Nghiên cứu phát triển ứng dụng nhận biết ngữ cảnh trong môi trường tính toán nhân rộng

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ NGUYỄN THỊ NHƢ NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN ỨNG DỤNG NHẬN BIẾT NGỮ CẢNH TRONG MƠI TRƢỜNG TÍNH TỐN NHÂN RỘNG Ngành: Công nghệ thông tin Chuyên ngành: Công nghệ phần mềm Mã số: 60 48 10 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ THÔNG TIN Hà Nội – 2012 MỤC LỤC Trang phụ bìa Lời cam đoan MỤC LỤC Danh mục ký hiệu, chữ viết tắt Danh mục bảng Danh mục hình vẽ MỞ ĐẦU Chương 1: Tổng quan 1.1 Mơi trường tính tốn nhân rộng 1.1.1 Đặc điểm 1.1.2 Cơ hội thách thức 10 1.1.2.1 Cơ hội 10 1.1.2.2 Thách thức 11 1.2 Ngữ cảnh 12 1.2.1 Các định nghĩa ngữ cảnh 13 1.2.2 Các đặc trưng thông tin ngữ cảnh 16 1.2.3 Phân loại hạng mục ngữ cảnh 18 1.2.4 Mô hình làm việc cho ngữ cảnh 20 1.3 Nhận biết ngữ cảnh 21 1.3.1 Xu nhận biết ngữ cảnh lợi ích tính tốn nhân rộng 21 1.3.2 Nhận biết ngữ cảnh gì? 22 1.3.3 Tính tốn nhận biết ngữ cảnh 23 Chương Biểu diễn mô hình hóa ngữ cảnh 25 2.1 Các u cầu mơ hình thơng tin ngữ cảnh 25 2.1.1 Tính khơng đồng di động (Heterogeneity and mobility) 26 2.1.2 Các mối quan hệ phụ thuộc (Relationships and dependencies) 26 2.1.3 Thời điểm (Timeliness) 26 2.1.4 Khơng hồn hảo (Imperfection) 26 2.1.5 Lập luận (reasoning) 27 2.1.6 Tính sử dụng hình thức mơ hình hóa (Usability of modelling formalisms) 27 2.1.7 Dữ liệu ngữ cảnh hiệu (Efficient context provisioning) 27 2.2 Các cách tiếp cận mơ hình hóa ngữ cảnh 28 2.2.1 Các mơ hình Giá trị - thuộc tính Lược đồ đánh dấu (MarkupScheme) 28 2.2.2 Các mơ hình thơng tin ngữ cảnh dựa vai trò đối tượng (Objectrole Context Modelling) 28 2.2.2.1 Tổng quan CML 29 2.2.2.2 Hỗ trợ lập luận 30 2.2.2.3 Đánh giá 31 2.2.3 Các mô hình khơng gian thơng tin ngữ cảnh 32 2.2.3.1 Mơ hình thơng tin ngữ cảnh 32 2.2.3.2 Hỗ trợ lập luận 34 2.2.3.3Đánh giá 34 2.2.4 Các mơ hình thơng tin ngữ cảnh dựa thể học (Ontology-based Context Modelling) 35 2.2.4.1 Mơ hình thơng tin ngữ cảnh 35 2.2.4.2 Hỗ trợ lập luận 37 2.2.4.3 Đánh giá 38 2.2.5 Các mơ hình ngữ cảnh lai 38 2.2.5.1 Tại mơ hình lai cần thiết 38 2.2.5.2 Hai cách tiếp cận theo hướng lai 40 2.2.5.2.1 Mơ hình lai dựa kiện/ontology 40 2.2.5.2.2 Mô hình kết hợp lỏng lẻo markup-based/ontological 40 2.2.5.2.3 Hướng tới mơ hình lai phân cấp 41 Chương Ứng dụng nhận biết ngữ cảnh chương trình minh họa 44 3.1 Kiến trúc phong cách kiến trúc hệ thống 44 3.1.1 Một số kiến trúc 45 3.1.2 Tiêu chí đánh giá kiến trúc theo mức phát triển ứng dụng nhận biết ngữ cảnh 47 3.2 Các thành phần hệ thống 48 3.2.1 Context supplier 49 3.2.2 Context comsumer (bộ tiêu dùng ngữ cảnh) 49 3.2.3 Context Abstractor (bộ trừu tượng ngữ cảnh) 49 3.3 Các công việc cần thiết cho tính tốn nhận biết ngữ cảnh 50 3.3.1 Các chế thu hồi cảm ngữ cảnh 50 3.4 Ứng dụng minh họa 52 Xây dựng tiện ích tìm kiếm qn cà phê theo ngữ cảnh tích hợp Smartphone Android: “Coffee Context Search” 52 3.4.1 Giới thiệu hệ điều hành Android 52 3.4.1.1 Android gì? 52 3.4.1.2 Kiến trúc Android 53 3.4.1.3 Công cụ phát triển phần mềm Android (Android SDK) 54 3.4.1 Xác định kịch ngữ cảnh sử dụng hệ thống 56 3.4.2.1 Kịch sử dụng 56 3.4.2.2 Xác định ngữ cảnh mơ hình hóa 56 3.4.3 Mơ hình kiến trúc hệ thống 57 3.4.4 Cài đặt ứng dụng 58 3.4.4.1 Xây dựng modul 59 3.4.2.2 Modul Tìm kiếm 60 3.4.2.3 Modul Kết 60 Kết luận hướng phát triển 62 Tài liệu tham khảo 64 Danh mục ký hiệu, chữ viết tắt Thuật ngữ,chữ viết tắt API Giải thích Application Programming Interface CML Context Modeling Language GPS Global Positioning System ORM Object Role Modeling OWL Ontology Web Language PDA Personal Digital Asistant RDF Resource Description Framework SDK Software Development Kit WGS World Geodetic System CC/PP Composite Capabilies/ Preference Profile Danh mục bảng Bảng Các thuộc tính đặc trưng ngữ cảnh 18 Bảng Phân loại chiều ngữ cảnh 19 Bảng Các giá trị kiện “located at” 31 Bảng 4.Tổng kết kiến trúc 47 Danh mục hình vẽ Hình 1.1 Mơ hình ngữ cảnh 16 Hinh 1.2 Kiến trúc quản lý ngữ cảnh mức cao 16 Hình 1.3 Tổng quan hạng mục ngữ cảnh 20 Hình 1.4 Khơng gian đặc tính ngữ cảnh 21 Hình 2.1 Vị trí mơ hình ngữ cảnh hệ thống nhận biết ngữ cảnh 25 Hình 2.2 Một ví dụ mơ hình biểu diễn ngữ cảnh với CML 30 Hình 2.3 Framework đa lớp 42 Hình 3.1 Các thành phần hệ thống nhận biết ngữ cảnh 49 Hình 3.2 Thu hồi ngữ cảnh 50 Hình 3.3 Phát ngữ cảnh 51 Hình 3.4 Cấu trúc diễn giải ngữ cảnh 52 Hình 3.5 Kiến trúc Android 53 Hình 3.6 Mơ hình hóa ngữ cảnh hệ thống 57 Hình 3.7 Mơ hình kiến trúc hệ thống 58 HÌnh 3.8 Giao diện giả lập Android 59 Hình 3.9 Giao diện nhập thơng tin qn cà phê 60 Hình 3.10 Giao diện tìm kiếm 60 Hình 3.11 Giao diện hiển thị kết tìm kiếm 61 MỞ ĐẦU Chương 1: Tổng quan 1.1 Mơi trường tính tốn nhân rộng Máy tính nâng tầm vượt xa máy tính để bàn phát triển thành nhiều thành phần sống hàng ngày Và với biến đổi không ngừng công nghệ, thiết bị nhỏ gọn, di động xâm nhập hầu hết lĩnh vực đời sống Do đói mơi trường tính tốn nơi/nhân rộng hiểu chung môi trường với ngữ cảnh biến động làm thay đổi hành vi cách hành xử người hệ thống mơi trường Tính tốn nơi kiểu tính tốn ngữ cảnh: xảy tình giới thực Cho đến hầu hết nghiên cứu mà đặc biệt lĩnh vực tính tốn di động chủ yếu tập trung giúp cho việc sử dụng thiết bị máy tính suốt, độc lập với môi trường Nỗ lực nghiên cứu khai thác ngữ cảnh Trong nghiên cứu báo cáo kiểm nghiệm vấn đề: ngữ cảnh thu thập, phân tán sử dụng nào, thay đổi tương tác người máy mơi trường tính tốn nhân rộng Các cơng nghệ cảm nhận cụ thể cảm biến vật lý mức thấp kỹ thuật nhận thức đánh giá giá trị chúng cung cấp ngữ cảnh hệ thống tính tốn nơi phân tích Các thiết bị ngày thường sử dụng mơi trường ln nhiều biến đổi chúng thích ứng chưa tốt theo thay đổi Một giả thiết số nhà nghiên cứu tính tốn nơi để giúp thiết bị ứng dụng thích ứng cách tự động với thay đổi môi trường vật lý xung quanh chúng môi trường điện từ dẫn tới việc nâng cao kinh nghiệm người dùng Thông tin môi trường vật lý điện tử tạo ngữ cảnh cho tương tác người dịch vụ tính tốn Như ngữ cảnh thơng tin đặc trưng cho tình có liên quan tới tương tác người dùng, ứng dụng môi trường xung quanh Hoạt động nghiên cứu phát triển với tính tốn nhân rộng giải thách thức tính tốn nhận biết ngữ cảnh Việc hiểu điều khiển ngữ cảnh xử lý đầu vào rõ ràng ảnh hướng lớn đến hành vi ứng dụng 1.1.1 Đặc điểm Các mơi trường tính tốn thời đặc trưng tính di động người dùng khơng đồng thiết bị tính tốn mạng, ngữ cảnh ứng dụng thay đổi (kiểu mạng, chất lượng dịch vụ, sở thích người dùng, lượng pin thiết bị tính tốn) Do vậy, chúng cần hiểu ngữ cảnh có 10 thể điều chỉnh hành vi theo thay đổi ngữ cảnh Để giải thách thức ngày tăng việc xây dựng ứng dụng cảm ngữ cảnh có tính linh động Có nhiều nỗ lực nghiên cứu cụ thể để ứng dụng cơng nghệ tính tốn nhân rộng giới thực Thực tế, khía cạnh quan trọng mơi trường tính tốn nhân rộng khơng phải cơng nghệ cách sử dụng thơng qua giới thực đáng nói Các ứng dụng thơng tin di động sử dụng ngày nhiều với tình vị trí khác tạo nên yêu cầu với phương thức tương tác chúng Khi tình huống, vị trí, hành động người dùng thay đổi, chức thiết bị nên thích ứng với thay đổi Đặc điểm thiết bị hệ thống tính toán nhân rộng nhận biết ngữ cảnh chúng phép chúng cung cấp dịch vụ thích ứng cách chủ động tới người dùng tới ứng dụng theo ngữ cảnh toàn cục 1.1.2 Cơ hội thách thức 1.1.2.1 Cơ hội Hầu hết quen gắn thuật ngữ máy tính với máy tính để hình sử dụng Tuy nhiên sống ngày nhiều người sử dụng cơng cụ tính tốn hay kỹ thuật tính tốn xử lý điều khiển nhỏ bé mà khơng liên quan đến máy tính Các thiết bị điện thoại di động, thiết bị nghe nhạc MP3, Tivi máy giặt…đều sử dụng cơng nghệ tính tốn xử lý Nhưng đại đa số người coi Tivi họ tivi đơn mà khơng có liên quan tới máy tính mà thực chất máy tính có điều giao diện sử dụng hồn tồn khác [2] Tương tác giới thực đúc rút từ lâu tri thức cách hành xử với môi trường xảy hang ngày sống đời thường Tri thức cho phép hành xử cách thông minh, ví dụ khả dự đốn phản xạ với số hành động…Trong mơi trường tính tốn nơi/nhân rộng, giới thực trở thành phần máy tính giao diện người dùng, mong chờ người dùng với hệ thống mở rộng dựa kinh nghiệm tương tác giới thực Tuy nhiên, người thiết kế thoải mái tạo xử lý tương tác hệ thống Nhận biết ngữ cảnh trở thành kỹ thuật hữu ích tính tốn nơi/nhân rộng yếu tố tạo thiết bị tính tốn ẩn giấu biến theo nghĩa với người dùng Thuật ngữ “nhận 11 biết ngữ cảnh” không cung cấp thông tin ngữ cảnh mà địi hỏi phải hiểu ngữ cảnh hiểu cách thống tình 1.1.2.2 Thách thức Tính tốn nhân rộng đem lại thách thức thiết kế đòi hỏi phát triển nhanh chóng kỹ nghệ phần mềm Nhận biết ngữ cảnh thường cần giải pháp với đáp ứng thách thức giúp cho ứng dụng đảm bảo tính linh hoạt tính tự trị Các ứng dụng nhận biết ngữ cảnh thường khai thác thông tin ngữ cảnh như: vị trí, nhiệm vụ sở thích người dụng để thích ứng với hành vi khả thay đổi môi trường thực thi yêu cầu người dùng Thông tin tích hợp từ cảm biến từ người dùng Rõ ràng, ứng dụng nhận biết ngữ cảnh phải phát triển với một thấu hiểu vấn đề nội tích hợp thơng tin ngữ cảnh Nếu ngữ cảnh đơn giản vị trí việc hiểu nhận biết khơng lấy làm khó khăn cho hệ thống Tuy nhiên, nhiều trường hợp việc nhận biết dựa thông tin khác vượt xa vị trí, phức tạp bắt đầu nảy sinh Các thách thức tính tốn nhận biết ngữ cảnh: - Phải hiểu khái niệm ngữ cảnh Ngữ cảnh liên quan tới tình giới thực nào? Trong chưa có hiểu biết thật rõ ràng thuật ngữ “các ngữ cảnh liên quan tới tình nào” thông tin ngữ cảnh chung sử dụng để hỗ trợ nâng cao ứng dụng Vấn đề kèm câu hỏi biểu diễn ngữ cảnh theo cách chung nào? - Sử dụng ngữ cảnh nào? - Thu hồi ngữ cảnh nào? Thu hồi ngữ cảnh yêu cầu cho hệ thống nhận biết ngữ cảnh Nhìn chung, việc lấy ngữ cảnh xem q trình xử lý tình thực giới nắm bắt, đặc tính hữu ích xem xét đánh giá biểu diễn trừu tượng tạo, sau cung cấp tới thành phần hệ thống với mục đích sử dụng cao Các cách tiếp cận thu hồi ngữ cảnh đa dạng như: lần vết vị trí, hệ thống cảm biến cách tiếp cận mang tính chất dự đốn mơ hình hóa người dùng hành vi họ… - Kết nối ngữ cảnh thu với ngữ cảnh sử dụng Trong hệ thống nhận biết vị trí, mối quan hệ thu hồi ngữ cảnh sử dụng ngữ cảnh gần, hầu hết cảm biến vị trí nạp vào thiết bị định vị Trong trường hợp này, biểu diễn ngữ cảnh thành phần Trong môi trường chung hơn, ngữ cảnh sử dụng ngữ cảnh thu hồi phân ... ứng dụng nhận biết ngữ cảnh Đó việc cung cấp kỹ thuật thu hồi ngữ cảnh, cung cấp ngữ cảnh sử dụng ngữ cảnh? ?? - Đánh giá hệ thống nhận biết ngữ cảnh Vì hệ thống nhận biết ngữ cảnh sử dụng ngữ cảnh. .. để cài đặt ứng dụng nhận biết ngữ cảnh Ngữ cảnh nhận biết ngữ cảnh bắt đầu nghiên cứu tính tốn phân tán với sức mạnh thành phần tính tốn di động từ năm 90 Những nghiên cứu từ sớm nhận biết vị trí... sáng, áp suất…) 1.3 Nhận biết ngữ cảnh 1.3.1 Xu nhận biết ngữ cảnh lợi ích tính toán nhân rộng Nhận biết ngữ cảnh lên cách tiếp cận phổ biến cho việc xây dựng ứng dụng mơi trường tính tốn nơi di