The goal of ubiquitous computing is to build a system which is able to coordinate computing entities embedded in physical environments to support user activities in efficient and unobtrusive ways. It requires the system to be aware of the surrounding contexts of the entities including users, and then respond to the context changes by seamlessly adapting to possibly heterogeneous computing resources with no obstruction to users. Many context-aware systems developed during the last a couple of decades demonstrated the achievements of their respective goals of context-aware ubiquitous computing services. However, most systems employed service environment in that contexts are generated and processed in one-at-a-time manner by focusing on context acquisition and awareness.
In recent years a great deal of research challenges have been paid to deal with context-aware processing in the multi-user (or group user) ubiquitous computing environment in that more than one context are produced simultaneously within a space by requesting different contextual services at the same time.
The presence of multiple contexts gives rise to the problem of conflicts, in that different contexts are generated and being active simultaneously in the same space each requesting its own context to be served. In this situation, the context-aware operation will not be able to determine proper services. Therefore, strategies for conflict detection and resolution are required for robust context-aware computing services in multi-user context environment.
Most of the existing works on conflict management either impose significant specification overhead upon developers or compel users to suffer from unnecessary distraction due to the inaccurate conflict analysis. Moreover, they lack of comprehensive support for conflict resolution and thus they fail to cope with all the conflicts to be resolved on a fair basis.
In this dissertation, we give (1) our design and development of a context management system implemented as the core part of a context-aware ubiquitous computing middleware platform called Active Surroundings, and (2) context-based conflict management (referred to as conflict detection and resolution) mechanism implemented into the platform by extending it to support multi-user group context applications.
Our context manager provides an activity-oriented rule-based context reasoning scheme. This approach reduces the size of the working memory to speed up context reasoning based on the relevance of low-level context to high-level context in logic inference. It extracts the relevant context data that are only required to support user activities that currently run.
Our conflict manager monitors different contextual actions that have been activated as the result of context-aware processing by the context manager to analyze how they affect each other. It detects conflicts based on a runtime effect model which represents how and until when the execution of an action affects on context variables. This approach enables the conflict manager to detect conflicts in a sequence of actions over environmental context. It also resolves conflicts based on the characteristics of the context of conflicting activities. The proposed conflict manager provides a comprehensive set of conflict resolution schemes. The characteristics of conflicting activities will choose a conflict resolution scheme out of the comprehensive set in such a way that the detected conflict is resolved fairly.
We have conducted performance evaluation to show (1) the proposed context reasoning strategy significantly reduces processing time for inference, and (2) the proposed conflict detection scheme outperforms existing works in terms of accuracy and efficiency. Also, we present several case studies to show that the proposed conflict resolution scheme is fair.
유비쿼터스 컴퓨팅의 목표는 환경에 내재된 컴퓨팅 개체를 조직화하여 사용자의 불필요한 관심을 끌지 않으면서 사용자의 액티비티를 지원할 수 있는 시스템을 개발하는 것이다. 사용자의 액티비티를 지원하기 위한 시스템은 사용자가 항상 자신의 액티비티에만 집중할 수 있도록 최적의 보조를 하기 위해 사용자와 사용자를 둘러싼 상황을 인지하고, 변화하는 상황에 반응하여 때로는 이질적이고 부족할 수 있는 컴퓨팅 자원에도 매끄럽게 적응할 수 있어야 한다. 지난 약 20년 간 수 많은 시스템은 한 명의 사용자를 대상으로 컴퓨팅 자원을 조합하여 사용자를 지원하는데 집중하여 성공을 거두어 왔다. 그러나, 유비쿼터스 환경이 다수 사용자를 수용해야 할 필요가 생기면서, 이러한 성공도 새로운 과제에 직면하게 되었으며 무엇보다도 다수 사용자 간의 충돌은 유비쿼터스 컴퓨팅의 목표에 도달하는데 심각한 장애물이 되고 있다.
본 학위논문에서는 유비쿼터스 컴퓨팅 미들웨어의 핵심 구성요소로 상황정보 관리 시스템의 설계와 구현 그리고, 상황정보 기반 충돌관리 시스템을 구현하여 미들웨어가 다수 사용자의 액티비티를 지원할 수 있도록 확장하였다. 상황정보 관리 시스템은 액티비티 기반의 상황정보 추론 기법을 제공한다. 상황정보 추론 기법은 추론할 상위의 상황정보와 하위의 상황정보 사이의 연관성을 기반으로 작업 메모리의 크기를 줄여 추론 속도를 높인다. 충돌관리 시스템은 서로 다른 사용자의 액션을 관찰하고 그 동적 이펙트를 분석하여 충돌을 감지한다. 충돌감지 기법은 어떻게 그리고 언제까지 액션이 상황정보에 영향을 주는지에 파악하여 일련의 액션들 사이의 충돌을 감지할 수 있다. 충돌해결 기법은 기존의 충돌해결 기법들을 포괄적으로 제공하고 사용자 액티비티의 상황정보를 기반으로 충돌이 공정히 해결될 수 있도록 하는 적절한 충돌해결 기법을 결정한다.
성능평가를 위해, 제안된 상황정보 추론 기법이 추론시간을 상당히 줄이고 충돌감지 기법이 기존 연구에 비해 정확도와 효율성에서 성능이 향상되었임을 보이는 실험을 수행하였다. 그리고, 충돌해결 기법이 공정한 결과를 제공함을 보이는 사례 연구들을 제시하였다.
