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普适计算中的定位感知系统

时间:2007-1-20栏目:电子通信论文

  摘要:普适计算的目的是为了使计算机更好地为人类服务,提高人们的生活质量。普适计算中的定位感知系统是普适计算研究中的核心部分之一。如何确定室内用户的动态位置信息,如何主动向用户提供各种所需的信息,都是本文的研究话题。文章最后给出一种自行设计的普适计算室内定位感知系统的最小功能模型。
  关键词:普适计算定位系统位置系统定位感知系统
  
  引言
  
  随着计算机计算能力不断呈指数型的增长以及硬件的微型化,各种计算型的小器件应运而生。由于其重量和体积都足够小,用户能够随身携带,因而被应用在各个领域。
  
  MarkWeiser在《21世纪的计算机》一文中这样描述:计算机硬件技术的飞速发展以及无线通信技术的不断成熟,造就了新一代普适计算(UbiquitousComputing)的典范。普适计算设想这样一种计算环境:人们生活在一个充满各种各样的计算型小器件当中,这些器件通过足够带宽和速度的有线或无线网络完全互连。网络家电便属于这种计算机系统中的一个功能单元,它们能够积极有效地为用户提供各种所需的信息。
  
  普适计算的特点是服务设备无处不在,并已完全融入人们的日常生活中,即这种计算机系统对用户是完全透明的,计算机技术已在人们生活中得到了充分的应用。普适计算的目的是充分发挥计算机系统的功能,利用它们更好地为人们服务,极大地提高人们的生活质量。
  
  1定位感知系统
  
  定位感知系统是普适计算环境中的重要组成部分之一。在不考虑用户个人隐私问题的前提下,如何动态获取用户的位置信息,而且得到的位置信息必须能够达到一定的精确度,一般误差控制在几cm以内;如何为用户积极主动地提供各种所需服务,这些都是定位感知系统必须能够实现的功能。现在世界上已有的成熟系统大都只能实现简单的定位功能,这些系统一般都遵循传统的请求-应答模式。
  
  在请求-应答模式中,用户要得到所需信息必须先向服务系统提出请求,系统响应后给出回复,按照要求的格式提供信息。我们称这种模式为被动模式。采用被动模式的系统无法满足用户动态信息的需求,无法积极智能地主动提供服务,而且同一时间服务的对象一般只能有一个。
  
  定位感知系统必须采用主动模式系统,它能够同时为多个用户提供服务。系统能够根据自己取得的信息主动向用户进行广播,说明自己能够提供的服务;用户按照自己的所需,获取自己的信息。主动模式系统其最小规模必须拥有两个功能系统:定位系统(LocatingSystem)和位置系统(LocationSystem),我们称之为L2系统。
  
  1.1L2系统
  
  首先必须正确区分定位系统与位置系统。它们之间的核心区别在于,定位系统的重点在于获取对象所在的位置信息,而位置系统则侧重于获取特定位置上的对象集。为了更好地说明问题,我们应用数学上映射的概念加以描述。
  
  假设有位置集L={l1,l2,l3},有对象集O={o1,o2,o3,o4,o5,o6},对象o1、o2、o3在位置l1,对象o4、o5在位置l2,对象o6在位置l3。我们用映射λ:O→L来表示定位系统实现的功能,用映射:L→P(O)表示位置系统实现的功能,则有图1所示的映射图。
  
  由映射图可知有如下等式成立:
  
  λ(o1)=λ(o2)λ(o3)=l1
  
  λ(o4)=λ(o5)=l2
  
  λ(o6)=l3
  
  ω(l1)=P1={o1,o2,o3}
  
  ω(l2)=P2={o4,o5}
  
  ω(l3)=P3={o6}
  
  目前应用比较成熟的相关系统主要有:3GPP(the3rdGenerationPartnershipProject)工作组实施的GMLC(GatewayMobileLocationCenter)系统,由AT&T实验室开发的Bat系统,由康斯坦斯大学开发的MobileShadow系统。
  
  GMLC系统属于被动模式的定位系统,通过GSM系统,利用三角算法来定位对象。每一用户都配备一个蜂窝电话,并向GSM网络注册申请一个唯一的网络数据服务(NDS)号码,系统通过这一号码进行定位服务。此技术用映射关系表示为λ(NDS)=l。
  
  AT&T实验室开发的Bat系统是一种主动模式的定位系统。其核心思想是利用一种无线设备Bat发射超声波脉冲来实时测量室内对象的三维位置。其功能用映射关系表示为λ(Bat)=l。这一系统的定位技术可用来为普适计算中的室内定位感知系统服务,但其缺陷是使用了有线网络而并非适用于普适计算的无线网络。
  
  康斯坦斯大学开发的MobileShadow系统是一种主动模式的位置系统。它的基本思想是为每一个用户设置一个唯一的用户代理,用户代理利用WLAN单元来实现获取本地对象集P的功能,用映射关系表示为(WLAN单元)=P。但是,实现这一系统的协议所使用的是专门为移动用户设计的移动代码技术。
  
  
  
  
  普适计算中的定位感知系统必须是定位系统与位置系统两者的紧密结合。正如下面将要提出的简单模型一样,室内的用户每移动到一个新的位置,系统必须能够实时进行精确定

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