Semantic based middleware to support nomadic users in IoT-enabled smart environments

par Benoit Christophe

Thèse de doctorat en Informatique

Sous la direction de Christophe Marsala.

Soutenue le 07-09-2015

à Paris 6 , dans le cadre de École doctorale Informatique, télécommunications et électronique (Paris) , en partenariat avec Laboratoire d'Informatique de Paris 6 / LIP6 (laboratoire) .

Le jury était composé de Bertrand Granado, Jérôme Euzenat, Serge Chaumette, Animesh Pathak.

  • Titre traduit

    Middleware sémantique supportant les utilisateurs nomades évoluant dans des environnements connectés


  • Résumé

    Avec le développement de l’Internet des Objets, la réalisation d’environnements composés de diverses ressources connectées (objets, capteurs, services, données, etc.) devient une réalite tangible. De plus, la place prépondérante que les smartphones prennent dans notre vie (l’utilisateur étant toujours connecté) font que ces espaces dits ‘intelligents’ ouvrent la voie au développement de nouveaux types d’applications; embarquées dans les téléphones d’utilisateurs nomades – passant d’un environnement connecté (la maison) à un autre (la salle de réunion) – et se reconfigurant dynamiquement pour utiliser les ressources de l’environnement connecté dans lequel celles-ci se trouvent. La création de telles applications va cependant de pair avec le design d’outils supportant les utilisateurs en mobilité, en particulier afin de réaliser la sélection la plus efficace possible des ressources de l’environnement dans lequel l’utilisateur se trouve. Tandis qu’une telle sélection requiert la définition de modèles permettant de décrire de façon précise les caractéristiques de ces ressources, elle doit également prendre en compte les profils et préférences utilisateurs.Enfin, l’augmentation du nombre de ressources connectées, potentiellement mobiles, requiert également le développement de processus de sélection qui “passent à l’échelle”. Des avancées dans ce champ de recherche restent encore à faire, notamment à cause d’une connaissance assez floue concernant les acteurs (ainsi que leurs interactions) définissant (i.e., prenant part à) l’éco-système qu’est un “espace intelligent”. En outre, la multiplicité de diverses ressources connectées implique des problèmes d’interopérabilité et de scalabilité qu’il est nécessaire d’adresser. Si le Web Sémantique apporte une réponse à des problèmes d’interopérabilité, il en soulève d’autres liés au passage à l’échelle. Enfin, si des modèles représentant des “espaces intelligents” ont été développé, leur formalisme ne couvre que partiellement toutes les caractéristiques des ressoures connectées. En particulier, ces modèles tendent à omettre les caractéristiques temporelles, spatiales où encore d’appartenance liées à l’éco-système dans lequel se trouvent ces ressources. S’appuyant sur mes recherches conduites au sein des Bell Labs, cette dissertation identifie les interactions entre les différents acteurs de cet éco-système et propose des représentations formelles, basées sur une sémantique, permettant de décrire ces acteurs. Cette dissertation propose également des procédures de recherche, permettant à l’utilisateur (ou ses applications) de trouver des ressources connectées en se basant sur l’analyse de leur description sémantique. En particulier, ces procédures s’appuient sur une architecture distribuée, également décrite dans cette dissertation, afin de permettre un passage à l’échelle. Ces aides à l’utilisateur sont implémentées au travers de briques intergicielles déployées dans différentes pièces d’un bâtiment, permettant de conduire des expérimentations afin de s’assurer de la validité de l’approche employée.


  • Résumé

    With the growth in Internet of Things, the realization of environments composed of diverse connected resources (devices, sensors, services, data, etc.) becomes a tangible reality. Together with the preponderant place that smartphones take in the daily life of users, these nascent smart spaces pave the way to the development of novel types of applications; carried by the phones of nomadic users and dynamically reconfiguring themselves to make use of such appropriate connected resources. Creating these applications however goes hand-in-hand with the design of tools supporting the nomadic users roaming in these spaces, in particular by enabling the efficient selection of resources. While such a selection calls for the design of theoretically grounded descriptions, it should also consider the profile and preferences of the users. Finally, the rise of (possibly mobile) connected resources calls for designing a scalable process underlying this selection. Progress in the field is however sluggish especially because of the ignorance of the stakeholders (and the interactions between them) composing this eco-system of “IoT-enabled smart environments”. Thus, the multiplicity of diverse connected resources entails interoperability and scalability problems. While the Semantic Web helped in solving the interoperability issue, it however emphasizes the scalability one. Thus, misreading of the ecosystem led to producing models partially covering connected resource characteristics.Revolving from our research works performed over the last 6 years, this dissertation identifies the interactions between the stakeholders of the nascent ecosystem to further propose formal representations. The dissertation further designs a framework providing search capabilities to support the selection of connected resources through a semantic analysis. In particular, the framework relies on a distributed architecture that we design in order to manage scalability issues. The framework is embodied in a VR Gateway further deployed in a set of interconnected smart places and that has been assessed by several experimentations.


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