（计算机科学与技术专业论文）业务上下文的处理机制及其预测理论、关键技术研究.pdfVIP

独创性( 或创新性) 声明 本人声明所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究 成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不 包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京邮电大学或其他 教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任 何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 本人签名： 蔓l 登日期：卫! 竺：皇：呈墅 关于论文使用授权的说明 学位论文作者完全了解北京邮电大学有关保留和使用学位论文的规定，即： 研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属北京邮电大学。学校有权保 留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许学位论文被查阅和借 阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它 复制手段保存、汇编学位论文。( 保密的学位论文在解密后遵守此规定) 保密论文注释：本学位论文属于保密在一年解密后适用本授权书。非保密论 文注释：本学位论文不属于保密范围，适用本授权书。 本人签名： 导师签名： 日期： 日期： 1 0 f o d 舌2 矿 _ ：义 爱立 o_，1_07 北京邮电大学博士学位论文摘要 业务上下文的处理机制及其预测理论、关键技术研究 摘要 智能化、个性化是新一代网络业务发展的趋势。未来的业务将需 要跨越多种承载网络、跨越多个运营商域，具有普遍查询访问，按需 组合，上下文处理，移动无缝应用的能力，从而形成一个以用户为中 心u c ( u s e r - c e n t r i c ) 的人性化、智能化的业务环境。业务上下文信息 处理机制是为用户提供智能化、个性化业务的前提基础，涉及到网络、 终端和用户环境的同源同质或同源异质多种上下文信息的融合和处 理。本文主要针对新一代网络的业务应用层面展开深入研究，主要包 括未来的业务上下文信息的处理机制和上下文预测理论以及关键技 术研究。 论文的主要研究内容可以进一步归纳如下： ( 1 ) 首先，针对目前业务上下文信息处理机制还不完善，缺乏可扩展 的通用的上下文信息处理支撑平台，建立了具有普遍意义、可扩 展和分层的多源异质或同质的业务上下文信息的处理机制架构 s c i p m a ( s e r v i c e c o n t e x ti n f o r m a t i o n p r o c e s s i n g m e c h a n i s m a r c h i t e c t u r e ) ，确立了业务相关的上下文信息的范畴和层次框架， 以支持业务的智能化处理机制，为用户提供个性化业务。在此基 础上，建立了综合的业务上下文信息处理的实体架构和交互式业 务提供流程。 ( 2 ) 其次，在建立了健全的业务上下文信息处理架构基础上，进一步 研究基于未来上下文信息的各种预测理论及其关键技术。目前上 下文预测主要是针对位置等具体领域的预测，没有建立普遍通用 的预测模型且预测准确率不高，针对以上问题，本文提出了基于 信任网络和协作过滤算法的业务上下文预测方法，将用户相似度 和信任度结合起来，并建立了具有普遍通用的用户项目上下文 u i c ( u s e r - i t e m c o n t e x t ) - - 维协作过滤模型，结合用户的上下文信 息进行推理预测。基于业务上下文预测技术解决业务的前摄性问 题，为用户提供引导型推荐型的个性化消费业务奠定基础。 北京邮电人学博十学位论文摘要 ( 3 ) 再次，无论是基于当前和历史上下文的上下文感知系统，还是基 于未来上下文的上下文预测，上下文信息缺失都是不可避免的难 题。本文仅对于传感器感知具体领域，分析了上下文信息这一“流 数据”形式特点，充分利用各传感器采集数据之间的关联性，并 且结合传感器数据的时空关系特性，提出了基于时空关系和关联 规则挖掘的上下文信息缺失插补方法( s t a r m ) ，全面综合讨论了 数据插补方法，提高了传感器数据缺失插补的准确性，并通过温 度传感器采集数据验证了这一算法可用性和高效性。 ( 4 ) 最后，在以上提出的模型架构和相关的理论、方法与算法基础上， 本文设计实现了业务上下文处理平台，并初步建立了集成模拟、 仿真和实验为一体的业务上下文处理试验床，通过采集模拟传感 数据，并进行上下文信息融合处理、推理和预测，演示相应的智 能型、前摄型示例业务场景。 关键词：业务上下文上下文预测协作过滤数据缺失插补关联规则 挖掘均方根误差( r m s e ) 1 l n r e s e a r c h e so ns e r v i c ec o n t e x t p r o c e s s i n gm e c h a n i s ma n dp r e d i c t i o n t h e o r ya n dk e yt e c h n o l o g y a b s t r a c t t h e i n t e l l i g e n t ，p e r s o n a l i z e ds e r v i c e i st h ed e v e l o p m e n tt r e n do fn e x t g e n e r a t i o nn e t w o r k s t h ea b i l i t yo fa c r o s sav a r i e t yo fb e a r e rn e t w o r k s a n dm u l t i p l eo p e r a t o rd o m a i n s ，u n i v e r s a lq u e r ya c c e s s ，i n t e g r a t i o nb y r e q u i r e m e n t s c o n t e x ti n f o r m a t i o n p r o c e s s i n g ， m o b i l es e a m l e s s a p p l i c a t i o nw i l lb er e q u i r e da n d t h u sd e v e l o pau s e r - c e n t r l ch u m a n i z a t i o n ， i n t e l l i g e n t s e r v i c ee n v i r o n m e n t t h es e r v i c ec o n t e x t i n f o r m a t i o n p r o c e s s i n gm e c h a n i s mi sp r e r e q u i s i t et op r o v i d eu s e r sw i t hi n t e l l i g e n t ， p e r s o n a l i z e d s e r v i c e s ，i n v o l v i n g av a r i e t yo fc o n t e x tl n f o r m a t i o n p r o c e s s i n g ，i n c l u d i n g t h e h o m o l o g o u s o r h e t e r o g e n e o u s c o n t e x t i n f o r m a t i o np r o c e s s i n go fn e t w o r k ，t e r m i n a l sa n du s e re n v i r o n m e n t t h i s p a p e rm a i n l ys t u d yo nt h er e s e a r c ho f s e r v i c ea p p l i c a t i o n sl e v e lo fn e x t g e n e r a t i o nn e t w o r k ，i n c l u d i n gt h ef u t u r es e r v i c e c o n t e x tl n f o r m a t i o n p r o c e s s i n gm e c h a n i s m ，p r e d i c t i o nt h e o r ya n dk e yt e c h n o l o g y t h em a i nc o n t r i b u t i o n sa r ea sf o l l o w i n g ： ( 1 ) f i r s t ，f o rt h es e r v i c ec o n t e x ti n f o r m a t i o np r o c e s s i n gm e c h a n i s m l sn o t p e r f e c tc u r r e n t l y , l a c ko ft h eg e n e r a la n ds c a l a b l es u p p o r tp l a t f o r mo f c o n t e x ti n f o r m a t i o np r o c e s s i n g t oe s t a b l i s ht h es e r v i c e c o n t e x t i n f o 。r m a t i o np r o c e s s i n ga r c h i t e c t u r eo fu n i v e r s a ls i g n i f i c a n c e ，s c a l a b l e a n dl a y e r e dh e t e r o g e n e o u so rh o m o g e n e o u sm u l t i - s e r v i c e c o n t e x t i n f o r m a t i o n t oe s t a b l i s ht h es c o p ea n dl e v e lf r a m e w o r ko ft h e r e l e v a n ts e r v i c ec o n t e x ti n f o r m a t i o nt os u p p o r tt h ei n t e l l i g e n c e s e r v i c ei n f o r m a t i o np r o c e s s i n gm e c h a n i s m ，a n dt h u st op r o v i d eu s e r s w i t h p e r s o n a l i z e d s e r v i c e s b a s e do nt h er e s e a r c ho fc u r r e n t 北京邮电大学博士学位论文 摘要 c o n t e x t a w a r e t e c h n o l o g yt o e s t a b l i s ht h ee n t i t ya r c h i t e c t u r ea n d i n t e r a c t i v es e r v i c ep r o v i s i o nm o d e lo fc o m p r e h e n s i v ea n ds y s t e m a t i c i n f o r m a t i o n ( 2 ) s e c o n d l y ，o nt h a tb a s i s o ft h ee s t a b l i s h m e n to fw h o l e s o m es e r v i c e c o n t e x ti n f o r m a t i o np r o c e s s i n ga r c h i t e c t u r e f u r t h e rr e s e a r c ho n v a r i o u sp r e d i c t i o n t h e o r ya n dk e yt e c h n o l o g i e sb a s e do nf u t u r e c o n t e x t c u r r e n t l y , t h ec o n t e x tp r e d i c t i o nm a i n l ya i m sa tt h es p e c i f i c a r e a sf o re x a m p l el o c a t i o n i td o e sn o te s t a b l i s ht h eg e n e r a lp r e d i c t i o n m o d e la n dt h ep r e d i c t i o na c c u r a c yi sn o th i g h i no r d e rt os o l v et h e a b o v e p r o b l e m ，t h i sp a p e rp r o p o s e st h ea p p r o a c ho f c o n t e x t p r e d i c t i o n b a s e do nt r u s tn e t w o r ka n dc o ll a b o r a t i v ef il t e r i n ga l g o r i t h m s ，w h i c h c o m b i n e su s e r s t r u s tv a l u ei n t ot h eu s e r s s i m i l a r i t y , a n de s t a b l i s h e s t h eu n i v e r s a lg e n e r a lt h r e e d i m e n s i o n a lc o u a b o r a t i v ef i l t e r i n gm o d e l o fu s e r - i t e m - c o n t e x t ，c o m b i n e sw i t ht h eu s e r s c o n t e x ti n f o r m a t i o nt o c o n d u c tp r e d i c t i o na n dr e a s o n i n g t os o l v et h ep r o b l e m so fp r o a c t i v e s e r v i c eb a s e do nc o n t e x tp r e d i c t i o nt e c h n o l o g y , t ol a yt h ef o u n d a t i o n f o ru s e rs e r v i c eo fg u i d i n gt y p eo rr e c o m m e n d a t i o nt y p ep e r s o n a l i z e d ( 3 ) a g a i n ，w h e t h e ri st h ec o n t e x t a w a r es y s t e m sb a s e do nc u r r e n t 知d h i s t o r i c a lc o n t e x t ，o rt h ep r e d i c t i o nb a s e do nf u t u r ec o n t e x t ，t h e c o n t e x td a t am i s s i n gi sa ni n e v i t a b l ep r o b l e m t h i sp a p e ro n l ya i m sa t t h es p e c i f i ca r e a so fs e n s o r - a w a r e ，t oa n a l y z et h ef l o wd a t af o r mo f c o n t e x ti n f o r m a t i o n ，t om a k ef u l lu s eo fd a t ar e l e v a n c eb e t w e e ne v e r y c o l l e c t i n gs e n s o ra n dt a k es p a t i a l t e m p o r a lr e l a t i o n s h i pi n t oa c c o u n t ， a n dt h e np r o p o s e sa ni m p u t a t i o nt e c h n i q u ef o rc o n t e x td a t am i s s i n g b a s e do ns p a t i a l - t e m p o r a la n da s s o c i a t i o nr u l em i n i n g ( s t a r m ) ， t od i s c u s sc o m p r e h e n s i v e l yt h ed a t ai m p u t a t i o na p p r o a c ho fm i s s i n g d a t a ，t oi m p r o v et h ea c c u r a c yo fi m p u t a t i o no fm i s s i n gd a t a f i n a l l y , t h es i m u l a t i o ne x p e r i m e n tv e r i f i e st h er a t i o n a l i t ya n de f f i c i e n c yo f s t a r mt h r o u g ht e m p e r a t u r es e n s o rd a t aa c q u i s i t i o n ( 4 ) f i n a l l y , b a s e do nt h ep r o p o s e dm o d e lf r a m e w o r k ，r e l a t e dt h e o r i e s ， m e t h o d sa n da l g o r i t h m s ，t h i sp a p e rd e s i g n sa n di m p l e m e n t st h e s e r v i c ec o n t e x tp r o c e s s i n gp l a t f o r m ，t oa c h i e v ep r e l i m i n a r yt h et e s t b e do fs e r v i c ec o n t e x tp r o c e s s i n gw i t ha ni n t e g r a t e di m i t a t i o n ， 一 ， k e yw o r d s ：s e r v i c ec o n t e x t ， f i l t e r i n g ，i m p u t a t i o no fm i s s i n gd a t a ， m e a ns q u a r ee r r o r ( r a m s e ) c o n t e x t p r e d i c t i o n ，c o l l a b o r a t i v e a s s o c i a t i o nr u l e sm i n i n g ，r o o t 北京邮电大学博f ：学位论文 摘要 北京邮电人学博士学位论文 目录 目录 第一章绪论1 1 1 研究工作的背景和意义1 1 2 项目背景和主要研究内容3 1 3 研究工作的创新点4 1 4 论文结构和主要内容4 第二章业务上下文研究基础和现状7 2 1 引言7 2 2 未来网络的网络特征7 2 3 未来网络的业务特征8 2 4 未来网络业务参考模型9 2 5 业务上下文相关概念。1 2 2 6 业务上下文的研究现状和范畴1 2 2 7 本章小结l 8 2 8 本章参考文献1 8 第三章业务上下文信息处理机制研究2 1 3 1 引言2l 3 2 业务上下文信息处理机制架构s c i p m a 2 2 3 2 1 采集层2 3 3 2 2 表示层2 4 3 2 3 聚合层3 4 3 2 4 解释层4 0 3 2 5 封装层4 6 3 2 6 应用层4 8 3 3 新一代网络业务上下文信息处理平台设计5 0 3 4 新一代网络中基于上下文服务的业务提供流程5 2 3 5 本章小结5 3 3 6本章参考文献5 3 第四章业务上下文预测理论及关键技术研究5 7 4 1 引言5 7 4 2 业务上下文预测理论研究基础和现状5 9 4 3 信任网络相关概念6 3 4 3 1 信任网络有关概念6 3 4 3 2 信任关系的性质6 4 4 4 协作过滤技术6 6 4 4 1 用户模型的建立6 7 4 4 2 选取用户相似性度量公式6 7 4 4 3 邻居的形成6 8 4 4 4 评分值的预测6 8 北京邮电大学博士学位论文目录 4 5 基于信任网络和协作过滤的上下文预测算法6 9 4 5 1 场景设计6 9 4 5 2 协作过滤与上下文的结合6 9 4 6 基于信任网络和协作过滤的上下文预测架构及基本流程7 l 4 6 1 基于信任网络和协作过滤的上下文预测架构7 l 4 6 2 基于信任网络和协作过滤的上下文预测基本流程7 2 4 7 实验和结果分析7 6 4 7 1 实验方法7 6 4 7 2 实验环境7 6 4 7 3 实验结果及分析7 6 4 8 本章小结8 0 4 , 9 本章参考文献8 0 第五章业务上下文信息缺失插补研究8 3 5 1 引言8 3 5 2 数据缺失机制8 4 5 2 1 完全随机缺失8 5 5 2 2 随机缺失8 6 5 2 3 非随机缺失8 7 5 3 数据插补的一般方法8 7 5 4 关联规则挖掘8 9 5 4 1 关联规则挖掘的相关概念8 9 5 4 2 关联规则挖掘概念9 0 5 4 3 关联规则挖掘的基本过程9 0 5 5 基于时空关系和关联规则挖掘的上下文信息缺失插补方法9 l 5 6 实验仿真分析9 4 5 6 1 实验环境9 4 5 6 2 仿真实验及结果分析9 5 5 7 本章小结9 8 5 8 本章参考文献9 8 第六章结束语10 1 6 1 论文的总结和创新一1 0 1 6 2 进一步的研究：i ：作1 0 2 附录10 4 附录1 rp r o j e c t 软件使用介绍1 0 4 附录2 基于信任网络和协作过滤上下文预测m a t l a b 仿真程序1 0 8 附录3 主要缩略语中英文对照1 1 5 攻读博士学位期间完成的论文12 1 论3 之。121 致谢12 3 i i i i 、 实现了业务与控制、控制与承载相分离，尤其是o s a p a r l a ya p i 的提出，使 得承载网络的功能可以被抽象为一系列业务能力服务器，并能够通过标准的接口 向上层提供业务能力，为第三方业务提供商丌发丰富多彩的业务奠定了基础，方 便了业务的开发和部署，但业务的使用仍然受到用户偏好、网络特点和终端能力 的限制。用户要求业务更加人性化、智能化，能够根据用户环境变化做到业务自 适应，而业务上下文信息处理机制是上下文感知业务提供的前提基础，因此研究 业务上下文信息处理机制具有重要的现实意义和经济价值。 在普适计算和传感网络技术发展的推动下，上下文感知技术虽然已经得到充 分研究和应用，但是为了能够更好地为用户提供智能化、主动性的应用和服务， 真正做到以用户为中心，仅仅依赖上下文感知技术对当前的上下文信息进行处理 是远远不够的。为了能使普适计算环境中的应用程序和服务具有更强的智能性和 主动性，为用户提供个性化、推荐型服务，需要根据上下文感知系统中的历史上 下文信息推导出未来上下文环境中可能出现的情况，提前为应用程序或用户应用 预留资源，为用户提供前摄性、主动性服务和应用，从而节省用户的时间，减少 用户的参与。因此，这就需要上下文感知业务系统不仅仅能够处理当前的上下文 信息，还要根据历史上下文信息来预测未来的上下文信息，并在综合信息的基础 上，依据用户的偏好和用户系统制定的规则，做出智能决策，预先为用户提供服 务和应用。 在业务上下文信息处理中，无论是基于当前和历史上下文信息的上下文感知 业务系统，还是基于未来上下文的上下文预测系统，都不得不面对同样的一个不 可避免的难题即业务上下文信息缺失问题。由于现实世界的复杂性、多变性以及 人类自身认识的局限性和主观性，使得人们获得的上下文信息中含有大量的不确 定的地方。上下文信息存在缺失的原因可能是传感器之间时钟同步错误，传感器 断电，传感器失效，通信传输错误，人为攻击等，这在上下文信息处理机制中是 不可避免的。虽然有些数据信息缺失例如通信传输错误可以通过改进底层协议来 提高传输可靠性，那无疑增加的系统的复杂度，而且通信错误不是绝对避免的。 北京邮电人学博十学位论文 绪论 因此，在业务应用层进行数据缺失插补使得系统更具有灵活性和可扩展性。上下 文信息的缺失，往往导致挖掘的信息知识准确性存在偏差，严重的会产生错误决 策，导致系统瘫痪，造成重大的损失。因此，本文在研究上下文感知技术和上下 文预测的基础之上，进一步研究了上下文信息的缺失插补的方法。上下文信息的 缺失插补是上下文信息处理机制的关键技术之一，数据的完备性是推理高层上下 文信息从而形成智能决策的前提基础。 未来的业务是以用户为中心的( 即“以人为本”) 的个性化、智能化业务。本 文从为用户提供智能化、人性化和主动型业务出发，展开对业务上下文的深入研 究。 1 ) 业务上下文信息处理机制方面：本文提出了通用综合分层的业务上下文信息 处理机制架构s c i p m a ，依据此架构，详尽阐述了框架各层功能和相关关键技术 以及具体实现方法；提出在新一代网络中具体实现s c i p m a 实体架构和交互式 业务提供流程；最后，通过实例系统基于用户状态感知的通信业务选择进一步验 证了s c i p m a 架构高效性和实用性。 2 ) 业务上下文预测方面：本文对业务上下文信息进行形式化，在此基础上定义 上下文的相似度，并提出了基于信任网络和协作过滤算法的上下文预测算法。在 上下文环境相似的情况下，结合用户的社会关系即信任网络，将用户信任度和相 似度结合起来，能够较全面准确地预测上下文信息，比较传统的业务上下文预测 算法，基于信任网络的协作过滤业务上下文预测方法既避免了传统协作过滤算法 的稀疏性和冷启动性，同时又考虑了上下文的动态性，更能精确接近现实世界， 仿真实验证明，基于信任网络和协作过滤算法的上下文预测方法具有更高的上下 文预测准确率。 3 ) 业务上下文信息缺失插补方面：在业务上下文信息推理和预测过程中，数据 缺失是不可避免的问题，也是上下文信息处理的一大难题。因此，为了更加准确 地对传感器数据缺失进行插补，本文仅仅针对传感器网络这一具体领域，根据传 感器数据的关联性和时空特性两大特征，提出了基于时空关系和关联规则挖掘的 上下文信息缺失插补方法，全面综合讨论了数据插补方法，仿真实验证明，基于 时空关系和关联规则挖掘的上下文信息缺失插补方法提高了传感器数据缺失插 补的准确性。 2 北京邮电人学博士学位论文 绪论 1 2 项目背景和主要研究内容 本文作者在博士研究生期间，作为主要研发人员参与了业务上下文信息处理 和预测以及业务智能化方面的项目，主要负责业务层面的上下文感知应用和业务 智能化支撑技术等相关问题的研究，包括有： 1 )“b 3 g 4 g 网络的业务上下文信息处理机制研究 ( 教育部高等学校博士学 科点专项科研基金项目，2 0 0 8 ，项目编号：n o 2 0 0 7 0 0 1 3 0 2 6 ) ； 2 ) “基于人类认知机理的业务上下文预测理论及其关键技术研究( 国家自然科 学基金项目，2 0 0 9 ，项目编号：n o 6 0 8 0 2 0 3 4 ) ； 3 ) “电信业务的本体语义描述研究”( 华为科技基金研究项目，2 0 0 6 ) ； 4 ) “融合网络环境中业务的智能化研究”( 国家自然科学基金项目，2 0 0 6 ，项目 编号：n o 6 0 6 7 2 1 2 2 ) 。 本论文是在这些项目的支持下完成的。概括起来，作者在攻读博士学位期间 的研究工作主要包括以下几个方面： 1 ) 建立了新一代网络环境下具有普遍意义的多源异质或同质的业务上下文信 息的处理分层架构，确立了新一代业务相关的上下文信息的范畴并对其进行 本体构建，以支持业务的智能化处理机制。在现有的上下文感知技术的研究 基础上，建立了新的全面综合的新一代业务上下文信息的实体架构和交互式 业务提供流程。实现了集成模拟、仿真和实验为一体的新一代业务上下文处 理试验床，验证了相关的理论、方法与算法，并演示相应的上下文感知的智 能业务场景。 2 ) 研究业务上下文预测方法，提出了基于信任网络和协作过滤推荐上下文预测 方法，将用户相似度和信任度结合起来，并结合用户的上下文信息进行推理 预测，提高了业务上下文预测的准确性。在业务上下文处理实验平台的基础 上，新增业务上下文信息预测处理部分，并验证了业务上下文预测相关的理 论、方法与算法，演示相应的业务上下文预测的主动型、智能型业务场景。 3 ) 在业务上下文信息推理和预测过程中，业务上下文信息缺失是不可避免的问 题，为了更加准确地对传感器数据缺失进行插补，本文根据传感器数据的关 联性和时空特性两个特点，提出了基于时空关系和关联规则挖掘的上下文信 息缺失插补方法，全面综合讨论了数据插补方法，提高了传感器数据缺失插 补的准确性。 北京邮电大学博士学位论文绪论 1 3 研究工作的创新点 论文的主要创新点可以简要归纳如下： 1 ) 提出了通用的、可扩展的分层业务上下文信息处理架构，设计实现了业务上 下文信息处理实验平台和交互式业务提供流程。在业务上下文信息处理机制 中提出了基于上下文和模糊理论的不确定性推理方法，利用模糊语言变量形 式化服务适配过程，通过隶属度函数去定义上下文情景，提出适应函数去计 算适应度，根据模糊状态下策略和真实的上下文情景之间的模糊距离来选择 适应度最大的策略为用户提供最合适的服务。 2 ) 研究业务上下文各种预测方法，提出了基于信任网络和协作过滤算法的业务 上下文预测方法，将用户相似度和信任度结合起来，并结合用户的上下文信 息进行推理预测，提高了上下文预测的准确率和覆盖率，能够更好为用户提 供主动性和智能性业务。 3 ) 分析对比数据缺失插补的各种方法，结合传感数据特征，提出了基于时空关 系和关联规则挖掘的上下文信息缺失插补方法( s t a r m ) 。最后，通过温度传 感器采集数据验证了这一算法合理性和高效性。实验证明，该算法在上下文 信息缺失估计的准确性要高于其它方法，比如简单线性回归算法( s l r ) 和e m 算法等，而且具有较小的时空开销，能够保证实时应用的服务质量( o o s ) 。 1 4 论文结构和主要内容 本文研究的主要内容包括业务上下文信息的处理机制、上下文预测理论和关 键技术研究以及业务上下文信息缺失插补方法研究等。论文共包括六章，除了绪 论和结束语之外，其它章节的主要内容如下： 1 ) 业务上下文研究基础与现状( 第二章) 本章首先介绍了新一代网络的网络特征和业务特征，分析了未来以用户为中 心的新一代网络业务的发展趋势和特征，提出适应未来业务和网络技术融合的发 展趋势，给出了新一代网络的网络参考模型和业务参考模型；随后引入上下文以 及业务上下文的概念；最后说明了业务上下文的研究现状，给出了业务上下文范 畴及本体模型。 2 ) 业务上下文信息处理机制研究( 第三章) 本章首先提出了业务上下文信息处理的机制架构，在此基础上，详尽阐述了 4 北京邮电大学博十学位论文绪论 业务上下文信息处理的框架结构中各层功能及具体实现关键技术；然后在此框架 下，分析设计了业务上下文信息处理平台功能模块，以及业务上下文的实体架构 和交互式业务提供流程；最后以建立业务上下文信息处理平台来验证了业务上下 文信息处理架构。 3 ) 业务上下文信息预测理论及关键技术研究( 第四章) 本章首先介绍了传统的各种上下文预测方法，在此基础上，提出了基于信 任网络和协作过滤技术的上下文预测模型架构，并重点研究了其进行上下文预测 的基本过程，通过引入业务上下文相似度和用户信任度，结合业务上下文形式化 方法，为业务的个性化、智能化提供技术支撑；分析了信任网络的特点，研究了 信任在上下文协作过滤推荐中作用和必要性，并提出了基于信任网络和协作过滤 技术结合的上下文预测方法；最后，通过一系列的仿真实验来验证了算法的高效 性和可用性。 4 ) 业务上下文信息缺失插补方法研究( 第五章) 本章首先根据介绍了一般数据信息缺失插补常用方法，探讨了基于线性回 归、e m 算法以及多重插补等方法。然后重点针对传感器数据，结合传感器“流 数据特点，提出了一种通用的基于时空关系和关联规则挖掘的数据插补方法， 最后，利用上下文信息处理机制平台采集到的数据对基于时空关系和关联规则挖 掘的数据插补方法进行了实验验证。 本论文各章之间的关系如图1 1 所示。本文主要是对业务上下文信息的处理 机制和上下文预测理论以及关键技术研究。在业务上下文信息处理机制架构的基 础上，主要提出了通用综合分层的业务上下文信息处理机制架构；在业务上下文 预测理论方面，主要是以协作过滤技术为基础，研究信任网络和协作过滤技术相 结合的方法进行业务上下文预测；在业务上下文信息缺失插补方面的研究，主要 是研究了关联规则挖掘的方法，提出基于时空关系和关联规则挖掘进行上下文信 息缺失插补。 。 北京邮电大学博士学位论文绪论 第一章绪论 1 第j ：章业务上下文研究基础和 现状 1 1r l第二章业务上下文信息处理第四章业务f ：下文预测理论和第五章业务上下文信息缺失 机制研究关键技术研究插补研究 1 r 第六章 结束语 图1 - 1 论文中各章之间的关系 北京邮电人学博士学位论文第二章业务上下文研究基础和意义 2 1 引言 第二章业务上下文研究基础和现状 智能化、个性化是未来网络业务的主要特征，而业务上下文信息的处理是业 务智能化、个性化的重要基石之一，是业务自适应的关键支撑技术。通常来说， 上下文是指任何能够表征一个实体，如人、位置或用户与应用交互相关的其他对 象所处环境特征的信息。业务上下文信息通常指的是会影响到业务行为的相关信 息，具体来说，涉及的业务上下文信息有多种，如接入网络的类型、承载网络的 服务质量、应用层协议类型、网络带宽、终端的能力、用户的身心情况和所处的 物理环境以及社会化人文环境等。 本章首先对新一代网络特征和业务特征进行了阐述，进一步提出了适应新一 代网络的业务参考模型；在此基础上引入上下文和业务上下文概念，论述研究业 务上下文信息处理和预测以及数据缺失的意义，设计了业务上下文范畴和本体模 型；最后从网络环境、用户环境和终端环境三个方面进一步论述了引入业务上下 文的必要性。 2 2 未来网络的网络特征 新一代网络发展趋势是移动普适融合网络，其目标就是可以实现“每个人和 每台设备可在任何地方和任何时间”进行无处不在的网络连接，具体来说未来网 络特征如下： 1 ) 自适应网络 网络的自适应功能是指网络能自动地对上下文变化以及上下文历史进行感 知和应用，并通过感知上下文信息自动调整网络资源配置，以使用户服务应用最 优。 2 ) 普适异构融合的网络 新一代网络具有丰富的异构网络和平台，如通用移动通信系统( u m t s ) 、数 字视频广播( d v b ) 、公共交换电话网( p s t n ) 、i n t e r n e t ，以及广泛部署在用户生活、 工作空间的身体域网( b a n ) 、个人域网( p a n ) 、家庭f 固( h a n ) 、车域网( v a n ) 等智 能终端网络，这些网络拥有各自的平台和业务资源，并在m 的基础上形成一个 融合互补的无所不在的移动通信业务环境。网络业务平台的异构性为业务上下文 信息的采集和表示带来了挑战，但融合的移动通信业务环境为业务上下文的处理 奠定了基础。 7 北京邮电人学博士学位论文第二章业务上下文研究基础和意义 新一代网络的发展要依赖于现有的和未来的无线系统的集成，其中包括广域 网、无线局域网、无线个域网、无线身体域网、a dh o c 网络及家庭域网等。未 来短距离的无线技术将起到十分关键的作用，每个人和每个设备可由不同类型的 通信链路相连接，包括人与人、人与机器、机器与人、机器与机器。通信信息除 人与人之间采用语声及高速数据外，还有大量的低速数据无线部件( 如传感器、 信标、身份标等) 产生信息，未来基于超宽带无线技术( u m b r t ) i 拘部件将起重要 作用，这为业务上下文信息采集和传输提供了必要保证。 3 ) 可重构网络 可重构的网络是对上下文环境具有感知、监控、重构和恢复能力的连续工作 的网络，即应该能主动的感知网络上下文环境的变化，能监控当前网络系统的运 行状况，有效获取关键的上下文信息，能重组可利用的资源，重新配置系统的结 构，在最大可能范围内保证信息的上行下达，恢复系统功能，提供持续性的服务。 不同于这些属性在传统意义上分散、孤立的概念内涵，可重构网络在上下文环境 发生变化是能快速重构系统，融合这些基本属性，组成了网络系统可重构性的一 个有机整体。 未来业务的发展是与新一代网络特征密不可分的。新一代网络的发展是未来 业务发展的前提，为业务的发展奠定了基础；反过来，业务发展需求也进一步促 进了网络技术的不断完善。 2 3 未来网络的业务特征 移动普适融合的业务发展趋势是“以用户为中心 的业务模型，为用户适配 个性化智能业务，未来网络