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普适计算发展至今,已经深刻地改变了我们的生活。人们可以一边移动,一边使用便携式设备和空间中的嵌入式设备对需要的信息与计算服务进行访问。然而,当前的普适计算研究仍然未达到其目标——使计算消失在环境中。该目标意味着环境本身将具有一定智能,可以自然地对用户的行为和状态进行理解,并自发为之提供计算。这种具有理解能力和主动服务能力的环境被称为“智能环境”。智能环境是普适计算技术的集中体现和验证平台,也是普适计算研究的重要内容。然而当前对智能环境进行建模与实现的工作还处于发展阶段,尚未成熟。 智能环境是一个面向真实空间的计算系统,对其建立模型,描述其主要的参与者和过程,可以帮助我们更好地理解研究目标,并指导系统的开发与部署。而现有的智能环境模型基本未对开放环境下复杂的用户状况与需求变化进行描述,故其自适应计算能力仅限于有限的空间中有限的任务。本文从用户的角度出发,将智能环境的自适应计算归结为用户个性化信息触发的结果;基于这个思路,我们对智能环境的建模与实现方法进行研究,主要贡献如下: 1)丰富了以人为中心的智能环境模型——智能影子 在深入分析普适计算的两大主导因素:用户和计算的基础上,我为实验室老师提出的智能环境模型——智能影子进行了详细化。模型描述了用户生活中各方面的个性化信息以及决策机制;并将环境中的计算资源抽象为普适服务,服务根据用户的个性化需求进行组合,形成围绕用户进行的个性化计算的服务子空间,随着环境中情境变化进行计算行为的调整,从而保证不间断的用户计算体验。 2)提出了以用户为中心的知识模型与推理系统 我们建立了知识库SmartShadow-K,将日常生活中的各种概念和关系表示为一个知识网络,可以支持用户不同方面的状况的综合分析和交叉验证。在此基础上,我们提出SmartMatrix推理系统。该系统引入认知架构来模仿人类进行推理时的若干思路,可以在没有完备模型和完整信息的环境下,进行直观而灵活的推理,获得相对正确的结果,从而改善了传统的情境推理系统难以在陌生环境进行准确推理的困境。 3)提出了面向智能影子的软件支撑平台——普适服务总线 普适服务总线(PSB)将异构资源封装为统一的普适服务使之自然协作;提供了相应的智能,完成用户意图到服务空间的映射;提供了服务自适应的智能,可以调整服务空间的参数和成员,实现如影随行的连续计算体验;针对开放空间中大规模用户和服务的通信压力,PSB提供了高效部署和通信的拓扑结构。 4)通过建立新型的智能环境原型对我们的模型进行验证 我们将推理模型SmartMatrix和服务体系结构PSB应用在三个不同的智能环境中,包括一个智能家居空间、一个智能汽车空间、一个智能工作环境。我们重点考察用户在三个不同环境中生活和运动的场景,验证我们的智能环境可以根据用户的意图、计划和服务三个层面的变化进行计算与服务的自适应,从而说明智能影子的支持比较灵活与透明的计算。