環(huán)繞智能系統(tǒng)架構(gòu)研究.pdf

1、環(huán)繞智能(Ambient Intelligence，AmI)是對未來信息社會的描述，是“無處不在的計(jì)算”的發(fā)展。它具有顯著技術(shù)特征：通過普遍存在的或普遍深入的計(jì)算、自然交互、智能性和上下文感知等計(jì)算，主動地為用戶提供“以用戶為中心的個性化服務(wù)”。 本文首先對AmI的起源、發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行綜述性研究；并對AmI研究空間進(jìn)行了分類；通過綜述性研究明確了以下事實(shí)：系統(tǒng)架構(gòu)類研究在AmI研究領(lǐng)域中十分重要，正在成為未來研究的熱點(diǎn)工作。目前，

2、AmI系統(tǒng)架構(gòu)類研究面臨著以下主要問題：(1)AmI系統(tǒng)設(shè)計(jì)開發(fā)過程中，缺少一系列的通用參考模型，各自單獨(dú)設(shè)計(jì)的系統(tǒng)模型很難支持大規(guī)模、分布式的AmI系統(tǒng)開發(fā)；(2)AmI系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)不夠簡單、不支持“Plug&Play”，不利于進(jìn)行快速的系統(tǒng)開發(fā)和系統(tǒng)擴(kuò)展；(3)AmI環(huán)境中存在大量的異構(gòu)系統(tǒng)，這些系統(tǒng)間無法共享數(shù)據(jù)，無法實(shí)現(xiàn)互操作。 為了解決這些問題，全面分析總結(jié)了AmI研究領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀，確定了本文研究的問題空間及定位，并

3、結(jié)合AmI系統(tǒng)的自身特點(diǎn)選定了以下研究內(nèi)容： (1)環(huán)繞智能系統(tǒng)的軟件架構(gòu)。使用MAS(Multi-Agent System)來構(gòu)建AmI系統(tǒng)是最新的研究趨勢，這就需要抽象出AmI系統(tǒng)中的Agent類型、它們的職責(zé)，以及它們之間的交互關(guān)系；還要研究基于組件技術(shù)的AmI Agent的構(gòu)建方法來提高系統(tǒng)的可重用性和可擴(kuò)展性；另外，AmI系統(tǒng)中的服務(wù)發(fā)現(xiàn)問題也很重要，本文研究的目標(biāo)架構(gòu)要對其有很好的支持；最后還要分析考慮AmI環(huán)境中A

4、gent的通信機(jī)制及實(shí)現(xiàn)方法。 (2)環(huán)繞智能系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)表示及數(shù)據(jù)融合。AmI環(huán)境中存在著大量的異構(gòu)數(shù)據(jù)，并且這些數(shù)據(jù)沒有統(tǒng)一的語義支持，使得系統(tǒng)間無法數(shù)據(jù)共享、無法互操作。這就需要總結(jié)出AmI系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)管理要具有的特性，以及AmI環(huán)境中的數(shù)據(jù)獲取、存儲、處理及表現(xiàn)方式等問題，設(shè)計(jì)出一個面向AmI系統(tǒng)的數(shù)據(jù)管理模型。 (3)環(huán)繞智能系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。傳統(tǒng)大型信息系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)復(fù)雜，系統(tǒng)與系統(tǒng)的架構(gòu)差別很大，使各種移動設(shè)

5、備無法快速、無縫地加入系統(tǒng)，也使的系統(tǒng)的擴(kuò)展變得十分復(fù)雜；所以，設(shè)計(jì)新型的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)模型以及專用的嵌入式網(wǎng)絡(luò)設(shè)備是十分必要的。 (4)環(huán)繞智能系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、開發(fā)過程范例。環(huán)繞智能系統(tǒng)是一個分布式的大型離散系統(tǒng)，它對系統(tǒng)的功能有種種要求，開發(fā)過程也會面臨種類繁多的要素和選擇。所以，總結(jié)、分析AmI領(lǐng)域中的系統(tǒng)建模、設(shè)計(jì)、開發(fā)中所采用的方法和范例就十分重要；需要明確在AmI環(huán)境中如何設(shè)計(jì)、管理和組織AmI系統(tǒng)開發(fā)這一復(fù)雜的系統(tǒng)工程。

6、 通過對以上幾個方面的深入研究，首先建立了一個面向AmI領(lǐng)域的系統(tǒng)試驗(yàn)平臺——AmI-Space，在該平臺之上開發(fā)實(shí)現(xiàn)了一系列AmI應(yīng)用系統(tǒng)原型；通過開發(fā)這些原型系統(tǒng)以及對這些系統(tǒng)進(jìn)行總結(jié)、擴(kuò)展工作中總結(jié)的經(jīng)驗(yàn)，抽象出一系列用于指導(dǎo)未來AmI系統(tǒng)設(shè)計(jì)、開發(fā)過程的通用參考模型，并舉例說明了該模型如何運(yùn)用于環(huán)繞智能視覺感知模型E-A-E的設(shè)計(jì)。通過本文工作，解決了一些關(guān)鍵問題，獲得了一定研究成果。 本文的主要貢獻(xiàn)和創(chuàng)新點(diǎn)：

7、 (1)提出環(huán)繞智能架構(gòu)體系A(chǔ)MIA(AmI Architecture)及環(huán)繞智能總體架構(gòu)AMIA-AIO。AMIA-AIO架構(gòu)是環(huán)繞智能系統(tǒng)的總體描述，以最高層次的抽象來描述一個環(huán)繞智能系統(tǒng)，有助于對環(huán)繞智能系統(tǒng)架構(gòu)領(lǐng)域研究問題的定位和問題的分解；為從各個角度、各個層面來準(zhǔn)確、細(xì)致地描述環(huán)繞智能系統(tǒng)，圍繞AMIA-AIO構(gòu)建了一個涵蓋軟件、硬件、數(shù)據(jù)管理各個視圖的系統(tǒng)架構(gòu)體系A(chǔ)MIA。 (2)提出一種AmI系統(tǒng)的軟件系統(tǒng)架構(gòu)

8、AMIA-S。該架構(gòu)包括基于組件技術(shù)設(shè)計(jì)的Agent模型、組件模型以及Agent間的通訊機(jī)制的設(shè)計(jì)；該架構(gòu)既有組件技術(shù)可重用、快速開發(fā)的特點(diǎn)，又有多Agent系統(tǒng)的自適應(yīng)、自組織、主動性、反應(yīng)性等特點(diǎn)，還有面向服務(wù)系統(tǒng)的分布式、可擴(kuò)展、互操作等優(yōu)勢。 (3)提出一種AmI環(huán)境下的數(shù)據(jù)管理機(jī)制AMIA-D。該機(jī)制包含一個多維的AmI數(shù)據(jù)模型；該模型通過形式化方法分析手段描述了AmI數(shù)據(jù)處理過程；并根據(jù)對該過程的分析的詳細(xì)分析，最終

9、設(shè)計(jì)了AmI數(shù)據(jù)Agent模型；該Agent模型明晰地描述了AmI系統(tǒng)中的異構(gòu)數(shù)據(jù)收割、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)處理以及數(shù)據(jù)呈現(xiàn)的復(fù)雜過程，使AmI系統(tǒng)獲得了更好的數(shù)據(jù)共享及系統(tǒng)間互操作的能力。 (4)提出一種環(huán)繞智能系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)AMIA-H。通過對兩個專用的嵌入式網(wǎng)絡(luò)設(shè)備“AmI-Adaptor”和“AmI-Box”的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，達(dá)到了簡化AmI網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的目標(biāo)：該模型提高了AmI系統(tǒng)設(shè)計(jì)開發(fā)的速度、效率，方便了AMIA-S中的各類軟

10、件的配置和部署。 (5)提出一個用于指導(dǎo)AmI系統(tǒng)設(shè)計(jì)的軟件工程方法SOCBA(ServiceOriented Component Based Agent)，以及一個指導(dǎo)系統(tǒng)開發(fā)過程的過程模型。該模型結(jié)合“自頂向下”及“自底向上”兩種設(shè)計(jì)思想，整合CBSE、AOSE及SOSE幾種軟件工程范例的優(yōu)點(diǎn)，又集中了UCD及SBD兩種設(shè)計(jì)思想的優(yōu)勢；這使得MUS模型能對AmI系統(tǒng)的種種功能指標(biāo)提供強(qiáng)大的支持，也使得改模型自身清楚明晰，適用