基于位置感知的泛在學(xué)習(xí)研究-

1、基于位置感知的泛在學(xué)習(xí)研究1劉婷,葛君偉,夏英,彭璽重慶郵電大學(xué)中韓合作GIS研究所,重慶 (400065E-mail:liutingqq摘要:泛在學(xué)習(xí)是普適計(jì)算環(huán)境下未來(lái)的學(xué)習(xí)方式,是一種任何人可以在任何地方、任何時(shí)刻獲取所需的任何信息的方式。本文提出了一種基于位置感知的學(xué)習(xí)模式,一方面能接受用戶提出的要求為其服務(wù),同時(shí)系統(tǒng)利用移動(dòng)定位技術(shù),定位到區(qū)域內(nèi)的學(xué)習(xí)者位置,為區(qū)域內(nèi)的學(xué)習(xí)者主動(dòng)提供服務(wù)。并且日志管理保障了學(xué)習(xí)的無(wú)縫性,解決了其它學(xué)習(xí)方案中因用戶位置變化而破壞學(xué)習(xí)持續(xù)性的問(wèn)題,為學(xué)習(xí)者提供了更自由的學(xué)習(xí)環(huán)境。關(guān)鍵詞:泛在學(xué)習(xí);位置感知;定位;學(xué)習(xí)日志管理1.引言隨著普適計(jì)算環(huán)境下網(wǎng)絡(luò)

2、技術(shù)的發(fā)展、用戶自主學(xué)習(xí)要求的提高,學(xué)習(xí)方式從Electronic Learning(E-Learning,經(jīng)歷Mobile Learning(M-Learning,發(fā)展到Ubiquitous Learning(U-Learning,即泛在學(xué)習(xí),也稱無(wú)處不在的學(xué)習(xí)。學(xué)習(xí)環(huán)境發(fā)展關(guān)系如圖11。過(guò)去的E-Learning是指通過(guò)因特網(wǎng)或其他數(shù)字化內(nèi)容進(jìn)行學(xué)習(xí)與教學(xué)的活動(dòng)。M-Learning是指利用移動(dòng)設(shè)備在動(dòng)態(tài)環(huán)境中輔助學(xué)習(xí)者獲得網(wǎng)絡(luò)提供的固有的內(nèi)容。但兩種學(xué)習(xí)方式都不能體現(xiàn)無(wú)處不在的學(xué)習(xí)的思想。 圖1 學(xué)習(xí)環(huán)境的比較 泛在學(xué)習(xí)(U-Learning使用帶有RFID(Radio Frequenc

3、y Identification,電子標(biāo)簽、紅外數(shù)據(jù)通信端口、藍(lán)牙端口或GPS卡等通信接口的PDA(Personal Digital Assistant,個(gè)人數(shù)字助理,智能手機(jī),筆記本電腦等移動(dòng)設(shè)備,利用IEEE 802.11b、GPRS等無(wú)線通信技術(shù),在任何地點(diǎn)、任何時(shí)間學(xué)習(xí)任何自己感興趣的內(nèi)容。它有以下特點(diǎn)2。持續(xù)性:學(xué)習(xí)者能一直保持在學(xué)習(xí)狀態(tài)除非自己取消學(xué)習(xí)要求,并且學(xué)習(xí)過(guò)程是連續(xù)的、無(wú)縫的?？稍L問(wèn)性:學(xué)習(xí)者可以訪問(wèn)到的學(xué)習(xí)資料形式包括文字、圖片、視頻、音頻等任何形式。直接性:學(xué)習(xí)者不管在哪里,都可以直接從服務(wù)器或是從對(duì)等網(wǎng)絡(luò)中獲取信息。交互性:學(xué)習(xí)者可以通過(guò)同步或異步的方式與其他學(xué)習(xí)者

4、討論交流,實(shí)現(xiàn)信息交互、學(xué)習(xí)互動(dòng)。主動(dòng)性:當(dāng)服務(wù)器定位到有用戶進(jìn)入所屬區(qū)域時(shí),會(huì)主動(dòng)發(fā)送服務(wù)內(nèi)容,供用戶選擇,主動(dòng)提供服務(wù)。1本課題得到中韓合作國(guó)際項(xiàng)目(No. C2003-1,重慶自然科學(xué)基金,重慶市教育科研基金的資助。2.基于位置感知的泛在學(xué)習(xí)的系統(tǒng)架構(gòu)目前很多泛在學(xué)習(xí)的研究都局限于直接利用含有RFID的移動(dòng)設(shè)備在實(shí)驗(yàn)室范圍內(nèi)進(jìn)行短距離的交互通信1,2,3,沒(méi)有涉及到在實(shí)際應(yīng)用環(huán)境下,服務(wù)器如何獲取移動(dòng)設(shè)備的位置數(shù)據(jù),如何根據(jù)位置信息提供服務(wù)?；谖恢酶兄姆涸趯W(xué)習(xí)模式屬于分布式學(xué)習(xí)模式,每個(gè)區(qū)域內(nèi)有各自的服務(wù)系統(tǒng),可以獨(dú)立為區(qū)域內(nèi)的用戶提供服務(wù),同時(shí)可以通過(guò)遠(yuǎn)程調(diào)用的方式協(xié)同工作為其它區(qū)

5、域內(nèi)的用戶服務(wù)。基于位置感知的泛在學(xué)習(xí)模式的服務(wù)與位置數(shù)據(jù)有關(guān)。當(dāng)系統(tǒng)定位到有用戶進(jìn)入?yún)^(qū)域后,會(huì)主動(dòng)對(duì)剛進(jìn)入?yún)^(qū)域的用戶提出服務(wù)邀請(qǐng)。同時(shí)當(dāng)用戶在學(xué)習(xí)過(guò)程中位置發(fā)生變化時(shí),系統(tǒng)能利用位置數(shù)據(jù)和日志數(shù)據(jù)的記錄自動(dòng)調(diào)用本地或遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)庫(kù),保證用戶學(xué)習(xí)的持續(xù)性和無(wú)縫性。同時(shí)還能主動(dòng)根據(jù)學(xué)習(xí)者的位置變化,提供新環(huán)境中的服務(wù)內(nèi)容?；谖恢酶兄姆涸趯W(xué)習(xí)是更能體現(xiàn)未來(lái)學(xué)習(xí)模式中學(xué)習(xí)無(wú)處不在的思想。2.1 系統(tǒng)框架組成系統(tǒng)結(jié)構(gòu)包括客戶端、網(wǎng)絡(luò)環(huán)境、服務(wù)器端和數(shù)據(jù)庫(kù)組成,結(jié)構(gòu)如圖2所示。 圖2 基于位置感知的泛在學(xué)習(xí)的體系結(jié)構(gòu)圖 2.1.1 客戶端移動(dòng)設(shè)備需要安裝與學(xué)習(xí)相關(guān)的軟硬件,包括信息可視化工具、語(yǔ)音或圖像

6、的多媒體系統(tǒng)、交互學(xué)習(xí)平臺(tái)、數(shù)據(jù)傳輸通道、計(jì)算器或日歷等。同時(shí),還必須具有位置傳感器(GPS 卡,能夠發(fā)送和接收定位信息。PDA、智能手機(jī)或筆記本電腦都能夠作為移動(dòng)學(xué)習(xí)的設(shè)備。2.1.2 網(wǎng)絡(luò)環(huán)境使用IEEE 802.11b、GPRS、RFID、對(duì)等網(wǎng)、自組織網(wǎng)絡(luò)、紅外、藍(lán)牙等方式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。2.1.3 數(shù)據(jù)庫(kù)為了更好的并行提供服務(wù),減少資料讀取時(shí)間,數(shù)據(jù)按種類分類存儲(chǔ)和管理。位置數(shù)據(jù)庫(kù):記錄學(xué)習(xí)者位置的經(jīng)緯度。日志數(shù)據(jù)庫(kù):存儲(chǔ)所有用戶的學(xué)習(xí)日志,每個(gè)設(shè)備號(hào)只有唯一條記錄。日志字段包括: TimeStart, TimeEnd, Location, Learner, Server, Conte

7、nt, Object。TimeStart:學(xué)習(xí)開(kāi)始的時(shí)間; TimeEnd:學(xué)習(xí)結(jié)束的時(shí)間。Location:用戶位置信息。Learner:用戶標(biāo)志,默認(rèn)設(shè)置是設(shè)備號(hào),因?yàn)樵O(shè)備號(hào)唯一。Server:提供學(xué)習(xí)的服務(wù)器。Content:學(xué)習(xí)者最近一次的學(xué)習(xí)內(nèi)容。Object:交互學(xué)習(xí)的對(duì)象。資料數(shù)據(jù)庫(kù):存放各種內(nèi)容和形式的學(xué)習(xí)資料,包括電子資料和交互學(xué)習(xí)的記錄。數(shù)據(jù)格式包括文字、圖片、視頻、音頻等。遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)庫(kù):其他區(qū)域內(nèi)的資料數(shù)據(jù)庫(kù)。2.1.4 服務(wù)端移動(dòng)設(shè)備受硬件條件的限制,存儲(chǔ)容量不大,計(jì)算能力不高,所以學(xué)習(xí)時(shí)只用于資料提取和消息傳送,所有操作和管理都放在服務(wù)端實(shí)現(xiàn)。同時(shí),不同區(qū)域內(nèi)的服務(wù)器和

8、數(shù)據(jù)庫(kù)相互合作,協(xié)同為學(xué)習(xí)者服務(wù)?；竟δ苋缦?定位服務(wù):系統(tǒng)自動(dòng)監(jiān)測(cè)進(jìn)入?yún)^(qū)域內(nèi)的用戶,利用GPS定位其經(jīng)緯度,寫入位置數(shù)據(jù)庫(kù)和學(xué)習(xí)日志。日志管理:每個(gè)用戶只有一條學(xué)習(xí)日志,記錄的是最近一次的學(xué)習(xí)情況。包括學(xué)習(xí)者登陸網(wǎng)絡(luò)的時(shí)間、地點(diǎn)、移動(dòng)設(shè)備號(hào)、服務(wù)器、學(xué)習(xí)內(nèi)容、交互對(duì)象等。當(dāng)學(xué)習(xí)者繼續(xù)上次學(xué)習(xí)時(shí),系統(tǒng)根據(jù)日志記錄,連接相關(guān)服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫(kù)為用戶提取資料。若學(xué)習(xí)者開(kāi)始新學(xué)習(xí)時(shí),則清空該用戶的日志,重新記錄。資料管理:提供各種學(xué)習(xí)資料的瀏覽、下載等。學(xué)習(xí)者可以登陸資料數(shù)據(jù)庫(kù)也可以從對(duì)等網(wǎng)絡(luò)中獲取資料。同時(shí),資源管理服務(wù)器中緩存有熱點(diǎn)信息的數(shù)據(jù),避免了再?gòu)暮笈_(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)讀取資料,減少了讀取時(shí)間。交互服務(wù)

9、:學(xué)習(xí)交流的平臺(tái)。記錄用戶的聯(lián)系方式提供E-MAIL服務(wù)。同時(shí)提供聊天室平臺(tái),供學(xué)習(xí)者及時(shí)在線交流。遠(yuǎn)程調(diào)用:當(dāng)學(xué)習(xí)跨區(qū)域時(shí),可以通過(guò)日志的記錄遠(yuǎn)程調(diào)用原數(shù)據(jù)庫(kù)的資料,保持學(xué)習(xí)的不間斷性。2.2 學(xué)習(xí)方式學(xué)習(xí)可以是閱讀資料也可以是參與討論,所以分為資料學(xué)習(xí)和交互學(xué)習(xí)兩種。2.2.1 學(xué)習(xí)資料泛在學(xué)習(xí)中,用戶位置可能不斷變化。但用戶可能會(huì)想要學(xué)習(xí)新內(nèi)容,也可能想要持續(xù)原來(lái)的學(xué)習(xí),所以有兩種情況。學(xué)習(xí)新內(nèi)容:學(xué)習(xí)者接受服務(wù)器主動(dòng)發(fā)送的新學(xué)習(xí)邀請(qǐng)或申請(qǐng)新服務(wù)。持續(xù)原有學(xué)習(xí):服務(wù)器根據(jù)日志,提過(guò)學(xué)習(xí)者最近一次的學(xué)習(xí)內(nèi)容。同時(shí)當(dāng)學(xué)習(xí)過(guò)程中位置發(fā)生變化時(shí),只要學(xué)習(xí)者不主動(dòng)終止學(xué)習(xí),服務(wù)器能無(wú)縫調(diào)整,連接相

10、關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù),保持用戶學(xué)習(xí)的不間斷性。2.2.2 交互學(xué)習(xí)討論是信息分享的最佳平臺(tái),分為同步(BBS和異步(E-Mail兩種方式。當(dāng)用戶愿意參加到討論中時(shí),平臺(tái)會(huì)自動(dòng)登記用戶的信息,包括設(shè)備號(hào)、聯(lián)系方式等。3. 基于位置感知的泛在學(xué)習(xí)的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)利用GPS定位技術(shù)獲取移動(dòng)學(xué)習(xí)者的位置數(shù)據(jù)。系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)中,采用聯(lián)想天逸Y810連接GD80雙頻GSP接收機(jī)作為基準(zhǔn)站,IBM T43連接GAMIN25作為移動(dòng)臺(tái)(由于IBM T43沒(méi)有串口,所以使用了USB-串口轉(zhuǎn)接線,桌面電腦(裝備無(wú)線網(wǎng)卡,作為定位服務(wù)器。將基準(zhǔn)站和移動(dòng)臺(tái)接收到的衛(wèi)星參數(shù)發(fā)送給定位服務(wù)器,采用RTK定位算法,計(jì)算出移動(dòng)臺(tái)經(jīng)緯度。位置數(shù)據(jù)

11、庫(kù)采用ORACLE 9i,利用其空間數(shù)據(jù)管理功能,將利用Mapinfo制作的矢量地圖導(dǎo)入ORACLE的Scott表空間中,利用圖文顯示結(jié)果。移動(dòng)端定位結(jié)果如圖3。資料數(shù)據(jù)庫(kù)搭建SAN(Storage Area Network,存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)4來(lái)存儲(chǔ)海量數(shù)據(jù)。實(shí)驗(yàn)使用EVC3.0和Pocket PC2002模擬器實(shí)現(xiàn)PDA上的服務(wù)程序如圖4。當(dāng)學(xué)習(xí)者進(jìn)入學(xué)習(xí)環(huán)境后,服務(wù)器主動(dòng)發(fā)送學(xué)習(xí)邀請(qǐng);接收新服務(wù)或持續(xù)原有學(xué)習(xí)。界面中,學(xué)習(xí)者可以輸入想要學(xué)習(xí)的新舊內(nèi)容,也可以選擇是否參與討論。 圖3 移動(dòng)端定位結(jié)果圖圖4 學(xué)習(xí)邀請(qǐng)界面4. 結(jié)束語(yǔ)隨著網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展,需求的提高,用戶對(duì)學(xué)習(xí)的要求也越來(lái)越高。普適計(jì)

12、算是下一代網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展方向,泛在學(xué)習(xí)也必然成為下一代學(xué)習(xí)的發(fā)展方向?；谖恢酶兄膶W(xué)習(xí)方式能夠保持學(xué)習(xí)的連續(xù)性,同時(shí)又能根據(jù)位置變化提供相關(guān)的個(gè)人化服務(wù),更能體現(xiàn)學(xué)習(xí)的無(wú)處不在性。同時(shí),技術(shù)的可行性也對(duì)新學(xué)習(xí)方式的推廣創(chuàng)造了有利條件。參考文獻(xiàn)1 HIROAKI OGATA, YONEO YANNO. Context-Aware Support for Computer-Supported UbiquitousLearningC. Wireless and Mobile Technologies in Education. 2004.2 HIROAKI OGATA, YONEO YANNO. Kn

13、owledge Awareness Map for Computer-Supported UbiquitousLanguage-LearningC. Wireless and Mobile Technologies in Education. 2004. 19-26.3 KEN SAKAMURA, NOBORU KOSHIZUKA. Ubiquitous Computing Technologies for UbiquitousLeaningC. Wireless and Mobile Technologies in Education. 2005. 11-20.4 武海平,余宏亮,鄭緯民等.

14、 聯(lián)網(wǎng)審計(jì)系統(tǒng)中海量數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)與管理策略. 2006(4:618-624.5 CHIH-YUNG CHANG, JANG-PING SHEU. Design and Implementation of Ad Hoc Classroom andeSchoolbag Systems for Ubiquitous LearningC. Wireless and Mobile Technologies in Education. 2002.8-14.6 GUOZHEN ZHANG, QUN JIN, TIMOTHY K.SHIH. Peer-to-Peer Based Social Interacti

15、on Tools inUbiquitous LearningC. Parallel and Distributed Systems. 2005. 230-236.7 GUOZHEN ZHANG, QUN JIN. Research on Collaborative Service Solution in Ubiquitous LearningEnvironmentC. Parallel and Distributed Computing, Applications and Technologies. 2005. 504-806.8 KEITH MITCHELL, NICHOLAS J.P. R

16、ACE. uLearn: Facilitating Ubiquitous Learning through CameraEquipped Mobile PhonesC. Wireless and Mobile Technologies in Education. 2005. 8pp9 夏英,葛君偉. 組件式LBS軟件平臺(tái)的體系結(jié)構(gòu)研究. 2004(4: 71-72,97Research on Ubiquitous Learning Basing on LocationAwarenessLiu Ting,Ge Junwei,Xia Ying,Peng XiSino-Korea Chongqing

17、 GIS Research Center,Chongqing University of Post andTelecommunications,Chongqing (400065AbstractUbiquitous learning is the future learning method in ubiquitous computing environment. It means that anyone can get any information he wants at anytime from anywhere. This paper provides a location-based

18、 awareness learning methods. It can serve the learner when he asks for the services, besides it can give the service for the learner close-by forwardly basing on the position data stored in the location server. Also, it makes the seamless leaning according to the log management, so that the new method solves the study permanent problem caused by position variation in ot