(Luận văn thạc sĩ) nghiên cứu phát triển ứng dụng nhận biết ngữ cảnh trong môi trường tính toán nhân rộng

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

NGUYỄN THỊ NHƢ

NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN ỨNG DỤNG
NHẬN BIẾT NGỮ CẢNH TRONG MƠI
TRƢỜNG TÍNH TỐN NHÂN RỘNG

Ngành:

Cơng nghệ thơng tin

Chun ngành:

Cơng nghệ phần mềm

Mã số:

60 48 10

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ
THÔNG TIN

Hà Nội – 2012


3

MỤC LỤC
Trang phụ bìa ............................................................................................... 1

Lời cam đoan ......................................................................................................... 1
MỤC LỤC ............................................................................................................. 3
Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt ................................................................ 6
Danh mục bảng ...................................................................................................... 7
Danh mục hình vẽ .................................................................................................. 8
MỞ ĐẦU ................................................................................................................ 9
Chương 1: Tổng quan ........................................................................................... 9
1.1 Mơi trường tính tốn nhân rộng ...................................................................... 9
1.1.1 Đặc điểm .................................................................................................. 9
1.1.2 Cơ hội và thách thức .............................................................................. 10
1.1.2.1 Cơ hội .............................................................................................. 10
1.1.2.2 Thách thức........................................................................................ 11
1.2 Ngữ cảnh ...................................................................................................... 12
1.2.1 Các định nghĩa về ngữ cảnh ................................................................... 13
1.2.2 Các đặc trưng của thông tin ngữ cảnh.................................................... 16
1.2.3 Phân loại các hạng mục ngữ cảnh .......................................................... 18
1.2.4 Mơ hình làm việc cho ngữ cảnh .............................................................. 20
1.3 Nhận biết ngữ cảnh....................................................................................... 21
1.3.1 Xu thế nhận biết ngữ cảnh và lợi ích trong tính tốn nhân rộng ............. 21
1.3.2 Nhận biết ngữ cảnh là gì? ...................................................................... 22
1.3.3 Tính tốn nhận biết ngữ cảnh ................................................................. 23
Chương 2. Biểu diễn và mơ hình hóa ngữ cảnh ................................................. 25
2.1. Các u cầu của mơ hình thơng tin ngữ cảnh ............................................... 25
2.1.1 Tính khơng đồng nhất và di động (Heterogeneity and mobility) ............. 26
2.1.2 Các mối quan hệ và sự phụ thuộc (Relationships and dependencies) ..... 26
2.1.3 Thời điểm (Timeliness) ........................................................................... 26
2.1.4 Khơng hồn hảo (Imperfection) .............................................................. 26
2.1.5 Lập luận (reasoning) .............................................................................. 27
2.1.6 Tính sử dụng được của các hình thức mơ hình hóa (Usability of
modelling formalisms) ..................................................................................... 27

2.1.7 Dữ liệu ngữ cảnh hiệu quả (Efficient context provisioning) .................... 27
2.2 Các cách tiếp cận mơ hình hóa ngữ cảnh ...................................................... 28
2.2.1 Các mơ hình Giá trị - thuộc tính và Lược đồ đánh dấu (MarkupScheme) ........................................................................................................... 28


4
2.2.2 Các mơ hình thơng tin ngữ cảnh dựa vai trò các đối tượng (Objectrole Context Modelling) .................................................................................. 28
2.2.2.1 Tổng quan CML .............................................................................. 29
2.2.2.2 Hỗ trợ lập luận.................................................................................. 30
2.2.2.3 Đánh giá ........................................................................................... 31
2.2.3 Các mơ hình khơng gian của thơng tin ngữ cảnh .................................... 32
2.2.3.1 Mơ hình thơng tin ngữ cảnh.............................................................. 32
2.2.3.2 Hỗ trợ lập luận.................................................................................. 34
2.2.3.3Đánh giá ............................................................................................ 34
2.2.4 Các mơ hình thơng tin ngữ cảnh dựa bản thể học (Ontology-based
Context Modelling) ......................................................................................... 35
2.2.4.1 Mơ hình thơng tin ngữ cảnh.............................................................. 35
2.2.4.2 Hỗ trợ lập luận.................................................................................. 37
2.2.4.3 Đánh giá ........................................................................................... 38
2.2.5 Các mơ hình ngữ cảnh lai....................................................................... 38
2.2.5.1 Tại sao các mơ hình lai là cần thiết ................................................... 38
2.2.5.2 Hai cách tiếp cận theo hướng lai ....................................................... 40
2.2.5.2.1 Mơ hình lai dựa sự kiện/ontology .................................................. 40
2.2.5.2.2 Mơ hình kết hợp lỏng lẻo giữa markup-based/ontological ............. 40
2.2.5.2.3 Hướng tới một mô hình lai phân cấp.............................................. 41
Chương 3. Ứng dụng nhận biết ngữ cảnh và chương trình minh họa.............. 44
3.1 Kiến trúc và phong cách kiến trúc hệ thống .................................................. 44
3.1.1 Một số kiến trúc...................................................................................... 45
3.1.2 Tiêu chí đánh giá kiến trúc theo mức phát triển của ứng dụng nhận
biết ngữ cảnh .................................................................................................. 47

3.2 Các thành phần trong hệ thống ..................................................................... 48
3.2.1 Context supplier ..................................................................................... 49
3.2.2 Context comsumer (bộ tiêu dùng ngữ cảnh) ........................................... 49
3.2.3 Context Abstractor (bộ trừu tượng ngữ cảnh) ......................................... 49
3.3 Các cơng việc cần thiết cho tính tốn nhận biết ngữ cảnh ............................. 50
3.3.1 Các cơ chế thu hồi và cảm ngữ cảnh ...................................................... 50
3.4 Ứng dụng minh họa ...................................................................................... 52
Xây dựng tiện ích tìm kiếm qn cà phê theo ngữ cảnh tích hợp trên
Smartphone Android: “Coffee Context Search” ............................................... 52
3.4.1 Giới thiệu về hệ điều hành Android ..................................................... 52
3.4.1.1 Android là gì?................................................................................... 52
3.4.1.2 Kiến trúc Android............................................................................. 53


5
3.4.1.3 Công cụ phát triển phần mềm Android (Android SDK) .................... 54
3.4.1 Xác định kịch bản và ngữ cảnh sử dụng trong hệ thống ...................... 56
3.4.2.1 Kịch bản sử dụng.............................................................................. 56
3.4.2.2 Xác định ngữ cảnh và mơ hình hóa ................................................... 56
3.4.3 Mơ hình kiến trúc hệ thống ..................................................................... 57
3.4.4 Cài đặt ứng dụng .................................................................................... 58
3.4.4.1 Xây dựng các modul ......................................................................... 59
3.4.2.2 Modul Tìm kiếm .............................................................................. 60
3.4.2.3 Modul Kết quả.................................................................................. 60
Kết luận và hướng phát triển.............................................................................. 62
Tài liệu tham khảo .............................................................................................. 64


6

Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt
Thuật ngữ,chữ viết tắt
API

Giải thích
Application Programming Interface

CML

Context Modeling Language

GPS

Global Positioning System

ORM

Object Role Modeling

OWL

Ontology Web Language

PDA

Personal Digital Asistant

RDF

Resource Description Framework

SDK

Software Development Kit

WGS

World Geodetic System

CC/PP

Composite Capabilies/ Preference Profile


7

Danh mục bảng
Bảng 1. Các thuộc tính đặc trưng của ngữ cảnh ..................................................... 18
Bảng 2. Phân loại các chiều của ngữ cảnh ............................................................. 19
Bảng 3. Các giá trị của sự kiện “located at” ........................................................... 31
Bảng 4.Tổng kết các kiến trúc ............................................................................... 47


8

Danh mục hình vẽ
Hình 1.1 Mơ hình ngữ cảnh ................................................................................... 16
Hinh 1.2 Kiến trúc quản lý ngữ cảnh mức cao ....................................................... 16
Hình 1.3 Tổng quan các hạng mục ngữ cảnh ......................................................... 20
Hình 1.4 Khơng gian đặc tính ngữ cảnh ................................................................ 21

Hình 2.1. Vị trí của mơ hình ngữ cảnh trong hệ thống nhận biết ngữ cảnh ............ 25
Hình 2.2 Một ví dụ về mơ hình biểu diễn ngữ cảnh với CML ............................... 30
Hình 2.3 Framework đa lớp ................................................................................... 42
Hình 3.1 Các thành phần hệ thống nhận biết ngữ cảnh .......................................... 49
Hình 3.2 Thu hồi ngữ cảnh .................................................................................... 50
Hình 3.3 Phát hiện ngữ cảnh ................................................................................. 51
Hình 3.4 Cấu trúc diễn giải ngữ cảnh .................................................................... 52
Hình 3.5 Kiến trúc Android ................................................................................... 53
Hình 3.6 Mơ hình hóa ngữ cảnh hệ thống .............................................................. 57
Hình 3.7 Mơ hình kiến trúc hệ thống ..................................................................... 58
HÌnh 3.8 Giao diện giả lập Android....................................................................... 59
Hình 3.9 Giao diện nhập thơng tin qn cà phê ..................................................... 60
Hình 3.10 Giao diện tìm kiếm ............................................................................... 60
Hình 3.11 Giao diện hiển thị kết quả tìm kiếm ...................................................... 61


9

MỞ ĐẦU
Chương 1: Tổng quan
1.1 Mơi trường tính tốn nhân rộng
Máy tính đã được nâng tầm vượt xa máy tính để bàn và phát triển thành
nhiều thành phần của cuộc sống hàng ngày. Và với sự biến đổi không ngừng của
công nghệ, các thiết bị nhỏ gọn, di động xâm nhập trong hầu hết các lĩnh vực
của đời sống. Do đói mơi trường tính tốn mọi nơi/nhân rộng được hiểu chung
là các môi trường với ngữ cảnh luôn biến động làm thay đổi hành vi và cách
hành xử của con người và hệ thống trong mơi trường đó. Tính tốn mọi nơi là
một kiểu tính tốn trong ngữ cảnh: nó xảy ra trong các tình huống của thế giới
thực. Cho đến nay hầu hết các nghiên cứu mà đặc biệt là trong lĩnh vực tính tốn
di động chủ yếu tập trung giúp cho việc sử dụng của các thiết bị máy tính là

trong suốt, độc lập với mơi trường. Nỗ lực nghiên cứu là khai thác ngữ cảnh.
Trong đó các nghiên cứu báo cáo đang kiểm nghiệm các vấn đề: ngữ cảnh được
thu thập, phân tán và sử dụng như thế nào, nó thay đổi tương tác người máy
trong mơi trường tính tốn nhân rộng ra sao. Các cơng nghệ cảm nhận cụ thể
như các cảm biến vật lý mức thấp và các kỹ thuật nhận thức được đánh giá và
giá trị của chúng cung cấp ngữ cảnh trong các hệ thống tính tốn mọi nơi được
phân tích.
Các thiết bị ngày nay thường được sử dụng trong các môi trường ln
nhiều biến đổi và chúng thích ứng vẫn chưa được tốt lắm theo những thay đổi
này. Một giả thiết rằng một số các nhà nghiên cứu tính tốn mọi nơi để giúp các
thiết bị và các ứng dụng thích ứng một cách tự động với sự thay đổi của môi
trường vật lý xung quanh chúng và các môi trường điện từ dẫn tới việc nâng cao
kinh nghiệm của người dùng.
Thông tin trong các môi trường vật lý và điện tử tạo ra ngữ cảnh cho
tương tác giữa con người và các dịch vụ tính tốn. Như vậy ngữ cảnh là các
thơng tin đặc trưng cho một tình huống có liên quan tới tương tác giữa người
dùng, ứng dụng và môi trường xung quanh. Hoạt động nghiên cứu đang phát
triển với tính tốn nhân rộng sẽ giải quyết các thách thức của tính tốn nhận biết
ngữ cảnh. Việc hiểu và điều khiển ngữ cảnh và xử lý nó như một đầu vào rõ
ràng ảnh hướng lớn đến hành vi của một ứng dụng.
1.1.1 Đặc điểm
Các mơi trường tính tốn hiện thời được đặc trưng bởi tính di động của
người dùng và sự khơng đồng nhất của các thiết bị tính tốn và mạng, ngữ cảnh
của các ứng dụng có thể thay đổi (kiểu mạng, chất lượng dịch vụ, sở thích người
dùng, lượng pin của thiết bị tính tốn). Do vậy, chúng cần hiểu ngữ cảnh và có


10
thể điều chỉnh hành vi theo các thay đổi của ngữ cảnh. Để giải quyết các thách
thức đang ngày càng tăng của việc xây dựng các ứng dụng cảm ngữ cảnh có tính

linh động.
Có rất nhiều nỗ lực nghiên cứu cụ thể để ứng dụng các cơng nghệ tính
tốn nhân rộng ở thế giới thực. Thực tế, khía cạnh quan trọng nhất trong mơi
trường tính tốn nhân rộng khơng phải là cơng nghệ của chính nó nhưng cách nó
được sử dụng và thông qua thế giới thực như nào mới là đáng nói.
Các ứng dụng thơng tin di động được sử dụng ngày càng nhiều với các tình
huống và vị trí khác nhau tạo nên các yêu cầu mới với các phương thức tương
tác của chúng. Khi tình huống, vị trí, hành động của người dùng thay đổi, chức
năng của các thiết bị nên thích ứng với những thay đổi này.
Đặc điểm chính của các thiết bị trong các hệ thống tính tốn nhân rộng là
sự nhận biết ngữ cảnh của chúng để cho phép chúng cung cấp các dịch vụ thích
ứng một cách chủ động tới người dùng và tới các ứng dụng theo ngữ cảnh toàn
cục.
1.1.2 Cơ hội và thách thức
1.1.2.1 Cơ hội
Hầu hết chúng ta vẫn quen gắn thuật ngữ máy tính với một chiếc máy tính
để bản và màn hình sử dụng của nó. Tuy nhiên trong cuộc sống ngày nay rất
nhiều người sử dụng các cơng cụ tính tốn hay ít nhất là các kỹ thuật tính tốn
như các bộ xử lý và các bộ điều khiển rất nhỏ bé mà không hề liên quan gì đến
máy tính. Các thiết bị như điện thoại di động, thiết bị nghe nhạc MP3, Tivi và
máy giặt…đều sử dụng các cơng nghệ tính tốn và xử lý. Nhưng đại đa số mọi
người vẫn coi chiếc Tivi của họ chỉ là một chiếc tivi đơn thuần mà khơng có liên
quan gì tới máy tính mà thực chất nó cũng chính là một chiếc máy tính chỉ có
điều giao diện sử dụng thì hồn tồn khác [2]. Tương tác trong thế giới thực
được đúc rút từ rất lâu và tri thức về cách hành xử với môi trường xảy ra hang
ngày trong cuộc sống đời thường. Tri thức này cho phép hành xử một cách
thơng minh, ví dụ như khả năng dự đoán các phản xạ với một số hành
động…Trong mơi trường tính tốn mọi nơi/nhân rộng, thế giới thực trở thành
một phần của máy tính và của giao diện người dùng, sự mong chờ của người
dùng với hệ thống cũng được mở rộng dựa trên kinh nghiệm về các tương tác

trong thế giới thực. Tuy nhiên, người thiết kế vẫn thoải mái khi tạo các xử lý
tương tác trong hệ thống. Nhận biết ngữ cảnh trở thành một kỹ thuật hữu ích cơ
bản đối với tính tốn mọi nơi/nhân rộng và là yếu tố chính khi tạo các thiết bị
tính tốn ẩn giấu và biến mất theo nghĩa là với người dùng. Thuật ngữ “nhận


11
biết ngữ cảnh” không chỉ là cung cấp thông tin ngữ cảnh mà nó địi hỏi phải hiểu
ngữ cảnh và hiểu một cách thống nhất về một tình huống nào đó.
1.1.2.2 Thách thức
Tính tốn nhân rộng đem lại những thách thức thiết kế mới địi hỏi sự
phát triển nhanh chóng của kỹ nghệ phần mềm. Nhận biết ngữ cảnh thường cần
một giải pháp với đáp ứng các thách thức như giúp cho các ứng dụng đảm bảo
tính linh hoạt và tính tự trị. Các ứng dụng nhận biết ngữ cảnh thường khai thác
các thông tin về ngữ cảnh như: vị trí, nhiệm vụ và sở thích của người dụng để
thích ứng với hành vi trong khả năng thay đổi môi trường thực thi và các yêu
cầu người dùng. Thông tin này được tích hợp từ các cảm biến hoặc từ người
dùng. Rõ ràng, các ứng dụng nhận biết ngữ cảnh phải được phát triển với một
một sự thấu hiểu về các vấn đề nội tại khi tích hợp thơng tin ngữ cảnh.
Nếu ngữ cảnh chỉ đơn giản là vị trí thì việc có thể hiểu và nhận biết khơng
lấy gì làm khó khăn cho các hệ thống. Tuy nhiên, trong nhiều trường hợp việc
nhận biết này còn dựa trên các thơng tin khác vượt xa cả vị trí, và do đó sự phức
tạp bắt đầu nảy sinh. Các thách thức trong tính tốn nhận biết ngữ cảnh:
- Phải hiểu khái niệm ngữ cảnh
Ngữ cảnh đó là gì và nó liên quan tới các tình huống trong thế giới thực như thế
nào? Trong khi đó chúng ta vẫn chưa có một hiểu biết thật rõ ràng và cơ bản về
thuật ngữ “các ngữ cảnh liên quan tới các tình huống như nào” và thông tin ngữ
cảnh chung được sử dụng để hỗ trợ nâng cao các ứng dụng ra sao. Vấn đề này
cũng đi kèm câu hỏi biểu diễn ngữ cảnh theo một cách chung nhất như nào?
- Sử dụng ngữ cảnh như nào?

- Thu hồi ngữ cảnh như thế nào?
Thu hồi ngữ cảnh là yêu cầu đầu tiên cho bất kỳ hệ thống nhận biết ngữ cảnh
nào. Nhìn chung, việc lấy ngữ cảnh có thể xem như là q trình xử lý trong đó
tình huống thực trong thế giới được nắm bắt, các đặc tính hữu ích được xem xét
đánh giá và một biểu diễn trừu tượng được tạo, sau đó nó được cung cấp tới các
thành phần trong hệ thống với những mục đích sử dụng cao hơn. Các cách tiếp
cận thu hồi ngữ cảnh thì rất đa dạng như: lần vết vị trí, các hệ thống cảm biến và
cả các cách tiếp cận mang tính chất dự đốn như mơ hình hóa người dùng và
hành vi của họ…
- Kết nối ngữ cảnh thu được với ngữ cảnh sử dụng
Trong một hệ thống nhận biết vị trí, mối quan hệ giữa thu hồi ngữ cảnh và sử
dụng ngữ cảnh là rất gần, hầu hết các cảm biến vị trí được nạp vào các thiết bị
định vị. Trong trường hợp này, biểu diễn ngữ cảnh cũng là giữa các thành phần.
Trong môi trường chung hơn, ngữ cảnh sử dụng và ngữ cảnh thu hồi được phân


12
tán. Ở đây, khó khăn thể hiện ở hai điểm: vượt quá khả năng phân tán bởi các
thành phần mạng và tích hợp để biểu diễn với đa thành phần.
- Hiểu tác động trên tương tác người máy
Khi các thệ thống nhận biết ngữ cảnh thì hành vi của chúng là độc lập với ngữ
cảnh được dùng hoặc tình huống chung được dùng. Mục tiêu chung là tạo cho
các hệ thống theo cách có thể hành xử như được biết trước bởi người dùng. Tuy
nhiên trong đời sống thực, điều này gây nên các vấn đề phức tạp, cụ thể như nếu
hệ thống hành xử khác với mong đợi của người dùng. Hai tiêu chí là “người
dùng có thể hiểu hệ thống và hành vi của nó như nào” và “người dùng điều
khiển hệ thống như thế nào?”
- Hỗ trợ xây dựng các hệ thống nhận biết ngữ cảnh mọi nơi/nhân rộng
Nhận biết ngữ cảnh là một kỹ thuật hữu ích cho các hệ thống tính toán nhân
rộng và do đó đây là yêu cầu chung khi hiện thực các hệ thống như vậy. Để xây

dựng các mơi trường tính tốn nhân rộng một cách hiệu quả thì chúng ta cần
phải cung cấp hỗ trợ để xây dựng các ứng dụng nhận biết ngữ cảnh. Đó là việc
cung cấp các kỹ thuật thu hồi ngữ cảnh, cung cấp ngữ cảnh và sử dụng ngữ
cảnh…
- Đánh giá hệ thống nhận biết ngữ cảnh
Vì các hệ thống nhận biết ngữ cảnh được sử dụng trong một ngữ cảnh nhất định
nên việc đánh giá chính nó cũng địi hỏi phải được thực hiện trong ngữ cảnh đó.
Trong trường hợp này, chức năng khơng chỉ sẵn có và hữu ích trong một ngữ
cảnh chắc chắn mà nó cịn được u cầu tạo hay mơ phỏng một tình huống cụ
thể với các kết quả trong ngữ cảnh mong muốn để đánh giá hệ thống. Tuy nhiên,
tình huống và ngữ cảnh cụ thể ấy cũng phải phù hợp và có hiệu quả để làm
thước đo cho việc đánh giá.
Một thách thức nữa trong mơi trường tính toán nhân rộng là cung cấp cho
người dùng các ứng dụng cảm ngữ cảnh phức tạp, hoạt động một cách tự động
từ các dịnh vụ kết nối mạng [2].
1.2 Ngữ cảnh
Như vậy việc hiểu rõ ngữ cảnh là gì và các đặc trưng của ngữ cảnh ra sao là
rất quan trọng khi xây dựng và phát triển các hệ thống trong mơi trường tính
tốn nhân rộng. Việc hiểu rõ ngữ cảnh hay loại ngữ cảnh cần dùng giúp người
phát triển có những phương pháp đặc tả và thiết kế phù hợp từ việc cảm nhận tới
việc xử lý hành vi sao cho phù hợp với tính chất của các hệ thống trong mơi
trường hay thay đổi này. Đó cũng là lý do mà ngay từ khi thuật ngữ “ngữ cảnh”
này xuất hiện (1990), các nhà nghiên cứu đã bắt đầu đưa ra các định nghĩa về


13
nó. Qua thời gian phát triển của lĩnh vực nghiên cứu mới này, ngữ cảnh đã nhận
được khá nhiều định nghĩa từ đơn giản tới được bổ sung một cách đầy đủ hơn.
1.2.1 Các định nghĩa về ngữ cảnh
Theo từ điển của Webster (Noah Webster – Mỹ), ngữ cảnh là “tồn bộ

tình huống, nền tảng hay mơi trường có liên quan tới một vài sự kiện xảy ra
hoặc cá nhân nào đó”. Định nghĩa này thì rất là chung khi sử dụng trong tính
tốn nhận biết ngữ cảnh.
Ngữ cảnh là một vấn đề chính trong tương tác giữa người và máy tính,
miêu tả các nhân tố xung quanh với nghữ nghĩa biểu đạt [3]. Trong lĩnh vực
nghiên cứu tính tốn di động, tham số vị trí thường được dùng nhất để chỉ ngữ
cảnh và để cài đặt các ứng dụng nhận biết ngữ cảnh.
Ngữ cảnh và nhận biết ngữ cảnh đã bắt đầu được nghiên cứu trong tính tốn
phân tán với sức mạnh của các thành phần tính tốn di động từ những năm 90.
Những nghiên cứu từ rất sớm này đã nhận biết vị trí của người dùng và sử dụng
vị trí như là trung tâm của các tính toán nhận biết ngữ cảnh.
Theo Schilit[23], ngữ cảnh là vị trí, các định danh gần người và các đối
tượng cùng những thay đổi của đối tượng (1994). Cũng trong một định nghĩa
tương tự, Brown, Bovey và Chen xác định ngữ cảnh là vị trí, các định danh của
những người xung quanh người dùng, thời gian trong ngày, mùa, nhiệt
độ…(1997). Ryan, Pascoe và Morse xác định ngữ cảnh là vị trí của người dùng,
môi trường, định danh và thời gian. Dey đã liệt kê ngữ cảnh là trạng thái cảm
xúc của người dùng, tập trung vào ý tưởng, vị trí, ngày giờ, các đối tượng và con
người trong môi trường của người dùng (1998). Các định nghĩa này xác định
ngữ cảnh bằng ví dụ nên rất khó khăn trong việc ứng dụng. Khi xem xét tiềm
năng của kiểu dữ liệu mới là thơng tin ngữ cảnh thì việc khái niệm như thế nào
khơng rõ ràng để chúng ta có thể quyết định liệu nên phân lớp thông tin này là
ngữ cảnh hay khơng. Ví dụ như với sở thích và các mối quan tâm của người
dùng.
Cũng theo các định nghĩa trên chúng ta có thể thấy rằng các khía cạnh
quan trọng nhất của ngữ cảnh là: người dùng đang ở đâu, người dùng đang ở
cùng ai và các tài nguyên gần đó. Và ngữ cảnh này là cố định với những thay
đổi của môi trường thực thi. Môi trường ở đây gồm ba yếu tố
- Mơi trường tính tốn: bộ xử lý có sẵn, các thiết bị truy cập cho người dùng với
đầu vào và hiển thị, khả năng mạng, các kết nối, chi phí tính tốn

- Mơi trường người dùng: vị trí, tập những người gần kề, tình huống xã hội
- Môi trường vật lý: ánh sáng, mức độ nhiễu, ồn…


14
Dey, Abowd và Wood định nghĩa ngữ cảnh là trạng thí vật lý, xã hội, cảm
xúc và thơng tin của người dùng.
Khái niệm về ngữ cảnh vẫn là một vấn đề cần bàn luận trong suốt những
năm qua với nhiều định nghĩa khác nhau được đưa ra. Chúng được chia thành
định nghĩa mở và định nghĩa đóng.
Các định nghĩa mở rộng trình bày về ngữ cảnh thơng qua một danh sách
các chiều ngữ cảnh có thể có và các giá trị đi kèm của chúng. Ngữ cảnh được
biểu diễn bởi vị trí người dùng, các đối tượng xung quanh. Brown [19] định
nghĩa ngữ cảnh là vị trí, gần với người khác, nhiệt độ, thời gian…Trong [1],
khái niệm ngữ cảnh được chia theo 3 hạng mục: ngữ cảnh tính tốn (mạng, hiển
thị,…), ngữ cảnh người dùng (đặc tả, gần người đó, tình huống xã hội,…) và
ngữ cảnh vật lý (ánh sáng, tiếng ồn…). Chen [11] thêm 2 hạng mục: ngữ cảnh
thời gian (ngày,tháng,…) và lịch sử.
Các định nghĩa đóng biểu diễn ngữ cảnh theo cách thông thường. định
nghĩa của Dey. Theo Brazie và Brezillion, “ngữ cảnh hoạt động giống như tập
các ràng buộc ảnh hướng đến hành vi của một hệ thống (một người dùng hay
một máy tính) nhúng trong một nhiệm vụ nào đó”.
Các định nghĩa mở dường như hữu ích trong các ứng dụng cụ thể hơn, vì
ở đó khái niệm ngữ cảnh được làm rõ. Tuy nhiên, từ góc nhìn lý thuyết thì
chúng khơng hồn tồn chính xác vì ngữ cảnh khơng thể được vạch ra chỉ bởi
vài khía cạnh. Mặt khác các định nghĩa đóng thì được sử dụng ít trong thực tế
nhưng nó lại thỏa mãn về mặt lý thuyết.
Các ứng dụng nhận biết ngữ cảnh tìm kiếm ai, ở đâu, khi nào và làm gì
(tức là hành động nào đang xảy ra) của các thực thể và sử dụng thông tin này để
xác định tại sao một tình huống đang xảy ra. Một ứng dụng khơng xác định

được thực sự tại sao một tình huống dang xảy ra nhưng người thiết kế ứng dụng
thì có thể làm được điều đó. Người thiết kế sử dụng các ngữ cảnh nắm bắt được
để xác định tại sao lại có tình huống đó và sử dụng điều này để lập trìnnh các
hành động trong ứng dụng [2].
Và cho đến nay, với một lượng khá lớn các hệ thống được xây dựng trong
mơi trường tính tốn nhân rộng, thì khái niệm ngữ cảnh của Dey vẫn được sử
dụng nhiều nhất và có thể coi gần như là chuẩn.
Dey [11] định nghĩa ngữ cảnh là “bất kỳ thông tin nào mà có thể sử dụng
được để đặc tả một tình huống của một thực thể. Một thực thể là một người, một
nơi hay một đối tượng được xem là có liên quan đến tương tác giữa người dùng
và ứng dụng, bao gồm cả chính người dùng và ứng dụng đó”. Đồng thời, ông
cũng cung cấp định nghĩa sau: “Một hệ thống sử dụng ngữ cảnh để cung cấp các


15
thông tin liên quan hoặc các dịch vụ cho người dùng trong đó mối liên quan phụ
thuộc vào nhiệm vụ của người dùng” cho tính tốn nhận biết ngữ cảnh.
Albrecht Schmidt [3] xác định không gian ngữ cảnh C với định nghĩa là
sự kết hợp của các tham số ngữ cảnh, các phần tử ontology miền và các miêu tả
dịch vụ C={U,P,L,T,D,I,S}
Trong đó: U là tập các nhân tố Người dùng & vai trò, P là Tác vụ & xử lý,
L là vị trí, T là thời gian, D là thiết bị, I là các đối tượng thông tin sẵn có, S là
các dịch vụ sẵn có hoặc được miêu tả. Một ngữ cảnh cụ thể là một điểm trong
không gian ngữ cảnh.
Khơng gian liên quan R có thể được định nghĩa là sản phẩn của không
gian ngữ cảnh với các nhân tố liên quan
R=C*

Ngữ cảnh
Tự thích ứng

(Trạng thái thiết bị, đặc điểm vật
lý…. )

Hành động
(hành xử, tác vụ)

Môi trường ( vật lý, xã hội)


16
Hình 1.1 Mơ hình ngữ cảnh
Việc quản lý ngữ cảnh trong một hệ thống được thể hiện như trong hình
2.1. Trong đó mỗi thành phần có một chức năng nhiệm vụ liên quan tới ngữ
cảnh riêng. Các thành phần như Bộ triệu gọi ngữ cảnh, lập luận ngữ cảnh, quản
lý lịch sử ngữ cảnh và quản lý cơ sở dữ liệu của ngữ cảnh có mối quan hệ chặt
chẽ với nhau. Cụ thể, việc lập luận ngữ cảnh cần phải lấy thông tin từ cơ sở dữ
liệu và lịch sử ngữ cảnh. Bộ triệu gọi ngữ cảnh lấy thông tin từ cơ sở dữ liệu, bộ
lập luận, lịch sử ngữ cảnh theo từng tình huống cụ thể của dịch vụ. Bộ quản lý
cơ sở dữ liệu có chức năng lưu trữ mọi thay đổi của ngữ cảnh sau mỗi tác vụ.
Ngồi ra cịn có bộ quản lý ngữ cảnh nguồn, có nhiệm vụ truy xuất thơng tin từ
các nguồn phát sinh và lưu trữ dưới hai hình thức: ngữ cảnh lịch sử và ngữ cảnh
hiện thời.
Dịch vụ quản lý ngữ cảnh

Triệu gọi ngữ
cảnh

Lập luận ngữ
cảnh

Quản lý lịch
sử

Quản lý CSDL
ngữ cảnh

Dữ liệu
lịch sử
ngữ cảnh

Quản lý ngữ
cảnh nguồn

Cơ sở dữ
liệu ngữ
cảnh

Nguồn ngữ cảnh

Hình 1.2 Kiến trúc quản lý ngữ cảnh mức cao
1.2.2 Các đặc trưng của thông tin ngữ cảnh
Trong phầ n này, theo Karen [16] thơng tin ngữ cảnh có 4 đặc điểm được
cho trong bảng 1 sau. Theo đó, ta thấy đặc trưng ngữ cảnh phụ thuộc vào hai yếu
tố như: kiểu nhận biết ngữ cảnh, nguồn thu thập. Điều đó ảnh hưởng tới giá trị
thuộc tính của ngữ cảnh. Ví dụ nến kiểu nhận biết ngữ cảnh là các Cảm biến thì
khả năng tồn tại của thơng tin ngữ cảnh là khơng cao, chất lượng thơng tin có


17
thể chưa tốt tại một thời điểm nhất đinh khi gặp các sự cố như: thiết bị có lỗi,

mất mạng…


18
Bảng 1.1 Các thuộc tính đặc trưng của ngữ cảnh
Tính lâu
Nguyên nhân
Kiểu
Nguồn
Chất lượng
dài
lỗi
Lỗi thiết bị cảm
Cảm
Cảm biến vật lý
Thấp
Có thể có lỗi
biến, mất mạng,
biến
và logic
ngắt mạng…
Do người dùng
Đặc tả
đặc tả trực tiếp
Có thể khơng
Mãi mãi
Lỗi con người
(profiled) hoặc gián tiếp qua
chắc chắn
chương trình

Dựa vào việc
Đầu vào khơng
Được
Các thơng tin ngữ
Biến đổi
xử lý của
đầy đủ, cơ chế
phát sinh
cảnh khác
nguồn phát
nguồn…
Ngoài ra khi nghiên cứu về các đặc trưng ngữ cảnh, còn một số vấn đề sau:
- Chưa xác định khi không có thơng tin nào về vật chất là sẵn có
- Mơ hồ (tối nghĩa) khi có một số báo cáo khác nhau về vật chất ví dụ 2 vị
trí cùng được đọc cho một người được lấy từ các thiết bị định vị riêng
- Ko chính xác: khi trạng thái được báo cáo khơng đúng với trạng thái đúng
ví dụ khi vị trí của 1 người được biết trong miền giới hạn, nhưng vị trí
trong miền này khơng được chốt cho mức độ yêu cầu chuẩn xác
- Sai: khi có lỗi giữa trạng thái được báo cáo và trạng thái thực của vật chất.
Tính chưa xác định thường là do các vấn đề về kết nối và cảm biến và các lỗi
khác. Thông tin mơ hồ phát sinh khi giá trị của một vật chất có thể được lấy một
cách độc lập từ nhiều nguồn. Thông tin ngữ cảnh được lấy từ cảm biến là
thường xuyên thay đổi và chấp nhận các vấn đề như tính khơng chính xác và
staleness (cũ tính chưa cập nhật). Thơng tin ngữ cảnh được cung cấp bởi người
dùng thường chậm thay đổi, kiểu thông tin này được gọi là tĩnh (tức không bao
giờ thay đổi nên độ chính xác cao). Kiểu thơng tin ngữ cảnh profiled được lấy
trực tiếp từ người dùng trong form về đặc tả thông tin của họ hoặc lấy gián tiếp
qua ứng dụng của họ [16], ví dụ phần mềm lập lịch duy trì lịch sử hoạt động của
người dùng. Thông tin profiled thường cũ và không đầy đủ. Cuối cùng, đặc điểm
về thông tin mong muốn thường đượ c xác định rộng bởi cá kiểu thông tin cơ

bản
1.2.3 Phân loại các hạng mục ngữ cảnh
Schilit [7] xác định 3 loại ngữ cảnh:
- Ngữ cảnh thiết bị: là các thông tin ngữ cảnh liên quan đến thiết bị như khả
năng xử lý của CPU, bộ nhớ, mạng…


19
- Ngữ cảnh người dùng: gồm có thơng tin người dùng, sở thích người dùng
và cả thơng tin về các ứng dụng của người dùng
- Ngữ cảnh vật lý như vị trí, thời tiết, ánh sáng…
Tất cả những thơng tin ngữ cảnh này đến từ nhiều đối tượng khác nhau trong
môi trường xung quanh như các cảm biến, các ứng dụng và các thiết bị. Và các
đối tượng cung cấp ngữ cảnh này là không đồng nhất và được thể hiện trong một
mơ hình chung cần được định nghĩa khá tốt để người dùng ứng dụng có thể hiểu.
Pash [22] phân loại ngữ cảnh thành 4 chiều là ngữ cảnh tĩnh người sử dụng,
ngữ cảnh động của người dùng, kết nối mạng và ngữ cảnh môi trường. Mỗi
chiều ngữ cảnh được miêu tả bởi tham số ngữ cảnh tương ứng, ví dụ tham số
ngữ cảnh tĩnh của người dùng là profile, các sở thích, mối quan tâm của anh
ta…
Bảng 2. Phân loại các chiều của ngữ cảnh
Ngữ cảnh
Chiều ngữ cảnh
Các tham số ngữ cảnh
Ngữ cảnh tĩnh của người
Profile, thói quen, sở thích
dùng
Vị trí, nhiệm vụ hiện thời hoặc có
Ngữ cảnh động của người
liên quan tới người hay đối tượng

dùng
khác
Ngữ cảnh mơi trường
Thời tiết, tiếng ồn, thời gian
Đặc tính mạng, các đặc tả thiết bị di
Kết nối mạng
động đầu cuối
Đối với những ngữ cảnh này, có 3 loại hành động được thể hiện. Bộ tích
hợp ngữ thu thập dữ liệu ngữ cảnh thô từ các cảm biến để làm tăng dữ liệu. Bộ
phân tích ngữ cảnh chuyển dữ liệu thơ từ cảm biến thành các ngữ cảnh mức cao
mà con người có thể hiểu. Các ngữ cảnh mức cao được tạo từ dữ liệu khác với
các nguồn dữ liệu ngữ cảnh theo các chiều khác nhau (vị trí, nhiệt độ…). Bộ
diễn dịch thực hiện bằng việc sử dụng các luật.
Câu hỏi cách tích hợp các phần tử ngữ cảnh, hay các tham số như thế nào
trong một mơ hình ứng dụng được tiếp cận theo 2 cách khác nhau. Đầu tiên, có
thể hiểu là cho phép định nghĩa tùy ý các tham số ngữ cảnh và kết hợp tùy ý với
các phần tử của ontology miền. Điều này sẽ cung cấp tính linh hoạt tối đa trong
việc liên kết các tham số ngữ cảnh và các phần tử miền lĩnh vực, và đảm bảo mơ
hình có khả năng biểu diễn khơng giới hạn về mặt lý thuyết. Cách tiếp cận thứ 2
là xác định một hạng mục các tham số ngữ cảnh, và yêu cầu các giá trị đặc tả
liên quan tới miền lĩnh vực để gán cho mỗi lớp. Điều này dường như là một hạn
chế chính cho mơ hình khái niệm, tuy nhiên việc sử dụng cụ thể chúng ta mặc


20
định rằng việc nhóm các tham số là khơng thể tránh khỏi (xem hình 1.3), từ triển
vọng mơ hình hóa và việc sử dụng. Vì chúng ta giả thiết rằng các biểu mẫu
tương tác với người được yêu cầu để hồn thành và điều chỉnh mơ hình, việc
nhóm các tham số là rất cần thiết để người dùng duy trì một cái nhìn tổng quan
về mơ hình. Mặc khác, chúng ta giả thiết rằng không phải tất cả các phần tử ngữ

cảnh đều sẽ được liên kết với ontology miền. Điều này có nghĩa sẽ có một khái
niêm “hàng xóm” hoặc cụ thể hơn là khoảng cách giữa các phần tử ngữ cảnh;
các phần tử chắc chắn sẽ liên quan tới một ngữ cảnh được cho, thậm chí chúng
khơng được liên kết trực tiếp tới miền lĩnh vực. Để đạt được một hàng xóm, một
số biểu mẫu các hạng mục được yêu cầu. Hơn nữa Use& Role cung cấp một
hạng mục về người dùng theo các nguyên tắc của họ như các kiểu khách hàng,
hay các kiểu nhân viên khác nhau.
Tác vụ và xử lý biểu diễn một ngữ cảnh chức năng như các đối tượng
công việc cho nhân viên.
Vị trí là một hạng mục của vị trí có liên quan đến ứng dụng, có thể là
thành phố…
Thời gian thể hiện kiểu khác của thơng tin thời gian có thể liên quan như
vùng thời gian của client, thời gian thực, thời gian ảo…
Các tham số ngữ cảnh

Thời gian

Thiết bị
Vị trí
Người dùng và vai trị

Vị trí

Hình 1.3 Tổng quan
mục ngữ cảnh
Tác vụ các
và xửhạng
lý

Hình 1.3 Tổng quan các hạng mục ngữ cảnh

1.2.4 Mơ hình làm việc cho ngữ cảnh
Cấu trúc khái niệm theo[2] như sau:
- Một ngữ cảnh miêu tả một tình huống và mơi trường mà một thiết bị hay
người dùng ở trong đó.
- Một ngữ cảnh được xác định bởi một tên duy nhất
- Mỗi ngữ cảnh có một tập các đặc tính liên quan
- Mỗi đặc tính liên quan có một miền giá trị xác định (rõ ràng hoặc không
rõ ràng) bởi ngữ cảnh


21
Theo như cách xác định này, ngữ cảnh liên quan tới nhân tố con người và
ngữ cảnh liên quan tới môi trường vật lý được phân biệt rõ ràng, và được
phân theo từng hạng mục như hình 1.4 sau:

Hình 1.4 Khơng gian đặc tính ngữ cảnh
Ngữ cảnh liên quan tới nhân tố con người được cấu trúc theo ba hạng mục:
thông tin về người dùng (tri thức về hành vi thói quen, trạng thái cảm xúc,
điều kiện tâm sinh lý…), mơi trường xã hội của người dùng (cùng vị trí với
những người nào khác, tương tác xã hội, nhóm tham gia,…) và các tác vụ
của người dùng (hoạt động tự nguyện, nhiệm vụ thực thi, mục tiêu chung…).
Cũng tương tự, ngữ cảnh liên quan tới môi trường vật lý được phân thành ba
nhóm: vị trí (vị trí chắc chắn, vị trí liên quan, cùng vị trí…), cơ sở hạ tầng
(các tài ngun xung quanh dùng để thực hiện tính tốn, sự giao tiếp …) và
các điều kiện vật lý (nhiễu, ồn, ánh sáng, áp suất…)
1.3 Nhận biết ngữ cảnh
1.3.1 Xu thế nhận biết ngữ cảnh và lợi ích trong tính toán nhân rộng
Nhận biết ngữ cảnh đang nổi lên như một cách tiếp cận phổ biến cho việc
xây dựng các ứng dụng trong mơi trường tính tốn mọi nơi và di động mà có
khả năng thích ứng một cách tự trị với môi trường của chúng và làm giảm sự

định hướng của người dùng. Ví dụ chung nhất về các ứng dụng nhận biết ngữ
cảnh gồm có các hướng dẫn du lịch mà đưa thông tin chi tiết theo vị trí, sở thích
và điện thoại di động để thích ứng với các hành vi tùy theo nơi mà người dùng
đang đứng, người mà họ đứng cùng và điều mà mọ thích làm. Hiện có một loạt
các mơi trường thơng minh như: nhà, bệnh viện, phòng hợp.
Nhận biết ngữ cảnh rất hữu ích cho mơi trường tính tốn với các thiết bị
di động. Vì nó thích ứng theo thay đổi của môi trường và cải tiến giao diện


22
người dùng. Với các loại máy tính bàn, hầu hết các tham số trong môi trường ở
trạng thái tĩnh, ngữ cảnh cố định. Ngược lại, các thiết bị di động thì có đặc trưng
là sự thay đổi mơi trường. Do đó tương tác với các ứng dụng trên các thiết bị
này thường xảy ra rất tự nhiên và nhanh chóng, các ứng dụng được dùng tới theo
những tần suất rất khác nhau ở những nơi khác nhau; và các thiết bị di động có
kết nối Internet thì đều trải qua nhiều tình huống: một mình trong văn phịng,
cộng tác cùng đồng nghiệp, rời khỏi văn phịng, đi bộ trong cơng viên, xuống
xe…
Nâng cấp tương tác giữa người và các thiết bị di động cũng là một động
lực để phát triển các ứng dụng nhận biết ngữ cảnh. Về cơ bản, thơng tin ngữ
cảnh có thể đạt được một cách rõ ràng qua sự nhận biết bởi các cảm biến và
không rõ ràng từ phía người dùng. Thơng tin này được lọc theo từng luồng để
ứng dụng sử dụng cho mục đích người dùng, đồng thời tránh được việc tràn
thơng tin hay thông tin bị quá tải. Và với mỗi luồng mà ứng dụng cung cấp cho
người dùng, thông tin ngữ cảnh có thể được thêm ngữ nghĩa bởi chính người
dùng đó.
Tính tốn nhân rộng nhận được nhiều lợi ích từ việc nhận biết ngữ cảnh như:
- Giao diện đáp ứng người dùng: các kiểu tương tác và các chế độ hiển thị tùy
thuộc rất nhiều vào môi trường xung quanh, nhận biết ngữ cảnh có thể thực thi
các đáp ứng với các điều kiện môi trường này.

- Liên lạc nhận biết ngữ cảnh: các liên lạc chung là bắt buộc cho các thiết bị di
động và các kỹ thuật cần để lọc, cập nhật và phân phát các thông điệp và các
dòng phù hợp với ngữ cảnh liên lạc rộng hơn.
- Chủ động lập lịch ứng dụng: việc lựa chọn trước để nhận biết ngữ cảnh của
ứng dụng sẽ hỗ trợ tương tác kiểu adhoc.
Vị trí, định danh, thời gian và hành động là những kiểu ngữ cảnh quan
trọng đặc trưng cho mộ tình huống của một thực thể cụ thể. Các kiểu ngữ cảnh
này trả lời cho câu hỏi ai, điều gì, khi nào và ở đâu. Ví dụ, cho định danh của
một người, chúng ta có thể biết được nhiều thông tin liên quan khác như số điện
thoại, địa chỉ nhà, địa chỉ mail, ngày sinh, danh sách bạn bè, các mối quan hệ
với những người khác…Với vị trí của thực thể, chúng ta có thể xác định được
đối tượng hay người nào gần thực thể và hành động gì đang xảy ra gần thực thể.
1.3.2 Nhận biết ngữ cảnh là gì?
Tính tốn nhận biết ngữ cảnh lần đầu tiên được xem xét bởi Schilit và
Theimer năm 1994 với phần mềm thích ứng theo vị trí sử dụng để sưu tầm
những đối tượng và người gần đó đồng thời thay đổi các đối tượng này theo thời
gian.


23
Định nghĩa các ứng dụng nhận biết ngữ cảnh đầu tiên được đưa ra cũng
bởi Schilit và Theimer đã giới hạn lại khái niệm của các ứng dụng một cách đơn
giản là các ứng dụng thích ứng theo ngữ cảnh. Nhận biêt ngữ cảnh trở thành một
khái niệm gì đó mà gần với thuật ngữ là: “thích ứng” (adapt) (Brown 1996),
“hành động lại” (“Cooperstock, Tanikoshi 1995”), “tương thích” (Elrod, Hall
1993), “theo tình huống” (Hull, Neaves 1997).
Tiếp đó, các định nghĩa dần trở nên rõ ràng và đặc tả hơn: thích ứng theo
ngữ cảnh. Dey đã xác định khái niệm mới theo cách ngữ cảnh được dùng và các
đặc tính nhận biết ngữ cảnh khác nhau. Theo ông, định nghĩa sự nhận biết ngữ
cảnh như sau: Một hệ thống là nhận biết ngữ cảnh nếu nó sử dụng ngữ cảnh để

cung cấp thông tin liên quan hay các dịch vụ tới người dùng, trong đó, mức độ
liên quan tùy thuộc vào tác vụ của người dùng. Và định nghĩa này được lựa
chọn là định nghĩa dùng chung cho tính tốn nhận biết ngữ cảnh.
Định nghĩa này cho chúng ta biết cách để xác định xem liệu một ứng dụng
có là nhận biết ngữ cảnh hay khơng. Điều này rất hữu ích khi xác định kiểu ứng
dụng mà chúng ta muốn hỗ trợ.
Và theo Dey [5] nhận biết ngữ cảnh là một thuộc tính của một hệ thống có
sử dụng ngữ cảnh để cung cấp các thông tin hay dịch vụ liên quan tới người
dùng, trong đó mức độ liên quan tùy thuộc vào nhiệm vụ của người dùng.
1.3.3 Tính tốn nhận biết ngữ cảnh
Tính tốn nhận biết ngữ cảnh tức là nó giúp cho một ứng dụng chuyên về
di động hợp nhất tri thức về các chiều ngữ cảnh khác nhau như người dùng là ai,
người dùng đang làm gì, người dùng ở đâu và thiết bị tính tốn nào người dùng
đang sử dụng [25].
Nhận biết ngữ cảnh đang ngày càng nhận được nhiều quan tâm như một
hướng tiếp cận thiết kế mới phù hợp cho tính tốn mọi nơi. Các phần mềm nhận
biết ngữ cảnh dựa trên đa dạng các kiểu thông tin ngữ cảnh để tạo các quyết
định về cách thích ứng linh động đáp ứng các yêu cầu người dùng. Các thông tin
này được lấy từ một tập các nguồn gồm profiled người dùng, các ứng dụng và
cảm biến. Một vài kiểu thông tin ngữ cảnh được cảm nhận nội tại và phải được
bảo vệ để đáp ứng u cầu riêng tư của người dụng.
Thơng tin vị trí là hay được dùng trong các ứng dụng cảm ngữ cảnh và
các hệ thống xâm nhập mọi nơi. Các ứng dụng và hệ thống này có thể u cầu
thơng tin về vị trí của người dùng, các thiết bị và các dịch vụ.
Các hệ thống tính tốn mọi nơi u cầu nhận biết ngữ cảnh để cung cấp
về cơ sở hạ tầng thống nhất và thích ứng các ứng dụng cảm ngữ cảnh cho người
dùng di động. Các thiết bị tính tốn hiện thời cần rất nhiều biểu mẫu,


24

Các hệ thống mọi nơi cần giải quyết tính di động của người dùng, các
thiết bị của họ và các ứng dụng của họ, đồng thời người dùng có thể muốn thay
đổi thiết bị tính tốn của họ trong q trình chạy các ứng dụng. Một cơ sở hạ
tầng tính toán mọi nơi nên cho phép người dùng gỡ bỏ các thao tác tính tốn một
cách dễ dàng từ mơi trường tính tốn này sang mơi trường khác và nên cho phép
chúng lấy các ưu điểm của các nguồn trong mơi trường hiện thời của họ. Chính
vì vậy các hệ thống mọi nơi phải nhận biết ngữ cảnh, ví dụ nhận biết trạng thái
của mơi trường tính tốn và cũng như trạng thái hiện thời của ứng dụng tính
tốn.


25

Chương 2. Biểu diễn và mơ hình hóa ngữ cảnh
2.1. Các u cầu của mơ hình thơng tin ngữ cảnh
Sự phát triển chính của việc nghiên cứu về các hệ thống nhận biết ngữ
cảnh là để phát triển các ứng dụng tính tốn nhận biết mọi nơi sao cho chúng có
tính linh hoạt, thích ứng và có khả năng hành động một cách tự trị thay cho
người dùng.

Ứng dụng
nhận biết
ngữ cảnh

Ứng dụng
nhận biết
ngữ cảnh

Lựa chọn
thuật tốn

Quản lý ngữ
cảnh

Mơ
hình
ngữ
cảnh

Nguồn vị trí

Các dịch
vụ

Nguồn
cung

Nguồn nhiệt
độ

Hình 2.1. Vị trí của mơ hình ngữ cảnh trong hệ thống nhận biết ngữ cảnh
Việc phát triển các ứng dụng này ngày càng thấy được lợi ích của các
hình thức mơ hình hóa ngữ cảnh. Thứ nhất, vì tính phức tạp của các ứng dụng
nhận biết ngữ cảnh, người phát triển cần được hỗ trợ các phương pháp kỹ nghệ
phần mềm đầy đủ nhằm thực hiện mục tiêu tổng quát là phát triển các ứng dụng
nhận biết ngữ cảnh. Và việc thiết kế các chức năng chung của các ứng dụng
không nên gắn với định nghĩa và các đánh giá thơng tin ngữ cảnh vì những thứ
thường hay thay đổi. Một mơ hình ngữ cảnh tốt là có thể làm giảm sự phức tạp
của các ứng dụng nhận biết ngữ cảnh, có thể cải tiến theo sự phát triển và dễ bảo
trì. Thêm vào đó, do việc đánh giá và bảo trì thơng tin ngữ cảnh là tương đối đắt,

vì vậy thơng tin ngữ cảnh dùng chung và sử dụng lại giữa các ứng dụng nên
được xem xét ngay từ khi bắt đầu.
Từ đó cho thấy sự tồn tại của các mơ hình thơng tin ngữ cảnh được thiết
kế tốt giúp dễ dàng phát triển các ứng dụng trong tương lại. Thêm vào đó, một
biểu diễn hình thức của dữ liệu ngữ cảnh trong một mơ hình rất cần thiết để
kiểm thử tính nhất quán cũng như đảm bảo lập luận được thực hiện trên dữ liệu
ngữ cảnh. Do đó việc mơ hình hóa thơng tin ngữ cảnh cần đáp ứng những yêu
cầu chuyên biệt của dạng ứng dụng này.


26
2.1.1 Tính khơng đồng nhất và di động
Các mơ hình thông tin ngữ cảnh phải đương đầu với sự đa dạng của các
nguồn thông tin ngữ cảnh về tốc độ cập nhật và mức độ ngữ nghĩa của chúng.
Các bộ cảm nhận có thể quan sát được các trạng thái chắc chắn về thế giới vật
chất và cung cấp truy cập thời gian thực nhanh và gần, ví dụ như hiện nay chúng
ta được cung cấp các dữ liệu thô (vị trí GPS), thơng tin này cần phải được diễn
giải trước khi sử dụng bởi các ứng dụng. Các thông tin cung cấp bởi người dùng
như các đặc tả hay các sở thích thì được cập nhật ít hơn và nhìn chung là khơng
cần thêm diễn giải. Cuối cùng, dữ liệu ngữ cảnh đạt được từ cơ sở dữ liệu hoặc
các thư viện số như dữ liệu bản đồ địa lý thường là tĩnh. Nó được diễn giải theo
một vài cách (ví dụ như các đặc tính địa lý được làm phong phú thêm như tên,
mục đích, các mối quan hệ), nhưng sự diễn giải chủ yếu về lĩnh vực ứng dụng
chắc chắn. Rất nhiều ứng dụng nhận biết ngữ cảnh là thay đổi (ví dụ như các
ứng dụng chạy trên một thiết bị di động) hay phụ thuộc vào các nguồn ngữ cảnh
hay thay đổi (như các bộ cảm nhận di động). Điều này làm tăng thêm tính khơng
đồng nhất do dữ liệu thơng tin ngữ cảnh phải thích ứng với môi trường thay đổi.
Cũng như vậy, thể hiện về khơng gian và vị trí của thơng tin ngữ cảnh đóng vai
trị quan trọng để giảm u cầu này.
2.1.2 Các mối quan hệ và sự phụ thuộc

Có nhiều mối quan hệ giữa các kiểu thông tin ngữ cảnh cần phải nắm bắt
để đảm bảo ứng dụng hành xử đúng. Một quan hệ là phụ thuộc thì tức là các
thực thể/sự kiện thơng tin ngữ cảnh này có thể phụ thuộc vào các thực thể thơng
tin ngữ cảnh khác, ví dụ, sự thay đổi giá trị một thuộc tính (như băng thơng
mạng) có thể tác động đến giá trị của các thuộc tính khác (như năng lượng pin
cịn lại)
2.1.3 Thời điểm
Các ứng dụng nhận biết ngữ cảnh có thể cần truy cập vào các trạng thái
quá khứ và tương lai (dự đốn). Do đó, tính thời điểm (lịch sử ngữ cảnh) là một
tính năng khác của thơng tin ngữ cảnh cần nắm bắt bằng các mơ hình ngữ cảnh.
Việc quản lý lịch sử ngữ cảnh là rất khó nếu số lượng các cập nhật là cao. Nó
khơng thể thực thi để lưu trữ mọi giá trị để truy cập tươn lai, và do đó các kỹ
thuật tổng hợp (như sử dụng các bản tóm tắt lịch sử của dữ liệu) cần được áp
dụng.
2.1.4 Khơng hồn hảo
Vì ngữ cảnh tự nhiên là động và khơng đồng nhất nên có thể có chất
lượng khác nhau và thậm chí nó có thể sai trong thực tế. Hầu hết các bộ cảm
nhận đặc tả khơng chính xác (xê dịch một vài mét các vị trí của GPS), và các giá