[发明专利]面向智能家居情境感知服务的运行时建模与执行方法

说明书

本发明涉及一种面向智能家居情境感知服务的运行时建模与执行方法。建立智能家居情境感知服务知识图谱概念模型，即描述智能家居场景中包括概念和关系的抽象元素的统一模型；提出智能家居情境感知服务知识图谱实例模型运行时建模方法：智能家居情境感知服务知识图谱实例模型通过概念实例、关系实例表示智能家居情境感知服务的情境知识，构建不同类型概念实例、关系实例的运行时模型，并建立智能家居情境感知服务知识图谱实例模型与智能家居场景的双向同步机制；提出基于知识推理的智能家居情境感知服务执行方法。本发明能够极大降低开发智能家居情境感知服务的难度和复杂度。

技术领域

本发明属于智能家居领域，具体涉及一种面向智能家居情境感知服务的运行时建模与执行方法。

背景技术

随着智能家居基础设施的不断发展，智能家居已逐渐进入以智能服务为特征的新时期，智能机器人、智能穿戴设备、智能家电等大量、复杂、异构的新设备将接入网络，进行交互和协同，以实现智能化识别、监控等海量应用。其中，温度调节、空气调节等情境感知服务是智能家居应用的典型代表，它们根据服务对象所处情境的变化来为其提供准确的温度控制、空气净化等服务。目前，情境感知服务往往面向场景进行构建，主要面临两方面挑战。一是设备的多样性：智能设备在其功能、品牌和型号等方面存在差异，往往提供不同的数据读取和功能调用方式，给设备的交互、协同带来极大复杂度。二是服务的随需性：存在不同类型的服务需求，需要建立情境知识与智能设备间的关联关系，给服务的管理逻辑编写带来极大复杂度。

智能家居情境感知服务实际上是对服务对象所处情境的各种信息进行收集、分析、决策和实施的过程。从系统实现的角度看，需要使用场景中智能设备的管理接口来获取各种信息，并根据具体的服务需求对这些信息进行分析、决策和实施。例如，在环境监控服务中，通过对房间的光亮、温度和空气质量等条件进行监测，从而自动地对电灯、空调和空气净化器等智能设备进行管理。然而，目前的情境感知服务开发往往使用C/Java等通用语言直接调用智能设备提供的管理接口，这种编程方式具有良好的适应性，但会带来高昂的编程开销，开发者必须熟悉不同智能设备的管理接口，才能实现它们的交互；此外，由于应用系统建立在与特定智能设备绑定的底层代码的基础上，其管理逻辑无法进行复用，即使管理机制类似，开发者仍需要开发多个应用系统来适应不同的场景。

智能家居情境感知服务开发面临的主要问题是，其问题域与系统实现间存在着鸿沟，而通过手工编码实现问题域到系统实现的映射则会带来巨大的编程复杂性。知识图谱用来描述客观世界的概念、实体、事件及其间的关系，能够扮演系统需求与系统实现之间的桥梁，可以用来解决智能家居情境感知服务需求到实现的映射过程中系统复杂性所带来的问题。然而，将知识图谱引入到情境感知服务的开发过程中，仍面临以下两方面挑战：

一方面，知识图谱难以表示服务对象所处情境的变化。知识图谱能够组织结构化数据，用实体和关系进行知识表示，但是，情境知识表示要求知识图谱能够感知实时场景信息，而现有的知识图谱技术，难以反映数据的实时变化。

另一方面，面向不同服务需求构建推理规则工作量大。知识图谱用来表示情境信息，并通过推理规则实现情境感知服务的自动执行，但是，智能家居服务具有开放、动态、多变的特点，给推理规则的构建带来极大复杂度。

为了快速定制和开发情境感知服务，将知识图谱引入到开发过程中，提出一种智能家居情境感知服务的运行时建模与执行方法。本方法的主要贡献有：1)提出智能家居情境感知服务知识图谱概念模型，定义其情境中各种概念和关系；2)提出智能家居情境感知服务知识图谱实例模型构造与维护机制，通过运行时概念、关系实例表示情境知识；3)提出基于知识推理的智能家居情境感知服务执行方法，通过知识推理自动执行设备功能。

发明内容