博士論文

智慧家庭中的情境感知普及服務管理機制 (Context-Aware Pervasive Service Management in Smart Home Environments)

近年來許多智慧生活空間的應用服務已成為各主要研究單位的研發重點。但較為可惜的是,既有成果大部份著重於單一技術或服務之研究,缺乏在服務管理之Middleware及網路的整合層面進行嚴謹、深入且有系統之研討,造成許多傑出的技術及應用服務無法順利整合並落實至日常生活中。針對此一層面,此論文結合軟體工程、網路及人工智慧等相關技術,以建立「智慧家庭」中的「整合服務管理機制」為主軸。

例如,智慧家庭使用者之間的偏好經常具有高度之不確定性且彼此衝突,環境的變動也會造成所提供的服務相互干擾,此論文以偏好表示式,結合可驗證的邏輯結合規則及一套以模糊邏輯為基礎的方法來解決此一問題。此外,此論文在理論舖陳及技術驗證方面皆採用正規的Process Algebra來描述系統運作並透過Temporal Logic證明其強健度(Robustness)特性。技術驗證除採用模擬外,亦將其設計實作並本校博理館313室之智慧呵護屋實現,同時亦獲台大智慧生活科技整合與創新研究中心(INSIGHT)採用為標準之整合平台。同時,實驗室2008年之後多個研究專案及博碩士論文使用此一平台進行研發及成果整合。

論文榮譽

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研究摘要

phd.jpg 智慧家庭主要的願景為透過科技使人們的日常生活更加豐富。此一類型的智慧居住空間具備推測居住者意向並據以提供適切智慧居家服務的能力。大部份的智慧居家服務都由許多高異質性的元件所組成。本論文主要的研究目標即在於設計一組服務管理機制,使得智慧居家服務能夠具備高彈性、強健性、高效能及一致性的特色。

首先,系統的彈性與否大部份取決於其底層之架構型式(Architectural Style),在比較過相關系統與文獻之後可發現訊息導向中介軟體架構(Message-Oriented Middleware, MOM)是最具備彈性且適合佈署於家庭網路之架構型式。在另一方面,雖然許多文獻都指出強健性為智慧家庭系統不可或缺之一環,但可發現在現存研究中對於加強訊息導向架構系統強健性著墨較少。因此,本論文提出一個兼具彈性與強健性的服務管理架構。本研究以嚴謹的正規程序代數(Process Algebra)的方式定義了一個可支援自主型組合、錯誤偵測及錯誤回復之訊息導向服務模型與其通訊協定,並對此一服務模型與協定進行強健性的正規驗證及實際的回復率與效能測試實驗。

其次,在智慧家庭中,無目錄式服務管理協定(如通用型隨插即用協定)被認為是較為適合管理智慧家庭服務的機制。此類協定大都以IP群播加以實現,但經常造成網路擁塞的問題。因此,基於前述之訊息導向服務模型,本研究提出一套可有效降低冗餘封包數量,進而提昇網路效能的機制來改善無目錄式服務管理協定所造成之網路擁塞的問題。經過分析與網路模擬實驗,可發現二者之間具有相當高的一致性,且均具備大幅提昇網路效能的效果。

近年來,有不少研究著重於普及服務的組合議題。在組合普及服務之前,使用者必須先行提出偏好(Preference),但使用者之偏好不確定性高且可能彼此衝突。由於居家環境經當變動,也很可能造成所啟動之服務之間的相互衝突。為了解決這些問題,本研究提出一組可同時表達列舉/可數及必要/可商議概念之偏好表示式(Preference Expression)。此一機制配合本研究所發展之一套可驗證的邏輯結合規則(Unification Rules),可將不一致的使用者偏好表示式整合為一致的表示式。接下來並提出一套以模糊邏輯為基礎的方法,基於環境式情境資訊,評估已啟動服務間相互衝突之嚴重程度。經過實驗可發現,藉由整合上述機制,可同時維持相當高的服務組合之品質及成功率。

最後,本研究整合上述機制進行實作,並實際將多個智慧居家服務佈署於二個不同智慧實驗屋,以驗證所提出之各項機制之可行性。

相關論文下傳

  1. Chun-Feng Liao, Context-Aware Pervasive Service Management in Smart Home Environments, Ph.D. Thesis, National Taiwan University, June 2011.
  2. Chun-Feng Liao, Hsin-Chih Chang, and Li-Chen Fu, “Message-Efficient Service Management Schemes for MOM-based UPnP Networks,” in IEEE Transactions on Services Computing (軟體工程領域期刊排名: 3/105 in JCR 2014) , vol. 6, no.2, 2013.(SCI, EI) pdf
  3. Chun-Feng Liao, Ya-Wen Jong, Li-Chen Fu, “Toward Reliable Service Management in Message-Oriented Pervasive Systems,” IEEE Transactions on Services Computing (軟體工程領域期刊排名: 3/105 in JCR 2014), vol. 4, no. 3, pp. 183-195, July-Sept. 2011. (SCI, EI) pdf
  4. Chao-Lin Wu, Chun-Feng Liao, and Li-Chen Fu, ”Service-Oriented Smart Home Architecture based on OSGi and Mobile Agent Technology”, in IEEE Transactions on Systems, Man and Cybernetics - Part C, vol.37, no.2, 2007. (SCI, EI) pdf
  5. Chun-Feng Liao, Hsueh-Hung Cheng and Li-Chen Fu, ”Unifiable Preference Expressions for Pervasive Service Composition,” in Proceedings of 2011 IEEE Asia-Pacific Services Computing Conference (IEEE APSCC 2011), 2011. (Acceptance Rate: 25%, Best Paper Award)
 
researchstatement.txt · 上一次變更: 2015/10/19 04:48 (外部編輯)
 
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