支持位置感知的协作环境及其关键技术研究

摘要

CSCW领域的一个重要研究目标就是借助于人工设施(如计算机、通信网络等)为地域分散的组织提供一个协作环境,以便共同完成一项任务。 传统的协作环境力图通过模拟仿真面对面的协作方式,提供各种感知和交互功能构建一个虚拟的“面对面”的协作环境,让组织协作突破了空间的限制。不论组织成员在地域上分布在何处,都可以通过此虚拟的协作环境实现“面对面”的协作。 但是,基于位置的协作的广泛应用,我们需要新一代的协作环境.支持位置感知的协作环境,随着定位精度的提高和定位成本的下降,基于位置协作的应用日益广泛,使得这种需求有了实现可能,从而协作环境用户不仅能够“面对面”协作,还能具有感知对方位置和时空关系变化的能力,即位置感知。 要研究、开发支持位置感知的协作环境,首先要分析基于位置协作的特点,然后讨论协作环境中引入位置因素,对协作环境哪些要素产生影响,是如何影响的。因此,位置感知已经成为CSCW领域研究的一个热点,现在的研究主要集中在三方面：1)从理论和实验的角度研究用户位置对协作分工、协调、意图推测等各方面影响；2)位置信息的获取、融合、建模和存储；3)时空事件的表达和检测。 从基于位置的协作研究方面看,现有研究缺乏用户位置对协作各要素影响的深入分析,如缺乏用户位置对组织、规则和交互等方面影响的深入研究；从支持位置感知的协作环境方面看：1)现有位置感知的研究大都只支持简单的时空事件；2)缺乏用户位置变化对协作规则的影响研究,如对发言控制和访问控制的影响；3)缺乏通用的框架模型研究。 因此,本文首先分析了基于位置协作的特点,给出了其协作模型Loco;接着,分析了基于位置协作的支持环境-支持位置感知的协作环境的特征、服务和关键技术。并解决了其中三项关键技术：1)时空事件的表达和检测；2)基于空间公平的发言控制策略；3)基于身份和时空约束的访问控制模型；最后,提出了支持位置感知的协作环境实验框架模型-TCEF,分析了支持位置感知的协作环境的支撑技术,并实现系统原型SynMapper,以验证框架模型及关键技术的正确性。 本文的主要研究成果可以归纳为： ◆从理论方面 1)提出了基于位置协作的概念,并分析了其分散性、移动性和动态性的特征,提出了Loco模型,从通信、协调控制和组织三方面分析了用户位置变化对协作的动态影响。 2)定义了支持位置感知的协作环境,并分析其特征和提供的组织、活动、交互、场景和位置感知服务。 ◆从关键技术方面1)时空事件的表达和检测：给出了表达丰富的时空事件模型和高效的时空事件两步检测机制:TSEDM;首先分析了组成时空事件的空间、时间和比较谓词,给出了时空事件模式,利用此模式可以描述72种时空事件；接着分析了链接谓词以及其交换律、结合律和传递律,给出了复合时空事件模式；接着提出了组织树来组织原子时空事件,提出了复合事件树和事件映射表来构建和索引复合时空事件,并在此基础上提出了两步事件检测机制-TSEDM;最后通过对比仿真验证了TSEDM在支持位置感知的协作环境中对时空事件的检测更高效。 2)基于空间公平的发言权混合控制策略：首先提出了发言权四叉树,用来记录历史发言权在空间上的分布情况,并利用发言权四叉树构建了发言指数,作为用户发言的空间优先权的标准,并据此提出了基于空间公平的发言排序算法；再次,把基于空间公平的发言排序算法加入到发言权混合控制策略中,提出了基于空间公平的混合控制策略；最后,通过仿真实验获得的对比数据验证了此策略应用在支持位置感知的协作环境中发言权分配的空间公平性。 3)基于身份和时空约束的访问控制模型：首先分析了在基于位置协作交互过程中,用户对共享数据的访问控制需求,提出两个访问控制约束：身份约束和时空约束；其次在基于角色的访问控制模型基础上,扩展了用户到角色映射的两个约束：身份和时空约束；其次,通过对模型中各种冲突的分析,提出了四条兼容性规则,给出了交互角色有效性的检测约束和动态检测算法；再次,给出了操作合法性检测规则；最后,给出了模型的实现,并与现有模型进行了对比分析。 ◆从实现方面 1)在国际电联ITU-T.120参考模型的基础上,扩展了位置感知的功能,提出了支持位置感知的协作环境实验框架模型:TCEF。 2)基于TCEF参考模型,开发了支持位置感知的协作环境的核心模块:T.120引擎,接着给出了支持位置感知的协作环境的原型系统:SynMapper,验证了参考模型和关键技术的正确性。 本文的研究工作力图探索新一代的协作环境的研制方法,并起到抛砖引玉的作用。

目录

论文说明：图表目录

声明

摘要

1.绪论

1.1.研究背景

1.2.研究内容

1.2.1.位置对协作的影响

1.2.2.支持位置感知的协作环境的构建

1.3.研究问题

1.4.本文研究目的

1.5.本文组织结构

2.基于位置的协作及其模型

2.1.引言

2.2.协作

2.2.1.协作的定义

2.2.2.协作的分类

2.3.基于位置的协作-LBC(Location Based Collaboration)

2.3.1.LBC的定义

2.3.2.LBC的特征

2.4.基于位置的协作模型

2.4.1.Loco模型简介

2.4.2.Loco形式化模型

2.4.3.Loco动态演变

2.5.本章小结

3.支持位置感知的协作环境-LCWE

3.1.引言

3.2.感知(Awareness)

3.3.位置感知(Location Awareness)

3.3.1.位置感知的定义

3.3.2.位置感知的分类

3.4.协作环境

3.5.支持位置感知的协作环境-LCWE

3.5.1.LCWE的定义

3.5.2.LCWE的特征

3.5.3.LCWE的服务

3.5.4.LCWE的关键技术

3.6.本章小结

4.时空事件的表达与检测

4.1.引言

4.2.研究现状

4.3.原子时空事件

4.3.1.事件定义

4.3.2.时空事件定义

4.3.3.原子时空事件定义

4.3.4.原子时空事件谓词

4.3.5.原子时空事件模式

4.4.复合时空事件

4.4.1.复合时空事件定义

4.4.2.链接谓词

4.4.3.复合时空事件模式

4.5.时空事件的检测

4.5.1.原子时空事件检测

4.5.2.复合时空事件检测

4.5.3.两步事件检测机制

4.6.算法验证

4.7.本章小结

5.基于空间公平的发言权控制策略

5.1.引言

5.2.研究现状

5.3.基于空间公平的排序算法

5.3.1.发言权四叉树

5.3.2.发言指数

5.3.3.排序算法

5.4.基于空间公平的混合策略

5.4.1.策略描述

5.4.2.策略评价

5.5.仿真验证

5.6.本章小结

6.基于身份和时空约束的访问控制模型

6.1.引言

6.2.研究现状

6.3.模型简介

6.3.1.模型元素

6.3.2.兼容性原则

6.3.3.角色有效性检测

6.3.4.操作合法性检测

6.4.模型的实现

6.4.1.逻辑结构

6.4.2.工作流程

6.5.模型对比

6.6.本章小结

7.支持位置感知的协作环境实验框架

7.1.引言

7.2.ITU-T.120协议

7.3.基于T.120的协作环境实验框架：TCEF

7.3.1.核心协议层

7.3.2.应用协议层

7.3.3.应用服务层

7.3.4.应用表示层

7.4.本章小结

8.支持位置感知的协作环境实现探索：SyllMapper

8.1.引言

8.2.支撑技术分析

8.2.1.支撑技术I-无线定位技术

8.2.2.支撑技术Ⅱ-移动GIS技术

8.3.SynMapper的结构

8.3.1.逻辑结构

8.3.2.物理结构

8.4.SynMapper的实现

8.4.1.T.120 MCU

8.4.2.位置感知服务器

8.4.3.场景服务器

8.4.4.组织服务器

8.4.5.客户端

8.5.本章小结

9.总结与展望

9.1.本文总结

9.2.研究成果

9.3.进一步工作

参考文献

附录

10.后记