基于Petri网的情境感知服务逻辑建模研究

论文摘要

计算机和通信技术的快速发展,带来了传统计算模式的不断变化,自1991年Mark Weiser首先提出普适计算（pervasive computing）的概念之后,普适计算作为一种新颖的计算模式已成为未来应用和技术发展的主要方向。情境感知（context-aware）是普适计算应用研究中的一项关键技术,而情境感知系统旨在利用用户、物体以及它们附近环境的情境信息,智能地推断用户的行为及目的,并根据推断的结果主动地为用户提供相关的信息和服务,同时根据不同的需要人性化调整用户与情境之间交互的形式和内容。目前大多数的情境感知应用系统都能较好地完成某一特定的服务,这些服务多是直接由传感器驱动触发,在早期当可以获得的情境信息有限时,该设计方法是实际且有效的。但是随着越来越多的情境信息可以被系统所获得时,系统提供的服务变得多样化,情境感知下的系统行为也变得更加复杂,情境感知系统的逻辑设计也就上升到了新的高度。一个优秀的系统逻辑设计方法,应该是对开发实现起到完全支持的作用,最大程度地减轻开发人员的负担和减少可能出现的错误。本文以情境感知系统的服务逻辑模型为研究对象,论述了普适计算领域的研究现状和发展趋势,讨论了在普适计算环境下情境感知系统服务逻辑的一种设计方法。本文首先从普适计算环境出发,引入了情境与情境感知的概念,在研究了国内外传统的情境感知服务逻辑设计方法的基础上,提出了基于Petri网理论的情境感知服务逻辑模型,在设计方法上,分别从三个步骤对模型进行构建：将传统的情景描述转为初始的服务逻辑模型；构建情境的层次关系与知识基；模型的一致性检测与合并优化。接着文章对前面设计的情境感知服务逻辑进行了动态的系统仿真运行,目的是通过仿真发现服务逻辑设计中存在的潜在动态冲突,使得最终设计得到的情境感知服务逻辑在静态结构与动态运行都能保证一致与合理。其中重点介绍了CPN Tools仿真软件,然后分析了面向情境感知服务的仿真设计和实现方法。本文的研究表明：这种情境感知的服务逻辑模型——基于Petri网理论的情境感知服务逻辑设计方法——在一定程度上解决了情境感知应用程序在设计中产生的一些问题。使用这种模型较好地保证了情境感知应用程序逻辑设计的合理性与可扩展性,大大减轻了程序开发人员的负担,该研究具有一定的工程应用价值和进一步深入研究的意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题研究背景
• 1.2 课题研究的现状
• 1.3 课题研究的目的和主要工作
• 1.4 论文组织结构
• 2 情境感知应用系统服务逻辑模型研究
• 2.1 情境感知相关研究背景
• 2.1.1 情境与情境感知的定义
• 2.1.2 情境感知应用系统研究
• 2.2 传统应用系统的服务逻辑模型
• 2.2.1 基于UML的逻辑描述方法
• 2.2.2 基于规则的描述方法
• 2.2.3 基于语义Web服务的逻辑描述方法
• 2.3 情境感知应用系统的服务逻辑模型
• 2.3.1 情境图（Context Graph）与有限状态机（FSM）
• 2.3.2 ECA规则
• 2.3.3 进程代数
• 2.3.4 Petri网
• 2.3.5 各种情境感知服务逻辑建模方法比较
• 2.4 本章小结
• 3 基于Petri网理论的情境感知服务建模研究
• 3.1 模型提出的背景及理论基础
• 3.2 基于Petri网的情境感知服务模型
• 3.2.1 模型的定义
• 3.2.2 模型的性质
• 3.2.3 基于情境分析的服务逻辑设计
• 3.2.4 构建情境集合和知识基
• 3.3 模型整合与优化
• 3.3.1 模型的一致性检测
• 3.3.2 模型的合并算法
• 3.4 本章小结
• 4 基于赋时着色Petri网的情境感知系统仿真研究
• 4.1 模型的定义
• 4.2 基于CPN Tools的情境感知系统仿真
• 4.2.1 系统仿真平台选择
• 4.2.2 情境感知下的系统仿真设计
• 4.3 本章小结
• 5 老年痴呆病人智能辅助系统设计
• 5.1 实例介绍
• 5.1.1 实例背景
• 5.1.2 国内外相关研究现状
• 5.2 系统设计
• 5.2.1 系统整体框架设计
• 5.2.2 系统的服务设计
• 5.2.3 系统的情景设计
• 5.3 基于Petri网的情境感知服务逻辑设计
• 5.3.1 构建模型
• 5.3.2 实例的一致性检测
• 5.3.3 实例的整合与优化
• 5.4 实例的情境感知系统仿真
• 5.4.1 基于CPN Tools的实例仿真设计
• 5.4.2 实例仿真报告分析
• 5.4.3 实例的优化与改进
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢