本发明涉及一种基于层次化综合质量指标qox的上下文不确定性消除系统及其工作方法，属于上下文感知计算应用领域。
背景技术
随着网络技术的飞速发展，人们越来越认识到未来的网络不仅需要具有快速、无处不在的特点，还需要更多先进技术的支撑。其中，最为重要的是要具有实现智慧服务的能力。为了实现这种能力，已出现了普适计算、合作计算、智能计算和虚拟现实等相关技术。这些技术的共同点是都需要上下文感知作为“触角”用来对不断变化的周边环境进行感知。
普适计算的目标是实现信息空间与物理空间的有机融合，使人们可以“随时随地”、“透明”地获得数字化服务，让计算机等智能设备和技术逐渐从人们的视线中消失，用户和任务成为关注的焦点。上下文感知(contextawareness)是通往普适计算的必经之路，甚至可以说没有上下文感知就没有真正意义上的普适计算。通过各类智能设备，上下文感知系统(context-awaresystems，cass)能够主动“感知”(自动识别和处理，且无需用户干预)相关上下文的动态变化与用户当前所需服务。
上下文感知系统从动态、异构的信息源中获取的上下文通常具有不完备性、不精确性和不一致性等不确定性，这种不确定性主要是由采集上下文的传感器精度不同、网络不稳定等因素造成的。现有的上下文感知系统在缺少相关质量指标的情况下，直接使用未经过不确定性处理的原始上下文信息有可能导致系统做出不恰当的推理决策，继而影响系统的服务质量及用户满意度。因此，如何综合有效利用各类质量信息，完善上下文感知系统的功能，并提高上下文不确定性消除的精度，使系统做出正确、可靠的决策，成为上下文感知技术面临的挑战。
技术实现要素：
针对现有技术的不足，本发明提供一种智能感知空间中基于层次化综合质量指标qox的上下文不确定性消除系统；
本发明还提供了上述系统的工作方法；
本发明将采集设备质量(qualityofdevice，qod)、上下文信息质量(qualityofcontext，qoc)、系统服务质量(qualityofservice，qos)、用户体验质量(qualityofexperience，qoe)等质量指标作为层次化综合质量指标qox，并将qox融入上下文感知系统，为上下文感知计算中的上下文不确定性消除提供了一种有效的方法，进而提高用户的综合服务质量。
本发明的技术方案为：
一种基于层次化综合质量指标qox的上下文不确定性消除系统，包括依次连接的上下文采集层、上下文处理层、应用层；
所述上下文采集层用于：作为整个上下文感知系统的感官，通过多个物理传感器、虚拟传感器和逻辑传感器周期性地采集原始上下文信息，并将采集到的原始上下文信息发送至所述上下文处理层；所述原始上下文为通过各类传感器采集的未经处理的上下文信息，主要包括环境上下文、设备上下文、用户上下文以及时间上下文信息；
所述上下文处理层用于：作为整个上下文感知系统的核心，根据各类预设信息对所述上下文采集层获取的原始上下文信息进行不确定性消除、融合推理，并将上下文判决结果传输到所述应用层；
所述应用层用于：作为整个上下文感知系统的最终目的，通过反馈处理指令对相应的节点或设备进行控制和调整，基于用户感受进行反馈，系统自行调整上下文不确定性处理机制、融合推理逻辑从而实现自适应。
根据本发明优选的，所述上下文采集层包括环境上下文模块、设备上下文模块、用户上下文模块、时间上下文信息模块以及其他上下文信息模块，其他上下文信息模块是指位置上下文信息模块；
所述环境上下文模块用于采集环境上下文信息；所述设备上下文模块用于采集设备上下文信息；所述用户上下文模块用于采集用户上下文信息；所述时间上下文信息模块用于采集时间上下文信息；所述位置上下文信息模块用于采集位置上下文信息。
根据本发明优选的，所述上下文处理层包括预设上下文信息模块、上下文预处理模块、上下文不确定性处理模块、融合推理模块、上下文判决模块、上下文存储模块、用户设定规则模块、系统预设规则模块及上下文知识库；
所述预设上下文信息模块、上下文预处理模块、上下文不确定性处理模块、融合推理模块、上下文判决模块、上下文存储模块依次连接；所述预设上下文信息模块、上下文预处理模块、融合推理模块、上下文判决模块、上下文存储模块、用户设定规则模块、系统预设规则模块分别与上下文知识库连接；
所述预设上下文信息模块用于：设置初始的上下文丢弃阈值及其初始的建模方式(来自上下文知识库)，建模方式为“上下文感知类型+上下文感知信息+上下文感知精度”，所述上下文感知类型为所述上下文感知信息的类型，如上下文感知信息“卧室”，其感知类型为“位置”，所述上下文感知信息为各传感器采集的原始上下文信息，所述上下文感知精度为传感器固有的感知精度，例如“感知类型-用户位置”+“感知信息-卧室”+“感知精度-90％”，将建模方式和上下文丢弃阈值传输到上下文预处理模块；
所述上下文预处理模块用于：结合来自上下文知识库中的用户偏好信息(由于上下文信息的种类繁多、数量巨大，通过用户偏好可以滤除一部分无用信息)对上下文信息进行筛选；
所述上下文不确定性处理模块用于：对来自所述上下文预处理模块的上下文信息进行不确定性消除，上下文信息不确定性主要包括不完备性、不精确性和不一致性；
所述融合推理模块用于：运用本体推理、基于规则的推理、证据论或贝叶斯网络推理方法，根据采集到的上下文信息，推理出高级上下文信息，将融合推理后的高级上下文信息经过上下文判决模块的处理存储到所述上下文存储模块，所述高级上下文信息是指经过推理融合后得到的可供用户或各种设备应用的上下文信息；
所述上下文判决模块用于：基于上下文的不确定性消除和融合推理的结果对上下文信息进行进一步的判决，例如，对比或常识性判定方式，并将判决结果传输到所述上下文存储模块和所述设备控制模块；
所述上下文存储模块用于：按照检索或查询规则存储来自上下文判决模块的上下文信息，并将其传输到所述上下文知识库中；
所述用户设定规则模块用于：用户根据所采集上下文信息以及所要提供的服务设定上下文不确定性初始消除机制，并将其传输到所述上下文知识库中；
所述系统预设规则模块用于：用户根据历史信息设定初始的融合推理规则；
所述上下文知识库用于：存储用预设上下文信息、上下文预处理后的部分上下文信息、推理融合信息、上下文判决结果、用户设定规则信息、系统预设规则信息以及来自应用层的偏好统计信息，同时为所述预设上下文信息模块、上下文预处理模块和融合推理模块提供所需要的各种信息。
根据本发明优选的，所述应用层包括依次连接的设备控制模块、用户感受模块以及偏好统计模块；
所述设备控制模块与所述上下文判决模块连接，所述用户感受模块与所述上下文存储模块连接，所述偏好统计模块与所述上下文知识库连接；
所述设备控制模块用于：根据上下文判决信息对设备进行控制；
所述用户感受模块用于：用户对来自设备控制模块所提供的服务质量进行评价，并将评价结果传输到偏好统计模块；
所述偏好统计模块用于：负责获取用户偏好，并将用户偏好统计信息存储到所述上下文知识库中。
上述智能感知空间中基于层次化综合质量指标qox的上下文不确定性消除系统的工作方法，包括如下步骤：
s01：计算分析用户偏好qoe，包括步骤如下：
(1)通过用户主动操作历史和系统引导用户操作历史显式过程，获取用户偏好；或者，通过协同过滤技术分析用户的历史行为数据得出用户偏好；
(2)采用聚类和相似度计算技术、语义扩散机制计算用户对服务的偏好、以及用户偏好与上下文之间的语义关联，加权提取用户偏好；
(3)利用多维向量和层次模型对用户偏好进行量化，得到用户偏好信息；以备步骤s02使用；
s02：上下文知识库qox
上下文知识库存储用来自步骤s01的用户偏好信息和s15的上下文判决信息，并且为步骤s03、步骤s05、步骤s06提供所需信息；
s03：预设设备信息qod
预设设备信息，包括设备采集频率、设备摆放位置以及上下文更新度信息；以备步骤s04使用；
s04：预设上下文丢弃阈值及建模方式qoc
根据来自上下文知识库的信息预设上下文丢弃阈值和上下文信息的建模方式，上下文信息的建模方式为“上下文感知类型+上下文感知信息+上下文感知精度”；以备步骤s04使用；
s05：用户预设不确定性消除机制qoe
用户预设各不确定性消除的优先级，同时预设采用某种算法对其进行消除；不确定性是指不完备性、不精确性、不一致性；
s06：系统预设推理规则qos
系统根据历史信息预设上下文融合推理规则；
s07：上下文信息收集和建模
使用物理传感器、虚拟传感器和逻辑传感器等多个传感器采集上下文信息，将上下文信息按照步骤s04中的上下文信息的建模方式进行建模，同时根据步骤s04预设上下文丢弃阈值，丢弃质量较差的上下文信息；
s08：上下文预处理
通过各类qoc质量参数进一步评估上下文的不确定性程度，滤除低质量上下文信息；
s09：判断不确定程度是否小于丢弃阈值
判断步骤s08中的不确定性程度与丢弃阈值的大小关系，若不确定性程度大于丢弃阈值，则直接转向步骤s10，否则，则进入步骤s11；
s10：直接丢弃
上下文的不确定性程度大于预设阈值，则将其直接丢弃；
s11：上下文不确定性消除
根据步骤s05用户预设的不确定性消除机制，对不确定性上下文信息进行处理，选择合适的不确定性消除等级和恰当的算法；例如，先消除不确定性程度较严重的，再消除不确定性程度较小的上下文，同时根据上下文缺失的情况，选择合适的算法，缺失较少时可以选择投票选举法；
s12：判断不确定性消除结果是否达到系统要求qos
判断不确定性消除后的上下文正确率是否达到系统要求的正确率，若达到系统要求的正确率，则进入步骤s13，否则，转向步骤s20；
s13：推理融合
根据步骤s06系统预设推理融合规则，对经过不确定性消除后的上下文信息进行推理融合，融合推理算法包括本体推理、基于规则的推理、证据论或贝叶斯网络推理方法；
s14：判断融合推理结果是否达到系统要求qos
判断经过融合推理后的上下文正确率是否达到系统要求的正确率，若达到系统要求的正确率，则进入步骤s15，否则，转向步骤s19；
s15：上下文判决
对经过步骤s11和步骤s13处理过且达到系统要求的上下文信息进行进一步的判决，以备步骤s16使用，同时将其存入上下文知识库；
s16：设备控制
根据步骤s15上下文判决结果控制设备运行与否以及如何运行；
s17：判断是否达到用户预期要求
用户对设备所提供的服务进行评估，若无法达到用户期望的要求，例如当用户在卧室时，灯光较量，则无法达到用户对睡眠环境的要求，则转向步骤s18，否则，转向步骤s22；
s18：调整系统预设推理规则qos
若设备所提供的服务无法达到用户所预期的效果，则进一步调整系统预设的推理规则，为步骤s13融合推理提供更加合理的推理规则；
s19：调整用户预设不确定性消除机制qoe
若经过步骤s18调整系统预设规则之后，仍无法达到系统要求，则调整用户预设不确定性消除机制，为步骤s11上下文不确定性消除提供更加合理的消除机制；
s20：调整预设设备信息qod
若经过步骤s18调整系统预设规则和步骤s19调整用户预设不确定性机制之后，仍然无法达到系统要求，则调整预设设备信息，包括调整设备的采集频率、更新度以及设备的摆放位置信息，并转向步骤s21；
s21：调整预设上下文丢弃阈值及建模方式qoc
经过上述一系列的调整之后，其初始预设的上下文丢弃阈值也做相应的调整，以备步骤s07使用；
s22：结束
经过一系列处理的上下文信息达到系统要求，同时各类设备所提供服务满足用户期望，结束整个流程。
本发明的有益效果为：
1、高效性：本发明能够有效消除不确定的上下文，减少底层上下文的数量，进而有效降低上下文传输造成的网络负载和推理模块的计算资源消耗；
2、自适应性：本系统通过将各类质量指标融合进上下文信息不确定性消除系统以及应用层反馈机制，能够实现对应用程序或设备的自适应调整；
3、高可靠性：本系统经过多重检测和多次调整各预设信息，使本系统的可靠性得到保证。
附图说明
图1是本发明所述智能感知空间中基于层次化综合质量指标qox的上下文不确定性消除系统的结构框图；
图2是本发明所述智能感知空间中基于层次化综合质量指标qox的上下文不确定性消除工作方法的流程示意图；
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例和说明书附图1-2对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
一种基于层次化综合质量指标qox的上下文不确定性消除系统，如图1所示，包括依次连接的上下文采集层、上下文处理层、应用层，
上下文采集层用于：作为整个上下文感知系统的感官，通过多个物理传感器、虚拟传感器和逻辑传感器周期性地采集原始上下文信息，并将采集到的原始上下文信息发送至上下文处理层；原始上下文为通过各类传感器采集的未经处理的上下文信息，主要包括环境上下文、设备上下文、用户上下文以及时间上下文信息；
上下文处理层用于：作为整个上下文感知系统的核心，根据各类预设信息对所述上下文采集层获取的原始上下文信息进行不确定性消除、融合推理，并将上下文判决结果传输到应用层；
应用层用于：作为整个上下文感知系统的最终目的，通过反馈处理指令对相应的节点或设备进行控制和调整，基于用户感受进行反馈，系统自行调整上下文不确定性处理机制、融合推理逻辑从而实现自适应。
上下文采集层包括环境上下文模块(温度、湿度)、设备上下文模块(设备运行状态)、用户上下文模块(用户年龄、身份)、时间上下文信息模块(年、月)以及其他上下文信息模块，其他上下文信息模块是指位置上下文信息模块；
环境上下文模块用于采集环境上下文信息；设备上下文模块用于采集设备上下文信息；所述用户上下文模块用于采集用户上下文信息；时间上下文信息模块用于采集时间上下文信息；
所述位置上下文信息模块用于采集位置上下文信息。
上下文处理层包括预设上下文信息模块、上下文预处理模块、上下文不确定性处理模块、融合推理模块、上下文判决模块、上下文存储模块、用户设定规则模块、系统预设规则模块及上下文知识库；
预设上下文信息模块、上下文预处理模块、上下文不确定性处理模块、融合推理模块、上下文判决模块、上下文存储模块依次连接；预设上下文信息模块、上下文预处理模块、融合推理模块、上下文判决模块、上下文存储模块、用户设定规则模块、系统预设规则模块分别与上下文知识库连接；
预设上下文信息模块用于：设置初始的上下文丢弃阈值及其初始的建模方式(来自上下文知识库)，建模方式为“上下文感知类型+上下文感知信息+上下文感知精度”，上下文感知类型为所述上下文感知信息的类型，如上下文感知信息“卧室”，其感知类型为“位置”，上下文感知信息为各传感器采集的原始上下文信息，上下文感知精度为传感器固有的感知精度，例如“感知类型-用户位置”+“感知信息-卧室”+“感知精度-90％”，将建模方式和上下文丢弃阈值传输到上下文预处理模块；
上下文预处理模块用于：结合来自上下文知识库中的用户偏好信息(由于上下文信息的种类繁多、数量巨大，通过用户偏好可以滤除一部分无用信息)对上下文信息进行筛选；
上下文不确定性处理模块用于：对来自上下文预处理模块的上下文信息进行不确定性消除，上下文信息不确定性主要包括不完备性、不精确性和不一致性；
融合推理模块用于：运用本体推理、基于规则的推理、证据论或贝叶斯网络推理方法，根据采集到的上下文信息，推理出高级上下文信息，将融合推理后的高级上下文信息经过上下文判决模块的处理存储到上下文存储模块，高级上下文信息是指经过推理融合后得到的可供用户或各种设备应用的上下文信息；
上下文判决模块用于：基于上下文的不确定性消除和融合推理的结果对上下文信息进行进一步的判决，例如，对比或常识性判定方式，并将判决结果传输到上下文存储模块和设备控制模块；
上下文存储模块用于：按照检索或查询规则存储来自上下文判决模块的上下文信息，并将其传输到所述上下文知识库中；
用户设定规则模块用于：用户根据所采集上下文信息以及所要提供的服务设定上下文不确定性初始消除机制，并将其传输到所述上下文知识库中；
系统预设规则模块用于：用户根据历史信息设定初始的融合推理规则；
上下文知识库用于：存储用预设上下文信息、上下文预处理后的部分上下文信息、推理融合信息、上下文判决结果、用户设定规则信息、系统预设规则信息以及来自应用层的偏好统计信息，同时为所述预设上下文信息模块、上下文预处理模块和融合推理模块提供所需要的各种信息。
应用层包括依次连接的设备控制模块、用户感受模块以及偏好统计模块；
设备控制模块与所述上下文判决模块连接，用户感受模块与上下文存储模块连接，偏好统计模块与上下文知识库连接；
设备控制模块用于：根据上下文判决信息对设备进行控制；
用户感受模块用于：用户对来自设备控制模块所提供的服务质量进行评价，并将评价结果传输到偏好统计模块；
偏好统计模块用于：负责获取用户偏好，并将用户偏好统计信息存储到上下文知识库中。
实施例2
本发明一种智能感知空间中基于层次化综合质量指标qox的上下文不确定性消除系统，能够有效提高上下文不确定性消除的效率和精度，以满足实际上下文感知计算应用中的实时性、自适应性、精确性要求，提高系统的整体性能。本发明实施例的方法，其流程如图2所示：
以上下文感知计算的典型场景—智能家庭为例。在智能家庭中通过wifi、蓝牙、红外和zigbee这4种方法来采集关于用户的位置信息，由wifi、蓝牙、红外和zigbee获取的情景信息分别为iwifi、i蓝牙、i红外、izigbee，具体步骤如下：
s01：计算分析用户偏好qoe，包括步骤如下：
(1)通过用户主动操作历史和系统引导用户操作历史显式过程，获取用户偏好；或者，通过协同过滤技术分析用户的历史行为数据得出用户偏好；
(2)采用聚类和相似度计算技术、语义扩散机制计算用户对服务的偏好、以及用户偏好与上下文之间的语义关联，加权提取用户偏好；
(3)利用多维向量和层次模型对用户偏好进行量化，得到用户偏好信息；以备步骤s02使用；例如用户睡觉前喜欢看书，卧室的灯光相对较亮；
s02：上下文知识库qox
上下文知识库存储用来自步骤s01的用户偏好信息和s15的上下文判决信息，并且为步骤s03、步骤s05、步骤s06提供所需信息；
s03：预设设备信息qod
预设设备信息，包括设备采集频率、设备摆放位置以及上下文更新度信息；以备步骤s04使用；
s04：预设上下文丢弃阈值及建模方式qoc
根据来自上下文知识库的信息预设上下文丢弃阈值和上下文信息的建模方式，上下文信息的建模方式为“上下文感知类型+上下文感知信息+上下文感知精度”；以备步骤s04使用；例如预设所采集位置信息仅限室内，若某个传感器采集位置信息显示在室外，则后续会将该信息丢弃；
s05：用户预设不确定性消除机制qoe
用户要预设各不确定性(不完备性、不精确性、不一致性)消除的优先级，同时预设采用某种算法对其进行消除，例如用户可以预设依次消除不完备性、不精确性和不一致性，同时预设当采集的信息缺失较少时采用投票选举算法，缺失较多时采用拟合分析方法等；
s06：系统预设推理规则qos
系统根据历史信息预设上下文融合推理规则；例如，若知道先验概率或者先验概率的计算相对容易，则可以选择贝叶斯网络；
s07：上下文信息收集和建模
使用物理传感器、虚拟传感器和逻辑传感器等多个传感器采集上下文信息，将上下文信息按照步骤s04中的上下文信息的建模方式进行建模，同时根据步骤s04预设上下文丢弃阈值，丢弃质量较差的上下文信息；建模模式为“上下文感知类型+上下文感知信息+上下文感知精度”，同时根据s04预设上下文丢弃阈值，丢弃质量较差的上下文信息，例如“位置上下文+卧室+精度90％”；
s08：上下文预处理
通过各类qoc质量参数进一步评估上下文的不确定性程度，滤除低质量上下文信息，例如将可信度较低(不确定性程度较大)的传感器采集来的上下文信息删除；
s09：判断不确定程度是否小于丢弃阈值
判断步骤s08中的不确定性程度与丢弃阈值的大小关系，若不确定性程度大于丢弃阈值，则直接转向步骤s10，否则，则进入步骤s11；例如某一传感器精度为80％，丢弃阈值为85％，则该传感器的不确定性程度大于丢弃阈值(不确定性程度与精度呈反比)；
s10：直接丢弃
上下文的不确定性程度大于预设阈值，则将其直接丢弃；例如步骤s09中所举例子，传感器采集的上下文信息不确定性大于丢弃阈值，将该传感器采集的上下文信息直接丢弃；
s11：上下文不确定性消除
根据步骤s05用户预设的不确定性消除机制，对不确定性上下文信息进行处理，选择合适的不确定性消除等级和恰当的算法；例如，先消除不确定性程度较严重的，再消除不确定性程度较小的上下文，同时根据上下文缺失的情况，选择合适的算法，缺失较少时可以选择投票选举法；
s12：判断不确定性消除结果是否达到系统要求qos
判断不确定性消除后的上下文正确率是否达到系统要求的正确率，若系统要求不确定性消除算法的正确率为90％，若不确定性消除后的上下文信息正确率达到90％，则进入步骤s13，若未达到系统要求，则转向步骤s20；
s13：推理融合
根据步骤s06系统预设推理融合规则，对经过不确定性消除后的上下文信息进行推理融合，融合推理算法包括本体推理、基于规则的推理、证据论或贝叶斯网络推理方法；
s14：判断融合推理结果是否达到系统要求qos
判断经过融合推理后的上下文正确率是否达到系统要求的正确率，若系统要求融合推理后的正确率为95％，若达到系统要求，则进入步骤s15，若未达到系统要求，则转向步骤s19；
s15：上下文判决
对经过步骤s11和步骤s13处理过且达到系统要求的上下文信息进行进一步的判决，以备步骤s16使用，同时将其存入上下文知识库；
s16：设备控制
根据步骤s15上下文判决结果控制设备运行与否以及如何运行，例如当检测到用户在客厅时，设备根据用户的偏好习惯将灯光调亮；
s17：判断是否达到用户预期要求
用户对设备所提供的服务进行评估，若无法达到用户期望的要求，例如当用户在卧室时，灯光较量，则无法达到用户对睡眠环境的要求，则转向步骤s18，否则，转向步骤s22；
s18：调整系统预设推理规则qos
若设备所提供的服务无法达到用户所预期的效果，则进一步调整系统预设的推理规则，为步骤s13融合推理提供更加合理的推理规则；
s19：调整用户预设不确定性消除机制qoe
若经过步骤s18调整系统预设规则之后仍然无法达到系统要求，则调整用户预设不确定性消除机制，如可以改变各不确定性因素的消除顺序以及选取不同的算法对不确定性上下文进行综合处理，进而为步骤s11上下文不确定性消除提供更加合理的消除机制；
s20：调整预设设备信息qod
若经过步骤s18调整系统预设规则和步骤s19调整用户预设不确定性机制之后，仍然无法达到系统要求，则调整预设设备信息，包括调整设备的采集频率、更新度以及设备的摆放位置信息，并转向步骤s21；
s21：调整预设上下文丢弃阈值及建模方式qoc
经过上述一系列的调整之后，其初始预设的上下文丢弃阈值也做相应的调整，以备步骤s07使用；
s22：结束
经过一系列处理的上下文信息达到系统要求，同时各类设备所提供服务满足用户期望，结束整个流程。