一種智能手機上下文感知服務(wù)的低功耗傳感器輪詢方法
【專利摘要】本發(fā)明在智能手機中傳感器應(yīng)用為上下文感知服務(wù)基礎(chǔ)上，提出了一種為上下文感知應(yīng)用程序使用的低功耗傳感器輪詢方法。該方法可以動態(tài)清除不必要的傳感器活動，從而使得這些傳感器可以更長時間地保持睡眠狀態(tài)。同時也提出了一種尋找應(yīng)用請求與傳感器活動間關(guān)系的方法。采用這種方法，輪詢調(diào)度器總能計算并匹配用戶調(diào)用的多種應(yīng)用程序組合探測頻率來引導(dǎo)低功耗輪詢以避免非必須活動。使用不同上下文應(yīng)用程序?qū)Υ朔椒ㄟM行評估，結(jié)果表明中間件中低功耗輪詢響應(yīng)時間極小(97ms)，與傳統(tǒng)窮舉輪詢操作相比，大約可以節(jié)約70％的能耗，該上下文感知服務(wù)實現(xiàn)可以減少智能手機的傳感器能耗并延長其電池使用時間。
【專利說明】一種智能手機上下文感知服務(wù)的低功耗傳感器輪詢方法 所屬【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及智能手機傳感器能耗領(lǐng)域，尤其是涉及一種智能手機上下文感知服務(wù) 的低功耗傳感器輪詢方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 目前，智能手機上的新應(yīng)用程序可以根據(jù)用戶上下文進行自我調(diào)整，從而需要個 平臺來收集、分布、交換上下文信息。通過估計用戶位置、活動、生理特征、調(diào)度和周圍上下 文信息等用戶上下文特征，可以根據(jù)用戶的當(dāng)前狀態(tài)來主動配置移動設(shè)備。Google通過 WIFI或GPS來持續(xù)探測設(shè)備位置信息，從而在用戶處于指定區(qū)域時向其發(fā)送預(yù)先定義的消 息。這種智能手機上的上下文感知程序，通過獲取諸如GPS、加速計、麥克風(fēng)等智能手機傳感 器的數(shù)據(jù)來推斷用戶上下文信息，然而，大部分傳感器在連續(xù)采樣時消耗大量能量，所以高 頻探測會極大的縮短智能手機的電池使用時間。
[0003] 當(dāng)智能手機上運行多個上下文感知程序時，一個底層的上下文服務(wù)層管理傳感器 數(shù)據(jù)，并決定諸如"IsMeeting = True"的上下文屬性值。例如，上下文感知服務(wù)可能從加 速計采集信號，并從該信號推斷出用戶正在坐著。與此同時，麥克風(fēng)信號用來識別說話者的 聲音，而WIFI簽名則可以用來定位會議室?；谶@些不同的信息類型，用戶狀態(tài)可以通過 一些規(guī)則來推斷出來。為滿足并行的上下文感知程序?qū)傩缘恼埱螅舷挛母兄?wù)必須 輪詢每個屬性，這會導(dǎo)致對相關(guān)傳感器的高頻率探測，從而對電池供電的智能手機造成極 大的能耗負(fù)擔(dān)。
[0004] 由于移動設(shè)備的無線通信的快速發(fā)展，目前存在多種上下文感知體系結(jié)構(gòu)。首要 平臺之一是Java框架Context Toolkit (上下文工具包），它可用來對基于傳感器的上下文 感知應(yīng)用程序進快速原型開發(fā)。其它上下文感知平臺使用本體論來提供異構(gòu)設(shè)置中的語義 一致性和可交的上下文信息。這些模型都沒有考慮窮舉傳感器探測方法的能耗影響。本發(fā) 明提出了一種動態(tài)自適應(yīng)方法來降低多個應(yīng)用程序同時請求不同上下文信息時的傳感器 探測能耗。
[0005] 為對應(yīng)用程序提供快速響應(yīng)服務(wù)，上下文感知服務(wù)以輪詢方式來探測每個傳感器 這表明所有傳感器都必須定期激活并強制性報告其信號，以在一個區(qū)間內(nèi)刷新所有屬性 值，而不無論屬性值是否被應(yīng)用程序請求。在這種窮舉探測方式下，大量能量被損耗在低效 傳感器活動中，這極大縮短了智能手機的電池壽命，并嚴(yán)重影響用戶體驗。本發(fā)明設(shè)計了一 種基于概率分布的方法來將屬性請求分布轉(zhuǎn)換為傳感器探測分布，所以輪詢機制為了節(jié)能 可以降低非相關(guān)傳感器的采樣頻率。本發(fā)明將這種上下文感知服務(wù)系統(tǒng)抽象為2層傳遞關(guān) 系：請求過程（application_>attribute)、探測過程（attribute_>sensor)。當(dāng)多個應(yīng)用 程序在智能手機上運行時，每個程序都會通過上下文管理模塊提供的接口來調(diào)用相關(guān)的屬 性值。每個上下文感知程序都可以獲取多個屬性值，并且每個屬性都可以被多個程序喚醒。 因此，每個屬性的訪問頻率都隨程序并發(fā)運行的開始和結(jié)束而連續(xù)變化。上下文翻譯器模 塊負(fù)責(zé)更新屬性值，并周期性刷新所有屬性。在此情形下，計算一個屬性值需要探測多個傳 感器。輪詢調(diào)度模塊實現(xiàn)了對每個傳感器的周期采樣。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的在于提供一種智能手機上下文感知服務(wù)的低功耗傳感器輪詢方法。
[0007] 本發(fā)明解決其技術(shù)難題所采用的技術(shù)方案的步驟如下：
[0008] 1)上下文服務(wù)層中的基于概率的調(diào)度模型的分布轉(zhuǎn)換方法的建立：
[0009] 使用請求RNA，NT與探測矩陣DNT， NS來產(chǎn)生分布轉(zhuǎn)換以給出為多個程序組合的傳感器 實際請求分布。若以REQu來表示程序ai調(diào)用屬性\的隨機事件，并以DETu來表示\ 需要探測傳感器sk數(shù)據(jù)的隨機事件，則這2個事件互相獨立。即：PHREQu Π DETj，k)= Pr (REQuOPr (DET」，k)。以DETi,」,k表示ai通過調(diào)用tj屬性來驅(qū)動傳感器 Sj的探測事件，若 要得到％的請求驅(qū)動Sk的探測事件DRI^k的概率，則需要對不同的j來求DRIu k之和：

【權(quán)利要求】
1. 一種智能手機上下文感知服務(wù)的低功耗傳感器輪詢方法，其特征在于該方法的步驟 如下： 1)使用請求RNA，NT與探測矩陣DNT，NS來產(chǎn)生分布轉(zhuǎn)換以給出為多個程序組合的傳感器 實際請求分布，以REQu來表示程序％調(diào)用屬性\的隨機事件，以DETu來表示\需要探 測傳感器sk數(shù)據(jù)的隨機事件，這2個事件互相獨立，S卩：Pr(REQi，j Π DET」，k) = PHREQu) Pr (DETj，k)，以DETm表示ai通過調(diào)用tj屬性來驅(qū)動傳感器Sj的探測事件，對不同的j來 求DRIuk之和得到的請求驅(qū)動S k的探測事件DRI^k的概率：
2) 以NAXNS矩陣C來表示任意傳感器探測過程（application, sensor)對的驅(qū)動概 率分布由式1可知C = RXD，目標(biāo)函數(shù)和上下文公式中用到的參數(shù)和變量定義如下： NA , NT , NS 應(yīng))?程序數(shù)0、屬性數(shù)0、傳感器數(shù)0 a, tj5 & 第丨個應(yīng)丨li程序、第j個屬性、第k個傳感器 Ai 箏個區(qū)_內(nèi)&的屬性i方問時j'cj Fj 單個區(qū)_內(nèi)t,的屬性刷新時間 R(nj) h/K文感知服務(wù)的_求發(fā)送槪率分布 D(d,ic) 探測概率矩陣 C(ak) 驅(qū)動概率軹陣 Μ(η?) 實&傳感器訪Η時間_量 In 調(diào)度K間 ek sl的笮一采樣能耗 ESR 單_卞:間內(nèi)所燈傳感器能耗節(jié)約率 3) 矩陣C用來輔助判斷單個區(qū)間內(nèi)傳感器應(yīng)被探測多長時間 對角陣diag^，、，. ...，ANA_i)給出將請求概率矩陣轉(zhuǎn)化到請求數(shù)目矩陣的矩陣變換， 請求數(shù)目矩陣中的每個元素都是實際請求數(shù)； AC服從傳感器訪問次數(shù)分布，其元素 aciik給出了傳感器sk被程序％調(diào)用的訪問次數(shù)，
取3步操作來生成低功耗傳感器輪詢調(diào)度表：周期化、擴展、重排，在調(diào)度表基礎(chǔ)上可獲得 最小傳感器活動，在滿足探測需求的同時消除所有不必要的探測以降低能耗； 4)周期化：以mk單個區(qū)間的探測周期，由周期表記錄所有傳感器的探測周期，探測周 期越長表明在單個區(qū)間內(nèi)該傳感器被上下文感知程序需求的次數(shù)越少，該傳感器應(yīng)當(dāng)進行 更長時間的睡眠或保持更長時間的空閑狀態(tài)以降低能耗； 5)擴展機制解決傳感器重疊采樣：將單個區(qū)間內(nèi)的傳感器探測進行重新排列以使其 滿足所有傳感器的探測頻率，在本步驟中，首先計算所有傳感器的理論采樣時間，再以時間 值對（傳感器一時間）對進行排序；
【文檔編號】G06F1/32GK104063221SQ201410292858
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2014年6月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月25日
【發(fā)明者】郭兵, 沈艷, 王繼禾, 陳輝, 李德光, 李俊科, 楊奔, 盛志遠, 張放 申請人:四川大學(xué)