Μελετη Και Αναπτυξη Ευφυων Αλγοριθμων Και Συστηματων Για Την Εφαρμογη Της Διαχυτης Τηλεπισκοπησης Σε Υποβοηθουμενα Περιβαλλοντα Διαβιωσης

Abstract

Σε ενα περιβαλλον διαχυτης τηλεπισκοπησης οι προσεγγισεις καθως και το οραμα διαφερουν σημαντικα και συμφωνα με τα διαφορετικα πεδια εφαρμογης. Ωστοσο, τρεις ειναι οι βασικες προσεγγισεις που διαφαινονται στη βιβλιογραφια: της δικτυωσης, της τεχνολογιας των «πραγματων» και της σημασιολογιας της πληροφοριας. Η κατανοηση, η επεξεργασια και η συσχετιση της διαθεσιμης πληροφοριας σε ενα περιβαλλον διαχυτης τηλεπισκοπησης αποτελει προκληση για την επιστημονικη κοινοτητα.Παρολο που το περιεχομενο της εκαστοτε εφαρμογης της διαχυτης τηλεπισκοπησης σε υπηρεσιες ηλεκτρονικης υγειας μπορει να ποικιλει, μια πτυχη παραμενει σταθερη, αυτη του αριθμου των πηγων πληροφοριας. Για παραδειγμα, οι εφαρμογες που συλλεγουν δεδομενα απο εναν πεπερασμενο και περιορισμενο αριθμο φυσικων και εικονικων αισθητηρων, ειναι σε θεση να συλλεγουν και να αναλυουν τα δεδομενα απο το συνολο των αισθητηρων. Σε αντιθεση με τη διαχυτη τηλεπισκοπηση, η οποια οραματιζεται ενα περιβαλλον που συνισταται απο ενα μεγαλο πληθος αισθητηρων, η συλλογη και επεξεργασια ολων των δεδομενων ειναι ανεφικτη. Γι' αυτο, θεωρειται οτι η κατανοηση, η συσχετιση και η αξιολογηση της διαθεσιμης πληροφοριας θα παιξουν καταλυτικο ρολο. Οι εξελιξεις σε ερευνητικα πεδια, οπως οι τηλεπικοινωνιες και η μηχανικη μαθηση, συμβαλλουν στην εδραιωση της διαχυτης τηλεπισκοπησης σε τομεις υγειας και πιο συγκεκριμενα σε δομες οπως τα Περιβαλλοντα Υποβοηθουμενης Διαβιωσης (ΠΥΔ).Με γνωμονα τα παραπανω, η παρουσα διδακτορικη διατριβη μελετα, προτεινει και αναπτυσσει ευφυεις αλγοριθμους και συστηματα με σκοπο να καταστησει δυνατη την εφαρμογη της διαχυτης τηλεπισκοπησης σε εφαρμογες της ηλεκτρονικης υγειας και πιο συγκεκριμενα σε δομες υποβοηθουμενης διαβιωσης.Αρχικα, στο Κεφαλαιο 2 μελεταται η προσεγγιση της διαχυτης τηλεπισκοπησης με βαση τα πραγματα. Σε αυτο το πλαισιο προτεινεται μια τοπολογια δικτυου συνδυαζοντας ωριμες τεχνολογιες, οπως το Radio-frequency identification (RFID) και το IPv6. Η τοπολογια αυτη εκμεταλλευεται τα χαρακτηριστικα των τεχνολογιων σε επιπεδο δικτυωσης και χρησιμοποιει εναν ενδιαμεσο κομβο αντιστοιχισης για να λυσει προβληματα, τοσο σε επιπεδο επικοινωνιας οσο και σε επιπεδο διαχειρισης της διαθεσιμης πληροφοριας. Τελος, η τοπολογια αυτη αξιολογηθηκε σε ενα γενικοτερο σεναριο υγειονομικης φροντιδας.Στη συνεχεια του Κεφαλαιου 2, προτεινεται και αξιολογειται ενα ευφυες συστημα και ο σχετικος αλγοριθμος, για τον εσωτερικο εντοπισμο και την πλοηγηση ανθρωπου μεσα σε μια δομη ΠΥΔ. Το συστημα βασιζεται στην τεχνολογια RFID και αναπτυσσει μια τεχνικη με διασταυρουμενα μαθηματικα τριγωνα, με σκοπο τον εντοπισμο (σταθερων και κινητων)εμποδιων και την πλοηγηση του χρηστη στον τελικο προορισμο, με εναν ασφαλη και φυσικο τροπο. Για την αξιολογηση της λυσης, υλοποιηθηκαν τοσο οι καταλληλες RFID ετικετες οσο και το αντιστοιχο πρωτοτυπο, και δοκιμαστηκαν σε εναν αριθμο εθελοντων και σεναριων.Στη συνεχεια της διατριβης, εχοντας μελετησει τη βιβλιογραφια στο Κεφαλαιο 3 και αναγνωρισει την αναγκη για τη χρηση πληροφοριας επιγνωσης πλαισιου στη διαχυτη τηλεπισκοπηση, προταθηκε, υλοποιηθηκε και αξιολογηθηκε στο Κεφαλαιο 4 μια αρχιτεκτονικη ευφυους συστηματος σε ενα ΠΥΔ. Επισης, στα πλαισια αυτης της αρχιτεκτονικης, προταθηκε και μια επεκταση της Semantic Sensor Network Ontology με σκοπο την καλυτερη μοντελοποιηση της πληροφοριας πλαισιου που παραγεται απο τον εκαστοτε αισθητηρα. Το συστημα αξιολογηθηκε σε ενα υβριδικο συστημα προσομοιωσης που μας επετρεψε να δοκιμασουμε σεναρια, εχοντας τοσο φυσικους οσο και εικονικους αισθητηρες. Σε ενα τετοιο περιβαλλον το συστημα μπορεσε να καταστησει δυνατη τη δυναμικη διαχειριση, την κατανοηση και την επεξεργασια πληροφοριας απο αισθητηρες, υλοποιωντας διαφορα επιπεδα δημιουργιας και διαχειρισης πληροφοριας πλαισιου.Το Κεφαλαιο 6 εχει σαν στοχο να μελετησει το πως η εννοια της ασαφους λογικης μπορει να εφαρμοστει στις ροες δεδομενων, με σκοπο τη συσχετιση των αισθητηρων σε ενα ΠΥΔ. Πιο συγκεκριμενα, προτεινεται και αξιολογειται ενα ευφυες συστημα που υλοποιει τους καταλληλους αλγοριθμους εξορυξης ασαφων συνολων, μετρα ομοιοτητας και τεχνικες μαθησης. Το συστημα αξιολογηθηκε σε ροες δεδομενων απο ΠΥΔ, οπως αυτα περιγραφηκαν στο Κεφαλαιο 5, ενω προταθηκε και ενα νεο μετρο αξιολογησης, που αντικατοπτριζει περισσοτερο τη συγκεκριμενη εφαρμογη.Στο 7ο -και τελευταιο- κεφαλαιο της διατριβης υλοποιηθηκε μια μεθοδολογια και ενας αλγοριθμος εξαγωγης προφιλ συσχετισης των διαθεσιμων αισθητηρων, εκμεταλλευομενοι την τεχνολογια επιγνωσης πλαισιου. Η τεχνικη αυτη εχει σαν σκοπο να ορισει τη σχεση μεταξυ των αναγκων/προτιμησεων/δρασεων των χρηστων με τους διαθεσιμους αισθητηρες, προκειμενου να ειμαστε σε θεση να εκμεταλλευομαστε οσο το δυνατον καλυτερα τις διαθεσιμες πληροφοριες και να διαχειριζομαστε με αποτελεσματικο τροπο το εγκατεστημενο δικτυο αισθητηρων. Αυτο επιτυγχανεται, εκτιμωντας το ποσοστο συμμετοχης των αισθητηρων για οποιαδηποτε δραστηριοτητα υψηλου επιπεδου, με βαση τις προηγουμενες εκτελουμενες απο το χρηστη δραστηριοτητες χαμηλου επιπεδου. Τελος, η προτεινομενη μεθοδολογια εφαρμοστηκε και αξιολογηθηκε σε ενα ΠΥΔ.