跨智能空间上下文共享研究

论文摘要

普适计算的目标是使得人们可以随时随地访问信息,并实现计算的不可见性。智能空间是普适计算在局部物理空间中的体现。而上下文感知计算在智能空间中起着举足轻重的作用,它体现了智能空间中智能性的特征。随着普适计算技术的深入挖掘与推广,智能空间的研究与应用也将从原来的单智能空间阶段逐步扩展到跨智能空间阶段,这种转变符合普适计算中“普”的要求,即无论用户处在哪个智能空间中,都可以充分享受到计算带来的服务。在跨智能空间研究阶段,上下文感知的研究仍然十分关键。然而,对于跨智能空间的场景,上下文共享又面临着多项理论与技术上的困难,如,上下文语义匹配问题、隐私性问题和时效性问题等。本文正是基于以上背景,开展对跨智能空间场景下上下文共享的隐私性问题和时效性问题的研究工作,具体研究内容和创新点表现在以下几个方面:（1）为了更好的开展跨智能空间上下文共享的研究,首先对普适计算中智能空间、跨智能空间和上下文感知的研究现状进行梳理,在此基础上提出了一个跨智能空间上下文共享的中间架构模型,并对其中遇到的隐私性问题和时效性问题做概括性探讨。（2）跨智能空间上下文隐私性研究。选取最典型也是应用最广的一种上下文——位置信息,作为研究对象,着重研究在用户所在空间和上下文消费者不可信任的场景下,保护用户位置信息的方法。本文发现基于位置的服务（LBS）中对查询隐私保护的两大类k匿名算法（clique cloaking和non-clique cloaking）只是针对单快照查询做匿名保护,无法保护连续查询的匿名性。因此提出一种连续查询模型,该模型融合了连续查询时间间隔模型和连续性模型,并基于该连续查询模型对两类LBS中的k匿名算法分别提出了一种连续查询攻击算法。本文发现在k匿名中普遍使用的以匿名集的势作为匿名集（即k）的度量方式并不适用于连续查询,提出了一种基于熵理论的匿名性度量方式AD,实验结果证明在连续查询中,AD比k能更好的反应查询的匿名性。（3）跨智能空间上下文传播的时效性研究,提出了一种面向推理的上下文缓存置换算法CORA,利用缓存技术来降低跨智能空间中由于上下文的数量大、距离远,所造成的上下文传播的开销。CORA采用状态空间对低级上下文到高级上下文的推理进行建模,对各种上下文推理方法具有普遍适用性。在此模型基础上,CORA计算出低级上下文的访问概率和预计失效时间,获得数据的缓存价值,作为上下文缓存置换的依据,以提高缓存的命中率。实验证实,针对普适计算环境上下文数据更新率高的特点,CORA相对传统的缓存置换算法能达到较高的命中率。（4）跨智能空间上下文推理的时效性研究,针对上下文推理结果在一段时间内仍然保持“新鲜”的特点,提出推理结果重复利用效率及其计算公式。在此基础上提出一种新鲜度敏感的上下文推理实时调度算法FRSA,以推理结果重复利用效率作为判断依据结合任务的deadline进行调度,其目标是在推理器负载较重时达到较高吞吐量。本文还提出一种实时调度的启发式规则,使FRSA避免基于值函数调度复杂度过高的缺陷。实验表明,在推理器负载重时,FRSA的系统吞吐量比经典调度算法（SJF、EDF、LSF和FCFS）高出10%-30%。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 普适计算及其特点
• 1.2 智能空间及其特点
• 1.3 智能空间中的上下文感知
• 1.4 跨智能空间是普适计算研究的重要趋势
• 1.5 跨智能空间共享上下文的重要性及面临的问题
• 1.6 主要工作与本文结构
• 第2章 跨智能空间上下文共享研究现状
• 2.1 智能空间研究现状
• 2.1.1 智能空间的定义与特点
• 2.1.2 智能空间的研究热点和研究成果
• 2.1.3 智能空间研究的发展趋势
• 2.2 跨智能空间相关研究
• 2.3 上下文感知研究现状
• 2.3.1 普适计算中上下文分类及特点
• 2.3.2 上下文感知计算研究现状
• 2.3.3 上下文中间架构研究成果
• 2.4 跨智能空间上下文共享架构及应用实例
• 2.4.1 跨智能空间上下文共享架构
• 2.4.2 应用实例
• 2.5 小结
• 第3章 跨智能空间上下文共享的隐私性
• 3.1 研究背景
• 3.2 相关研究
• 3.2.1 数据库中的k匿名研究
• 3.2.2 LBS中的k匿名机制
• 3.2.3 对LBS中k匿名机制的攻击算法
• 3.3 系统模型假设
• 3.3.1 连续查询发送模型
• 3.3.2 匿名器假设
• 3.3.3 攻击者假设
• 3.4 连续查询攻击算法
• 3.4.1 面向Clique Cloaking的连续查询攻击算法
• 3.4.2 面向Non—clique Cloaking的连续查询攻击算法
• 3.5 基于熵理论的匿名性度量
• 3.6 模拟实验
• 3.6.1 实验配置及参数
• 3.6.2 连续性参数ρ对查询匿名性的影响
• 3.6.3 AD与匿名集的势（k）的比较
• 3.7 小结
• 第4章 跨智能空间上下文传播时效性研究
• 4.1 上下文的时效性与缓存
• 4.2 带缓存的上下文感知计算系统模型
• 4.2.1 系统架构
• 4.2.2 推理模型
• 4.2.3 符号约定
• 4.3 上下文缓存置换算法（CORA）
• 4.3.1 低级上下文的访问概率计算
• 4.3.2 低级上下文有效时间判定
• 4.3.3 低级上下文缓存置换策略
• 4.3.4 低级上下文一致性保证
• 4.4 模拟分析
• 4.4.1 试验环境和主要参数
• 4.4.2 缓存访问命中率比较
• 4.4.3 缓存数据一致性实验
• 4.5 相关研究
• 4.5.1 Range Cache
• 4.5.2 上下文缓存研究
• 4.6 本章小结
• 第5章 跨智能空间上下文推理时效性研究
• 5.1 上下文推理
• 5.2 相关工作研究
• 5.2.1 上下文推理研究
• 5.2.2 上下文实时查询
• 5.2.3 实时调度
• 5.2.4 实时专家系统
• 5.3 FRSA算法
• 5.3.1 系统架构
• 5.3.2 问题描述与基本假设
• 5.3.3 算法描述
• 5.3.4 算法正确性证明
• 5.4 仿真实验
• 5.4.1 实验场景设置
• 5.4.2 系统负载对吞吐量的影响
• 5.4.3 查询deadline对系统吞吐量的影响
• 5.4.4 新鲜度约束对吞吐量的影响
• 5.5 本章小结
• 第6章 总结与展望
• 6.1 主要内容与创新点
• 6.2 进一步研究工作
• 参考文献
• 攻读博士学位期间主要研究成果
• 致谢
• 个人简历