一种面向智能校园服务的情景感知器.docx

一种面向智能校园服务的情景感知器摘要： 本发明公开了一种在移动平台中的智能校园的情景感知器。在本发明中使用智能手机和校园固定设备的传感器采集环境信息，采用情景感知服务器处理智能手机和校园固定设备采集后的环境信息。在情景感知服务器处理环境信息的过程中，通过推理器调用数据库中的推理规则得出用户的现有状态。当业务服务管理器得到用户的状态时，向用户提供各种各样的实体服务。在本系统中，使用智能移动手机平台，使用户的移动设备具有情景感知的采集环境能力和提供服务能力，使校园的固定设备具有环境信息的采集能力。情景感知服务器提供信息的接收、调用、发送服务的接口。使用户的移动设备和情感感知服务器无缝的结合起来，使其具有情景感知对用户提供服务的能力。技术领域本发明涉及面向服务的应用层系统，特别涉及在移动平台中面向智能校园的情景感知系统，此系统具备情景感知功能和为用户提供合适服务的功能，并且它是一种开放的、具有良好扩展性的应用层系统。技术背景智能校园（又称智慧校园）环境是一个以学校场所为平台，利用网络技术作为传输介质，并且主要为学生提供一个便利、实时、安全的智能学习、生活的环境。智能校园主要融入了无线和移动技术、人工智能、情景感知、物联网等各个领域的理论和技术。现有的“智能”校园的应用服务存在着效率的底下，不能自动的为用户提供可靠和合适的服务，不能即时的为用户提供服务，也不能提供前瞻性的服务。在智能校园中，在学生的生活、学生、工作环境中提供带有传感器的固定设备来采集环境信息，如在教室中教师用的教学电脑带有GPS地理位置感知器和电脑开关状态传感器来感知电脑的位置和电脑的开关状态、在教室中学生使用的每一个座位有红外传感器来感知学生是否存在、在学生宿舍中的电灯有开关传感器来感知宿舍中电灯的开关状态等。在智能校园中固定设备有了这些可以感知环境信息的传感器可以辅助用户来感知周围信息，并通过无线网络想智能感知服务器发送环境信息来辅助用户提供情景感知服务。情景感知又称作上下文感知，它是普适计算的基础。普适计算主要解决异构的计算结点（移动设备）位于动态、分布、移动的环境中处理事物的问题。为了能在这样的环境中为用户提供合适、即时的服务，首先要通过用户的移动设备（智能手机、PDA）采集用户周围的情景信息，如通过GPS采集用户的地理位置、通过陀螺仪感知用户目前的运动状态等。并且，系统要求有对情景信息加工和通过推理机的推理的能力，提供系统的自适应能力，以适应环境的动态变化。并且通过推理的信息可以为用户提供合适的服务。Web服务是通过Internet技术标准而建立的，最为显著的优点就是可以为多移动平台提供一个网络访问接口。它可以屏蔽一些与平台无关的细节问题，通过这个网络访问接口可以使学校的任何用户在任意的移动平台中调用这个接口完成情景感知服务。智能设备移动平台有Android、ios、Windows Phone7等，它们具有95%的市场份额，可以满足学生的使用要求。这些智能移动设备与Web服务器具有良好的兼容性，可以向Web服务器发送和接收通用的XML文件来交换信息。具有良好的扩展性，可以很好的在这些智能设备移动平台中开发第三方应用程序。本体是共享概念模型的明确的形式化的规范说明。在情景感知技术中，本体被用作为某个领域内不同主体（人）之间进行交流的一种语言内容。其目标是捕获相关领域的知识，提供对该领域知识的共同理解，确定该领域内共同认可的词汇，并从不同层次的形式化模式上给出这些词汇（术语）和词汇之间相互关系的明确定义，以此作为使用者之间达成的共识。通过对上述技术的介绍，可以很好的把这些内容融合在一起。组成一个层次式的应用服务系统。发明内容 本发明主要解决的技术问题是提出一种在移动平台中面向智能校园的情景感知服务系统，将普适计算的技术融入其中，在其具有情景感知能力的基础上，可以即时的、合适的、具有前瞻性的为用户提供服务。1在移动平台中面向智能校园的情景感知服务系统，其特征包括：(1) 传感器和网络层:该层位于整个系统的底层，由用户智能手机中的传感器和校园固定设备传感器构成。智能手机中的传感器主要包括GPS导航、重力感应器、光线传感器、距离传感器、陀螺仪等构成。校园固定设备传感器主要包括在教学电脑上的GPS传感器、学生座位上的红外传感器、一系列的开关传感器等。传感器不断对用户和用户所处的环境进行检测，并将获得的检测信息作为环境信息通过WIFI无线网络或者GPRS移动网络发送给情景感知服务器。计算机节点和给个用户之间的通信连接构成了智能校园环境的网络层。(2) 情景感知推理层：位于传感器和网络层之上，该层位于情景感知服务器中。该层主要包括推理引擎、轮询器、调用控制器、安全检测等。本层是这个系统的核心，主要负责对用户情景信息的分析和提供相应服务的任务。当用户的情景信息到达该层时，情景感知推理层通过调用情景感知存储库的规则，推理出用户现有的状态和将要发生的状态，通过调用控制器选择最适合用户的服务，通过服务层将服务返回给用户。(3) 情感感知存储库：情感感知存储库保存情景感知推理引擎所使用的情景信息模型、推理规则、相关配置等。(4) 智能业务服务层：位于情景感知推理层之上，包括了向用户提供各种业务。本层通过情景感知推理层得到的用户状态，向本层提供最适合用户所需要的服务。服务通过Web Service的方式推送到用户的移动设备中，如，校园中的上课提醒、学生上自习时空余座位的提醒。本发明首先通过用户移动设备和校园固定设备采集环境信息，将采集的环境信息数据封装到XML文件中，通过数据流的方式发送到情景感知服务器上。情景感知服务器汇总用户的XML文件，对收到的XML文件进行解析，然后把解析得到的数据传送到情景感知推理机上。当推理机得到用户数据后，通过情景感知存储库中的关系数据库把情景感知数据转化成系统可以推理的抽象数据，再次通过情景感知存储库中的规则库将抽象数据进行推理，得到用户现有的状态或者将要发生的状态。然后通过智能业务服务层得到用户合适的服务。同时，系统使用Web Service技术，向用户发送一个返回的XML文件，同时更新一张“用户状态表”来表明用户完成服务后的状态。用户的移动设备收到此XML文件后，移动设备解析此返回XML文件后为用户完成服务请求。当然，以上服务过程是用户主动的得到需要的服务，用户也可以被动的获得服务器推送的合适服务。在情景感知器的轮询器中会对存储库中的“用户状态表”进行不停的信息判断，查找是否可以为用户提供合适的服务。当有合适的服务时，会及时的给用户发送服务信息，使用户完成服务。附图说明图1智能校园教室和宿舍传感器布置图图2是在移动平台中面向智能校园的情景感知服务系统的结构图；图3是本发明的用户移动设备封装情景信息和发送情景信息示意图；图4是本发明情景感知服务器推理过程示意图；图5是本发明情景感知服务器向用户推送服务示意图；具体实施方式 如图1所示，展示了智能校园在教室（教室包括学生上课的教室、自习室、学生工作室等）和学生宿舍的传感器布置图。在学校的每个教室中的教师使用电脑中都布置有GPS定位传感器、wifi无线网络、电脑运行状态传感器，为了采集电脑的位置和它的运行状态并通过wifi无线网络发送给情景感知服务器情景信息。在每个教室的学生座位中也有红外传感器和wifi无线网络，通过红外传感器来判断学生是否在此座位中，并通过wifi无线网络把情景信息发送到情景感知服务器中。在校园的图书馆的每个阅览室中的每个座位也有和教室中相同的红外传感器和wifi无线网络来采集学生的情景信息（由于与教室布置相同，示意图略）。在学生的每个宿舍中的电灯都有开关状态传感器和wifi无线网络来感知电灯的开关状态，通过wifi无线网络将电灯的信息传输给情景感知服务器。如图2所示，本发明系统结构图包括一下组成部分：(1) 传感器和网络层:该层位于整个系统的底层，由用户智能手机中的传感器和校园固定设备传感器构成。智能手机中的传感器主要包括GPS导航、重力感应器、光线传感器、距离传感器、陀螺仪等构成。校园固定设备传感器主要包括在教学电脑上的GPS传感器、学生座位上的红外传感器、一系列的开关传感器等。传感器不断对用户和用户所处的环境进行检测，并将获得的检测信息作为环境信息通过WIFI无线网络或者GPRS移动网络发送给情景感知服务器。计算机节点和给个用户之间的通信连接构成了智能校园环境的网络层。(2) 情景感知推理层：位于传感器和网络层之上，该层位于情景感知服务器中。该层主要包括推理引擎、轮询器、调用控制器、安全检测等。本层是这个系统的核心，主要负责对用户情景信息的分析和提供相应服务的任务。当用户的情景信息到达该层时，情景感知推理层通过调用情景感知存储库的规则，推理出用户现有的状态和将要发生的状态，通过调用控制器选择最适合用户的服务，通过服务层将服务返回给用户。(3) 情感感知存储库：情感感知存储库保存情景感知推理引擎所使用的情景信息模型、推理规则、相关配置等。(4) 智能业务服务层：位于情景感知推理层之上，包括了向用户提供各种业务。本层通过情景感知推理层得到的用户状态，向本层提供最适合用户所需要的服务。服务通过Web Service的方式推送到用户的移动设备中，如，校园中的上课提醒、学生上自习时空余座位的提醒。如图3所示，展示了本发明中用户移动设备采集环境信息后封装信息，向情景感知服务器发送信息的过程。对于用户通过移动设备所采集的情景信息，都是一个个离散的值（如，用户的经度和纬度、用户现在的时间、用户的运动状态等），为了使情景感知服务器可以快速、方便、简单的处理这些情景信息的值，要将这些数值封装到一个XML文件中。然后将写有情景信息值的XML文件通过无线网络发送到情景感知服务器，情景感知服务器收到这个XML文件后再进行解析，处理情景任务。如图4所示，展示了情景感知服务器推理过程示。此过程是情景感知服务的核心过程，主要由情景感知服务器完成。当情景感知推理层中的轮询器，查找到有新的任务时，会解析XML文件得到用户的情景数据。当然，这些具体的情景数据是不能直接推理的。因为在规则库中的情景规则都是抽象的IF-THEN语句，这样做的好处就是可以简化规则库的大小，提高检索效率。所以，首先要将这些具体的情景感知数据转化成抽象的数据（步骤1）。在情景感知存储库中，有专门存储如学生信息、地理位置、学生课程、学生活动等信息的关系数据库，也有具体情景信息数据与抽象情景信息数据的映射表。通过这个关系数据库，可以得到抽象的情景信息数据。然后，将得到的抽象情景信息数据经过推理机处理得到处理结果（步骤2）。在情景感知存储库中的规则库中，存储的是情景感知的规则，实际就是IF-THEN语句，这些语句都是通过一条一条的三元组实现的。推理机的工作就是通过已有的抽象数据，经过查找规则库的规则而得到最后的结论。通过以上2个步骤可以得到最后的推理结果。如图5所示，情景感知服务器向用户推送服务的过程。数据通过推理机的处理可以得到一条或者多条推理结果。此过程的任务要通过推理结果得到为用户提供的情景感知服务。在服务数据库中存储