Cet ouvrage fait partie de la bibliothèque YouScribe
Obtenez un accès à la bibliothèque pour le lire en ligne
En savoir plus

Intelligent techniques for context-aware systems

De
195 pages

Nowadays, with advances in communication technologies, researches are focused in the fields of designing new devices with increasing capabilities, implanting software frameworks or middleware to make these devices interoperable. Building better human interfaces is a challenging task and the adoption of Artificial Intelligence (AI) techniques to the process help associating semantic meaning to devices which makes possible the gesture recognition and voice recognition. This thesis is mainly concerned with the open problem in context-aware systems: the evaluation of these systems in Ambient Intelligence (AmI) environments. With regard to this issue, we argue that due to highly dynamic properties of the AmI environments, it should exist a methodology for evaluating these systems taking into account the type of scenarios. However in order to support with a solid ground for that discussion, some elements are to be discussed as well. In particular, we: • use a commercial platform that allows us to design and manage the contextual information of context- aware systems by means of a context manager included in the architecture; • analyze the formal representation of this contextual information by means of a knowledge based system (KBS); • discuss the possible methodologies to be used for modelling knowledge in KBS and our approach; • give reasons why intelligent agents is a valid technique to be applied to systems in AmI environments; • propose a generic multi-agent system (MAS) architecture that can be applied to a large class of envisaged AmI applications; • propose a multimodal user interface and its integration with our MAS; • propose an evaluation methodology for context-aware systems in AmI scenarios. The formulation of the above mentioned elements became necessary as this thesis was developed. The lack of an evaluation methodology for context-aware systems in AmI environments, where so many issues to be covered, took us to the main objective of this thesis. In this regard: • we provide an updated and exhaustive state-of-the-art of this matter; • examine the properties and characteristics of AmI scenarios; • put forward an evaluation methodology and experimentally test our methodology in AmI scenarios. ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
La Inteligencia Ambiental y los entornos inteligentes hacen hincapié en una mayor facilidad de uso, soporte de servicios más eficientes, el apoderamiento de los usuarios, y el apoyo a las interacciones humanas. En esta visión, las personas estarán rodeadas de interfaces inteligentes e intuitivas incrustados en objetos cotidianos que nos rodean y los sistemas desarrollados para este ambiente deberán reconocer y responder a la presencia de individuos de una manera invisible y transparente a ellos. Esta tesis se centra principalmente en el problema abierto en los sistemas sensibles al contexto: la evaluación de estos sistemas en los entornos de Inteligencia Ambiental. Con respecto a este tema, se argumenta que debido a las propiedades altamente dinámica de los entornos de inteligencia ambiental, debería existir una metodología para la evaluación de estos sistemas, teniendo en cuenta el tipo de escenarios. Sin embargo, con el fin de apoyar con una base sólida para la discusión, algunos elementos deben ser discutidos también. En particular, nosotros: • Usamos una plataforma comercial que nos permite diseñar y gestionar la información contextual de los sistemas sensibles al contexto a través de un gestor de contexto incluido en la arquitectura; • Analizamos la representación formal de esta información contextual a través de un sistema basado en el conocimiento (SBC); • Discutimos las posibles metodologías que se utilizarán para el modelado del conocimiento en SBC y nuestra aproximación y propuesta; • Discutimos las razones del por qué los agentes inteligentes son una técnica válida para ser aplicada a los sistemas en entornos inteligencia ambiental; • Proponemos un sistema multi-agente (SMA), con una arquitectura genérica que se puede aplicar a una gran clase de aplicaciones de inteligencia ambiental; • Proponemos una interfaz de usuario multimodales y su integración con nuestro SMA; • Proponemos una metodología de evaluación de los sistemas sensibles al contexto en los escenarios de inteligencia ambiental. La formulación de los elementos antes mencionados se hizo necesaria en la medida que esta tesis se ha desarrollado. La falta de una metodología de evaluación de los sistemas sensibles al contexto en entornos de inteligencia ambiental, donde existen tantos temas a tratar, nos llevó al objetivo principal de esta tesis. En este sentido, en esta tesis: • Proporcionamos un estado del arte actualizado y exhaustivo de este asunto; • Examinamos las propiedades y características de los escenarios de inteligencia ambiental; • Proponemos una metodología de evaluación para este tipo de sistemas y experimentalmente probamos nuestra metodología en diversos escenarios de inteligencia ambiental.
Voir plus Voir moins

Universidad Carlos III de Madrid
Escuela Politecnica Superior
Departamento de Informatica
Doctorado en Ciencia y Tecnolog a Informatica
Tesis Doctoral
Intelligent Techniques for
Context-Aware Systems
Nayat Sanchez Pi
Dirigida por
Javier Carb o Rubiera
Jose Manuel Molina L opez
Colmenarejo, 2011This work is distributed under the Creative Commons 3.0 license. You are free to copy, distribute and
transmit the work under the following conditions: (i) you must attribute the work in the manner speci ed
by the author or licensor (but not in any way that suggests that they endorse you or your use of the
work); (ii) you may not use this work for commercial purposes, and; (iii) you may not alter, transform,
or build upon this work. Any of the above conditions can be waived if you get permission from the
copyright holder. See http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/ for further details.
E-mail: nayat.sanchez@uc3m.es
Telephone: +34 91 856 1327
Address:
Grupo de Inteligencia Arti cial Aplicada
Departamento de Informatica
Universidad Carlos III de Madrid
Av. de la Universidad Carlos III, 22
Colmenarejo 28270 | SpainIntelligent Techniques for Context-Aware Systems
Autor: Nayat Sanchez Pi
Directores: Javier Carb o Rubiera
Jose Manuel Molina L opez
Firma del Tribunal Cali cador:
Nombre y Apellidos Firma
Presidente: D. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Vocal: D. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Vocal: D. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Vocal: D. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Secretario: D. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Cali caci on: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Colmenarejo, . . . . . . . . . . de . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . de 2011.To my parents Georgina and ManuelContents
Resumen vii
Abstract ix
Agradecimientos xi
1 Introduction 1
1.1 Motivation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.2 Objectives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
1.2.1 Objective 1: To design and develop a centralized system for AmI
environments . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
1.2.2 Objective 2: To develop a distributed system architecture based on
intelligent agents . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
1.2.3 Objective 3: To include a multimodal user interface . . . . . . . . . . 3
1.2.4 Objective 4: To de ne a generic evaluation methodology for this
systems in AmI environments . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
1.3 Outline of thesis proposal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
1.4 Document structure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
2 State of the Art 5
2.1 Context-aware systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
2.1.1 Context de nition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
2.1.2 Sensing context: Communication technologies involved . . . . . . . . 7
2.1.3 Context modelling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
2.1.4 Context- aware system architectures . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
2.2 Knowledge representation and reasoning . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
2.2.1 Methodologies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
2.3 Multi-agent systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
2.3.1 Agents de nition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
2.3.2 Multi-agent systems architectures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
2.3.3 Model of Belief-Desire-Intention (BDI) . . . . . . . . . . . . . . . . 25ii Contents
2.3.4 Agents for context-aware systems: Why agents? . . . . . . . . . . . 28
2.4 Dialogue systems forwareness . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
2.5 Evaluation of context-aware systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
2.5.1 Evaluation metrics: What to measure? . . . . . . . . . . . . . . . . 38
2.5.2 Metrics for AmI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
3 Intelligent Systems Development for the Provisioning of Services in AmI 45
3.1 Centralized system for AmI environment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
3.1.1 Appear platform . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
3.1.2 KBS de nition using CommonKADS (CKADS) methodology . . . . 51
3.1.3 Appear context con guration using CKADs . . . . . . . . . . . . . . 57
3.2 Distributed system based on intelligent agents . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
3.2.1 Ontology approach . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
3.2.2 Multiagent approach to AmI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66
3.2.3 BDI-modelling for AmI problems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79
3.2.4 Gaia Methodology . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82
3.3 Multimodal user interface for AmI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88
3.3.1 Multimodal user interface for centralized system: Dialogue system . . 91
3.3.2 Multimodal user for distributed system: Conversational Agent 95
3.4 Evaluation in AmI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97
3.4.1 User-centred evaluation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98
3.4.2 Multiagents system (MAS) evaluation . . . . . . . . . . . . . . . . . 101
4 Application Scenarios: Case Studies 109
4.1 Transportation domain: Airport information system (Sanchez-Pi et al., 2007) 109
4.1.1 Overview of the airport information system . . . . . . . . . . . . . . 110
4.1.2 Reasoning engine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111
4.1.3 System’s features . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116
4.1.4 Evaluation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117
4.2 Transportation domain: Railway information system (Griol et al., 2009b) . . 117
4.2.1 Overview of the railway/subway information system . . . . . . . . . . 118
4.2.2 Reasoning engine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119
4.2.3 System’s features . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123
4.2.4 Evaluation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124
4.3 U-health domain: Hospital (Sanchez-Pi & Molina, 2010) . . . . . . . . . . . 126Contents iii
4.3.1 Overview of the U-health system . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126
4.3.2 Reasoning engine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127
4.3.3 System’s features . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128
4.3.4 Evaluation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129
4.4 AAL domain: Intelligent home (Sanchez-Pi & Molina, 2009) . . . . . . . . 130
4.4.1 Overview of the AAL system: Intelligent home/AHCS . . . . . . . . 132
4.4.2 Reasoning engine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133
4.4.3 System’s features . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135
4.4.4 Evaluation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136
4.5 Education domain: University (Sanchez-Pi et al., 2010) . . . . . . . . . . . . 137
4.5.1 Overview of the university information system . . . . . . . . . . . . . 137
4.5.2 Reasoning engine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137
4.5.3 System’s features . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138
4.5.4 Evaluation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138
4.6 Commerce domain: U-Commerce (Sanchez-Pi & Molina, 2010b) . . . . . . 140
4.6.1 Overview of the u-commerce system . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140
4.6.2 Reasoning engine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141
4.6.3 System’s features . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143
4.6.4 Evaluation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143
5 Conclusions 149
5.1 Final remarks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149
5.2 Future work . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151
A Published Results 153
References 157iv Contents

Un pour Un
Permettre à tous d'accéder à la lecture
Pour chaque accès à la bibliothèque, YouScribe donne un accès à une personne dans le besoin