具体的温度值。
逻辑感知能力发布是指将物理感知设备的物理感知能力的描述信息发布到上下文服务器进行注册。本发明基于消息机制，经由逻辑感知单元的发布单元将物理感知能力的SWRL描述发布到上下文服务器，发布接口的规范化定义为publish(String ID，String message)，其中ID表示具体的物理感知设备的标识号，message表示SWRL语言描述的消息体。
图5表示了自适应实体需求的描述与发布过程。
操作S330中自适应实体需求的描述是指通过某种计算机可理解的方式对自适应实体对虚拟感知能力的需求进行描述，便于由逻辑感知单元的逻辑感知能力构造虚拟感知能力部件的虚拟感知能力。本发明采用语义网规则语言SWRL描述自适应实体对虚拟感知能力的需求，一个自适应实体的需求可以通过一个或者多个SWRL片段进行描述。描述自适应实体订阅温度大于25℃情况下的温度值的语义规则如下：
Temperature_Sensor(？ts)^temperature_value(？ts，？tv)^swrlb:greaterThan(？tv，25)
→query:select(？tv)^query:columnNames(“temperature_value”)其中swrlb:greaterThan(？tv，25)表示了温度值大于25℃这一条件。
操作S340中自适应实体需求的发布是指将描述自适应实体对虚拟感知能力需求的信息发布到上下文服务器进行注册。本发明基于消息机制，经由虚拟感知能力部件的发布单元将自适应实体对虚拟感知能力需求的SWRL描述发布到上下文服务器，发布接口的规范化定义为publish(String ID，String message)，其中ID表示虚拟感知能力部件的标识号，message表示SWRL语言描述的消息体。
图6表示了逻辑感知能力和自适应实体需求的匹配与绑定。
本发明中逻辑感知能力和自适应实体需求都通过语义网规则语言SWRL描述，方便依据语义对逻辑感知能力和自适应实体需求进行匹配。在操作S350中逻辑感知能力-自适应实体需求的匹配单元对逻辑感知能力和自适应实体需求进行匹配，一旦匹配成功，上下文服务器依据自适应实体对虚拟感知能力的需求方式(独占方式或共享方式)对逻辑感知能力和自适应实体需求进行绑定，并通过消息机制将绑定结果传递给相应的自适应实体，将逻辑感知能力赋予自适应实体，从而使得自适应实体具备虚拟感知能力。需要指出的是如果自适应实体对计算的实时性和可靠性要求较高，则采用独占方式对逻辑感知能力和自适应实体需求进行绑定，即逻辑感知能力只为一个自适应实体服务，从而可以保证较好的实时性和可靠性；否则采用共享方式对逻辑感知能力和自适应实体需求进行绑定，即逻辑感知能力同时为多个自适应实体服务，从而提高逻辑感知能力的共享程度。
图7表示了自适应实体对虚拟感知能力订阅请求的处理流程。
操作S370被细分为S710-S740四个子操作。操作S710中自适应实体依据计算的需要，向虚拟感知能力部件发出对虚拟感知能力的订阅请求。操作S720中虚拟感知能力部件响应自适应实体的订阅请求，通过语义网规则语言对订阅请求进行封装，使其具备语义以便于逻辑感知单元解析，然后依据与逻辑感知能力的绑定关系，基于消息机制向对应的逻辑感知单元转发具有语义的订阅请求。操作S730中逻辑感知单元对由语义网规则语言封装的订阅请求进行解析并转发给对应的物理感知单元。操作S740中挂载于物理感知单元上的物理感知设备完成数据采集。
图8表示了物理感知设备响应订阅请求的处理流程。
操作S380被细分为S810-S840四个子操作。操作S810中物理感知设备响应订阅请求，向物理感知单元提供感知数据。操作S820中物理感知单元采用语义网规则语言对从物理感知设备采集到的原始感知数据进行封装，将原始感知数据封装成为具有语义的上下文信息提供给逻辑感知单元。操作S830中逻辑感知单元通过消息机制将上下文信息发布给与其绑定的自适应实体虚拟感知能力部件。操作S840中虚拟感知能力部件解析出由语义网规则语言封装的上下文信息，然后提供给自适应实体的计算单元，完成自适应的服务和动作。
图9表示了基于自适应实体虚拟感知能力部件的上下文感知计算系统的结构图。
系统900包括物理感知模块、逻辑感知模块、上下文服务器、和具备虚拟感知能力部件的自适应实体模块。
系统900中各个模块的功能及相互间协同工作的流程已经结合图1-图8进行了较详细的说明，此处简单总结如下。物理感知模块910，获取并发布物理感知设备的实时感知数据；逻辑感知模块920，一方面将物理感知能力抽象为逻辑感知能力并发布，一方面对原始感知数据进行封装和发布；上下文服务器930，登记、管理和移除逻辑感知能力和自适应实体需求并依据不同的应用类型进行绑定(独占方式或共享方式)；自适应实体虚拟感知能力部件110，描述并发布自适应实体的上下文需求和订阅请求，实现与相应逻辑感知单元的绑定，完成对上下文信息的解析并提供给自适应实体；自适应实体模块100，依据计算的需要发布订阅请求，一旦获得所需上下文信息则完成自适应的服务。
本发明提供的基于自适应实体虚拟感知能力部件的上下文感知计算方法和系统至少具有以下方面。
首先，有效组织了普适计算环境下的大量分布异构感知设备，通过采用逻辑感知能力和自适应实体虚拟感知能力部件的共享式绑定方式实现了上下文信息的动态共享。
其次，通过采用逻辑感知能力和自适应实体虚拟感知能力部件的独占式绑定方式，在不增加成本的前提下对自适应实体计算的实时性和可靠性提供了支持。
此外，通过构造具有虚拟感知能力部件的自适应实体，在自适应实体粒度和层次实现了具有虚拟感知能力的计算单元，有效地支撑了上下文感知计算。
Claims (2)
1.一种基于虚拟感知能力部件的上下文感知计算的方法，其特征在于步骤如下：
步骤1发布逻辑感知能力和自适应实体需求：
①通过语义网规则语言描述物理感知设备的物理感知能力，将物理感知单元抽象为逻辑感知单元，将物理感知能力抽象为逻辑感知能力，并通过消息机制将逻辑感知能力发布给上下文服务器的逻辑感知能力-自适应实体需求匹配步骤；
②通过语义网规则语言描述自适应实体对虚拟感知能力的需求即自适应实体需求，并通过消息机制将其发布给上下文服务器的逻辑感知能力-自适应实体需求匹配步骤；
步骤2匹配逻辑感知能力和自适应实体需求：根据不同类型的自适应实体需求以独占方式或共享方式对逻辑感知能力和自适应实体需求进行绑定，使得自适应实体具有虚拟感知能力，从而构造得到自适应实体的虚拟感知能力部件；
步骤3：自适应实体依据上下文感知计算的需要向虚拟感知能力部件发布对虚拟感知能力的订阅请求，由虚拟感知能力部件依据逻辑感知能力与自适应实体需求的绑定情况将订阅请求转发给相应的逻辑感知单元，由逻辑感知单元转发给物理感知单元，由物理感知单元转发给具体的物理感知设备；
步骤4：物理感知设备响应自适应实体的订阅请求，通过语义网规则语言封装感知得到的上下文知识并通过消息机制进行发布，自适应实体获得实时的上下文知识，实现自适应的服务和动作。
2.一种实现权利要求1所述的基于虚拟感知能力部件的上下文感知计算的方法的系统，其特征在于：包括物理感知模块、逻辑感知模块、上下文服务器、和具备虚拟感知能力部件的自适应实体模块；物理感知模块获取并发布物理感知设备的实时感知数据；逻辑感知模块一方面将物理感知能力抽象为逻辑感知能力并发布，一方面对原始感知数据进行封装和发布；上下文服务器登记、管理和移除逻辑感知能力和自适应实体需求并依据不同的应用类型进行绑定；自适应实体虚拟感知能力部件描述并发布自适应实体的上下文需求和订阅请求，实现与相应逻辑感知单元的绑定，完成对上下文信息的解析并提供给自适应实体；自适应实体模块依据计算的需要发布订阅请求，一旦获得所需上下文信息则完成自适应的服务。
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| Date | Code | Title | Description |
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| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Open date: 20091202 |