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


Tổng quan các công trình nghiên cứu trong và ngoài nước liên quan tới vấn đề nghiên cứu của đề tài

Ngày nay, ngày càng có nhiều lĩnh vực phụ thuộc nhiều vào các công nghệ thông tin và truyền thông. Sự tăng trưởng và phát triển của các công nghệ thông tin và truyền thông đã giúp những công nghệ này được truyền bá và ứng dụng rộng rãi, do đó tăng sự ảnh hưởng về mặt kinh tế và xã hội. Mạng Internet, ti vi, các thiết bị máy tính, điện thoại di động và các dạng khác của công thông tin đang phát triển với tốc độ chóng mặt. Năm 2001, nhóm cố vấn về công nghệ cho Cộng đồng tin học của Châu Âu (The EC Information Society Technologies Advisory Group – ISTAG) đã đưa ra một hướng nghiên cứu chiến lược với cái tên “Môi trường thông minh” – “Ambient Intelligence – AmI” nhằm kết hợp những lĩnh vực thành công nhất của Công nghệ thông tin và truyền thông. Khái niệm “Môi trường thông minh” được ISTAG  đưa ra dựa trên một viễn cảnh về tương lai do Philips Research đưa ra, trong đó “con người sống một cách dễ dàng trong một môi trường số hóa chứa các thiết bị điện tử rất nhạy bén với các nhu cầu của người dùng, cá nhân hóa theo yêu cầu của họ, dựa đoán trước hành động của họ và phản ứng lại sự hiện diện của họ” [Philips, 2000]. Trong báo cáo “Scenarios for Ambient Intelligence in 2010” [ISTAG, 2001], ISTAG cũng đưa ra một nhận định rất chắc chắn rằng trong một “môi trường thông minh”, con người sẽ được bao quanh bởi các giao diện thông minh nhúng vào các vật thể hàng ngày.

“Môi trường thông minh” – “Ambient Intelligence” có nghĩa là sự thân thiện với người dùng một cách mạnh mẽ, hỗ trợ các tương tác một cách tự nhiên với con người, hỗ trợ các dịch vụ hiệu quả hơn và trao cho người dùng nhiều quyền lực và khả năng hơn. Với cái nhìn này, con người sẽ được bao quanh bởi những giao diện thông minh và trực quan, nhúng vào các đối tượng xung quanh chúng ta, một môi trường có thể nhận dạng và phản ứng lại một cách thầm lặng sự hiện diện của mỗi cá thể.

Sự phát triển của các hệ thống “Môi trường thông minh” là một thách thức đa lĩnh vực, đòi hỏi rất nhiều các công nghệ khác nhau, do đó đòi hỏi sự kết hợp các nhà khoa học từ rất nhiều lĩnh vực, như Mạng di động, Tương tác người máy và Công nghệ phần mềm. Trong Hình 1 là các ngành nghiên cứu cần thiết cho “Môi trường thông minh” tương ứng với các yếu tố khác nhau của “Môi trường thông minh”.

Hình 1: Các yêu cầu nghiên cứu công nghệ cho “Môi trường thông minh” [Ducatel et al, 2003]

“Môi trường thông minh” được đặc trưng bởi ba khía cạnh chính:

  • Tính toán mọi nơi (Ubiquitous computing)
  • Truyền thông mọi nơi (Ubiquitous communication)
  • Các giao diện người dùng thông minh (Intelligent user interfaces)

“Tính toán mọi nơi” là sự tích hợp của các bộ vi xử lý vào các vật thể hàng ngày như điện thoại, tivi … “Truyền thông mọi nơi” cho phép các vật thể này giao tiếp với nhau và với người dùng thông mạng không dây và mạng ad-hoc. “Các giao diện người dùng thông minh” cho phép người dùng điều khiển và tương tác với môi trường một cách tự nhiên và cá nhân hóa.

Để có được các tính năng như vậy, các hệ thống “Môi trường thông minh” phải nhúng, di động và phân tán. Chúng phụ thuộc nhiều vào các thông tin về môi trường và phải giao tiếp với con người một cách tự động và tự nhiên. Thêm vào đó, những hệ thống này phải có khả năng thích nghi cao về các dịch vụ mà chúng cung cấp, kiến trúc nội tại của chúng và cách thức chúng giao tiếp với môi trường xung quanh và các nút khác. Chi tiết hóa hơn, các hệ thống AmI có những tính chất sau:

  • Các hệ thống “Môi trường thông minh” có những giao diện người-máy tự nhiên

Là các hệ thống nhúng, các hệ thống “Môi trường thông minh” tương tác với con người thông qua các ứng dụng mà chúng điều khiển. Để con người không nhận thấy sự hiện diện của máy tính, các giao diện này phải tự nhiên chứ không phải thông qua bàn phím, chuột và màn hình. Các loại hình tương tác sẽ là: nhận dạng tiếng nói, hình ảnh, tổng hợp tiếng nói, hình ảnh và cảm xúc, …

  • Các hệ thống “Môi trường thông minh” phải có tính thích nghi cao

Các hệ thống “Môi trường thông minh” phải liên tục cập nhật thông tin về môi trường xung quanh để có thể phục vụ người dùng tốt nhất.

  • Các hệ thống “Môi trường thông minh” có tính di động

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 đặt ra vấn đề về nguồn điện liên tục để ứng dụng có thể hoạt động liên tục cũng như vấn đề về truyền thông mạng. Các hệ thống “Môi trường thông minh” không bao giờ có thể trông cậy vào một nền mạng ổn định với kết nối được đảm bảo với các nút khác. Thay vào đó, 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.

  • Các hệ thống “Môi trường thông minh” là phân tán

Một nút “Môi trường thông minh” nhận được sự thông minh thông qua tương tác với các nút “Môi trường thông minh” khác trong khu vực lân cận bằng cách trao đổi các thông tin quan trọng và các dịch vụ với các nút khác. Chính vì vậy, các nút “Môi trường thông minh” có khả năng hợp tác để tạo thành một hệ thống phân tán tương tác qua mạng ad-hoc.

  • ·         Các hệ thống “Môi trường thông minh” có tính nhúng

Điều này có nghĩa là chúng là những phần tích hợp vào những ứng dụng xung quanh mà chúng điều khiển. Con người sử 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 thống AmI bằng cách thông thuờng qua bàn phím, chuột và màn hình.

  • Các hệ thống “Môi trường thông minh” giao tiếp một cách tự phát

Các hệ thống “Môi trường thông minh” phải liên tục cập nhật với những thông tin mới nhất để có thể hoàn thành nhiệm vụ. Điều này yêu cầu các hệ thống “Môi trường thông minh” sử dụng mọi cơ hội khi liên hệ được với các nút “Môi trường thông minh” khác để gia nhập vào mạng ad-hoc để trao đổi thông tin.

  • Các hệ thống “Môi trường thông minh” phải ở trạng thái hỗn tạp cao

Trong một môi trường phân tán, các nút “Môi trường thông minh” có thể giao tiếp với nhau với những tốc độ khác nhau, từ vài bit/giây đến vài Gbit/giây, có thể có những tính toán đơn giản hoặc rất phức tạp, năng lượng có thể cần rất ít hoặc rất nhiều. Để đạt được điều này, kiến trúc của “Môi trường thông minh” phải theo các lớp, để có thể phù hợp với nhiều tốc độ truyền thông, tốc độ tính toán và yêu cầu năng lượng khác nhau. Thêm vào đó, nhiều loại nút “Môi trường thông minh” từ nhiều nhà sản xuất khác nhau có thể tham gia vào mạng ad-hoc, do đó kiến trúc hệ thống phải rất thích ứng được tình trạng hỗn tạp này.

Tâm điểm của lĩnh vực “Môi trường thông minh” là các khung phát triển các hệ thống nhạy cảm với ngữ cảnh (context awareness). Bắt đầu từ các nghiên cứu của Brown [Brown, 1996] và Pascoe [Pascoe, 1997], một số kiến trúc sau đó được đưa ra để có thể xây dựng các hệ thống nhạy cảm ngữ cảnh như Stick-e note [Coschurba et al, 2001], [Stoettinger, 2004], Context Toolkit [Dey, 2000], CoBrA [Chen et al, 2003a], Hydrogen Context-Framework [Hofer et al, 2002].

Figure 2: Kiến trúc bậc cao CoBrA [Chen et al, 2003a]

Vì “Môi trường thông minh” là một lĩnh vực rất mới, các hệ thống “Môi trường thông minh”/ “nhạy cảm với ngữ cảnh” đã được xây dựng chủ yếu là trong nhà hoặc trong văn phòng. Một số ứng dụng mới nhất bao gồm: Hệ thống MOSES [Stoettinger, 2004] dựa vào các thông tin thu được từ các cảm biến để nâng cao tính an toàn cho người lao động khi làm việc với các máy công nghiệp rất lớn và phức tạp; hệ thống iShopFloor [Shen et al, 2005] 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 thể lập lịch, theo dõi và điều khiển cửa hàng;  dự án MyCampus [Sadeh et al, 2005] tại Carnegie Mellon University là một nỗ lực sử dụng các công nghệ “Môi trường thông minh” để nâng cuộc sống trong môi trường đại học.

Quay lại lịch sử, hệ thống có khả năng quan tâm đến ngữ cảnh là hệ thống “Active Badge” phát triển bởi Olivetti Research Ltd. [Want et al, 1992], có khả năng dựa trên thông tin ngữ cảnh về vị trí của người dùng để chuyển tiếp các cuộc gọi điện thoại. Hệ thống PARCTAB [Want et al, 1995] phát triển bởi Xerox PARC là một hệ thống tương tự khác để hỗ trợ định vị các tài nguyên trong môi trường văn phòng. Hệ thống Cyberguide [Long et al, 1996] được phát triển tại Georgia Institute of Technology như là một hệ thống hướng dẫn du lịch di động cho khách du lịch. Dự án Oxygen Project của MIT [Dertouzos, 1999] là một dự án khác với mục tiêu biến các giao tiếp với máy tính trở nên tự nhiên như các hoạt động thường ngày của con người (hít thở không khí). Dự án Aware Home [Kidd et al, 1999] tại Georgia Institute of Technology phát triển Context Toolkit để cho phép môi trường ở tại nhà có thể hiểu được ngữ cảnh về những người trong nhà, đặc biệt là người lớn tuổi. Ngoài ra, còn có rất nhiều hệ thống khác ứng dụng các công nghệ “Môi trường thông minh” trong văn phòng, cửa hàng, khách sạn, bảo tàng, v.v.

Hiện tại, tại Việt Nam, chưa có nơi nào nghiên cứu về vấn đề “Môi trường thông minh”. Tại khoa Công nghệ thông tin của trường Đại học Công nghệ, các giảng viên đã và đang nghiên cứu để bước đầu tạo nên những cơ sở lý thuyết và công nghệ về “Môi trường thông minh”. Các nghiên cứu này bao gồm: Giao diện dựa trên tác nhân thông minh, Nhận dạng cử chỉ và hành động, Các ứng dụng thông minh trên các thiết bị di động, Mạng ngang hàng và di động, Dịch vụ dựa theo ngữ cảnh, Kiến trúc tác nhân thông minh, và Kiểm chứng phần mềm. Một số kết quả nghiên cứu này đã được đăng tải trên nhiều kỷ yếu hội nghị và tạp chí quốc tế.

 Tài liệu tham khảo để viết đề cương

[Aarts et al, 03] Aarts, E., Marzano, S. eds., “The New Everyday: Visions of Ambient Intelligence”, 010 Publishing, Rotterdam, The Netherlands, 2003.

[Aarts, 04] Aarts, E. “Ambient intelligence: A multimedia perspective,” IEEE Trans. Multimedia, vol. 11, no. 1, Jan.–Mar. 12–19, 2004.

[Alcañiz et al, 05] Alcañiz,M., Rey,B., “New Technologies For Ambient Intelligence”, Ambient Intelligence G. Riva, F. Vatalaro, F. Davide, M. Alcañiz (Eds.) IOS Press, 2005, http://www.ambientintelligence.org

[Brown, 96] Brown, P.J., “The Stick-e Document: A Framework For Creating Context-aware Applications”, In the Proceedings of the Electronic Publishing, pp. 259-272, Laxenburg, Austria, IFIP. September 1996.

[Chen et al, 03a] Chen, H., Finin, T., and Joshi, A. “An ontology for context-aware pervasive computing environments”. Special Issue on Ontologies for Distributed Systems, Knowledge Engineering Review, 2003

[Chen et al, 03b] Chen, H., Finin, T., and Joshi, A.. “An Intelligent Broker for Context-Aware Systems.” Adjunct Proceedings of Ubicomp 2003, Seattle, Washington, USA, October 12-15, 2003.

[Coschurba et al, 01] Coschurba, P. , Baumann, J. , Kubach, U., Leonhardi, A. : “Metaphors and Context-Aware Information Access”. Personal and Ubiquitous Computing Journal 5(1): pp 16-19, 2001

[Dertouzos, 99] Dertouzos, M.: The Future of Computing, Scientific American, August, 1999

[Dey, 00] Dey, Anind K.: Providing Architectural Support for Building Context-Aware Applications. PhD thesis, Georgia Institute of Technology, November 2000.

[Dey, 01a] Dey, Anind K: “Understanding and Using Context”. Personal and Ubiquitous Computing Journal 5(1): pp 4-7, 2001

[Dey, 01b] Dey, Anind K: “A Conceptual Framework and a Toolkit for Supporting the Rapid Prototyping of Context-Aware Applications”. Anchor article of a special issue on context-aware computing in the Human-Computer Interaction (HCI) Journal, Volume 16 (2-4), pp. 97-166, 2001.

[Ducatel et al, 03] Ducatel, K., Bogdanowicz, M., Scapolo, F., Leijten, J., and Burgelman, J.-C.  “Ambient Intelligence: From Vision to Reality” IST Advisory Group Draft Rep., Eur. Comm., 2003.

[Hofer et al, 02] Hofer, T., Schwinger, W., Pichler, M., Leonhartsberger, G., and Altmann, J.  “Context-awareness on mobile devices- the hydrogen approach”. In Proceedings of the 36th Annual Hawaii International Conference on System Sciences, pp 292-302, 2002.

[ISTAG, 01] ISTAG. “Scenarios for Ambient Intelligence in 2010”, http://www.cordis.lu/ist/istag-reports.htm, February 2001.

[Kidd et al, 99] Kidd, Cory D., Orr, R., Abowd G., Atkeson, C., Essa, I., MacIntyre, B., Mynatt, E., Starner, T., and Newstetter, W. “The Aware Home: A Living Laboratory for Ubiquitous Computing Research” In the Proceedings of the Second International Workshop on Cooperative Buildings – CoBuild’99. Position paper, October 1999.

[Long et al, 96] Long, S., Kooper, R., “Rapid Prototyping of Mobile Context-Aware Applications: The Cyberguide Case Study”, Proc. 2nd ACM International Conference on Mobile Computing (MobiCom), Rye, ACM Press, New York, pp 97-107,1996.

[Marchesotti et al, 05] Marchesotti, L.   Piva, S.   Regazzoni, C.   “Structured context-analysis techniques in biologically inspired ambient-intelligence systems”, IEEE Transactions On Systems, Man, And Cybernetics—Part A: Systems And Humans, Vol. 35, No. 1, January 2005

[Pascoe, 97] Pascoe, J. “The Stick-e note architecture: extending the interface beyond the user”. In: Proceedings of the 1997 International Conference on Intelligent User Interfaces; pp 261–264

[Philipose et al, 03] Philipose, M., Fishkin, K., Perkowitz, M., Patterson, D., Hahnel, D. “The Probabilistic Activity Toolkit: Towards Enabling Activity-Aware Computer Interfaces,” IRS-TR-03-013, Nov. 30, 2003

[Philips, 05] Philips Research, http://www.research.philips.com/technologies/syst_softw/ami/index.html, 2005

[Preuveneers et al, 04] Preuveneers, D., Berbers, Y. ”Suitability of existing service discovery protocols for mobile users in an ambient intelligence environment”. In Proceedings of the International Conference on Pervasive Computing and Communications, pp 760-764. CSREA Press, June 2004.

[Sadeh et al, 05] Sadeh, N., Gandon, F. and Kwon, O. B., “Ambient Intelligence: The MyCampus Experience”, School of Computer Science, CarnegieMellonUniversity, Technical Report CMU-ISRI-05-123, July 2005

[Schmidt, 05] Schmidt, A., “Interactive Context-Aware Systems Interacting with Ambient Intelligence”, Ambient Intelligence G. Riva, F. Vatalaro, F. Davide, M. Alcañiz (Eds.) IOS Press, 2005, http://www.ambientintelligence.org

[Shen et al, 05] Shen, W., Lang, S., and Wang, L. “iShopFloor: An Internet-Enabled Agent-Based Intelligent Shop Floor”, IEEE Transactions on Systems, Man, and Cybernetics, Part C, 35(3), 2005.

[Stoettinger, 04] Stoettinger, M. “Context-Awareness in Industrial Environments”, diploma thesis, 2004. Available at:

http://webster.fh-hagenberg.at/staff/kurschl/pubs/advisedDT/Stoettinger .2004.pdf

[Want et al, 92] Want, R., Hopper, A., Falcão, V., and Jonathan, G. “The Active Badge location system”. ACM Transactions on Information Systems, 10(1):91-102, January 1992.

[Want et al, 95] Want, R.,  Schilit, B. Adams, N., Gold, R., Petersen, K., Goldberg, D., Ellis, J., and Weiser, M. “An overview of the PARCTAB ubiquitous computing experiment”. IEEEPersonal Communications, 2(6):28-43, December1995.

[Weiser, 91] Weiser, M.: “The Computer for the 21st Century”, Scientific American, 265, 3, September 1991.

About svktclub

svktclub nhận viết thuê luận văn,báo cáo,chuyên đề tốt nghiệp
Bài này đã được đăng trong Luận văn, chuyên đề, khóa luận và được gắn thẻ , , , . Đánh dấu đường dẫn tĩnh.

Trả lời

Mời bạn điền thông tin vào ô dưới đây hoặc kích vào một biểu tượng để đăng nhập:

WordPress.com Logo

Bạn đang bình luận bằng tài khoản WordPress.com Đăng xuất /  Thay đổi )

Google+ photo

Bạn đang bình luận bằng tài khoản Google+ Đăng xuất /  Thay đổi )

Twitter picture

Bạn đang bình luận bằng tài khoản Twitter Đăng xuất /  Thay đổi )

Facebook photo

Bạn đang bình luận bằng tài khoản Facebook Đăng xuất /  Thay đổi )

Connecting to %s