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0HAL编号:tel-006800220https://theses.hal.science/tel-006800220提交日期:2012年3月17日0HAL是一个多学科开放获取档案,用于存储和传播科学研究文献,无论它们是否已发表。这些文献可能来自法国或国外的教育和研究机构,或者来自公共或私人研究中心。0HAL多学科开放获取档案,用于存储和传播研究级别的科学文献,无论是否已发表,这些文献来自法国或国外的教育和研究机构,公共或私人实验室。0使用本体对齐和代码生成技术进行家庭设备中介0Charbel El Kaed0引用此版本:0Charbel El Kaed. 使用本体对齐和代码生成技术进行家庭设备中介. 无处不在的计算. 格勒诺布尔大学, 2012.英语. �NNT : 2012GRENM002�. �tel- 00680022�0格勒诺布尔大学0TH ` ESE0获得学位:0格勒诺布尔大学博士学位0专业:计算机科学0法国教育部令:2006年8月7日0公开展示和辩论:0CHARBEL EL KAED02012年1月13日0使用本体对齐和代码生成技术进行家庭设备中介0由YVES DENNEULIN指导,FRANC¸OIS-GA ¨ EL OTTOGALLI共同指导的博士论文0评审委员会0St´ephane FR ´ ENOT 教授, INSA Lyon 评审0Michel RIVEILL 教授, Polytech’Nice Sophia 评审0Patrick REIGNIER 教授, Grenoble INP 评审0Yves DENNEULIN 教授, Grenoble INP 指导0F.G. OTTOGALLI 研究负责人, Orange Labs 评审0Lukasz SZ ` OSTEK Expert TP R&D, Orange Labs, Poland Invit´e0本论文在OrangeLabs和Grenoble计算机实验室完成,属于数学、科学和信息技术学院的信息技术学院interaction with each device profile and its own data description. Additionally, the deployed application must30摘要0由于嵌入式系统的发展,Mark Weiser构想的无处不在的系统正在出现。0和即插即用协议,如通用即插即用(UPnP)、智能分组和资源共享(IGRS)和Apple Bonjour。这些协议遵循0IGRS(Intelligent Grouping and Resource Sharing)、DPWS(Device Profile for Web Services)和Apple Bonjour。这些协议遵循0面向服务的架构(SOA)范式,并允许在家庭网络中进行自动设备和服务发现。0网络。0一旦设备连接到本地网络,例如智能手机、个人电脑上部署的应用程序可以发现并与这些设备进行交互。0或家庭网关,发现即插即用设备并充当控制点。这类应用程序的目的是使用网络上的任何可用等效设备来完成特定任务。例如,使用UPnP0以及它们对应的托管服务之间的交互,例如灯光、电视和打印机。0托管服务来完成特定的人类日常任务,如打印文档或调暗灯光。0支持即插即用协议的设备会以各自的描述格式宣布其托管的服务。0和数据内容。即使是支持相同服务的类似设备也会以不同的方式表示其功能。0表示格式和内容。这种异构性以及协议层的多样性阻碍了应用程序的开发。0应用程序可以使用网络上的任何可用等效设备来完成特定任务。例如,使用UPnP0打印应用程序无法与网络上的可用DPWS打印机进行交互以打印文档。0设计支持多个协议的应用程序非常耗时,因为开发人员必须实现与设备的交互所需的多个协议栈。0使用多个协议栈与设备进行交互。此外,应用程序供应商和电信运营商还需要维护与设备描述的一致性。0与每个设备配置文件及其自己的数据描述进行交互。此外,部署的应用程序必须能够适应不同的设备配置文件和数据描述。0设备描述。0为了实现即插即用设备和应用程序之间的互操作性,我们提出了一种通用方法,即通过一个共同的应用层来编排设备,独立于协议层和设备描述。0它是基于本体对齐自动生成代理的方法。对齐包含了两个等效设备描述之间的对应关系。0两个等效设备描述之间的对应关系。这些对应关系实际上代表了设备之间的互操作性。0代理行为,用于提供应用程序与即插即用设备之间的互操作性。例如,生成的代理程序将在网络上宣布自己是一个UPnP标准打印机,并控制实际的DPWS打印机。0例如,生成的代理程序将在网络上宣布自己是一个UPnP标准打印机,并控制实际的DPWS打印机。0DPWS打印机。因此,UPnP打印应用程序将与生成的代理程序进行透明的交互。0代理程序会将自己在网络上宣布为UPnP标准打印机,并控制实际的DPWS打印机。0我们实现了一个原型作为概念验证,并在几个真实的UPnP和DPWS设备上进行了评估。0等效设备。up together away from home. It also gives me great pleasure in acknowledging the support of Tesnim throughall our university studies, thank you for your friendship all these 8 years. It was a great pleasure for me toaccomplish a part of my ambitions next to you all.I would like to thank some special friends who contributed in a way or another from behind the sea, Alex,Assaf, Bassam, Bernard, Charbel, Christelle, Cyntia, Elie, Jean, Jerome, Joe, Joanna, Layal, Rawad, Roger,Rony, Sabine, and many others not cited here...I am indebted to my parents Joseph and Nouhad along with my sister Cherine for their unconditional love,and their patience while I was away from them. A special thank also goes to my relatives for their support, Ithank the Bardawils, Chalach, Kaeds, Mansouras, Sabas.”I can do all things through Him who strengthens me.”– Paul the Apostle50致谢0首先,我要感谢评委们,特别是St´ephane Fr´enot和Michel Riveill对我的评估。0感谢他们对我的论文的评价和有趣的反馈。我还要感谢Patrick Reignier接受主持答辩。0会话,以及Lukasz Sz`ostek对我的工作进行审查。0我要感谢我的导师Yves Denneulin和Fran¸cois-Ga¨el Ottogalli对我的支持和信任。0多年来,我受到了许多人的鼓励和支持。特别感谢他们给予我探索符合我的兴趣的研究领域的自由。0此外,我还要感谢Roland Airiau、Nordine Oulahal和Vincent Olive,以及S´ebastien Bolle和Serge。0Martin给予我参与MADE团队及其多个项目的机会。0此外,与MADE团队一起工作是一种真正的乐趣,特别感谢Lo¨ıc Drhuile、Jacques Pulou和Mathieu Anne对我的支持,以及我们在一起谈论的特殊时光。0Petit、Julien Rouland、St´ephane S´eyvoz、Maxime Louvel、Radu Kopetz、Xavier Roubaud、R´emi Melisson、R´emi。0此外,与MADE团队一起工作是一种真正的乐趣,特别感谢Lo¨ıc Drhuile、Jacques Pulou和Mathieu Anne对我的支持,以及我们在一起谈论的特殊时光。0技术、极客、经济、政治和科幻系统。我相信所有这些时刻都塑造了我。0此外,与MADE团队一起工作是一种真正的乐趣,特别感谢Lo¨ıc Drhuile、Jacques Pulou和Mathieu Anne对我的支持,以及我们在一起谈论的特殊时光。0实习生Felipe Melo和Thierry Sabran。我还要感谢Sylvain Mari´e在期间给予的支持。0此外,与MADE团队一起工作是一种真正的乐趣,特别感谢Lo¨ıc Drhuile、Jacques Pulou和Mathieu Anne对我的支持,以及我们在一起谈论的特殊时光。0MOAIS团队对我热情的欢迎。0多年来,我得到了许多人的激励和鼓励,他们可以为此感到高兴。0他们的祈祷已经得到了回应。我感谢“FEU”对我的热烈欢迎和支持,还有André、Anna、Ben。0Chris、David n、Elke、Fran¸cois、Laurent、L´eonce、Lucie、Maxime、Myriam n、Nicolas n、Roula、Simon、Sylvain和。0大型“FEU”家族的其他成员。特别感谢Priscilla给予我的鼓励。0我还要感谢Ahmad 2、Hassan、Imad、Joe、Mazen和Wissam度过了这些美好的岁月。Contents1Introduction191.1Problem Statement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .191.2Contributions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .201.3Thesis Outline. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .22IContext252Ubiquitous Computing272.1Ubiquitous Scenario. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .272.2Ubiquitous Environment Characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .322.2.1Dynamicity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .322.2.2Heterogeneity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .332.3Ubiquitous System Characteristics and Challenges. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .352.3.1Discovery . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .362.3.2Control. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .372.3.3Eventing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .372.3.4Interoperability . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .372.3.5Inference. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .382.3.6Interpretation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .382.3.7Security . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .382.4.1Discovery and Adaptation for Dynamicity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .392.4.3Management for Devices and Applications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .402.4.5Discussion Around the Ubiquitous System Characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . .433Service Oriented Architecture473.1SOA Principles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .473.2SOA Characteristics meeting Ubiquitous System Ones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .493.3OSGi a Service Oriented Framework . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .503.3.1An Architectural Overview of OSGi. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .513.3.2Base Drivers. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .553.4Conclusion. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .56702.4 数字家庭走向无处不在的环境 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3802.4.2 异构即插即用协议的互操作性 . . . . . . . . . . . . . . . . . 4002.4.4 整体实际设备和应用架构 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4202.5 结论 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 448CONTENTS4Plug and Play Protocols574.1Plug-and-Play . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .574.2Common features . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .584.3Universal Plug and Play Protocol . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .594.4Device Profile for Web Services . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .634.5Intelligent Grouping and Resource Sharing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .664.6Bonjour . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .674.7Plug and Play Protocols Divergence. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .684.8Conclusion. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .705Knowledge Representation735.1Ontologies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .755.1.1Ontology Entities . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .765.1.2Ontology Development Methodologies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .765.1.3Semantic Web Services . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .775.2Rules . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .795.2.1Logic-Based Representation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .795.2.2Rule Languages . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .805.4Conclusion. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .82IIRelated Work897.1Common Ontology . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .927.1.2PERSE: PERvasive SEmantic-aware Middleware . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .937.2Abstract Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .957.2.1DOG: Domotic OSGi Gateway . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .957.2.2EnTiMid. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .967.2.3PervML: Pervasive Modeling Language. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .977.3Uniform Language/Interface . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .987.3.1HomeSOA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .987.3.2UMB: Universal Middleware Bridge. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .997.3.3DomoNet: Domotic Network. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1007.4Comparison & Discussion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1018Ontology Matching1078.1Matching Techniques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1098.2Ontology Alignment Tools & Frameworks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1128.3Conclusion. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11405.3 模型 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8106 结论和问题陈述:设备互操作性 8507 互操作性框架概述 9107.1.1 Paolucci的语义匹配算法 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9207.1.3 MySIM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93CONTENTS9IIIContribution1159Dynamic Service Adaptation for Devices’ Interoperability1179.1Motivation. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1179.2Overview. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1199.3An End To End Architecture . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1229.3.1OWL Writers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1229.3.2Overview of the Device Matching . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1259.3.3DOXEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1259.3.4Global Architecture. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1289.4Device Matching . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1309.4.1Ontology Alignment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1329.4.2Expert Alignment Validation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1379.4.3Pattern Detection. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1389.4.4Expert Code Annotation. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1499.5Concluding Remarks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15210.1 OWL Writers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15510.1.2 The ”Bonjour” Exception . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15810.2 ATOPAI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15910.2.1 Ontology Alignment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160010 实现 155010.1.1 扁平化WSDL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 157010.2.2 模式检测 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162010.2.3 使用ATOPAI进行专家适应。010.3 DOXEN示例。010.3.1 本体访问。010.3.2 代码生成。010.3.3 编译和捆绑生成。010.3.4 DOXEN支持的功能。010.4 实验。011 评估。011.1 OWL编写器。011.1.1 本体生成时间。011.1.2 生成本体中的注释信息。011.2 设备匹配。011.2.1 SMOA++。011.2.2 对齐。011.3 DOXEN示例。011.3.1 代理生成。011.3.2 代理调用。011.4 讨论。011.5 结论。B.5An Alignment Result between a UPnP and DPWS Lights in Align format . . . . . . . . . . . . . 217B.6Screen Shots of the UPnP-Android Based Home Controller. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 219C Detailed Alignment Results221C.1 SMOA Printers Alignment Results . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 221C.2 SMOA++ Printers Alignment Results . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 225C.3 SMOA++ Printers Alignment Results with a Similarity Propagation . . . . . . . . . . . . . . . . 227010 目录。0IV 结论。0结论。012 结论。012.1 贡献。012.2 展望。012.2.1 基于机器学习的对齐。012.2.2 设备组合。012.2.3 安全与隐私。012.2.4 适应代码。012.2.5 DOXEN示例。0A 出版物。0B 附加示例和图表。0B.1 OWL本体示例。0B.2 DPWS PrintTicket元素示例。0B.3 DPWS本体生成示例。0B.4 UPnP二进制灯生成本体在OWL中的示例。List of Figures1.1Steps of the approach. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .212.1Ubiquitous Environments. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .282.2Ubiquitous Work Environments . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .292.3Ideal Ubiquitous System Architecture. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .362.4Remote Administration through CWMP and UPnP-DM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .412.5Overall Layers System Architecture . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .423.1Service Oriented Architecture paradigm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .483.2Service Composition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .493.3OSGi on residential gateways . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .503.4Multi Layer Architecture of an OSGi Framework [Richard S. Hall]. . . . . . . . . . . . . . . . .513.5OSGi Bundle . . . . .
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