CN106970793B - 一种上下文一致性检测与修复***及检验方法与平台 - Google Patents

Abstract

本说明书公开了一种上下文一致性检测与修复***及检验方法与平台。平台布设有传感器，并通过控制物理设备在其中测试。平台能够利用传感器实时不间断地采集环境上下文信息，通过一致性检测与修复***来消除上下文的不一致性，然后触发各类事件，上层应用监听特定事件，及时地对物理设备进行调度，在真实环境中做出反馈，从而有效验证一致性检测与修复的正确性。本发明的平台包括设备连接与控制模块，状态转移模块，事件监听模块，自适应调度模块和应用模块。对上下文的采集、检测与修复，上层应用的反馈，设备的连接均是自动进行的。用户可自由选择运行场景，改变检测与修复模式，以更明显地体现一致性检测与修复方法的作用。

Description

一种上下文一致性检测与修复***及检验方法与平台

技术领域

发明专利涉及普适计算，传感器，嵌入式开发，软件工程等领域，尤其涉及针对普适计算环境下的上下文一致性检测与修复领域。

背景技术

现如今，随着智能手机、平板等载有传感器的设备的飞速普及，越来越多的应用利用环境上下文信息来为人们提供各式各样的便捷功能，例如基于重力变化的手机计步器以及基于位置的打车应用等，这类应用被称为上下文感知应用。然而传感器总会存在误差，获取的上下文也有可能不准确，这就导致采用了这些信息的应用很可能出错，因此需要对上下文的正确性进行验证。目前常用的验证方法为上下文一致性检测与修复，其思想是根据环境的特点，设置一系列的一致性约束。当环境上下文发生变化，相应的一致性约束会被检测，如果检测到约束被违反，就表明现有的上下文违背了环境中的某些特征。即这些上下文是不一致的。下一步就是根据具体的修复策略对检测到的一致性错误进行修复。

检验这种上下文一致性检测与修复的一种做法是，构造大量的模拟上下文并有意地对某些信息进行修改，然后进行一致性检测并观察相关约束是否被违反，上下文不一致是否被成功修复。然而构造的上下文难免会受构造者主观意识的影响而具有一定的片面性，无法涵盖现实中可能发生的所有情况；也可能会有些理想化，实际上几乎不可能产生这样的上下文。另一方面，对同一个一致性错误，可以采取多种修复策略进行修复，例如丢掉错误的上下文，或者补上缺失的上下文。而由于构造的上下文缺乏真实环境的反馈，一致性错误是否被正确地修复无从得知。因此利用构造的上下文来检验一致性检测与修复方法的有效性，该做法本身的正确性就得不到保证。另一种做法是采集、录制真实环境中产生的上下文用以检验，这在一定程度上避免了片面化与理想化，但仍然会因为缺乏真实环境对修复结果的反馈而无法验证修复的正确性。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明的主要目的是提供一种上下文一致性检测与修复***，一种能有效地验证上下文一致性检测与修复***的方法及平台。

本发明通过以下技术方案实现：

本发明公开一种上下文一致性检测与修复***，包括：

一致性约束，一致性约束限定环境上下文信息必须满足的条件，通常由应用语义以及物理规律限定；一致性约束基于一阶逻辑语言进行描述；一致性约束中的全称量词和存在性量词对应于上下文集合；

一致性检测模块，对于采集到的环境上下文信息，使用基于一阶逻辑语言的一致性约束描述上下文应当满足的性质，并在发生任何上下文变化时检查一致性约束是否被违反，从而验证环境上下文信息的一致性；

一致性修复模块，对于检测到的一致性错误，选择是否修复环境上下文信息；当修复环境上下文信息，采用删除部分上下文或自定义的修复方式，使得环境上下文信息重新满足一致性约束；

上下文集合，由同一类型的环境上下文信息组成，上下文集合中的环境上下文信息通常有类似的结构；上下文集合有自己的有效性时限或容量限制，超时或超过集合容量的上下文将自动被删除；

上下文一致性检测与修复是指验证上下文感知应用的环境和提升上下文信息质量的过程；

上下文感知应用是利用传感器，使用环境信息为用户提供服务与功能的应用程序。

进一步的，环境上下文信息是指上下文感知应用使用的任何一个环境信息，包括传感器数据、应用内部状态、用户资料信息；环境上下文信息可根据其类型归入不同的上下文集合中；上下文变化由一个三元组来形式化的建模，包括(T，C，E)，T代表变化的类型，可以是增加(Add)，删除(Del)；C为这个变化作用的上下文集合；E为具体的一个上下文元素；上下文变化包括任意一个具体的上下文元素添加到一个上下文集合中，或者从一个上下文集合中删除。

本发明还公开了一种检验上下文一致性检测与修复***的方法：建一个布设传感器的平台，利用传感器实时不间断地采集环境上下文信息，使用待检验的一致性检测与修复***来消除环境上下文信息的不一致性，然后触发各类事件，上层应用监听特定事件，在真实环境中做出反馈，从而对一致性检测与修复方法的正确性进行验证。

更具体的，该方法包括以下步骤：

S1，当启动平台时，状态转移模块切换至初始化状态，在平台各功能与数据准备就绪时，从初始化状态切换至正常运行状态；

S2，设备连接与控制模块利用传感器实时不间断地采集环境上下文信息，并将采集的环境上下文信息提交到一致性检测与修复***；

S3，一致性检测与修复***消除环境上下文信息的不一致性，并提交环境上下文信息至事件监听模块；

S4，事件监听模块根据检测与修复后的环境上下文信息判断事件是否触发，如果触发，则通知监听该事件自适应调度模块或应用模块；

S5，应用模块或自适应调度模块根据触发的事件传递信息至设备连接与控制模块，在真实环境中做出反馈。

进一步的，还包括如下技术特征：在正常运行状态下，当设备连接与控制模块检测到物理设备断开，通知状态转移模块切换至暂停状态，暂停实验平台的运行；当停止某个运行场景时，状态转移模块切换至重置状态，清除所有的运行时数据，然后恢复正常运行状态；当平台检测到物理设备丢失时，即当既定时间内无法从传感器检测到物理设备，无法确定物理设备的位置时，事件监听模块与状态转移模块通信，状态转移模块切换至重定位状态，对丢失物理设备进行定位；在正常运行、重置与重定位状态下，当设备连接与控制模块检测到有物理设备或主机断开连接，立刻通知状态转移模块将平台切换至暂停状态；接着开始重连，当检测到所有设备均重新连通，通知状态转移模块切回上一个状态。

更具体的，首先，设备连接与控制模块尝试向物理设备发起连接，如果无法建立连接，再查询上一轮检查时的连通情况。如果上一次检查时物理设备是连通的，表明物理设备刚刚断开，需要通知状态转移模块暂停实验平台，接着尝试重连；如果上一次检查物理设备已经断开，直接尝试重连。如果本次连接成功，且上次检查也是连通的，则等待一段时间后开始下一轮检查。如果上次检查是断开状态，表明物理设备刚刚连通。此时如果所有设备均已连接，就通知状态转移模块恢复运行，否则等待一段时间后进行下一轮检查。

进一步的，还包括如下技术特征：选择运行场景，即选择一致性检测与修复模式；

当启用“理想”场景时，平台会对采集的环境上下文信息进行一致性检测与修复，但不会向用户显示任何检测或修复信息；当启用“包含错误”场景时，平台对采集的环境上下文信息只会进行一致性检测而不会修复，同时显示检验信息；当启用“修复错误”场景时，平台对采集的环境上下文信息进行一致性检测与修复，同时显示检测与修复信息。

本发明还公开了一种检验上下文一致性检测与修复***的平台，包括：设备连接与控制模块，状态转移模块，事件监听模块，自适应调度模块，应用模块；

设备连接与控制模块连接物理设备，并与状态转移模块、一致性检测与修复模块、自适应调度模块连接；设备连接与控制模块对物理设备进行连通性检测、断线重连、发送操作指令，从传感器采集环境上下文信息，及将采集的环境上下文信息提交给一致性检测与修复***；

事件监听模块，接收一致性检测与修复模块提交的经过检测与修复后的环境上下文信息，并与应用模块、自适应调度模块通信，触发各类事件；

应用模块，集成所有的上下文感知应用，根据触发的事件通过自适应调度模块、设备连接与控制模块，控制物理设备在真实环境中做出反馈；应用模块是所有上下文感知应用的集合，处于***结构的最顶层；上下文感知应用通过监听特定事件来做出反应，提供服务与功能。

自适应调度模块，根据触发的事件通过设备连接与控制模块，控制物理设备在真实环境中做出反馈；

状态转移模块与事件监听模块的通信连接，将平台的运行状态在初始化、正常运行、重置、重定位、暂停之间切换。

进一步的，平台布设有传感器，并在传感器的正对面立起一块黑色挡板，其作用是吸收红外线，其目的一是防止红外线被其他传感器接收造成干扰；二是减少自身的红外接收量，提高无车辆经过时的测距读数，这样就能与有车经过时的读数差异更明显，从而提高检测车辆经过的准确度。

进一步的，设备连接与控制模块与物理设备通过蓝牙连接，并且与连接着传感器的主机、以及状态转移模块之间通信连接。其中传感器可以为红外传感器。

进一步的，设备连接与控制模块使用BlueCove作为Java蓝牙开发库不断检测物理设备的连通性，当检测到物理设备断开，通知状态转移模块暂停平台，接着开始重连；当检测到所有设备均已连接，通知状态转移模块恢复运行；设备连接与控制模块使用JSch这个SSH2安全协议的Java实现版本，通过SSH远程命令实现与主机的通信；设备连接与控制模块利用SSH远程命令执行主机上的采样程序并不断检查程序是否运行。

进一步的，平台还包括可选择的运行场景，即可选择的一致性检测与修复模式；当启用“理想”场景时，平台会对采集的环境上下文信息进行一致性检测与修复，但不会向用户显示任何检测或修复信息；当启用“包含错误”场景时，平台对采集的环境上下文信息只会进行一致性检测而不会修复，同时显示检验信息；当启用“修复错误”场景时，平台对采集的环境上下文信息进行一致性检测与修复，同时显示检测与修复信息。

本技术的有益性在于：

本发明的一种上下文一致性检测与修复***的检验平台利用传感器实时不间断地采集真实的环境上下文信息，经过上下文一致性检测与修复，根据修复后的上下文触发各类事件。上层应用再根据监听的事件，及时在真实环境中做出反馈，以有效验证检测与修复的正确性。本平台对环境上下文信息的采集、检测与修复，上下文感知应用根据触发的事件来控制物理设备的行为做出反应，物理设备的连接均是自动进行的，无需用户干预。在正常运行阶段，用户可自由选择运行场景，改变检测与修复模式，以更明显地体现一致性检测与修复方法的作用。

附图说明

为了更清楚地说明本专利实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所有需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他附图都属于本发明的保护范围。

图1为本发明实施例提供的检验上下文一致性检测与修复***的平台的***结构图。

图2为本发明实施例提供的迷你城市道路及红外传感器布设图。

图3为本发明实施例提供的设备连接与控制模块连接蓝牙小车的流程图。

图4为本发明实施例提供的设备连接与控制模块连接接有红外传感器的主机流程图。

图5为本发明实施例提供的自适应调度模块对应用模块的操控请求进行调度的流程图。

图6为本发明实施例提供的状态转移模块的状态转移图。

具体实施方式

下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地的描述。

图1展示了本实施例的检验上下文一致性检测与修复***的平台中各模块之间的层次结构与交互。平台的整个运行过程为：设备连接与控制模块负责与物理设备以及连接着红外传感器的主机保持连通，并在连接断开时及时通知状态转移模块暂停平台的运行，同时对断开的设备尝试重新连接。设备连接与控制模块的另一职责是与设备交换数据，包括从传感器采集环境上下文信息和向设备发送指令。一致性检测与修复模块对采集的上下文进行一致性检测与修复(根据选择的运行场景决定是否修复)，再上交给事件监听模块。事件监听模块根据修复后的上下文判断事件的触发。如果事件触发，事件监听模块将会通知监听该事件的自适应调度模块或应用模块以做出反应。特别的，如果触发物理设备丢失事件，设备连接与控制模块将通知状态转移模块切换至重定位状态。应用模块是上下文感知应用的集合。这些应用监听环境中的特定事件，并通过操控物理设备做出反馈。自适应调度模块会根据平台中具体的情况正确处理应用的操控请求，调度物理设备。物理设备在调度过程中会经过新的传感器，从而产生新的上下文。

图2是本实施例的平台道路铺设与红外传感器布设的示意图，物理设备为蓝牙小车，在道路中行驶。道路只允许单向行驶，并蜿蜒扭曲形成一个封闭的环。这样设计的目的是无须担心小车驶出平台范围，小车一直前进也只是在兜圈子。道路中间留有凹槽，小车在道路上行驶时，需要将底盘下方的竖杆置入凹槽中，这样设计一是防止小车驶出道路，二是小车只需要执行前进指令就能转弯，简化了指令类型。同时，五个十字路口提高了多车运行时触发事件的几率，当一致性检测与修复方法出错时，错误的上下文也显著增加了自适应调度模块调度车辆失败的可能，从而能更迅速地验证方法的有效性。

设备连接与控制模块负责平台物理设备的连接与通信。平台支持同时连接六辆蓝牙小车与十个主机，其中每个主机上连接二到四个红外传感器，共计三十二个。每个十字路口的出入口都设有一个红外传感器检测车辆的进出。在每个红外传感器的正对面都立着一块黑色挡板，其作用是吸收红外线，其目的一是防止红外线被其他传感器接收造成干扰；二是减少自身的红外接收量，提高无车辆经过时的测距读数，这样就能与有车经过时的读数差异更明显，从而提高检测车辆经过的准确度。

常用的车辆遥控方式除蓝牙外还有红外遥控。红外遥控的基本原理是采用红外发光二极管发出经过调制的红外光波，红外接收电路再将红外光进行解调得到指令。由于红外发射器须对准红外接收器进行发射才能遥控，而在本实验平台中，城市大小，即小车的活动范围为1m*0.8m。在正常接收距离内，红外发射器无法覆盖到全部城市，小车一旦行驶到红外线的盲区将无法接收操控指令。而蓝牙连接技术无须对准连接设备，有效距离达到十米，能够完全覆盖小车的活动范围。另外，蓝牙使用跳频技术，能在多个频道上传输数据，能同时与多个蓝牙设备进行通信。相对于多个红外遥控器，一个蓝牙适配器就能控制多个小车。考虑多方面优势，本实验平台选择使用蓝牙遥控小车。

图3描述了模块不断检测蓝牙小车的连通性的过程。设备连接与控制模块使用了名为BlueCove的Java蓝牙开发库进行蓝牙连接与通信。首先，模块尝试向小车发起连接，如果无法建立连接，再查询上一轮检查时的连通情况。如果上一次检查时小车是连通的，表明小车刚刚断开，需要通知状态转移模块暂停实验平台，接着尝试重连；如果上一次检查小车已经断开，直接尝试重连。如果本次连接成功，且上次检查也是连通的，则等待一段时间后开始下一轮检查。如果上次检查是断开状态，表明小车刚刚连通。此时如果所有设备均已连接，就通知状态转移模块恢复运行，否则等待一段时间后进行下一轮检查。

图4描述了检查连接有红外传感器的主机的连通性的过程。本实验平台的主机拥有300MHz的ARM9处理器，插有无线网卡，通过Wi-Fi与PC端主程序进行通信，四个输入端口连接了二到四个不等的红外传感器。主机上运行的***是ev3dev，一个基于Debian的Linux操作***。设备连接与控制模块使用了JSch这个SSH2安全协议的Java实现版本，通过SSH远程命令实现PC与主机的通信。首先，PC不断尝试与主机建立SSH安全连接，成功后再查询主机是否检测到所有连接的红外传感器，如果没有则远程重启主机。所有传感器就绪后，PC远程启动主机上的采样程序，如果该SSH命令执行失败则重新建立SSH连接，否则检查采样程序是否正在运行。对检查结果的处理方式与前面连接蓝牙小车时的处理方式如出一辙，不再赘述。

图5描述了自适应调度模块对于来自上层应用模块的操控小车请求的处理流程。得益于道路的设计，小车只需前进与停止两种指令就能遍历所有街道与传感器。对于前进请求，自适应调度模块首先检查请求小车的前一个路段有无车辆，如果有车，就把请求车辆加入前方路段的等待队列，并通知设备连接与控制模块对该车发送停止指令。否则，自适应调度模块检查该路段的令牌。如果令牌已发给其他车辆，同样对请求小车执行前面的操作；如果令牌未发放或已发给请求的小车，那么对它发放令牌，同时通知设备连接与控制模块对该车发送前进指令。对于停止请求，自适应调度模块需要从所有路段的等待队列中移除小车，同时归还它可能持有的令牌，并通知设备连接与控制模块发送停止指令。自适应调度模块还需要监听小车离开路段的事件，当事件触发时，模块从该路段的等待队列中取出最早等待的车辆，发放令牌，并通知设备连接与控制模块发送前进指令。

状态转移模块会在五个状态之间进行切换，如图6所示。平台在刚启动时，处于初始化状态。当各功能与数据准备完毕，切换至正常运行状态。用户选择启用任一运行场景后，平台开始采集上下文，对上下文一致性检测与修复方法进行检验。用户关闭运行场景时，平台切换至重置状态，清除所有的运行时数据，接着恢复正常运行状态。当事件监听模块检测到某辆前进的小车长时间未被传感器检测到时，平台切换至重定位状态。此时，所有其他车辆停止，只让“丢失”的车辆行驶，并将它重定位到检测到它的传感器处。在正常运行、重置与重定位状态下，当设备连接与控制模块检测到有小车或主机刚刚断开连接，平台迅速切换至暂停状态，所有车辆停止，所有工作线程进入睡眠或等待。当所有设备均重新连通，平台唤醒所有工作线程，恢复车辆的行驶，切回上一个状态中。

上层的应用模块是所有上层应用的集合。目前平台自带一个打车应用，能自动生成打车任务，派遣指定小车到达指定起始点接客，再到指定目的地卸客。打车应用支持手动创建任务，用户可指定起始点与目的地，打车应用会自动派单。打车应用能不间断地使小车发送请求，从而使自适应调度模块不停地进行车辆调度。如果上下文一致性检测与修复模块中方法的一致性约束设置不够全面甚至错误，或者对不一致上下文进行了错误的修复，将很可能触发错误的事件，使持续运转的自适应调度模块很快产生调度错误，导致车辆碰撞事故，从而能够有效地检验一致性检测与修复方法。

显然，以上所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更改或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是在没有做出创造性劳动的前提下所获得的，都属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种检验上下文一致性检测与修复***的方法，其特征在于：建一个布设传感器的平台，利用传感器实时不间断地采集环境上下文信息，使用待检验的一致性检测与修复***来消除环境上下文信息的不一致性，然后触发各类事件，上层应用监听特定事件，在真实环境中做出反馈，从而对一致性检测与修复***的正确性进行验证；

S1，当启动平台时，状态转移模块切换至初始化状态，在平台各功能与数据准备就绪时，从初始化状态切换至正常运行状态；

S2，设备连接与控制模块利用传感器实时不间断地采集环境上下文信息，并将采集的环境上下文信息提交到一致性检测与修复***；

S3，所述一致性检测与修复***消除环境上下文信息的不一致性，并提交环境上下文信息至事件监听模块；

S4，所述事件监听模块根据检测与修复后的环境上下文信息判断事件是否触发，如果触发，则通知监听该事件的自适应调度模块或应用模块；

S5，所述应用模块或所述自适应调度模块根据触发的事件传递信息至所述设备连接与控制模块，在真实环境中做出反馈；

在正常运行状态下，当所述设备连接与控制模块检测到物理设备断开，通知所述状态转移模块切换至暂停状态，暂停实验平台的运行；

当停止某个运行场景时，所述状态转移模块切换至重置状态，清除所有的运行时数据，然后恢复正常运行状态；

当平台检测到物理设备丢失时，即当既定时间内无法从传感器检测到物理设备，无法确定物理设备的位置时，所述事件监听模块与所述状态转移模块通信，所述状态转移模块切换至重定位状态，对丢失物理设备进行定位；

在正常运行、重置与重定位状态下，当所述设备连接与控制模块检测到有物理设备或主机断开连接，立刻通知所述状态转移模块将平台切换至暂停状态；接着开始重连，当检测到所有设备均重新连通，通知所述状态转移模块切回上一个状态。

2.一种检验上下文一致性检测与修复***的平台，其特征在于，包括：设备连接与控制模块，状态转移模块，事件监听模块，自适应调度模块，应用模块；

所述设备连接与控制模块连接物理设备，并与所述状态转移模块、所述一致性检测与修复***、所述自适应调度模块连接；所述设备连接与控制模块对物理设备进行连通性检测、断线重连、发送操作指令，从传感器采集环境上下文信息，及将采集的环境上下文信息提交给一致性检测与修复***；

所述事件监听模块，接收一致性检测与修复***提交的经过检测与修复后的环境上下文信息，并与所述应用模块、所述自适应调度模块通信，触发各类事件；

所述应用模块，集成所有的上下文感知应用，根据触发的事件通过所述自适应调度模块、所述设备连接与控制模块，控制物理设备在真实环境中做出反馈；

所述自适应调度模块，根据触发的事件通过所述设备连接与控制模块，控制物理设备在真实环境中做出反馈；

所述状态转移模块与所述事件监听模块的通信连接，将平台的运行状态在初始化、正常运行、重置、重定位、暂停之间切换；

包括可选择的运行场景，即可选择的一致性检测与修复模式；

当启用“理想”场景时，平台会对采集的环境上下文信息进行一致性检测与修复，但不会向用户显示任何检测或修复信息；当启用“包含错误”场景时，平台对采集的环境上下文信息只会进行一致性检测而不会修复，同时显示检验信息；当启用“修复错误”场景时，平台对采集的环境上下文信息进行一致性检测与修复，同时显示检测与修复信息。

3.如权利要求2所述的检验上下文一致性检测与修复***的平台，其特征在于：

所述平台布设有传感器，并在传感器的正对面立起一块黑色挡板；所述平台支持同时连接六辆蓝牙物理设备与十个主机，其中每个主机上连接二到四个红外传感器；

所述设备连接与控制模块与物理设备通过蓝牙连接；

所述设备连接与控制模块与连接着传感器的主机、所述状态转移模块通信连接。

4.如权利要求2所述的检验上下文一致性检测与修复***的平台，其特征在于：

所述设备连接与控制模块使用BlueCove作为Java蓝牙开发库不断检测物理设备的连通性，当检测到物理设备断开，通知所述状态转移模块暂停平台，接着开始重连；当检测到所有设备均已连接，通知所述状态转移模块恢复运行；

所述设备连接与控制模块使用JSch这个SSH2安全协议的Java实现版本，通过SSH远程命令实现与主机的通信；所述设备连接与控制模块利用SSH远程命令执行主机上的采样程序并不断检查程序是否运行。

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