|
|
Lightweight data and knowledge exchange for pervasive environments |
|---|---|
| Author: | Su, Xiang1,2 |
| Organizations: |
1University of Oulu Graduate School 2University of Oulu, Faculty of Information Technology and Electrical Engineering, Computer Science and Engineering |
| Format: | ebook |
| Version: | published version |
| Access: | open |
| Online Access: | PDF Full Text (PDF, 3.1 MB) |
| Persistent link: | http://urn.fi/urn:isbn:9789526213354 |
| Language: | English |
| Published: |
Oulu : University of Oulu,
2016
|
| Publish Date: | 2016-09-09 |
| Thesis type: | Doctoral Dissertation |
| Defence Note: | Academic dissertation to be presented with the assent of the Doctoral Training Committee of Technology and Natural Sciences of the University of Oulu for public defence in Auditorium IT116, Linnanmaa, on 21 September 2016, at 12 noon |
| Tutor: |
Professor Jukka Riekki |
| Reviewer: |
Doctor Ora Lassila Associate Professor Kerry Taylor |
| Opponent: |
Professor Johan Lilius |
| Description: |
AbstractPervasive environments are physical spaces saturated with devices collecting data, controlling the environment, and interacting with users. These environments support human users in their everyday tasks so that the users can focus on their own tasks and access services and resources whenever and wherever they want. Such environments are also called smart spaces. Knowledge-based systems would enable realizing a variety of intelligent applications for pervasive environments. Generally, such systems recognize the situation in the environment from sensor data and utilize automated reasoning techniques to respond to the situation and the needs of the users. However, building knowledge-based systems for pervasive environments presents challenges. This dissertation focuses on the challenge of data and knowledge representations. Knowledge-based systems utilize expressive knowledge representations that are verbose and require sufficient resources in order to use them. Most devices in pervasive environments cannot handle these representations as the devices have limited resources for computation, storage, and communication. The main aim of this dissertation is to tackle this challenge. That is, on the one hand, pervasive environments demand data and knowledge representations that do not require many resources from the resource-constrained devices; and on the other hand, the representations should be compatible with the knowledge-based systems. Specifically, a general solution is required that enables many applications to use the same data with minimal effort from application developers. This dissertation presents a novel representation, Entity Notation (EN), to tackle these challenges. EN is designed as a general lightweight representation for data and knowledge. EN expresses entities, their properties, and property values. This structure resembles the triple structure of Resource Description Framework (RDF) and Web Ontology Language (OWL). Hence, sensor data in EN syntax can be transformed into common knowledge models in a straightforward manner and utilized with ease by knowledge-based systems. EN Schema is designed for transferring advanced knowledge models. Moreover, EN also offers an approach to shorten the format with templates and prefixes. This way, EN can be utilized by resource-constrained devices and environments. Our evaluation verifies that small devices can utilize EN to transfer data and knowledge to devices realizing intelligent functions, such as inference. Moreover, the expressive power of EN is comparable with the alternative representations. Finally, resource consumption is verified by prototypes. Based on the evaluation, we can conclude that EN can facilitate harnessing the full potential of pervasive environments. see all
TiivistelmäKaikkialla läsnäolevat ympäristöt ovat fyysisiä tiloja täynnä laitteita, jotka keräävät dataa, ohjaavat ympäristöä ja ovat vuorovaikutuksessa käyttäjien kanssa. Nämä ympäristöt tukevat ihmisiä päivittäisissä tehtävissä siten, että ihmiset voivat keskittyä tehtäviinsä sekä käyttää erilaisia palveluja ja resursseja ajanhetkestä ja paikasta riippumatta. Tällaisia ympäristöjä kutsutaan myös älykkäiksi tiloiksi. Tietämysjärjestelmät mahdollistavat monia sovellusskenaarioita näihin ympäristöihin. Nämä järjestelmät tunnistavat ympäristössä vallitsevan tilanteen sensoridatan avulla ja hyödyntävät automaattista päättelyä reagoidakseen tilanteeseen ja käyttäjien tarpeisiin. Tietämysjärjestelmien kehitys näihin ympäristöihin on kuitenkin haasteellista. Tämä väitöskirja keskittyy datan ja tiedon esitystavan haasteisiin. Tietämysjärjestelmät käyttävät ilmaisuvoimaisia tietämyksen esitysmalleja, joiden monimuotoisuus puolestaan edellyttää riittäviä resursseja. Monet laitteet eivät pysty käsittelemään näitä esitysmalleja koska niillä ei ole riittäviä laskenta-, kommunikaatio- ja tallennusresursseja. Väitöskirjan päätavoite on ratkaista tämä haaste: Toisaalta dataa ja tietämyksen esitysmalleja on voitava käsitellä niukoilla resursseilla; toisaalta esitysmallien on oltava yhteensopivia erilaisten tietämysjärjestelmien kanssa. Erityisesti tarvitaan yleisratkaisu, joka voidaan yhdistää useaan sovellukseen vähäisellä sovelluskehitystyöllä. Tämä väitöskirja esittää ratkaisuksi uuden datan ja tietämyksen esitystavan, Entity Notation -mallin (EN). EN on suunniteltu yleiseksi ja kevyeksi tiedon ja tietämyksen esitystavaksi. EN ilmaisee entiteettejä sekä niiden ominaisuus-arvopareja. Tämä rakenne muistuttaa RDF-kuvauskieltä sekä OWL-ontologiakieltä. Täten sensoridata EN-kielessä voidaan muuttaa suoraviivaisesti yleisiksi tietämysmalleiksi ja hyödyntää helposti tietämysjärjestelmissä. EN Schema on suunniteltu tietämysmallien siirtämiseen. EN tarjoaa myös tavan lyhentää muotoa mallineilla ja etuliitteillä. Näin EN-esitystapaa voidaan hyödyntää resurssirajoitteisissa laitteissa ja ympäristöissä. Tehdyt kokeet osoittavat, että pienet laitteet voivat käyttää EN-esitystapaa tiedon ja tietämyksen siirtämiseen älykkäitä toimintoja toteuttaviin laitteisiin. Lisäksi EN-esitystavan ilmaisuvoimaisuus on verrattavissa vaihtoehtoisiin esitystapoihin. Prototyyppien avulla tarkistettiin resurssien tehokas käyttö. Kokeiden perusteella voidaan todeta, että EN-esitystapa helpottaa läsnäolevien ympäristöjen täyden potentiaalin hyödyntämistä. see all
|
| Series: |
Acta Universitatis Ouluensis. C, Technica |
| ISSN: | 0355-3213 |
| ISSN-E: | 1796-2226 |
| ISSN-L: | 0355-3213 |
| ISBN: | 978-952-62-1335-4 |
| ISBN Print: | 978-952-62-1334-7 |
| Issue: | 581 |
| Subjects: | |
| Copyright information: |
© University of Oulu, 2016. This publication is copyrighted. You may download, display and print it for your own personal use. Commercial use is prohibited. |