基于上下文感知交互的智能家居仿真系统

摘要

目前，正在开发创新的信息和通信技术，以帮助改善日常生活的各个领域。在这些创新中，物联网(IOT)的发展，普适计算和无处不在计算都是值得关注的，因为它们可以无视终端用户的物理位置，为其提供控制和访问各种计算资源和信息的能力。智能家居的概念已经存在了十年，并经历了可喜的发展。上下文感知计算的发明是可以应用于各种设置的此类开发的一个好例子。从智能家居的角度来看，上下文感知信息有助于家庭根据手头的情况进行调整。例如，上下文感知智能家居可以通过上下文感知计算自动控制室温或环境灯。 上下文感知计算长期以来一直是全球研究的核心领域。虽然上下文感知计算正在不同的平台进行测试，但一个特定的领域是开发上下文感知的智能家居系统。在这个领域中应用和使用上下文感知有望为家庭服务带来有希望的创新。然而，为了使上下文感知的智能家庭系统能够商业化，还有更多的研究空间。开发智能家庭系统对研究人员和工程师来说是一个挑战，因为这些系统的实施和评估过程成本高昂，同时非常耗时。在实际构建之前测试设计的智能家居系统被认为是实现高效智能家居项目的另一个障碍。这是因为各种传感器、家用电器和设备都可用于真正的智能环境。 为了解决开发动态上下文感知智能家居系统的问题，本文提出了一种基于上下文感知的智能家居仿真器，适合于智能家居的仿真方面环境。该模拟器提供了一个设计的家庭计划，虚拟传感器和不同的设备作为虚拟家庭环境的模型。还可以定义场景以测试设备状态的各种可能的组合;因此可以简单地评估不同的标准和变量，而无需在实际环境中进行实验。 本文旨在设计和实现基于OSGi框架的分布式智能家居环境感知模拟器，其中虚拟传感器创建上下文信息而不是使用物理传感器。XML配置文件用于保存用于构造家庭环境、虚拟设备和服务、模拟上下文信息和测试设备之间的OSGi事件交互的信息。针对当今时代的动态需求，本文开发了一种支持无处不在的技术并具有情境感知能力智能家居系统。交互是基于通过公用OSGi框架以分布式环境的形式连接在一起的实际设备触发的。实际操作上下文与模拟上下文进行比较，并根据一组规则确定智能家居内的交互。环境和管理功能（规则、事件和操作模式）通过一组可配置的XML文件进行配置，动态图形表示描述智能家居的当前状态。本文的主要成果如下: 1.本文指出了以往设计的上下文感知模拟器的常见问题和局限性，并提出了一种更具伸缩性和动态性的面向服务架构(SOA)上下文感知模拟器。 2.针对智能家居系统的开发和测试，提出了一种基于OSGi的分布式智能家居环境感知模拟器，解决了智能家居设计中存在的问题。OSGi旨在为智能家居系统应用程序的开发提供一个基于模块化和动态的Java系统规范。这种智能家居模拟已被开发为分布式环境。在共享网络的不同对象之间发送和接收数据。由于可以在智能家居中添加和删除设备，因此OSGi框架是最佳的选择。即使设备发生故障（如光故障），系统其余部分的工作也不会受到影响。一旦设备被修复，就可以将其添加回OSGi网络，并在系统中恢复其角色。 3.在高度动态模拟器的设计方面，本文提出了一种基于OSGi的环境感知模拟器，用于分布式智能家居中解决该问题。Apache Felix iPOJO（注入的普通Java对象）基于Maven的方法被用于建立OSGi环境。iPOJO是专门为OSGi服务平台创建的面向服务的组件模型。iPOJO的目的是通过提供和使用服务、处理动态性问题来简化OSGi开发，并通过无缝地合并高级功能（包括组件配置、同步和组合）为基本的OSGi机制提供支持。 模拟在真正智能家居的设计和开发阶段发挥了重要作用。模拟器直观地表示基于用户活动的智能家居不同设备之间发生的运行时交互。通过虚拟传感器，可以模拟真实环境，并且能够便捷的生成上下文感知逻辑。一旦系统意识到了上下文感知，虚拟设备就可以被真实设备所替代。如前所述，使智能家居系统分布式的解决方案是使用(OSGi)技术。使用OSGi框架来设计分布式智能家居是一个很好的研究领域。文中已经研究并实现了几种模拟器的设计，这些模拟器并不一定基于OSGI。 本文类似于傅等学者(2011)所提出的观点。本文目的是为基于分布式OSGi的智能家居系统中的多个居民开发上下文感知逻辑。所开发的工具必须支持多种设备，并且应在不同的智能家居环境中安装。系统的不同组件是可配置的，例如设备、人员和环境，都是通过XML文件进行配置。这使得相同系统可以在任何类似的智能家居中应用，而无需更改任何已开发的组件。由于系统是基于OSGi的，所以它是一个分布式的智能家居系统。 本文模拟了一个案例研究场景，并通过实验结果验证了基于OSGi的模拟器的工作原理。该模拟器有两种操作模式，即在(I)et Beans IDE（集成开发环境）上运行的模拟器模式和使用Apache Felix iPOJO(Maven数据库)开发的OSGi模式。

目录

摘要

ABSTRACT

Table of Contents

CHAPTER 1．INTRODUCTION

1．1．1 Evolution of Smart Homes

1．1．2 Recent Focus of Smart Homes

1．1．3 Benefits of Smart Home

1．2 Context-Aware Computing

1．2．1 Wbat is Context?

1．2．2．Previous Definitions of Context

1．2．3 Our Definition of Context

1．2．4 What is Context-Awareness?

1．2．6 Our Definition of Context-Aware

1．3 Background of Research

1．4．Related Works

1．5 Proposed Smart Home Simulator

1．6 Thesis Outline

CHAPTER 2．CONCEPTS OF THE SYSTEM

2．1 Difficulty of context

2．1．1 Lack of Variety of Sensors

2．1．2 Lack of Variety of Types of Context

2．1．3 Lack of evolution of applications

2．3 Service-Oriented Architecture(SOA)

2．3．1 Motivation for Service-Orientation

2．3．2 Limitations of Service-Orientation

2．4 The System's Framework Features

2．4．1 OSGi Framework

2．4．2 The System's Framework

CHAPTER 3．THE ARCHITECTURE AND DESIGN

3．1 Overview of the Simulator

3．2 The System's Architecture

3．2．1 Components of the System

3．2．2 The System’s Environment Architecture

3．2．3 The Flow of Data

3．3 The System's Design

CHAPTER 4．THE SIMULATION

4．1 Device Simulation

4．2 The Simulator's Simulation

4．3 The Simulated Case-Scenario Walkthrough

4．4 The Scenario at Runtime(Results)

CHAPTER 5．CONCLUSION AND FUTURE WORKS

5．1 Conclusion

5．2 FUTURE WORKS

Appendix

References

ACKNOWLEDGEMENT

声明