信息家电中实时智能技术的应用研究

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信息家电中实时智能技术的应用研究 信息家电中实时智能技术的应用研究 信息家电中实时智能技术的应用研究 信息家电中实时智能技术的应用研究 信息家电中实时智能技术的应用研究 信息家电中实时智能技术的应用研究 信息家电中实时智能技术的应用研究 信息家电中实时智能技术的应用研究 信息家电中实时智能技术的应用研究 信息家电中实时智能技术的应用研究 第29卷第3期vol29№3计算机工程ComputerEngineering2003年3flMarch2OO3?工程应用技术与实现?文章编号:1ooo一=I428(2o03)o3—0147—o2文献标识码:A中圈分类号:TP273.5信息家电中实时智能技术的应用研究杜玉清,王新伟(华东师范大学计算机系,上海200062)摘要:随着网络和信息技术的迅速发展,基于信息家电(IA)的家庭网络将得到大规模的推广.信息家电的核心是芯片和实时智能软件.在讨论信息家电的特点和功能的基础上,提出一种适于建立IA软件环境的Agenff~构模型,并对其进行了分析讨论.关健词:信息家电;实时智能;AgentStudy0fRealTimeAITechnologyinInformationApplianceDUYuqing,WANGXinwei(DepartmentofComputer,EastChinaNormalUniversity,Shanghai200062)[AbstractlWiththerapiddevelopmentof networkandinformationtechnology,IA—basedhomenetworkwillbewidelypopularized.ThecoreofIAareICandrealtimeAIsoftware.ThisarticlediscussesthecharactersandfuntionsofIA.andproposesanagentstructuralmodelsuitableforsettiingupsoftwareenviromentofIA.[KeywordslInformationappliance;RealtimeAI;Agent实时要求与智能技术的结合导致了实时智能技术的出现.实时智能技术是将人工智能(AI)的方法运用到了实时领域,为开发出具有智能行为的复杂实时系统提供了有效的手段.实时智能技术研究的目标是通过将实时系统和智能规划,问题求解,适用性等相结合而得到一类新的智能控制系统.这类系统能够动态地对自身的行为进行规划,并保证这些行为满足实时要求.实时智能一方面是对传统实时技术的延续,其研究内容包含了传统意义上实时系统所涉及的各个领域’9另一方面又是对传统实时技术的扩展,研究了如何将人工智能技术结合到实时系统的开发中;同时,也是对传统人工智能(AI)的补充,将实时的概念注入到AI之中,从而延伸了AI的应用领域.未来的信息家电(包括网络终端)的设计中必然要考虑到实时智能控制.因此,面向具体应用领域,研究以网络通信为基础的实时智能技术在理论与实践上均有积极的意义.1信息家电1.1信息家电甄念及其支撑技术据美国国家半导体公司的定义:信息家电(IA—InformationAppliance)是一种廉价,易用,以互动方式与Intemet连接的小型设备.从这个意义上说,未来凡是和Intemetl~接的设备都可以叫信息家电..信息家电的重要特征是可以通过Intemet双向传递数字信息,因此它是网络上的家电或终端,而不是PC的外设.信息家电应具有一定的智能,并应支持某种统一的,标准的协议,能够互相识别.图l为一种通用的IA结构.图1IA一般结构从技术上看,信息家电是将数字技术和网络技术集成在电冰箱,洗衣机等传统家用电器上,在此基础上建立起家庭网络化环境.因此IA是通信技术,计算机技术和消费电子技术的结合.和传统家电不同,信息家电的核心是集成电路(IC)芯片和软件.目前,IBM,Intel,Motorola等公司已推出用于IA的专用芯片或嵌入式微处理器.IA的软件体系结构则有多种方案,作者认为一种普遍被认可的分布式计算和通信标准将用于IA的软件体系设计.目前两种主要的分布式对象标准分别是微软(Microsoft)的DCOM和国际对象管理集团(OMG)的CORBA,Sun公司的Java技术及其Jini环境也非常适于构筑具有分布式应用的IA软件平台.1.2信息家电的实时系统IA的实时性要求是不言而喻的:我们对IA期望的功能(任务)总应该在预期的时间内完成.实时系统自动执行应用软件,而且能自动响应外部事件的作业.比较而言,IA的实时性要求应属于”软实时”,通常是在几秒之内响应;当然,偶尔会有慢一些反应的,但问题也不大.不像时间安排是事先排定的在既定时间内必须要有反应的”硬实时”系统(如汽车的安全气囊控制系统).在家庭网络中一般采用实时操作系统(RTOS)来连接整个网络,可以保证IA中的例行程序能及时地响应外部事件并准时进行操作.要做到这一点,需要在家庭网络控制中心或IA中设定优先级和数据的相关性质.用RTOS来管理应用软件,即使是外部的实时活动很不稳定,也能及时捕捉到.实时OS可以是嵌入式的,也可以不是,取决于充当网络控制中心的是PC还是专用设备(如家庭网关等).目前,已有许多成熟的RTOS产品及模块,如何选择或是自己编写全部或部分代码需要在成本,要求的功能和效益间权衡.1.3信息家电的智能行为IA除了联网和实时通信能力外,具备一定的智能将是作者倚介:杜玉清(1975～),男,硕士生,研究方向为系统分析与集成;王新伟,教授收稿日期:2002—03-07—147—其重要特征.一般而言,IA的智能化要求其具有记忆,自学习和数据处理能力.但如果应用传统的控制手段,运用神经元,模糊逻辑等控制技术,控制器将变得十分复杂,制造和维修成本十分昂贵,用户将无法接受,必须有新的出路.这就提出了分布式智能控制的概念.由欧美国家提出分布智能控制的概念在工业制造,交通控制和管理,远程教育等领域得到良好应用效果,当然也可以用于家庭网络和IA.分布式智能理论的核心是智能体(IntelligentAgent),智能体是一个具有控制问题求解机理的计算单元,IA中的智能体可以是一个小型专家系统,一个过程,一个模块或一个求解单元.目前研究较多的是多智能体系统(MAS:MultiAgentSystems),即如何将多个自主的智能体集成到网络上.可以把不同的IA看作是不同的智能体,它们具有不同的能力,但都是通过传感器感知环境,通过效应器作用于环境,具有自治性,交互性,可通信性以及实时性等.2实时智能系统传统的AI系统设计时无需注意更多的资源限制,但是当涉及到现实应用时,AI系统所作用环境的时间约束条件就要被考虑了.2.1实时智能系统结构把实时系统与智能技术结合起来形成一个单一实时智能系统的方法主要有3种:实时系统中嵌入智能模块,智能系统内嵌入实时响应和实时与智能耦合系统(智能子系统与实时子系统并发运行,相互协作).图2给出了这3种实现方式的示意图.露露圉2构造实时智能系统的3种主要方从图2中可以看出,不同的实现方式的着眼点也有所不同,所产生的实时智能系统的性能也随之不同.IA中采用哪种结构,取决于IA本身的功能侧重点不同:首先考虑是智能行为还是实时要求为第一位,或者是实时性和智能化的要求同等重要.2.2信息家电中的实时智能模块IA除了家电的基本功能外,还要具有与外部交换信息的能力,并根据信息作出相应的反应.我们把IA的核心看作是一个Agent;一般的复合式Ag∞t包含有多种模块:感知(Perception),动作(Action),反应(Reaction),建模(Modeling),规划(Plannin曲,通信(Communication),决策(DecisionMaking)等.针对的通常功能和行为,IA的Agent可以减少若千模块,但瘦包括实时智能(RTI—RealTimeInteUigence)模块以及管理(Supervision)模块.据此,提出一种用于IA的具有实时智能的Agent模型如图3.各模块的结构和功能如下:(1)管理(Supervision):管理模块与其它模块的并发行为同步.其功能的实现需借助两个概念:状态和转换.状态限定了其他模块所处的环境,Agent行为的改变表现在状态间的转换.图3的Agent~型有3个主要的状态:感知,实时,智一l48一能处理,通信.转换总是将一个输入状态和一个输出状态联系起来.各个模块接受的不同信号反映了转换和转换行为的条件,以及改变不同模块的状态(如启动RTI模块,结束RTI模块等).对于特定的IA,管理模块应该是固化不可编程的.(2)感知(Perception):感知模块负责Agent和外部环境的交互.它通过监控传感器.按照RTI模块或管理模块的指令解释和筛选收集到的数据.它可以将有关的相似信息,数据包装成便于解释的形式,得到的数据集主要供RTI模块使用.对于特定实时信号,可以直接送至动作(Action)模块.(3)实时智能(RTI):实时智能模块是Agent的核心模块.RTI模块根据通信模块传送的信息做出反应,或者根据由感知模块检测到的条件变化做出相应动作.要做到这一点,RTI模块需要具备两种能力:I)实时动作,表现为预定的有关对象的标准行为;2)认知,这是关键.M∞’ Cemmm*kaltoa髓硼,山-●ll_|rlt●rNcc(注:NCC:NetworkControlCenter)圉3实时智IBAgent模墅一个认知系统主要应包括:1)一个规则库,包括一系列描述Agent的环境的对象和一组适当的操作这些对象的规则;2)一个具有独立和防千扰机制的接口引擎;3)一个数据元库(rnetabase),它提供RTI模块智能推理控制的解释性说明.除此之外,RTI模块还可具有继承其它Agent知识和规则的能力及当数据不完整时可以进行缺省推理的能力等.RTI模块结构如图4.Datalnterfem圉4RTI模块结构(4)通信(Communication):通信模块允许Agent异步收发信息.通过筛选接收到的信息,决定它们的优先级(按照FIFO或LIFO原则等)和处理类型.通信模块拥有其余Agent的列表(可动态更新),根据不同目标,按照特定协议发送不同状态的信息(g/答,通知等).发送的信息一般由RTI模块提供.通信模块也可直接影响Action模块,比如通过效应器改变环境.2-3实时智能系统的开发方法介绍早期的开发方法主要有两种:一是将实时功能加入到(下转第165页)guest”读取”)即可.2)在存放点播网页的wcb服务器上制作点播网页.参照以下示例对每个节目项编写链接:<P>1.中南海保镖<Ahref=“/video/baobiaoIbat”>上部<A><Ahref=“/video/baobiao2bat”>下部</A></P><P>2.巴黎圣母院<Ahref=“/video/bali1.bat”>上部<A><Ahref=“/video/bali2.bat”>下部</P></A>其中批处理文件根据节目名自定.此处假定这些文件都放在WebJ][~务器的video文件夹下.3)参照以下示例编写各个节目的批处理文件:@echooffc:herosofthero200lsthsvcd,,172.161.25VoD中南海保镖,1AVSEQ01.DAT此处假定各用户机上都是按默认方式安装超级解~2001(即存在cAherosoflhero200l~thsvcd.exe),而且存放节目源文件的主机(磁盘阵列或光盘塔)IP地址是172.16.1.25,其共享文件夹是VoD,节13源文件为AVSEQO1.DAT,存放在VoD中南海保镖l文件夹下.有些教学VCD节目(如太极推手)是由若干个节目源文件组成,其批处理文件可参照以下示例编写:@echooffc:herosofthero2001ksthsvcd”,,172.16.1.25VoD太极拳教学推手music01.DAT…,,17216.1.25WoD太极拳教学推手music02DAT”“,,172.16.1.25VoD太极拳教学推手music03DAT…,172.16.1.25VoD太极拳教学推手kmusic04.DAT即不同节日源文件(连其完整路径)须用双引号分开.4成功案例笔者已用以上方法于2001年’.1:3t--年成功地建成了莆田学院(原莆田高专)多媒体教学及视频点播网站(URL:http://ptc.fjpt.cn.net/vod.htm),该网站设有”在线影院,”电子教材”和”网上点歌”3个播放视频节目流的栏目(限校内用户访问).经过近半年的运行,效果很好,完全消除了原来使用国9bVoD软件存在的各种问题.我校校园网为千兆位以太网,各主节点均使用进13的三层交换机,有十多个VLAN,联网用户数最多时约800个.节目源存放在Oapro/~司出品的SCSI磁盘阵列上(73GB×12个高速热插拔硬盘).磁盘阵列服务器为宝德公司出品的INTELPowerLeader55ooN务器(双Pill至强550CPU).而且使用和维护十分简单,一个大专毕业的机房管理员就可以完成所有光盘节日复制,网页制作和批处理文件编写工作.5注意事项.(1)客户机开机登录时要按”确定”,不可按”取消”.(2)在IE浏览器的”局域网设置”中应将磁盘阵列服务器IP地址(我校为172.16.1.25)设置为”不使用代理服务器”.(设置步骤:IE浏览器一工具--*lnternet选项一连接一局域网设置一高级一在”对于以下列开头的地址不使用代理服务器”框中加入172.16.1.25或l72.16..)(3)用户端安装”超级解霸2001”时要统一使用默认安装路径.(4)播放时会弹出选择对话框,询问是”运行”还是”下载”(保存).选择”运行”即可.(5)服务器端应安装NetBEUI协议,启用NetBIOS,并保留IPC$共享.为此网络管理员应加强服务器安全管理.参考文献1(美)BehrouzA.ForouzanwithSophiaChungFeganTCP/IPProtocolSuite.北京:清华大学出版社,20002f美)WalrandJ,VaraiyaPHigh.performanceCommunicationNetworks.北京:机械工业出版社,20003中国兀’培洲工程编委会.Windows2000网络管理员培洲班珠海:珠海出版社,20024佳禾工作室.Windows2000基本功能与组网技术北京:人民邮电出版社,20005Microsoft公司.MicrosoftWindowsNTServer4.0网络指南.北京:北京希望电脑公司,1998☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆ (上接第148页)Al系统中.基于这种方法开发的系统的成功与否,关键在于时间的表示,推理算法的优化和人机界面的改进.但是,这种方法不能有效地解决诸如响应时问的保证,多任务并发控制和推理过程的中断等;二是将领域知识表示为产生式规则,嵌入到实时系统中,即所谓的”反应式AI系统”.反应式AI系统的实质足模拟生物的”刺激一反应”机制.但是这种方法的智能处理能力非常有限.不过,反应式AI系统到底能够具有什么程度的智能,人们还不清楚.在某些类型的IA的Agent中可以采用这种开发方法,前提是工作时的环境条件相对变化不大,比如空气调节器.近年来,实时智能系统的开发方法主要集中在3个方面:一是扩展实时编程语言,用实时编程语言来表示知识.这种方法可以非常有效地处理实时智能系统实时方面的问题.但由于实时编程语言的知识表示能力较弱,所以不能很有效地处理复杂概念的表示,知识的获取,一致性检测和复杂的推理控制策略;二是将AI子系统与嵌入AI的实时子系统耦合,如在文献【4]中描述了一个基于上述耦合结构的双层调度系统,该方法的难点是不易实现两层系统之间的平滑通信;三是将专家系统集成到实时核中.这种方法介于前两种方法之间,它将知识处理技术(知识的表示,获取,推理和编译)以及实时调度技术结合在一起.3结束语本文从信息家电的特点出发,提出并分析了作为lA核心的Agent的结构模型和功能,作为实现Agent关键功能的实时智能技术,具有广泛的应用前景.一般而言,设计与开发实时智能系统的困难在于应用环境所强加的约束条件和多Agent的协同.实际建立的多Agent家庭网络系统(MAHNS)还必须具有的功能包括:(1)处理异步事件;(2)管理资源过载和时间约束;(3)确保对于分布式的各自治Agent的控制.参考文献1WebbWRea1.timeSoftwareReignsinPoStPCProducts.2000—022MuslinerD.HendlcxJ.AgrawalaA.TheChallengesofReal—timeAITechnicalReportCS一FR.3290.UnivofMaryland,1994—063GuessoumzDojatM.AReal—timeAgentModelinanAsynchronous.objectEnvironmentSeventhEuropeanorkshoponModellingAutonomousAgentsinaMulti.agentWorld,l9964Humphrey.Stankovic.AToolforReaI-timeSchedulingAssistanceBoston:SecondIEEEReal?timeTechnologyandApplicationsSymp.osium,1996-065王颖.智能信息处理:面向Internet分布式人工智能技术….计算机应用研究,2000—07—165—