CN103258027B - 基于智能终端的情境感知服务平台 - Google Patents

Abstract

一种基于情境感知技术的平台设计，对移动终端的实时信息进行捕获，并对海量终端的情境信息进行清洗，抽象，推理等过程，获取高层次的情境信息，再利用本体技术对情境信息聚类，为可信的第三方提供通用的接口与情境信息服务，实现移动终端情境信息的共享，确保终端与可信第三方的友好对接。

Description

基于智能终端的情境感知服务平台

技术领域

本发明涉及移动互联网的传感数据采集与处理情境感知技术，具体的讲，涉及一种平台技术，提供给第三方与终端用户动态的高速接口。

背景技术

移动互联网与物联网的飞跃发展给情境感知提供了更大的发展空间。人们越来越依赖智能终端，如智能手机、PAD等，智能终端附带的各种传感设备携带了大量的用户情境信息，尽管一些基于智能终端的软件可以利用用户的浏览痕迹或者物理地址实现情境感知，进而推送服务，然而这些局部化的情境感知还停留在固定的模式，仅依赖地理位置或者噪音分辨来对情境的推理缺乏准确性与全面性。我们需要一个更庞大的基于智能终端的情境感知平台，用以实时感知终端用户个性化需求，并以此建立索引，为可信的第三方软件提供用户接口。

近年来，情境感知技术发展迅速，当我们在京东搜索某类商品后，再打开某种视频软件，会发现广告栏里满是那类商品，这是基于用户需求的情境感知服务。智能家居，智慧医疗等都是利用情景感知技术实现智能化的管理与服务。

情境感知最早由B.N.Schilit等人提出，并将情境信息分为计算情境，用户情境，物理情境三大类。情境感知的关键是对情景信息的处理,Dey在其博士论文中给出的定义：情景信息是可以用来描述实体情形的任何信息,所谓实体是指人、位置或其他和用户及应用交互相关的物体，包括用户和应用本身。

智能代理也是实现海量终端情境感知的重要技术。所谓智能代理技术就是感知环境中的动态条件；执行动作影响环境；进行推理以解释感知信息，求解问题，产生推理和决定动作。智能代理可以看作是利用传感器感知环境,并使用效应器作用于环境的任何实体。利用智能代理的方式在终端上始初始的情境信息是平台实现的重要方法。

物联网兴起后情境感知技术有了飞速的发展。Context Toolkit是一个支持产生情景感知应用程序的中间件。情境信息的计算和管理在用户的设备上进行，情境感知的应用需要请求用户设备来获取相关的情境信息。Context Toolkit主要包含Widgets、服务器和解释器这三类对象。Context Toolkit将传感器抽象为Widgets，对上层应用提供统一的数据接口；情境信息的分析处理在服务器和解释器上进行。这种采用面向特定对象的信息建模方法，缺乏情境信息的共享，有一定的局限性。

Gaia是由伊利诺亚洲立大学Mauel Roman等开发的普适计算中间件。它采用集中模式将情景信息的计算和管理集中在一台服务器进行，面对海量的智能终端，这种集中模式显然略显疲惫，系统的扩展成为了极大的瓶颈，尽管Gaia具有信息采集，推理与决策的能力，庞大的移动智能终端网络如果利用Gaia来作为情境信息平台，集中式的计算模式无法保证情境感知的实时性。

CoBrA同样是集中式的情境信息管理结构，核心是一个智能情境代理(ContextBroker),维持和管理一个共享的情境信息模型。情境代理包括4个功能模块：情境信息知识库、情境信息推理引擎、情境信息获取模块和保密管理模块。作为情境感知框架，在智能终端情境感知上还需要依据智能终端信息特征进一步扩展的。

经过对现有技术的检索发现，中国专利申请号为201010226007.7的专利记载了互联网环境下基于情境本体的服务集成方法，该方法以情境作为服务集成的要素，依据情境构建多种情境本体，保证服务的按需接入，高质量的完成网络任务。由此情境信息作为服务接入的索引在网络环境里可以实现，然而以终端为服务目标的情境感知平台还没有被提出。

进一步检索发现一篇微软公司申请的一篇基于情境的信息聚合系统，其申请号为201180029546。该专利提出了一个系统，它能自动连续的寻找并聚合与用户关心的人和事情有关的最相关和当前信息，并且将情境信息收集的结果呈现给用户操作的各个物理设备上。该方法主要是面向终端用户，通过收集的信息为用户推送服务，是个人推荐系统在终端上的扩展，尽管是信息聚合系统，所谓的聚合只是针对单个的终端以及用户，并不涉及海量终端信息的融合。

基于对现有成果的研究发现，情境感知技术移动终端上被局限在个人服务的推荐，并没有将情境信息作为移动互联网下有的资源。

发明内容

发明目的：一个轻量级的框架，从智能终端信息捕获到顶层的平台接入。设计一个开放性的基于智能移动终端的情境感知信息集成与服务的平台。本发明主要在移动互联的大背景下，利用海量的移动终端配置的各种传感器，通过捕获这些信息，搭建一个能够服务第三方的情境感知平台。

本发明的技术方案；基于智能终端的情境感知服务平台被划分为5个层次，从终端的信息捕获到云端的信息服务依次是感知层，预处理层，情境资源管理层，服务层，平台接入层，如图1所示。

感知层主要负责传感信息的采集，在本情境感知服务平台中，采用智能代理的机制完成传感信息的动态捕获与传输。感知层主要包括监视单元，信息采集单元，缓存单元和数据传输单元。预处理层是在平台云端的底层，负责情境信息的预处理。预处理层包括信息收集单元，信息过滤单元，智能推理单元和规则库。情境资源管理层主要对情景信息进行资源整合。情境资源管理层包括情境学习机，筛选更新模块，分类索引以及情境本体。服务层主要负责情境查询与终端映射。服务层的主要模块有服务集成单元，情境映射单元，统计分析单元，情境查询单元，动态情境库，查询结果与服务的记录。平台接入层负责第三方的安全接入。平台接入层主要由接入控制模块，服务请求单元，服务映射单元和安全管理模块。安全管理模块又分为信度评估，服务授权与综合防护这三个子模块。与此同时，平台接入层还会根据服务记录生成相应的接入记录单。

在感知层，采用智能代理机制，实现智能的信息获取与初步处理。如图2是智能代理的工作流程。通过监视器监视传感器的动作，通过监视器触发信息捕获单元的工作，情境信息捕获后，通过去噪单元对信息进行平滑处理，剔除故障数据。去噪完成后，进行个性推理。个性推理是依据个性知识库进行的，通过SVM训练个性推理模块，以个性知识库为参考进行推理，并且更新完善个性知识库。个性知识库主要存放独立终端的个人行为规则与个人情境知识，这里的个人情境知识主要是受保护的情境知识，不能作为开放的情境信息来共享给服务者，同时个性知识库也作为监视器的。

预处理层情境信息的云端获取与处理，如图3。采用云计算的模式，在并行控制下，信息收集单元从远端获取信息后，通过对重复情境信息的过滤，转入深度推理，这里用到的规则库更为完整，将规则库分为静态和动态。静态的规则库是预先人为设定的规则，而动态规则库则是推理引擎在不断的信息推理中获得的新的推理结论或规则。经过预处理层的处理，将深度推理得到的知识传送到情境管理层进行分类汇总。

情境资源管理层负责情境信息的分类汇总，信息传至管理层时，情境学习机学习该情境是否需要重新进行本体建模，如果需要重新进行本体建模，则转入情境建模，得到新的情境本体库，如果不需要重新建模，则通过分类器，将情境列入已有的本体库中。筛选更新模块用于情境本体的维护与更新，删除过时的情境资源，将总是用不到的资源从库中移出，以此保证为上层服务提供的资源实时有效。

图5展示了接入层与服务层的交互与处理流程。接入层如图所示，第三方通过接入控制模块接入平台，然后经过服务申请，转入服务映射。服务映射模块主要是依据服务层中的服务记录项判定是否接入服务入口，输出转换是将服务层经过处理得到的记录转换为具体的地址映射传出平台。服务集成模块将服务层能提供的模块集成，并生成服务入口和服务记录项。根据第三方想获取的情境终端建立情境描述模块，用以标准化的情境描述，提高服务效率，同时生成临时情境库，专门存储平台接入者寻求的情境。情境抽取则是经过情境描述后，依据情境描述结果返回资源层，挖掘出与情境描述相同的情境记录。并通过映射模块得到资源库里记录的情境与终端的映射表。

本发明的有益效果：与现有的情境信息聚合系统相比，本发明的主要优势在于可以无目的的实时收集海量终端的各种情境信息，采用并行的方法选择性的将情境资源汇聚到云端，并且采用本体技术将情境信息分类，通过服务集成的方式，生成服务接口，为接入平台的可信第三方提供情境资源。本发明突破了基于移动终端的个性化服务推荐系统的瓶颈，将情境信息开放成可供第三方共享的资源。在安全方面，底层和顶层设计了专门的安全机制，底层采用情境信息分类机制，确保情境信息上传的可选择性，达到隐私保护的目的，顶层采用可信评估，安全验证的机制保证第三方的可信接入。本发明创造性的将移动互联网中海量终端作为情境信息源，为第三方提供情境信息资源服务，将情境感知技术在自动控制领域的成功应用转移到移动互联领域，更好实现移动终端与外围你服务的友好对接。

附图说明

图1整体框架

图2感知层处理流程

图3预处理层

图4情境资源管理层

图5服务层与接入层流程图。

具体实施方式

一种基于智能终端的情境感知服务平台，其特征在于，从终端的信息捕获到云端的信息服务依次是感知层，预处理层，情境资源管理层，服务层，平台接入层，感知层负责传感信息的获取与初步处理，预处理层负责情境信息的预处理，情境资源管理层对情景信息进行资源整合，服务层负责情境查询与终端映射，平台接入层负责第三方的安全接入。

感知层采用智能代理机制，其单元包括监视单元，信息采集单元，缓存单元和数据传输单元。

智能代理机制的工作流程，通过监视器监视传感器的动作，通过监视器触发信息捕获单元的工作，情境信息捕获后，通过去噪单元对信息进行平滑处理，剔除故障数据。去噪完成后，进行个性推理。个性推理是依据个性知识库进行的，通过SVM训练个性推理模块，以个性知识库为参考进行推理，并且更新完善个性知识库，个性知识库主要存放独立终端的个人行为规则与个人情境知识，这里的个人情境知识是受保护的情境知识，不能作为开放的情境信息来共享给服务者，同时个性知识库也作为监视器的。

预处理层包括信息收集单元，信息过滤单元，智能推理单元和规则库，采用云计算模式。

规则库分为静态和动态，静态的规则库是预先人为设定的规则，而动态规则库则是推理引擎在不断的信息推理中获得的新的推理结论或规则，经过预处理层的处理，将深度推理得到的知识传送到情境管理层进行分类汇总。

情境资源管理层包括情境学习机，筛选更新模块，分类索引以及情境本体，情境资源管理层负责情境信息的分类汇总，信息传至管理层时，情境学习机学习该情境是否需要重新进行本体建模，A，需要重新建模，则转入情境建模，得到新的情境本体库；B，不需要重新建模，则通过分类器，将情境列入已有的本体库中，筛选更新模块用于情境本体的维护与更新，删除过时的情境资源，将总是用不到的资源从库中移出，以此保证为上层服务提供的资源实时有效。

服务层模块有服务集成单元，情境映射单元，统计分析单元，情境查询单元，动态情境库，查询结果与服务的记录，平台接入层主要由接入控制模块，服务请求单元，服务映射单元和安全管理模块，第三方通过接入控制模块接入平台，然后经过服务申请，转入服务映射，服务映射模块是依据服务层中的服务记录项判定是否接入服务入口，输出转换是将服务层经过处理得到的记录转换为具体的地址映射传出平台，服务集成模块将服务层能提供的模块集成，并生成服务入口和服务记录项，根据第三方想获取的情境终端建立情境描述模块，用以标准化的情境描述，提高服务效率，同时生成临时情境库，专门存储平台接入者寻求的情境，情境抽取则是经过情境描述后，依据情境描述结果返回资源层，挖掘出与情境描述相同的情境记录，并通过映射模块得到资源库里记录的情境与终端的映射表。

安全管理模块又分为信度评估，服务授权与综合防护这三个子模块。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内，本发明要求保护范围由所附的权利要求书其等效物界定。

Claims (6)

1.一种基于智能终端的情境感知服务平台，其特征在于，从终端的信息捕获到云端的信息服务依次是感知层，预处理层，情境资源管理层，服务层，平台接入层，感知层负责传感信息的获取与初步处理，预处理层负责情境信息的预处理，情境资源管理层对情景信息进行资源整合，服务层负责情境查询与终端映射，平台接入层负责第三方的安全接入；终端侧感知层采用智能代理机制，其单元包括监视单元，信息采集单元，缓存单元和数据传输单元，在智能代理机制中设立个性知识库，主要存放独立终端的个人行为规则与个人情境知识，这里的个人情境知识是受保护的情境知识，不能作为开放的情境信息来共享给服务者；智能代理在工作过程中通过利用个性知识库作为监视器监视传感器的动作并触发信息捕获单元的工作，情境信息捕获后，通过去噪单元对信息进行平滑处理，剔除故障数据；去噪完成后，进行个性推理；个性推理是依据个性知识库进行的，通过SVM训练个性推理模块，以个性知识库为参考进行推理，并且更新完善个性知识库。

2.根据权利要求1所述的一种基于智能终端的情境感知服务平台，其特征在于，预处理层包括信息收集单元，信息过滤单元，智能推理单元和规则库，采用云计算模式。

3.根据权利要求2所述的一种基于智能终端的情境感知服务平台，其特征在于，规则库分为静态和动态，静态的规则库是预先人为设定的规则，而动态规则库则是推理引擎在不断的信息推理中获得的新的推理结论或规则，经过预处理层的处理，将深度推理得到的知识传送到情境管理层进行分类汇总。

4.根据权利要求1或2所述的一种基于智能终端的情境感知服务平台，其特征在于，情境资源管理层利用情境建模推理分析用户所处情境，包括情境学习机，筛选更新模块，分类索引以及情境本体，情境资源管理层负责情境信息的分类汇总，信息传至管理层时，情境学习机学习该情境是否需要重新进行本体建模，

A，需要重新建模，则转入情境建模，得到新的情境本体库，

B，不需要重新建模，则通过分类器，将情境列入已有的本体库中，筛选更新模块用于情境本体的维护与更新，删除过时的情境资源，将总是用不到的资源从库中移出，以此保证为上层服务提供的资源实时有效。

5.根据权利要求1或2或3所述的一种基于智能终端的情境感知服务平台，其特征在于，服务层模块有服务集成单元，情境映射单元，统计分析单元，情境查询单元，临时情境库，查询结果与服务的记录，平台接入层主要有接入控制模块，服务请求单元，服务映射单元和安全管理模块，第三方通过接入控制模块接入平台，然后经过服务请求，转入服务映射，服务映射单元是依据服务层中的服务记录项判定是否接入服务入口，输出转换是将服务层经过处理得到的记录转换为具体的地址映射传出平台，服务集成单元将服务层能提供的模块集成，并生成服务入口和服务记录项，根据第三方想获取的情境终端建立情境描述模块，用以标准化的情境描述，提高服务效率，同时生成临时情境库，专门存储平台接入者寻求的情境，情境抽取则是经过情境描述后，依据情境描述结果返回资源层，挖掘出与情境描述相同的情境记录，并通过情境映射单元得到资源库里记录的情境与终端的映射表。

6.根据权利要求5所述的一种基于智能终端的情境感知服务平台，其特征在于，安全管理模块又分为信度评估，服务授权与综合防护这三个子模块。