普适计算中位置感知服务的研究

论文摘要

普适计算是信息空间与物理空间的融合,在这个融合的空间中人们可以随时随地和透明地获得数字化的服务;计算机本身将从人们的视线中消失,人们注意力的中心将回归到要完成的任务本身。位置是普适计算中非常重要的上下文信息,普适计算中设备的许多行为都与位置上下文相关联。智能家电自动感知用户所处的位置,并提供适当服务,例如自动打开用户附近的灯或将来电自动转接到离用户最近的固定电话等,所有这些应用都需要判断用户的位置,以及用户与设备之间的相对位置关系。因此,位置感知计算在普适计算研究中占据举足轻重的地位。本文对普适计算中的位置感知服务问题展开了研究。本文的主要研究内容与创新点如下:分析了现有国内外的室内小范围高精度位置感知定位系统,及其定位算法和定位技术。提出了一种基于超宽带的位置感知定位系统,采用极大似然距离估计法来定位,推导了超宽带距离估计的克拉-美罗CRLB下界,采用MATLAB进行了距离估计仿真。仿真结果表明:基于超宽带的极大似然距离估计定位系统的定位精度可以达到厘米级,对于位置感知定位是一种简便、有效的方法。分析了现有普适计算的位置模型,构建了一种新的基于本体的通用位置感知模型,将基于不同技术的定位感知系统集成到普适计算环境中。提出了位置感知模型本体LMO。LMO采用Web本体语言OWL描述了位置感知模型中涉及到的感知上下文的词汇,包括空间、时间、用户、安全策略。该模型通过统一的语义位置方式,实现位置感知上下文知识的共享和重用。采用本体推理机实现了位置感知上下文知识及其属性之间的推理。采用FaCT++推理机实现了LMO类的一致性检验,以及LMO类之间的分类推理。采用语义Web规则语言SWRL定义了属性与属性之间的关系。采用Jess Rule Engine规则引擎,对OWL+SWRL语言编写的规则实现了属性间的深层次推理。提出了基于使用控制UCONABC的上下文访问控制模型CACM。CACM不仅关心授权,而且引入了职责和条件。针对位置感知计算中三种典型的上下文访问控制应用,灵活扩展了三种组合子模型,包括使用前授权+使用前条件模型、主动权力+被动权力模式、和使用前授权+使用前职责模型,为位置感知上下文访问控制提供了一个崭新的解决思路。提出了位置感知计算中动态的、语义的安全策略管理机制,该机制在现有策略模型中加入了上下文提供者、本体服务两大部分。上下文提供者获得位置感知计算环境中各个实体的上下文变化。根据上下文的变化,本体服务主动更新相关策略信息,策略服务通过策略执行代理实现对被管理对象的动态操作。该机制解决了位置感知环境中既要保障信息共享和协作,又要保障信息安全和个人隐私之间的矛盾。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 普适计算
• 1.1.1 概念的提出
• 1.1.2 研究意义
• 1.1.3 研究现状
• 1.1.4 技术挑战和研究热点
• 1.2 位置感知计算
• 1.2.1 概念的提出
• 1.2.2 系统架构
• 1.2.3 研究现状
• 1.2.4 技术挑战和研究热点
• 1.3 论文研究内容
• 1.4 论文创新点
• 1.5 论文篇章结构
• 第二章 基于超宽带的位置感知定位系统
• 2.1 位置感知定位系统的研究现状
• 2.1.1 现有的位置感知定位系统
• 2.1.2 定位算法分析
• 2.1.3 定位技术分析
• 2.2 超宽带定位系统的信号建模
• 2.2.1 超宽带技术
• 2.2.2 高斯白噪声的建模
• 2.2.3 系统信号的建模
• 2.3 超宽带定位系统的距离估计
• 2.3.1 CRLB相关定理
• 2.3.2 系统距离估计的CRLB下界
• 2.3.3 系统的极大似然距离估计
• 2.4 仿真与分析
• 2.5 本章小结
• 第三章 基于本体的位置感知上下文描述
• 3.1 本体及OWL
• 3.1.1 本体概述
• 3.1.2 语义Web
• 3.1.3 Web的本体语言OWL
• 3.2 位置本体上下文描述
• 3.2.1 位置类及其属性的描述
• 3.2.2 位置关系的描述
• 3.3 时间本体上下文描述
• 3.4 用户本体上下文描述
• 3.5 安全策略本体上下文描述
• 3.6 本章小结
• 第四章 基于本体的位置感知模型
• 4.1 基于本体的位置感知模型架构
• 4.1.1 现有的位置模型概述
• 4.1.2 模型架构
• 4.2 位置感知模型的本体结构
• 4.2.1 LMO规范描述
• 4.2.2 LMO关系定义
• 4.2.3 LMO推理原则
• 4.3 应用实例分析
• 4.3.1 应用实例
• 4.3.2 实验环境配置
• 4.3.2.1 本体相关的开发工具
• 4.3.2.2 Protégé与FaCT++的集成
• 4.3.2.3 Protégé与Jess的集成
• 4.3.3 实验流程
• 4.3.3.1 类的定义
• 4.3.3.2 个体的定义
• 4.3.3.3 类的一致性检测
• 4.3.3.4 推理规则
• 4.3.3.5 流程分析
• 4.4 本章小结
• 第五章 位置感知的上下文访问控制模型及策略管理
• 5.1 访问控制模型的相关研究
• 5.1.1 经典访问控制
• 5.1.2 使用控制模型
• 5.1.2.1 使用控制模型的组成
• 5.1.2.2 使用控制的核心模型
• 5.2 上下文访问控制模型
• 5.2.1 上下文访问控制的相关研究
• 5.2.2 基于使用控制的上下文访问控制模型
• 5.3 应用实例分析
• 5.3.1 应用实例
• 5.3.2 实例模型分析
• 5.3.3 实例OWL表达
• 5.4 上下文访问控制的策略管理
• 5.4.1 策略管理架构
• 5.4.2 策略动态执行
• 5.4.3 策略规范
• 5.4.4 应用实例
• 5.5 本章小结
• 第六章 总结及展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 谢辞
• 发表的论文及参加的科研项目
• 发表的论文
• 参加的科研项目