浙江大学潘纲丨ScudContext：信息-物理空间融合的大规模环境上下文服务

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浙江大学潘纲丨ScudContext：信息-物理空间融合的大规模环境上下文服务

2018 年 3 月 1 日 德先生

本文发表于《浙江大学学报》（工学版）第45卷第6期，2011年6月

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ScudContext：信息-物理空间融合的大规模环境上下文服务

潘纲，李石坚，陈云星

浙江大学计算机科学与技术学院，浙江杭州 310027

摘要：提出一种信息-物理空间对应的上下文模型及相应上下文基础设施ScudContext。ScudContext通过语义技术描述上下文；通过构建空间树建立信息空间与物理空间的对应关系，将SOA（service oriented architecture）标准用于组织、管理和提供各类上下文服务。ScudContext被应用于办公楼宇监控的仿真系统，从功能和性能实验结果看， ScudContext具有松耦合、易协同、可扩展、接口标准化等优点，能很好地反映物理空间上下文的演化情况。

关键词：信息-物理系统；面向服务的架构；上下文服务

中图分类号：TP393

ScudContext: large-scale environmental context services infrastructure towards cyber-physical space integration

PAN Gang, LI Shi - jian, CHEN Yun-xing

College of Computer Science and Technology, Zhejiang University, Hangzhou 310027, China

Abstract: Proposed a cyber-physical space integrated context model and infrastructure, named ScudContext, which utilizes semantic technology to describe context, models the physical space with a corresponding space-tree in cyber space, and manages context service according to SOA ( service oriented architecture ) standards. ScudContext was applied to a simulation system for building monitoring. The results of functional experiment and performance experiment show that ScudContext has obvious advantages such as loosely coupled, easily collaboration, scalability, standardization of interfaces, and can reflect the evolution of physical space well.

Key words: cyber-physical system; service-oriented architecture; context service

DOI: 10.3785/j.issn.1008-973X.2011.06.005

随着计算、通信、嵌入式等技术的高速发展，普适计算系统的不断演进，一类被称为“信息-物理系统”[1-2](cyber-physical system，CPS)的新型普适计算系统开始出现。CPS系统泛指一类深度嵌入了计算和通讯技术的工程系统，通过传感器和执行器直接作用于周边的物理世界，从而实现计算系统与物理世界的无缝结合。由于CPS系统实现了感知、计算及通讯能力与系统运作过程的深度整合，系统执行过程更可靠、更可控、更可预测且更安全，其自适应性和协同性也得到极大地增强。

CPS系统对工业、农业、交通、建筑、国防等诸多行业产生深远影响，受到学术界、工业界的广泛关注。根据美国总统顾问委员会的建议，美国自然科学基金会已启动CPS系统专项研究，目前投资已超过300万美元；根据2009年美国“网络与信息技术研究计划”[3]的研究预算，美国国防部、国家安全协会等部门将在CPS系统研究方面投入超过1.38亿美元。同时，欧盟也启动了面向CPS系统研究的“嵌入系统与智能先进研究计划”[4]，总投入将超过70亿欧元。

感知环境信息是物理空间和信息空间融合的前提，基于感知结果提供环境上下文服务是CPS系统的基础核心技术。目前的CPS应用系统日益复杂，规模不断扩大，面向城市范围乃至全球范围的CPS系统(如IBM的“智慧星球”计划[5])开始出现。在这种情况下，原有小规模、面向局部区域和特定应用的上下文服务系统已无法满足应用需求，提供面向信息空间和物理空间全面融合的大规模环境上下文服务成为亟待解决的问题[6-8]。

本文提出的一个物理-信息空间融合的上下文基础设施“ScudContext”，将所有设备及空间上下文接口进行了服务化封装和抽象；以语义技术描述上下文，并以空间树为骨干建立上下文空间与物理空间的映射关系，以SOA(service oriented architecture)兼容的方式接入设备、组织子空间、管理系统架构并提供上下文服务，使系统具备松耦合、易协同、可扩展、接口标准化等优点。在此基础上，本文实现了一个面向楼宇监控的原型系统以验证Scud-Context框架的有效性。

1 相关工作

从上下文管理的角度来看，现有上下文模型通常仅考虑了按用户需求提供上下文的管理、查询等服务，对上下文空间与物理空间的对应关系考虑得较少，文献[9-11]是其中的典型例子。现有上下文模型可大致分为3类：1)基于空间的上下文模型，此类模型通常关注的是较小的、局部的空间[12-13]。少数模型关注了较大范围的上下文模型，如早期的Nexus项目World Wide Space[14]关注了城市范围的上下文建模问题，它的特点是引入了一个通用的、可交互性强的上下文模型CityGML来定义城市的三维结构，通过城市中物体的大小粒度定义了5个维度来描述城市的每一个物体，大粒度可以精确到每一栋楼，小粒度可精确到楼层或走廊，这样的描述方式提供了跟物体相关的丰富的空间信息。2)基于上下文本体的模型，典型的有Equator[15]项目，该项目主要解决物理世界与数字世界的联结问题，它通过定义本体来定义物体的属性以及物体之间的联系，这样能有效表示物体的信息并能有效消除对物体在表示上的歧义性，同时基于本体的表示也使得上下文的推理更加高效。3)基于本体与空间结合的上下文模型，2002年以后，Nexus项目逐渐采用了此种模型。该模型综合了上述2种模型的优点，后续许多项目均接受了这一思想。

现有上下文模型的缺点主要体现在：1)除Nexus外，上下文模型较多地关注于对局部空间的管理，例如局部的设备上下文、部分特定类型上下文等(如时间、位置、人等信息)。根据CPS系统的特点，本文主要关注大范围、全局的上下文空间管理，文献[16-17]部分体现了这种思想。2)现有面向大范围上下文管理的模型(如Nexus项目提出的增强世界模型(augmented world model)[18])对基础设施要求较高，并且往往需要对上下文进行集中式管理。3)现有空间上下文模型对空间中的实体(设备、用户等)管理较少。由于实体的数量和动态性远大于空间，若管理粒度细化到实体级，将对模型的组织方式和效率提出很大挑战。

从上下文系统的组织和服务提供方式来看，面向服务的体系结构SOA[19]是实现上下文服务协同及异构平台间互操作的重要手段。以SOA兼容的方式提供上下文，可更好的适应各类上层异构应用系统，增强服务提供的灵活性。经典的上下文系统(例如CTK[20]、Broker[21])并不提供Web Service形式的接口，近年来才出现了一些以类似Web Service的方式提供上下文服务的系统，如Hauer等[22-23]提到的通过发布/订阅方式来提供上下文服务。

然而现有的上下文服务仍有如下不足：1)上下文服务局限在特定功能，如只对上下文的发布/订阅等功能以服务形式提供，其他相关功能却无法通过服务形式来获得。且因为缺少空间相关的服务基础设施，上下文源(如用于采集上下文的大量感知设备)难以包装成服务形式，完全面向SOA的上下文管理系统很少见。2)上下文服务具有较强的耦合性以及平台相关性。服务消费者需要严格按照服务提供者定义的接口来调用，并往往需要基于某一特定平台，通用服务框架还非常少。3)上下文服务不具有开放性和灵活性。现有系统一般面向特定应用，其调用接口常基于一套非通用的描述规则，调用者必须对相关系统的业务逻辑有深入理解才能获得使用服务。

综上所述，现有上下文系统存在的问题主要集中于3方面：1)从模型角度看，考虑了物理空间管理的上下文模型较少，且现有典型模型在实体管理、模型组织方面有其缺陷；2)从规模角度看，现有上下文服务基础设施主要面向小规模、局部化的应用，难以满足现有CPS应用系统大范围、强动态、多异构等方面需求；3)从上下文服务组织及服务提供方式来看，现有上下文系统的耦合程度高，调用接口面向特定应用，很难支持上下文源级别的服务，不符合目前松耦合、服务化、接口标准化等需求。

2 信息-物理空间对应的上下文模型

上下文信息的加工过程是一个从无序到有序、从非结构化到结构化的过程，且需要充分考虑用户需求并按照便于用户理解的模式来组织信息，上下文模型及建模方法正是实现这一目标的基础和主要手段。

2.1 上下文模型

2.1.1 上下文模型和上下文空间

实体是上下文空间管理的基本单元，也是上下文的物理基础。实体可以是一个人、一个地点，或者与用户和系统交互相关的物体，上下文总是跟某个实体相关联。Abowd等[24]提出上下文是刻画一个实体状态的信息，“实体+实体状态信息”组成了一个上下文。因此，通过管理实体就能管理一组关联于该实体的上下文。结合这一观点，本文给出了自己的上下文模型，如图1所示。对于某个上下文Context，它由一个实体Enti-ty和实体的某个信息Concept组成。实体本身有一些基本属性，一般是属于静态的信息，这些信息用一组名值对(称为metaData)来表示。如“房间温度”可以是一个上下文，其中房间是一个Entity，有一组metaData描述其房间号码、位置等内容。

同时，本文借鉴了文献[25]中分离概念与概念表示法的思想，使每一个Concept有自己的一个或多个表示法，称为ConceptRep。如在“房间温度”这个上下文中，温度是Concept，有一组概念表示法(本文称为ConceptRep)描述其属性和值。

不同的ConceptRep之间可以定义相互转化关系。如Location是一个Concept，可以用经纬度坐标、门牌号、相对位置等多种形式来表示，这样可根据不同应用的需求对同一上下文增加ConceptRep，从而加强上下文模型的可扩展性。

在此上下文模型的基础上，本文建立了一个大规模环境下的上下文本体实例，利用本体描述对物理环境的实体加以分类，从而统一对实体和概念的语义表述。图2展示了一个上下文本体的构造过程。

基于上述模型将传感数据处理为结构化上下文的过程是一个由物理空间向上下文空间映射的过程。上下文空间是大规模物理环境中的基础设施，对应于某个物理空间，管理着这个物理空间中的实体和上下文源(这里上下文源指采集环境数据的传感设备)。它负责调用上下文源采集传感数据、将传感数据加工成结构化信息，并对外部用户和系统提供基于SOA标准的上下文服务，如对上下文的发布、订阅、查询服务，或更高级的聚合、分析、挖掘等服务。

2.1.2 上下文空间及上下文服务的组织

上下文服务需要管理大范围环境中的大量异构设备，日益复杂的上层应用系统在服务的扩展性、协同性等方面提出了很高的要求。现有上下文服务框架中常采用集中式方案，将上下文的存储、管理、分发集中在一台或数台中心服务器上。此类系统较容易构建，但扩展性、可复用性和与应用系统的协同方面不够理想。由于应用系统需要的上下文往往与其所处的某个局部物理空间密切相关，因此，把整个上下文空间服务组织为多个不同层次和粒度的子空间的服务组合。这些子空间与物理空间相对应，可以根据应用系统的需求向其提供不同粒度的上下文服务。子空间之间具有层级关系，反映了子空间的不同解析度以及子空间的相互包含关系。

在上述思路下，物理空间被映射成具有层次关系的上下文空间树结构，如图3所示。空间树的各个节点对应各个上下文空间。物理空间及设备的管理、访问和扩展被映射为对各级上下文子空间及其服务的管理、访问与扩展。

空间树的顶层是一个叫TCS(top context space)的节点，它是所有上下文空间的统一入口，是对整个物理空间的抽象。TCS空间维护了空间树的结构，保存了每一个上下文空间的基本信息，包括空间的名称、主机地址、实体等信息，以及空间包含的服务信息，等等。子空间的注册、注销都需要先向TCS申请，成功之后，TCS会对空间树的结构做出相应的调整。

各级子空间为一组结构和功能类似的节点，主要功能是管理其对应物理空间中的感知设备及提供相应上下文查询和管理服务，并维护该子空间及其下层子空间的相关信息，如名称、位置、覆盖范围、管理者信息等。子空间可拥有其下层子空间，下层子空间在物理上处于其上层子空间对应的物理区域内，例如某个房间对应的上下文空间是其所处大楼对应的上下文空间的子空间。这样的分层方式让各层空间对应于不同粒度的物理空间，可更有效地组织和管理上下文，并便于支持不同粒度的上下文服务需求。

当某个物理空间中建设了新的上下文基础设施(含传感、通讯、计算设备等)后，可以创建新的上下文子空间作为原有空间树的扩展。一个上下文子空间建立时，首先构建自己的基本描述信息，然后便可以作为一个独立空间运行，接受设备注册并向本地的应用系统提供服务，但此时它是孤立的，只能被本地系统调用，无法服务于局部的区域，必须通过注册成为某个空间树中已有空间的子空间，才能作为空间树的一部分与其他空间联结起来，协同提供上下文服务。

新建立的节点首先需要向TCS空间申请注册，TCS会审核新空间信息的真实性、合理性，使得上下文空间在空间树结构上的关联能反映真实世界中相应物理空间的包含关系。审核通过之后，TCS会协助新空间跟某个现有空间建立起父子关系，并更新TCS中管理的空间树结构。当一个空间不再使用时，需要向TCS申请注销，注册及注销等具体过程详见3.3节。随着新的空间不断创建和加入，以及旧的空间更新服务或注销退出，以TCS为基础的空间树不断演化，但始终保持着和物理空间的映射关系。

上下文空间把物理空间中的相关功能以与SOA标准兼容的服务形式进行组织和提供，如空间的注册、注销服务及上下文查询订阅服务等，也可加入其他与应用相关的更复杂服务。物理空间中的每一个服务都会经TCS向空间树上相应的节点注册，而用户及应用程序针对特定空间的服务请求，亦可通过TCS节点找到空间树的相应节点，从中取得服务的描述信息，进而调用某个具体服务。同时，当物理空间中的服务更新时，相应上下文子空间会把服务的更新信息及时反馈到以TCS为根节点的空间树中。

2.2 感知设备注册到上下文空间

物理空间中分布的大量传感设备是上下文的主要来源，也是上下文空间的主要组成部分。只有将感知设备与上下文空间关联，才能使上下文空间准确地反映物理空间的变化情况，实现细粒度的“信息-物理”空间映射。本文通过设备服务注册的方法实现设备与上下文空间的关联：

1) 将感知设备包装为服务，目前已有多种方法可实现设备的服务化封装，如DPWS、SODA、WS-POS等，这样可充分利用现有SOA架构的优点，实现接口标准化的感知服务组织与管理。每个感知服务均可提供与物理空间相关联的上下文信息。例如，某个设备可采集物理空间(例如“201房间”)中的温度，当该设备服务注册到上下文空间后，会相应地生成Entity为“201房间”且Concept为“温度”的上下文信息，其描述方法参见2.1.1节。

2) 通过TCS寻找到与感知设备所在物理空间相对应的上下文子空间，并调用其中的上下文注册服务，实现感知服务与上下文空间树的关联。当感知服务注册完成后，上下文空间通过管理感知服务间接实现对感知设备的管理，主要包括感知服务的注册、注销、发布、订阅、查询等基础服务和聚合、分析、挖掘等高级服务。

通过将物理空间中的所有感知设备在对应的上下文子空间中注册，可建立起设备级粒度的物理空间与上下文空间的映射。上层应用系统通过访问上下文空间中的感知服务即可构建起相应物理空间的状态。基于类似的思路，亦可实现物理空间中的控制设备与信息空间的关联，从而实现信息空间对物理空间的反馈和控制。

上下文源(这里主要指各类感知设备服务，亦可包括其他数据源提供的服务)接入的步骤如下：

1) 形成上下文源的注册信息，包括注册的上下文空间、关联的实体、设备的所有者、采集频率、用途、连接方式、设备服务协议，可以表示为Contex Source Infomation(space，entity，concept，frequen-cy，usage，connection，protocol)；

2) 根据上下文源所在位置向TCS空间查询注册空间的地址；

3) 生成上下文源注册服务请求，调用注册空间的设备接入接口；

4) 注册空间检查是否能正确连接该上下文源；若是，转向第5)步，否则反馈不能注册的原因；

5) 尝试连接设备服务，若连接成功并能连续取得数据，则转向第6)步，否则连接失败；

6) 设备注册成功，分配设备ID，生成空间上下文源信息。

3 信息-物理空间融合的上下文基础设施：ScudContext

3.1 ScudContext架构

在前述上下文模型的基础上，本文提出了一个物理-信息空间融合的上下文基础设施：ScudContext。

ScudContext以上下文空间为单位，管理某个物理空间区域感知设备等上下文源并提供上下文服务；以语义技术描述上下文，使上下文信息可适用于复杂的应用系统，并对服务协同提供支持；以空间树为骨干建立上下文空间与物理空间的映射关系；通过将感知设备等上下文源用DPWS等协议栈进行封装，实现感知设备的服务化，使基础设施可以有效地管理这些上下文源；通过SOA框架组织感知服务，使系统具备松耦合、易协同、接口标准化等优点。

图4分功能层次描述了ScudContext基础设施中一个典型上下文空间的架构。各上下文空间按其所处位置和所包含的空间范围分层组织起来后，形成如图3所示的空间树。该架构自下而上分为如下4层：

第1层是应用层。上下文感知的应用系统、用户和其他空间节点通过基于SOA框架的服务机制与上下文空间交互，以完成各类应用任务。

第2层是服务管理层。它管理上下文空间的服务。该层包括服务描述库，包含了空间全部服务的语义描述及调用接口描述。此外，还提供了SOA框架需要的基本管理功能，如服务描述、服务注册、服务发现、服务组合、服务执行等。

第3层是基础功能层，主要有3个模块：1)上下文源管理模块，集中管理该空间的上下文源，提供上下文源注册、注销等服务；2)数据管理模块，用于对底层采集的数据进行管理，并提供上下文的查询、订阅服务；3)空间管理模块，用于维护上下文空间的相关描述信息，并提供与空间树相关的服务，如空间注册、注销等。

第4层是上下文源层。上下文源经封装后即注册加载到上下文空间，由空间来统一管理。此类服务既可在空间初始化时加入，亦可在空间运行过程中由空间管理者或各类应用系统调用上下文源管理模块提供的注册接口后加入。注册成功之后，该上下文源形成的上下文就可以在整个空间树中共享。

3.2 上下文服务的管理

上下文空间的基础设施分布在大范围物理区域中，在不同软硬件平台上建立和维护。此类基础设施的集成是典型的异构系统集成问题，因此，本文采用SOA框架进行系统集成。通过将上下文空间提供的全部功能及接口包装为服务，通过一系列SOA框架中的标准化协议完成基础设施的整合及通讯。(参见图4中服务层模块)

上下文空间提供的服务分为基础服务和扩展服务2大类。与该上下文空间直接关联的感知服务的注册、注销、发布、订阅、查询等服务称为基础服务，每一个空间都有基础服务；同时，各空间及其子空间的服务可按需组合，或者对现有服务提供的数据进行进一步计算、处理和分析，生成一些新的服务(如求极值、条件查询、挖掘频繁模式等)，称为扩展服务。对于服务消费者来说，这2类服务是透明的。

一个上下文服务从注册到调用的步骤如下：1)基于WSDL(Web Service Description Language)对该服务进行描述；2)基于UDDI(Universal Description Discovery and Integration)规范，实现服务注册接口，把服务注册到TCS空间；3)服务消费者通过UDDI接口查询到TCS入口，获得某上下文服务的位置与描述；4)服务消费者通过SOAP(simple object access protocol)协议与TCS通信，调用某个特定的服务；5)TCS上下文空间执行相应的服务，并将服务执行结果返回给服务消费者。

3.3 上下文空间的生成、注册和注销

生成上下文空间的过程需完成2个主要步骤：生成空间信息以及对空间初始化。空间信息包括空间的名称、位置、覆盖范围、管理者信息的描述；空间初始化包括初始化空间的实体、上下文源、可供上下文源连接的接口信息等。上下文空间注册的过程如下所述：

1) 新空间向TCS空间申请注册；

2) TCS审核空间创建的合理性，并核实(如检验发布者的数字签名等)空间信息的真实性，审核通过则进入第3)步，否则注册失败；

3) TCS基于新空间的位置，在空间树上选择物理范围包括该新空间的最小空间节点，作为该新空间的父节点；

4) 修改新空间与其父空间的描述信息，建立相互间的链接关系；

5) 新空间向TCS注册自己的服务信息与实体信息，以便服务消费者能通过TCS的空间树入口查询到该服务；

6) TCS更新自己的空间树结构，把新空间对应节点挂载为其父空间的子节点，从而完成注册。空间注销过程与注册过程类似，也需要向TCS提出申请并通过TCS审核，然后解除跟父空间的关系，最后TCS更新空间树的信息。

3.4 空间相关的上下文查询与订阅算法

上下文的查询和订阅是最常用的2类上下文服务。查询是一个同步过程，服务消费者发送请求给空间后即等待，直到空间把请求结果返回。订阅是一个异步过程，服务消费者发送请求给空间后立即返回，而空间会把订阅结果发送给订阅者。

查询与订阅服务的消费者可以是上层应用系统或用户。由于订阅与查询过程类似，本文只针对查询的过程给出具体的步骤。针对应用需求并结合ScudContext框架的特点，本文把上下文的查询模式分为3类，基于实体的查询、基于空间的查询和基于子空间的聚合查询，不同查询模式的执行过程基本一致，包括如下步骤：

1) 根据查询请求生成查询服务，服务消费者把服务请求封装为一个SOAP信封；

2) 若消费者知道所关注空间的物理位置或该空间中具体的上下文服务调用地址，则可以直接把服务请求发送到指定的空间；否则将请求发送到TCS空间，TCS空间通过空间树找到对应的子空间，并将服务请求转发给它；

3) 查询请求中指定的子空间执行相应的服务，并把结果发送给消费者。

3.4.1 针对实体的查询

本文提供的实体查询机制可查询空间中某个(或某类)实体的特定信息或者全部信息，表述为Query(space，entity_id|entity_class[，concept])，共有4种查询方式：其中space表示查询的空间名称；entity_id表示根据ID号查询某个特定的实体；entity_class表示根据类型描述(参见上下文本体中的实体类别)查询某类实体；由于与实体关联的Concept中包括较丰富的内容，在查询指令中设置了concept选项，表示返回某类上下文本体中特定的Concept信息或全部相关信息。

3.4.2 针对空间的查询

ScudContext反映了物理空间和信息空间的对应关系，在提供面向物理空间的上下文服务方面尤其有利。本文引入了针对空间的查询，共有2种查询方式，可选择返回该空间的特定类别上下文，或通过组合该空间中的上下文服务返回全部上下文。针对空间的查询表述为Query(space[，concept_type])，space表示查询的空间的名称；concept_type是可选项，表示返回空间中某类上下文信息或空间中的全部上下文信息。

3.4.3 基于子空间的聚合查询

有时应用系统需求的上下文信息无法通过某个空间提供的上下文基础服务直接得到，但可通过对其子空间的上下文信息进行聚合得到。例如，若有应用系统需查询一幢大楼A当前工作电脑台数，而此时“大楼A”节点提供的上下文中未直接包含这一结果，则可以通过聚合查询挂载在“大楼A”节点上的所有子空间“房间1”、…、“房间N”提供的“工作电脑台数”这一上下文服务，从而得到所需结果。ScudContext框架提供了这种基于子空间协同的聚合上下文查询功能，目前支持的聚合操作有求和、求均值、求最大值、求最小值4类。上下文聚合操作可从用户当前关注的子空间开始，将服务请求分发至其所有子空间，并递归分发至粒度最细的子空间，聚合返回结果后提供给用户。聚合查询可以表述为Query(space，context，aggregation)，其中space表示查询的空间的名称，context表示属于该空间的某一上下文信息，aggregation表示聚合操作的类型。

4 原型系统及实验

在一个面向办公楼宇监控的仿真应用场景中实现了一个基于ScudContext框架的原型系统，用于验证该框架的特性。

大楼里的上下文信息有：用户位置、通风口风量、灯的位置、显示器位置、显示器关联的用户信息。其中用户位置采用室内定位系统(如UbiSense定位系统)获取，通风口风量采用档位位置传感器获取，灯的位置、显示器位置及显示器关联的用户信息可以通过用户配置文件预先定义。图5描述了办公楼这一物理空间提供的上下文服务被组织为空间树，并映射为与该物理空间同构的信息空间的过程。

本文原型系统建立在Window平台上，用C++语言实现。每个上下文子空间运行在一台PC机上，不同子空间通过TCP/IP互联，子空间管理的上下文源是一组模拟了真实设备接口和功能的虚拟设备。

本文建立了多类上下文系统，包括显示器休眠系统、电灯管理系统和通风口控制系统。这里以通风口控制系统为例说明上下文服务的使用。该系统周期性地获取当前各楼层通风口的排气量大小，并根据用户位置信息计算通风口附近人的密度，从而根据这些上下文自动调节通风口档位的大小，图6显示了这2种上下文服务在该系统运行时的变化情况，图中，P为人数，G为通风口档位，T为仿真节拍。

限于篇幅，这里仅给出基于子空间的聚合查询实例。基于聚合查询，用户只需提交一条查询请求至Building空间，Building空间会将其所有子空间的结果聚合后返回。如图7所示，用户发出了一条查询指令，查询哪个通风口开得最大，返回结果中包括了每个通风口的档位大小，并聚合得出了最大的通风口信息。可以看出，ScudContext既可让用户以空间为单位管理环境上下文，也可让管理粒度细化到空间中的各采集设备，提高了上下文服务的灵活性。

应用系统需要及时获取上下文从而对环境的改变做出反应，因此，对上下文服务的时间性能要求较高。为验证ScudContext框架的效率，本文通过线性增加每秒内的请求次数及增加单个空间内的上下文数等方法对系统处理时间进行测试，结果见图8，图中R为每秒内服务请求次数；C_n为单个空间内上下文数；t_all为整个仿真系统对查询服务的响应时间，t_S为单个空间对查询服务的响应时间。

根据实验结果可知，基于ScudContext的通风口控制系统具有较快的响应速度，目前的性能测试结果能满足大多数上下文系统对上下文时效性的要求。同时，服务处理时间随着单位时间内请求次数的增加基本呈线性上升趋势，且单个空间内上下文数量的增加对查询时间影响较少。据此可知，基于ScudContext的应用系统具有良好的扩展性。

5 结语

本文提出了一种信息-物理空间融合的上下文模型及相应基础设施ScudContext，综合利用语义技术、空间树模型及SOA框架，提供了物理信息空间融合的大规模环境上下文服务。在此基础上，实现了一个面向楼宇监控的原型系统。从原型系统运行情况来看，ScudContext能很好地反映物理空间上下文的演化情况，并具有松耦合、易协同、可扩展、接口标准化等优点。下一步将在“信息-物理”融合这一大趋势下，进一步在ScudContext基础上研究物理空间建模、行为认知、感知事件处理及上下文敏感的服务提供等工作。

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