Conception de services pour maison intelligente à l'aide d'approches basées sur l'apprentissage automatique et la représentation de connaissances

Designing smart home services using machine learning and knowledge-based approaches

• Auteur / Autrice : Mingming Qiu
• Direction : Elie Najm, Rémi Sharrock
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Informatique
• Date : Soutenance le 28/04/2023
• Etablissement(s) : Institut polytechnique de Paris
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale de l'Institut polytechnique de Paris
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Traitement et communication de l'information (Paris ; 2003-....) - Laboratoire de Traitement et Communication de l'Information
• Partenaire(s) de recherche : Etablissement opérateur d'inscription : Télécom Paris (Palaiseau ; 1977-....)
• Jury : Président / Présidente : Gérard Memmi
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Gérard Memmi, Alessandro Fantechi, Patricia Stolf, Zoubida Kedad
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Alessandro Fantechi, Patricia Stolf

Mots clés

Mots clés contrôlés

Innovation

Services

Design des services

Apprentissage automatique

Apprentissage par renforcement (intelligence artificielle)

Domotique

Mots clés libres

Maison intelligente

Conception de services

Apprentissage par renforcement

Représentation de connaissance et raisonnement

Smart home

Service design

Reinforcement learning

Knowledge representation and reasoning

Résumé

L'intelligence de la maison intelligente est réalisée en créant divers services. Chaque service tente d'ajuster un état monitoré en contrôlant les actionneurs associés après avoir pris en compte les états de l'environnement détectés par les capteurs. Cependant, la conception de la logique des services déployés dans une maison intelligente se heurte à des limitations soit d'adaptabilité dynamique (règles prédéfinies) soit d'explicabilité (techniques d'apprentissage). Quatre propositions s'inscrivant dans une approche hybride combinant des règles prédéfinies et des techniques d'apprentissage visent à lever ces limitations. La première proposition consiste à utiliser l'apprentissage renforcé pour créer un service dynamique. Le déploiement de ce service unique comprend deux phases : le pré-entraînement dans la simulation et l'entraînement continu dans le monde réel. Notre étude se concentre uniquement sur la partie simulation. En étendant la première proposition, la deuxième proposition propose plusieurs architectures pour créer plusieurs services dynamiques et sans conflit. Cependant, les services dirigés par les données ne sont pas explicables. Par conséquent, la troisième proposition vise à extraire des services explicables basés sur la connaissance à partir de services dynamiques dirigés par les données. La quatrième proposition tente de combiner les deuxième et troisième propositions pour créer des services dynamiques et explicables. Ces propositions sont évaluées dans un environnement simulé sur des services de contrôle de la température, de l'intensité lumineuse et de la qualité de l'air adaptés aux activités de l'habitant. Elles peuvent être étendues selon plusieurs perspectives, telles que la co-simulation de phénomènes physiques, l'adaptation dynamique à différents profils d'habitant, et l'efficacité énergétique des services déployés.

The intelligence of a smart home is realized by creating various services. Eachservice tries to adjust one monitored state by controlling related actuators after consideringenvironment states detected by sensors. However, the design of the logic of the services deployedin a smart home faces limitations of either dynamic adaptability (predefined rules) orexplicability (learning techniques). Four proposals that are parts of a hybrid approach combiningpredefined rules and learning techniques aim at mitigating these limitations.The first proposal is to use reinforcement learning to create a dynamic service. The deploymentof this single service includes two phases : pretraining in the simulation and continuous trainingin the real world. Our study only focuses on the simulation part. Extending the first proposal,the second proposal proposes several architectures to create multiple dynamic and conflictfreeservices. However, the created data-driven services are not explicable. Therefore, the thirdproposal aims to extract explicable knowledgebased services from dynamic data-driven services.The fourth proposal attempts to combine the second and third proposals to create dynamicand explicable services. These proposals are evaluated in a simulated environment ontemperature control, light intensity, and air quality services adapted to the activities of the inhabitant.They can be extended according to several perspectives, such as the co-simulation ofphysical phenomena, the dynamic adaptation to various inhabitant profiles, and the energy efficiencyof the deployed services.