基於情境感知和ZigBee 的互動資訊導覽系統

基於情境感知和ZigBee 的互動資訊導覽系統内容摘要：

基於情境感知和 ZigBee 的互動資訊導覽系統 the Interactive Guide System Based on Context-Aware and ZigBee Technology 陳榮昌 顏嘉玲 朝陽科技大學資訊管理系 朝陽科技大學資訊管理系 rcchen@cyut.edu.tw 陳石坤 漢翔科技 t90089266@gmail.com 林清揚 盛大資訊股份有限公司 skchen@ms.aidc.com.tw chingyang0807@gmail.com 簡宏宇 暨南國際大學資訊管理系 hychien@ncnu.edu.tw 摘要 隨著科技的進步，展覽場的導覽系統已從過去導遊、磁帶機或 CD 播放器來講解的時代轉 換成行動導覽的時代，然而現在的行動導覽設備皆需手動感應展覽品或是將號碼輸入導覽裝置 中才能聆聽說明，為了讓行動導覽更貼近訪客的需求，本研究提出了將情境感知和 ZigBee 融 入到導覽系統中的一個架構，以標準 ZigBee 網路架構及協定結合無線區域網路連結展覽場地 內的所有展覽品，訪客只需要手持導覽裝置於展覽場中移動便可得知附近展覽品的資訊，更可 以透過手機或手持裝置和系統互動。透過收集訪客相關的情境資訊以及情境的推理，系統可以 幫助訪客篩選出訪客感興趣的展覽品，讓訪客可以即時獲取其感興趣的展覽品的資訊。另外， 活動單位也可讓互動功能和展覽場的主題活動做結合，進而達到使用方便及貼心的個人化服務。 關鍵字：情境感知、情境資訊、情境推理、ZigBee、導覽系統 Abstract With the advances in technology, the exhibition field guide system from the tour guide, tape drives or CD player to illustrate the era of conversion into the era of mobile guide. However, current mobile guide devices who must manually sensing exhibits or number input guide device in can listen to illustrate, closer to visitors' needs in order to make the mobile guide, this paper presents a context-aware and ZigBee into the guide system architecture, by standard ZigBee network architecture and protocol combined with all exhibits within the exhibition field of WLAN link, visitors only need to handheld guide device moving can know the a nearby exhibit information, more can interactive through mobile phones or handheld devices and systems in the exhibition field. Related contexts by collecting visitor information and context reasoning, the system can help visitors screened visitors interested in the exhibits, make visitors have instant access to the information of its exhibits of interest. In addition, the activity units also allows the interactive features and the theme of the exhibition field activities do combine, thus achieving easy to use and attentive personal service. 1. 前言 「導覽」的目的在於搭起展覽品與參觀者之間的橋樑，讓參觀者透過導覽的方式獲取展覽 品相關資訊，以達到即時學習之功效。一個有效的導覽系統是能傳達資訊的媒介，它必須讓參 觀者能夠方便且快速的獲取資訊，以達到最佳的導覽效果。以往在參觀展覽的時候，皆會有導 遊為我們導覽，但是如此一來，所有人就必須以團體移動，即使對某項覽品沒有興趣也必須等 待導遊解說完畢；等介紹到自己感興趣的展覽品時，也可能因為距離的關係聽不到解說員的說 明或看不到展覽品，從而影響到導覽的品質。行動數位導覽使遊客在參觀的過程中，可以針對 各景物使用可攜式行動裝置（如：手機、PDA、平板電腦等）及無線通訊技術（如：無線射頻 辨識系統RFID、二維條碼QR Code等）獲取即時資訊。 但是在行動數位導覽的發展上，RFID 相關的技術，由於本身內建的記憶體無法容量大量 的資料，且容易讀取到相鄰 Tag 的訊號、容易受到金屬材質的干擾，較難是用於室內的行動導 覽。QR Code 相關的技術則必須透過無線網路下載展覽品的資料，人多的時候下載速度會變慢， 從而導致導覽品質變差。所以本研究利用 ZigBee 低成本、抗干擾和多節點控制的特色，改善前 二者的缺點，我們將導覽資訊儲存於手持裝置，以 ZigBee 來完成手持裝置、伺服器和展覽品間 的通訊，藉此啟動相關的導覽服務。為了讓行動導覽更符合訪客的需求，我們也結合了情境感 知的技術，透過收集使用者的導覽紀錄(例如對特定展覽品參觀的時間、次數等)以及展覽場相 關的情境資訊(目前時間、展覽動線、熱門展覽品等)，然後藉由情境推理推論出訪客感興趣的展 覽品，藉此自動提供訪客所需的服務，進而達到使用方便及貼心的個人化服務。 以下本論文將先探討相關研究的文獻，包括介紹導覽系統、ZigBee 無線通訊技術和情境感 知的技術；第三節將詳述本研究所提出的基於情境感知和 ZigBee 的互動資訊導覽系統的架構； 第四節詳述導覽系統的系統設計和裝置的需求；最後說明本研究的結論和未來研究的方向。 2. 相關文獻探討 2.1 導覽系統 過去的導覽服務都是由導遊、錄音機或 CD 播放器來講解的，但是這些方式都有其缺陷， 例如傳統導遊是由人力完成，培訓和工資費用高；使用錄音機和 CD 播放器又攜帶不方便，而 且缺乏互動的能力。隨著科技的進步，導覽由過去這些方式轉換成了行動裝置導覽。 在過去的研究中，Li-Der Chou 等學者在提到 IEEE 802.11 系列和藍芽通訊技術會有讀取到 相鄰展覽品的可能，使用 GPS 在室內又無法精準的定位，Li-Der Chou 等學者將紅外線傳輸技 術應用於博物館的導覽中，紅外線傳輸技術不需要實體連線，簡單易用且實現成本較低，但是 由於紅外線的直射特性，紅外線通訊技術不適合傳輸障礙較多的地方。許政穆等學者將 RFID 技術用於讀取在校園環境中的英文單字卡，在此研究中，使用的是 ISO 15693 無電池被動式 RFID Tags，這個 RFID Tags 有效感應距離為十五到二十公分，需要很近才能感應的到，對於 較壅擠的室內展覽會場會有障礙，而且容易受到金屬材質的干擾。施能義等學者將 QR Code 用 於導覽彰化孔廟，現在的智慧型手機皆能掃描 QR Code，但是 QR Code 掃描完後下載資料量 相當大，人多的時候不適用；還需要足夠的光線才能正確掃描。黃群凱和薛文賢 等學者皆使用 ZigBee 於展覽場中，他們的實驗結果發現 ZigBee 會遺漏訊號的機率不大，且不會因為距離過 近而造成讀取錯誤。因此，本研究採用 ZigBee 通訊技術來建立手持裝置、伺服器和展覽品間的 通訊。 2.2 ZigBee 通訊技術 ZigBee 一詞源於蜜蜂，蜜蜂透過 ZigZag 字形舞蹈與同伴通信傳遞花與蜜的位置、方向、距 離等訊息，因而藉此做為這短距無線通訊新技術的命名。由維基百科定義， ZigBee 主要由 ZigBee Alliance 制定，底層是採用 IEEE 802.15.4 標準規範的媒體存取層與實體層。主要特色有 低速、低耗電、支援大量網路節點(一個節點可連接 65000 個節點)、支援多種網路拓撲。ZigBee 協定層從下到上分別為實體層(PHY)媒體存取層(MAC)、網路層(NWK)、應用層(APL)等。網路裝 置的角色可分為 ZigBee Coordinator、ZigBee Router、ZigBee End Device 等三種(見表 1)。ZigBee 網 路 至 少 需 要 Coordinator 和 End Device 才 能 形 成 拓 墣 結 構 ， 支 援 的 網 路 拓 撲 有 Star、Tree、Mesh 等三種。 表 1 ZigBee 協定裝置類型 ZigBee 裝置 功能簡述 Coordinator 建立網路、分配網路位置 (協調者) Router 擴充網路實體範圍 (路由裝置) End Device 執行監視或控制功能 (末端裝置) ZigBee目前主要應用於家庭或辦公室自動化、環境安全與控制、個人醫療照護和智慧節能 等。陳曉峰和林冠維的研究便是將ZigBee應用於家庭自動化中，如控制電燈開關、調節電視音 量與頻道選擇、電風扇開關等自動化功能。嚴暐翔和邱弘緯等學者則是將ZigBee應用於個人醫 療照護中，讓醫療人員或家屬可以快速的知道病患目前的狀況。林榮三等學者將ZigBee應用於 工廠的環境安全與控制中，此研究可以顯示溫度、溼度、亮度，還有即時影像的監視功能，當 監測地區發生異常時，便可立即從電腦觀測到。柯旭南等學者將ZigBee應用於居家的環境安全 與控制中，在此研究中，使用者可透過網頁端或手機知道居家環境的即時資訊，若感測器偵測 出居家環境的異常狀態，系統將會發送警告訊息通知使用者或社區管理人員，並啟動週邊設備 來處理異常狀態事件，降低危害的發生。 由於 ZigBee 跟 IEEE 802.11 系列和藍芽相比它成本較低、節點數較多且距離較遠 (見表 2)，所以我們決定將 ZigBee 用於本研究。 表 2 參考的無線技術比較表 無線技術 IEEE 802.11b 藍芽 ZigBee 電源持續力 時 天 年 建置複雜程度 高 中 低 節點數 32 7 64