基于UPnP中間件的服務(wù)機(jī)器人智能空間軟件平臺設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).pdf

1、服務(wù)機(jī)器人與智能空間技術(shù)相結(jié)合，不僅擴(kuò)展了服務(wù)機(jī)器人感知環(huán)境信息和決策的能力，也增強(qiáng)了智能空間的服務(wù)執(zhí)行功能。隨著技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步，服務(wù)機(jī)器人智能空間的應(yīng)用研究受到廣泛關(guān)注。服務(wù)機(jī)器人智能空間是一個(gè)異構(gòu)、動(dòng)態(tài)、復(fù)雜的計(jì)算環(huán)境，將中間件技術(shù)引入服務(wù)機(jī)器人智能空間領(lǐng)域可以屏蔽底層復(fù)雜性，提高系統(tǒng)的可擴(kuò)展性。
　　本文課題來源于國家自然科學(xué)基金資助課題“服務(wù)機(jī)器人智能空間中人的行為理解”和山東大學(xué)自主創(chuàng)新基金課題（交叉學(xué)科培育項(xiàng)目）“服

2、務(wù)機(jī)器人實(shí)用化若干關(guān)鍵技術(shù)研究”。課題以智能空間為背景，針對家庭環(huán)境的特點(diǎn)及功能需求，將傳感器等智能節(jié)點(diǎn)分布在空間環(huán)境中，并基于無線傳感網(wǎng)絡(luò)獲取家庭環(huán)境信息。此研究方法具有以下兩方面優(yōu)勢:一方面，能夠減輕服務(wù)機(jī)器人的負(fù)擔(dān)，使其輕裝上陣;另一方面，服務(wù)機(jī)器人能夠利用智能空間環(huán)境提供的功能和服務(wù)，高效、穩(wěn)定地開展工作。
　　本文提出并設(shè)計(jì)了服務(wù)機(jī)器人智能空間軟件平臺，以此作為智能空間的基礎(chǔ)性框架。該平臺的作用包括:基于UPnP中間件自

3、動(dòng)發(fā)現(xiàn)和動(dòng)態(tài)配置的特點(diǎn)，使各類智能設(shè)備能夠動(dòng)態(tài)地加入或離開智能空間，實(shí)現(xiàn)零配置無縫集成;提供靈活的消息處理機(jī)制，保證系統(tǒng)的松散耦合性;綜合分析從智能空間全局獲得的信息，對任務(wù)進(jìn)行合理化調(diào)度，保證系統(tǒng)的高效運(yùn)行。論文圍繞著服務(wù)機(jī)器人智能空間軟件平臺的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)，開展了以下工作:
　　(1)首先對家庭環(huán)境下服務(wù)機(jī)器人智能空間的特點(diǎn)和功能需求進(jìn)行了分析，結(jié)合基于Web服務(wù)的面向服務(wù)架構(gòu)SOA和多智能體模型，確定了軟件平臺的應(yīng)用構(gòu)造模式，

4、并總結(jié)了設(shè)計(jì)原則。通過對多種機(jī)器人中間件技術(shù)進(jìn)行調(diào)研和實(shí)驗(yàn)，確定了基于UPnP中間件搭建服務(wù)機(jī)器人智能空間軟件平臺的設(shè)計(jì)方案，將軟件平臺的總體框架分為設(shè)備抽象層、消息調(diào)度層和資源管理層三個(gè)模塊，按照各模塊的功能需求，設(shè)計(jì)了模塊之間交互的接口。
　　(2)根據(jù)UPnP協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，對各智能設(shè)備進(jìn)行抽象，以服務(wù)為基本單位，通過服務(wù)組合的方式實(shí)現(xiàn)各種功能。采用PupnpSDK作為UPnP協(xié)議的基礎(chǔ)開發(fā)庫，實(shí)現(xiàn)原有智能設(shè)備的UPnP化改造。以

5、D-LinkDIR-615C2路由器作為硬件平臺，OpenWrt嵌入式Linux系統(tǒng)作為軟件平臺實(shí)現(xiàn)UPnP轉(zhuǎn)換裝置，將功能相對簡單的傳感器和部分智能設(shè)備統(tǒng)一改造集中管理。服務(wù)機(jī)器人則在原來的Windows系統(tǒng)下，按照UPnP協(xié)議添加一層接口完成UPnP化改造。
　　(3)依據(jù)UPnP協(xié)議的框架，以異步消息為基礎(chǔ)，提供靈活的消息處理機(jī)制，將消息分為普通消息、事件消息和數(shù)據(jù)流消息三類。基于UPnP中間件，實(shí)現(xiàn)了消息的訂閱/發(fā)布機(jī)制，

6、保證智能設(shè)備間的松散耦合性，提高了系統(tǒng)的可用性和魯棒性。
　　(4)資源管理層具體表現(xiàn)形式為一個(gè)中心管理節(jié)點(diǎn)，包括設(shè)備管理和任務(wù)管理兩個(gè)功能子模塊。設(shè)備管理模塊根據(jù)智能設(shè)備動(dòng)態(tài)加入或離開智能空間時(shí)發(fā)出的消息，將智能空間中設(shè)備的變化情況及時(shí)地在中心管理節(jié)點(diǎn)處更新;任務(wù)管理模塊驅(qū)動(dòng)三個(gè)任務(wù)隊(duì)列，并維護(hù)一個(gè)入隊(duì)規(guī)則，根據(jù)任務(wù)的優(yōu)先級、執(zhí)行設(shè)備、起始/終止位置等關(guān)鍵字決定任務(wù)的執(zhí)行順序，從全局角度實(shí)現(xiàn)任務(wù)優(yōu)化調(diào)度。
　　實(shí)驗(yàn)分析表明