面向感知网的上下文敏感计算技术研究

论文摘要

感知网运行环境的高度动态性及其大规模部署的特性要求感知节点具有自组织、自配置、自协调等自适应能力。但受到体积和成本的制约，单个感知节点的处理能力又太弱，往往难以运行复杂的自适应协调算法。本文拟利用感知节点的有限智能，通过对感知节点适当编程，使得每个感知节点都具有简单的自适应能力。虽然单个感知节点的这种自适应能力较弱，微观上若干感知节点的自适应性最终能从宏观上体现为整个感知网的自适应性。 为了使得感知节点能够具有灵巧的自适应性，本文将上下文敏感计算理论(Context Aware Computing)引入感知网中，创新性地提出了上下文敏感感知网(Context Aware Sensornet，简称CASN)的概念。CASN的每个节点都能够基于自己的能力主动获取工作环境的信息，这些信息和节点已有的其它信息一起成为感知上下文；节点能够利用感知上下文自主地作出决策、灵活主动地调整自己的行为，或者与其它节点协同活动，通过请求或者提供相关服务实现节点间持续的协作。围绕构建CASN，本文的主要研究成果如下： (1)给出了感知社会的概念与模型 传统上下文敏感计算研究以用户为中心，计算机被设计为根据用户的上下文调整自己的行为。CASN是以节点为中心的，即每个感知节点都根据其它关联节点的上下文调整自己的行为，或者和其它对等节点进行协作。为了刻画上下文敏感计算关系中的主体和客体，抽象感知节点的智能性，借鉴人工智能研究中关于智能和社会的相关理论并结合感知网协作的特性，提出了感知社会的概念并建立了相应感知社会模型。感知社会从结构和行为上抽象了感知网，将感知节点从若干无差别的节点中剥离出来，成为独立的智能体。特别利用角色抽象了感知节点的协作行为。 (2)研究了轻量级的上下文表示技术 上下文表示是上下文敏感计算研究的重要基础。本文针对CASN的特性，重点研究了面向感知网的上下文描述与存储技术。基于本体概念，本文提出一种类本体的轻量级上下文描述方法μSONG。μSONG提供了感知上下文的词汇表、形式化描述感知上下文的结构、以及半形式化描述感知上下文间关系的方法。以此为基础，利用节点持有特定角色与其占有额外信息的关联关系，提出了一种基于角色的上下文本地化存储策略RBLS。RBLS根据节点持有的角色按需分配上下文存储空间，并利用“快照”支持对邻居节点私有上下文的按需查询。本文还进一步地提出了支持

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题来源
• 1.2 感知网简介
• 1.2.1 感知网发展的推动力
• 1.2.2 感知网及其构成
• 1.2.3 感知网的应用
• 1.3 感知网的特性及研究挑战
• 1.4 感知网研究现状及本文的切入点
• 1.4.1 感知网研究现状
• 1.4.2 本文研究的切入点
• 1.5 上下文敏感的感知网
• 1.5.1 上下文敏感计算理论
• 1.5.2 上下文敏感的感知网—概念和目标
• 1.5.3 相关研究分析
• 1.6 CASN研究面临的问题和须遵循的原则
• 1.6.1 面临的问题
• 1.6.2 遵循的原则
• 1.6.3 研究假设
• 1.7 本文的工作
• 1.8 本文的组织
• 第2章 CASN的感知社会模型
• 2.1 引言
• 2.2 感知社会的概念
• 2.2.1 智能、社会和智能休
• 2.2.2 从感知网到感知社会
• 2.2.3 相关研究
• 2.2.4 感知社会概念对CASN的影响
• 2.3 面向CASN的感知社会模型
• 2.3.1 ∏SenSoc模型
• 2.3.2 感知社会智能体SAgent
• 2.3.3 感知社会角色SRole
• 2.3.4 感知社会通信语言SCL
• 2.3.5 智能体行为的形式化描述
• 2.4 基于∏SenSoc的CASN概念体系结构
• 2.5 本章小结
• 第3章 感知上下文描述与存储
• 3.1 引言
• 3.2 上下文定义
• 3.2.1 上下文的各种定义
• 3.2.2 CASN的上下文定义
• 3.3 上下文获取及描述
• 3.3.1 上下文获取
• 3.3.2 上下文描述
• 3.3.2.1 上下文描述的目的
• 3.3.2.2 上下文描述方法分析
• 3.3.2.3 微型感知网本体μSONG
• 3.4 CASN的上下文存储策略
• 3.4.1 问题的提出
• 3.4.2 上下文存储策略的设计原则
• 3.4.3 几种基本的存储策略
• 3.4.4 基于角色的本地存储策略
• 3.4.4.1 感知节点本地上下文的组成
• 3.4.4.2 上下文的本地化存储策略RBLS
• 3.4.4.3 策略实现问题
• 3.4.4.4 性能分析
• 3.4.4.5 仿真实验
• 3.4.5 支持缓存的存储策略CERBLS
• 3.4.5.1 缓存上下文的必要性
• 3.4.5.2 CCache队列
• 3.4.5.3 CCache记录维护
• 3.4.5.4 QueryCache记录的“新鲜度”
• 3.4.5.5 仿真实验
• 3.5 本章小结
• 第4章 感知上下文解释与服务管理
• 4.1 感知上下文解释
• 4.1.1 上下文解释技术综述
• 4.1.2 基于模糊规则的上下文解释
• 4.1.3 模糊规则
• 4.1.3.1 规则定义和μSONG Graph
• 4.1.3.2 模糊理论
• 4.1.3.3 模糊规则定义
• 4.1.4 解释引擎
• 4.2 上下文管理框架
• 4.3 服务管理
• 4.3.1 CASN服务和服务管理的目的
• 4.3.2 基于角色的服务管理
• 4.3.2.1 服务知识库-SKB
• 4.3.2.2 基于上下文的近似服务匹配
• 4.4 本章小结
• 第5章 感知社会核
• 5.1 引言
• 5.2 节点个体控制
• 5.2.1 节点、角色和节点状态
• 5.2.2 Hibernator睡眠调度
• 5.2.2.1 睡眠调度的意义
• 5.2.2.2 贫穷算法
• 5.2.3 角色监督
• 5.3 节点间协调
• 5.3.1 失效节点检测
• 5.3.2 角色分配
• 5.3.2.1 角色分配的特性
• 5.3.2.2 基于投标机制的通用角色分配算法
• 5.3.2.3 深入讨论BeGeAr
• 5.3.2.4 角色分配时机
• 5.3.2.5 角色分配的实例
• 5.4 简单节点通讯语言
• 5.4.1 SNCL组成要素分析
• 5.4.2 SNCL通信行为和通信原语
• 5.4.3 基于主动消息的消息传输机制
• 5.5 本章小结
• 第6章 实现方案和应用实例
• 6.1 引言
• 6.2 基于TINYOS的CASN中间件设计
• 6.2.1 TinyOS简介
• 6.2.2 CASN中间件设计
• 6.2.2.1 从RWR语义到R2C语义
• 6.2.2.2 CASN中间件组件的构成
• 6.3 面向监测类应用的CASN中间件原型
• 6.3.1 上下文解释
• 6.3.1.1 对节点间距离的解释
• 6.3.1.2 对方位的解释
• 6.3.1.3 方位上下文的贴近度
• 6.3.2 上下文敏感服务
• 6.3.2.1 上下文敏感路由服务
• 6.3.2.2 上下文敏感的感知服务
• 6.4 面向环境监测的CASN原型系统
• 6.4.1 CASN在环境监测应用中的作用
• 6.4.2 EMoCASN的设计
• 6.4.3 上下文、角色和角色竞标函数
• 6.4.4 运行效果
• 6.5 本章小结
• 第7章 总结与展望
• 7.1 本文的工作总结
• 7.2 下一步的研究工作
• 附录A EMOCASN的上下文和角色
• 附录B 缩略语
• 参考文献
• 攻读博士学位期间参与的科研工作和获奖情况
• 攻读博士学位期间发表的学术论文以及撰写的技术文章
• 致谢