（计算机应用技术专业论文）普适计算环境下个性化的服务发现框架研究.pdf

l 普适计算环境 答 独创声明 本人声明所呈交的学位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。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其 他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含未获得 ( 潼! 翅超查甚他霞墨挂剔直明的! 奎拦亘窒2 或其他教育机构的学位或证书使 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 确的说明并表示谢意。 签字日期：2 。f o 年岁月2 8 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，并同意以下 事项： l 、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 论文被查阅和借阅。 2 、学校可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以 采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。同时授权清华大学“中 国学术期刊( 光盘版) 电子杂志社”用于出版和编入c n k i 中国知识资源总库， 授权中国科学技术信息研究所将本学位论文收录到中国学位论文全文数据库。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 导师签字： 签字同期：棚f 。年j - 月谚同 日 习 方如瞄 _ 上 名 e 戳 库 者 狐 储 撕 文 期 沦 日 位 字 学 签 普适计算环境下个性化的服务发现框架研究 摘要 对于用户而言普适计算环境不再是一台固定的电脑，而是一个包含多种异构 设备并且可以根据用户状态动态改变的计算空间。普适计算环境下利用合适的方 法管理该计算空间可以很好的使用空问中的服务，使之依照用户的状态改变而改 变。现在主流服务发现协议有s l p 、u p n p 、j i n i 等，这些服务发现协议对于普适 计算环境中用户手持设备拥有有限的资源和有限的用户接口来说并不适用。 通过普适计算环境下的服务发现能够让处于该环境中的用户、设备和服务相 互发现、配置最终能够实现相互交流。为了提供更适合用户的个性化服务，服务 发现协议可以通过情景分析器获得用户的上下文信息，但现有的个性化服务发现 需要用户的上下文信息作为查询条件，无法保证用户的隐私。本文研究的新型个 性化服务发现框架通过抓取服务目录注册器上的服务，在此基础上根据用户上下 文和使用偏好对服务进行识别，将合适的服务添加至个人虚拟空间，解决了原有 个性化服务发现协议暴露用户隐私的弊端。同时，该框架还可以将服务查找范围 扩大至整个域，最大程度的为用户提供满意服务。本文的主要工作在于： ( 1 ) 研究了基于a n f i s 的模糊推理系统，为设计个性化服务发现框架中的 推理机打下基础。推理机是个性化服务发现框架中的重要组成部分，推理机中内 置学习功能，可以很好的反映用户的偏好。 ( 2 ) 提出了普适计算环境下个人虚拟空问的概念，将普适计算环境中的一 切实体进行抽象然后定义为三类组件，他们是虚拟对象、服务和用户。在此基础 上提出了虚拟空间模型，该模型可以有效的管理这些组件，并且能够将普适计算 环境中符合用户上下文的虚拟对象和服务包含到虚拟空间中。个人虚拟空间对用 户的状态改变非常敏感，并且能够将远离用户的虚拟对象和服务加入到虚拟空间 中，同时它还支持多用户。 ( 3 ) 在s l p 协议的基础上，结合个人虚拟空间和基于a n f i s 的个性化推 理机，提出了个性化的服务发现框架。首先介绍了该框架的四个组成部分，在此 基础上详细说明了本框架的工作流程，以及个性化的过程。本文定义了一组模糊 推理规则，推理机运用该规则对处理器传递过来的服务向量进行推理，将符合的 服务加入到虚拟空间。个性化处理器通过用户的使用情况向推理机进行反馈，在 此基础上推理机学习用户的偏好，进而修改模糊变量的范围。为了提高用户服务 发现的町靠性，框架l | 加入了质景管理器模块，该模块口j 以根据j 目户使用过程中 的质量反馈来综合计算服务的质量。 ( 4 ) 本文最后给出了模型实例，将基于位置的服务发现方案、基于质量的 服务发现方案和基于个性化的服务发现框架进行对比，分别从服务发现时问、用 r e s e a r c ho ff r a m e w o r kb a s e do np e r s o n aliz e d s e r vic edis c o v e r yinp e r v a siv ec o m p u tin ge n vir o n m e n t s a b s t r a c t i np e r v a s i v ec o m p u t i n g ，t h ec o m p u t i n ge n v i r o n m e n tf o rau s e ri sn ol o n g e ra f i x e dc o m p u t e r ，b u tas p a c et h a ti n d c l u d e sm u l t i p l eh e t e r o g e n e o u sd e v i c e st h a tc a n c h a n g ed y n a m i c a l l ya c c o r d i n gt ou s e r ss i t u a t i o n m a n a g i n gt h es p a c ei sa ne s s e n t i a l p a r to fp e r v a s i v ec o m p u t i n gb e c a u s ea p p l i c a t i o ns e r v i c e si nt h i se n v i r o n m e n tn e e dt o b ea d a p t i v et ot h eu s e r sc u r r e n ts i t u a t i o n n o wt h em a i n s t r e a ms e r v i c ed i s c o v e r y p r o t o c o l si n c l u d es l p ( s e r v i c el o c a t i o np r o t o c 0 1 ) ，u p n p ( u n i v e r s a lp l u ga n dp l a y ) ，j i n i a n ds oo n i nap e r v a s i v ec o m p u t i n ge n v i r o n m e n t ，h a n d h e l dd e v i c e sh a v el i m i t e d r e s o u r c e sa n du s e ri n t e r f a c e s ，s ot h em a i n s t r e a ms d p sh a v et h e i rl i m i t s i np e r v a s i v ec o m p u t i n ge n v i r o n m e n t , s e r v i c ed i s c o v e r ye n a b l e sd e v i c e sa n d s e r v i c e st op r o p e r l yd i s c o v e r ，c o n f i g u r e ，a n dc o m m u n i c a t ew i t he a c ho t h e r i no r d e rt o p r o v i d em o r ea p p r o p r i a t es e r v i c e sf o ru s e r s ，s e r v i c ed i s c o v e r yp r o t o c o lc a no b t a i nt h e c o n t e x ti n f o r m a t i o no fu s e r sb yt h ec o n t e x ta n a l y z e r ，b u te x i s t i n gp e r s o n a l i z e ds e r v i c e d i s c o v e r yr e q u i r e st h eu s e r sc o n t e x ti n f o r m a t i o na saq u e r y ，i nt h i sw a yt h ep r i v a c yo f u s e r si sn o ts a f e i nt h i sp a p e r ，ip r o p o s e dap e r s o n a l i z e ds e r v i c ed i s c o v e r yf r a m e w o r k w h i c ha g g r e g a t e ss e r v i c e st h a tc o n t e x t u a l l yc l o s et ot h eu s e ri na d v a n c e ，i n s t e a do f a t t a t c h i n gu s e rc o n t e x tt o ad i s c o v e r yq u e r yt of i n da p p r o p r i a t es e r v i c e s s oi tc a n p r o t e c tt h ep r i v a c yo ft h eu s e r a tt h es a m et i m e ，t h ef r a m e w o r kc a nf i n dt h es e r v i c e e x t e n d e dt ot h ee n t i r ed o m a i n ，s oi tc a nf i n dt h em o s ta p p r o p r i a t es e r v i c et ou s e r s t h e m a i nc o n t e n t sa n di n n o v a t i o n si nt h i sp a p e ra r es u m m a r i z e ds u c ha s ( 1 ) a n f i s ( a d a p t i v e - n e t w o r k - b a s e df u z z yi n f e r e n c es y s t e m ) i sd e s c r i b e d f i r s t l y t h ei n f e r e n c ee n g i n ei nt h ef r a m e w o r ki sd e s i g n e db a s e do na n f i s ，i ti sa n i m p o r t a n tc o m p o n e t o ft h ef r a m e w o r k t h ei n f e r e n c e e n g i n e h a v e l e a r n i n g c a p a b i l i t y ，s oi tc a nr e f l e c tt h eu s e r sp r e f e r e n c e ( 2 ) p e r s o n a lv i r t u a ls p a c ei np e r v a s i v ec o m p u t i n ge n v i r o n m e n ti sp r o p o s e d i n t h i ss c h e m ea l lo ft h eo b j e c t si np a v a s i v ec o m p u t i n gi ss e e na st h r e et y p e so f c o m p o n e t s t h e ya r ev i r t u a lo b je c t s ，s e r v i c e sa n du s e r s v i r t u a lp e r s o n a ls p a c ec a n i i i e f f e c t i v e l ym a n a g et h e s ec o m p o n e n t sa n dc a ni n c l u d et h es e r v i c e st h ev i r t u a lo b j e c t s m e e t i n gt h eu s e r sc o n t e x t p e r s o n a lv i r t u a ls p a c ei sv e r ys e n s i t i v et ot h eu s e r ss t a t e c h a n g ea n di ta l s os u p p o r t sm u l t i - u s e r ( 3 ) t h ef r a m e w o r kb a s e do np e r s o n a l i z e ds e r v i c ed i s c o v e r yi sp r o p o s e d i ti sb u i l t o ns l pa n dc o m b i n e dv i r t u a lp e r s o n a ls p a c ea n dp e r s o n a l i z e di n f e r e n c ee n g i n e f i r s t ，ii n t r o d u c et h ef o u rc o m p o n e n t so ft h ef r a m e w o r k ，t h e n ，id e s c r i b et h ef l o wo f t h e f r a m e w o r ka n dt h ep r o c e s so ft h ep e r s o n a l i z a t i o ni nd e t a i l i nt h i sp a p e r , id e f i n eas e t o ff u z z yi n f e r e n c er u l e s ，t h ei n f e r e n c ee n g i n ea p p l yi tt ot h es e r v i c ev e c t o rw h i c hi s t r a s m i t t e db yt h ep e r s o n a lp r o c e s s o r , i ft h er e s u l ti sg r e a t e rt h a nt h et h r e s h o l d ，t h e s e r v i c ew i l lb ei n c l u d e di n t ot h ev i t u a ls p a c e ( 4 ) f i n a l l y , i nt h i sp a p e rip e r f o r m e ds i m u l a t i o n b a s e de x p e r i m e n t s t h es i m u l a t o r c a ne m u l a t et h r e et y p e so fm a n a g e m e n ts c h e m e ：l o c a t i o n - b a s e ds c h e m e ，q u a l i t y - b a s e d s c h e m ea n dp e r s o n a l i z e d - b a s e ds c h e m e i no r d e rt oc o m p a r et ot h e s es c h e m e s ，i e m p l o y e d t h r e e m e t r i c s ：d i s c o v e r yt i m e ，u s e rs a t i s f a c t o r y a n du s e rr a t i o i nt h e e x p e r i m e n t s1h a v ep r o v e dt h ef r a m e w o r k sp r a c t i c a b i l i t ya n dv a l i d i t y l a s tih a v e s u m m a r i z e da n dp r o p o s e dt h ep r o s p e c to ff u r t h e rr e s e a r c h ，w h i c hl a y sas o l i d f o u n d a t i o nf o rf u r t h e rr e s e a r c h t h ep r o c e s s o rw i l ls e n df e e d b a c kt oi n f e r e n c e e n g i n e b a s e do ni tt h ei n f e r e n c ee n g i n ea d j u s tt h er a n g eo ff u z z yv a r i a b l e t h r o u g ht h e f e e d b a c kt h ee n g i n ec a nl e a r nt h eu s e r sp r e f e r e n c e t h eq o sm a n a g e m e n ti nt h e f r a m e w o r kc a na g g r e g a t et h eq o sf e e d b a c k ，t h e nr e c o m p u t et h eq o so ft h e s e r v i c e t h ec o m p o n e n to ft h eq o sm a n a g e m e n tc a ni m p r o v et h er a l i a b i l i t yo ft h e s e r v i c ed i s c o v e r y k e y w o r d s ：p e r v a s i v ec o m p u t i n g ：p e r s o n a ii z e d s e r v i c ed is c o v e r y ： c o n t e x ta w a r e ：a n f i s i v 目录 l 前言l 1 1 课题研究背景。1 1 2 普适计算下个性化的服务发现的研究内容和研究意义2 1 2 1 论文研究内容2 1 2 2 论文研究意义4 1 3 相关研究4 1 4 论文结构5 1 5 本章小结6 2 现有的服务发现关键技术研究7 2 1 服务发现协议：7 2 1 1s l p 7 2 1 2u p n p 9 2 1 ：；j i n i 1 0 2 1 4w e b 服务发现ll 2 2 普适计算环境下的上下文感知技术1 2 2 2 1 普适计算环境下上下文感知技术的必要性1 2 2 2 2 普适计算中上下文定义1 2 2 2 3 上下文信息的获取与感知1 3 2 3 普适计算环境中的服务质量q o s 1 4 2 3 1 服务质量定义1 4 2 3 2 普适计算环境下服务的服务质量1 4 2 4 本章小结1 5 3 基于a n f i s 的自适应模糊推理系统研究17 3 1 模糊理论1 7 3 1 1 隶属度函数定义1 7 3 1 2 模糊集合定义1 7 3 1 3 模糊推理规则1 8 3 1 4 常用的模糊推理系统18 v 3 2a n f i s 1 9 3 2 1a n f i s 结构图19 3 2 2a n f i s 算法21 3 3 本章小结2 2 4 普适环境下的个人虚拟空间2 3 4 1 普适计算环境下的抽象模型2 4 4 1 1 虚拟对象组件2 4 4 1 2 服务组件2 4 4 1 3 用户组件2 5 4 2 普适计算中的虚拟个人空间2 6 4 2 1 虚拟个人空间综述2 6 4 2 2 虚拟个人空间模型2 7 4 3 本章小结2 8 5 普适计算环境中具有个性化服务发现框架的研究2 9 5 1 个性化服务发现框架介绍2 9 5 2 个性化的服务发现框架的架构j 一3 2 5 2 1 个性化服务发现框架中的服务以及目录代理3 2 5 2 2 个性化服务发现框架中的个性化操作中间件3 4 5 2 3 个性化服务发现框架中服务质量管理器3 8 5 3 虚拟个人空间中服务的个性化处理4 0 5 3 1 虚拟空间中的个性化处理器，4 0 5 3 2 虚拟空间中基于a n f i s 的个性化推理机4 1 5 4 本章小结4 2 6 普适计算环境下个性化服务发现框架的仿真实验4 3 6 1 仿真实验设计4 3 6 2 个性化服务发现框架中服务和虚拟对象的构建4 4 6 2 1 虚拟对象构建_ 4 4 6 2 2 服务构建4 5 6 3 仿真结果4 8 v i 6 4 本章小结5 0 7 总结与展望5 1 参考文献5 2 致谢5 5 个人简历、在学期间发表的学术论文5 6 v i i 普适计算环境下个性化的服务发现框架研究 1 前言 本章首先介绍了论文的工作背景普适计算环境，然后介绍本文的研究对 象普适计算环境下个性化的服务发现框架，指出其中尚待解决的问题，并简 要介绍国内外的研究现状；最后，概括课题的研究内容和意义并给出正文的组织 关系。 1 1 课题研究背景 从计算机诞生至今，随着网络技术以及计算机技术的不断发展，计算模式也 不断的得到改进，经历了从最初的哑终端模式，到桌面计算模式，再到后来的分 布计算、网格计算。随着现在移动技术，嵌入式技术以及传感技术的发展使一些 更灵活、更广泛的计算模式如普适计算、移动计算、可穿戴计算等成为计算模式 下一步的进化方向【l 】。 普适计算( p e r v a s i v ec o m p u t i n g ) t 2 j n 目前为止还没有一个明确的定义。普 适计算主要是指无所不在的、随时随地都可以进行计算的一种方式；无论何时何 地，只要需要，就可以访问想要访问的设备及其所需的信息。普适计算所涉及的 技术十分广泛包括移动通信技术、小型计算设备制造技术、小型设备上的操作系 统技术及软件技术等。 生活在信息时代的我们可以利用无处不在的普适计算让我们的生活更加轻 松、更加有效率。普适计算不是一个新名词，它是网络计算的自然延伸，它不仅 能使个人电脑连接到网络中，而且也能使其他小巧的智能设备加入到网络中，方 便人们即时地获取有用的信息。普适计算以人的需求为中心，从根本上改变了人 去适应机器计算的被动式服务思想，实现了用户在不被打扰的前提下动态的接受 网络服务。 普适计算环境完美的将具有联网和计算功能的设备( 从小型的传感器到具有 强大功能和动态性极强的设备) 同人和他所处的环境结合在一起。例如在普适计 算的环境中可能拥有好几百台的智能设备，这些设备在用户不知不觉中向他们提 供所需的服务。所以实现普适计算环境中用户在不被打扰的情况下向用户提供所 普适计算环境下个性化的服务发现框架研究 需服务，服务发现就显得尤为重要。 所谓服务发现是指在普适计算环境中，为了协助用户完成其想要完成的任 务，能够在动态变化的环境中动态查找，动态定位所需的服务，然后返回适合用 户服务的过程。服务发现是将服务提供者和服务使用者联系起来的纽带。 服务发现能够使普适环境中的设备和服务互相发现、互相配置以及互相交 流。但是现在我们在服务发现和手动配置服务和设备方面需要花费很多的时间， 并且许多的配置还需要具有专业知识的人才能进行。 服务发现协议的作用是减少用户过多的参与服务发现过程，以及增加普适计 算环境中服务的可用度。在过去的几年里，很多的组织已经设计和开发了他们各 自的服务发现协议。这些协议包括：麻省理工学院的i n s l 3 ( i n t e n t i o n a ln a m i n g s y s t e m ) 、加利福尼亚大学研究的s d s l 4 j ( s e r v i c ed i s c o v e r ys e r v i c e ) 、i b m 研究 院的d e a p 空间【5 1 、s u n 公司的j i n i l 6 1 、微软公司的u p n p ( u n i v e r s a lp l u ga n dp l a y ) 【7 1 以及a p p l e 公司的r e n d e z v o u s 【8 】，还有其他组织机构也提出了一些服务发现的 标准，例如：s a l u t a t i o n 协议【9 1 、s l p t l0 1 、b l u e t o o t hs d p i l l l 。以上所有的协议都能 实现服务发现，但是上面大多数服务发现协议适用于家庭或者企业环境，在普适 计算环境中服务发现的效果并不理想。虽然以上协议并不适用于普适计算的环 境，但是为我们研究普适计算环境中的服务发现奠定了一个很好的基础。 普适计算环境与家庭和企业环境相比具有非常高的动态性和异构性。在企业 中提供的服务，都是针对企业内部计算服务，而且每一个企业的网络都会有一个 防火墙来界定企业服务的范围。普适计算环境中的边界相比较家庭和企业来说就 比较难以确定，而且其服务对象也很难确定。相对于在企业和家庭中的服务发现 而言w e b 服务发现就没有了位置限制，但是现在的w e b 服务发现框架更多的是 关注应用之间的相互操作，而不是人。所以这与普适计算中以人的需求为中心的 理念不一致，普适计算中的服务发现要能够自动的将环境中的服务与所处在该环 境中的人相互融合在一起。 1 2 普适计算下个性化的服务发现的研究内容和研究意义 1 2 1 论文研究内容 在普适计算环境中，服务是最重要的概念，也是用户关注的焦点。服务始终 2 普适计算环境下个性化的服务发现框架研究 贯穿在整个普适计算的过程中。在服务框架中服务发现足一个重要的环节，也是 服务中介者的重要功能之一。现仃的普适计算模式要求建立一套新的与之相适应 的服务发现理论和技术。在普适计算中我们主要研究的内容包括：服务的描述、 发现和组织机制、计算实体及通信和协作的模型、开发接口等。 在普适计算的环境中由于存在着大量异构的计算设备，手持设备，以及消费 类电子设备等，必然造成这些设备的计算、存储、以及网络传输能力各不相同， 而且普适计算环境中的用户与其他计算模式的用户有个显著的不同便是用户通 常处于移动状态，这就要求计算系统能够在这种高度异构和动态变化的计算环境 中发现并提供给用户他们所需要的服务的组合。这些服务往往是由一系列设备提 供的，计算系统要根据任务的变化对这个设备集合进行动态调整。所以如何找到 适合用户的服务便是关键。 通过服务发现机制，各种程序和设备能够在网络中自动声明自己的服务，当 用户需要该服务时可以在权限范围内自动发现并使用该服务。通常我们所讲的普 适计算环境中的服务主要指：普适计算环境中各个设备所提供的服务；网络 通信设施提供的信息传输服务；信息空间中服务信息和应用程序等。 随着普适计算环境中服务数量的不断增加，对于一个用户可能会有多个服务 同时满足，但是这些服务的可靠性、执行时间可能存在很大的差别，所以如何能 够将最好的，最适合用户偏好及符合其所处状态的服务提供给用户将显得尤为重 要。 本论文中研究了基于a n f i s 的模糊推理系统，对于模糊推理系统中的模糊 变量和学习功能的研究，为个性化服务发现框架打下了坚实的基础。同时在论文 中还研究了普适计算环境下个人虚拟空间，该虚拟空间是对普适环境中的一切实 体进行抽象，将其概括为三类组件：服务、虚拟对象和用户，在此基础上提出了 虚拟空间模型，该模型可以很好的管理普适计算环境中的三类组件，将符合用户 上下文的虚拟对象和服务包含到虚拟空间中。最后研究了个性化的服务发现框 架，该框架包括四个主要组成部分：服务、注册目录、提供个性化操作的中间件 和服务质量管理器。该框架将服务与用户的上下文信息进行匹配，如果能够达到 用户设定的阈值，则将其加入到虚拟空间中，避免了用户隐私信息的泄漏。同时， 该框架查找服务的范围不仅仅局限于用户所处位置的周围，而是将查询扩大至整 个域。通过这个服务发现框架，用户可以查找到更适合他们的服务。 1 普适计算环境下个性化的服务发现框架研究 1 2 2 论文研究意义 普适计算环境中的服务发现显得尤为重要。在普适计算环境中为了让用户得 到最适合他们的服务，我们必须在现有的服务发现协议中加入用户上下文信息， 现有的个性化服务发现协议是需要用户的上下文信息作为查询条件，因此用户的 隐私信息很容易泄漏，并且这些协议首先考虑的是服务所处的位置，那些离用户 比较近的服务，会有更高的优先级，但是在现实生活中，往往最适合用户的服务 并不一定是离用户近的服务。论文中提出的具有个性化的服务发现框架能够解决 以上问题，而且它能够根据用户的不同喜好而改变服务查询条件，更重要的是该 框架可以根据用户上下文的改变而改变服务查找标准。真正的实现普适计算环境 中“以人为中心”的理念，让所处其中的用户使用到高质量的服务。 1 3 相关研究 在普适环境下关于服务发现人们已经进行了大量的研究工作【眩。14 1 ，很多研究 者提出在普适计算中利用用户上下文来处理服务发现，但是其中很多研究只关注 了用户所处的局部普适空间或者在服务发现的过程中将用户所处的位置给予了 过高的优先级引，因此当一些非常适合用户所处状态且拥有较高质量的服务因为 不靠近用户所处的位置而不能被发现，这大大降低了普适计算环境中服务发现的 质量，降低了用户的体验。他们所研究的服务发现模式基本上是基于位置的。个 性化空间最早并不是在普适计算中提出来的，最初人们将个性化空间理解成用户 周围的一系列设备组成的个人计算空间。在这些研究提出的相关框架中，都有一 个中心的服务来管理物理空间中的设备、服务以及处在该空间中的用户。通过感 知用户所处位置，中心服务可以自动提供与用户所处位置相关的内容。a u r a t l 6 l 和g a i a l l 7 】就是普适环境中两个典型的基于位置的服务发现模型。其缺点在与处 理上下文信息时，没有以用户为中心，而采用绝对的上下文信息【1 8 1 9 1 ，这与普适 计算环境中以人为核心的理念相违背。 近年来普适计算的研究者试图定义个性化的空间，其中g a i a 项目团队在 2 0 】 中也承认普适计算空间中的服务发现不应该定义具体的物理界限，并提出了一个 新的g a i a 系统叫做m o b i l eg a i a 。新系统虽然改进了以前的缺点，但是它仍 需要定义一个个人有效活动空间，只有在这个空间内用户才能通过无线的方式与 4 普适计算环境下个性化的服务发现框架研究 设备进行交流。 此外还有很多关于普适计算环境中服务发现的研究，其中并没有提到如何从 已有的服务中选取最适合用户的服务，这些研究有的只是介绍利用用户上下文信 息作为查询条件来获取最好的服务，但是没有讨论如何基于用户的偏好和上下文 信息来得出这些具体的查询条件2 1 1 。 1 4 论文结构 本论文将按照以下章节展开： 第1 章：前言。首先引入了普适计算的概念和相关研究重点，接着介绍了论 文的研究背景，说明了在普适计算环境中进行个性化的服务发现研究的意义和重 要性。然后总结了现阶段服务发现的相关研究情况。最后介绍了论文的组织结构。 第2 章：现有的服务发现关键技术研究。本章对服务发现现有的的关键技术 进行了详细的表述与分析。通过本章可以了解到现有的服务发现协议s l p 、j i n i 、 基于u d d i 和w e b 的服务发现机制以及普适计算环境中的上下文信息和服务质 量q o s 等方面的基础知识。后面的章节则从基于a n f i s 的自适应模糊推理系统、 普适计算环境下的个人虚拟空间等关键技术详细展开论述。 第3 章：基于a n f i s 的自适应模糊推理系统。在个性化的服务发现框架中， 普适计算空间中的服务需要根据不用的用户进行个性化的定制，同时不同的用户 在不同的状态下对服务有不同的要求，为了实现个性化的服务发现，框架中的个 性化推理机就是基于a n f i s 实现的。因此本章研究了基于a n f i s 的自适应模糊 推理系统中的模糊理论和a n f i s 结构图及其算法。 第4 章：普适计算环境下的个人虚拟空间。针对普适计算环境下包含多种异 构设备和这些设备需要根据用户状态而动态的改变其状态的特点，我们在此利用 了个人虚拟空间的方法来实现，个人虚拟空间中包含一系列有状态的对象以及这 些对象之间的关系，这些对象被定义为：服务、相邻用户以及虚拟对象。虚拟空 间可以给特定的用户提供准确的信息，因此能够帮助应用服务根据不同用户进行 动态的配置。个人虚拟空间是服务发现框架中个性化操作中间件中的重要组成部 分，对个人虚拟空间的合理管理能够提高服务发现框架的工作效率。 普适计算环境下个性化的服务发现框架研究 第5 章：普适计算环境中具有个性化的服务发现框架研究。本章研究了基于 a n f i s 的推理机、个性化虚拟空f n j 、个性化处理器、服务激活器和服务质量管 理器的服务发现框架，重点从该框架的组成部分、各个组件的工作原理、虚拟空 间中服务的个性化处理等发面展开研究，分析了服务发现框架实现服务个性化发 现的机制及原理。 第6 章：普适计算环境下个性化服务发现的仿真验证。本章对本文研究的 个性化服务发现框架做了仿真验证，通过对比基于位置的服务发现方案、基于质 量的服务发现方案以及个性化的服务发现框架三种不同的服务发现方案，从实验 结果中验证了个性化的服务发现框架在服务发现时间、用户满意度和服务使用率 三方面方面所展现出的优越性。 第7 章：总结与展望。本章主要是对全文做了总结，并对下一步的工作进行 展望。 1 5 本章小结 本章针对普适计算环境下现有的服务发现机制所存在的问题，提出了解决问 题的对策，同时也指出了使用个性化服务发现框架的必要性，并介绍了当前服务 发现的研究现状、论文研究的内容和意义。 6 普适计算环境下个性化的服务发现框架研究 2 现有的服务发现关键技术研究 2 1 服务发现协议 普适计算环境完美的将联网的设备跟人和环境结合在一起，在一个普适环境 中可能拥有成百上千个设备在用户不知情的情况下向其提供服务，所以服务发现 对于用户来说非常重要，它能够使设备和服务相互发现并相互通信，但是现有的 服务发现让用户花费了太多的时间在服务查找和手动配置上。 服务发现协议的目的就是减少用户的过多参与，其产生也从某种程度上解放 了普适计算系统的设计者，在此之前他们要全面的考虑到普适计算空间中设备的 状态，以及他们所产生的交互。 。 现有的服务发现协议有s l p 、u p n p 、j i n i 、s a l u t i o n 、d e a p s p a c e 和w e b 服 务发现等，这些不同的服务发现协议通常利用不同的术语来反映他们设计的独特 性。以下为常用的服务发现协议介绍。 2 1 1s l p s l p ( s e r v i c el o c a t i o np r o t o c o l ，服务定位协议) 【2 2 ，2 3 1 是由i e t f 的s r v l o c 工作组于1 9 9 7 年设计的主要用于面向小型网和企业网的、分布式的、可伸缩和 易于扩展的服务发现协议。它基于t c p i p 协议簇建立了一个使设备和应用程序 自动提供或获取所需服务的发现模式。服务定位协议为网络服务的发现和选择提 供一种可扩展构架。通过此协议，使用i n t e m e t 服务的计算机不再需要为网络应 用程序服务提供那么多的静态配置，这对于无法满足网络系统管理需求的用户来 说尤为重要。s l p 的服务发现模式如图2 1 所示： 普适计算环境下个性化的服务发现框架研究 天气量秀公交服秀 航班朦秀 图2 1s l p 的服务发现模式 从上图中我们可以看到s l p 定义了三类实体：s a ( s e r v i c ea g e n t ，服务代 理) 它的主要作用是声明服务的i p 地址、访问路径、域名、端口号以及信息的 属性等相关信息。d a ( d i r e c t o 巧a g e n t 目录代理) 的主要作用是负责收集并 存储服务的信息，当有请求到来查询相关服务时，给予符合条件的响应。u a ( u s e r a g e n t ，用户代理) 的主要作用是查找服务，可以通过查询目录代理或者服务代 理来得到适合用户所需服务的访问路径、端口、域名及i p 地址等。 s l p 工作模式有三种分别为【2 4 】：分散型、集中型和混合型模式。如果在s l p 的服务发现模式中不存在目录代理，那么服务的信息是由服务代理来分别维护 的，此时用户代理在进行服务查询的时候采用多播的方式发送请求，各个s a 收 到请求以后将请求进行匹配，如果匹配成功，那么服务代理将以单播的形式回应 该服务。这种工作模式比较适合小型的局域网。如果在服务发现模型中存在目录 代理，那么目录代理的任务就是收集及存储服务信息，所以需要服务代理向目录 代理注册，以便发布其提供的服务。当用户代理想要查找所需服务时直接向目录 代理发送查询请求即可。为了保证目录代理中注册的服务是有效的，s a 需要经 常的更新其服务信息，使得其提供的服务能够被u a 获取到。第三种模式则是上 两种模式的集合，主要适用于规模较大的网络，这时一个网络中可以引入多个目 8 普适计算环境下个性化的服务发现框架研究 录代理。 2 1 2u p n p u p i l p ( u n i v e r s a lp l u ga n dp l a y , 通用即插即用) 1 2 3 1 是由微软、i n t e l 等公司发 起组织的，旨在实现计算设备间的相互发现和控制的一个规范，目前有6 0 0 多家 厂商加入了u p n p 论坛。u p n p 从设备的寻址、查找、控制、事件、表现五个方 面定义了设备| 日j 互操作机制。u p n p 针对i p 网络中的设备自动寻址问题采用了 a u t o l p ( 自动i p 地址分配) 机制，针对设备间的相互发现问题采用了s s d p ( s i m p l e s e r v i c ed i s c o v e r yp o r t o c o l ，简单服务发现协议) 。 u p n p l 2 5 1 是一个多层协议构成的框架体系，每一层都以下层为基础，同时又 是相邻e 层的基础。其协议架构如图2 2 所示： 图2 2 u p i l p 协议架构 由上图可以看出最下面就是i p 和t c p ，这两层负责设备的i p 地址。第三层 是h t t p 、h t t p u 、h t t p m u ，这一层是传输协议层传送的内容经过封装之后， 存放在特定的x m l 文件中。对应的s s d p 、g e n a 、s o a p 指的是保存在x m l 文件中的数据格式。到这一层，已经解决了u p n p 设备的i p 地址和传送信息的 问题。第四层是u p n p 设备体系定义，仅仅是一个抽象的、公用的设备模型。这 一层是必不可少的。第五层为设备定义层。所有不同类型的设备都被定义成一个 专门的架构或者模板，供建立设备的时候使用。所以当设备进入这一层的时候， 已经被指定了明确的用途。到目前为止，u p n p 可以支持绝大部分的设备，其中 包括：电脑、电脑外设、移动设备、家用消费类电子设备等，