發(fā)布時(shí)間：2017-05-04 18:16

  本文關(guān)鍵詞：智能空間應(yīng)用的增量式開發(fā)及其支撐技術(shù)研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：普適計(jì)算(Ubiquitous Computing)作為一種新的計(jì)算模式,其本質(zhì)特征是信息空間與物理空間的融合和計(jì)算對人的透明性。智能空間(Smart Space)作為普適計(jì)算典型、具體而集中的體現(xiàn),受到國內(nèi)外學(xué)術(shù)界與工業(yè)界的廣泛關(guān)注。諸如MIT、GIT、CMU、UIUC以及清華大學(xué)等國內(nèi)外知名大學(xué)都開展了對智能空間積極的探索；而諸如微軟、IBM以及HP等知名企業(yè)也有相應(yīng)的研究計(jì)劃。智能空間基礎(chǔ)設(shè)施持續(xù)變化、用戶需求多變等特性決定了智能空間及其應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)不應(yīng)也不可能是一蹴而就的,而是“增量式的”：需要在系統(tǒng)部署運(yùn)行之后不斷重新認(rèn)識(shí)所部屬的空間環(huán)境以及用戶新的需求、調(diào)整或打破已有假設(shè),并在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步增加新的應(yīng)用或完善現(xiàn)有應(yīng)用。然而,近年來普適計(jì)算研究領(lǐng)域的研究集中于感知數(shù)據(jù)處理技術(shù)以及新型應(yīng)用研制兩個(gè)方面,缺乏針對智能空間應(yīng)用系統(tǒng)增量式開發(fā)的系統(tǒng)性工作。針對這一現(xiàn)狀,本文的研究工作主要圍繞如何實(shí)現(xiàn)能空間及其應(yīng)用系統(tǒng)的增量式開發(fā)這一問題而展開。針對這一問題,本文首先對智能空間及其應(yīng)用系統(tǒng)的增量式開發(fā)需求進(jìn)行分析。在此基礎(chǔ)上,本文提出了三點(diǎn)基本思路：從軟件模型角度入手,明確智能空間應(yīng)用系統(tǒng)的軟件構(gòu)成及其相互關(guān)系；從開發(fā)技術(shù)角度,提供對智能空間應(yīng)用系統(tǒng)便捷、完整、統(tǒng)一的增量開發(fā)支持；從運(yùn)行／演化支撐的角度,解決智能應(yīng)用系統(tǒng)的增量式動(dòng)態(tài)部署以及多應(yīng)用沖突處理問題。具體而言,本文的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)如下：第一,本文系統(tǒng)分析了智能空間及其應(yīng)用系統(tǒng)的特征和增量式開發(fā)需求,以關(guān)注分離原則為指導(dǎo),提出了一個(gè)以“環(huán)境主體部分與業(yè)務(wù)邏輯顯式分離”為內(nèi)涵的智能空間應(yīng)用系統(tǒng)軟件模型,為系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、開發(fā)、運(yùn)行和維護(hù)提供統(tǒng)一的指導(dǎo)。該軟件模型將智能空間應(yīng)用系統(tǒng)視為由環(huán)境主體部分與業(yè)務(wù)邏輯部分這兩個(gè)相互獨(dú)立并相互作用的部分所構(gòu)成。其中,環(huán)境主體是對應(yīng)用系統(tǒng)所處的真實(shí)環(huán)境的及時(shí)的數(shù)字化映像,是應(yīng)用業(yè)務(wù)邏輯與真實(shí)運(yùn)行環(huán)境交互的橋梁；業(yè)務(wù)邏輯部分實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的業(yè)務(wù)功能,它依靠環(huán)境主體獲取系統(tǒng)的環(huán)境狀態(tài)信息、調(diào)節(jié)指定的環(huán)境要素狀態(tài)。整個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)可以封裝為一系列configuration。不同configuration應(yīng)對系統(tǒng)所處的不同環(huán)境條件并提供類似的功能或服務(wù)。系統(tǒng)行為的動(dòng)態(tài)變化在大尺度上體現(xiàn)為不同configuration的切換,小尺度上體現(xiàn)為在一個(gè)configuration下對系統(tǒng)功能的細(xì)粒度調(diào)整。第二,為了支持應(yīng)用業(yè)務(wù)邏輯的增量式開發(fā)與動(dòng)態(tài)部署,本文對傳統(tǒng)對象模型進(jìn)行了擴(kuò)充,提出了可調(diào)節(jié)對象模型�？烧{(diào)節(jié)對象模型將應(yīng)用業(yè)務(wù)邏輯視為由一系列相互交互的可調(diào)節(jié)對象(adapt-ready object)所構(gòu)成。每個(gè)可調(diào)節(jié)對象的行為通過其操作方法所刻畫,而每個(gè)操作方法的具體執(zhí)行行為則由一系列的操作變體(operation variant)的組合而實(shí)現(xiàn)。而可調(diào)節(jié)對象對外提供接口,可以動(dòng)態(tài)對其某個(gè)具體操作方法添加、替換、刪除或重組其操作變體�；诳烧{(diào)節(jié)對象模型,我們的核心業(yè)務(wù)即可以通過一系列的可調(diào)節(jié)對象來承載,而系統(tǒng)的適應(yīng)性業(yè)務(wù)則可以通過相應(yīng)操作變體來承載,通過操作變體的動(dòng)態(tài)重組的方式來動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)單個(gè)對象乃至整個(gè)系統(tǒng)的行為。第三,應(yīng)對智能空間部署應(yīng)用的增多而帶來的多個(gè)應(yīng)用之間的潛在沖突問題,我們提出了兩套沖突避免策略：策略1嘗試顯示刻畫應(yīng)用間的影響,將一個(gè)智能空間中的所有應(yīng)用及其之間的相互影響建模為一個(gè)Influence Graph,并在此基礎(chǔ)上給出了一個(gè)基于遺傳算法的解決手段。經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證,較暴力求解算法而言,該算法能夠在可接受的有限時(shí)間內(nèi)找到一個(gè)足夠好的應(yīng)用配置方案；策略2則從應(yīng)用對共享的環(huán)境的要求和影響的角度出發(fā),將多應(yīng)用沖突處理這一問題轉(zhuǎn)換為一個(gè)約束滿足問題(Constraint Satisfaction Problem, CSP),并給出一個(gè)高效的求解算法。特別的,策略2采用了(1)一個(gè)兩階段效用預(yù)估手段和(2)兩個(gè)有效的應(yīng)用排序技術(shù)。經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,較已有同類工作而言,策略2可以節(jié)省超過90%的一致性檢測開銷,具備更好的實(shí)用性。最后,在智能空間應(yīng)用系統(tǒng)軟件模型基礎(chǔ)之上,我們對智能空間應(yīng)用增量式開發(fā)方法和框架展開研究。與智能空間應(yīng)用系統(tǒng)軟件模型對應(yīng),我們將整個(gè)系統(tǒng)的開發(fā)分為業(yè)務(wù)邏輯開發(fā)和環(huán)境主體開發(fā)兩大部分；而針對每一部分,則可進(jìn)一步劃分為初始開發(fā)和增量開發(fā)兩個(gè)階段。初始開發(fā)階段依據(jù)初始的系統(tǒng)功能需求,完成對環(huán)境的初步建模以及相關(guān)環(huán)境設(shè)施的開發(fā)和部署,實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)與上下文無關(guān)的核心業(yè)務(wù)邏輯。增量開發(fā)階段則負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的適應(yīng)性行為的階段性開發(fā)。依據(jù)應(yīng)用新的需求,對現(xiàn)有環(huán)境模型進(jìn)行擴(kuò)展,開發(fā)并部署相應(yīng)的環(huán)境設(shè)施,開發(fā)一系列的操作變體并進(jìn)一步定義(或修改)一系列的configuration,完成適應(yīng)性行為的增量開發(fā)與發(fā)布。為了對上述開發(fā)過程提供統(tǒng)一的支持,我們還設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一組編程語言(AdaptJ+CfgL)以及相應(yīng)集成開發(fā)環(huán)境。
【關(guān)鍵詞】：普適計(jì)算 智能空間 上下文感知 增量式開發(fā) 多應(yīng)用沖突避免
【學(xué)位授予單位】：南京大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TP311.52
【目錄】：

• 摘要4-6
• 英文摘要6-21
• 第一章 緒論21-37
• 1.1 普適計(jì)算與智能空間21-23
• 1.1.1 普適計(jì)算的特征21-23
• 1.1.2 智能空間——典型普適計(jì)算場景23
• 1.2 智能空間應(yīng)用系統(tǒng)23-28
• 1.2.1 智能空間應(yīng)用的特征24
• 1.2.2 智能空間應(yīng)用的結(jié)構(gòu)24-25
• 1.2.3 假想智能空間場景25-26
• 1.2.4 智能空間應(yīng)用的開發(fā)26-28
• 1.3 本文研究問題及研究思路28-35
• 1.3.1 智能空間應(yīng)用的增量開發(fā)與動(dòng)態(tài)部署29-31
• 1.3.2 智能空間應(yīng)用的沖突避免技術(shù)31-33
• 1.3.3 研究思路33-35
• 1.4 本文主要貢獻(xiàn)35-36
• 1.5 文章組織36-37
• 第二章 智能空間應(yīng)用系統(tǒng)軟件模型37-55
• 2.1 設(shè)計(jì)原則37-38
• 2.2 智能空間應(yīng)用系統(tǒng)軟件模型38-40
• 2.3 環(huán)境主體40-46
• 2.3.1 上下文模型40-43
• 2.3.2 環(huán)境主體的功能43-44
• 2.3.3 環(huán)境主體的邏輯構(gòu)成44-46
• 2.4 可調(diào)節(jié)業(yè)務(wù)邏輯46-53
• 2.4.1 智能空間應(yīng)用的Configuration46-47
• 2.4.2 基于Configuration的應(yīng)用業(yè)務(wù)封裝47-48
• 2.4.3 可調(diào)節(jié)對象模型48-53
• 2.5 小結(jié)53-55
• 第三章 智能空間應(yīng)用系統(tǒng)的增量開發(fā)55-69
• 3.1 智能空間應(yīng)用系統(tǒng)軟件形態(tài)55-56
• 3.2 基于智能空間應(yīng)用系統(tǒng)軟件模型的增量開發(fā)56-59
• 3.2.1 初始開發(fā)56-58
• 3.2.2 增量迭代開發(fā)58-59
• 3.2.3 適應(yīng)性行為的部署59
• 3.3 AdaptJ語言59-63
• 3.3.1 SystemState的聲明59-60
• 3.3.2 Situation的聲明60-61
• 3.3.3 Adaptable Class的聲明61-62
• 3.3.4 Vaiant的聲明62-63
• 3.4 CfgL語言63-66
• 3.4.1 ConfigurationSet的聲明63-64
• 3.4.2 Configuration的聲明64-66
• 3.5 小結(jié)66-69
• 第四章 多應(yīng)用沖突避免技術(shù)69-101
• 4.1 基于Configuration選取的應(yīng)用沖突處理69-70
• 4.2 基于Influence Graph的多應(yīng)用沖突處理技術(shù)70-85
• 4.2.1 Influence Graph模型71-73
• 4.2.2 基于遺傳算法的最優(yōu)方案搜索73-77
• 4.2.3 模擬與評估77-84
• 4.2.4 分析與討論84-85
• 4.3 基于環(huán)境規(guī)約的多應(yīng)用沖突處理技術(shù)85-100
• 4.3.1 環(huán)境規(guī)約86
• 4.3.2 環(huán)境規(guī)約之間的沖突86-87
• 4.3.3 搜索最優(yōu)配置方案87-94
• 4.3.4 模擬與評估94-100
• 4.4 小結(jié)100-101
• 第五章 原型系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)101-145
• 5.1 環(huán)境主體的實(shí)現(xiàn)101-106
• 5.1.1 探測器、抽象器與效應(yīng)器101-103
• 5.1.2 應(yīng)用環(huán)境體103-105
• 5.1.3 協(xié)同器105-106
• 5.2 可調(diào)節(jié)對象系統(tǒng)與自適應(yīng)轉(zhuǎn)換器106-122
• 5.2.1 可調(diào)節(jié)對象系統(tǒng)106-113
• 5.2.2 自適應(yīng)轉(zhuǎn)換器113-122
• 5.3 運(yùn)行管理平臺(tái)122-126
• 5.3.1 業(yè)務(wù)邏輯運(yùn)行管理122-123
• 5.3.2 環(huán)境主體運(yùn)行管理123-126
• 5.4 編程語言的實(shí)現(xiàn)126-130
• 5.4.1 AdaptJ語言的實(shí)現(xiàn)126-129
• 5.4.2 CfgL語言的實(shí)現(xiàn)129-130
• 5.5 集成開發(fā)環(huán)境130-139
• 5.5.1 Eclipse簡介130
• 5.5.2 開發(fā)向?qū)?/span>130-136
• 5.5.3 AdaptJ Editor136-137
• 5.5.4 AdaptJ Builder137-138
• 5.5.5 自適應(yīng)轉(zhuǎn)換器與運(yùn)行/管理平臺(tái)138-139
• 5.6 小結(jié)139-145
• 第六章 示例系統(tǒng)的開發(fā)145-165
• 6.1 模擬智能空間簡介145
• 6.2 公共環(huán)境模型的創(chuàng)建145-146
• 6.2.1 Ontology Schema的開發(fā)146
• 6.2.2 實(shí)例數(shù)據(jù)的開發(fā)146
• 6.3 環(huán)境設(shè)施的開發(fā)與部署146-151
• 6.3.1 Detector與Effector的開發(fā)148
• 6.3.2 Detector與Effector的部署148-151
• 6.4 智能影音系統(tǒng)151-158
• 6.4.1 核心業(yè)務(wù)邏輯152-155
• 6.4.2 適應(yīng)性業(yè)務(wù)邏輯的增量開發(fā)155-158
• 6.5 智能閱讀支撐系統(tǒng)158-161
• 6.5.1 系統(tǒng)狀態(tài)聲明158
• 6.5.2 情境聲明158-160
• 6.5.3 基本功能實(shí)現(xiàn)與部署160-161
• 6.6 沖突的處理161-163
• 6.7 小結(jié)163-165
• 第七章 結(jié)論和展望165-169
• 7.1 結(jié)論165-167
• 7.2 展望167-169
• 附錄A 環(huán)境主體的實(shí)現(xiàn)169-181
• A.1 公共基礎(chǔ)類169-170
• A.2 應(yīng)用環(huán)境體170
• A.3 探測器與抽象器170-171
• A.4 效應(yīng)器171-172
• A.5 推理器172-173
• A.6 情境評估器173-174
• A.7 策略評估器174-178
• A.8 AEE_Actuator178-179
• A.9 基于Jena的推理器、評估器實(shí)現(xiàn)179-181
• 附錄B 運(yùn)行支撐平臺(tái)的實(shí)現(xiàn)181-199
• B.1 通訊模塊181
• B.2 探測器管理器181-185
• B.3 抽象器管理器185-188
• B.4 效應(yīng)器管理器188
• B.5 推理器管理器188-189
• B.6 情境評估器管理器189-192
• B.7 策略評估器管理器192-193
• B.8 應(yīng)用環(huán)境體管理器193-194
• B.9 應(yīng)用代理管理器194-197
• B.10 Platform管理與PlatformDictionary197-199
• 附錄C 智能空間應(yīng)用開發(fā)語言199-203
• C.1 AdaptJ語言199-201
• C.2 CfgL語言201-203
• 參考文獻(xiàn)203-215
• 簡歷與科研成果215-219
• 致謝219-220

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前4條

1 楊芙清,梅宏,呂建,金芝;淺論軟件技術(shù)發(fā)展[J];電子學(xué)報(bào);2002年S1期

2 呂建;馬曉星;陶先平;徐鋒;胡昊;;網(wǎng)構(gòu)軟件的研究與進(jìn)展[J];中國科學(xué)E輯:信息科學(xué);2006年10期

3 呂建;馬曉星;陶先平;曹春;黃宇;余萍;;面向網(wǎng)構(gòu)軟件的環(huán)境驅(qū)動(dòng)模型與支撐技術(shù)研究[J];中國科學(xué)(E輯:信息科學(xué));2008年06期

4 余萍;馬曉星;呂建;陶先平;;一種面向動(dòng)態(tài)軟件體系結(jié)構(gòu)的在線演化方法[J];軟件學(xué)報(bào);2006年06期

  本文關(guān)鍵詞：智能空間應(yīng)用的增量式開發(fā)及其支撐技術(shù)研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：345577