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工业物联网环境下隐式人机交互消息传播方法
资料介绍
针对工业4.0环境下人与周边物联网制造资源交互具有临时再配置、网络拓扑复杂多变的特点,以群集、社会化自组织的工业物联网智能设备为研究对象,构建简洁、高效的隐式人机交互机制.考虑人的因素对物联网节点交互的影响,引入设备社会化网络,提出了一种社会化设备对设备的隐式交互消息传播方法.以汽车轮毂的客户定制过程为例,进行了隐式交互分析;引入 Caveman 社会关系构建方法与概率模型,以消息完成率与体感网连接设备数量为指标,对所提隐式交互方法的性能进行了分析.仿真结果表明,与随机消息转发机制相比,所提社会化设备对设备交互的消息传播的最大平均完成率提高7%;在给定用户满意度条件下,周边直接连接智能设备数量可进行数值计算.研究结果为工业物联网环境下的人机交互系统参数选择提供了理论依据.
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第
卷 第 期
２９ ４
Vol．２９ No．４
．４６３-４７０
年
月
２０１８ ２
CHINAMECHANICALENGINEERING
pp
工业物联网环境下隐式人机交互消息传播方法
杨 林 李文锋 段 莹 罗 云 杨文超
,
,
４３００６３
武汉理工大学物流工程学院 武汉
:
、
摘要 针对工业
环境下人与周边物联网制造资源交互具有临时再配置 网络拓扑复杂多变的特
４．０
,
、
,
、
.
点 以群集 社会化自组织的工业物联网智能设备为研究对象 构建简洁 高效的隐式人机交互机制 考
,
,
虑人的因素对物联网节点交互的影响 引入设备社会化网络 提出了一种社会化设备对设备的隐式交互
.
,
;
消息传播方法 以汽车轮毂的客户定制过程为例 进行了隐式交互分析 引入
社会关系构建
Caveman
,
,
方法与概率模型 以消息完成率与体感网连接设备数量为指标 对所提隐式交互方法的性能进行了分
.
, ,
仿真结果表明 与随机消息转发机制相比 所提社会化设备对设备交互的消息传播的最大平均完成
析
;
, .
率提高
在给定用户满意度条件下 周边直接连接智能设备数量可进行数值计算 研究结果为工业
７％
.
物联网环境下的人机交互系统参数选择提供了理论依据
:
;
;
;
关键词 以人为中心的工业物联网 设备对设备网络 隐式人机交互 设备社会化网络
: ;
TP３９３ TH１８６
中图分类号
: /
(
)
(
):
开放科学 资源服务 标识码
DOI １０．３９６９ ．issn．１００４ꢀ１３２X．２０１８．０４．０１４
OSID
j
Messa e Dissemination Methods for Im licit Human-Machine Interactions
g
p
Based on Industrial Internet of Thin s
g
YANGLin LIWenfen DUANYin LUOYun YANGWenchao
g
g
,
, ,
SchoolofLo isticsEnineerin WuhanUniversit ofTechnolo Wuhan４３００６３
g
g g gy
y
:
,
Abstract Forthefeaturesofindustr ４．０ecos stem interactionsamon humanandinternetof
y
y
g
( )
,
thin s IoT-basedmanufacturin resourceswerereconfi uredtem orar andthenetworkto olo
g
g
g
p y p gy
ofhuman-IoTwascom lexanddnamic．Toaddresstheissuesincrowdsourcin andsocialself-or an-
p
y
g
g
( ),
izedsmartdevicesinindustrialinternetofthin s IIoT anefficientandclearhuman-IoTim licitin-
g
p
,
,
teractionmechanismwasdesi ned．Moreover considerin thefactorsofhumaninIoTinteractions
g
g
,
basedonconce tsofmachinesocialnetworks amessa edisseminationmethodinsocialdevice-to-de-
p
g
,
vicenetworkwas ro osed．Finall acasestud ofim licitinteractionsforcarwheelcustomized
p p y p
y
manufacturin wasillustrated．Andb usin theclassicmethodofCavemanforsocialnetworkmodel-
y g
g
,
in and robabilit theor avera edeliver rateandnumberofconnectionforwirelessbod networks
g p y y g
y
y
wereintroducedasmatricestoanal se erformanceof ro osedmechanism．Thesimulationresults
y p p p
,
showthat themaximumavera ecom letionrateof ro osedmessa edisseminationisim rovedb
g p p p p y
g
７％com aredwiththerandommessa eforwardin mechanism．Underthe ivenusersatisfaction
p
g
g
g
,
rate thenumbersofdirectl connectedsmartdevicesma becalculated uantitativel ．Theresults
y
y
q
y
ma beusedto rovidethetheoreticalbasisofthe arameterselectionsforhuman-com uterinterac-
y
p
p
p
tions stemsinIIoT．
y
:
;
;
Ke words eo le-centricindustrialinternetofthin s device-to-devicenetwork im licithuman
p p
g
p
y
;
machineinteraction machinesocialnetwork
高度柔性生产者 及各类服务资源组成的制造网
引言
０
络[] 智能联网现场设备能独立提供自服务 自感
３
,
、
、
制造需求正从大规模集成生产向小批量 定
[]
４
、
,
智能物体服务间彼
知 自配置的智能物体资源
、
.
、
制化 大量服务协作化转变 柔 性 制 造 敏 捷 制
,
此交互或通信来提高服务附加值 个性化的客户
造
制造[]
制造[]等各类制造模 式
１
２
、
、
social
cber
y
,“
”
需求预 测 与 追 踪 客 户 即 生 产 者 的 参 与 式 生
,
的出现 加速了物联网和信息物理系统技术在制
产[]
等
使得人 产品 机器和其他资源
５
.
工业
４．０
、 、
,
: 、
生态 小型化
造业的应用 构造了未来工业
４．０
被作为信息和服务分享到整个企业生产系统和价
.
,
值链 人既是数据和服务使用者也是提供者 信
:
收稿日期
２０１７ ０３ ０７
.
息和服务呈现以人为中心的特征
:
(
)
基金项目 国家自然科学基金资助项目
６１５７１３３６
万方数据
· ·
４６３
中国机械工程 第
卷 第 月下半月
期
年
２９ ４ ２０１８ ２
、
设备或系统的隐式交互基于垂直 封闭的人周边
以人为中心的物联网技术将智能手机作为人
,
, ,
环境 数据来自人周边范围测量环境 信息来自特
与物联网资源交互的接口 实现人与物理设备和
[]
６
( )
数 据 服 务 的 随 时 随 地 交 互
.
.
定应用的云端虚拟服务器集中查询和分发 但
信息空间
cber
y
,
, ,
是 人进入新的环境中 需要重新配置与周边设备
人通过智能化的技术获取周边服务资源 周边智
、
.
针
能物体网络根据人的 行为特征提供前瞻性的服
的连接 从其他企业或者云服务器获取授权
务[] 人机交互模式由传统的面向物理实体的显
对面向非中心化企业层级的自治系统服务 张祖
７
.
,
式交互转为面向服务的隐式交互[ ] 一方面 这
国[ ]提出了社会化智能代理的制造体系架构 企
１６
８-９ . ,
,
,
业制造资源的动态组合无需开发新的软件系统
种面向服务的智能工业环境模糊了传统的金字塔
式的分层控制与感知[ ] 制造过程中 人周边的
１０
,
,
( )
支持人 自由职业者 与企业的制造分包服务动态
:
(
,
.
耦合 上述研究为无所不在的普适性感知奠定了
环境出现新特征 设备 对 设 备
device-to-device
)
,
. ,
理论基础 以人为中心的工业物联网环境中 设
直接获取现场设备物理数据 全局化点对点
D２D
(
, )
,
、
通信的数据和服务访问 数
备高度密集分布 随时随地服务本地直接交互的
eer-to- eer P２P
p p
,
,
.
据在 物 理 和 信 息 空 间 进 行 交 互 人 机 交 互 隐 式
新特征 需要对隐式交互展开进一步探索
[]
化[ ] 另一方面 移动设备是人随身携带的物理
国外
１１
９
;
,
,
,
首次定义了隐式交互 基
SCHMIDT
,
.
计算设备 是实现高度动态的制造现场设备环境
于
XML
对上下文感知建模进行了论证 人不需
.
,
下人机交互普适性的硬件基础 移动设备被应用
要直接操作机器 机器系统根据人的意图提供服
等[ ]针对传感器 执行器上下
１７
,
.
到制造业全生命周期的各个环节 通过内置传感
务
JAROSLAW
、
、
,
,
器 可穿戴生产设备 驾驶或操作的车辆等感知人
文推断不准的问题 提出智能物体主动提示机制
,
,
在人周边提示可选提示或暗示 简单交互做出选
的行为 增强了人与周边智能设备彼此交互的能
.
,
.
,
在智能手机与智能物体隐式交互方面
STE-
力
隐式交互形式由人与设备接口或操作界面交
择
等[ ]指出 智能手机与可穿戴设备的体感
,
FAN
１８
.
互 拓展为智能手机设备与其他设备的交互
周
,
网结合是隐式交互的有效工具 并分析了当前移
边环境的智能设备通过分析手机采集的数据来推
.
.
动隐式交互中的可穿戴设备 在物联网隐式交互
理人的行为特征 面向带人属性的智能物体服务
[ ]
GUIOU
１９
.
,
隐式交互在工业物联网中的研究逐渐被重视
然
方面
探索了物联网智能物体在没有
,
、
,
而 人与工业物联网环境的集成具有移动性 社会
提示的情况下感知人的活动 作为桥梁连接不同
,
,
的人之间的关系 并创建安全可信的新的人际连
性等因素 这给智能物体间的交互带来了新的挑
.
、
, .
接 增强人的社会关系网络连接 上述针对工业
战
本文以移动性 非中性化的工业物联网智能
,
,
物体服务为研究对象 探索人与工业物联网交互
中人与自组织智能物体交互的研究 为人机
４．０
.
.
混杂环境下的隐式交互研究奠定了基础
中的隐式社会关系及其交互信息传递性能
隐式人机交互国内外研究现状
智能设备的服务及社会化网络建模
１
２
[ ]
１２
,
带人属性的智能设备服务描述
国内 徐光等 研究了普适计算环境下基于
２．１
,
,
工业
中 网络化制造资源由离散的自组
觉察的动态的上下文感知的隐式交互 提出了物
４．０
,
织服务构成 客户需求或定制生产任务通过一组
“ ”
,
理信息系统 时空流 的信息交互形式 将传统的
.
,
服务交互的形式完成 在隐式交互范式下 人的
基于固定设备和环境的人机交互扩展至随时随地
,
移动性与个性化需求具有不确定性 导致服务组
.
的日常物品和环境接口间的交互 针对动态的环
[ ]
１３
.
合与触发具有机会性 考虑人的因素和机器社会
,
境上下文感知 王国建等 提出了动态环境下服
,
化属性 社会化智能物体服务以中间件的形式对
,
务共享机制 实现视觉感知系统对隐式交互的支
[ ]
１４
.
外提供服务和交互 异构智能设备通过智能物体
.
,
持
王巍等 总结了隐式人机交互的研究现状
(
)
,
,
技术抽象为服务中间件 单独或者
指出物联网环境与普适计算下 移动设备传感器
smartobect
j
[ ]
２０
,
.
社会化智
动态组合构建服务 满足用户请求
感知与可穿戴体感网 是隐式交互研究的关键技
: (
能设备服务包含以下部分 自身独立的服务
.
(
, , ,
针 对 传 统
WIMP windows icon menu
术
m-
)、
社会化活动
(
)、
)
物理活动
界 面 复 杂 人 机 交 互 难 以 适 应 的 问
service
socialactivities
ointdevice
p
[ ]
１５
(
)、
设 备 对 设 备 直 接 服 务 交 互
h sicalactivities
p y
,
题 马翠霞等 研究了云制造环境下的隐式人机
(
).
,
、
智 能 物
体服务
m-service mobile- micro- multi le-serv-
交互 通过笔画操作智能终端与虚拟化 服务化制
device-to-deviceservicea re ation
gg g
( 、 、
,
.
造资源交互 提高企业移动制造效率 这种面向
万方数据
p
· ·
４６４
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