環(huán)繞智能系統架構研究.pdf

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

2、AmI系統架構類研究面臨著以下主要問題：(1)AmI系統設計開發(fā)過程中，缺少一系列的通用參考模型，各自單獨設計的系統模型很難支持大規(guī)模、分布式的AmI系統開發(fā)；(2)AmI系統網絡結構不夠簡單、不支持“Plug&Play”，不利于進行快速的系統開發(fā)和系統擴展；(3)AmI環(huán)境中存在大量的異構系統，這些系統間無法共享數據，無法實現互操作。 為了解決這些問題，全面分析總結了AmI研究領域的研究現狀，確定了本文研究的問題空間及定位，并

3、結合AmI系統的自身特點選定了以下研究內容： (1)環(huán)繞智能系統的軟件架構。使用MAS(Multi-Agent System)來構建AmI系統是最新的研究趨勢，這就需要抽象出AmI系統中的Agent類型、它們的職責，以及它們之間的交互關系；還要研究基于組件技術的AmI Agent的構建方法來提高系統的可重用性和可擴展性；另外，AmI系統中的服務發(fā)現問題也很重要，本文研究的目標架構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的通信機制及實現方法。 (2)環(huán)繞智能系統中的數據表示及數據融合。AmI環(huán)境中存在著大量的異構數據，并且這些數據沒有統一的語義支持，使得系統間無法數據共享、無法互操作。這就需要總結出AmI系統中的數據管理要具有的特性，以及AmI環(huán)境中的數據獲取、存儲、處理及表現方式等問題，設計出一個面向AmI系統的數據管理模型。 (3)環(huán)繞智能系統的網絡架構。傳統大型信息系統的網絡架構復雜，系統與系統的架構差別很大，使各種移動設

5、備無法快速、無縫地加入系統，也使的系統的擴展變得十分復雜；所以，設計新型的網絡架構模型以及專用的嵌入式網絡設備是十分必要的。 (4)環(huán)繞智能系統的設計、開發(fā)過程范例。環(huán)繞智能系統是一個分布式的大型離散系統，它對系統的功能有種種要求，開發(fā)過程也會面臨種類繁多的要素和選擇。所以，總結、分析AmI領域中的系統建模、設計、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)境中如何設計、管理和組織AmI系統開發(fā)這一復雜的系統工程。

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領域的系統試驗平臺——AmI-Space，在該平臺之上開發(fā)實現了一系列AmI應用系統原型；通過開發(fā)這些原型系統以及對這些系統進行總結、擴展工作中總結的經驗，抽象出一系列用于指導未來AmI系統設計、開發(fā)過程的通用參考模型，并舉例說明了該模型如何運用于環(huán)繞智能視覺感知模型E-A-E的設計。通過本文工作，解決了一些關鍵問題，獲得了一定研究成果。 本文的主要貢獻和創(chuàng)新點：

7、 (1)提出環(huán)繞智能架構體系AMIA(AmI Architecture)及環(huán)繞智能總體架構AMIA-AIO。AMIA-AIO架構是環(huán)繞智能系統的總體描述，以最高層次的抽象來描述一個環(huán)繞智能系統，有助于對環(huán)繞智能系統架構領域研究問題的定位和問題的分解；為從各個角度、各個層面來準確、細致地描述環(huán)繞智能系統，圍繞AMIA-AIO構建了一個涵蓋軟件、硬件、數據管理各個視圖的系統架構體系AMIA。 (2)提出一種AmI系統的軟件系統架構

8、AMIA-S。該架構包括基于組件技術設計的Agent模型、組件模型以及Agent間的通訊機制的設計；該架構既有組件技術可重用、快速開發(fā)的特點，又有多Agent系統的自適應、自組織、主動性、反應性等特點，還有面向服務系統的分布式、可擴展、互操作等優(yōu)勢。 (3)提出一種AmI環(huán)境下的數據管理機制AMIA-D。該機制包含一個多維的AmI數據模型；該模型通過形式化方法分析手段描述了AmI數據處理過程；并根據對該過程的分析的詳細分析，最終

9、設計了AmI數據Agent模型；該Agent模型明晰地描述了AmI系統中的異構數據收割、數據存儲、數據處理以及數據呈現的復雜過程，使AmI系統獲得了更好的數據共享及系統間互操作的能力。 (4)提出一種環(huán)繞智能系統網絡架構AMIA-H。通過對兩個專用的嵌入式網絡設備“AmI-Adaptor”和“AmI-Box”的設計與實現，達到了簡化AmI網絡系統結構的目標：該模型提高了AmI系統設計開發(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AmI系統設計的軟件工程方法SOCBA(ServiceOriented Component Based Agent)，以及一個指導系統開發(fā)過程的過程模型。該模型結合“自頂向下”及“自底向上”兩種設計思想，整合CBSE、AOSE及SOSE幾種軟件工程范例的優(yōu)點，又集中了UCD及SBD兩種設計思想的優(yōu)勢；這使得MUS模型能對AmI系統的種種功能指標提供強大的支持，也使得改模型自身清楚明晰，適用