環(huán)繞智能(Ambient Intelligence,AmI)通過將計(jì)算智能引入到人們的日常生活和工作環(huán)境,實(shí)現(xiàn)了環(huán)境對(duì)用戶行為的智能感知和響應(yīng),促成了物理世界與虛擬網(wǎng)絡(luò)世界的融合。其核心目標(biāo)是通過與無處不在的智能設(shè)備進(jìn)行智能交互,支持用戶以一種簡(jiǎn)單、自然、非侵入式的方式完成日常工作和生活事務(wù)。由于AmI具有智能性、透明性、自適應(yīng)性、嵌入性、泛在性等特點(diǎn),給AmI系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)提出了諸多挑戰(zhàn)。而AmI中間件是構(gòu)建AmI系統(tǒng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié),能夠解決AmI環(huán)境的異構(gòu)性問題,同時(shí)提供智能感知、上下文建模與推理、上下文管理等共性服務(wù),對(duì)于簡(jiǎn)化AmI系統(tǒng)的開發(fā)、提升AmI系統(tǒng)的服務(wù)能力具有十分重要的作用。近場(chǎng)通訊(Near Field Communication,NFC)技術(shù)使電子設(shè)備之間在短距離范圍內(nèi)無線地進(jìn)行數(shù)據(jù)交換成為可能,它的出現(xiàn)為移動(dòng)終端提供了更簡(jiǎn)單、易用的手段與AmI環(huán)境交互。AmI系統(tǒng)能夠基于移動(dòng)終端的NFC功能隨時(shí)隨地的感知AmI環(huán)境上下文,并為用戶提供適應(yīng)性、個(gè)性化的服務(wù)。智能手機(jī)、平板電腦的普及使得移動(dòng)終端已成為AmI系統(tǒng)的理想承載平臺(tái),然而,由于移動(dòng)終端設(shè)備的平臺(tái)異構(gòu)性,以及上下文采集與管理等工作的復(fù)雜性,開發(fā)面向移動(dòng)終端的AmI系統(tǒng)的工作量和難度很大,而已有的AmI中間件并未充分考慮移動(dòng)終端計(jì)算和存儲(chǔ)資源受限、NFC工作模式多樣、服務(wù)個(gè)性化與安全性要求高等特點(diǎn),難以適應(yīng)移動(dòng)終端AmI應(yīng)用需要。本文通過分析AmI中間件技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢(shì),基于移動(dòng)計(jì)算環(huán)境下AmI中間件需求,提出了基于HTML5技術(shù)的、面向移動(dòng)終端的輕量級(jí)AmI中間件體系架構(gòu),有效屏蔽了移動(dòng)終端上AmI應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)的復(fù)雜性,并通過應(yīng)用系統(tǒng)驗(yàn)證了該中間件架構(gòu)的有效性。本文的主要研究?jī)?nèi)容和成果包括:1.針對(duì)AmI移動(dòng)應(yīng)用跨平臺(tái)開發(fā)和部署難等問題,通過研究web應(yīng)用生命周期管理、web應(yīng)用終端本地能力調(diào)用、上下文采集訪問控制、基于本體的上下文建模與推理等技術(shù),提出了基于HTML5技術(shù)的輕量級(jí)移動(dòng)終端AmI中間件架構(gòu),為基于HTML5技術(shù)開發(fā)的AmI web應(yīng)用提供運(yùn)行環(huán)境。該框架通過對(duì)移動(dòng)終端web引擎進(jìn)行設(shè)備本地能力訪問擴(kuò)展,為AmI web應(yīng)用提供了豐富、可擴(kuò)展的上下文采集接口,解決了基于傳統(tǒng)web瀏覽器運(yùn)行的web應(yīng)用不能直接采集終端設(shè)備傳感器上下文的問題;通過提供簡(jiǎn)單易用的上下文查詢與訂閱等服務(wù)接口,為AmI應(yīng)用屏蔽了上下文管理和使用的復(fù)雜性;通過將上下文推理等計(jì)算復(fù)雜度大的上下文處理任務(wù)部署在服務(wù)端,大大降低了在移動(dòng)終端上管理上下文造成的資源消耗。實(shí)際應(yīng)用表明,該框架具有較好的易用性和可擴(kuò)展性。2.移動(dòng)終端AmI應(yīng)用已經(jīng)被運(yùn)用到智能家庭、智能圖書館、移動(dòng)支付等領(lǐng)域,然而由于這些應(yīng)用普遍涉及用戶隱私或機(jī)密信息,需要充分保障應(yīng)用的安全部署與管理�；诖�,本文深入研究了在安全單元(Secure Element,SE)上部署和管理AmI應(yīng)用的方法,提出了AmI可信應(yīng)用管理框架,為AmI應(yīng)用提供安全分發(fā)和生命周期管理服務(wù),從而有效屏蔽了在SE上部署AmI應(yīng)用的復(fù)雜性。3.由于傳統(tǒng)的移動(dòng)終端操作系統(tǒng)并未對(duì)應(yīng)用的敏感數(shù)據(jù)存儲(chǔ)提供有效的安全保護(hù)機(jī)制,從而給AmI應(yīng)用的數(shù)據(jù)安全存儲(chǔ)帶來了挑戰(zhàn)。盡管移動(dòng)終端上的SE能夠?yàn)閼?yīng)用提供安全可信的執(zhí)行環(huán)境,但現(xiàn)有的SE平臺(tái)卻未能為SE應(yīng)用提供通用的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)機(jī)制,使得應(yīng)用開發(fā)者需要為每一個(gè)有數(shù)據(jù)安全存儲(chǔ)需求的AmI應(yīng)用分別設(shè)計(jì)基于SE的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)解決方案,大大增加了應(yīng)用開發(fā)難度。本文針對(duì)這一共性問題,提出了一種通用的AmI應(yīng)用數(shù)據(jù)安全存儲(chǔ)與訪問控制機(jī)制,為上層應(yīng)用提供了簡(jiǎn)單易用的數(shù)據(jù)安全存取服務(wù)。4.移動(dòng)終端能夠基于NFC技術(shù)實(shí)現(xiàn)與AmI環(huán)境的智能交互,然而隨著信息安全問題的日益突出,如何保障NFC智能交互的安全性是一個(gè)亟需解決的重要問題。本文具體研究了NFC讀寫器工作模式、點(diǎn)對(duì)點(diǎn)(Peer to Peer,P2P)工作模式及卡模擬工作模式下數(shù)據(jù)安全交換等技術(shù),提出了面向AmI應(yīng)用的NFC上下文數(shù)據(jù)安全交換機(jī)制。
【學(xué)位單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2015
【中圖分類】：TP393.09
【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第一章 緒論
    1.1 研究背景與意義
    1.2 環(huán)繞智能相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)研究
        1.2.1 上下文感知計(jì)算
        1.2.2 智能交互
        1.2.3 隱私與安全
        1.2.4 中間件技術(shù)
    1.3 環(huán)繞智能中間件國內(nèi)外研究現(xiàn)狀與不足之處
    1.4 移動(dòng)終端環(huán)繞智能中間件的架構(gòu)要求與挑戰(zhàn)
    1.5 本文研究的主要內(nèi)容
    1.6 論文的組織結(jié)構(gòu)
第二章 移動(dòng)終端AmI中間件架構(gòu)
    2.1 引言
    2.2 移動(dòng)終端AmI中間件架構(gòu)設(shè)計(jì)
    2.3 AmI移動(dòng)代理
        2.3.1 AmI web應(yīng)用運(yùn)行時(shí)模塊
        2.3.2 AmI web應(yīng)用管理模塊
        2.3.3 應(yīng)用邏輯解析模塊
        2.3.4 AmI上下文采集管理模塊
        2.3.5 AmI應(yīng)用安全管理模塊
    2.4 AmI服務(wù)引擎
        2.4.1 上下文感知服務(wù)引擎
        2.4.2 應(yīng)用服務(wù)管理引擎
    2.5 應(yīng)用驗(yàn)證
    2.6 性能和易用性分析
        2.6.1 性能分析
        2.6.2 易用性分析
    2.7 本章小結(jié)
第三章 AmI可信應(yīng)用管理框架
    3.1 引言
    3.2 AmI可信應(yīng)用管理需求
    3.3 AmI可信應(yīng)用管理框架設(shè)計(jì)
        3.3.1 AmI可信應(yīng)用容器
        3.3.2 AmI可信服務(wù)管理系統(tǒng)
    3.4 應(yīng)用驗(yàn)證
    3.5 本章小結(jié)
第四章 AmI應(yīng)用數(shù)據(jù)安全存儲(chǔ)機(jī)制
    4.1 引言
    4.2 AmI應(yīng)用數(shù)據(jù)安全存儲(chǔ)系統(tǒng)架構(gòu)
    4.3 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)管理
    4.4 安全機(jī)制
        4.4.1 密鑰安全保護(hù)
        4.4.2 通訊實(shí)體身份認(rèn)證
        4.4.3 數(shù)據(jù)完整性保護(hù)
        4.4.4 數(shù)據(jù)機(jī)密性保護(hù)
    4.5 典型服務(wù)工作流程
    4.6 應(yīng)用驗(yàn)證
    4.7 本章小結(jié)
第五章 AmI應(yīng)用NFC上下文安全交換機(jī)制
    5.1 引言
    5.2 AmI應(yīng)用NFC上下文安全交換需求
        5.2.1 NFC讀寫器模式數(shù)據(jù)安全交換需求
        5.2.2 NFC P2P模式數(shù)據(jù)安全交換需求
        5.2.3 NFC卡模擬模式數(shù)據(jù)安全交換需求
    5.3 NFC讀寫器模式數(shù)據(jù)安全交換機(jī)制
    5.4 NFC P2P模式數(shù)據(jù)安全交換機(jī)制
    5.5 NFC卡模擬模式數(shù)據(jù)安全交換機(jī)制
    5.6 應(yīng)用驗(yàn)證
    5.7 本章小結(jié)
第六章 全文總結(jié)與展望
    6.1 全文總結(jié)
    6.2 后續(xù)工作展望
致謝
參考文獻(xiàn)
攻讀博士學(xué)位期間取得的成果


本文編號(hào)：2868382