CN101694629B - 一种基于本体的上下文感知应用平台及其工作方法 - Google Patents

Abstract

一种基于本体的上下文感知应用平台及其工作方法，本发明的创造核心是提供一种通用的获取上下文信息的处理模型-包括采集器通信模块、上下文信息处理模块、管理模块、知识信息库、上下文应用处理模块和上下文应用通信模块的上下文感知应用平台；并提供该应用平台在感知上下文应用时，如何使用上下文信息的处理步骤，即提出了两种相互独立而又相互协调的上下文信息处理流程，它们彼此透明，通过同步控制机制，共享知识信息。并且两种处理流程都是基于本发明的上下文感知应用平台，涵盖了上下文信息处理的各个流程，达到知识共享；本发明使用本体描述上下文信息，达到了普适计算领域内知识信息的共享。

Description

一种基于本体的上下文感知应用平台及其工作方法

技术领域

本发明涉及一种上下文感知应用平台以及基于该感知应用平台的上下文信息处理方法，属于计算机应用的技术领域。

背景技术

随着计算机的不断普及和迅速发展，以及移动计算和传感器网络的超常发展，各种移动设备越来越多地进入人们的生活，计算也融入到了人们的生活中。普适计算（Ubiquitous or Pervasive Computing）是继主机计算和桌面计算之后的计算模式的一次新变革，它的提出改变了人们使用计算资源的方式，将以计算机为中心的计算转化为以人为中心的计算。普适计算模式要求计算设备能够感知用户所处的上下文及其变化，并做出相应的动作。它的理念是创造一个以人为本的信息服务新环境，其关键理论之一就是上下文感知，通过上下文感知将各种计算资源、信息服务和人有机的结合起来，最大程度地自动执行用户任务。

目前，对上下文感知应用平台框架结构模型的研究，最具代表性的是位置上下文模型，如七层位置模型，但它对较高层的上下文研究很少；其它支持上下文感知应用的平台框架模型还有Stick－enotes、CoolTown、Cyberdesk、ContextToolkit等。

Stick－enotes平台支持特定类型上下文感知应用，它关注如何支持应用开发者使用上下文信息来执行有关的上下文感知行为，其研究的目标是让非编程人员可以容易地编写上下文感知服务；它提供了一种通用机制用于指示应用设计人员使用什么样的上下文，并且提供有关规则的简单语义描述，但是Stick－enotes平台没有研究如何获取上下文，也不支持上下文查询、存储或解释。

CoolTown平台也是一个支持上下文感知应用的架构，它用Web页面表示真实世界中的对象（包括人、地方和设备），当它的Web页面收集到有关实体的新信息后，动态地更新自己；CoolTown平台架构提供抽象组件（感知信息的URLs和描述实体的Web页面）和发现机制，这使得开发感知应用更容易；但它不支持底层感知信息的解释和上下文数据存储，也不支持动态执行服务。

Cyberdesk平台能根据虚拟的上下文（所谓虚拟上下文是用户的个人信息，包括email地址、邮寄地址、日期、名字和URLs等）或者来自传感器的上下文，自动地集成基于Web的服务，完成相应的上下文感知应用。虽然它可以处理的上下文类型有限，但是，它具有通用上下文感知平台框架的许多机制；该Cyberdesk平台架构支持上下文信息的集成，但是，不支持多个感知应用；它使用集中机制管理上下文信息，但是，也不支持上下文的查询或存储。

Context Toolkit平台框架主要关注上下文编程而不是上下文表示，ContextToolkit平台框架由小配件、解释器、聚合器、服务、发现器等组建形成。小配件屏蔽了应用程序直接使用传感器的复杂性，并把上下文信息抽象为应用程序所需的形式。解释器用来提升上下文的抽象程度，也可用来推理多个上下文源信息来获得新的上下文信息。聚合器用来把多个逻辑上相关的上下文信息搜集到一个库中，以方便应用程序组建的使用。发现器用来维护框架中组件注册的功能。由上述可知，Context Toolkit支持上下文的获取、解释和集成，并提供上下文信息的持久性管理、支持分布的通讯和上下文信息获取，对上下文历史的应用有一定的支持，但是它对共享上下文的支持机制和模型是不明确的。

中国专利申请（申请号200810236556.5）提出了一种基于本体的上下文感知应用平台模型。其中的上下文信息获取层完成从传感器设备采集信号，得到原始的上下文信息。上下文信息融合层则从上下文获取层得到原始的上下文信息，并经过初步的抽象和处理后，得到低级的上下文信息。上下文信息管理层从上下文信息融合层得到低级的上下文信息后，通过使用Ontology和推理机制得到高级的上下文信息。上下文应用层是把每个上下文项、抽象情形在应用层面统一成为建模上下文对象，其呈现给应用的视图是一组业务层面的属性和相关操作。该发明申请通过一组对所有上下文/情形信息都适用的通用业务操作，屏蔽具体的上下文异构性，使上下文感知应用开发人员把这些业务操作嵌入到其应用中，实现上下文/情形的获取与逻辑判断。但是该专利申请中，只是论述了基于本体的上下文感知框架的4层模型，没有涉及到收集底层上下文信息时平台框架是如何进行处理的流程；也没有涉及平台为上下文应用提供服务支持时，上下文信息的具体处理流程。

总之，现有的国内外各种上下文感知应用的处理平台都不同程度地存在着形形色色的不同缺陷，如何尽快研制成功具有水平更高、功能更强的上下文感知应用平台，就成为业内科技人员关注的新焦点。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种能够克服上述现有的各种上下文感知应用的不足、基于本体的上下文感知应用平台及基于该感知应用平台的上下文信息处理方法；本发明不仅包括获取上下文信息的处理模型—基于本体的上下文感知应用平台，而且包括该基于本体的上下文感知应用平台在感知上下文应用时，如何使用上下文信息的处理步骤，通过同步和管理上下文信息库，其中两类处理方法完全独立，能达到互相透明的效果。

为了达到上述目的，本发明提供了一种基于本体的上下文感知应用平台，其特征在于：该平台设有下述功能模块：

采集器通信模块，负责该上下文感知应用平台与底层传感器之间的通信，该采集器通信模块是使用一种遵循代理***的开放标准FIPA（Foundation forIntelligent Physical Agents）的相关规定、实现代理***的JADE软件架构的，该采集器通信模块中的各个代理agent之间使用Agent通信语言ACL进行通信；

上下文信息处理模块，负责对从采集器通信模块接收到的上下文信息进行处理，设有冲突检测、上下文信息本体实例化和上下文信息推理三个单元；该上下文信息处理模块中的三个单元的功能分别是：

上下文信息本体实例化单元，负责完成创建本体实例的功能，用于接受上下文信息处理模块的调用，解析接收到的包括位置上下文、终端上下文、网络上下文、环境上下文的各种信息后，依据知识信息库中的相应本体模型创建本体实例模型；

冲突检测单元，负责对上下文信息进行各种数据冲突的检测，并根据不同的应用场景对冲突数据进行处理，或者直接丢弃该次的冲突数据，或者依据用户的历史信息得到一致性的数据；

上下文信息推理单元，负责利用平台中知识信息库中存储的内容进行交互性推理，并分别使用Jena规则推理***加载内建推理规则和自定义的推理规则进行推理，前者用于解决上下文信息的不一致性和隐含的上下文信息，后者根据多个上下文信息，推导或演绎更加抽象、高层的上下文信息，以便提供对上下文应用更加有用的上下文信息；

管理模块，负责管理知识信息库、接受上下文信息处理模块和上下文应用处理模块的调用，并对知识信息库进行同步控制，达到共享知识库的目的；设有知识信息更新单元、知识信息存取单元和文件访问同步单元；该管理模块中的三个单元执行的管理操作功能分别是：

知识信息更新单元，负责更新本体实例库数据：依据上下文应用更新自定义规则的请求信息将新规则添加到规则库，或删除规则库中的规则；依据上下文应用更新订阅的请求信息，在订阅信息库添加订阅信息或删除订阅信息；

知识信息存取单元，负责存储通用领域本体库，创建特定领域内的本体模型；查询和存储本体实例数据到本体实例库；查询和存储规则库中的规则信息；查询和存储订阅信息库中的上层应用订阅信息；

文件访问同步单元，负责该应用平台中自上而下和自下而上处理方法时，同步控制知识信息库中信息；

知识信息库，负责存储和维护该平台的所有知识信息，设有本体库、本体实例库、规则库和订阅信息库，使用Jena语言操作知识信息库，使用数据库Mysql或文件存储知识信息库；其中的本体库存储有对各种上下文信息模型的描述，本体实例库存储有经过冲突检测的上下文信息和推理得到的上下文信息，规则库存储有上层应用自定义的特定推理规则，订阅信息库存储有上层应用使用该平台提供服务的信息；并用两种方式分类存储信息：一种是永久的数据库存储方式，用于存储本体库和本体历史实例的变化频率不大或基本不变的信息；另一种是在本地内存创建本体文件进行存储，用于存储频繁使用的、包括订阅信息库、规则库、本体最新实例数据的知识信息；采用上述存储方式能明显提供***运行效率，满足知识信息种类繁多、存储复杂的特点；

上下文应用处理模块，负责响应上下文应用的请求，设有上下文信息查询、上下文信息订阅、上下文信息通知和上下文信息推理规则制定的四个单元；该上下文应用处理模块中的四个单元功能分别是：

上下文信息查询单元，负责处理上下文应用查询上下文信息请求，查询语句使用SPARQL语言进行描述，该SPARQL语言是为统一资源描述框架RDF开发的一种为W3C所开发的RDF数据模型所定义的查询语言和数据获取协议，也能够用于任何采用RDF来表示的信息资源；

上下文信息订阅单元，负责完成对上下文应用的订阅上下文信息的请求处理，调用管理模块中的知识信息存取单元和知识信息更新单元，存储、更新订阅信息，以便平台及时地向上下文应用通知最新的上下文信息；通过该单元，上下文应用完成对订阅信息的查询、增删的修改操作；

上下文信息通知单元，负责根据上下文应用的订阅信息，及时地向应用通知所订阅的上下文信息；

上下文信息推理规则制定单元，负责处理上下文应用制定的推理规则，包括对推理规则的查询、增删的修改操作，以供上下文信息处理模块中的推理单元根据这些推理规则执行推理；

上下文应用通信模块，用作该平台对上下文应用提供服务的入口，该模块相当于一个消息分发器，负责接受上下文应用的请求，并把不同的应用信息转发给不同的上下文应用。

为了达到上述目的，本发明还提供了一种采用本发明基于本体的上下文感知应用平台的上下文信息处理方法，其特征在于：该基于本体的上下文感知应用平台采用包括查询、订阅、制定规则的方法，为开发上下文应用提供服务支持；对于底层各种物理、逻辑传感器、软件传感器，基于本体的上下文感知应用平台通过Java智能体开发平台JADE（Java Agent Development Framework），收集分布式传感器所采集的上下文信息后，对这些上下文信息进行集中处理；该上下文感知平应用台对上下文信息的处理划分为下述自上而下和自下而上的两个相互独立的处理过程，并通过同步控制使得自上而下和自下而上的两种处理流程相互透明、互不影响；

所述上下文信息自下而上的处理流程是：通过物理传感器、软件传感器、逻辑传感器以及用户信息代理来获得原始环境、设备和用户上下文，并经过初步的抽象和处理得到低级的上下文信息；再通过上下文信息本体实例化单元，将上下文信息表示成具有语义的本体实例模型；然后通过冲突检测单元，消除有噪声的上下文信息；利用包括使用描述逻辑的本体推理和基于用户自定义规则推理的Ontology的推理机制得到高级的上下文信息，通过上下文知识信息库更新、存储和管理上下文；该上下文信息自下而上的处理流程包括下列操作步骤：

（1）采集器通信模块将物理、逻辑、软件的各种传感器采集的包括用户位置信息、环境信息、用户终端信息、网络信息，以及用户代理信息都上报给该应用平台的上下文信息处理模块；

（2）上下文信息处理模块接受来自采集器通信模块的上下文信息，调用上下文本体实例化单元，根据对应的本体模型，创建本体实例模型；

（3）上下文信息处理模块调用冲突检测单元，对本体实例数据进行冲突检测；再利用上下文本体的语义信息，进行数据一致性检查；依据历史数据，消除带噪声的数据；

（4）上下文信息处理模块调用上下文信息推理单元，加载推理机，执行上下文信息的推理；

（5）如果上下文信息推理单元没有推出新的高层上下文信息，则本次上下文信息处理流程结束；如果上下文信息推理单元获得了新的高层上下文信息，则调用管理模块的知识信息存取单元，更新本体实例数据；同时调用知识信息更新单元，查询订阅信息库，判断本次更新知识库操作是否关联到某些上下文应用的订阅信息；如果没有相应的订阅信息，则本次处理上下文信息流程结束；如果有，则调用上下文信息通知单元，向订阅该本体实例部分信息的上下文应用通知最新的上下文信息；

所述上下文信息自上而下的处理流程是：为上下文感知应用的开发提供服务，支持上下文应用的查询、订阅、通知上下文信息以及自定义推理规则，该应用平台为上下文感知应用开发者提供应用接口，应用开发者通过该接口查询、订阅包括低级上下文和高级上下文的上下文信息；开发者还能通过该接口自定义推理规则，满足为不同的应用提供个性化服务；基于本体的上下文感知应用平台通过接口将通知信息返回给上层应用；该上下文信息自上而下的处理流程包括下列操作步骤：

（一）上下文应用通过上下文应用通信模块，向基于本体的上下文感知应用平台发送应用请求；

（二）上下文信息处理模块接收该应用请求并判断该应用请求的类型，调用相应的单元进行下述处理：

如果是用户查询请求，则交给上下文信息查询单元；上下文信息查询单元调用管理模块中的知识信息存取单元，执行查询引擎，查询本体实例信息，并返回给上下文应用；

如果是用户订阅请求，则交给上下文信息订阅单元；上下文信息订阅单元依据不同的操作类型，调用管理模块的相应单元：若为更新操作，调用知识信息更新单元，更新订阅信息库；若为存取操作，调用知识信息存取单元，存储订阅信息；

如果是用户制定推理规则的请求，则交给上下文信息推理规则单元；上下文信息推理规则单元依据不同的操作类型，调用管理模块的相应单元：若为更新操作，调用知识信息更新单元，更新规则库；若为存取操作，调用知识信息存取单元，存储该规则。

本发明创造性的核心是提供一种通用的上下文感知应用平台，并在该应用平台基础上，通过协调控制自上而下和自下而上的两种不同的上下文信息处理流程，达到知识的共享；并使用本体描述上下文信息，达到了普适计算领域内知识信息的共享。

本发明提出的感知应用平台是基于中间件思想。对于上下文感知应用来说，屏蔽了具体的上下文异构性；对于各类采集信息的传感器来说，屏蔽了具体的上下文应用开发，从而简化上下文信息的处理过程。此外，本发明的另一创新之处是提出了两种相互独立而又相互协调的上下文信息处理流程，它们彼此透明，通过同步控制机制，共享知识信息。并且这两种处理流程都是基于本发明的基于本体的上下文感知应用平台，涵盖了上下文信息处理的各个流程。

附图说明

图1是本发明基于本体的上下文感知应用平台的结构组成示意图。

图2是本发明基于本体的上下文感知应用平台的上下文信息处理方法中对于自下而上的上下文信息进行处理的流程图。

图3是本发明中的上下文信息通知流程图。

图4是本发明基于本体的上下文感知应用平台的上下文信息处理方法中对于自上而下的上下文信息进行处理的流程图。

图5是本发明中的上下文信息推理流程图。

图6是本发明中的同步文件控制的流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明作进一步的详细描述。

参见图1，介绍本发明基于本体的上下文感知应用平台的组成结构，该平台设有下述软件功能模块：

采集器通信模块，负责该上下文感知应用平台与底层传感器之间的通信，该采集器通信模块是使用一种遵循代理***的开放标准FIPA（Foundation forIntelligent Physical Agents）的相关规定、实现代理***的JADE软件设计实现的，该采集器通信模块中的各个代理agent之间使用Agent通信语言ACL（AgentCommunication Language）进行通信；

上下文信息处理模块，负责对从采集器通信模块101接收到的上下文信息进行处理，设有冲突检测、上下文信息本体实例化和上下文信息推理三个单元；这三个单元的功能分别是：

上下文信息本体实例化单元，负责完成创建本体实例的功能，用于接受上下文信息处理模块的调用，解析接收到的包括位置上下文、终端上下文、网络上下文、环境上下文的各种信息后，依据知识信息库中的相应本体模型创建本体实例模型；

冲突检测单元，负责对上下文信息进行各种数据冲突的检测（如用户位置冲突，一个人同一时间不可能在不同的两个地方等），并根据不同的应用场景对冲突数据进行处理，或者直接丢弃该次的冲突数据，或者依据用户的历史信息得到一致性的数据；

上下文信息推理单元，负责利用平台中知识信息库中存储的上下文知识信息进行交互性推理，并分别使用Jena规则推理***加载内建推理规则和自定义的推理规则进行推理，前者用于解决上下文信息的不一致性和隐含的上下文信息，后者根据多个上下文信息，推导或演绎更加抽象、高层的上下文信息，以便提供对上下文应用更加有用的上下文信息；例如，利用存储的上下文知识信息进行交互性推理。使用Jena规则推理***进行本体内建规则的推理，对于领域规则，则使用一些通用的规则推理***进行推理。

管理模块，负责管理知识信息库、接受上下文信息处理模块和上下文应用处理模块的调用，并对知识信息库进行同步控制，实现共享知识库的目的；其主要操作包括对本体实例模型、知识信息、自定义规则和上层应用订阅信息的存储、更新、查询、添加、删除等；设有知识信息更新、知识信息存取和文件访问同步三个单元；这三个单元执行的管理操作功能分别是：

知识信息更新单元，负责更新本体实例库数据：依据上下文应用更新自定义规则的请求信息将新规则添加到规则库，或删除规则库中的规则；依据上下文应用更新订阅的请求信息，在订阅信息库添加订阅信息或删除订阅信息；

知识信息存取单元，负责存储通用领域本体库，创建特定领域内的本体模型；查询和存储本体实例数据到本体实例库；查询和存储规则库中的规则信息；查询和存储订阅信息库中的上层应用订阅信息；

文件访问同步单元，负责该应用平台中自上而下和自下而上处理方法时，同步控制知识信息库中信息。

知识信息库，负责存储和维护该应用平台的所有知识信息，设有本体库、本体实例库、规则库和订阅信息库，使用Jena语言操作知识信息库，使用数据库Mysql或文件存储知识信息库；其中的本体库存储有对各种上下文信息模型的描述，本体实例库存储有经过冲突检测的上下文信息和推理得到的上下文信息，规则库存储有上层应用自定义的特定推理规则，订阅信息库存储有上层应用使用该平台提供服务的信息；并用两种方式分类存储信息：一种是永久的数据库存储方式，主要用于存储本体库和本体历史实例的变化频率不大或基本不变的信息；另一种是在本地内存创建本体文件进行存储，用于存储频繁使用的知识信息，例如订阅信息、规则库、最新本体实例数据等；采用上述分类存储方式能明显提供***运行效率，满足知识信息种类繁多、存储复杂的特点；

上下文应用处理模，负责响应上下文应用的请求，设有上下文信息查询、上下文信息订阅、上下文信息推理规则制定和上下文信息通知的四个单元；这四个单元的功能分别是：

上下文信息查询单元，负责处理上下文应用查询上下文信息请求，查询语句使用SPARQL（Simple Protocol and RDF Query Language）语言进行描述，该SPARQL语言是为统一资源描述框架RDF（Resource Description Framework）开发的一种为W3C所开发的RDF数据模型所定义的查询语言和数据获取协议，也能够用于任何采用RDF来表示的信息资源。

上下文信息订阅单元，负责完成对上下文应用的订阅上下文信息的请求处理，调用管理模块中的订阅信息存取单元和更新单元，存储、更新订阅信息，以便平台及时地向上下文应用通知最新的上下文信息；通过该单元，上下文应用完成对订阅信息的查询、增删的修改操作。

上下文信息推理规则制定单元，负责处理上下文应用制定的推理规则，包括对推理规则的查询、增删的修改操作，以供上下文信息处理模块中的推理单元根据这些推理规则执行推理。

上下文信息通知单元，负责根据上下文应用的订阅信息，及时地向应用通知所订阅的上下文信息。

上下文应用通信模块，是该平台对上下文应用提供服务的入口，该模块相当于一个消息分发器，负责接受上下文应用的请求，并把不同的应用信息转发给不同的上下文应用。

本发明还提供了一种基于本体的上下文感知应用平台的上下文信息处理方法：将上下文信息的处理划分为自上而下和自下而上的两个相互独立的处理过程，对于上下文感知应用的开发人员，藉由该基于本体的上下文感知应用平台采用包括查询、订阅、制定规则等的方法，为开发上下文应用提供服务支持；对于底层各种物理、逻辑传感器、软件传感器，基于本体的上下文感知应用平台通过Java智能体开发平台JADE（Java Agent Development Framework），收集分布式传感器所采集的上下文信息后，对这些上下文信息进行集中处理；该上下文感知平应用平台通过同步控制使得自上而下和自下而上的两种处理流程相互透明、互不影响。

本发明对上下文信息执行自下而上的处理流程是：通过物理传感器、软件传感器、逻辑传感器以及用户信息代理来获得原始环境、设备和用户上下文，并经过初步的抽象和处理得到低级的上下文信息；通过本体实例化单元，将上下文信息表示成具有语义的本体实例模型；然后通过冲突检测单元，消除有噪声的上下文信息；利用包括使用描述逻辑的本体推理和基于用户自定义规则推理的Ontology的推理机制得到高级的上下文信息，通过上下文知识信息库更新、存储和管理上下文。

本发明对上下文信息执行自上而下的处理流程是：为上下文感知应用的开发提供服务，支持上下文应用的查询、订阅、通知上下文信息以及自定义推理规则，该应用平台为上下文感知应用开发者提供应用接口，应用开发者通过该接口查询、订阅包括低级上下文和高级上下文的上下文信息；开发者还能通过该接口自定义推理规则，满足为不同的应用提供个性化服务；基于本体的上下文感知应用平台通过接口将通知信息返回给上层应用。

参见图2，介绍自上而下的上下文信息处理流程的各个操作步骤：

步骤1、上下文应用通过上下文应用通信模块，向基于本体的上下文处理平台发送应用请求。上下文应用通信模块作为该应用平台的消息分发器负责接收不同的应用请求消息，转发到应用平台进行处理；且在该应用平台处理完请求后，通过该上下文应用通信模块将处理结果返回给各个应用。

步骤2、上下文信息处理模块接收该应用请求并判断该应用请求的类型，调用相应的单元进行下述处理：

如果是用户查询请求，则交给上下文信息查询单元；上下文信息查询单元调用管理模块中的知识信息存取单元，执行查询引擎，查询本体实例信息，并返回给上下文应用；

如果是用户订阅请求，则交给上下文信息订阅单元；上下文信息订阅单元依据不同的操作类型，调用管理模块的相应单元：若为更新操作，调用知识信息更新单元，更新订阅信息库；若为存取操作，调用知识信息存取单元，存储订阅信息；

如果是用户制定推理规则的请求，则交给上下文信息推理规则单元；上下文信息推理规则单元依据不同的操作类型，调用管理模块的相应单元：若为更新操作，调用知识信息更新单元，更新规则库；若为存取操作，调用知识信息存取单元，存储该规则；

在管理模块的知识信息更新单元执行信息更新操作时，上下文应用处理模块中的上下文信息通知单元执行下述操作内容（参见图3）：

（1）上下文信息通知单元调用知识信息存取单元，读取此次处理相关的本体实例文件，本体实例历史文件和本体实例对应的订阅文件，创建队列，存储上下文应用的订阅信息；

（2）判断队列是否为空，如果为空，则通知上下文应用处理模块的处理结束；如果不为空，则从队列中取出一个应用，并针对该应用进行如下通知处理：

（21）调用知识信息存取单元，获得上下文应用的订阅信息，并根据该订阅信息，获得相应的上下文信息；

（22）封装符合上层应用订阅的上下文信息，调用上下文应用通信单元，将该上下文信息传给上层应用。

参见图4，介绍自下而上的上下文信息处理流程的各个操作步骤：

步骤1、采集器通信模块将物理、逻辑、软件的各种传感器采集的包括用户位置信息、环境信息、用户终端信息、网络信息，以及用户代理信息都上报给该应用平台的上下文信息处理模块；

步骤2、上下文信息处理模块接受来自采集器通信模块的上下文信息，调用上下文本体实例化单元，根据对应的本体模型，创建本体实例模型；

步骤3、上下文信息处理模块调用冲突检测单元，对本体实例数据进行冲突检测；再利用上下文本体的语义信息，进行数据一致性检查；依据历史数据，消除带噪声的数据；

步骤4、上下文信息处理模块调用上下文信息推理单元，加载推理机，执行上下文信息的推理（详细的推理过程参见图5所示）；

步骤5、上下文信息推理单元获得了新的高层上下文信息，则调用管理模块的知识信息存取单元，更新本体实例数据；同时调用知识信息存取单元，查询订阅信息库，判断本次更新知识库操作是否关联到某些上下文应用的订阅信息；如果没有相应的订阅信息，则本次处理上下文信息流程结束；如果有订阅信息，则调用上下文信息通知单元，向订阅该本体实例部分信息的上下文应用通知最新的上下文信息。

参见图5，介绍上述步骤4中的上下文信息的推理流程操作内容：

（1）上下文信息处理模块调用上下文信息推理单元，处理采集器上报的上下文信息。

（2）先根据Jena自带的推理规则，推理隐含出的上下文信息；例如采集器上报用户A在会议室506，建筑物本体实例模型中定义了会议室506是在教学楼三号楼中，则隐含的上下文信息就是用户A在教学楼三号楼。

（3）调用知识信息存取单元读取上层应用定义的推理规则，判断是否可以执行推理；如果不能，则本次没有推理操作，结束该操作；如果达到推理要求，则根据推理规则，调用知识信息存取单元，获取推理相关的本体模型和本体实例数据，并加载到Jena的通用规则推理机，执行推理，得到推理结果。

步骤4，由推理模块处得到高层上下文信息，调用本体信息存取模块，更新本体实例数据；同时调用订阅信息存取模块，查询订阅信息库，判断本次更新知识库操作是否关联到某些上下文应用的订阅信息。

（4）由上下文信息推理单元得到高层上下文信息，调用知识信息存取单元，更新本体实例数据；同时调用知识信息存取单元，查询订阅信息库，判断本次更新知识库操作是否关联到某些上下文应用的订阅信息；

（5）如果没有相应的订阅信息，则本次处理上下文信息流程结束；如果有，则调用上下文信息通知单元，向订阅该本体实例部分信息的上下文应用通知最新的上下文信息。

本发明知识信息库104的信息存储方式有两种：数据库存储和文件存储；其中对于数据库存储的领域知识的读写操作，是采用数据库本身的并发同步控制机制；而对于文件存储中的各个文件访问的同步，是由管理模块中的文件访问同步单元执行的同步控制机制。

文件同步访问单元处理流程如下：

文件的访问同步是由图1中的管理模块控制的，应用平台中的各个模块对文件的读写操作也是通过管理模块来实现的。

参见图6，介绍本发明应用平台各个模块访问文件的具体过程如下：

（A）该应用平台的各个模块需要对知识信息库中的相关文件进行读写操作时，分别调用管理模块中的知识信息更新单元或知识信息存取单元，实现对文件的操作。

（B）知识信息更新单元或知识信息存取单元向文件访问同步单元请求对文件的访问权：分为读取权和修改权两种；同步控制的基本原则是：多个线程可以同时具有读取权，但在某个时刻只能有一个线程具有修改权，此时的其他线程既不能获得读取权，也不能获得修改权。

（C）当目标文件当前没有被任何线程修改时，当前线程就能够获得文件的读取权或文件的修改权；如果当前线程获得相关文件的访问权，则管理模块相关单元对相应文件进行相关读写操作；否则，经过设定的延时后，继续请求文件的访问权。

（D）管理模块的相关单元通过文件访问同步单元释放对相关文件的访问权。

本发明已经进行了实施试验，试验的结果是成功的，实现了发明目的。

Claims (5)

1.一种基于本体的上下文感知应用平台，其特征在于：该平台设有下述功能模块：

采集器通信模块，负责该上下文感知应用平台与底层传感器之间的通信，该采集器通信模块是使用一种遵循代理***的开放标准FIPA的相关规定、实现代理***的JADE软件架构，该采集器通信模块中的各个代理agent之间使用Agent通信语言ACL进行通信；

上下文信息处理模块，负责对从采集器通信模块接收到的上下文信息进行处理，设有冲突检测、上下文信息本体实例化和上下文信息推理三个单元；该上下文信息处理模块中的三个单元的功能分别是：

上下文信息本体实例化单元，负责完成创建本体实例的功能，用于接受上下文信息处理模块的调用，解析接收到的包括位置上下文、终端上下文、网络上下文、环境上下文的各种信息后，依据知识信息库中的相应本体模型创建本体实例模型；

冲突检测单元，负责对上下文信息进行各种数据冲突的检测，并根据不同的应用场景对冲突数据进行处理，或者直接丢弃该次的冲突数据，或者依据用户的历史信息得到一致性的数据；

上下文信息推理单元，负责利用平台中知识信息库中存储的内容进行交互性推理，并分别使用Jena规则推理***加载内建推理规则和自定义的推理规则进行推理，前者用于解决上下文信息的不一致性和隐含的上下文信息，后者根据多个上下文信息，推导或演绎更加抽象、高层的上下文信息，以便提供对上下文应用更加有用的上下文信息；

管理模块，负责管理知识信息库、接受上下文信息处理模块和上下文应用处理模块的调用，并对知识信息库进行同步控制，达到共享知识库的目的；设有知识信息更新单元、知识信息存取单元和文件访问同步单元；该管理模块中的三个单元执行的管理操作功能分别是：

知识信息更新单元，负责更新本体实例库数据：依据上下文应用更新自定义规则的请求信息将新规则添加到规则库，或删除规则库中的规则；依据上下文应用更新订阅的请求信息，在订阅信息库添加订阅信息或删除订阅信息；

知识信息存取单元，负责存储通用领域本体库，创建特定领域内的本体模型；查询和存储本体实例数据到本体实例库；查询和存储规则库中的规则信息；查询和存储订阅信息库中的上层应用订阅信息；

文件访问同步单元，负责该应用平台中自上而下和自下而上处理方法时，同步控制知识信息库中信息；

知识信息库，负责存储和维护该平台的所有知识信息，设有本体库、本体实例库、规则库和订阅信息库，使用Jena语言操作知识信息库，使用数据库Mysql或文件存储知识信息库；其中的本体库存储有对各种上下文信息模型的描述，本体实例库存储有经过冲突检测的上下文信息和推理得到的上下文信息，规则库存储有上层应用自定义的特定推理规则，订阅信息库存储有上层应用使用该平台提供服务的信息；并用两种方式分类存储信息：一种是永久的数据库存储方式，用于存储本体库和本体历史实例的变化频率不大或基本不变的信息；另一种是在本地内存创建本体文件进行存储，用于存储频繁使用的、包括订阅信息库、规则库、本体最新实例数据的知识信息；采用上述存储方式能明显提供***运行效率，满足知识信息种类繁多、存储复杂的特点；

上下文应用处理模块，负责响应上下文应用的请求，设有上下文信息查询、上下文信息订阅、上下文信息通知和上下文信息推理规则制定的四个单元；该上下文应用处理模块中的四个单元功能分别是：

上下文信息查询单元，负责处理上下文应用查询上下文信息请求，查询语句使用SPARQL语言进行描述，该SPARQL语言是为统一资源描述框架RDF开发的一种为W3C所开发的RDF数据模型所定义的查询语言和数据获取协议，也能够用于任何采用RDF来表示的信息资源；

上下文信息订阅单元，负责完成对上下文应用的订阅上下文信息的请求处理，调用管理模块中的知识信息存取单元和知识信息更新单元，存储、更新订阅信息，以便平台及时地向上下文应用通知最新的上下文信息；通过该单元，上下文应用完成对订阅信息的查询、增删的修改操作；

上下文信息通知单元，负责根据上下文应用的订阅信息，及时地向应用通知所订阅的上下文信息；

上下文信息推理规则制定单元，负责处理上下文应用制定的推理规则，包括对推理规则的查询、增删的修改操作，以供上下文信息处理模块中的推理单元根据这些推理规则执行推理；

上下文应用通信模块，用作该平台对上下文应用提供服务的入口，该模块相当于一个消息分发器，负责接受上下文应用的请求，并把不同的应用信息转发给不同的上下文应用。

2.一种采用权利要求1所述的基于本体的上下文感知应用平台的上下文信息处理方法，其特征在于：该基于本体的上下文感知应用平台采用包括查询、订阅、制定规则的方法，为开发上下文应用提供服务支持；对于底层各种物理、逻辑传感器、软件传感器，该基于本体的上下文感知应用平台通过Java智能体开发平台JADE，收集分布式传感器所采集的上下文信息后，对这些上下文信息进行集中处理；该上下文感知应用平台对上下文信息的处理划分为下述自上而下和自下而上的两个相互独立的处理过程，并通过同步控制使得自上而下和自下而上的两种处理流程相互透明、互不影响；

所述上下文信息自下而上的处理流程是：通过物理传感器、软件传感器、逻辑传感器以及用户信息代理来获得原始环境、设备和用户上下文，并经过初步的抽象和处理得到低级的上下文信息；再通过上下文信息本体实例化单元，将上下文信息表示成具有语义的本体实例模型；然后通过冲突检测单元，消除有噪声的上下文信息；利用包括使用描述逻辑的本体推理和基于用户自定义规则推理的Ontology的推理机制得到高级的上下文信息，通过上下文知识信息库更新、存储和管理上下文；该上下文信息自下而上的处理流程包括下列操作步骤：

（1）采集器通信模块将物理、逻辑、软件的各种传感器采集的包括用户位置信息、环境信息、用户终端信息、网络信息，以及用户代理信息都上报给该应用平台的上下文信息处理模块；

（2）上下文信息处理模块接受来自采集器通信模块的上下文信息，调用上下文信息本体实例化单元，根据对应的本体模型，创建本体实例模型；

（3）上下文信息处理模块调用冲突检测单元，对本体实例数据进行冲突检测；再利用上下文本体的语义信息，进行数据一致性检查；依据历史数据，消除带噪声的数据；

（4）上下文信息处理模块调用上下文信息推理单元，加载推理机，执行上下文信息的推理；

（5）如果上下文信息推理单元没有推出新的高层上下文信息，则本次上下文信息处理流程结束；如果上下文信息推理单元获得了新的高层上下文信息，则调用管理模块的知识信息存取单元，更新本体实例数据；同时调用知识信息更新单元，查询订阅信息库，判断本次更新知识库操作是否关联到某些上下文应用的订阅信息；如果没有相应的订阅信息，则本次处理上下文信息流程结束；如果有，则调用上下文信息通知单元，向订阅该本体实例部分信息的上下文应用通知最新的上下文信息；

所述上下文信息自上而下的处理流程是：为上下文感知应用的开发提供服务，支持上下文应用的查询、订阅、通知上下文信息以及自定义推理规则，该应用平台为上下文感知应用开发者提供应用接口，应用开发者通过该接口查询、订阅包括低级上下文和高级上下文的上下文信息；开发者还能通过该接口自定义推理规则，满足为不同的应用提供个性化服务；基于本体的上下文感知应用平台通过接口将通知信息返回给上层应用；该上下文信息自上而下的处理流程包括下列操作步骤：

（一）上下文应用通过上下文应用通信模块，向基于本体的上下文感知应用平台发送应用请求；

（二）上下文信息处理模块接收该应用请求并判断该应用请求的类型，调用相应的单元进行下述处理：

如果是用户查询请求，则交给上下文信息查询单元；上下文信息查询单元调用管理模块中的知识信息存取单元，执行查询引擎，查询本体实例信息，并返回给上下文应用；

如果是用户订阅请求，则交给上下文信息订阅单元；上下文信息订阅单元依据不同的操作类型，调用管理模块的相应单元：若为更新操作，调用知识信息更新单元，更新订阅信息库；若为存取操作，调用知识信息存取单元，存储订阅信息；

如果是用户制定推理规则的请求，则交给上下文信息推理规则单元；上下文信息推理规则单元依据不同的操作类型，调用管理模块的相应单元：若为更新操作，调用知识信息更新单元，更新规则库；若为存取操作，调用知识信息存取单元，存储该规则。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：在管理模块的知识信息更新单元执行信息更新操作时，上下文应用处理模块中的上下文信息通知单元执行下述操作内容：

（1）上下文信息通知单元调用知识信息存取单元，读取此次处理相关的本体实例文件，本体实例历史文件和本体实例对应的订阅文件，创建队列，存储上下文应用的订阅信息；

（2）判断队列是否为空，如果为空，则通知上下文应用处理模块的处理结束；如果不为空，则从队列中取出一个应用，并针对该应用进行如下通知处理：

调用知识信息存取单元，获得上下文应用的订阅信息，并根据该订阅信息，获得相应的上下文信息；

封装符合上层应用订阅的上下文信息，调用上下文信息通知单元，将该上下文信息传给上层应用。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述步骤（4）中，上下文信息的推理操作包括下列内容：

（41）上下文信息处理模块调用上下文信息推理单元，处理采集器上报的上下文信息；

（42）先根据Jena自带的推理规则，推理隐含出的上下文信息；

（43）调用知识信息存取单元读取上层应用定义的推理规则，判断是否可以执行推理；如果不能，则本次没有推理操作，结束该操作；如果达到推理要求，则根据推理规则，调用知识信息存取单元，获取推理相关的本体模型和本体实例数据，并加载到Jena的通用规则推理机，执行推理，得到推理结果；

（44）由上下文信息推理单元得到高层上下文信息，调用知识信息存取单元，更新本体实例数据；同时调用知识信息存取单元，查询订阅信息库，判断本次更新知识库操作是否关联到某些上下文应用的订阅信息；如果没有相应的订阅信息，则本次处理上下文信息流程结束；如果有，则调用上下文信息通知单元，向订阅该本体实例部分信息的上下文应用通知最新的上下文信息。

5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述知识信息库的存储方式有两种：数据库存储和文件存储；其中数据库存储的领域知识的读写操作采用数据库本身的并发同步控制机制；文件存储中的各个文件访问的同步是由管理模块中的文件访问同步单元进行控制的；该文件同步访问单元处理流程如下：

（A）该应用平台的知识信息库中的相关文件进行读写操作时，分别调用管理模块中的知识信息更新单元或知识信息存取单元，实现对文件的操作；

（B）知识信息更新单元或知识信息存取单元向文件访问同步单元请求对文件的访问权：分为读文件和写文件两种；当目标文件当前没有被任何线程修改时，当前线程就能够获得文件的读取权或文件的修改权；

（C）如果当前线程获得相关文件的操作权，则管理模块相关单元对相应文件进行相关读写操作；否则，经过设定的延时后，继续请求文件的操作权；

（D）管理模块的相关单元通过文件访问同步单元释放对相关文件的操作权。

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