（计算机应用技术专业论文）普适计算环境下基于场景的可配置服务研究.pdf

摘要 从主机时代，到个人计算机时代，再到今天移动计算时代，计算机已经不仅仅是一种 人们只在桌上看到的庞然大物。越来越多的传感器、嵌入设备出现在我们的生活当中。它 们虽然体积很小，但是具有较强的计算能力，经常被放置在我们意想不到或者难以进入的 地方为我们提供信息服务。传感器技术、嵌入式设备、无线射频识别标签技术以及各种无 线连接方案的日益成熟为越来越多的设备之间直接的交互提供了技术支撑。这些基础技术 的进步将信息技术的发展逐渐引向马克威瑟提出的普适计算。普适计算描绘了未米以人 为中心的智能计算环境。在这样一个环境中，计算设备与物理环境能够有机地结合在一 起，人们能够像用笔写字一样，将计算机作为工具来获得计算服务。在获得计算服务的过 程中，人们只需要把注意力集中在他们要做的事情上面，而不需要关注作为工具的计算 机。这样一个崭新的计算模式受到各界的广泛关注。麻省理工、卡耐基梅隆、伊利诺伊斯 大学、加州理工伯克利分校、微软、惠普、田m 等著名高校与企业纷纷开展了与普适计算 相关的研究工作，建立了o x y g e n 、a u r a 、o n e w o r l d 、w h a l e 等试验系统。但是目前的试 验系统主要还是集中在对普适计算的普适性方面的研究。一方面，他们多数仅仅重复马克 威瑟提出的智能办公这样一个简单的场景；另一方面，他们的研究重点都局限于围绕单 个用户实现背景感知、多通道信息获取与信息呈现等流程相对固定的应用场景。 为了实现系统的动态适应性，o x y g e n 、a u r a 、o n e 。w o r l d 采用任务抽象等方法，通过 反射机制实现普适环境下系统的可配置服务。但无论是a u r a 采用的l u a o r b 语言，还是 w h a l e 中采用的x m l 语言，都只是集中在代码集层次上的功能可配置，很少把研究的重 点放在如何从规范说明书( s p e c i f i c a t i o n ) 就开始实现系统的可配置性。普适计算的以用 户为中心、面向任务、背景感知的特点决定了我们无法为整个系统设计完整的规范说明 书，也就无法以其为基础进行系统开发。代码集层次的可配置是通过在代码运行前对代码 进行动态组合与配置来实现应用扩展的。因此，需要在规范说明书的基础上进行代码分 析、系统架构与开发。这样的可配置系统开发方式，很难满足普适计算环境下以用户为中 心、面向任务的要求。尤其对于世界杯、奥运会、世博等大型社会活动来说，由于存在大 量的人机交互和个性需求，加剧了建设系统的复杂性。一方面，人们并不清楚需要提供怎 样的系统服务，因为我们还很难想象普适计算的“任何地方、任何时间、任何设备”都能获 取服务的计算模式会给我们的生活带来怎样的巨大变化。另一方面，设计系统与运行系统 往往有很大的差异。因为在进行系统设计的时候，人们无法准确地预计有多少人、多少设 备、多少服务会参与到这个系统中来，进而也就很难保证运行系统符合系统设计时的各种 约束条件。所以，在这样一个环境中设计系统具有非常大的挑战性。 场景( s c e n a r i o ) ，作为一种有效的描述表达方式，是人们对系统功能需求进行非形 式化描述的重要手段。它通过头脑风暴、角色游戏等各种参与方法，让人们勾勒出系统的 轮廓。场景独特的面向任务特性，使得其适合在普适计算环境下用于描述用户需求。针对 普适计算环境的特点，我们寻求一种新的采用场景的解决方法，实现从规范说明书层开始 的系统配置，期望通过动态组合不同的场景来产生新的系统应用，满足不同用户的需求。 在整个研究中，我们关注两个方而：一方面是系统如何满足个性需求的动态变化；另 一方面是在大萤人机交互的情况下，如何通过智能代理减少直接交互。本文提出一个基于 场景的可配置系统架构，通过使用场景来建立任务的片断描述，并以这些场景描述作为系 统功能实现的基础。由于场景与功能实现是一一对应的，我们可以通过改变场景的组合方 式，实现各种不同功能的组合，形成新的应用，进而满足普适环境下动态的用户需求变 化。作为这个架构的基础，我们提出了一个参与式设计的方法，通过统一设计接口，让领 域专家、系统用户与系统运营商等系统干系人( s t a k e h o l d e r ) 共同参与到系统设计中去。在 介绍设计方法之前，我们首先介绍了一种人与代理交互的描述语言。我们在将人们的需求 进行分类、细化为各种行为规则的基础卜，采用这种语言的标准化语法对这些规则进行描 述，建立标准的描述脚本。然后使用形式化的手段和工具，对脚本进行形式化描述和验 证，这样能够克服场景非形式化的弱点。这些脚本和实现代码是一一对应的，脚本和代码 可以在系统运行时结合在一起。因此脚本既可以作为独立的服务内容存在，也可以用不同 的组合方式结合在一起，米组合不同代码，实现不同的系统功能，从而实现从规范说明书 层次开始的系统配置。 在我们提出的基于场景的设计方法巾，我们将系统模型拆分为专业模型( d o m a i nm o d e l ) 和设计模型( d e s i g nm o d e l ) 。专业模型是指与业务流程、领域知识相关的内容的模型。它 是在场景设计人员的帮助下，由具有专业知识和专业经验的领域专家、系统用户、系统运 营者通过标准的人机交互设计接口来创建的。专业模型与实现代码分开，与实现语言无 关，很好地抽象了人们的功能需求、协作协议等等。设计模型刚是指与系统的架构、软件 模块之间的通讯协议等相关的内容的模型。它由计算机专家与程序设计人员根据技术需要 来创建。在这两种模型中，设计模型采用计算机系统设计的传统方法来描述，而专业模型 2 采用场景作为描述手段。描述专业模型的场景都作为具有背景感知功能的独立单元存在， 我们可以对场景进行验证后将它们组合在一起构建成一个多任务单元来满足不同的应用 需求。为了保证其组合的有效性，我们在演算的基础上，引入互连接( b i l i n k ) 和兼容性关 系来定义场景组合的形式化描述，进而对场景组合进行验证。 为了保证系统设计与系统实现之问的衔接，我们设计并实现了一个与f i p a 标准兼容 的多代理开发平台d e s c r i b e r 。它除了具有f i p a 标准的代理管理服务( a i m s ) 、目录服务 ( d f ) 和消息队列服务( m t s ) 之外，还具有解析场景、实现场景与功能代码绑定机制 的模块，保证这个平台能够在动态、分布式环境中正常工作。 奥运会、世博上海等大型的社会活动往往具有强大而丰富的网络和硬件支持，这些支 持实际上也为在室外的广域范围内建立普适计算环境提供了基础保障。我们将提出的模型 和框架应用在d e m a n db u s 实验平台基础上，设计并实现了一个上海地区的d e m a n db u s 服务原型模拟系统，通过与n o d a 等人试验结果的比较来验证我们方法的正确性。在对比 试验中，我们通过改变场景文件来修改协议，在不改变代码的情况下，也就是不修改设计 模型的情况下，成功地修改专业模型，来考察d e m a n db u s 中用户在不同的行为模式下的 表现。同时通过场景文件的组合，实现了d e m a n db u s 服务与其他服务的组合。 3 a b s t r a c t i n19 91 ，t h eg r e a ts c i e n t i s tm a r kw e i s e rf i g u r e do u tab l a n d l yn e wc o m p u t i n gf u t u r e - p e r v a s i v e c o m p u t i n gi nh i sa r t i c l et h ec o m p u t e r f o ，t h e2 1 s tc e n t u r yi ns c i e n t i f i ca m e r i c a n t h ek e yi d e a b e h i n dp e r v a s i v ec o m p u t i n gi st h a ti n f o r m a t i o na n dc o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g yw i l lb ea n i n t e g r a t e dp a r to fo u re n v i r o n m e n t s ：f r o mt o y s ，m i l kc a r t o n sa n dd e s k t o p st oc a r s ，f a c t o r i e sa n d w h o l ec i t ya r e a s w i t hi n t e g r a t e dp r o c e s s o r s ，s e n s o r s ，a n da c t u a t o r sc o n n e c t e dv i ah i g h s p e e d n e t w o r k sa n dc o m b i n e dw i t hn e wv i s u a l i z a t i o nd e v i c e sr a n g i n gf r o mp r o j e c t i o n sd i r e c t l yi n t ot h e e y et ol a r g ep a n o r a m ad i s p l a y s t h u si tm a r k sam a j o rs h i ri nf o c u sa w a yf r o mt h ea c t u a l c o m p u t i n gt e c h n o l o g ya n dt o w a r d sp e o p l ea n dt h e i rn e e d s p e r v a s i v ec o m p u t i n gi ss e e na st h e n e x tg e n e r a t i o nc o m p u t i n ge n v i r o n m e n t sw i t hi n f o r m a t i o na n dc o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g y e v e r y w h e r e , f o re v e r y o n e ，a ta l lt i m e s t h eh a r d w a r ed e v i c e sa n dn e t w o r k i n gi n f r a s t r u c t u r en e c e s s a r yt or e a l i z et h i sv i s i o na r e i n c r e a s i n g l yb e c o m i n gar e a l i t y r e s e a r c h e r sa l lo v e rt h ew o r l dw o r k i n go np e r v a s i v ec o m p u t i n g c o n t r i b u t et ot h ed e v e l o p m e n to fn e wc o n c e p t s ，t e c h n o l o g i e s ，p r o d u c t sa n ds e r v i c e s l o t so f r e s e a r c h p r o j e c t sa r ep r a c t i c i n g au s e r - c e n t e r e d ，u n i f i e d ，a n d a d a p t a b l eh u m a n c o m p u t e r i n t e r a c t i o ne n v i r o n m e n t y e tp r e c i o u sf e wa p p l i c a t i o n sr u ni nt h ei n f r a s t r u c t u r e t h i sl a c ko f a p p l i c a t i o n s i s d i r e c t l yr e l a t e dt ot h ef a c tt h a t i ti sd i f f i c u l tt od e s i g n ，b u i l d ，a n dd e p l o y a p p l i c a t i o n si n ap 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 f o rt h i sv i s i o nt ob e c o m ear e a l i t y ， d e v e l o p e r sm u s tb u i l da p p l i c a t i o n st h a tc o n s t a n t l ya d a p tt oah i g h l yd y n a m i cc o m p u t i n g e n v i r o n m e n t t h ep 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 th a sb e e nm a p p e da sac o m b i n a t i o no f m o b i l ea n ds t a t i o n a r yd e v i c e st h a td r a wo np o w e r f u ls e r v i c e se m b e d d e di nt h en e t w o r kt oa c h i e v e u s e r s t a s k s t h er e s u l ti sag i a n t , a d - h o cd i s t r i b u t e ds y s t e m , w i t ht e n so f t h o u s a n d so f d e v i c e sa n d s e r v i c e sc o m i n ga n dg o i n g c o n s e q u e n t l y , t h ek e yc h a l l e n g ef o rd e v e l o p e r si st ob u i l da d a p t i v e a p p l i c a t i o n st h a tc o n t i n u et op r o v i d eu s e f u ls e r v i c e s m e a n w h i l ea tt h ed e s i g nt i m e ，廿1 e yd on o t k n o wh o wm a n ys e r v i c e sa l ea v a i l a b l ea n dh o wm a n yd e v i c e sw o u l da c c e s st ot h ea p p l i c a t i o n a s p a r to fo u rr e s e a r c hi n t op e r v a s i v ec o m p u t i n g ，w ea r eb u i l d i n gd e s c r i b e r , as c e n a r i o - b a s e d a d a p t a b l es e r v i c ea r c h i t e c t u r e f o rp e r v a s i v ec o m p u t i n g b a s e do no u re x p e r i e n c e sw i t ht h i s a r c h i t e c t u r e , w eb e l i e v et h a ta p p l y i n gt h es e p a r a t i o no fc o n c e r n sp r i n c i p l ew o u l db eh e l p f u lt o c o p ew i t ha d a p t a b i l i t yp r o b l e m 5 t 觞ka b s t m c t i o na st h eb a s i co fc o n f i g u r a t i o nf o rp e r v a s i v ea p p l i c a t i o n , i s t h ep r o c e s so f t r a n s f o r m i n gp e o p l e s i n f o r m a ln o t i o n so fw h a t i sd e s i r e di n t oap r e c i s ed e s c r i p t i o n t h e s e d e s c r i p t i o a sm a yt h e nb es u i t a b l ef o rm e d i a t i n gc o m m u n i c a t i o nw i t ho n e s e l f o v e r t i m e ，o n e so w n c 0 埘m u n i t y ，a n do t h e rc o m m u n i t i e s d u r i n gt h i sp r o c e s sp e o p l ea l eb e s ta b l et od e s c r i b ec o m p l e x s v s t e m si naf r a g m e n t a r ya n dh i g h l yc o n t e x t u a lm a n n e r s c e n a r i o sw h i c ha r ep a r t i a ld e s c r i p t i o n o fs y s t e ma n de n v i r o n m e n tb e h a v i o rs c e n a r i o sp l a ya ni m p o r t a n tr o l ei ne n v i s a g i n gb ym e d i a t i n g c o m m u n i c a t i o na n db yd e s c r i b i n ga l t e r n a t i v es i t u a t i o n sa n dr a t i o n a l ee x p l o r e dd u r i n gd e s i g n c o n s i d e rt w oc a t e g o r i e so fs c e n a r i ow r i t e r s ，d o m a i ne x p e r t sa n ds o f t w a r ee x p e r t s - d o m a i n e x p e r r sh a v es p e n ty e a r sl e a r n i n gb o t ht h ec o m p l e xv o c a b u l a r yo f t h e i rd o m a i na n dh o wt or e a c t i nt h ec o m p l i c a t e ds i t u a t i o n sa r i s i n gi nt h i sd o m a i n t h i si sa l s ot r u ef o rs o f t w a r ee x p e a sw h o h a v es p e n ty e a r sl e a r n i n gt h ef o r m a l i t yo fp r o g r a m m i n ga n df o r m a ll o g i c w h e nd o m a i na n d s o f l w a r ee x p e r t sc o m m u n i c a t ew i t he a c ho t h e rd u r i n gm e e t i n g s ，t h e yp r e d o m i n a n t l yb s et h e i r o 、v nd o m a i n - s p e c i f i cv o c a b u l a r i e s w h i l et r y i n gt oe s t a b l i s hc o n n e c t i o n s ，t h e yw i l la c t u a l l ym i x t h e i rt e r m i n o l o g yw i t ht h et e r m i n o l o g yf r o mo t h e r s o u t s i d et h e i ra r e ao fe x p e r t i s e , a n db yd o i n g s ol e a v et h ec o m m u n i c a t i o no p e nt om i s i n t e r p r e t a t i o n w ep r o p o s eas c e n a r i o - b a s e dp a r t i c i p a t o r y d e s i 2 皿m o d e lw h i c hp r o v i d e st h e mas i m p l eb u tu s e f u lm e c h a n i s m t os h a r et h e i rk n o w l e d g et o b u i l dt h cc u s t o m i z e da p p l i c a t i o n sb ys e p a r a t i n gs y s t e mm o d e li n t od o m a i nm o d e la n dd e s i g n m o d e l i nt h i sm o d e l ，d o m a i ne x p e r t s ，t o g e t h e rw i t hu s e r s ，s t a k e h o l d e r sf o c u so nt h el o g i cr u l e s f d o m a i nm o d e l ) a n dp r o g r a m m e r sw o r k so nt h ei m p l e m e n t a t i o n ( d e s i g nm o d e l ) i no r d e rt o f o r m a l i z et h er e q u i r e m e n t , w ei n t r o d u c eah u m a n - a g e n ti n t e r a c t i o nl a n g u a g et ot r a n s f o r mu s e r s 2 0 a l s 锄dd o m i i lr u l e si n t oe x e c u t a b l es c e n a r i o s w ea l s od e s i g na n di m p l e m e n taf i p a - c o m p l i a n ta g e n tp l a t f o r m d e s c r i b e rt or e a l i z et h ec o n f i g u r a t i o n o fa p p l i c a t i o n sa c c o r d i n gt o d i f f e r e n tr e q u i r e m e n t s 。 6 图目录 图1 1r f i d 的标签将我们的世界连成物联网8 图l - 2 上海2 0 1 0 年世博会的随络架构规划图。1i 图2 1w h a l e 的架构2 0 图2 - 2 o x y g e n 的结构2 l 图2 - 3a u r a 任务级架构。2 3 图2 4 而向方面编程中的功能组合2 5 图2 - 5 抽象层和实现层的关系2 7 图2 石组件的组合示意图2 8 图3 1将设计和实现分开来的设计概念3 3 图3 - 2 规范级可配置系统架构3 5 图3 - 3传统的基于场景的设计过程3 6 图3 4 理想的参与式模拟系统的逻辑模型。3 7 图3 5 用户参与模拟3 8 图3 - 6 通过用户的行程安排自动绑定d e m a n db u s 服务4 0 图4 1 场景的执行架构4 9 图4 - 2 基于场景的参与式设计模型。5 0 图4 - 3交互设计流程5 3 图4 - 4 模型中主要的交互5 5 图4 - 5d e m a n db u s 服务的设计流程5 9 图4 6参与试验的接口6 0 图5 1 场景的结构6 5 图5 - 2 通过g o 语句实现不同场景之间的跳转6 7 图5 - 3 协作形式的配置6 8 图5 _ 4 互连 妾6 9 图5 5d e m a n db u s 服务中三类代理之间所有的交互7 3 图5 击在系统中引入新的汽车服务代理7 4 图6 1d e s c r i b e r 的概念模型8 l 图6 - 2d e s c r i b e r 架构8 2 图鹳一个主机上d e s c r i b e r 所有的组件8 4 图6 4 场景解析过程8 5 图6 - 5 图6 - 6 图6 - 7 图粥 图卯 d e s c r i b e r 中一个类的生命周期8 7 d e m a n db u s 试验平台8 9 d e m a n db u s 服务系统中所有代理的状态转移图9 2 d e m a n db u s 服务模拟系统的用户界面9 6 模拟结果比较图9 7 m 表目录 表2 1 场景在各个领域中的作用2 9 表3 1 上海2 0 0 3 年出行流量统计4 1 表4 1c u e 的定义与例子4 5 表4 - 2a c t i o n 的定义与例子4 5 表4 - 3s c e n a r i o 的定义4 6 表4 - 4i n v i t e e 的场景定义4 7 表4 5 代理被分配相关场景并执行的部分代码4 7 表5 1 系统中所有的c u e a c t i o n 和通道7 l 表6 1m a s i f 和f i p a 的比较8 0 表6 2 抽象类p a g e n t 的程序片断8 4 表6 - 3 从状态图转换过来的场景文件。9 3 表6 _ 4 发布价格模式下的汽车代理场景。9 8 i v 上海交通大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研 究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他 个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人 和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本 人承担。 学位论文作者签名： 嗍舷扣骺 上海交通大学 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，同意学校 保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和 借阅。本人授权上海交通大学可以将本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和汇编本学位论 文。 保密口，在一年解密后适用本授权书。 本学位论文属于 不保密臼。 ( 请在以上方框内打“ ) 学位论文作者签名：占哆t 乞 隰巾阳争日 攀以磋哞 日期：g 年了月谚日 第1 章引言 无线网络和嵌入式设备的发展促进了计算机网络内部设备与设备之间的直接信息交 互。这当中最热门的技术之一就是无线传感器网络技术( i f a k y i l d i z2 0 0 2 ；g r e e n2 0 0 3 ) 。 最早关于无线传感器网络技术的研究开始于美国国防部的“s m a r td u s t 项目。在这个项目 中，研究者设计了大量的传感器，这些传感器体积很小，但是装备有无线通讯设备和简单 的芯片，具有一定的移动计算功能。研究者们还设计实现了传感器自组织的协议，使得这 些传感器能够实现动态地组合成为无线传感器网络。通过大量布置这些传感器可以实现数 据采集、监控等目标，特另适用于人们无法进入的环境下的各类监控。目前无线传感技术 已经逐步应用于农业和身体检测等各个方而( f e d e r2 0 0 4 ；l i s z k aa n dm a c k i n2 0 0 4 ) 。另一个 热门研究技术就是兴起于供应链管理的射频识别技术( r f i d ) ( r o yw a n t1 9 9 9 ) 。沃尔玛 等大型零售商要求供应商在未来几年内采用r f i d 技术来提高供应链管理水平。d e l t a 航空 公司与美国运输安全管理机构成功地在佛罗里达的j a c k s o n v i l l e 机场采用r f i d 技术实现行 李的安全管理( b r e w i n2 0 0 3 ：f e d e r2 0 0 4 ) 。 如果我们仅仅是把它们当作是简单的传感器或者是身份识别标签那就大大低估了它们 的使用价值。因为它们具有简单的计算能力、永久的存储空间和通信能力，就像一个个微 型计算机。研究者们正在构思一个由r f i d 标签、传感器连接起来的未来世界。人们把 r f i d 的标签放置在衣物、道路、甚至是构建房屋的砖瓦上面，人们可以通过标签内的：卷 片获得的相关信息，勾勒建筑物的结构、获得导航信息，甚至能够从正在行使的汽车中获 得汽车已经通过路段的交通信息。这个看似童话一样的美好未来，正是麻省理工大学教授 们提出的物联网( 图1 1 ) 的概念( s a r m a ，b r o c ke ta 1 2 0 0 0 ) 。 普适性和背景感知是物联网的主要特性。所谓普适性，就是指在物联网中，计算机不 仅仅是一个个放在桌面上的庞然大物，它们还包括很多微小的、可移动的、具有计算能力 和通讯能力的传感器。这些传感器将被安置在我们最不容易察觉的地方，随时为我们提供 信息服务。物联网将是世界上最为复杂的网络，一方面因为它覆盖的面积广阔，另一方面 也因为它涉及到人们生活的方方面面。更抽象地说，r f i d 的标签和传感器实际上就是普 适环境下集成在物理环境中、通过无线联网的计算机。在未来，如果将物联网中的标签和 读卡器连接到因特网，这些设备将会开启一个崭新的局面( s t a n f o r d2 0 0 3 ) 。 7 罔i ir f i d 的标签将我们的世界连成物联网 i i g u r e i - 1n e t w o r k e dp h y s i c w o r l dw i t hh i l l 3 l a g s + 谆吲片为月r 收集整埘 旨适性带米物联网一个特 就足对背；t 堪知的支持。背景足与特定物体相) 之的所有 信息总和。这m 随的物体，u j 以足人、地方、茛牛是人机空且相关帕对蒙，当然也包# 腑 川拌序本甜( o e ya n da b o w d 】9 9 9 ) 。舟 帆交瓦时。以获得的叫问、中问、环境、衍动、 安排等等信息都足背景知识的种。在人们变流的时候，城多或少都台使用或推理刊很多 隐肯的背景鼻u 识，例如表情、姿势婶锝。f 是对于传统意只的汁算机米说，它nj 升不具备 这杆的使川或省于f i 【 c 背繁f _ ：i 息的能力。往使川训算机的时性，计算州无法扶柑窜洲、光线 强弱这类的物理信息，但是采用传堪器州络技术后情况就 为小d 。智能冰箱n j 以帆柠带 n 枷、兰的产一钏道禽* 的库打情况，知道土 对井种食- 吊的喜蚶，制定购买训划，乩至 n j 以迥过来蚴撇务自动货。智能沈农机n j 咀雌牲衣物的洗涤，比如州红色的袜r 混入 了却r 】色f 丧物- ，洗在机将自动天闭。很多石j 究者致力丁研究如何为人们提供一个具 有背擐自功感知功能的计算服务，比如个人服务推荐系统f d l a r e n c e2 0 0 1 ) 、采用徽章 的川广定批系统( h a t t e r ，h o p p e rc ta l2 0 0 1 ) 。所秆的这些努力部试图让训算机设蔷如马 兜威瑟冉昔适汁神- l 一捕述f j 样，许为人们提f i i 训笄m 务的叫候从环境一1 一消失( w e i s e r 1 9 9 1 、。 1 1普适计算 1 1 1 以人为中心的智能计算服务 从主机时代到个人计算机的过渡使得计算机进入寻常百姓家。因特网的出现极大地改 变了计算模式。但是以计算机为中心的格局并未改变。1 9 9 1 年，著名的计算机科学家马 克威瑟在 ：在p 进程中采用i 替代歹。 进程与进程之间的通讯是同步的。输入前缀( x o e ) 会处于停滞状态直到它接收到 某一个通道夕同样输出前缀( i 涉) ，) 也会一直等候接收某个对应的输入前缀发出的 通道歹。孤演算中的操作语义是基于进程演化的，在采用通道三替代萝后， “力尸i 舅( 三) q 可以演绎为p 三 y i q 。在演算中，还有t a u 、r e a c t 等一系列规则 用于推理、验证系统，在这里我们就不一一介绍。 5 2 场景的形式化描述 在我们的系统中，场景是代理行为的直接描述。与函数不同的是，场景由大量的状态 和转移条件构成，描述了状态与状态之间是如何进行转换的( 图5 一1 ) 。 图5 - 1 场景的结构 f i g u r e5 - 1s c e n a r i os t r u c t u r e 每个状态转移都是由c u e 、a c t i o n 、源状态( s o u r c es t a t e ) 和目标状态( t a r g e ts t a t e ) 构 成的。如果c b e 成立则状态转移条件成立，当前状态从源状态变成目标状态，并且执行相 应的a c t i o n ，因此我们把0 中场景的定义采用演算进行描述为( 式5 1 ) ： 月t j r t l f 5 一，- 一- - _ 一l 一- 、 s c e n a r i o = n e wc 1 2 es t a t e s t a t e( 式5 - 1 ) 式5 1 表示的是状态的进程取决于c u e 的状态。如果c u e 为真时，它就成为另一个进 程，否则还是自己( 式5 - 2 ) 。 n e wtf c u e ( t ) ( f a c t i o n s t a t e b + f s t a t e a ) ( 式5 - 2 ) 在这里我们将状态s 表示成为有两个通道的进程( 式5 - 3 ) ：s t a t e ，和c u e 。进程 s 。沿着通道c u e 输入一个事件，创建一系列通道c ，并且沿着c u e 通道发送创建的新通 道。直到它收到从通道c j 或者其他通道发回的反馈再继续。如果沿着通道c t 收到信号它 就会创建新的通道，和，这对通道沿着被触发的c u e 发送。如果判断条件为真，进程s 6 5 后面紧接着两个并行的进程a c t i o n 和s 占，否则继续保持自己的进程。进程s 一也可以沿 着s t a t e ，输入查询通道s 和w ，并且沿着s l 发送信号说明当前状态还是s 一。 只( s t a r e , ，c u e s ) = c u e s ( x ) 坍删毒( i ( 5 ) ( ”p wt 厂( 画( f ) f 品( s t a t e s ，c u e , ) + 厂s a ( s t a l e s ，c u e ，) ) ) + 洲c , s a ( s a t e s ，c 媚) ) ) + s t a t e ，( i 访) i 蜀o r a t e s ，c u e , ) ( 式5 - 3 ) 如果我们提供额外的参数( p a r a m ，) 通道给进程s ，那么s 一对应的表达就变为 如下所示( 式5 _ 4 ) ： 邑( s 幻镌，p 吣，c u e s ) = c i t e s ( x ) 刀e we ( i ( 弓) ( c 1 聊wl ( p a r a m s ( 1 ) ll ( 而t ) 珊wf ( 画( r 厂两) z ( ( 咖t e s ，p a r a m s ，c 哪p l i s t ) a c t ，o 啊( 面) ) + 厂s a ( s t a t e s ，p a r a m ，c u g ) ) ) + 酬q 曩( s 励眩，p a r a m 。，) ) ) + s t a t e s ( - j 哥访) i 颤o t a t e , ，p a r a m s ，c u e , ) ( 式5 4 ) 如果同一个状态中出现多个状态转移冲突，万演算就用选择条件来表示这种决定性转 移冲突。c 。( f = lt or l 1 ) 中那个通道接受到信号，相应的状态转移开始执行( 式5 - 5 ) ： 邑( s 饿，画) = c u e s ( x ) 一石陆) ( ：俨w z ( 瓦( “) ( 辑( p c u e ) l a 咖吩) + z 墨( j 毗，瓦) ) ) + 讯川c f e ( j 细包，瓦) ) ) + s t a t e ( i 访) 百一( 妣，c u e ) ( 式5 5 ) 还有一种情况是非决定性冲突的状态转移。一对通道组f j ，z 沿着c u e ，送出并判断哪 个条件为真。选中的转移被表示为c on t ，整个选择条件评价过程在n - ia c k 信号接收到 后完成。如果超过一个选择条件成立，；石磊通道之间还存在着竞争。同样的过程开始，选 i 拘c o n t , 发出n - 2 停止信号去杀死其它未被选择的进程，后续进程为s + 1 ( 式5 - 6 ) 。 墨( j 幻蛾，瓦) = 劬p j ( x ) 舀睁) ( c 1 一7 夕而叩七s 卸( 珥n - i 瓦( 1 闰- i ( t , 磊- 7 ( 面+ s 印) + 彳赢却) i 掣( 善n - i 碱班墨+ 。( s 眈，蕊) ) )9 p lt i m e s ”1 p 2 如 + 州q 五( s t a r e , ，瓦) ) ) + s t a t e , ( - i 访) i 五( s 胁峨，西两 ( 式5 - 6 ) 5 3 场景的组合与配置 如前所述，我们将每一个场景作为最小的服务单元，通过层次性叠加各种场景刨建更 加复杂的场景。实际上这种叠加的过程有两种组合的方式：联合( c o m b i n a t i o n ) 和组合 ( c o o p e r a t i o n ) 。联合是通过“g os t a t e ”和“g or e s o u r c e s ：s c e n a r i o p a t hs c e n a r i o n a m e ”的 状态转移实现的组合。也就是说用多个任务的场景合并在一起创建整体场景，场景和场景 之间的关系是相对独立的。如在图5 2 中示意的一样，这些场景实际上都是一些独立的场 景，完全可以脱离其他场景而存在。为了实现多个场景的组合，我们通过