面向移动终端的环绕智能中间件关键技术研究

发布时间：2020-11-03 09:07

　　 环绕智能(Ambient Intelligence,AmI)通过将计算智能引入到人们的日常生活和工作环境,实现了环境对用户行为的智能感知和响应,促成了物理世界与虚拟网络世界的融合。其核心目标是通过与无处不在的智能设备进行智能交互,支持用户以一种简单、自然、非侵入式的方式完成日常工作和生活事务。由于AmI具有智能性、透明性、自适应性、嵌入性、泛在性等特点,给AmI系统的设计与实现提出了诸多挑战。而AmI中间件是构建AmI系统的关键环节,能够解决AmI环境的异构性问题,同时提供智能感知、上下文建模与推理、上下文管理等共性服务,对于简化AmI系统的开发、提升AmI系统的服务能力具有十分重要的作用。近场通讯(Near Field Communication,NFC)技术使电子设备之间在短距离范围内无线地进行数据交换成为可能,它的出现为移动终端提供了更简单、易用的手段与AmI环境交互。AmI系统能够基于移动终端的NFC功能随时随地的感知AmI环境上下文,并为用户提供适应性、个性化的服务。智能手机、平板电脑的普及使得移动终端已成为AmI系统的理想承载平台,然而,由于移动终端设备的平台异构性,以及上下文采集与管理等工作的复杂性,开发面向移动终端的AmI系统的工作量和难度很大,而已有的AmI中间件并未充分考虑移动终端计算和存储资源受限、NFC工作模式多样、服务个性化与安全性要求高等特点,难以适应移动终端AmI应用需要。本文通过分析AmI中间件技术的发展现状和趋势,基于移动计算环境下AmI中间件需求,提出了基于HTML5技术的、面向移动终端的轻量级AmI中间件体系架构,有效屏蔽了移动终端上AmI应用系统开发的复杂性,并通过应用系统验证了该中间件架构的有效性。本文的主要研究内容和成果包括:1.针对AmI移动应用跨平台开发和部署难等问题,通过研究web应用生命周期管理、web应用终端本地能力调用、上下文采集访问控制、基于本体的上下文建模与推理等技术,提出了基于HTML5技术的轻量级移动终端AmI中间件架构,为基于HTML5技术开发的AmI web应用提供运行环境。该框架通过对移动终端web引擎进行设备本地能力访问扩展,为AmI web应用提供了丰富、可扩展的上下文采集接口,解决了基于传统web浏览器运行的web应用不能直接采集终端设备传感器上下文的问题;通过提供简单易用的上下文查询与订阅等服务接口,为AmI应用屏蔽了上下文管理和使用的复杂性;通过将上下文推理等计算复杂度大的上下文处理任务部署在服务端,大大降低了在移动终端上管理上下文造成的资源消耗。实际应用表明,该框架具有较好的易用性和可扩展性。2.移动终端AmI应用已经被运用到智能家庭、智能图书馆、移动支付等领域,然而由于这些应用普遍涉及用户隐私或机密信息,需要充分保障应用的安全部署与管理。基于此,本文深入研究了在安全单元(Secure Element,SE)上部署和管理AmI应用的方法,提出了AmI可信应用管理框架,为AmI应用提供安全分发和生命周期管理服务,从而有效屏蔽了在SE上部署AmI应用的复杂性。3.由于传统的移动终端操作系统并未对应用的敏感数据存储提供有效的安全保护机制,从而给AmI应用的数据安全存储带来了挑战。尽管移动终端上的SE能够为应用提供安全可信的执行环境,但现有的SE平台却未能为SE应用提供通用的数据存储机制,使得应用开发者需要为每一个有数据安全存储需求的AmI应用分别设计基于SE的数据存储解决方案,大大增加了应用开发难度。本文针对这一共性问题,提出了一种通用的AmI应用数据安全存储与访问控制机制,为上层应用提供了简单易用的数据安全存取服务。4.移动终端能够基于NFC技术实现与AmI环境的智能交互,然而随着信息安全问题的日益突出,如何保障NFC智能交互的安全性是一个亟需解决的重要问题。本文具体研究了NFC读写器工作模式、点对点(Peer to Peer,P2P)工作模式及卡模拟工作模式下数据安全交换等技术,提出了面向AmI应用的NFC上下文数据安全交换机制。
【学位单位】：电子科技大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2015
【中图分类】：TP393.09
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 研究背景与意义
    1.2 环绕智能相关关键技术研究
        1.2.1 上下文感知计算
        1.2.2 智能交互
        1.2.3 隐私与安全
        1.2.4 中间件技术
    1.3 环绕智能中间件国内外研究现状与不足之处
    1.4 移动终端环绕智能中间件的架构要求与挑战
    1.5 本文研究的主要内容
    1.6 论文的组织结构
第二章 移动终端AmI中间件架构
    2.1 引言
    2.2 移动终端AmI中间件架构设计
    2.3 AmI移动代理
        2.3.1 AmI web应用运行时模块
        2.3.2 AmI web应用管理模块
        2.3.3 应用逻辑解析模块
        2.3.4 AmI上下文采集管理模块
        2.3.5 AmI应用安全管理模块
    2.4 AmI服务引擎
        2.4.1 上下文感知服务引擎
        2.4.2 应用服务管理引擎
    2.5 应用验证
    2.6 性能和易用性分析
        2.6.1 性能分析
        2.6.2 易用性分析
    2.7 本章小结
第三章 AmI可信应用管理框架
    3.1 引言
    3.2 AmI可信应用管理需求
    3.3 AmI可信应用管理框架设计
        3.3.1 AmI可信应用容器
        3.3.2 AmI可信服务管理系统
    3.4 应用验证
    3.5 本章小结
第四章 AmI应用数据安全存储机制
    4.1 引言
    4.2 AmI应用数据安全存储系统架构
    4.3 数据存储管理
    4.4 安全机制
        4.4.1 密钥安全保护
        4.4.2 通讯实体身份认证
        4.4.3 数据完整性保护
        4.4.4 数据机密性保护
    4.5 典型服务工作流程
    4.6 应用验证
    4.7 本章小结
第五章 AmI应用NFC上下文安全交换机制
    5.1 引言
    5.2 AmI应用NFC上下文安全交换需求
        5.2.1 NFC读写器模式数据安全交换需求
        5.2.2 NFC P2P模式数据安全交换需求
        5.2.3 NFC卡模拟模式数据安全交换需求
    5.3 NFC读写器模式数据安全交换机制
    5.4 NFC P2P模式数据安全交换机制
    5.5 NFC卡模拟模式数据安全交换机制
    5.6 应用验证
    5.7 本章小结
第六章 全文总结与展望
    6.1 全文总结
    6.2 后续工作展望
致谢
参考文献
攻读博士学位期间取得的成果


本文编号：2868382