2陳小紅-需求工程分論壇-所見即所得：IoT最終用戶編程.pdf

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1、中國國際軟件質量工程峰會中國國際軟件質量工程峰會International Software Quality Engineering Forum陳小紅陳小紅華東師范大學華東師范大學2023.5.262023.5.26所見即所得：IoT最終用戶編程的體驗式原型自動生成方法中國焦作中國焦作22023 iSQE 大綱大綱研究背景方法框架具體的生成方法案例研究與評估總結大綱大綱32023 iSQE 研究背景研究背景 隨著IoT技術的快速發展，IoT使能的系統正在涌現 智能家居，智能樓宇，智慧城市 個性化的用戶需求，最終用戶編程，智能服務 觸發-動作編程(Trigger-Action Programmi

2、ng,TAP)IoT最終用戶編程范式“IF temperature28THENturn on air conditioner1”執行指令SmartThingsHomeAssistant華為智慧生活米家觸發條件42023 iSQE 研究背景研究背景 但是，TAP規則并不是用戶意圖 TAP規則是設備/品牌/技術相關的解決方案 用戶意圖是設備/品牌/技術無關的高層需求 最終用戶寫的TAP規則難以滿足其真實意圖 Ur等人發現318 名工人（1,590 個TAP規則），只有約 62.6%符合用戶需要 用戶通常難以意識到他們所寫規則的實際效果IFpm_2_530 THEN turn on the airc

3、onditionerIF the air conditioner.on THEN close the window結果：開空調的時候，窗戶會開結果：開空調的時候，窗戶會開 有必要在執行TAP規則前對其進行需求確認52023 iSQE IoTIoT使能系統的使能系統的需求確認需求確認 IoT使能系統需求確認原型法 IoT系統中，軟件嵌入在設備中，無GUI界面 現有的方法：人工做動畫勾畫服務場景，體驗式原型我們提出我們提出從從TAP中自動生成體驗式原型中自動生成體驗式原型服務場景規劃與可視化成為研究的難點 服務場景規劃：受設備特性約束，隨人及其環境變化服務場景可視化：用戶易于理解A.Asha,F.

4、Anzum,P.Finn,E.Sharlin,and M.Sousa.2020.Designing external automotive displays:VR prototypes and analysis.In 12th International Conference on Automotive User Interfaces and Interactive Vehicular Applications,7482.62023 iSQE 本文工作本文工作基本想法：自動生成IoT系統的體驗式原型動畫利用仿真來規劃服務場景的軌跡：人的變化、環境變化、設備的變化 利用動畫技術進行服務場景軌跡可

5、視化：提供體驗式原型，能看到實際的運行效果主要貢獻提出了一個從TAP規則中自動生成體驗式原型的方法框架 提出了一個基于仿真規劃服務場景軌跡方法，綜合考慮期望的系統行為、系統設備行為、人的行為以及環境變化 提出了一個從服務場景中生成可執行動畫規約的方法，以支持體驗式原型的生成72023 iSQE 大綱大綱研究背景方法框架具體的生成方法案例研究與評估總結大綱大綱82023 iSQE 智能服務場景的形成8智能家居控制器系統系統控制器系統設備環境人92023 iSQE 方法框架方法框架系統設備模型動畫素材庫系統行為模型服務場景軌跡2:模擬服務場景軌跡1.綜合系統行為模型動畫規約3：生成動畫規約服務上下

6、文模型var:(t0,v0),(t1,v1).,(tn,vn)frame:(tim,ent,in s,act,dur,staPos,endPos知識庫102023 iSQE 大綱大綱研究背景方法框架具體的生成方法案例研究與評估總結大綱大綱112023 iSQE 知識庫知識庫系統設備模型動畫素材庫服務上下文模型設備行為的時間相關的可預測性:TA(TimedAutomaton，時間自動機)人的活動和環境變化模型:TA用于動畫中的預制件：圖片、視頻及其關系122023 iSQE 系統設備模型系統設備模型 感知器感知器:周期性的檢測環境屬性 時間相關的自循環 初始狀態 作用器作用器 當收到控制信號時變

7、化他們的工作模式 工作模式作為狀態132023 iSQE 智能服務：提供服務給最終用戶，其場景隨環境變化而變化 服務上下文包括：環境和人服務上下文模型服務上下文模型(c)HumanL0-L1-L2-L3(a)Temperature環境：環境：持續變化:如溫度，變化曲線 離散的：下雨人：人：穿梭于各物理空間 處于位置作為狀態 時間驅動位置變化(b)rain142023 iSQE 動畫素材庫動畫素材庫空間布局空間布局靜態圖片靜態圖片設備的外觀自動機設備的外觀自動機人的外觀自動機人的外觀自動機152023 iSQE 步驟步驟1.1.綜合系統行為模型綜合系統行為模型(b)系統控制器模型:從TAP規則n

8、 TAP規則-n 單元控制器單元控制器(a)交互系統設備：從系統設備知識庫中獲取close_windowi Smart home controller162023 iSQE TAP規規則則1:IF Window_0.wopen ANDIF Window_0.wopen ANDtemperature28THENTHENBulb_0.turn_bulb_off.turn_bulb_off單元控制器的構造單元控制器的構造規則規則1的控制器的控制器Bulb0知識庫知識庫:BulbEnvironment知識庫知識庫：Window172023 iSQE 步驟步驟2 2：模擬服務場景模擬服務場景系統相關上下

9、文模型上下文模型服務模型TAP規則規則時間自動機網絡賦初始值仿真初始溫度值初始濕度值等等simulateKitchen-Bathroom-Guestroom-Livingroom-Out”240“Livingroom-Kitchen-Bathroom-Bedroom-Guestroom-Out”330“Livingroom-Kitchen-Bathroom-Bedroom-Guestroom-Out”420“Livingroom-Kitchen-Bathroom-Bedroom-Guestroom-Out”530“Out-Livingroom-Bedroom-Out-Livingroom-Be

10、droom”上下文的設備及溫度變化圖例272023 iSQE RQ2RQ2：生成原型效：生成原型效果果與現與現實實的的比較比較在上下文一致的情況下，響應時間越接近真實情況，生成原型和現實中該設備的工作情況保持一致！282023 iSQE RQ3RQ3：生成的原型生成的原型對對需求需求確確認認的的作作用用錯誤類型錯誤類型錯誤類型含義錯誤類型含義案例案例觀察觀察從未觸發存在規則從未觸發案例1人出門時未觀察到門關閉狀態沖突設備頻繁開關案例2恒溫器模式頻繁切換案例3觀察到窗簾頻繁開關案例4觀察到燈頻繁開關不安全出現影響人身安全的狀況案例5觀察到 pm2.5 過高時，窗未打開案例2觀察到 pm2.5 過

11、高時，窗未打開觀察到溫度小于-10 攝氏度，空調為制冷狀態不完整性設備的操作不完整案例6人進門時門開人離開時門未關閉隱私泄露外部設備狀態泄露了人的狀態案例7觀察到人在門口燈打開，人沒在屋時門口燈關閉動作冗余出現重復的動作案例8能發現：狀態沖突、不安全、隱私泄露不能發現：動作冗余可能發現：從未觸發，不完整292023 iSQE RQRQ4 4：效率評估：效率評估人工人工VS本工具本工具302023 iSQE 工具自身的效率工具自身的效率 系統模型綜合時間隨TAP規則數量線性增長 仿真時間不確定：跟狀態空間有關 動畫生成時間基本相同：資源加載在TAP規則數量低于1000時，時間主要消耗在動畫的生成

12、312023 iSQE 大綱大綱研究背景方法框架具體的生成方法案例研究與評估總結大綱大綱322023 iSQE 提出了一個從提出了一個從TAP規則中自動生成體驗式原型的方法規則中自動生成體驗式原型的方法 通過仿真規劃服務場景軌跡，綜合考慮期望的系統行為、系統設備行為、人的行為以及環境 從服務場景軌跡中生成可執行動畫規約的方法，以支持體驗式原型的生成 能快速生成動畫，用于需求確認，效果良好 提供給IoT最終用戶編程一個需求確認的可行方案 下一步工作 完善工具，推進實用 更多的真實案例，改善與用戶溝通 引入VR，增強用戶體驗總結總結Thank you Thank you 中國國際軟件質量工程峰會中國國際軟件質量工程峰會International Software Quality Engineering Forum