Bigraphical Reactive Systems Based Framework for Design and Analysis of Context-Aware Systems
Un Framework Basé Bigraphes pour la Conception et l'Analyse des Systèmes Sensibles au Contexte
Résumé
Today, modern technologies have become a part of our daily life. Whether to be informed, entertained, or even to communicate with friends, ubiquitous computing offers numerous opportunities. For this to become reality, computer systems must be able to observe the environment and to adapt their behaviour according to the users expectations and needs. This is called context-awareness. Indeed, the literature shows that context-awareness is the focal point of ubiquitous computing. However, due to heterogeneity and dynamicity of context information, taking it into account requires establishing a model to represent these information at a high-level of abstraction.
In this thesis, we propose a model called BigCAS (Bigraphical Context-Aware System) that supports the design of context-aware systems. To achieve this goal, BigCAS is based on formal specifications, derived from bigraphical reactive systems, for modelling structural and behavioural aspects of context aware systems. It provides a clear separation between the context-aware part and the context-unaware part of these systems. Each part is modelled separately as a distinct bigraph, where the composition of these bigraphs models the general structure of the system, particularly, its components interactions and their side effects. Moreover, BigCAS considers not only structural aspects, but also the different reconfigurations involved in the behaviour of context aware systems.
We also propose an extension to BigCAS, named BigCAS-FA (Bigraphical Context-Aware System - Formal Analysis), that provides formal verification of safety and liveness properties of context aware systems. Furthermore, BigCAS-FA provides contract-based strategies to guide the dynamic reconfiguration according to the context.
To validate our proposals, we develop a prototype, BigCAS-Tool (Bigraphical Context Aware System - Tool), devoted to the specification and verification of context-aware systems. The proposed prototype is illustrated with a case study of a smart lighting system.
Aujourd'hui, les nouvelles technologies font partie de notre vie quotidienne. Qu'il s'agisse de s'informer, de se divertir, ou même de communiquer avec ses amis, les possibilités qu'offre l'informatique ubiquitaire sont innombrables.
Pour que ces possibilités puissent devenir une réalité, les systèmes informatiques doivent alors se doter d'une capacité d'observation de leur environnement et de s'adapter en fonction des attentes et des besoins des utilisateurs. C'est ce qu'on appelle la sensibilité au contexte. En effet, la littérature montre que la sensibilité au contexte est le point central de l'informatique ubiquitaire. Cependant, face à l'hétérogénéité et la dynamicité des informations de contexte, sa prise en compte nécessite la mise en place d'un modèle pour décrire ces informations à un haut niveau d'abstraction.
Dans ce travail de thèse nous proposons, dans un premier temps, un modèle appelé BigCAS (Bigraphical Contexte-Aware System) qui permet la conception formelle des systèmes sensibles au contexte. Pour accomplir cet objectif, BigCAS repose sur des modèles formelles à base des systèmes réactifs bigraphiques permettant la modélisation des aspects structurels et comportementaux des systèmes sensibles au contexte. Il offre une séparation claire entre la partie sensible au contexte et la partie non-sensible au contexte de ces systèmes. Chacune de ces parties est modélisée séparément par un bigraphe distinct, où la composition de ceux-ci modélise la structure générale du système ainsi que les interactions et les effets de bord entre ses différents composants. Par ailleurs, BigCAS tient compte non seulement des aspects structurels, mais aussi des différentes reconfigurations intervenant dans le comportement des systèmes sensibles au contexte.
Nous proposons également une extension du modèle BigCAS, appelée BigCAS-FA (Bigraphical Context-Aware System - Formal Analysis), qui permet la vérification formelle de propriétés de sûreté et de vivacité des systèmes sensibles au contexte. En outre, BigCAS-FA possède des stratégies à base de contrats qui consistent à guider la reconfiguration dynamique en fonction du contexte.
Afin de valider nos propositions, nous développons le prototype BigCAS-Tool (Bigraphical Context Aware System - Tool) dédié à la spécification et la vérification des systèmes sensibles au contexte, et nous l'illustrons à travers une étude de cas d'un système d'éclairage intelligent.
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