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

DẠI HỌC QIIÓC CIA HẢ NỘI
Nghiên cửu xây dụng một I11 Ô hình môi truòng
phòng làm việc thông minh
Mã số: QGTĐ. 10.23
Chú nhiệm đề tài: PGS. TS. Bùi Thế Duy
1 là Nội - 2(
MỤC LỤC
1 Giới thiệu 5
2 lổng quan về lĩnh vực nghiên cứu "Môi trường thông minh” 6
3 Các nghiên cứu về hệ phát triên môi trường thông m inh

1 I
3.1 Mỏ hình phân tán cùa kiên trúc phân cứng 11
3.1.1 Càu trúc của các thành phàn trong một hệ thông WSN

12
3.1.2 Các phương thức giao tiếp không dây trong hệ thông W SN

13
3.2 Mô hình phân tán dựa trên kiên trúc phần rnêm 14
3.2.1 Mỏ hình phân tán OSGI 14
3.2.2 Mỏ hình đa tác tứ 16
3.3 Mô hình tương tác trong môi trường thông minh 17
3.3.1 Mô hình giao diện người dùng 20
3.3.2 Mô hình tương tác trừu tượng 21
3.3.3 Mô hình đầu vào cụ thể
.

22
3.3.4 Mỏ hình đâu ra cụ thê 24
3.4 Một số hệ phát triển môi trường thông minh hiện có

25
4 Hệ phát triển phòng làm việc thông minh
.

26
4.1 Các yêu cầu đổi với hệ phát triển 26
4.2 Thiết kế hệ phát triền 26
4.2.1 Mô hình truyền thông 27
4.2.1.1 Các thành phân của mô hình truyên thông 27
4.2.1.2 Cách thức hoạt dộng 27
4.2.2 Kiến trúc hệ phát triển 29
4.2.3 Mô hình Ca sử dụng cùa hệ phát triển
31
4.2.3.1 Đăng ký Broadcaster 31
4.2.3.2 Đãng ký nhận thông tin 32
4.2.3.3 Broadcaster truyền dữ liệu 34
4.2.3.4 Receiver nhận dữ liệu 35
4.2.4 Uu điếm của thiết kế hệ phát triển 36
4.3 Ung dụng cua hệ phát triển 36
5 Triển khai các tác từ trên hệ phát triển
.
37
5.1 Tác tứ xác định vị trí

.
37
5.2 Tác tư nhận dạng cu chI ta> 40
5.3 Tác tu nhận dạn ti mệnh lệnh tièniỉ n ói 42
5.4 Tác tu nhận dạn li ngũ' canh 42
5.5 Tác tư hỗ trự quyèt định 43

5.6 ỉ ác tứ kẽt nôi tliiẽ t bị di độn lí 44
5 .7 l ac tư dâu r a 46
6 Ngh iên cứu nhận dạn ti hành dộng tronu hệ thốn u pliòng lùm việ c thòng m in h

47
6 . 1 K hu ng hộ thông nhận dạng hành d ộ im 47
6.2 Nhận dạng hành dộng bên trong cứa sô trư ợ t 47
6.3 Phát hiện vùng chuyến động 48
6.4 Biểu diễn hành động 49
6.4.1 T ín h toán ánh đặc trun g sứ dụng bộ lọc Í I R

50
6.4.2 Trích chọn véc-tơ đặc trưng 52
6.5 Huấn luyện và nhận dạng hành động 53
6.5 1 Huấn lu y ệ n 53
6.5.2 Nhặn dạng hành động 54
6.6 Thù nghiệm 55
6.6.1 Thiết lập thu nghiệm 55
6.7 Lưa chọn tham s ố 56
6.® Kef quà thứ nghiệm 58
6.S. l Thư nghiệm Irên video tách rời 58
6.8.2 Thứ nghiệm trên video chứa các hành động liên tiếp
61
!Vghiẽ« cứu nhận dạng mệnh lệnh tiếng nói trong điều kiện tiếng ồ n

62
7 J Hệ đánh giá thực nghiệm 62
7.1.1 Thành ph|fi lọc tiêng ô n 63
7.1.2 Thành phần huấn luyện và Thành phần nhận dạng tiếng nói 63
7.1 .3 Thành phần đánh giá kết quả 64

7.2 Dữ íiệu thực nghiệm 64
7.2.1 Bộ dữ liệu mệnh lệnh tiếng V iệ t 64
7.2.2 Bộ dữ liệu về tiếng ồn 64
7.3 Kịch bản thử nghiệm 65
7.3.1 Cách thức huân luyện 65
7.3.2 Bộ dữ liệu đánh giá 65
7.4 Ket quả thực nghiệm và Phân tích 66
7.4.1 Bộ đánh giá I 66
7.4.2 Bộ đánh giá 2 67
8 T h ừ nghiệm thực tế vớ i hộ phát triể n

70
8.1 T h ư nuhiệm truy ẽ ii dữ liệ u 70
8.2 K ịc h bán thử nghiệm thực t ê 72
8.3 kè t qua thu niihiệm thục t ẻ 72
9 K ct lu ậ n 73
T ài liệu tham k h á o 73
1 i
D A M I M Ụ C I ỉ Ì N H V Ẽ
Hình !. Các yêu cẩu nghiên cứu công nghệ cho “Môi trường thông minh" [1 I]
7
Hình 2. Kiến trúc bậc cao CoBrA [6] 10
Hình 3. Càu trúc mạng dạng sao với 6 dinh 12
Hình 4. Câu trúc m ạng dạng lư ớ i 13
Hình 5. Các bước đăng k ý d ịch vụ của O S G Í 15
Hình 6. ứng dụng OSGI trong hệ thống nhà thông minh Gator 16
Hình 7. Kích cỡ cùa các thành phần hiển thị kết quà đầu ra tăng lên theo khoảng cách của
người dùng tới màn hình, khi đó kích cỡ cùa các thành phần nhập dữ liệu vào sẽ được
giảm xuống 17
Hình 8. Giao diện người dùng có thề phân phối qua nhiều thiết bị tương tác và liên tục được

đồng bộ hóa 18
Hình 9. Người dùng có kha năng sư dụng nhiều nguồn tương tác và đồng thời dùng các
phương thức như giọng nói, cảm biên, và điệu bộ 18
Hình 10. Hai người dùng chia sẻ các ứng dụng 19
Hình 11. Giao diện cùa người phụ nấu ăn được nhúng trong các thông số điều khiên giao diện
cùa sự tương tác 19
Hinh 12. Cấu trúc cơ bán của mô hình tương tác, tách mức cụ thê và trừu tượng. Dựa trên
định nghĩa tương tác trừu tượng, Input và Ouput cụ thể là nền tảng cho sự tạo ra Ul vào
ra

.7.
7.

.

.

.

21
Hình 13. Kiến trúc hệ phát triển CAMPUS 26
Hình 14. Minh họa hoạt động truyền thông cùa mô hình
28
Hình 15. Biểu đồ tầng cùa hệ phát triển 29
Hình 16. Kiến trúc hệ phát triển 30
t lình 17. Một số mô hình ca sử dụng cho thiết kế hệ phát triển

3 1
Hinh 18. Sơ đồ hoạt động cùa ca sử dụng đãng ký Broadcaster
32

Hhh 19. Sơ đồ hoạt động của ca sử dụng đãng ký nhận thông tin

33
Hình 20. Sơ đồ hoạt động của ca sử dụng Broadcaster truyền dữ liệu
34
Hình 21. Sơ đồ hoạt động cùa ca sử dụng receiver nhận dữ liệu
35
Hình 22. Dòng dữ liệu được xử lý trong hệ phát triển 36
H ình 23. Kiế n trúc hệ cảm biến [MR trên tran n h à 39
Hình 24. Minh họa thuật toán xác định vị tri cua người dựa trên cám biên 40
Hình 25. Hình ành bàn tay và các điểm đặc trưng (1,2, 3) 41
Hình 26. Kết quả nhận dạng cứ chi tay 42
Hình 27. Mô hình kết nôi thiêt bị di động 45
I lì ih 28. Tác tử điều khiển chạy trên thiết bị Android 46
í lìah 29. Khung hệ thông nhận dạng hành động 47
ỉ lình 30. Các bước nhận đạniì hành độ nii bên tronsi cử a sô tr ư ợ t
48
I iìiih 3 1. Ọuv trinh phát hiện ùmu chuvèn dộng
49
ỉ ỉìrh 32. Các ví dụ vê anh dặc trunti (với các giá trị khác nhau cua « ) 5 i
I Ill'll 33. I rich chọn vector dặc trims từ chuỗi ánh 53
1 Ill'll 34, 10 hành động trong bộ dữ liệu Weizmann 55
I Ill'll 35. 9 hành độn” trone bộ dữ liệu cua chúng tôi 56
\ Ill'll 3ó Két qua nhàn dạn” cua plurơim pháp dè xuàt với các tham sỏ khác nhau trên bộ dữ
liệu Wci/nunn 57
1 linh 37. kèt qua nhận dạng cùa pliưưnụ, pháp dê xuàt \'ớị các tharn sỏ khác nhau trôn bộ dữ
liệu cua chúng tòi 57
I linh 38. Độ chính xác trung binh cua phương pháp đê xuât với các giá trị khác nhau cùa độ
dài cưa sô trượt trong các thử nu hiệm trôn vid e o ch ứa cúc hành dộng liên tiê p
62

I lình 39. Kiên trúc cùa hệ đánh giá thực nghiệm 63
I [ình 40. Dữ liệu cùa ba cách thức huấn luyện 65
líình 41. Dừ liệu cùa hai bộ đánh giá 66
í lirih 42. Kẽt quá nhận dạng thu được cùa các thuật toán được lựa chọn ỏ' các ti lệ ôn khác
nhau (ỌdB, 5dB, lOdB, and 15dB)
.

.

68
I linh 43. Kêt qua nhận dạng thu được cùa các thuật toán được lựa chọn ở các loại tiêng ôn
khác nhau 69
DANH MỤC BANG BIÉl
íỉang I I hánh phân truim mô hình tirưng tác trừu tượng 21
Bang 2. i rạng thái cua các dổi tượng tương tác trừu tượng lúc vận hành 22
Bàng 3. Các kiêu đâu vào được phàn biệt bời mô hình như sau
.

22
Bàng 4. Các đối tượng tương tác hỗ trợ bời mô hình đầu ra cụ thể 24
Bảng 5. Kèt qua nhận dạng cùa các phương pháp khác nhau 58
Báng 6. Kết quá nhận dạng chi tiết của phương pháp cua chúng tôi trên bộ dù' liệu Weizmann


.




.

' 59
Bủng 7. Kết qua nhận dạng chi tiết cua phương pháp trong [II] trên bộ dữ liệu Weizmann 59
Báng 8. Kêt quà nhận dạng chi tiêt cùa phương pháp cùa chúng tôi trên bộ dữ' liệu của chúng
tôi 60
Bâng 9. Kết quả nhận dạng chi tiết của phương pháp trong [II] trên bộ dữ liệu của chúng tôi



.

.


„, 60
Báng 10 - Kết quà nhận dạng cùa bộ đánh giá sạch trên ba cách thức huấn luyện 66
Báng 1 1. Tốc độ truyền dữ liệu trung bình trong các thực nghiệm
70
D A N H S Á C H C Á N B Ộ m ự c H l Ệ i N Đ È T Ả I
c lui trì dề tài:
PCỈS. TS. Bùi Thế Duy, Phòng Thí nghiệm Tương tác Người-Máy, Trường Dại
học Còng nghệ, Dại học Quốc gia Hà Nội
Cán bộ tham gia:
o TS. Phạm Bào Son, Phòng Thí nghiệm Tương tác Người-Máv, Trường Đại học
Công nghệ, Dại học Quốc gia Hà Nội.
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.
ThS. Đặng Trung Kiên, Trường Dại học Công nghệ, Đại học Quốc RÍa Hà
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
Đại học Công nghệ, Đại học Quốc gia Mà Nội.
T Ó M T Ắ T C Á C K É T Q U Ả N G H IÊ N c ử u C H ÍN H
C Ủ A I ) Ẻ T À I
a. Kêt quá vê khoa hoe
Đe tủi dã đưa ra các kết quá nghiên cửu liên quan đến xây dựng một hệ phát triền
phòng làm việc thông minh, đồng thời dưa ra các kết quá nghiên cứu các hình thức
ĩươna tác giữa con ngưừi và máy tính trong một môi trường thông minh. Các kết
qua của đẻ tài được thể hiện qua các công trình khoa hục công bô sau:
01 toài báo tạp chí quốc tế
* Trung Kien Dang, Marcel Worring; The Duy Bui, A Semi-interactive
Panorama Based 3D Reconstruction Framework for Indoor Scenes,
Computer Vision and image Understanding (SCI - indexed).
01 hài báo tạp chí trong nước
• Thi Chau Ma, Dinh Tu Nguyen, The 1>U\ Bui. 1'rimg kien Dang (2011),
“3D facial modeling from pair of images". Tạp chi ( 'ông nghệ thông tin và
(ruyen llióng, Tập V-ỉ, sỏ 6(26).
• Duy Khuông Nguyen, The Duy Bui and Thanh Ha Le (2011), "Barcode
Identification in Heavily Blurred Images", in Proc. o f 4th International
Conference on Pattern Recognition and Machine Intelligence, pp 116-121,
Springer, Verlag.
• Thi Hong Nhan Vu, Yang Koo Lee, Thanh 1 la Le, The Duy Bui (2011),
"Location-based Information Disseminating System with Integration of
Various Georeferenced.Data", in Proc. o f the 4th International Conference
on Frontiers of Information Technology, . Ipplications and Tools, pp. 69-74.
• Dat Quoc Nguyen, Dai Ouoc Ntiii\en. and Son Bao Pham (201 1),
"Systematic Knowledge Acquisition for Question Analysis”, in
Proceedings o f the international Conference Recall. iclvunccs in Sutural

Language Processing 201 1. ULssar. Bulgaria. pp. 40(1-412.
• I'hi-Chau Ma. I he [)u\ Bui. 1 rutiLi Kieti ] )uim (2(11 2). "Shift error anal\sis
in illume based 31) skull feature rcconslruclion". 1’ruc. of The -fill
International conference on Knowledge and Systems Engineering, II Kl’
Computer Society.
b. Kct qua phục vụ thực tê
• 01 mô hình kiến trúc công ntihệ thông tin cho "Môi trường thông minh” tại
phòng làm việc.
• 01 hệ phát triển "Phòng làm việc thông minh”.
c. kêt CỊini đào tạo
01 nghiên cứu sinh (cỉiuân bị bảo vệ)
• Ma Thị Châu, Dựng khuôn mặt ba chiều từ anh: thuật toán và ứng dụng,
Trường Đại học Công nghệ.
04 luận văn cao học CNTT
• Nguyễn Duy Khương, Structural Pattern Recognition in Heavily Distorted
Images, Luận văn thạc sỹ, Tnrờng Đại học Công nghệ, 2010.
• Đồng Thị Hải Yến, Phát hiện khuôn mặt nghiêng trên anh và video, Luận
văn thạc sỹ, Trường Đại học Công nghệ, 2011.
• Võ Tuấn Khang, Nghiên cứu và phát triển hệ thống theo dõi điện năng
thông minh cho tủa nhà, Luận văn thạc SV, Trường Đại học Công nghệ,
2011.
• Nguyễn Văn Hiển, Xảy dựng hệ (hống biển đoi giọng nói trên nen tang di
động - iPhone, Luận văn thạc sỹ, Trường Đại học Công nghệ, 2012.
06 khỏa luận cử nhân CNTT
• Nguvcn Minh Dức, Activity recognition in an ambient intelligence system.
Khóa luận tot niihiệp, Triròna, Đại học Côn ti nghệ, 2012
• Bùi lien I hành. Xaìsc tolerant recognition of audio commands in an Am!
system. Khóa luận tỏi imlũệp, I rướnLi Dại học CõitLi ntihệ. 2012
• Bùi Vũ [ loàn” , ( 'unstniciimị an Ambient Intelligence development
framework, Khỏa luận tốt imhiộp, Trườim Dại hợc c’ỏnti, Iiụhệ, 2012

• Ngô Duy Kiên, Fall detection based on accelerometer sensor. Khỏa luận
tot nghiệp, 1 rường Đại học CòníỊ nghệ, 2012
• [ ràn Nguyên Lồ, Fall monitoring system using mobile devices, Khỏa luận
tot nghiộp, Trườna Dại học Công nghệ, 2012
• Nguyễn Bình Dương, Using P1R sensur-based location detection to
improve context recognition in an Ami system, Khóa luận tôt nghiệp,
Trường Đại học Công nghệ, 2012
01 công trình nghiên cứu khoa học sinh viên đạt <»uii nhất NCK1I câp
trường, giai khuyến khích cap Bộ 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
hệ thông nhà thôna minh nếu chỉ dựa trên các thiết bị này sẽ gặp phai những hạn chỗ
nlìàt định: Ilạn chế đầu tiên phai kể đến là sự thôna minh cua một hệ chống phụ thuộc
hoàn toàn vào các tíúèt bị hoạt động trong nó. Nhu cầu của người sứ dụng càng cao thì
giá thành cùa hệ thống sẽ càng đắt. í lụn chế thứ hai là thiết bị cúa một nhà sản xuất
thường khó có thể làm việc được với thiết bị của các nhà sản xuất khác dẫn đến những
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.
Dây là một nghiên cửu trong lĩnh vực “Môi trường thông minh” (Ambient
Intelligence), một hướng nghiên cứu mới trẽn thế giới với nhiều ứng dạng trong thực
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 kèm vứi thực tiễn mới cỏ thè thu được kết qua tốt nhất.
Trong khuôn khô đề tài. chúng tôi đã tiến hành:
iiìihiòn cứu mỏ hình kill'll trúc phần IUU11 dò có li lẽ xây dựng (ÌUỊTC hệ ihônti tích
hợp đưọc nhiều loại doi tượng khác nhau, dè có thê tạo nên một hệ thông linh
đòne và uvòn chuvôn. dè có thê xàv dụ'niL được một hộ thông íìôm nhiêu dùi
iưoìil: phân UIỈ1 tròn nhiêu (lòn Um Li kluk niuui I1ỈHI Winckms OS. Window
Mobile, J2MI Linux, Svmhian : nujiicn cửu cúc kiêu càu trúc và mò hình cho
các hệ thông phàn tán di động, dám bão kết cảu cua hẹ thống, các chức nũng và
thuộc tính của hệ thôn tì tuân theo nlũmti yêu càu dặt ra; hirớng đôn việc phát
triên các ngôn ngữ, còng cụ dè hồ trự việc mù tá, phân tích và làm mịn cấu trúc
phẩn mềm cũng như đảm bảo độ tin cậy và an toàn cho các hệ chống "môi
trưừng thông minh'';
nghièn cứu các mô hình tru vồn thông phân tán và các giao thức nhàm đảm báo
cho các đối tượng di độriiì trong "Môi trường thòng minh” có thể kết' nối với
nhau và truy cập đên các tài nguvên và dịch vụ trong "Môi trường thông minh”
một cách dễ dàng và mềm dẻo mọi nơi mọi lúc, đáp ứng được sự thay đổi của
mỏi trường người dùng cũn” như sự thay doi về yêu cầu cua nạười dùntì, và cho
phép sừ dụng hiệu qua các tài nguyên mạng và dịch vụ mạng; các đối tượng di
dộng bao gồm các thiết bị người dùng như notebook PC, PDA, điện thoại di

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
một cách tự nhiên với các ứng dụng, nói một cách khác là với các thiết bị chứa
các ứng dụng.
2 Tống quan về lĩnh vực nghiên cứ u “Mòi trư ờ n g thông
m inh”
Ngày nay, ngày càng có nhiều lĩnh vực phụ thuộc nhiều vào các công nghệ
thông tin và truyền thông. Sự tãng trưởng và phát triển của các công nghệ thông tin và
truyền thông đà giúp những công nghệ này được truyền bá và ứng dụng rộng rãi, do
đó tăng sự ánh 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 cua công thông tin đang phát triền với tốc độ
chóng mặt. Năm 2001, nhóm cố vấn về công nghệ cho Cộng đồng tin học của Châu
Âu (The KC Information Society Technologies Advisory Group - ISTAG) đã đưa ru
một hướnu niihièn cứu chiến lược với cái lèn "Mòi trưùrm thông minh” - "Ambient
Intelligence - Anil" nham kết hợp nhũng lĩnh vục thành công nhất cùa Công n2 ,hệ
ihônti Ún và truvẽn llùmn. Khái niệm “Mùi inrờiiíí lliũiiìi minh" điụvc ISỈ Ui dua ra
dựa trên một viên cánh vê lươn tỉ lai do Philips Research dưa ra. tron ti dó "con ntiười
sồnu một cách dỗ dàng tro nu một mũi inrờnti á ỏ hóa chửa các ihiêl bị diện tư rãi nhạy
.vn với các nhu cầu cua nmùíi đùiìiì, cá nhàn hỏa theo yêu câu cua họ. dựa đoan trước
hành dộnti cua họ và phan ứng lại sự hiện diện của họ" Ị29|. Troníỉ háo cáo
o
"Scenarios for Ambient Intelligence in 2010" I 1 51. IS I A(i ail 112, clira ra một nhận ciịiih
ràt chăc chán răn tí, trong một "mỏi iruờnti thòiiu minh", con nuười sẽ dược bao quanh
bơi các giao diện thòng minh nhúng vào các vật thẻ hàng ngày.
■'Mòi trường ihòiìtí, m inir - "Ambient Intelligence'' cỏ nghĩa là sự thân thiện với
người dùng một cách mạnh mẽ, hồ trự các tương tác một cách tự nhiên với con người,
hô trợ các dịch vụ hiệu quá hơn và trao cho naưừi dùng nhiều uuvền lực và khả năng
hơn. Với cái nhìn này, con ngưừi sẽ được bao quanh bời những lỉiao diện thông minh
và trực quan, nhúng vào các dôi tượng xung quanh chúng ta, một môi trường có thế
nhận dạng và phản ứng lại một cách thầm lặng sự hiện diện cùa mỗi cá thể.

Sự phát triên của các hệ thong "Mỏi trường thông minh” là một thách thức đa
ỉtnlì vựe. đòi hoi rất nhiều các công nghệ khác nhau, do đó đòi hỏi sự kết hợp các nhà
khoa học lư rất nhiêu lĩnh vực, như Mạng di động, Tương tác tmưừi máy và Công
nghệ phần mềm. Trong Hình I là các ngành nghiên cửu cần thiết cho "Môi trường
chỏng minh” tương ứnu với các yếu tố khác nhau cùa "Môi trường thông minh".
Các thành phẩn
-i
-5
M Ỏ I TRƯỞNG
-Truyền thông khấp nưi
-Phần mềm linh hoạt
-Vật liệu thông minh
-Công nghệ MEMS và càm biến
-Công nghệ thiết bị vào ra
THÕNG MINH
-Xu lý và quản lv phương tiện
-Tương tác tự nhiên
-Thông minh điện toán
-Tính toán cảm xúc
Thiết kế Hệ nền táng
Thiết kê, Kiền trúc, Kỹ nghệ, Tích họp, phần mềm và dịch vụ
Thử nghiệm ngutVi dùng
Tích họp
ll ì n h 1. C á c yêu cầu ng h iê n cứu cô n g H g liệ c h o “ M ô i liu ò i ig tliô n g m in h " 11 11.
"Môi trường thông minh” được đặc trưng bởi ba khía cạnh chính:
rinh toán mọi nơi (7 'biquitous computing)
[ ruvên thònu mọi nơi (Ubiquitous communication)
Các ụiao diện nuưừi dùnu ihone minh (Intelligent user interfaces)
•• rỉnh toán mọi noi” lá sự tích hợp cua các bộ vi xử lý vào các vật thê hàng
imù) Iiliư diện thoại, tivi ‘"Tniyên thòng mọi noi” cho phép các vật thê này fc>iao

tiêp vứi nhau và vứi ngưừi dùng thông mạn li, không dàv v à niạntĩ, ad-hoc. “Các j»iuo
liiện nyiiòi ilùnị* thông iniiili” cho phép ngưừi dùng diêu khiên và tương tác với môi
tnrờna một cách tự nhiên và cá nhân hóa.
Đê có được các tính năng như vậy, các hệ thong "Mỏi trường thông minh" phái
nhúng, di động và phàn tán. Chúng phụ thuộc nhiều vào các thòna tin về môi trường
và phái giao tiếp với con người một cách tự độn tỉ, và tụ nhiên. Thêm vào dó, những hệ
thòng này phái có khá nâng thích nghi cao về các dịch vụ mà chúng cung cap. kiến
trúc nội tại của chúng và cách thức chúng giao tiếp với môi trường xung quanh và các
nút khác. Chi tiết hỏa hơn, các hệ thống Aml có những tinh chất sau:
• Các hệ thông "Môi truồng thông minli” có tính nhúng
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
thông Aml bằng cách thòng thuờng qua bàn phim, chuột và mùn hình.
• 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 t hệ thôn” “ Mũi ti inVnj* tliôii” m inh” I;'| phân tím
Một nút "Mòi trườn2 thôna. minh" nhận dược sự ilìôniì minh thông qua tưong
lá c v ớ i c á c n út " M ò i Lrư ờ n a ih o n i:
111
in h " k h á c Iru iiLi kh u \ tic làn cận bănti cá ch irao
dõi cá c iliò n ti tin qu an trọ n ii và c á c d ịc h v ụ v ó i các nút k h á c . C h in h v i v ậ y . c ác nút
"Mui ưuung thóivd minh" cú kha nãrm họp lác <JC‘ tạo llutnh một hê thõiìLi phàn tán

Urơn_; tác qu a m ạn Li a d -lio c .
( ác liệ tliôtiỊí "Mùi trirò'11 <4 thôn«4 m inh” j»iao tiê|) một cáeli tụ |)liát
(ác hệ thoniỉ, "Mòi inrừim thôn LỊ minh" phái liên tục cập nhật với nhĩmu tliôim
liu mới nhất dè có thê hoàn thành nhiệm vụ. Dicu nà)' yêu càu các hệ thông "Môi
trưừnii thông minh” sử dụng mọi cư hội khi liên hệ được với các nút "Mòi trưừna,
thònn minh” khác đê í>ia nhập v;u’ niạng ad-hoc dè trao dôi thông tin.
Các hệ thôn" "M ôi trư ò n ” thông minh” cỏ Iilũrng giao diện Iiguòi-máy tu
nhiên
Là các hệ thống nhúng, các hệ thống “Môi trường thông minh” tương tác với
con người thông qua các ứng dụng mà chứng diều khiến. Dè con người không nhận
thấv sự hiện diện của máy tính, các giao diện này phái tự nhiên chứ không phải thông
qua bàn phím, chuột và màn hình. Các loại hình tưưng tác sẽ là: nhận dạnụ tiếng nói,
hình ánh, tông hợp tiếng nói, hình ảnh và càm xúc.
Các liệ thong “Môi trưòng thông minh” phai có tính thích nghi cao
Các hệ thốna, “Môi trường thông minh” phải liên tục cập nhật thông tin vê môi
Irường xung quanh để có thế phục vụ người dùng tốt nhất.
• Các hệ thong “Môi truòng thông minh” phái ()■ trạng thái hỗn tạp cao
Trong một môi trường phân tán, các nút “Môi trường thông minh” có thề giao
tiếp với nhau với những tốc độ khác nhau, từ vài bit/giây đến vài GbiƯgiây, có thê có
những tính toán đơn giản hoặc rất phức tạp, nâng lượng có thề cần rất ít hoặc rất
nhiều. Đề đạt dược diều này, kiến trúc cua "Mỏi trường thông minh” phái theo các
lớp. đế có thế phù hợp với nhiều tốc độ truyền thông, tốc độ tính toán và yêu cầu năng
ỉưựng khác nhau. Thêm vào đó, nhiều loại nút “Môi trường thông minh" từ nhiều nhà
sàn xuất khác nhau có the tham gia vào mạng ad-hoc, do đó kiến trúc hệ thông phải rât
thích ửrtiỉ đưực tình trạnti hồn tạp này.
làm điêm cua lĩnh vục "Mòi trtrừnsỉ ihỏuụ minh" là các khuntì phát trièn các
hệ thõiu nhạv cám với neữ cảnh (context awareness). Bãt dâu từ các nghiên cứu cua
Broun I 4 Ị \ á Pascoe [231. một so kièn trúc sau dó dược đưa ra dê cỏ the xây tlựnạ các
lu tlìõn-I nhạ\ cam nuù canh nhu' Sticlv-e note |36Ị. Context IOolkit y]. ( OBr \
|(iỊ 11 \ Í.1 roi»cn c (»II t cx t-1- ra 111 C‘\\ <) I'k l>|.

Information Servers Semantic Web &
(F»tiu«iv
Scner. ,
0
,
1
.
W e b S e rv ic e s D a t a b a s e '
VjfooGfetc.) iP C r . ::*AKl *Oil A OiVLi (-MySQL) :
® X ị - v ị v I ' ê ’ ì? ì ’W
S n u u i * 5 S e n w n Envsronmertt Sensort i i i v t r !i la t'jjf! Scfisoii
■(Rad<o frequency laentiftcatjoo) (Xiiiũủo s Xlũ uxỉatóoqy) ÍU« Í R**J, SnaftCafa etc )
H ìn h 2. K iê n trú c bậc ca 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
"Active Badae” phát triển bởi Olivetti Research Ltd. [33Ị. cỏ kha nãnii dựa trên thôns
tin ngữ cánh vê vị trí cua người dùng đê chuyên tiếp các cuộc gọi diện thoại. 1 lệ thông
PARC' I AB [33] phát triến hởi Xerox PARC la một hộ thoim iươim tự khác dè hỗ trự
định vị các tài imuvèn trona mỏi trường vãn phòim. Ị lệ thôníỉ Cvberouide [20] dược
phát niên tại Geortiia Institute of Technoloev như là một hệ thong hướniì dẫn du lịch
di dộn^ chu khách du lịch. Dụ án lYọịcci cua MI 1 ị sỊ là một dụ án khác với
mục liêu biòn các ciao tiòp với máv tính tro' nèn ụr nliicn như các hoại độuu tluròna,

10
imàv cua cun nuuới (hít thử klíông khi). I)ự án Aware I Ionic Ị 171 tại Georgia Institute
of Technology phát trien Context 1 uolkii dỏ chơ plicp mỏi iruừng ờ lại nhà có thê hièu
dược niũr cánh vê nhừnụ người tronụ, nhà, dặc biộl là người lỏn tuôi. Ngoài ra, còn có
rất nhiều hệ ihổnụ, khác ứng dụna, các còrtii ne,hộ "Mỏi trường thông minh” trona, văn
phone,, cưa hàng, khách sạn, báo tàm>, v.v.
3 Các nghiên cứu về hệ phát triên môi trườ ng thông minh
3.1 Mô hình phân tán của kiến trúc phần cúng
Kiến trúc phần cứng của một hệ thống môi trường thông minh được xem là các
thiết bị cám ứng, các thiết bị xứ lí thông tin, đưa ra quyết định và hỗ trự người dùng.
Đặc điểm chung cua các thiết bị này là có thé hoạt động độc lập mà không cần đen sự
tác động của con người. Tùy vào từng ứng dụng cụ thể, và mức độ phát triển của phần
cứng mà các cách kết hựp chúng lại để tạo thành một hệ thống môi trường thông
minh. Trong sổ đó, các thiết bị cám ứng là một lớp các loại thiết bị đặc biệt có nhiệm
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.
Một trong những mô hình phân tán được nghiên cứu được quan tâm là mô hình
cùa các thiết bị cảm ứng không dây ( Wireless Sensor Network - WSN). Các thiết bị
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.
Mục đích chính cua một hệ thông WSN tron'4 môi trưừníỉ thông minh là truyên
các dữ liệu bàng các tín hiệu đốn các thiết bị có nhiệm vụ XU' lí. Các dừ liệu náy có thê
chi được thu thập trong một khỏrm uian nhỏ bé như phòng. làm việc, nhung cũng có

thê là từ các thiết bị cầm ta\ nilII’ diện llioại di dộng di chuyên trong; một khoang
không uian rộng. Một trong nhũng veil tỏ quan trọriiì cân tính đèn cua một hệ thông
WSN là \èu to ti Ốt kiệm nân tỉ lượn ti. Vì các thiết bị không dày không: có các nguỏn
ciu\!i cap nằng I trọn lì tlurừnii XUVÔIÌ. hon nữa việc imvèn I hỏn lì till bũnụ tín hiệu lùn
11
nhiêu năn tí, luyiiu, hon cách iruyèn ilìỏrio theo các dây nôi. Rõ ràn'4 là nêu một hệ
lliòntì \VSN yêu câu việc cunu cãp 11 ãntị iuựim mồi tmùy là khỏnụ thê áp dụnu, irong
tricn khai các úng dụng chơ mỏi trườnti thông minh. \'ì ill>3 các ihiỏt kè cùa \VSN dều
phái tính đèn tính chàt quan trọng này, đê cỏ thê dạt duợc mức hiệu quá cao nhất có
Các nghiên cứu mô hình phân tán của được chia là hai lurứntí, chính: hưứim
nghiên cứu càu trúc sắp đặt của các thành phần và hưỏTiiỉ, nghiên cứu phương thức
giao liẻp không dà) giữa các thành phần trong hệ thống,.
3.1.1 Cau trúc cua các thành phần trong một hệ thống \VSN
Trong các ứne dụng cua môi trường thỏny, minh, thi việc có một cấu trúc tối ưu
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 dạng 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 sao thường được dùng ờ các ứng dụng thiết kế các mạng theo dõi sức khoẽ cùa
con người (Body Area Networks - BAN).
-Li
□
11 lu ll 3. ( âu ĩ I III m a il” <I.Ill'4 sao \ úi (i (h u ll
Càu irủe dạn Li lưới I Hình 4) được tạo hoi lù' các lliiẽt bị dược nôi với nhau hãnu

một số kết nòi. ['hòim tluròìm các thiêt bị nú\ iiom có: pin. bộ phàn tmyèn tín hiệu,
chip di oil khiên. Các thiết bị trontí cấu trúc dạn LI lưới hoạt dộnti như một hộ chuyên
thỏim tin uửi và tihận thônụ tin tù' các thiết bị khác hoặc cốnti ra (dược đánh dấu ti
tròn hình vẽ). Các mạim lự càu trúc cỏ kha năng tự lìm đưừnti di lỏi ưu khi chuyên
thỏnsỉ, tin từ một dinh này dôti một dinh khác. Hệ thônii sẽ không bị mât tính liên
thông khi có một vài đinh không hoạt độn£. I lơn nữa, dè úôt kiệm năng lượng thì các
thiết bị đều đưực thiết kế với cơ che ngủ khi không nhận hoặc truyền thông tin.
X >, / '
0 , K V
( 8J
í. ì
S ) ỷ r 1 )
0 ffc 0
0 ỷ
® ^
■1) - ỉ ) .
V X ' ,.r
ứ ) \£>
M in h 4. C â u trú c n iạ n g ilạ u g 111 ỏi
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
tiếp tiết kiệm năng lượng và chi yêu cầu trong một khoang cách nhở. Các cône, nghệ
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
riêng tại các đỉnh của hệ thong WSN.
Phương thức giao tiếp IEEE 802.15.4 được đề cập đến với mục đích đề xuất
các thiết kế cho tầng vật lí và tầng MAC có thế đáp ứnti yêu cầu truyền dừ liệu nhỏ
trong một khoảng cách xác định thông qua các kết nối không dây cho các thiểt bị cân
sử dụniỉ ít năns lượnII. Các đặc ta tron” !H:H 802.15.4 can thiệp vào các tâng vật lí và
tầng liên kết dữ liệu (Data Link Layer - DLL). Các phương thức ơ các tầng cao hơn

được phát triển cụ thê tuv theo các yêu cầu cùa Ún tỉ dụne.
\YSN cho phép triên khai rỘHiỉ các lliiếl bị cam ímu \ ao mùi irưừim dò quan sát
sự ihuy đòi. U n2 , đụtm cua hệ thống \\ SN troim mỏi iruònii tliònu minh ràt rộnii rãi.
Bao iiôin các lĩnh vực như quan sát và diêu khiên tụ dộng tronu cõiiii naliiộp . các hệ
thôn" nhà thỏnu minh vù báo mật. hệ thỏna theo dùi mùi iruờnu tụ nhiên, các thiêt bị
ưiao tièp tự nhiên với con nmrời. hoặc là hệ tlìône theo dõi sức khoe.
] 1
ó một mÚL độ nào dàv, các im li dựim mô hình phân lán cua VVSN có thè đáp
ứng dược một sỏ tính cliât cùa mòi tỉ'U'ừng thòng minh, l uy nhiên một hệ thống môi
trirờiiii thông minh cũng đồi hỏi các yêu cầu như: giao tiếp thân thiện với ngưới sử
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
nhiêu nhât có the. Với các yêu cầu loại này thì W SN không thẻ đáp ứna được vì
nhưng giới hạn về kha năng xử lí thông tin cũng như năng lưựng của các thiết bị. Do
dó. thông thường hệ thống VVSN sè đóng vai trò [à nền táng phần cứng thu thập các dữ
liệu về ngữ cành và truyền thông tin về cho các mô-đun khác đóng vai trò xử lí thông
tin. Các mô-đun này sẽ là các chương trình thực hiện các thao tác như xứ lí dừ liệu,
nhận dạng ngữ cảnh, đưa ra các quyết định hoặc là thông báo cho người dùng.
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 được coi như là một thực thể độc lập cung
cấp các dịch vụ (service) trong một hệ thống môi trường thông minh. Các dịch vụ này
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
các thiết bị (bat, tat Y V), mặt khác sẽ có các dịch vụ có kha năng xử li dữ liệu, nhận
(ÌỊinn nuũ' canh Y V OSGI cung cap phương tiện đỏ các bundles cỏ thê dề dàng trao
dôi thònii tin với nhau qua các plũrơim thúc ììiau licp. Một troim nhừiìLi dặc diêm nôi
bật là kha năim dán LI ki cua các handles với hộ tliòne. rhòiiỊ! quu caclì llìức nùv. (JSC.il
cho phép các hmĩdỉcs \êu càu các địch vụ càn iliicl dê nó sir dụnti. cùn li như cho phép
nó dãim ki các dịch \ ụ ma nó ainií cáp cho cuc buihlic.s khác iroiìL! hệ ihỏnu.
3.2 Mô limit ptiân lán dim trên kiên (rúc phân niêm
! ServiceA ị ServiceC
Cp : cD
£ I ServiceB •*
Q. ị ■ '* 9 ;
CD I CO
> 1 p X isd 2 reir^ve cu
Service Registry
OSGi Framework
5 - . , • •
lli n h 5. C á c b u ó c đ ã n g ký d ịc h vụ cu a O S G I
Một trong những hệ thống nhà thông minh dược phát triền với nền táng OSGI
l à hệ thông Gator Tech Smart Mouse. Kiến trúc cùa toàn bộ hệ thống dược mô ta ư
llinh 6. OSGI có vai trò chính de liên lạc giữa các thành phần của hệ thống. Gồm có
các thiết bị cám ứng ở tầng dưới cùng, các tầng xứ lí thông tin ngừ cánh, các tầng kiến
thức về ngữ cành, đưa ra các quyết định hỗ trợ người sử dụng. Đầu tiên các thiết bị sẽ
dưực kết nối trực tiếp với kiến trúc OSCrl để đăng kí với hệ thống. Sau đó, các ứng
dụng khác sẽ được phát triển trên kiến trúc OSGI để lấy các thông Ún từ môi trường,
xử lí và đưa ra quyết định hồ trợ người sử dụng. Với kiến trúc OSGI, việc phát triên
phần cứng (thiết bị) và phần mềm (ứng dụng) có thể được thực hiện riêng rẽ. Đồng

thời hẻ thống nhà thông minh cũng có thể dề dàng triển khai trong thực tế hơn.
15
A jp iic .it on
I ' , Mi J
(Jevaiopmart
Contax! manage mem
fayar
Context aeiection
ăfltí iiiiifltenafict
#ng;nt
ầ pOậ 0
'■ Ặx/ệo ' \»
X
X Context
graphs
i m
service lays
Service
I
Ssr.iCi
SéíVicỂ
< »
Sarvice StíívtCỂ Servca Service gjr^
w
SfifViw Service Si/Vice
\ ':*r'uZiS
osạtMMHk
!
Knowledge layer
Sifwcs f=9l>tfiit!QD

S<i'Vittf diicoveiy
Rwsanifiy
engine
Knowing*
dM service
serraruics
Sensor platform
layer
OSGi servics
Dundee det.rotion
Senso:, actudluf
f.ftrWe
OSGr Sifvtce
Bundle definition,
Senic'.'actu&Gf
QSGi servsca
Cunjle jefmition
OSGi Service
Dv>r.ai€ deflation
Physical Sensor, acỉtđtor
layec layer
Ẳ
Sensor
Physical world lay i t
Actuator
w
Sensjr.actwior
Appia n ;es' 34VIC e S/Qfc fỂC • s
11 ill li 6. 1)11« d im ” ()S (. I tr o n g liệ th o n g n h à th ô n g m inh G a t o r
3.2.2 Mô hình đa tác tú

Mô hình da tác tử (multi-agent) được ứng dụng rộng rãi trong các ứng dụng có
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
triừne. thu dược tù' các cam ÚTta,, hình ánh. âm thành, các dịch vụ cỏ thè Cling cáp chu
naưừi sư dụng. Mô hình đa tác tư cho phép kết hợp các thùnu tin nàv tạo thành các
therm tin ntũr ntỉhĩa tônẹ hợp. Mặt khác, các tính chat khác cua mõ hình da tác tứ, tự
độ na và kha năiìíỉ mở rộniì CÙI1LL cân tlìiêt cho các ứnu dụnti cua mòi trườnti thỏnu
minh.
báng thôim uiao tièp và cho phép sử dụng nhĩmg dặc tính khác nhau của các thièt
bị. c'hình sự ton lại cua các thiết bị di dộng, sự di chuyến của niỊirừi dùng tronụ
mòi trường và sir san có cua ràt nhiêu ứng dụng khác nhau mà việc thay đỏi cua
giao diện người dùng từ thièt bị này sane, ihièi bị khác là yêu câu lãt yỏu trong
tương tác (Hình 8).
II m il 8. í. ia o d iện Iigirù i li ù II« có tliê p h ân p liô i (|ii;i n liiẽ u tliiê t l)i tu o iiíỊ (lie và liê u tục tlu ụ c d ô n g b ộ hóa
• Du phương thúc (modality): Mục liêu cua giao diện người dùng da phương thức
là đê cung cấp phương thức tương tác phù họp nhất cho 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
khiến bằng tay mà bằng giọng nói hay cứ chi (I linh 9).
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, cám b iê n , và iliệti bộ
• Khu năniị chiu sè (sliareubility) : sự cỏ mặt done thòi cua nhiều nsưừi dùnti trong

môi trường dan tới yêu can về việc chia se các ihỏiiii tin, ứng dụniì và nguôn tài
nmivèn (ví dụ như diêu khiên ánh sánii vá nhiệt dụ cua một phÒHLỉ. nhữtm hoạch
dinh vê ntiUÒn tài nuuvèn dùnti chuiiìi và cỏim việc hụp lác). Nliũim ứiiiì dụnii lìô
trợ nnười dùntỊ một cách tuan lự hoặc doim thòi băn
Li cách cuiva càp các thánh
phan duiiv.Ị troiiLi cÚl' Lìiai' diện dưọc chia sc. Các lliicl bị \ uo ca nhan cua nuưòi
điuiLĩ CÓ the nhận ra diêu Itàv khi kêt nôi lới IUỘI ứ nu, dụng dưn lé nào hoặc thông
qua các imuồn tương tác chia sè. Mình 10 Itiinh hoạ hai người dùng sứ dụng một
ửniỊ dụnt> dồim thời. Ntiirời dùnti ờ các vị trí khác nhau cũ nu có thể dang sứ dụng
các ử nu dụm; dược chia sc thông qua sự lập lại cua ngữ canh ớ nhiêu vị trí. Trong
trườim hợp nàv, mỗi người dùnạ, vần có sự tưưnu, tác và không gian thông tin cá
nhãn riêng, chi nhũnu, thông tin dược lựa chọn mới dược trình chiếu cho người
dùng khác, l ính năng chia sè cho phép nàng cao khá năng sư dụng hợp tác cùa các
ứne dụng (Hình 10).
Hình 10. Ilai nguòi dùng chia se các úng dụng
• Khá nũng liọp nhất vù l<lm Iiũng liên vận hành (mergability aml
interoperability) cùa các ứng dụng khác nhau là kha năng một giao diện người
dùng được kết hợp lại hoặc là một phần hoặc toàn phần với một giao diện người
dùng khác dê tạo nên một khung nhìn mới (Hình 11).
I lm li II. (ii; io (liệu C I I ;i n^ttiVi p h ụ I I fill fill (lunv nlitm ii 11 o iiìi tỉiô iiu m "i tlicu U liiè u 'liệ u cu.ỉ NỤ
tu(»11 ti ỉ;u
19
Những dặc tính này dược SU' dung dè đátilì 12,1 á tính kha thi cúa các ứiiỊ’ dụng
troim mủi trường tliôna minh. Dựa irên năm dặc tính này, (Ị,iao diện timrừi dùnụ khãp
mọi noi (ubiquitous user interface- UUJ) sẽ đáp ứng dược những thử thách tương tác
trone, môi trường thùng minh. Lí lĩ Is là các giao diện ngưừi dùng hỗ trự những câu
hình về khá năng biến hình, phàn phoi, da phưưnu thức, chia sè, hợp nhất và sự thay
đỏi của càu hỉnh này theo nu,ũ' canh cùa người dùng khi vận hành.
3.3.1 Mô lùrili giao diện IIỊ4UỎĨ đùn”
Mỏ hình giao diện gồm các mô hình con và mối quan hệ giữa chúng. Mô hình

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
nghĩa cua sự tương tác trừu tượng dộc lập vói phương thức và sự tinh chình cùa nó
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 ■' ?. Cs~ <" V “fi'f iifSv /
Đàu váo từ
người dùng
Đâu ra hệ thòng
I I