Hệ thống nhận biết ngữ cảnh du lịch ứng dụng mô hình ontology

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG DƯƠNG TUẤN ANH HỆ THỐNG NHẬN BIẾT NGỮ CẢNH DU LỊCH ỨNG DỤNG MƠ HÌNH ONTOLOGY Chun ngành: Khoa học máy tính Mã số: 60.48.01.01 TĨM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Đà Nẵng - Năm 2015 Cơng trình hoàn thành ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Người hướng dẫn khoa học: TS TRẦN THẾ VŨ Phản biện 1: TS ĐẶNG HOÀI PHƯƠNG Phản biện 2: GS.TS NGUYỄN THANH THỦY Luận văn bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kĩ thuật họp Đại học Đà Nẵng vào ngày 12 tháng 12 năm 2015 Có thể tìm hiểu luận văn tại: - Trung tâm Thông tin - Học liệu, Đại học Đà Nẵng MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Với tiến gần công nghệ điện tốn di động truyền thơng mạng, dịch vụ điện thoại di động dễ dàng đƣợc truy cập đâu Để cho dịch vụ phù hợp với ngƣời dùng nay, chúng nên nhận thức đƣợc ngữ cảnh xung quanh ngƣời điều chỉnh ứng dụng cho phù hợp Ngữ cảnh [17] "bất thơng tin mà đƣợc sử dụng để mô tả trạng thái thực thể Một thực thể ngƣời, địa điểm, đối tƣợng mà đƣợc coi có liên quan đến tƣơng tác ngƣời dùng ứng dụng, bao gồm thân ngƣời dùng ứng dụng đó” Một thách thức việc phát triển loại hình việc mơ hình hóa quản lý ngữ cảnh để cung cấp cho ngƣời dùng dịch vụ phù hợp đồng thời tối ƣu hóa tính hệ thống [57] Nhiều phƣơng pháp khác đƣợc đề xuất để mơ hình hóa ngữ cảnh nhƣ : mơ hình khóa-giá trị [45], [46], mơ hình đồ họa [5], [12], [26], [28], [29], mơ hình hƣớng đối tƣợng [7], [13], [49], [50], mơ hình đánh dấu [10], [14], [27], [31], [32], [41], [58], [59], mơ hình logic [2], [4], [23], [38], mơ hình ontology [1], [11], [15], [25], [51], [53], [54] So sánh với mơ hình khác, mơ hình ontology mang lại nhiều tính biểu cảm hơn, khả chia sẻ, khả tƣơng tác hỗ trợ thao tác suy luận cách tốt so với phƣơng pháp khác Trong thực tế, lĩnh vực du lịch lĩnh vực phù hợp để sử dụng ứng dụng nhận biết ngữ cảnh Những ứng dụng hỗ trợ cho ngƣời khách du lịch di chuyển cách cung cấp thông tin tốt phù hợp với vị trí sở thích họ Trong số ứng dụng hƣớng dẫn du lịch di động đƣợc đề xuất gần đây, số [20], [33], [37], [55], [62] sử dụng mơ hình Ontology để mơ hình hóa ngữ cảnh Tuy nhiên, trở ngại sử dụng ontology yêu cầu suy luận phức tạp trình thực thi Khiếm khuyết làm cho ontology khơng phải lựa chọn phù hợp mơ hình hóa ngữ cảnh ứng dụng đòi hỏi thời gian [61] Du lịch lĩnh vực đòi hỏi ứng dụng phải đƣợc xử lý phản hồi nhanh Phản hồi chậm dựa vào vị trí ngƣời khách du lịch đƣa lời gợi ý địa điểm phù hợp với yêu cầu (POI) nhƣng hoàn tồn qua q trình di chuyển Khi lời gợi ý trở nên vơ nghĩa ứng dụng không mang lại hiệu cho ngƣời dùng Do tơi chọn đề tài “Hệ thống nhận biết ngữ cảnh du lịch ứng dụng mơ hình ontology” để nghiên cứu phƣơng pháp giải vấn đề áp dụng mơ hình Ontology vào ứng dụng du lịch Mục đích ý nghĩa đề tài a Mục đích Nghiên cứu cách áp dụng mơ hình ontology để xây dựng ứng dụng hƣớng dẫn du lịch dành cho ngƣời khách du lịch để đƣa gợi ý thông tin có ích phù hợp với sở thích u cầu ngƣời dùng b Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài  Về khoa học: đề xuất phƣơng pháp để giải vấn đề mơ hình ontology  Về thực tiễn: Đƣa đến cho ngƣời lập trình phƣơng pháp để xây dựng ứng dụng hƣớng dẫn du lịch 3 Mục tiêu nhiệm vụ đề tài a Mục tiêu Trong luận văn tơi đƣa nhìn tổng quan định nghĩa ngữ cảnh, nhận biết ngữ cảnh, mơ hình ngữ cảnh đƣợc sử dụng, sau sâu vào nghiên cứu mơ hình ontology với ƣu điểm nhƣợc điểm, đề xuất phƣơng pháp để giải nhƣợc điểm ứng dụng vào du lịch b Nhiệm vụ Để thực đƣợc mục tiêu đề tài, nghiên cứu phƣơng pháp đƣợc sử dụng để mô hình hóa ngữ cảnh, tìm hiểu mơ hình ontology mặt tích cực hạn chế  Về lý thuyết - Tìm hiểu khái niệm ngữ cảnh - Tìm hiểuvề hệ thống nhận biết ngữ cảnh - Tìm hiểu mơ hình ngữ cảnh  Về thực tiễn Nghiên cứu đề xuất phƣơng pháp để khắc phục nhƣợc điểm ontology xây dựng ứng dụng hƣớng dẫn du lịch Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu a Đối tượng nghiên cứu - Các mơ hình ngữ cảnh - Các hệ thống nhận biết ngữ cảnh - Các ứng dụng du lịch sử dụng hệ thống nhận biết ngữ cảnh b Phạm vi nghiên cứu Nghiên cứu phƣơng pháp đƣợc đề xuất để mơ hình hóa ngữ cảnh giới theo báo nghiên cứu khoa học Phƣơng pháp nghiên cứu a Phương pháp lý thuyết Đọc, phân tích, tổng hợp tài liệu từ báo nghiên cứu khoa học liên quan đƣợc công bố Việt Nam giới b Phương pháp thực nghiệm Nghiên cứu xây dựng ứng dụng mô phƣơng pháp android Kết dự kiến - Nắm đƣợc cách tổng quan hệ thống nhận biết ngữ cảnh, phƣơng pháp mơ hình hóa ngữ cảnh - Nắm đƣợc ƣu nhƣợc mơ hình ontology đề đƣợc phƣơng pháp sử dụng mơ hình ontology để xây dựng ứng dụng hƣớng dẫn du lịch - Xây dựng đƣợc ứng dụng mô phƣơng pháp android Bố cục luận văn Báo cáo luận văn dự kiến tổ chức thành chƣơng nhƣ sau: MỞ ĐẦU CHƢƠNG NGỮ CẢNH VÀ HỆ THỐNG NHẬN BIẾT NGỮ CẢNH CHƢƠNG MƠ HÌNH ONTOLOGY CHƢƠNG GIẢI PHÁP VÀ ỨNG DỤNG KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN TÀI LIỆU THAM KHẢO CHƢƠNG NGỮ CẢNH VÀ HỆ THỐNG NHẬN BIẾT NGỮ CẢNH Ngày nay, thiết bị điện tử thƣờng đƣợc quảng cáo thiết bị thơng minh chúng đƣợc tăng cƣờng nhiều tính vƣợt ngồi tính bản, đặc biệt thiết bị di động Tuy nhiên, ngƣời dùng không am tƣờng công nghệ, thiết bị lại đƣợc coi phức tạp thông minh Theo quan điểm tôi, thiết bị thông minh thiết bị mà không đòi hỏi ngƣời dùng phải thực nhiều thao tác, nhƣng làm việc ngƣời dùng cần cách tự động Để làm đƣợc điều đó, thiết bị phải nhận thức đƣợc trạng thái ngƣời dùng, từ có điều chỉnh phù hợp Tính đƣợc gọi nhận biết ngữ cảnh Tính đến năm 90, thiết bị nhận biết ngữ cảnh từ đồng nghĩa với thiết bị nhận biết vị trí [36], nhƣng ngữ cảnh có ý nghĩa nhiều [49], mơi trƣờng, trạng thái, thời gian, công việc xung quanh…Việc sử dụng ngữ cảnh đƣợc quan tâm ứng dụng tƣơng tác, đặc biệt ứng dụng mà trạng thái ngƣời dùng thay đổi nhanh chóng, nhƣ cơng nghệ di động Nó giúp giảm số lƣợng thao tác ngƣời dùng nâng cao giao diện chƣơng trình Vậy để hiểu rõ làm sử dụng ngữ cảnh tạo thuận lợi cho việc xây dựng ứng dụng nhận biết ngữ cảnh, cần phải hiểu đầy đủ tạo nên ứng dụng nhận biết ngữ cảnh ngữ cảnh 1.1 NGỮ CẢNH 1.1.1 Định nghĩa ngữ cảnh Theo định nghĩa Dey Abowd [17] : Ngữ cảnh thơng tin sử dụng để mô tả trạng thái thực thể Một thực thể người, địa điểm, đối tượng mà coi có liên quan đến tương tác người dùng ứng dụng, bao gồm người dùng ứng dụng Định nghĩa làm cho nhà nhà phát triển ứng dụng dễ dàng để liệt kê lựa chọn ngữ cảnh phù hợp với ứng dụng họ Nếu thơng tin đƣợc sử dụng để mô tả trạng thái ngƣời tham gia tƣơng tác, thơng tin ngữ cảnh 1.1.2 Phân loại ngữ cảnh Dey Abowd [17] đƣa hệ thống phân loại hai tầng đơn giản Bốn phần ngữ cảnh "vị trí, danh tính, hành động thời gian" cấp độ Tất loại khác ngữ cảnh cấp độ thứ hai Những loại thứ hai ngữ cảnh có đặc điểm chung đƣợc tìm từ ngữ cảnh Ví dụ, với danh tính ngƣời, có đƣợc nhiều mẩu thơng tin liên quan nhƣ số điện thoại, địa chỉ, địa email, ngày sinh, danh sách bạn bè, mối quan hệ với ngƣời khác mơi trƣờng Với vị trí thực thể, xác định đối tƣợng khác ngƣời gần thực thể hoạt động diễn gần thực thể Đặc tính giúp nhà thiết kế lựa chọn ngữ cảnh để sử dụng cho ứng dụng họ, cấu trúc ngữ cảnh mà họ sử dụng, tìm ngữ cảnh khác có liên quan Bốn phần ngữ cảnh loại thông tin cần thiết cho việc mô tả trạng thái đƣợc dùng nhƣ số để cung cấp cách sử dụng tổ chức ngữ cảnh 1.2 NHẬN BIẾT NGỮ CẢNH 1.2.1 Định nghĩa nhận biết ngữ cảnh Đầu tiên phải kể đến định nghĩa đƣợc đƣa Schilit Theimer vào năm 1994 [48], định nghĩa hẹp : “Là ứng dụng đơn giản đƣợc thông báo ngữ cảnh có điều chỉnh theo ngữ cảnh” Các định nghĩa khác thời gian nhận biết ngữ cảnh rơi vào hai loại: sử dụng ngữ cảnh thích ứng với ngữ cảnh Theo Dey Abowd [17] nhận biết ngữ cảnh đƣợc định nghĩa : Một hệ thống nhận biết ngữ cảnh sử dụng ngữ cảnh để cung cấp thơng tin dịch vụ có liên quan đến người sử dụng, phù hợp với công việc người sử dụng Dey Abowd chọn định nghĩa tổng quát công nghệ nhận biết ngữ cảnh Khi cố gắng áp dụng định nghĩa trƣớc để xây dựng ứng dụng nhận biết ngữ cảnh, thấy khơng phù hợp Ví dụ, ứng dụng đơn giản hiển thị ngữ cảnh môi trƣờng ngƣời sử dụng ngƣời sử dụng không thay đổi hành vi nó, nhƣng ứng dụng nhận biết ngữ cảnh Nếu sử dụng định nghĩa trƣớc cách thiếu tổng quát, ứng dụng không đƣợc phân loại ứng dụng nhận biết ngữ cảnh 1.2.1 Phân loại theo tính ứng dụng nhận biết ngữ cảnh Đã có hai nghiên cứu phân loại trƣớc Đầu tiên Schilit et al [47] phân loại theo hƣớng : công việc để lấy thơng tin hay thực thi lệnh cơng việc đƣợc thực tay hay tự động Mới hơn, Pascoe [39] đề xuất nguyên tắc phân loại tính nhận biết ngữ cảnh Có chồng chéo hai nguyên tắc phân loại, nhƣng có số khác biệt quan trọng Pascoe phát triển nguyên tắc phân loại nhằm xác định tính cốt lõi nhận biết ngữ cảnh, xác định lớp ứng dụng nhận biết ngữ cảnh Về thực tế, tính nhận biết ngữ cảnh theo phân loại Schilit ánh xạ tốt đến lớp ứng dụng Dey Abowd [17] kết hợp ý tƣởng từ hai nguyên tắc phân loại trƣớc đƣa phân loại với ba tính chính: 1) Trình bày thơng tin dịch vụ cho ngƣời sử dụng 2) Tự động thực thi dịch vụ 3) Gắn thẻ cho thông tin ngữ cảnh để thu hồi sau 1.3 MƠ HÌNH NGỮ CẢNH Mơ hình ngữ cảnh quy định cách định nghĩa ngữ cảnh, cách tổ chức, đại diện lƣu trữ ngữ cảnh Do đó, ảnh hƣởng đến cách nhận biết ngữ cảnh, cách truy vấn biểu diễn Nhiều phƣơng pháp khác đƣợc đề xuất để mơ hình ngữ cảnh 1.3.1 Mơ hình key-value 1.3.2 Mơ hình Markup stream 1.3.3 Mơ Hình Đồ Họa 1.3.4 Mơ Hình Hƣớng Đối Tƣợng 1.3.5 Mơ Hình Logic 1.3.6 Mơ Hình Ontology 10 mang đến số q tải trình suy luận làm việc với scale lớn nguồn thông tin động, dẫn đến thời gian thực thi đáp ứng chậm [61] Điều làm cho ontology không phù hợp với hệ thống đòi hỏi thời gian Du lịch lĩnh vực đầy hứa hẹn với ứng dụng nhận biết ngữ cảnh, đồng thời lĩnh vực mà ứng dụng đƣợc yêu cầu phải có thời gian phản hồi nhanh chóng Vậy làm xây dựng ứng dụng hƣớng dẫn du lịch áp dụng mơ hình ontology ? Ứng dụng hƣớng dẫn du lịch ứng dụng hỗ trợ cho ngƣời khách du lịch cách cung cấp thông tin tốt phù hợp với vị trí sở thích Đã có nhiều ứng dụng hƣớng dẫn du lịch áp dụng mơ hình ontology [55], [62], [20], [37], [33], nhiên họ kết luận ontology lựa chọn phù hợp loại hình Thử tƣởng tƣợng ngƣời khách du lịch di chuyển xe ô tô xe buýt yêu cầu lời gợi ý từ ứng dụng hƣớng dẫn du lịch Sự phản hồi chậm dựa vào vị trí ngƣời sử dụng đƣa lời gợi ý địa điểm phù hợp với yêu cầu (POI – point of interest) nhƣng nhận đƣợc lời gợi ý hồn tồn qua Để giải vấn đề này, Park yomi et al đề xuất phƣơng pháp lai mô hình ontology với mơ hình sở liệu [61], tƣơng tự Lee Meier [35] đƣa mơ hình lai ontology mơ hình hƣớng đối tƣợng Thực nghiệm cho thấy mơ hình lai nhanh so với mơ hình ontology giải đƣợc vấn đề thời gian đáp ứng Luận văn không đề xuất mô hình mà thay vào cố gắng dự đốn vị trí ngƣời dùng nhận đƣợc lời gợi ý, thực suy luận ontology để đƣa điểm dựa vào vị trí 11 CHƢƠNG GIẢI PHÁP VÀ THỰC NGHIỆM 3.1 Ý TƢỞNG 3.1.1 Các ứng dụng hƣớng dẫn du lịch cổ điển 3.1.2 Ứng dụng hƣớng dẫn du lịch nhận biết ngữ cảnh 3.1.3 Ý tƣởng phƣơng pháp Với ngƣời dùng di chuyển, vị trí thay đổi liên tục Việc đƣa kết dựa vào vị trí ban đầu ngƣời dùng khơng phù hợp trình di chuyển xa khỏi vị trí Vấn đề lại đáng quan tâm sử dụng ontology để mơ hình ngữ cảnh Sự phản hồi chậm ontology cộng thêm việc ngƣời dùng di chuyển với tốc độ cao dẫn đến hệ ngƣời dùng nhận đƣợc lời gợi ý địa điểm yêu cầu hồn tồn qua Anh ta buộc phải quay đầu lùi để đến địa điểm điều khơng hợp lý Để giải vấn đề đó, luận văn đƣa phƣơng pháp dự đoán vị trí ngƣời dùng nhận đƣợc lời gợi ý thay đƣa kết dựa vào vị trí ban đầu ngƣời dùng địa điểmđƣợc đƣa dựa vào vị trí dự đốn để đảm bảo chƣa qua q trình di chuyển Để làm đƣợc điều đó, hệ thống phải lấy nhiều vị trí liên tiếp ngƣời dùng, từ tính đƣợc hƣớng, tốc độ di chuyển ƣớc lƣợng vị trí dự đốn ngƣời dùng Một vấn đề nên đƣợc nói đến ngƣời dùng du lịch, kết nối internet chủ yếu 3G mạng 3G Việt Nam không thực ổn định Ở nơi mà kết nối internet yếu, khoảng cách R lớn, số lƣợng địa điểm đƣợc hiển thị cho 12 ngƣời dùng nhiều dễ dẫn đến tình trạng nghẽn mạng liệu không đến đƣợc với ngƣời dùng Vì khoảng cách R nên đƣợc tùy biến theo loại tốc độ mạng, tốc độ mạng mạnh R đƣợc tăng lên tốc độ mạng yếu R đƣợc thu hẹp lại Tính đảm bảo liệu đƣợc truyền đến ngƣời dùngkể điều kiện kết nối mạng không ổn định giúp cải thiện tốc độ xử lý ứng dụng 3.2 MÔ TẢ HỆ THỐNG Hệ thống bao gồm hai module: module Di động module Máy chủ 3.2.1 Module Di động: Module đƣợc cài đặt thiết bị di động sử dụng khách du lịch Khi ngƣời dùng cài đặt ứng dụng lần đầu tiên, cần phải đăng ký lựa chọn sở thích Cơng việc giúp cho hệ thống tự động loại điểm POI (Point of interest) mà ngƣời dùng không quan tâm, tối ƣu danh sách lựa chọn đƣợc đƣa ra, nhằm cải thiện giao diện ứng dụng hạn chế số thao tác lựa chọn ngƣời dùng Ví dụ nhƣ ngƣời không theo tôn giáo khơng cần biết đến địa điểm tôn giáo nhƣ nhà thờ, chùa chiền tất nhiên ngƣời dùng muốn có cách xem đƣợc toàn danh sách POI Sau đó, ngƣời dùng sử dụng modulenày để nhận đề xuất điểm quan tâm POI gần phù hợp với sở thích Module di động có trách nhiệm cảm ứng liệu ngữ cảnh bao gồm vị trí ngƣời dùng tốc độ mạng Cảm biến GPS đƣợc sử dụng để có đƣợc vị trí ngƣời dùng thời điểm gửi yêu cầu Nhiều vị trí liên tiếp ngƣời dùng đƣợc sử dụng để tính tốn tốc độ trung bình ứng dụng di động, hai số vị trí đƣợc gửi đến máy chủ để tính hƣớng ngƣời 13 dùng Ngoài ra, hệ thống điện thoại di động gửi ID ngƣời dùng, tốc độ, tốc độ mạng Sau đó, chờ nhận POI từ máy chủ 3.2.2 Module Máy chủ: Module có trách nhiệm lƣu trữ hồ sơ ngƣời dùng, tính tốn vị trí dự đoán vùng quan tâm (AOI - Area of interest), sau sử dụng chúng làm tiêu chí để suy luận ontology tìm POI bên AOI phù hợp với sở thích ngƣời dùng Những POI đƣợc gửi lại cho module điện thoại di động 3.3 TÍCH HỢP HỆ THỐNG 3.3.1 Tính tốn vùng quan tâm (AOI) Vùng quan tâm AOI (Area of interest) ngƣời dùng khu vực bao gồm địa điểm ƣa thích đƣợc hiển thị cho ngƣời dùng Nó đƣợc xác định vòng tròn nằm tuyến đƣờng ngƣời khách du lịch, có tâm vị trí ngƣời bán kính R đƣợc xác định dựa vào tốc độ mạng nhƣ sau: R= 0.5km tốc độ mạng < 150kbps (bad) = 1km 150kbps