区域感知服务：智能家居可持续性新范式

区域感知服务平台：面向智能家居可持续性的上下文感知网络与通信新概念

1. 引言

近年来，网络与通信领域的进展消除了信息服务业在时间和空间上的限制。这些服务被称为普适服务。服务模式正从被动服务转变为主动服务：被动服务是在用户提出请求时随时随地提供服务，而主动服务则根据用户的情境和环境智能地、个性化地提供服务。

随着对这些智能个性化服务需求的不断增加，已实施用于连接实体的情境感知服务（CAS）系统以支持这些服务。CAS 是一种服务，在收集用户上下文（如性别、年龄和偏好）、环境上下文（如时间、位置以及温湿度）和网络上下文（如带宽、网络接口和移动设备的性能）之后，利用各种传感器向用户提供。针对智能个性化服务的 CAS 研究已积极开展，并提出了多种情境感知服务系统。然而，这些系统存在以下问题：

• 用户满意度提升带来的成本增加 ：在传统情境感知服务系统中，必须增强服务基础设施以提高用户对服务的满意度。例如，为了实现高质量的情境感知服务，需要在服务域内开发传感器、执行器和网络基础设施。
• 用户满意度提升带来的能耗增加 ：在传统情境感知服务系统中，为了提供高质量的情境感知服务，许多传感器、执行器和网络组件需要保持常开状态，这不可避免地导致了相当大的能源消耗。
• 缺乏连续性和可扩展性 ：当前CAS系统的设计目标是在单一服务领域内提供情境感知服务。因此，这些系统无法保证用户获得最佳的服务连续性，并且在多服务域环境中利用大规模数据时灵活性不足。

此外，这些问题与其他普适服务范式（如节能和绿色服务）存在冲突。总之，未来的普适服务范式将转向带有绿色倡议的智能个性化服务，同时满足用户需求和能源节约。

为应对这些挑战，我们提出了一种新的情境感知网络与通信概念，即区域感知服务（ZAS）。在 ZAS架构中，“区域”指一种生活空间，其基础设施能够根据用户状况自主重构，并持续维持用户的服务会话。在传统的CAS架构中，用户仅被限制为服务接收者（例如，通过固定的传感器收集用户上下文以推断其状况，并通过固定的执行器向用户提供智能服务）。然而，在ZAS架构中，当用户进入区域时，他们不仅成为服务接收者，同时还会根据区域的动态目的产生其他角色。这意味着在ZAS架构中，用户成为区域的有机成员。此外，该系统满足了关于“智能家居的兴起”特刊对智能家居可持续性的需求。

2. 相关工作

许多与情境感知服务平台相关的研究工作都集中在智能个性化服务的服务推理和上下文管理上。

根据架构的不同，存在多种类型的情境感知服务系统。

首先，基于上下文模型的系统[1]专注于上下文建模和服务推理。Ghahfarokhi 等人 [2]提出了一种基于上下文模型的媒体独立切换框架中的情境感知切换决策方案，以实现无缝内容传输。这些上下文模型表示服务与环境之间的关联，例如空间、设备、人和事件。然而，采用固定上下文 modeling 和预定义事件处理的系统难以适应多服务领域。大多数现有系统仅考虑了上下文的层次分类，而未考虑动态上下文模型，而动态上下文模型是多服务领域的重要机制 [3,4]。此外，现有系统尚未考虑一些关键问题，例如服务域互连、上下文的分布/聚合以及规则重构 [5]。

其次，基于代理的系统 [6–10]侧重于可重用代理机制，这些机制用于收集、分类并推理上下文以进行服务预测。该代理可通过考虑异构网络 [11]中的用户移动性和动态事件生成来支持多种高质量服务。然而，在多服务领域中，集中式代理系统将需要与设备、系统和网络互连的自配置。该平台还需要以分布式方式 [12]在智能设备上建立多设备应用程序，以提供服务融合。

第三，面向服务的系统[13,14]专注于单一服务领域中的面向服务的上下文模型。为了准确地推理和管理服务，该系统处理各种事件和情境。然而，过多的事件处理可能导致资源消耗增加以及频繁的不必要的策略修改。

此外，针对支持个性化服务的CAS架构，各种研究正在积极展开。Park等人[15]提出了考虑用户偏好和上下文的个性化服务发现框架、算法和协议。Baladrón等人[16]提出了智能服务适应的框架。该研究提出了一种融合上下文管理的解决方案，并探讨了其在未来应用的一个方面。Bellavista等人 [17]提出了情境感知语义发现平台，讨论了如何基于语义的方法利用上下文感知能力。Domingo等人[18]讨论了一种基于体感传感器网络和社交网络的情境感知服务架构。基于CAS的各种应用服务 [19,20]也已被提出以提供个性化服务。然而，现有研究主要集中在单一或多个服务领域，而非普适服务领域。

3. 情境感知网络与通信范式

CAS平台一直在朝着提供普适服务的方向发展。这些进展分为三个阶段（过去、现在和未来）。

在第一阶段，CAS平台在单一服务领域内提供服务，传感器与网络尚未实现完美结合。在第二阶段，CAS平台在多个服务域中提供服务，基于无线传感器网络（WSNs）提供保障用户移动性的情境感知服务以及设备无关服务。在第三阶段，CAS平台在普适服务领域中提供服务，能够基于情境感知提供确保高移动性的自主服务。图1展示了一个范式转变的示例。一种新的情境感知网络与通信范式，其特征在于服务连续性、网络与服务融合，以及可重用性、移动性和可扩展性的提升，是实现在普适环境中提供智能个性化服务的核心。

3.1. 高级服务连续性

情境感知服务平台（CAS平台）将继续发展，使得服务连续性得到进一步增强。服务连续性将演变为一种不受时间、空间和设备限制，且独立于服务提供商（SP）的形式。新创建的服务必须适应不同位置的各个服务提供商（SPs）的底层网络。通过这种方式，现有的服务（如语音通话、会议通话、消息服务和多媒体内容传输）以及未来网络服务，均可以在与服务提供商、时间、位置和设备无关的前提下，通过快速服务交付向多个服务提供商开放。基于这一理念，可轻松推出新的增值服务，以覆盖大量用户。

3.2. 网络与服务的融合与虚拟化

现有CAS平台的中间件架构和上下文模型可能仅能管理单个域内的服务。然而，未来的CAS平台需要连接到其他服务域。例如，如图1所示，当汤姆在通过手机下载时进入他的汽车，他可以通过融合网络基础设施（CNI）提供的部分服务与网络融合，继续使用车载多媒体系统进行下载。当他访问市中心咖啡馆时，他可以使用笔记本电脑享受无缝的多媒体传输，并最终在朋友约翰的智能电视上完成多媒体传输，通过权限委托观看内容。网络虚拟化是下一代网络的关键属性。

3.3. 可重用性

对于模式生成和服务预测，情境感知服务平台在单一服务领域中收集用户和环境上下文。由于该平台在各种情境下具备长期模式生成能力，未来CAS平台需要在多个服务域中收集服务历史和环境上下文。在异构上下文和情境中，该平台收集并融合相似实例以实现高效模式生成。

3.4. 移动性

CAS平台已逐渐演变为增强移动性的形式。尽管大多数现有的CAS平台主要在家庭和办公室等固定空间中提供服务，但未来的CAS平台有望在移动空间中无缝地提供服务，例如车辆或一架飞机。为了确保高移动性，该平台在以下情况下无缝切换连接：网络故障、切换和设备变更。

3.5. 可扩展性

在现有的CAS平台情况下，由于服务是通过固定的传感器和执行器基础设施提供的，因此不具备可扩展性。该平台存在架构问题，其中最关键的问题是成本与服务质量之间存在强关联。为了提供高质量服务，必须在每个服务域中构建高成本的服务基础设施，如传感器、执行器和网络设备。然而，未来的CAS平台应具备自扩展性，以提高成本效益。通过利用用户的知识和资源，可以提升服务质量。

3.6. 能源效率

现有的情境感知服务平台严重依赖常开基础设施。为了准确推理和管理服务，系统需要处理各种事件和情境，从而导致大量能源消耗。为了充分支持节能服务，该服务平台将需要监控功耗以满足能源需求。

4. 情境感知服务基础设施

在本章中，我们首先探讨传统CAS系统的架构。从面向服务的架构角度来看，传统情境感知服务系统通常由传感器网络与设备层、上下文与控制层以及服务与应用层组成。

4.1. 传感器网络与设备层

来自传感器的采集的上下文是与用户相关的原始上下文。根据上下文获取方法，上下文可分为两种类型：物理上下文和逻辑上下文。物理上下文是指可通过称为物理传感器的硬件设备获取的环境信息。另一方面，逻辑上下文（例如用户配置文件）可通过称为逻辑传感器的软件应用收集。逻辑传感器的一些示例包括智能手机应用以及提供服务的服务器数据库。

这些传感器通过无线连接与多个网络资源组成异构网络，用于上下文信息的获取。特别是，根据传感器的部署情况，传感器网络的路由和拓扑结构可以相应调整，以实现所采集数据的可靠且最优传输。这种网络的灵活性可防止传感器资源浪费，并提高数据传输的可靠性。传感器网络中主要使用的无线技术如下：

• WiFi 基于 IEEE标准802.11，专为高数据速率和可靠性而设计，覆盖办公室和校园区域等小范围网络。每个标准的数据速率不同，可以达到几百兆比特每秒到几吉比特每秒。
• 蓝牙低功耗（BLE） 是传统蓝牙的扩展，具有低功耗、低成本和低复杂性的特点，并能保证服务质量与安全性。BLE 在 2.4 GHz 频段上运行，通信距离相对较短（50米）。
• Zigbee 适用于需要提供低功耗、中等数据速率和可靠通信的应用。其传输距离范围为 10米 到 100 米。
• 近场通信（NFC） 是一种在13.56 MHz频率下运行的短距离无线电技术，其数据速率范围为105至 424千比特每秒。NFC在短距离（10厘米或更短）内传输数据。

4.2. 上下文与控制层

该层通常可以在上下文感知中间件中实现。中间件与下层的传感器和上层的应用程序相分离。它分为两个阶段运行：上下文管理和服务管理。

4.2.1. 上下文管理

传感器获取的低级别上下文是不同数据格式中的简单数据。因此，需要将获取的上下文转换为高级别上下文，以提供实用的CAS。该转换过程包括以下四个步骤：

• 上下文管理与聚合 ：在此过程中，中间件负责管理并聚合从异构源获取的上下文。由于所获取的上下文采用不同的数据格式，因此通过聚合过程统一上下文的数据格式。为了提高上下文推理过程的速度和准确性，对上下文进行分类在该过程中至关重要。
• 上下文推理 ：由于低级上下文仅是测量值，例如功耗和温度，因此需要对这些测量值进行推断，以便用户应用程序能够有效使用。为此，推理机制（如基于规则的、本体论的和概率方法）可推导出新的上下文类型（例如，用户正在观看电视或到了关闭空调的时间）。此外，在此过程中可以检测到感知阶段产生的不确定上下文，例如不完美、模糊的、错误的和未知的上下文 [15]；这提高了上下文质量，从而确保了可靠性。由于用户需要高度的高级上下文，推理机制应具备复杂性、逻辑性且计算高效。
• 上下文存储 ：通过此过程，来自传感器的低级别上下文以及来自上下文推理过程的新类型上下文被存储在数据库中。在数据库中，不仅包含来自传感器的实时上下文，还包括有助于上下文分析的历史上下文以及来自推理过程的推断上下文。然而，由于上下文存在冗余，减少从传感器重复获取的上下文数量是必要的。因此，在此阶段需要一个组织过程来决定哪些上下文需要被存储或删除。
• 上下文检索 ：上下文检索是为服务提供搜索合适上下文的过程。上下文可分为静态上下文和动态上下文。静态上下文保持不变，而动态上下文随时间变化，需要定期更新以提供适当的服务。因此，中间件应利用有效的检索机制，能够搜索合适的上下文，并为需要最新上下文的用户应用程序保持上下文的及时更新。

4.2.2. 服务管理

当用户需要中间件的服务时，中间件会搜索所需的服务及与服务相关的上下文。中间件中的服务管理通过API向用户应用程序提供这些应用级服务。用户可以通过网页请求这些服务，基于Web的服务可通过简单对象访问协议（SOAP）进行操作。

4.2.3. 服务与应用层

在此层中，用户可以在多种环境（如家庭和办公室）中获得服务。用户可以通过智能手机或智能电视的应用程序，利用服务管理中的服务API来调用云辅助服务。然而，这些服务应在无需用户直接请求的情况下自主提供给用户。由于实现了自主服务提供，应用程序应被用作逻辑传感器，其中包含用户的配置文件，包括用户偏好和位置信息。基于该用户配置文件，当用户访问服务域时，上下文感知应用可自主调用各种云辅助服务。

5. 区域感知的服务系统架构

5.1. 架构问题与需求

当现有的CAS基础设施用于向用户提供智能个性化服务时，可能会出现各种问题，因为该服务依赖于固定的基础设施和基于IP的网络。如前一节所述，最重要的例子是需要高成本基础设施来提高服务满意度。此外，运行此类基础设施不可避免地导致显著的能耗。另一个众所周知的例子是，在与会话层中实现的可靠性以及基于重传的授权控制耦合时，性能非常差。为了设计智能个性化服务，未来 CAS系统的架构需要具备以下特性：

• 网络可用性 : 在发生网络故障、切换和设备变更时，无缝切换可连接网络。这表明服务在所有地点均能保证设备到设备和端到端的连续性。
• 服务连续性 ：自主恢复因用户中断或因服务覆盖范围缺失而导致冻结的服务。服务的连通性需要独立于空间和时间维持，并由服务会话进行管理。
• 基础设施移动性 ：在满足某些用户定义策略的情况下，利用移动资源自主重构服务基础设施。当用户进入一个区域时，该用户所拥有的资源（即移动设备和知识）在经过认证和授权流程后被注册，并用于服务创建。
• 自主设备配置 ：自主发现设备并更新必要的设备配置。当用户进入该区域时，系统会根据用户的移动设备以及区域内已安装的设备，自主配置设备以提供适合特定情境的服务。
• 网络与服务性能管理 ：定期监控性能并报告必要的测量结果和事件。性能管理服务器（PMS）定期收集使用统计信息以及服务质量（QoS）或用户体验质量（QoE）参数。QoS/QoE报告功能使服务提供商能够在服务级别进行测量。

5.2. ZAS架构概述

所提出的ZAS架构如图2所示。在此架构中，上下文通过传感器网络和用户的移动设备进行监控，用户通过CNI从智能家电（如智能电视和智能空调）访问情境感知服务。

ZAS平台是我们所提出架构的主要组成部分。它安装在智能设备和智能手机中，能够自主聚合基于服务的事件，并根据服务模式以及与服务域内其他系统的互连，动态控制设备应用。ZAS平台还允许用户基于一整套复杂的访问选择标准建立或协商情境感知服务，从而以最佳方式访问服务。

移动资源（MR）被定义为用户所拥有的可用移动设备和知识。在现有的CAS架构中，为了提供高质量服务，必须在服务域内安装大量传感器和执行器、高性能处理器以及存储设备。然而，在 ZAS架构中，当用户进入一个服务域（区域）时，移动实体（MEs）经过认证和授权等过程后会被注册到ZAS平台，从而可将这些移动实体用于服务创建。通过这种方式，所提出的架构仅需在服务域中安装少量资源（如传感器），即可提供具有成本效益且相对高质量的服务。

5.3. ZAS平台的架构

根据情境感知网络与通信范式，我们设计并实现了ZAS平台，以支持智能个性化服务，并考虑了上述新特性。图3展示了所提出系统的平台架构。我们主要关注与现有系统相比的不同组件。

5.3.1. 会话管理器

会话管理器旨在实现多设备和多个SP上的无缝服务交付。在发生网络故障、切换或设备变更时，会话管理器能够无缝切换连接，从而在所有地点为服务提供端到端和设备到设备的连续性。会话管理器可同时为多个应用程序提供服务。会话管理器利用会话ID、情境ID和服务ID来提供服务连续性。当服务由于网络切换或明确的用户请求而中断时，会话管理器将存储该会话ID以及所有中间上下文（例如位置、文件信息、设备信息和用户信息）。客户端应用程序通过请求恢复由会话ID唯一标识的特定会话来重新启动服务。为了支持普适服务，在服务提供会话期间，通过查询会话ID并恢复上下文来执行设备切换（从一个设备到另一个设备）。

• 策略控制器 根据策略修改和情景模式分析来建立服务策略和冲突解决方案。当多个用户移动到另一个域时，在产生服务需求或冲突的情境下，策略管理器会将相关策略和规则传输到另一域的系统。
• 认证与授权控制器 负责执行认证和授权过程。作为一个简单的授权方案示例，它可以发送一条包含统一资源定位符（URL）和口令短语的短消息服务（SMS）以验证移动用户。然后，可利用短信中的信息进行认证，在用户接受服务之前，服务提供商无法访问用户的信息。
• 配置控制器 会根据变化组织一个新的服务环境，以实现优化服务。当服务从一个设备无缝传递到另一个设备时，服务环境可能会发生变化，例如设备类型和性能的变化（如多媒体从智能电视传递到智能手机）。因此，配置控制器将传递的服务调整为适合新服务环境的适当类型的服务。

5.3.2. 基础设施管理器

基础设施管理器负责处理ZAS中使用的所有资源。ZAS中使用的资源不仅包括传感设备，还包括各种信息（例如，用户配置文件、用户经验以及知识）。因此，基础设施管理器的主要功能是根据区域的动态目的，利用最合适的资源来获取有意义的上下文以进行服务提供。此外，为了确保ZAS的移动性，会定期监控用户资源和网络资源，以应对网络故障、切换和设备变更等情况。

• 安全控制器 在管理数据安全功能方面发挥作用。本文中，数据安全功能主要通过利用标准化技术来实现。也就是说，安全控制器的作用是自适应地管理标准化的数据安全技术，以确保可重用性和可扩展性。安全管理策略主要由周围的网络和设备环境、安全性能、处理速度、安全级别、服务类型等因素决定。特别是在发生网络融合的服务环境中，适用的数据安全标准会根据安全策略而有所不同。因此，安全控制器需要分析环境以及对安全性能的需求，并结合适当的标准。

5.3.3. 知识库

知识库管理关于上下文、策略和规则的本体。该本体及使用F‐逻辑的规则会更新和修改情境、服务状态以及冲突。

5.3.4. 推理管理器

推理管理器的主要作用是根据知识库确定的情境，决定何时以及向用户提供哪些服务。它会根据用户活动的模式和服务历史来解决冲突并修改服务状态。它构建用于建模每个活跃策略的情境标识。它执行两个主要任务：（1）结合策略，并考虑系统、用户和设备的约束；（2）解决这些规则之间的冲突。在此任务过程中，所有可能的静态和动态冲突都会被预见。

5.3.5. 上下文管理器

上下文管理器对输入数据进行分类，并将自适应格式转换为知识库存储。它分析情境状态以及环境状态，以更新情境模型。挖掘管理器根据用户请求从网页收集和整理爬取的上下文。这些引擎还根据用户配置文件和模式自主更新并提供挖掘上下文。服务管理器由决策管理器和服务分析器组成。服务分析器分析并解释消费者请求的服务需求。当请求服务时，服务分析器确定需要哪些以及多少系统资源。

我们的上下文模型定义了一组用于描述事件、状态、环境和服务的上下文互连。该上下文表示用于动态服务重构的环境信息和情境信息。环境信息包括对环境要素的描述，例如设备、地点、用户和网络基础设施类型。情境信息包括与动态服务和事件相关的要素描述，例如事件、服务状态、设备状态以及情境状态的动态变化。上下文被划分为三层，即服务层、管理层和数据层。

• 服务层 包含一组与服务相关的上下文（服务状态、服务配置文件和服务需求）以及高度概念化的上下文（实体、空间和用户）。服务层的上下文有助于查询处理和相互关系表示。
• 管理层 包含具体物理上下文和与管理相关的上下文，其中涉及任务配置文件、位置、设备配置文件、感知信息、活动模式、解决方案模式、策略和时间。管理层负责管理动态情境和环境信息；还关联了各种策略，以实现服务的可用性和互操作性。
• 数据层 包含静态上下文。

5.4. 实现 ZAS平台的无缝服务提供

我们设计并实现了用于支持无缝以用户为中心的服务的ZAS平台。ZAS平台的关键功能包括移动性与情境管理、基础设施重构以及会话管理。ZAS平台根据各种事件推理并预测无缝以用户为中心的服务，如下所示：

• 用户请求事件 ：
  1. 接口管理器收集事件并分析上下文的含义，例如环境与情境数据。
  2. 上下文管理器对上下文进行分类，并将格式转换为知识库存储所需的形式。
  3. 会话管理器创建用户会话，并注册有关用户、设备、网络基础设施、域等信息。
  4. 推理管理器推断用户情境，并确定服务管理策略。
  5. 烽掘管理器根据用户请求从传感器和互联网收集并整理上下文。
  6. 服务管理器根据上下文模型将应用程序与相关服务策略进行关联。
  7. 服务管理器根据用户情境和域状态配置网络基础设施和设备。

• 用户移动到另一个域的事件 ：
  1. 接口管理器收集事件并分析上下文的含义，例如环境与情境数据。
  2. 上下文管理器对上下文进行分类，并将格式转换为知识库可识别的形式。
  3. 会话管理器创建用户会话，并注册有关用户、设备、网络基础设施、域等信息。
  4. 会话管理器收集前一域中的服务/设备/网络基础设施状态等信息。
  5. 推理管理器确定在给定服务会话中向用户提供的服务。它根据用户的模式和服务历史修改服务状态。它结合用户需求以及设备/网络约束条件下的策略生成情境ID；并解决不同策略之间的服务冲突。
  6. 服务管理器执行认证任务。例如，在一种简单的认证方案中，它通过发送包含一次性密码的短消息服务（SMS）来验证游牧用户。
  7. 服务管理器将前一域的策略与规则传输至另一域的系统。

• 无缝以用户为中心的服务的预测 ：
  1. 接口管理器收集事件并分析上下文的含义，例如环境与情境数据。
  2. 上下文管理器对上下文进行分类，并将格式转换为知识库所需的格式。
  3. 挖掘管理器自动且定期地更新挖掘上下文。
  4. 服务管理器根据策略修改和情景模式建立服务策略及冲突解决方案。
  5. 服务管理器建立服务模式/策略与收集的信息（用户、设备、网络基础设施等）之间的关联，以有效提供无缝以用户为中心的服务。

会话管理器被设计和实现用于在普适服务领域中实现无缝的以用户为中心的服务交付。在发生网络切换时，会话管理器能够无缝切换连接，从而在普适服务领域中为以用户为中心的服务提供实体间连续性。ZAS平台利用情境ID、会话ID和服务ID，以确保服务连续性和服务个性化。每次发生网络切换时，会话管理器都会保存会话ID，并且相关的上下文（即空间信息、设备信息、用户偏好等）也会被保存，以便恢复会话。

5.5. 基于服务场景的网络架构与服务流

5.5.1. 服务场景1：通过动态会话管理提升服务连续性

在多媒体交付中，如图4a所示，当用户移动到另一个位置，系统会验证给定情境下的有意义的事件，并基于用户的服务模式预测服务。新设备被动地处理推送服务的全部流程（设备和用户注册、内容请求、转码、下载）。如图4b所示，在来自多个SP的无缝多媒体传输中，汤姆必须同意通过约翰的设备由约翰的服务提供商提供服务。因此，在向用户不拥有的其他设备请求汤姆的多媒体之前，汤姆的服务提供商必须请求汤姆进行授权处理。汤姆和外部设备（约翰的设备）通过汤姆的服务提供商注册接口进行注册和认证。服务提供商可以使用短信进行授权。在满足先决条件后，汤姆可以请求向已授权的设备重新开始下载。汤姆发送针对特定用户约翰的下载请求，该用户通过移动用户综合业务数字网（ISDN）号码标识符（MSISDN）或根据所选隐私解决方案确定的替代假名进行识别。如果在汤姆同意的情况下，已授权对约翰特定的MSISDN和设备进行定位，则请求将发送至服务提供商。随后，服务提供商允许通过约翰的设备恢复下载。

设备无关；以及 (b) 服务提供商无关的多媒体传输)

5.5.2. 服务场景2：通过使用移动传感器提高服务满意度

凉爽度并不能保证人体舒适度。用户舒适度可以通过热舒适水平（TCL）来评估，TCL表示人体舒适度的心理测量程度[16]。TCL取决于室内温度和相对湿度。因此，在该系统中，智能设备（如使用ZAS平台的智能手机和智能空调）通过利用用户的湿度传感器和预装温度传感器，共享上下文以实现空调控制服务。如图5所示，当携带智能手机和湿度传感器的汤姆进入约翰的家时，汤姆的智能手机会向智能空调请求认证和授权，以获取针对汤姆的定制服务。随后，智能空调直接将请求消息发送至约翰的智能手机，因为这是约翰的家。在获得约翰的批准后，智能空调会定期从汤姆的智能手机接收上下文信息。来自预装传感器的温度信息和来自汤姆传感器的湿度信息被用于评估TCL。智能空调通过将评估得到的TCL与可为汤姆提供舒适感的最佳热舒适水平（TCL）进行比较，估算出最佳室内温度，并调节智能空调的室内温度。在此情况下，ZAS不仅实现了能耗的降低，也保障了用户舒适度。

5.5.3. 服务场景3：智能家居环境中能源效率的提升

使用所提出的ZAS平台可以获得的优势之一是能够提高能源效率。通过现有的CAS收集环境信息并对家用电器（空调、电视、电灯等）进行智能控制，也可以实现节能。然而，基于现有CAS的服务需要额外的准备期（t）来收集传感器数据、推断用户状况并预测服务。此外，由于上下文感知服务是基于常开设备提出的，因此在节能方面存在局限性。

因此，在本文中，ZAS平台通过重用上下文和共享服务域中的资源，可以减少额外的准备期并增强节能效果。以下展示了在能源效率方面的优势。

• 准备期的减少 ：ZAS平台通过基于会话迁移的服务连续性，能够缩短准备期，从而实现额外的节能。
• 资源共享与上下文复用 ：ZAS平台可以通过资源共享和上下文复用，减少在其他服务域中的传感器数据采集、用户情境推断和服务预测过程，从而节省额外的能源。

我们将所提出的基于ZAS架构的模型与简单的CAS模型进行了比较，以验证所提出架构的节能效果。使用CAS架构时，通过利用上下文实现智能家电控制，节能为x千瓦时。另一方面，使用ZAS架构的节能为(x+ y+ z) 千瓦时，其中包括在准备期通过上下文复用和资源共享实现的能源减少。能源减少量的差异取决于准备期t。这意味着，在用户频繁在服务域之间移动的普适服务领域中，使用ZAS架构的节能效果大于使用CAS架构的节能效果。

5.5.4. 服务场景4：通过使用移动网关提高成本效率

在智能电网（SG）中，家庭局域网（HANs）通过使用多种有线和无线网络技术构建而成。各种联网设备，如智能电表、联网家电、智能配电板、能源存储设备以及可再生能源系统，均通过网关（GW）在HANs中实现互联。然而，在现有的HANs中，需要预先安装多个固定网关（GWs），导致系统难以扩展。在所提出的基于ZAS平台的系统架构中，用户智能手机可作为游牧式网关（nomadic GW），连接各类联网设备。由于用户智能手机不会持续保持与联网设备的连接，因此当智能手机检测到来自联网设备的广播信号时，将执行蓝牙配对过程以建立网络连接。

6. 结论

普适与绿色计算的新趋势将要求低成本且节能的普适服务实现服务域的融合，通过网络与服务融合提供新的创新服务。首先，我们讨论了情境感知网络与通信范式，并提出了六个重要特征及其需求。基于这些需求，我们提出了一种新的情境感知网络与通信概念，即用于提升智能家居可持续性的ZAS平台，例如实现服务连续性、移动性、可扩展性、能源效率和互操作性。我们设计并实现了ZAS平台的架构，以支持无缝个性化服务。该平台能够自主重构基础设施并维持服务会话，从而为智能家居可持续性提供低成本且节能的普适服务。我们还介绍了相关服务场景，并讨论了采用所提架构所能获得的各方面优势。我们期望本研究能够为考虑可持续性的新型情境感知系统架构的开发奠定基础。