论文部分内容阅读
环绕智能(Ambient Intelligence，AmI)是对未来信息社会的描述，是“无处不在的计算”的发展。它具有显著技术特征：通过普遍存在的或普遍深入的计算、自然交互、智能性和上下文感知等计算，主动地为用户提供“以用户为中心的个性化服务”。
本文首先对AmI的起源、发展现状进行综述性研究；并对AmI研究空间进行了分类；通过综述性研究明确了以下事实：系统架构类研究在AmI研究领域中十分重要，正在成为未来研究的热点工作。目前，AmI系统架构类研究面临着以下主要问题：(1)AmI系统设计开发过程中，缺少一系列的通用参考模型，各自单独设计的系统模型很难支持大规模、分布式的AmI系统开发；(2)AmI系统网络结构不够简单、不支持“Plug&Play”，不利于进行快速的系统开发和系统扩展；(3)AmI环境中存在大量的异构系统，这些系统间无法共享数据，无法实现互操作。
为了解决这些问题，全面分析总结了AmI研究领域的研究现状，确定了本文研究的问题空间及定位，并结合AmI系统的自身特点选定了以下研究内容：
(1)环绕智能系统的软件架构。使用MAS(Multi-Agent System)来构建AmI系统是最新的研究趋势，这就需要抽象出AmI系统中的Agent类型、它们的职责，以及它们之间的交互关系；还要研究基于组件技术的AmI Agent的构建方法来提高系统的可重用性和可扩展性；另外，AmI系统中的服务发现问题也很重要，本文研究的目标架构要对其有很好的支持；最后还要分析考虑AmI环境中Agent的通信机制及实现方法。
(2)环绕智能系统中的数据表示及数据融合。AmI环境中存在着大量的异构数据，并且这些数据没有统一的语义支持，使得系统间无法数据共享、无法互操作。这就需要总结出AmI系统中的数据管理要具有的特性，以及AmI环境中的数据获取、存储、处理及表现方式等问题，设计出一个面向AmI系统的数据管理模型。
(3)环绕智能系统的网络架构。传统大型信息系统的网络架构复杂，系统与系统的架构差别很大，使各种移动设备无法快速、无缝地加入系统，也使的系统的扩展变得十分复杂；所以，设计新型的网络架构模型以及专用的嵌入式网络设备是十分必要的。
(4)环绕智能系统的设计、开发过程范例。环绕智能系统是一个分布式的大型离散系统，它对系统的功能有种种要求，开发过程也会面临种类繁多的要素和选择。所以，总结、分析AmI领域中的系统建模、设计、开发中所采用的方法和范例就十分重要；需要明确在AmI环境中如何设计、管理和组织AmI系统开发这一复杂的系统工程。
通过对以上几个方面的深入研究，首先建立了一个面向AmI领域的系统试验平台——AmI-Space，在该平台之上开发实现了一系列AmI应用系统原型；通过开发这些原型系统以及对这些系统进行总结、扩展工作中总结的经验，抽象出一系列用于指导未来AmI系统设计、开发过程的通用参考模型，并举例说明了该模型如何运用于环绕智能视觉感知模型E-A-E的设计。通过本文工作，解决了一些关键问题，获得了一定研究成果。
本文的主要贡献和创新点：
(1)提出环绕智能架构体系AMIA(AmI Architecture)及环绕智能总体架构AMIA-AIO。AMIA-AIO架构是环绕智能系统的总体描述，以最高层次的抽象来描述一个环绕智能系统，有助于对环绕智能系统架构领域研究问题的定位和问题的分解；为从各个角度、各个层面来准确、细致地描述环绕智能系统，围绕AMIA-AIO构建了一个涵盖软件、硬件、数据管理各个视图的系统架构体系AMIA。
(2)提出一种AmI系统的软件系统架构AMIA-S。该架构包括基于组件技术设计的Agent模型、组件模型以及Agent间的通讯机制的设计；该架构既有组件技术可重用、快速开发的特点，又有多Agent系统的自适应、自组织、主动性、反应性等特点，还有面向服务系统的分布式、可扩展、互操作等优势。
(3)提出一种AmI环境下的数据管理机制AMIA-D。该机制包含一个多维的AmI数据模型；该模型通过形式化方法分析手段描述了AmI数据处理过程；并根据对该过程的分析的详细分析，最终设计了AmI数据Agent模型；该Agent模型明晰地描述了AmI系统中的异构数据收割、数据存储、数据处理以及数据呈现的复杂过程，使AmI系统获得了更好的数据共享及系统间互操作的能力。
(4)提出一种环绕智能系统网络架构AMIA-H。通过对两个专用的嵌入式网络设备“AmI-Adaptor”和“AmI-Box”的设计与实现，达到了简化AmI网络系统结构的目标：该模型提高了AmI系统设计开发的速度、效率，方便了AMIA-S中的各类软件的配置和部署。
(5)提出一个用于指导AmI系统设计的软件工程方法SOCBA(ServiceOriented Component Based Agent)，以及一个指导系统开发过程的过程模型。该模型结合“自顶向下”及“自底向上”两种设计思想，整合CBSE、AOSE及SOSE几种软件工程范例的优点，又集中了UCD及SBD两种设计思想的优势；这使得MUS模型能对AmI系统的种种功能指标提供强大的支持，也使得改模型自身清楚明晰，适用于快速、有效的、可重用的系统开发。