Nghiên cứu xây dựng một mô hình môi trường phòng làm việc thông minh

BÁO CÁO TONG HỢP ĐE TÀI1 Giới thiệu Trẽn thẻ giới hiện nav, các hệ thong nhà/phòng làm việc thông minh đang được phát trien với hai nội dung chính: phát triển thiết bị hõ trợ người dùng

DẠI HỌC QIIÓC CIA HẢ NỘI

Nghiên cửu xây dụng một I 1 1 Ô hình môi truòng

phòng làm việc thông minh

1 l à N ộ i - 2(

M Ụ C LỤ C

1 Gi ới t h i ệ u 5

2 l ổ n g q u a n về lĩnh vự c nghi ên c ứ u " M ô i t r ư ờn g t h ô n g m i n h ” 6

3 Các n g h i ê n cứu về hệ phát triên môi t rư ờng t hô n g m i n h 1 I 3.1 M ỏ hì nh phân tán c ù a kiên trúc phân c ứ n g 11

3.1.1 C à u trúc của các thành ph à n t r ong m ộ t hệ t h ô n g W S N 12

3.1.2 Cá c p h ư ơ n g thức giao t iếp k h ô n g d â y t r o n g hệ t h ô n g W S N 13

3.2 M ô h ì n h phân tán d ự a trên kiên trúc phần r n ê m 14

3.2.1 M ỏ hình ph â n tán O S G I 14

3.2.2 M ỏ hình đa tác t ứ 16

3.3 M ô hì nh t ư ơ n g tác t r o n g môi t r ư ờ n g t h ô n g m i n h 17

3.3.1 M ô hình giao diện người d ù n g 20

3.3.2 M ô hình t ư ơ n g tác trừu t ư ợ n g 21

3.3.3 M ô hình đầu vào cụ t h ể 22

3.3.4 M ỏ hình đâu ra cụ t h ê 24

3.4 M ộ t s ố hệ phát triển môi t r ư ờ n g t hô n g mi n h hiện c ó 25

4 Hệ p há t triển p h ò n g làm việc t h ô n g m i n h 26

4.1 C á c y ê u cầu đổi với hệ phát t r i ể n 26

4 2 T h i ế t kế hệ p hát t r i ề n 26

4.2.1 M ô hình t r uyền t h ô n g 27

4 2 1 1 C á c t hà nh phân c ủ a m ô hình truyên t h ô n g 27

4 2 1.2 Cách thức hoạt d ộ n g 27

4.2.2 Ki ến trúc hệ p h á t t r i ể n 29

4.2.3 M ô hình C a s ử d ụ n g c ù a hệ phát t r i ể n 31

4.2.3.1 Đ ă n g k ý B r o a d c a s t e r 31

4 2 3 2 Đ ã n g k ý nhận t h ô n g t i n 32

4 2 3 3 B r o a dc as t e r t ruyền d ữ l i ệ u 34

4 2 3 4 Re ce iv er n h ậ n d ữ l i ệ u 35

4.2.4 U u đi ếm c ủ a thiết kế hệ phát t r i ể n 36

4 3 U n g d ụ n g c u a h ệ p h á t t r i ể n 36

5 Tr i ển khai các tác từ t rên hệ phát t r i ể n 37

5.1 T á c t ứ xác định vị t r í 37

5.2 T á c tư nhận d ạ n g cu chI t a > 40

5.3 Tác tu nhận dạn ti m ệ n h lệnh tièniỉ n ó i 42

5.4 Tác tu nhận d ạ n li ngũ' c a n h 42

5.5 Tác tư hỗ trự q u y è t đ ị n h 43

5 6 ỉ ác tứ kẽt nôi tliiẽ t bị di độn l í 44

5 7 l ac tư dâu r a 46

6 N g h iê n c ứ u n hận dạn ti h àn h d ộ n g tro n u hệ thốn u p liò n g lùm v iệ c th ò n g m i n h 47

6 1 K h u n g hộ th ô n g nhận d ạ n g h àn h d ộ im 47

6 2 N h ậ n dạng h àn h d ộ n g bên tro n g c ứ a sô t r ư ợ t 4 7 6.3 Phát hiện v ù n g c h u y ế n đ ộ n g 48

6.4 B i ể u diễn h à nh đ ộ n g 49

6 4 1 T ín h to án ánh đ ặ c tru n g s ứ d ụ n g bộ lọ c Í I R 50

6.4.2 Trích c h ọ n v éc- t ơ đặc t r ư n g 52

6.5 H u ấ n luyện và nhận d ạ n g hành đ ộ n g 53

6 5 1 H u ấ n lu y ệ n 53

6.5.2 Nhặn d ạ n g hành đ ộ n g 54

6 6 T h ù n g h i ệ m 55

6.6.1 Thiết lập thu n g h i ệ m 55

6 7 L ư a c h ọ n t h a m s ố 56

6.® Kef q u à t h ứ n g h i ệ m 58

6.S l T h ư n g h i ệ m Irên v i d e o tách r ờ i 58

6 8 2 T h ứ n g h i ệ m trên v id e o c h ứ a c ác hành đ ộ n g liên t i ế p 61

!Vghiẽ« c ứ u nhận d ạ n g m ệ n h lệnh t i ếng nói t r ong đ i ều kiện t iếng ồ n 62

7 J H ệ đ á n h giá t h ự c n g h i ệ m 62

7.1.1 T h à n h p h | f i lọc t i ê ng ô n 63

7.1.2 T h à n h p h ần huấn l uyện và T h à n h phần nhận d ạ n g t iếng n ó i 63

7.1 3 T h à n h p h ầ n đá n h giá kết q u ả 64

7.2 D ữ íiệu thực n g h i ệ m 64

7 2 1 Bộ dữ liệu m ệ n h lệnh t i ếng V i ệ t 64

7.2.2 Bộ d ữ l iệu về t i ế ng ồ n 64

7.3 Kị ch bản t h ử n g h i ệ m 65

7.3.1 Cá c h t hức huân l u y ệ n 65

7.3.2 Bộ d ữ liệu đá n h g i á 65

7.4 Ket q u ả thực n g h i ệ m và Phân t í c h 66

7.4.1 Bộ đ á n h giá I 66

7.4.2 Bộ đánh giá 2 67

8 T h ừ n g h iệ m th ự c tế v ớ i hộ phát t r i ể n 70

8.1 T h ư n u h iệ m t r u y ẽ ii d ữ l i ệ u 70

8 2 K ị c h bán th ử n g h iệ m th ự c t ê 72

8 3 k è t q u a thu n iih iệ m th ụ c t ẻ 72

9 K c t l u ậ n 73

T à i liệu th am k h á o 73

1 i

D A M I M Ụ C I ỉ Ì N H V Ẽ

Hình ! C á c yêu cẩu nghi ên c ứu c ô n g n g h ệ cho “ Môi t r ư ờ n g t h ô n g m i n h " [1 I ] 7

Hình 2 Kiến trúc bậc c ao C o B r A [ 6 ] 10

Hình 3 C à u trúc m ạ n g d ạ n g s ao với 6 d i n h 12

H ìn h 4 C â u trú c m ạ n g d ạ n g l ư ớ i 13

H ìn h 5 C á c b ư ớ c đ ă n g k ý d ịc h vụ c ủ a O S G Í 15

Hình 6 ứ n g d ụ n g O S G I t r ong hệ t h ố n g n h à t hông mi n h G a t o r 16

Hình 7 Kích c ỡ cùa các t hành phần hiển thị kết q u à đầu ra t ă n g lên theo k h o ả n g cách của người d ù n g tới mà n hình, khi đó kí ch c ỡ cùa các t hà nh ph ầ n nh ậ p d ữ liệu vào sẽ được gi ả m x u ố n g 17

Hình 8 G i a o diện người d ù n g có thề ph â n phối qua nhi ều thiết bị t ư ơ n g tác và liên tục đ ư ợ c đ ồ n g bộ h ó a 18

Hình 9 N g ư ờ i d ù n g có kha n ă n g sư d ụ n g nhiều n g u ồ n t ư ơ n g tác và đ ồ n g thời d ù n g các p h ư ơ n g thức n h ư g i ọ ng nói, c ả m biên, và điệu b ộ 18

Hình 10 Hai người d ù n g chi a sẻ các ứ n g d ụ n g 19

Hình 11 Gi ao diện cùa người phụ nấu ăn đ ư ợ c n h ú n g t rong các t h ô n g số đi ều khiên giao diện cùa s ự t ư ơn g t á c 19

Hinh 12 C ấ u trúc c ơ bán c ủ a m ô hình t ư ơ n g tác, tách mứ c cụ thê và trừu t ượng D ự a trên đị nh nghĩ a t ư ơ n g tác trừu t ượng, I nput v à O u p u t cụ thể là nền t ả n g c h o s ự tạo ra Ul vào ra .7 7 21

Hình 13 Kiến trúc hệ phát triển C A M P U S 26

Hình 14 Mi nh họa hoạt đ ộ n g t r uyền t h ô n g cùa m ô h ì n h 28

Hình 15 Biểu đồ t ầ n g cùa h ệ p h á t t r i ể n 29

Hình 16 Kiến trúc hệ phát t r i ể n 30

t lình 17 Một số m ô hình ca s ử d ụ n g c h o thiết kế hệ phát t r i ể n 3 1 Hinh 18 Sơ đồ h oạ t đ ộ n g c ù a ca s ử d ụ n g đ ã n g ký B r o a d c a s t e r 32

H h h 19 Sơ đồ hoạt đ ộ n g c ủ a ca sử d ụ n g đ ã n g ký nh ậ n t h ô ng t i n 33

Hình 20 Sơ đồ hoạt đ ộ n g c ủ a ca sử d ụ n g B r o a dc as t e r t r uyền d ữ l i ệ u 34

Hình 21 Sơ đồ hoạt đ ộ n g c ù a c a s ử d ụ n g re c e i ve r n h ậ n d ữ l iệu 35

Hình 22 D ò n g d ữ liệu đ ư ợ c x ử lý t r o n g hệ phát t r i ể n 36

H ìn h 2 3 K iế n trú c hệ c ả m biến [M R trên tran n h à 39

Hình 24 Minh họa t huậ t toán xác định vị tri cua người d ự a trên c á m b i ê n 40

Hình 25 Hình ành bàn tay v à c ác đi ể m đặc trưng ( 1 , 2 , 3 ) 41

Hình 26 Kết q uả nhận d ạ n g cứ chi t a y 42

Hình 27 Mô hình kết nôi thiêt bị di đ ộ n g 45

I lì ih 28 Tác tử điều khi ển c hạ y trên thiết bị A n d r o i d 46

í lìah 29 K h u n g hệ t h ô n g nhận d ạ n g hành đ ộ n g 47

ỉ lình 3 0 C á c b ư ớ c nhận đ ạ n iì h àn h đ ộ n ii bên tro nsi c ử a sô t r ư ợ t 48

I iìiih 3 1 Ọuv trinh phát hiện ù m u c hu v è n d ộ n g 49

ỉ ỉìrh 32 Các ví dụ vê anh dặc trunti (với các giá trị khác nhau c ua « ) 5 i I Ill'll 33 I rich c họn vect or dặc t r i m s t ừ c h u ỗ i á n h 53

1 Ill'll 34, 10 hành đ ộ n g t rong bộ d ữ liệu W e i z m a n n 55

I Ill'll 35 9 hành đ ộ n ” t r o n e bộ d ữ liệu c ua c h ú n g t ô i 56

\ Ill'll 3ó Két q u a nhàn d ạ n ” cua plurơim p h áp dè xuàt với các t h a m sỏ khác nhau trên bộ dữ liệu W c i / n u n n 57

1 l inh 37 k è t q ua nhận d ạ n g cùa pliưưnụ, pháp dê xuàt \'ớị các tharn sỏ khác nhau trôn bộ d ữ

liệu cua c h ú n g t ò i 57

I linh 38 Độ c hí nh xác t rung binh cua p h ư ơ n g ph á p đê xuât với các giá trị khác nhau cùa độ dài cư a sô trư ợ t tro n g c á c th ử n u h iệ m trôn v id e o c h ứ a cú c hành d ộ n g liê n t i ê p 62

I lình 39 Kiên trúc cùa hệ đ á n h giá thực n g h i ệ m 63

I [ình 40 D ữ liệu cùa b a c ác h t hức h u ấ n l u y ệ n 65

l í ì n h 41 D ừ liệu cùa hai bộ đ á nh g i á 66

í lirih 42 Kẽt quá nhận d ạ n g thu đ ư ợ c c ùa các thuật toán đ ư ợ c lựa c họn ỏ' các ti lệ ôn khác nhau (ỌdB, 5dB, lOdB, a n d 1 5 d B ) . 68

I linh 43 Kêt q u a nhận d ạ n g thu đ ư ợ c c ùa các t huật toán đ ư ợ c lựa ch ọ n ở các loại t iêng ôn khác n h a u 69

D A N H M Ụ C B A N G B I É l

í ỉ a ng I I h á nh phân truim m ô hình tirưng tác trừu t ư ợ n g 21

Ba n g 2 i r ạ n g thái c ua các dổi t ư ợ n g t ư ơ n g tác trừu t ư ợ n g lúc vận h à n h 22

B à n g 3 C á c kiêu đâu v à o đ ư ợ c phàn biệt bời m ô hình n h ư s a u 22

Bà n g 4 C á c đối t ư ợ n g t ư ơ n g tác hỗ t r ợ bời m ô hình đầu ra cụ t h ể 24

Bả n g 5 K è t q ua nhận d ạ n g c ù a các p h ư ơ n g pháp khác n h a u 58

Bá n g 6 Kết q u á nhận d ạ n g chi tiết c ủ a p h ư ơ n g pháp cua c h ú n g tôi trên b ộ dù' liệu W e i z m a n n ' 59

Bủng 7 Kết q u a nhận d ạ n g chi tiết c ua p h ư ơ n g p h áp t r o n g [ I I ] trên bộ d ữ liệu W e i z m a n n 59

B á n g 8 K ê t q u à nhận d ạ n g chi tiêt cùa p h ư ơ n g p há p c ùa c h ú n g tôi trên bộ dữ' liệu c ủa c hú n g t ô i 60

Bâ n g 9 Kết q u ả nhận d ạ n g chi tiết c ủ a p h ư ơ n g pháp t rong [ I I ] trên bộ d ữ liệu của c h ún g tôi „ , 60

Bá n g 10 - K ế t q u à nh ậ n d ạn g c ù a bộ đ á nh giá sạch trên ba c á c h t hức h uấ n l u y ệ n 66

Bá n g 1 1 T ố c đ ộ t ruyền d ữ liệu t r u n g bình t r ong các t hực n g h i ệ m 70

o TS Phạm Bào Son, Phòng Thí nghiệm Tương tác Người-Máv, Trường Đại học

o Ths Ma Thị Châu, Phòng Thí nghiệm Tưưng tác Người-Máy, Trường Đại học Công nghệ, Đại học Quốc gia Hà Nội.

o l hs Dào Minh Thu, Bộ môn Mạng và truyền thông máy tính,Trường Đại học Công nghệ, Đại học Quốc gia ỉ là Nội.

T h S Đ ặ n g T r u n g K i ê n , T r ư ờ n g D ạ i h ọ c C ô n g n g h ệ , Đ ạ i h ọ c Q u ố c RÍa H à Nội

o NCS Ngô Thị Duyên, Phòng Thí nghiệm Tương tác Người-Máy, Trường Đại học Công nghệ, Đại học Quốc gia Hà Nội.

o CN Nguyễn Duy Khương, Phòng Thí nghiệm Tương tác Người-Máy, Trường

Đạ i h ọ c C ô n g n g h ệ , Đ ạ i h ọ c Q u ố c g i a Mà N ộ i

01 toài báo tạp chí quố c tế

* Trung Kien Dang, Marcel Worring; The Duy Bui, A Semi-interactive Panorama Based 3D Reconstruction Framework for Indoor Scenes,

01 hài báo tạp chí trong nước

• Thi Chau Ma, Dinh Tu Nguyen, The 1>U\ Bui 1'rimg kien Dang (2011),

(ruyen llióng, Tập V-ỉ, sỏ 6(26).

Springer, Verlag.

• Thi Hong Nhan Vu, Yang Koo Lee, Thanh 1 la Le, The Duy Bui (2011),

" L o c a t i o n - b a s e d I n f o r m a t i o n D i s s e m i n a t i n g S y s t e m w i t h I n t e g r a t i o n o f

on Frontiers o f Information Technology, Ipplications a n d Tools, pp 6 9 - 7 4

• D a t Q u o c N g u y e n , D a i O u o c N t i i i \ e n a n d S o n B a o P h a m (2 0 1 1),

" S y s t e m a t i c K n o w l e d g e A c q u i s i t i o n f or Q u e s t i o n A n a l y s i s ” , in

Proceedings o f the international Conference R e c a l l iclvunccs in S u tural

Language Processing 201 1 ULssar B u l g a r i a pp 40( 1 - 4 1 2

• I ' h i - C h a u M a I h e [ ) u \ B u i 1 rutiLi Kieti ] ) u i m (2(11 2) " S h i f t e r r o r a n a l \ s i s

in i l l ume b a s e d 31) s k u ll f e a t u r e r c c o n s l r u c l i o n " 1’ruc of The -fill

International conference on K n o w led g e a n d System s Engineering, II K l ’

c kêt CỊini đào tạo

01 nghiên cứu sinh (cỉiuân bị bảo vệ)

• M a T h ị C h â u , D ự n g k h u ô n m ặ t b a c h i ề u t ừ a n h : t h u ậ t t o á n v à ứ n g d ụ n g ,

Trường Đại học Công nghệ.

04 luận văn cao học CNTT

văn thạc sỹ, Trường Đại học Công nghệ, 2011.

2011.

• N g u y ễ n V ă n H i ể n , X ả y dự ng hệ (hống biển đoi g iọ n g nói trên nen tang di

06 khỏa luận cử nhân CNTT

K h ó a l u ậ n t ot n i i h i ệ p , T r ir òn a, Đại h ọ c C ô n ti n g h ệ , 2 0 1 2

• Bùi l i e n I h à n h X aìsc tolerant recognition o f a u d io com m ands in an Am! system. K h ó a l u ậ n t ỏi i m l ũ ệ p , I rướnLi Dại h ọ c CõitLi n t i h ệ 2 0 1 2

• Bùi Vũ [ loàn” , ( 'unstniciimị an Ambient Intelligence development

fram ework, K h ỏ a l u ậ n tốt i m h i ộ p , T r ư ờ i m Dạ i h ợ c c ’ỏnti, Iiụhệ, 2 0 1 2

t ot n g h i ệ p , 1 r ư ờ n g Đ ạ i h ọ c C ò ní Ị n g h ệ , 2 0 1 2

tot nghiộp, Trườna Dại học Công nghệ, 2012

Trường Đại học Công nghệ, 2012

01 c ô n g trìn h n g h iê n cứ u k h o a học sinh v iên đ ạ t <»uii n h ấ t N C K 1I câ p

t r ư ờ n g , g i a i k h u y ế n k h í c h c a p B ộ G l ) & 1 ) 1 :

Nhóm sinh viên: Nguyền Minh Đức, Bùi Tiến Thành, Bùi Vũ Hoàng, Nguyễn Bình Dương

Giáo viên hướng dẫn: PGS TS Bùi rhế Duy và '1 s Phạm Báo Sơn

Tên công trình: "Research and construction of experimental smart living room",

BÁO CÁO TONG HỢP ĐE TÀI

1 Giới thiệu

Trẽn thẻ giới hiện nav, các hệ thong nhà/phòng làm việc thông minh đang được phát trien với hai nội dung chính: phát triển thiết bị hõ trợ người dùng và xây dựng hệ phát trièn làm nền táng cho các ứng dụng Cùng với sự tiến bộ nhanh chóng của khoa học công nghệ, ca hai nội dung đều đã đạt được nhừng bước tiến to lớn Thiết bị thông minh ngày nay rất đa dạng với lính năng vô cùng phong phú và hữu ích, tuy vậy, một

h ệ t h ô n g n h à t h ô n a m i n h n ế u c hỉ d ự a t r ê n c á c t h i ế t bị n à y s ẽ g ặ p p h a i n h ữ n g h ạ n c hỗ

nlìàt định: Ilạn chế đầu tiên phai kể đến là sự thôna minh cua một hệ chống phụ thuộc

h o à n t o à n v à o c á c t í ú è t bị h o ạ t đ ộ n g t r o n g nó N h u c ầ u c ủ a n g ư ờ i s ứ d ụ n g c à n g c a o thì

giá thành cùa hệ thống sẽ càng đắt í lụn chế thứ hai là thiết bị cúa một nhà sản xuất

khỏ khăn khi người dùng muốn mở rộng, nâng cấp hệ thống tồng thể, dặc biệt là hệ thông phần mềm lõi Những hạn chế này hoàn toàn có thể được giải quyết khi các ứng dụng dược xây dựng trên các hệ phát triển phần mềm dược thiết kế dành riêng cho các ứng dụng nhà/phòng làm việc thông minh Chính vi lý do này, đề tài tập trung hướng nghiên cứu vào xây dựng hệ phát triển phần mềm cho phòng làm việc thône, minh

tiễn.

Dựa trên việc tham khảo và phân tích ưu, nhược điểm của các hệ thống cũng như công trình đã có, chúng tôi nhận thấy rằng để thực hiện tốt các yêu cầu đã đặt ra, hệ phát triền cần phải tận dụng được tối đa các kêt quá nghiên cứu hiện tại Nó phái cho phép tích hợp các cảm biến, các giao diện thông minh, phải chạy được trên nhiêu hệ điều hành khác nhau, cung cấp các hình thức truyền thông khác nhau, đồng thời có kha núng đưa ra các quvết định để hồ trợ cho người dùng một cách tốt nhất, thôns, minh nhất và tự nhiên nhất trong khôntỉ, gian sống cua mình Hơn thế nữa, nghiên cứu

phái đi k è m v ứ i t h ự c t i ễ n m ớ i c ỏ t h è t h u đ ư ợ c kết q u a tốt n h ấ t

Trong khuôn khô đề tài chúng tôi đã tiến hành:

iiìihiòn c ứ u m ỏ h ì n h kill'll t r úc p h ầ n IUU11 dò c ó li lẽ x â y d ự n g (ÌUỊTC h ệ i hô n t i t í ch

h ợ p đ ư ọ c n h i ề u loại d o i t ư ợ n g k h á c n h a u , d è c ó t h ê t ạ o n ê n m ộ t h ệ t h ô n g l i nh

đ ò n e v à u v ò n c h u v ô n d è c ó t h ê x à v dụ'niL đ ư ợ c m ộ t hộ t h ô n g í ì ô m n h i ê u dùi

iưoìil: phân UIỈ 1 tròn nhiêu (lòn Um Li kluk niuui I1ỈHI W in c k m s O S Window.-.

động, hay các đối tượng ảo như các tác nhân di động;

- nghiên cứu các giao diện thông minh để giúp dỡ người dùng có thể tương tác

i h ô n t i Ún v à t r u v ẽ n l l ù m n K h á i n i ệ m “ M ù i i nrờiiíí lliũiiìi m i n h " đi ụvc I S Ỉ U i d u a ra

d ự a t r ên m ộ t v i ê n c á n h v ê l ư ơ n tỉ lai d o P h i l i p s R e s e a r c h d ư a ra t r o n ti d ó " c o n n t i ười

s ồ n u m ộ t c á c h dỗ d à n g t r o n u m ộ t m ũ i i n r ờ n t i á ỏ h ó a c h ử a c á c i h i ê l bị d i ệ n tư rãi n h ạ y v n với c á c n h u c ầ u c u a n m ù í i đùiìiì, c á n h à n h ỏ a t h e o y ê u c â u c u a h ọ d ự a đ o a n t r ư ớ c

h à n h d ộ n t i c u a họ v à p h a n ứ n g lại s ự h i ệ n d i ệ n c ủ a h ọ " Ị 2 9 | T r o n í ỉ h á o c á o

o

"Scenarios for Ambient Intelligence in 2010" I 1 5 1 IS I A ( i a i l 112, clira ra m ộ t n h ậ n ciịiih ràt c h ă c c h á n r ăn tí, t r o n g m ộ t " m ỏ i i r u ờ n t i t h ò i i u m i n h " , c o n n u ư ờ i s ẽ d ư ợ c b a o q u a n h bơi c á c g i a o d i ệ n t h ò n g m i n h n h ú n g v à o c á c v ậ t t h ẻ h à n g n g à y

■'Mòi t r ư ờ n g ihòiìtí, m i n i r - "Ambient Intelligence'' c ỏ n g h ĩ a là s ự t h â n t h i ệ n với

T H Õ N G M I N H -Xu lý và quản lv phương tiện -Tương tác tự nhiên

-Thông minh điện toán -Tính toán cảm xúc

Thiết kế Hệ nền t áng Thi ế t kê, Kiền t r úc, Kỹ nghệ, Tích họp, p h ần mềm và dịch vụ

T h ử nghiệm ngutVi d ù n g

T í c h h ọ p

l l ì n h 1 C á c y ê u c ầ u n g h iê n c ứ u c ô n g H g liệ c h o “ M ô i l i u ò i i g t liô n g m i n h " 11 11.

" M ô i t r ư ờ n g t h ô n g m i n h ” đ ư ợ c đ ặ c t r ư n g b ở i b a k h í a c ạ n h c h í n h :

rinh t o á n m ọ i n ơ i (7 ' biquitous com puting)

[ r u v ê n t h ò n u m ọ i nơi (U biquitous com m unication)

C á c ụ i a o d i ệ n n u ư ừ i d ù n u i h o n e m i n h (Intelligent user interfaces)

•• r ỉ n h t o á n m ọ i n o i ” lá s ự t í c h h ợ p c u a c á c b ộ vi x ử lý v à o c á c v ậ t thê h à n g

i m ù ) Iiliư d i ệ n t h o ạ i , tivi ‘" T n i y ê n t h ò n g m ọ i n o i ” c h o p h é p c á c v ật t h ê n à y fc>iao

t i ê p vứ i n h a u v à vứi n g ư ừ i d ù n g t h ô n g m ạ n li, k h ô n g d à v v à niạntĩ, a d - h o c “ C á c j»iuo

Điêu này có nghĩa là chúng là những phần tích hợp vào những ứng dụng xung quanh mà chúng điều khiển Con người sứ dụng các ứng dụng này mà không biết có

sự tồn tại của các hệ thống nhúng, có nghĩa là con người không truy cập vào các hệ

t h ô n g A m l b ằ n g c á c h t h ò n g t h u ờ n g q u a b à n p h i m , c h u ộ t v à m ù n h ì n h

• Các hệ thông “Môi truòtig thông minh” cỏ tính di (ĩộng

Các hệ thống ‘'Môi trường thông minh’’ thường là một phần của các ứng dụng chuyển động, ví dụ, một người, một chiếc ô tô, một robot di động Điều này cũng đật

ra vấn đề về nguồn điện liên tục đế ứng dụng có thè hoạt động liên tục cũng như vấn

đề về truyền thông mạng Các hệ thống "Mỏi trường thông minh” không bao giờ có thê trông cậy vào một nen mạng ổn định với kết nối được đàm bảo với các nút khác Thay vào dó, các nút “Môi trường thông minh” sẽ tạo thành một mạng ad-hoc, được tạo ra một cách động bởi các nút “Môi trường thông minh” kết nối trực tiếp hay gián tiếp với các nút khác.

( á c liệ tliôtiỊí " M ù i t r i r ò'11 <4 t h ô n«4 m i n h ” j»iao ti ê| ) m ộ t c á e l i t ụ | ) li á t

( á c hệ thoniỉ, " M ò i i n r ừ i m t h ô n LỊ m i n h " p h á i l i ên t ụ c c ậ p n h ậ t v ớ i n h ĩ m u t l i ôi m liu m ớ i n h ấ t d è c ó t h ê h o à n t h à n h n h i ệ m vụ D i c u n à ) ' y ê u c à u c á c h ệ t h ô n g " M ô i

t r ư ừ n i i t h ô n g m i n h ” s ử d ụ n g m ọ i c ư h ộ i khi liên h ệ đ ư ợ c v ớ i c á c n ú t " M ò i trưừna,

Các liệ thong “Môi trưòng thông minh” phai có tính thích nghi cao

C á c h ệ t hốna, “ M ô i t r ư ờ n g t h ô n g m i n h ” p h ả i l i ên t ụ c c ậ p n h ậ t t h ô n g tin v ê mô i

l u tlìõn-I n h ạ \ c a m n u ù c a n h nhu' S t i c l v - e n o t e | 3 6 Ị C o n t e x t I O o l k i t y] ( O B r \

|(iỊ 11 \ Í.1 r oi»cn c (»II t c x t - 1- r a C‘\\ <) I'k l >|

Information Servers Semantic Web &

S n u u i*5 S e n w n Envsronmertt S ensort i i i v t r !i la t'jjf ! Scfisoii

■(Rad<o frequency laentiftcatjoo) (Xiiiũủo s Xlũ u x ỉató o q y ) ÍU« Í R**J, S naftC afa e t c )

H ì n h 2 K iê n t r ú c b ậ c c a o C o B r A Ị6 1.

Vì “Môi trường thông minh” là một lĩnh vực rất mới, các hệ thống “Môi trường thông minh”/ “nhạy cảm với ngừ cảnh” đã được xây dựng chủ yếu lù trong nhà hoặc trong văn phòng Một số ứng dụng mới nhất bao gồm: Hệ thống MOSES [36] dựa vào các thông tin thu được từ các cảm biến để nâng cao tính an toàn cho người lao động khi lảm việc với các máy công nghiệp rất lớn và phức tạp; hệ thống lShopFloor [34] là một hệ thống dựa vào các agent thông minh trên nền Internet, cung cấp một kiến trúc

mở cho các quy trình phân tán để có thế lập lịch, theo dõi và diều khiến cứa hàng; dự

án MyCampus [31] tại Carnegie Mellon University là một nỗ lực sứ dụng các công nghệ "Môi trường thông minh” đế nâng cuộc sổng trong môi trường đại học.

Quay lại lịch sử, hệ thống có khá năng quan tâm đến ngữ cảnh là hệ thống

i m à v c u a c u n n u u ớ i ( h í t t h ử k l í ô n g k h i ) I ) ự á n A w a r e I I o n i c Ị 1 7 1 tại G e o r g i a I n s ti t ut e

o f T e c h n o l o g y p h á t t r i e n C o n t e x t 1 u o l k i i dỏ c h ơ p l i cp m ỏ i i r u ừ n g ờ lại n h à c ó t hê h i è u

d ư ợ c n i ũ r c á n h v ê n h ừ n ụ n g ư ờ i tronụ, n h à , d ặ c b iộ l là n g ư ờ i l ỏ n t u ô i N g o à i ra, c ò n c ó

r ất n h i ề u hệ i hổnụ, k h á c ứ n g dụna , c á c còrtii ne,hộ " M ỏ i t r ư ờ n g t h ô n g m i n h ” trona, v ă n

m i n h T r o n g s ổ đ ó , c á c t h i ế t bị c á m ứ n g là m ộ t l ớ p c á c l oại t h i ế t bị đ ặ c b i ệ t c ó n h i ệ m

vụ thu thập thông tin từ mô trường Các thiết bị cám ứng này có thể là các thiết bị cám ứng chuyện dộng, cám ứng nhiệt độ, ánh sáng Các thiết bị này sẽ được đặt trong môi trường, thu nhận dừ liệu của môi trường xứ lí trực tiếp hoặc gửi về một máy chủ Vì vậy, bài toán thiết kế mô hình cho vị trí của các thiết bị cảm ứng là bài toán cần được nghiên cứu đô có thê đáp ứng được các yêu cầu như: kích thước bé, tiêu tốn ít năng lượng, độ phức tạp thấp, và giá thành tối ưu mà vẫn có thể cung cấp nhiều nhất thông tin về môi trường cho các ứng dụng khác.

này sẽ cung cấp một hệ thống không dây với các cẩu trúc linh hoạt dè thu nhận và truyền các thông tin về môi trường về các máv chủ để xử lí Ngoài ra hệ thống VVSN

có thể cung cấp các ứng dụng như truyền thông tin đền khác thiêt bị khác dê diêu khiển các thiết bị này theo ý muốn cùa người sử dụng.

c ác d ữ l i ệu b à n g c ác tín h i ệ u đ ố n c á c t h i ế t bị c ó n h i ệ m v ụ XU' lí C á c d ừ l i ệ u n á y c ó thê chi đ ư ợ c t h u t h ậ p t r o n g m ộ t k h ỏ r m u i a n n h ỏ b é n h ư ph ò n g l à m v i ệ c , n h u n g c ũ n g c ó

t hê là t ừ c ác t hi ết bị c ầ m t a \ n i l II’ d i ệ n llioại di d ộ n g di c h u y ê n trong; m ộ t k h o a n g

k h ô n g u i a n r ộ n g M ộ t t r o n g n h ũ n g v ei l tỏ q u a n trọriiì c â n t í n h đ è n c u a m ộ t h ệ t h ô n g

W S N là \ è u to ti Ốt k i ệ m n â n tỉ l ư ợ n ti Vì c á c t hi ết bị k h ô n g d à y k h ôn g: c ó c á c n g u ỏ n

ciu\!i cap nằng I trọn lì tlurừnii XUVÔIÌ hon nữa việc imvèn I hỏn lì till bũnụ tín hiệu lùn

11

n h i ê u n ă n tí, luyiiu, h o n c á c h i r u y è n ilìỏrio t h e o c á c d â y nôi R õ r à n'4 là n ê u m ộ t hệ

T r o n g c á c ứ n e d ụ n g c u a m ô i t r ư ờ n g t hỏny, m i n h , thi v i ệ c c ó m ộ t c ấ u t r úc tối ư u

cho mọi ứng dụng là rất khó khăn Vì vậy vứi mỗi một ứng dụng cụ thế, thì có những cấu trúc phù hợp với nó Tuy nhiên, chúng ta có thế chia làm hai cấu trúc chính là:

• Cẩu irúc d ạ n g sao

• Cấu trúc dạng lưới

Câu trúc dạng sao có biêu diễn đồ thì như Mình 3 gồm có một đinh trung tâm

vả đính này sẽ có nhiệm vụ nhận thông tin từ toàn bộ những nút còn lại trong hệ thõng.Câu trúc dạng sao khá dơn giản, tiết kiệm năng lượng vi có ít các kết nốt Mặt khác việc tất cả các giao tiếp dều dược chuyển qua một đỉnh trung tâm, dẫn đến hệ thống sẽ ngừng hoạt động nếu ví trí này gặp sự cố Do đó yêu cầu các thiết kế dặc biệt với đính trang tâm nhu khả năng on định cao, hoặc là tiết kiệm năng lượng, cấu trúc

dụng sa o thường được dùng ờ các ứ n g dụng thiết kế các m ạ n g th eo dõi sức khoẽ cùa

-Li

□

11 lu ll 3 ( âu ĩ I III m a il” <I.Ill'4 sa o \ ú i (i (h u ll

C à u i r ủ e d ạ n Li l ư ới I H ì n h 4) đ ư ợ c t ạ o h o i lù' c á c lliiẽt bị d ư ợ c nôi v ớ i n h a u h ã n u

m ộ t s ố k ế t nòi [ 'hòi m t l u r ò ì m c á c t h i ê t bị n ú \ i i o m có: p in b ộ p h à n t m y è n tín hi ệ u,

c h i p di oil k h i ê n C á c t h i ế t bị t r o n t í c ấ u t r úc d ạ n l ư ới h o ạ t d ộ n t i n h ư m ộ t h ộ c h u y ê n

t h ỏ i m tin uửi v à t i hậ n t h ô n ụ tin tù' c á c t hi ết bị k h á c h o ặ c c ố n t i ra ( d ư ợ c đ á n h d ấ u t i tròn h ì n h vẽ) C á c m ạ i m l ự c à u t r úc c ỏ k h a n ă n g t ự l ì m đ ư ừ n t i di lỏi ư u khi c h u y ê n thỏnsỉ, tin từ m ộ t d i n h n à y dôti m ộ t d i n h k h á c H ệ t h ô n i i s ẽ k h ô n g bị m â t t ín h liên

3.1.2 Các phương thúc giao tiếp không dây trong hệ thống VVSiN

Các nghiên cứu trong lĩnh vực này tập trung nghiên cứu các phưưng thức giao

đang được phát triền gồm có các phương thức ư tầng vật lí và MAC, tầng mạng (như các công nghệ cho Bluetooth) Ngoài ra TinyOS cho phép xây dựng một hệ điều hành

Phương thức giao tiếp IEEE 802.15.4 được đề cập đến với mục đích đề xuất

ó m ộ t mÚL đ ộ n à o d à v , c á c i m li d ự i m m ô h ì n h p h â n l án c u a VVSN c ó t h è đ á p

ứ n g d ư ợ c m ộ t s ỏ t í n h cl i ât c ù a m ò i tỉ'U'ừng t h ò n g m i n h , l u y n h i ê n m ộ t h ệ t h ố n g m ô i trirờiiii t h ô n g m i n h c ũ n g đ ồ i hỏi c á c y ê u c ầ u n h ư : g i a o t i ế p t h â n t h i ệ n v ớ i n g ư ớ i s ử

dụng, thông qua các phương tiếp giao tiếp tự nhiên (cư chi, hành động); cung cap các dịnh vụ không chi theo yêu cầu mà còn tự động theo nghĩa là hồ trự người sứ dụng

I)o tính chât của môi trường thông minh là gồm các thiết bị phân tán trong môi trường thêm nữa là các thiết bị cũng như các ứng dụng không cổ định, nên cách tiếp cận sử dụng các mô hình phân tán là cách tiếp cận rộng rãi trong các hệ thống môi trường thông minh Các môi trường thông minh cần làm việc một số lượng lớn các thiết bị cũng như ứng dụng Trong da số các trường hợp, các thiết bị này liên tục gửi các dữ liệu cùa môi trường và đòi hỏi phải xứ lí thời gian thực Do đó các mô hình phân tán sẽ góp phần tăng khả năng hiệu của cua hệ thống, giúp dễ dàng quản lí các ứng dụng hơn Tính chất phàn tán của hệ thống môi trường thông minh dược dựa trên các kiến trúc khác nhau như: mô hình OSGI, mô hỉnh đa tác tử.

3.2.1 Mô hình phân tán OSCỈl

Mô hình OSGI (Open Services Gateway Initiative) là một kiến trúc đirợc phát Iriên trên nền tảng ngôn ngữ Java OSGI hồ trợ việc phân chia hệ thống thành ra các

phân nhỏ (bundles).Các phần nhỏ này sẽ đ ư ợc coi như là m ộ t thực thể độc lập cu n g

một mặt sỗ làm nhiệm vụ liên kết với các thiết bị làm thành phan trims, gian thu nhận đù' liệu dè chuyên đèn các dịch vụ cìinu như là chuvên các ihỏim lin về hành dộng cho

c á c t h i ế t bị ( ba t , tat Y V), m ặ t k h á c s ẽ c ó c á c d ị c h v ụ c ó k h a n ă n g x ử li d ữ l iệu, n h ậ n

dôi t h ò n i i tin v ớ i n h a u q u a c á c p l ũ r ơ i m t h ú c ì ì i au licp M ộ t t r o i m nhừiìLi d ặ c d i ê m nôi

b ậ t là k h a n ă i m d á n LI ki c u a c á c handles với hộ t l i ò n e r hòi i Ị! q u u c a c l ì llìức nùv (JSC.il

c h o p h é p c ác hmĩdỉcs \ ê u c à u c á c đ ị c h vụ c à n iliicl d ê n ó sir dụnt i c ù n li n h ư c h o p h é p

n ó d ã i m ki c ác d ị c h \ ụ m a n ó a i n i í c á p c h o c u c buihlic.s k h á c iroiìL! h ệ i h ỏ n u

3 2 M ô l i mi t p t i â n l á n d i m t r ê n k i ê n ( r ú c p h â n n i ê m

!

Knowl edge layer Sifwcs f=9l>tfiit!QD S<i'Vittf diicoveiy

f.ftrW e

OSGr Sifvtce Bundle definition, Senic'.'actu&Gf

QSGi servsca

Physical Sensor, acỉtđtor

tính phân tản như môi trường thông minh Một hệ thong mòi trường thông minh dựa trên cách tiếp cận da tác tử bằng cách tạo ra các tác tử dộc lập, mỗi tác tử có một nil ệm vụ xác định như liên kết với các thiết bị cam ứng, xứ lí thùng tin, dưa ra quyết dịnh, tưưng tác với người sử dụng Các tác từ này hoạt động độc lập với nhau và trao

đổ thông tin với nhau theo các giao thức đã dược định sẵn Chúng cùng hợp tác với nhau đế dạt dược các yêu cầu đã đật ra.

Mô hình đa tác tử cho phép thẻ hiện các môi liên hệ phức tạp trong hệ thống thóng minh dưới dạng những ngôn na,ừ bậc cao Diều này là rất quan trọng, vì các hệ thống trong môi trường thông minh phủi cùim lúc làm việc với các thông tin mõi

II m il 8 í i a o d iệ n I ig ir ù i li ù II« có t liê p h â n p l i ô i (|ii;i n liiẽ u t liiê t l)i t u o iiíỊ (lie v à liê u tụ c t lu ụ c d ô n g b ộ h ó a

là đê c u n g cấp p h ư ơ n g thức tư ơn g tác phù họp nhất ch o tác vụ hiện tại trong một

ngữ cành nào đó nhằm phục vụ người dùng một cách tối đa Những ứng dụng sỗ vượt xa hưn sự tương tác giữ máy tính để bàn thường gắn kẻi với chuột và bàn phim, trong môi trường thõng minh các ứng dụng có thê không cân có sự điêu

Hình 9 Nguòi (lùng có kliá năng sú dụng nhiêu nguồn tuong tác ' á dôiiỊỊ thời dùiiu c;íc pluiong tluí c IIhII'

g iọ n g n ú i, c á m b iê n , v à iliệ t i bộ

• Khu năniị chiu s è (sliareubility) : s ự c ỏ m ặ t d o n e t h ò i c u a n h i ề u n s ư ừ i d ùnt i t r o n g

m ô i t r ư ờ n g d a n t ớ i y ê u c a n v ề v i ệ c c h i a s e c á c ihỏiiii t in, ứ n g d ụ n i ì v à n g u ô n tài

điuiLĩ CÓ t h e n h ậ n ra d i ê u Itàv khi k ê t n ôi lới I UỘI ứ nu, d ụ n g d ư n lé n à o h o ặ c t h ô n g

qua các imuồn tương tác chia sè Mình 10 Itiinh hoạ hai người dùng sứ dụng một

Hình 10 Ilai nguòi dùng chia se các úng dụng

dùng được kết hợp lại hoặc là m ột phần hoặc toàn phần với m ột g ia o diện người dùng khác dê tạo nên m ộ t khung nhìn mới (H ình 11).

I lm l i I I ( ii; io (liệ u C I I ;i n^ttiVi p h ụ I I fill fill ( lu n v n lit m ii 11 o i i ì i t ỉ i ô i i u m " i tlic u U liiè u 'liệ u c u ỉ NỤ

tu(»11 ti ỉ;u

19

N h ữ n g d ặ c t í n h n à y d ư ợ c SU' d u n g d è đátilì 12,1 á t í nh k h a thi c ú a c á c ứiiỊ’ d ụ n g

t r o im m ủ i t r ư ờ n g t l i ô n a m i n h D ự a i rê n n ă m d ặ c t í n h n à y , (Ị,iao d i ệ n ti mrừi d ù n ụ k h ã p mọi n o i (ubiquitous user interface- UUJ) s ẽ đ á p ứ n g d ư ợ c n h ữ n g t h ử t h á c h t ư ơ n g tác trone, m ô i t r ư ờ n g t h ù n g m i n h Lí l ĩ Is là c á c g i a o d i ệ n n g ư ừ i d ù n g h ỗ t r ự n h ữ n g c â u

h ì n h v ề k h á n ă n g b i ế n h ì n h , p h à n p h o i , d a p h ư ư n u t h ứ c , c h i a sè, h ợ p n h ấ t và s ự t h ay đỏi c ủ a c à u h ỉ n h n à y t h e o nu,ũ' c a n h c ù a n g ư ờ i d ù n g k h i v ậ n h à n h

M ỏ h ì n h g i a o d i ệ n g ồ m c á c m ô h ì n h c o n v à m ố i q u a n h ệ g i ữ a c h ú n g M ô h ì n h

tuơng tác tinh chinh các tác vụ lương tác và định nghĩa sự giao tiếp thực sự với người dùng Đe mô hình hóa UUIs, mô hình tương tác mô tá trong phần này nham vào định

n g h ĩ a c u a s ự t ư ơ n g t á c t r ừ u t ư ợ n g d ộ c l ập v ó i p h ư ơ n g t h ứ c v à s ự t i n h c h ì n h c ù a n ó

như là mô hình tưưng tác cụ thể theo phương thức.

Nhiều cách tiếp cận già sử đã có sự tồn tại của mô hình trừu tượng và mô hình

cụ thể Chúng kết nối với nhau thông qua việc ánh xạ lúc vận hành Mình 12 mô tả một cấu trúc nền tảng Mỏ hỉnh Urơng tác dược phản tách làm ba phân: mô hình lương tác trừu tượng, mô hình vào cụ thế và mô hình ra cụ thê.

Trong khi mòi hình trừu tượng cho phép định nghĩa tương tác độc lập với hình thức tương tác, mô hình cụ thể cung cấp định nghĩa về kiêu đầu vào và các hành phần giao diện người dùng Thành vấn vào và ra được tách biệt nhầm tăng tính linh hoạt trong việc kết hợp các nguồn tương tác.

Sự kết hạp cùa ba mô hình rnô tá sự tương tác trong hệ thống, rất cả các thông tin trạng thái được duy trì để kích hoạt hoặc ngừng kích hoạt các thành phần trong hệ thõng Theo đó đầu vào sẽ được xứ lý và kết quà sẽ được định nghĩa.

í- í f t , - ì ■' ?í- C s ~ <" V “ f i ' f i i f S v /

Đàu váo từ người dùng

Đâu ra hệ thòng

d ư ợ c b i ê u d i ễ n b à ni i m ô h ì n h t á c vụ.

C á c t h à n h p h ầ n t r o n g m ô h ì n h t r ừ u t ư ợ n g đ ư ợ c m ô t ả t r o n g B à n g 1.

B u n g 1 T h à n h p h â n t r o n g m ô h ì n h l u o n g t á c t r ừ u t u ọ i i g

Chi có đâu ra Là việc m á y tính hiên thị t hô n g tin n g ư ời d ù n g m à k h ô n g cân có

ph á n hồi h a y đẩu vào

Đâ u vào tự

do

D ừ liêu vào d o người d ù n g c u n g c âp c h o hệ t hông.

C â u lệnh D ù n g đê gửi tín hiệu yêu câu hệ t hô n g t hực hiện mộ t h àn h đ ộ n g nào

đó T ư ơ n g tác b ằn g câu lệnh t h ư ờ n g dẫn tới sụ t hay đổi về trạng thái t r on g hộp thoại g i ữ a ngưòi d ù n g và hệ t hống Ví dụ c ác t ư ơn g tác là các nút “ O K " và “ C a n c e l ” hay lủ d ạ n g M e n u s

L ự a chọn C u n g c âp nhữm> lựa c h ọ n c ho người d ùng N g ư ời d ù n g c ó thẻ chọn

m ộ t hay m ộ t số t hà nh phân từ d a n h sách c h o t rước

T ư ơ n g tác

phứ c hợp

Ket h ợ p m ộ t sổ các đối t ư ợ n g t ư ơ n g tác với nhau tạo t h à n h m ộ t kiểu

p h ú c tạp h o n Điều này cho ph é p c h ú n g ta tạo ra các n hó m dôi

t ư ợ n u m a n tỉ tính lô gic và định nghĩ a các mòi q u an hệ theo thời

.

mau I _i _ i

l'ù' ụ ó c n h ì n v ê h ệ t h ỏ n u n hĩ v n a t h à n h p h â n n à y là n h ữ n a t h à n h p h â n t ư ơ n g t á c

c ơ s ơ dãniz s a u rất n h i ề u c á c t h à n h p h a n k h á c nliu menu, n ú t h à m c á c fo rm , v ă n b a n

v ào h ì n h a n h liav v ă n b a n ra D i n h i m h ĩ a c u a c á c t h á n h p h â n d ã k ê tr ôn d ộ c l ập với

p h ư o n e t h ú c ui a o đ i ộ n C h ú i ì u c u n i i c â p 111 l ữ n g ill ả n h p h â n Lìi.tii Iièp c o h a n c h u p h é p

n h ậ n d â u v à o tù' n t i ư ừ i t r o n u lúc v ậ n h à n h hộ t hô n t í i lico d ỏ d i ê u c h i n h d â u ra c ỏ liên

'? 1 1

Đ ư ợ c !ựa chọn Đôi t ư ợ n g ở t r ạng thái này khi người d ù n g t ư ơ n g tác

với nó S a u khi đ ư ợ c lụa c họ n thi t r ạng thái lại c hu y ể n

s a n g " T ậ p t r u n g”

3.3.3 Mô hình (hill vào cụ thề

như chuột, thậm chí la một cái nhân chuôi)

g i ọ n i i n ó i h a y v ă n bá n

bị tương tự Mỗi ký tự biêu diễn một sự kiện vào 1 đơn, nó có liên hệ vói một thành phàn tương tác trừu tượng nào đó

đơn nào mô tá ờ trên Vì thế một thành phân phức' cho phép đặc tả ràng buộc thời gian và không gian

dò liên hệ các thành phân lích họp Diêu nà) cho phép tạo ra dối tượng tưưng tác định nghĩa sự kèt

Tương tự mô hình dầu vào cụ thê mô hình dầu ra cụ the tinh chinh mô hình

t ươn tí, tác trừu tirựntí về cách thức biếu diễn đau ra M ỗi dùi tượim trừu tượng cớ thê được ánh xạ tới những đau vào có thề, cũng như vào cách biêu diễn có thỏ quan sát

đ ư ự c

Đôi với mõi một dôi tượng tirơng tác trừu Lưựng, có một kiêu biếu diễn tách hiệt dê đáp ứng những thuộc tính riêng biệt và chức năng cua đối tượng thông qua những ánh xạ cụ thề.

Lúc vận hành, trạng thái cua mỏ hình được nhấn mạnh thỏniì qua trạng thái các đui tượng tương tác.

là bán mô ta cua một càu lệnh, theo đó nó được kết hợp với một hộp thoại băng tiêng.

năng biêu diễn dô họa dưới dạng hình ảnh, nút bấm, văn bán, trường văn han cho các đôi tượnu tương tác trừu tượng Nhũng đối tượng này nhầm hướng dẫn dâu vào trong một GUI cỏ liên quan.

độ nu

Đáp ứng việc tạo ra nhiêu đâu ra Dôi tượng tương tác độiiiỉ phục phụ như một vật chửa dối với các thành phân dược UIƯ ra bầnu cácli dộnu

trik phúc Trợn Sì khi ràn lì buộc không nian cho phép íhict lặp cue di >i tượng đồ tklỊ ràn Li buộc thời gian cỏ ihê d U'Ọ'C dua them vào cho tọa dụ âm thanh hu\ hoạt hình.

3.4 M ộ t sô hệ p h á t triC‘ 11 m ôi t n r ù ìiỊỊ t liỏ n ‘4 111 in h hiên cỏ

l ù' những kiên trúc được đưa ra, một sô hệ phát niên dành cho môi trường thông minh đã dược xây dựng: hệ phát triển C A M P U S |3 3 j dưực phát triền trên bộ còng cụ M oC A [ 32] cho phép phát triển các ứng dụng nhận dạng ngữ cảnh và các dịch

vụ cho thiẻt bị di động W OSH [33] là một hệ phát triền mã nguồn mớ, được viết bàng

A N S I C-H-, cỏ thè dễ dàng chạy trên nhiều hệ điều hành Hệ phát triển này thực sự rất

thống nhà thông minh một cách nhanh chóng Tuy vậy một vấn dề mà WOSH gập phái đó là rât nhiều tính năng bị phụ thuộc vào phần cứng khiến cho tính mớ cua nó

bị hạn chế Hệ phát triền nhà thông minh cua Dại học quốc gia Đài Loan [4 0 ị cho phép nhận dạng hoạt động của người dùng rồi từ đó đưa ra các hành động hớp lí Hệ

cận mới đó là sứ dụng kiến trúc web, cho phép nhiều người sử dụng có thê đồng thời theo dõi, điều khiển và tưưnạ tác với ngôi nhà Hệ phát triển được giới thiệu trong

11 5 ị thu thập dữ liệu từ nhiều loại sensor đặt Irong ngôi nhà dề phân tích ngữ cảnh cua người dùng, từ đó giúp xây dựng các hệ thống có khả năng tự động hỗ trợ người dùng

Hệ thống "A c tiv e Badge” là hệ thống có khá năng quan tâm đến ngữ cảnh phát triên bới O live tti Research Ltd [33], có khả năng (lựa trên thòng tin ngữ cánh về vị trí của người dùng để chuyên tiếp các cuộc gọi điện thoại, ỉlệ thống P A R C T A B [3 8 1 phát triển bời Xerox PARC là một hệ thống tươno tự khác dể hỗ trợ định vị các tài nguyên trong mỏi tnrờng văn phòng Hệ thống Cyberguide | 2 I | dược phát triền tại Georgia Institute o f Technology nhu !à một hệ thổntỉ Inránti dẫn du [ịch di độ ne cho khách du lịc h

Các hệ phát triển hiện có vẫn chưa thực sự hoàn chinh, chưa đáp ứng được các yèu can về lính linh độnt* lỉnh hỗn lạp về hệ điêu hành c ũ iiii nhu mò hình truyòiì thôim.

2 5

4.1 C á c yê u cẩu đôi v ói hệ phát trien

Trước hết, hãy xem xét lại ba đặc tính của môi trường thông minh: tính toán

tính toán m ọi nơi, m ột hệ thống môi trường thông m inh cần phái có tính phân tán và

đi động, các thành phần cùa hệ thống phải tương thích với nhiều nền tảng khác nhau,

và cẩn có khả năng tham gia vào một hệ thống trong thời gian thực, như khái niệm

tính thích ứng cao với các nguồn dữ liệu thay dổi liên tục Ngoài ra, khái niệm giao tiếp mọi nơi còn gợi cho ta rang các thành phần cần cỏ khá năng chia sé thông tin trên toàn bộ hệ thống, m ọi dừ liệu đều có thế được truy cập và xứ lí bởi bất cứ thành phần nào Như vậy, hệ phát triển của chúng tôi phái dáp ửnu các yêu câu sau:

độ ne ngay lập tức:

Việc chia se dữ liệu niừa các thành phần la trong suốt và loàn thẻ;

ỈIỒ trợ các nguồn dừ liệu thay đối liên tục bane, việc đưa truyèn dữ liệu đa

4.2 I liiê l kê liệ p h á t ( riô n

2 ũ

I lộ phái triẽn cua cliúnụ tôi được phát triên dựa il'Oii mỏ I1Ì11I1 tác tú' (agent) vù

tứ (lộnu khi dược tạơ ra có thê tham ra vào một hệ thông đantì chạv một cách dè dànii, dồng thòi cỏ thổ gưi các dòng dữ liệu da phương tiện đèn các tác tứ khác thông qua kiến trúc bảng den phàn tán Mật khác, các tác tứ khác nhau có thể truy cập vào cùng một dò nu dữ liệu đỗ cỏ thê hựp tác với nhau trong việc xử lí Quan trọng hon cà, thiêt

kế cua chủng tòi làm cho các tác tử có thể giao tiếp và tru y cập các dòng dữ liệu từ các tác từ khác mà khôn? cần phai biết đến nhau, điều đó có nghĩa là không tồn tại môi ràng buộc giữa các tác tứ chạy trên cùng một hệ thống Việc này giúp cho các nhà phát triển có thể hoàn toàn tập trung vào các thành phần của họ.

giữa các tác tử đều được truyền gián tiếp thông qua Bảng đen Tác tử là các đối tượng độc lập có thể viết, đăng kí nhận hoặc truy cập các thông tin được gừi lên Bảng đen Thực thể là phần tử cơ bản mang thông tin của mô hình Thông tin được viết lên Báng đon và truyền đến Tác tứ dưới dạng các Thực thế.

thông diệp này có thể là các yêu cầu viết thông tin lẻn Bảng đen, hoặc có thế là thông báo cho các Tác tử biết về các dối tượne, mới được ghi lên Báng đen.

H ìn li 14 \lin h ||Ọ;| hoạt (lộng In iyê ii thông cún mô liìnli

Hình 14 thể hiện sự giao tiếp giữa Tác tử và Bảng đen Tác tứ và Bans đen

layer) Với cách tiếp cận này, mô hình cho phép cài đặt nhiều lớp vận chuyến khác

nhau đê kêt nôi Tác từ và Bảng đen, tạo nên sự đa đạiiLỉ, trong truyền thông cho mô hình Ví dụ, lứp vận chuyển có thế là: X M L với kết nối TCP/IP, B lu e to o th 'M ồi lớp vận chuyên như vậy đòi hỏi một cặp thành phần: Thành phần vận chuyển tác tử và

ihành phan vận chuyển Báng đen Các Tác tứ giao tiếp vói 1 hành phần vận chuyển tác tử thông qua việc gọi hàm Bàng đen cũng giao tiếp với Thành phần vận chuyển Bảng đen một cách tương tự Việc truyền thông sẽ đưực thực hiện bởi hai thành phần

truyền dữ liệu.

Đê hiêu rõ hơn về cách thức hoạt động của mò hình, chúng tỏi xin dưa ra một

ví dụ Giá sứ ta có hai tác tử, trong đó Tác từ 1 có thế viết được Thực thê thuộc kiêu A lên Báng den, Tác tư 2 đăng kí nhận thông tin về các Thực thê kiêu A Tác tử 1 sẽ tạo

ra Thực thê mang thông tin cần liứi và eọi hàm phù hợp ơ Thành phần vận chuyên Tác

tư Thành phàn vận chuyên tác lư sẽ liưi Thực ihc d ũ i Baim đen thònu qua Thành phan vận chuyên Bãnii đen Sau khi nhận dược I hực thô Bunti den sẽ tlìùim báu cho

Các đừ liệu chunsi được truvền den một kho chứa dữ liệu, dè tiện cho việc truy

2 8

nhau Do bàt kì hệ thõng, streaminụ nào cùng càn các thành phàn H uyên và nhận đù liệu, và thành phàn chứa ihònụ tin cân truyên tai là rác tư, nên chức lìúnu cùa một l ác

tư đưọc mớ rộnu, dè có thê dam nhiệm vai trò cua thành phân truyền và nhận Bảt kì

l ác tư nào cũng có thè trở thành thành phần truyền và hay nhận Tốc độ truyền dữ liệu

cũ ne càn được đàm bảo, do dó một bộ đệm dữ liệu được dưa vào nơi dữ liệu được gửi đốn, dó là Bủng đen Ngoài ra R I I’ dược dùtm làm phương pháp truyền dữ liệu giữa lkum đen và tác tứ nhận.

Ilìiili 15 Biêu đô tâng I'llII hị' phát Ir iì‘11.

4.2.2 Kiên trú c hệ phát triê n

Sư dụng mô hình chia se thông tin như trên làm nền móng, hệ phát triên

"phòns làm việc thôna m inh” của chúníỉ tỏi dược thiết ke vứi sáu loại Tác tử chính:

I ác tư đau vào Tác tư dầu ra rác tư tiền XU' lí Tác LU nhận dạnu rác tư thòng minh

và rác tư kết nôi ihièt bị di dộrm ỉ I ộ phát irièn dược xây dựnii trêu nC-n imỏn nil ũ' lập trinh Ja\a liên cỏ the tic đunu chạ\ tròn nhicu liệ JiC'U hành khác nhau Sau dà\ chúng

? ọ

Bộ phận ị

đ an g ki đáu vào ĩà c tú I đầu vão Ịiđấu vaoỊ fa c T u : tu

ậíHlhạn'.’ IỊ hinh ảnh ị Ị VỊ Vi I :

Bỏ phán đáng ki Ị

ỉh iẻ t b| Ị

di đóng ị

Tậc tứ két nôi

thét bi

dí động Ạ

X IO

Bó phân đang ki thiet bị

T ác tử nhận dạng ngữ cảnh Tác tử học

Tac tử hỗ trợ quyè t d|nh Tac tư nhận dạng m ệnh lệnh

Tác tủ nhặn dạng giọng noi

T a c t ử nhàn dạng

c ử chi

T ac tử nhặn dạng

VỊ tri

Hình 16 Kiên trúc liệ pliỉít ti iên

Các Tác tứ đầu vào làm nhiệm vụ kết nổi các thiết bị thu phát chuyên dụng như máy quay, microphone, cảm ứng, với Bảng đen M ỗi một Tác tư đầu vào sẽ phải đăng kí để có quyền ghi dữ liệu lên Bảng đen Quá trinh đăng kí đòi hỏi Tác tử dó phái khai báo thông tin về kiểu đối tượng cùa nó với Bộ phận đãng kỉ dừ liệu M ột khi

đã dăng kí, dữ liệu từ những thiết bị thu có thể được gửi đến Bảng đen một cách liên tục dưới dạng các dòng dữ liệu thô.

Các Tác tứ đầu ra đóng vai trò là chiếc cầu nối iiiửa hệ thống và các thiết bị điện tronụ nhà như bórm đèn, quạt hay các thiết bị di độnu Tín hiệu điều khiên dược giri thònu qua giao thức X IU đèn các ihièl bị diện dựa lièn định danh mà chúng dà được đãiiii kí trong Bộ phận đãrm kí thiết bị.

Các Tác tứ tiền \ư lí có nhiệm vụ nhận dù liệu thò LÙ Buntỉ dcn \ u lí và dưa ra

dừ liệu dặc Li'inm thích hợp.Việc tách riòna quá trinh liõn \u li nlnr \ậ \ tiiúp giam khôi lượnu linh toán cho hệ tlìòim do dữ liệu dặc Irưnư sẽ đưục chia se tại Haniỉ đen bât ki lác lu nhặn đạim nào càn dòII co ihô U'U\ cập ma kliônti cân phui XU' !i lại lù' dữ liệu

3 0

Các Tác tư nhận đạnu \ứ lí dữ liệu dặc trưng thu được tù' các 1 ác tứ tiền xứ [í, hoặc xử lí trực úẽp dù' liệu thô (troniỉ tnrờng họp nhận dạn lị vị trí), dê dưa ra dữ liệu bậc cao Dù' liệu bậc cao có thè là cu chi giọnu, [lúi hoặc là vị tri cua nturòi dùng Các Túc tư này sẽ mang lại những giao diện thôns, minh cho ngưừi dùnti, giúp người dù nu

cú thè giao úẻp một cách tự nhièti với iiệ thỏna.

Nhóm các Tác tư thông minh bao gồm rác tử nhận dạng ngừ cánh, Tác tử hỗ trợ quyêt định, Tác tử nhận dạng mệnh lệnh và Tác từ học Nhóm bốn Tác tử này được coi là bộ não cua hệ phát triên Chúng sư dụng các dừ liệu cần thiết từ Ban tỉ, đen cũng như trạng thái cua các thiết bị thông qua Bộ phận quán lí thiết bị dế phân tích ngữ cảnh hiện thời, "h ọ c” thói quen của tigưòi sứ dụng và dưa ra các chỉ dần thích hợp, nhàm hỗ trự người sứ dụng một cách hiệu quả cũng như tối ưu hóa hệ thống, giảm bớt việc liêu thụ năng lượng.

Tác tư kèt nòi thiết bị di động là loại rác tư dặc biệt cho phép imưừi đùng có thể giao tíêp với hệ thông thông qua các thiết bị di dộng Bang cách đãng kí định danh cua m inh thõng qua Bộ phận đáng kí thiết bị di động, các thiết bị di động có thê nhận thông Ún hoặc gứi yêu cầu đến hệ thống.

4.2.3 M ô liinh Ca s ử dụri” cua hệ phát triển

Tử kiến trúc của hệ phát triển, chúng ta có các mỏ hình ca sứ dụng Sau đây là một số inô hinh ca sử dụng chính.

send register request

B r o a d c a s t re g is te r

send subscribe request

send streaming data

C'a sir dụnu nà\ cho phép các tác tu có thò Lự dántỊ kv là broadcasters, (JC‘ chuàn

bị cho quá trình streaming dữ liệu.

Ca sử đụníi này bát đầu kh i một tác tư chạy trôn hệ thống muốn đăng ký là một broadcaster.

Tác tử gửi yêu càu đen Bảng đen đế đãng ký là broadcaster.

Bủne, đen kiểm tra xem broadcaster này đã dãnti ký chưa.

Nêu chưa đăng ký, Báng đen sẽ khới tạo broadcaster.

Nêu đăng ký rồi, bỏ qua.

Request to be a broadcaster

Checks if broadcaster! already registered

Registered Not registered

Blackboard initializes broadcaster

11 in h 18 So đồ hoạt động cùa c;i sir (lụng dâng ký Broadcaster.

Ca sử đụng nàv cho phép một tác tứ clụi> trên hẹ tliỏiiLi đũim ký nhận thông tin

Yes blackboard sends back instructions on starting the session

Receiver initiates streaming session, ready to receiw packets

No

Minh 19 So do limit độn” cun c:i Ml 11 ụ II ii, ilfniii k \ 1111 ỹ 11 llionii till.

li nhát một tác tứ chạv trên hệ thống,

1 ác tứ săn sànt’ nhận các i*ói tin dừ liệu tù' broadcaster

broadcaster chia dữ liệu thành các gói nhó.

M ỗi gói dữ liệu dược gửi den Bảng đen.

Bàng đen dưa gói dữ liệu vào bộ đệm.

Lặp lại tiến trình.

Luồng dừ liệu thứ hai:

- M ột gói tin từ bộ đệm dược gửi đến streaming pipe.

Send each package to the

black boa ill

Put each package in buffer

Check Duffer overflow

Yes

E xecute buffer overflow deterrent m easures

Check Duffer underflow

E xecute buffer underflow deterrent measures

Data IS divided into sm all chunks Send a package from buffer

to the stream ing pipe

I I m i l 2Ơ S o c lô h o ạ t t l m i “ I ‘ u ; i i ; i M l t l I k I I B r u ; i i k .» s U I u UN e l l t i l l l i e u

M ột tác tư đà thành còIIụ tronu việc đãiììi kv la broađcu.stcr, \à dã sản.sane dò băt Jàu streaming.

Receiver nhộn gói dữ liệu

Receiver nhận header, đọc thông tin về gói dừ liệu.

Các đoạn dữ liệu dưực ghép thành một "fra m e ”

Hint) 21 So' đổ luc.It ilộng cú;i C i l S Ư ilụng receiver nhận dử liệu.

M ột tác tư dã đãrm kv thành colli! dê nhận dù liệu lù' một broadcaster.