Informations
Directeur de thèse :
Année de début :
Fin 2011
Université :
Université Constantine 2
Soutenance
Date de soutenance :
10 Décembre 2015
Membres de Jury :
Allaoua Chaoui
Djamel Eddine Saidouni
Mohamed Tahar Kimour
Ramdane Maamri
Laid Kahloul
Manuscrit
Téléchargement : Référence :
DrLMD/NTIC/2015/012
Détails
Titre :
Modélisation formelle des systèmes ambiants temps-réel en vue de leur exécution et analyse spatio-temporelles

Résumé :

Cette thèse s'inscrit dans le cadre de la modélisation des systèmes d'intelligence ambiante temps-réel. L'évaluation du fonctionnement de tels systèmes requiert en général une construction et une exploration d'un espace d'états, qui est issu de spécifications formelles décrivant le système à concevoir.

Dans ce travail, nous proposons un langage algébrique, appelé \text{Time-AgLOTOS}, dédié à la spécification des plans d'un agent intelligent Belief-Desire-Intention (BDI) au sein d'un système d'intelligence ambiante où les expressions des plans sont construites et composées à partir de ses attitudes mentales. Ce langage fournit un fondement théorique pour la planification des agents sous des contraintes temporelles tout en tenant compte des durées d'actions. Sa modularité permet à l'agent ambiant de spécifier et de construire à la volée un plan d'actions contraint par le temps. La sémantique de Time-AgLOTOS est consacrée à l'exécution en temps-réel du plan en respectant les contraintes spatiales et temporelles des actions. Cette sémantique permet de faire face aux échecs inattendus des actions, qui sont capturés par le dépassement du délai dédié à leur exécution. Cet état de fait s'accorde avec la possibilité de modifier et d'adapter le plan de l'agent, en fonction des changements apportés à ses intentions.

Par ailleurs, en se basant sur une sémantique de vraie concurrence, cette dernière est étendue afin de produire un système de planification spatio-temporelle (STPS) permettant d'analyser le plan de l'agent ambiant en prenant en considération la concurrence des actions en plus des contraintes temporelles. Cette analyse permet de guider l'agent lors de l'exécution de son plan afin de préserver la consistance de ses intentions et de lui fournir une meilleure planification.

Le graphe sémantique du STPS pouvant être infiniment grand. A cette fin, nous proposons une représentation symbolique finie du STPS. Basée sur des régions spatio-temporelles, la structure résultante préserve à la fois la progression du temps et la modélisation des localités. Elle offre de nouvelles possibilités et stratégies aidant l'agent à prendre des décisions en temps-réel.


Mots clés :
Agent ambiant Sensibilité au contexte Planification contrainte par le temps Sémantique opérationnelle Analyse spatio-temporelle


Abstract:

The context of this research work is situated in the field of designing and modeling agent behavior  for real-time ambient intelligence systems. The evaluation of such systems generally requires construction and exploration of a state space. This later is derived from formal specifications describing the designed system.

This thesis presents the research towards the proposition of  an algebraic language, called Time-AgLOTOS, dedicated to express Belief-Desire-Intention (BDI) agent plans, according to the features and requirements of ambient intelligence systems. The plan expressions are built and composed with respect to the mental attitudes of the agent. Time-AgLOTOS  describes the time-dependent behavior of the agent and provides a theoretical well founded support for performing planning under timing constraints, taking into account action  duration. This language offers a rich and modular approach to express and compose elementary plans in order to execute them concurrently. Also, it allows to express behavioral capabilities such as communication, mobility and cooperation. The Time-AgLOTOS semantics allows to deal with possible plan execution failures, caused by the passing of time for performing  actions. This semantics accords with the possibility of revising the agent plan, as the set of intentions changes. 

Based on a true-concurrency semantics, we show how to produce a contextual model, called Spatio-Temporal Planning System (STPS), capturing all possible evolutions of an agent plan including context changes. The STPS provides formal description of possible actions of a  plan supporting  timing constraints, action duration and spatial requirements. Hence, its structure is used for proposing a plan preserving the consistency of the intentions. In this work, we propose a finite and symbolic representation of the STPS based on a number of spatio-temporal regions, preserving both time progress and location modeling. The resulting structure offers new possibilities and strategies for taking real-time agent-decisions in context-awareness manner.


Keywords:
Ambient agent Context-awareness Behavior modeling Time-dependent planning Operational semantics Spatio-temporal analysis


الملخص:

يَندرج هذا البحث في إطار هندسة ونَمذجة أنظمة الذّكاء الإصطناعي المحيطي (Ambient Intelligence systems) المتّسمة بالوقت الفِعلي. تقييم وتحليل سلوك هذه الأنظمة يخضع عموما إلى إنشاء نموذج منهجي لوصفها مع دراسة حالاتها الممكنة المستَنبطة منه.

في هذه الأطروحة، نُقدّم لغة جبرية منهجية، مسمّاة Time-AgLOTOS، مخصصة لتجسيد خطط وأعمال وكيل ذكي يعتبر كعنصر أساسي في تكوين النّظام الإصطناعي المحيطي. تعابير هذه الخطط تكون مركّبة وفقا لِتوجُّهات الوكيل الذِّهنية مع إمكانية تشكيل الهيكل التّركيبي لخطة ما تِلقائيّا وبطريقة ديناميكية. هذه اللّغة الجبرية تُقدّم أسس نظرية لتخطيط سلوك الوكيل، المحيط بما يجري حوله، مع الأخذ بعين الإعتبار خضوعه لقيُود زمنية وأخرى مكانية ولمدّة محدّدة لتنفيذ الأعمال.

دلالات اللّغة Time-AgLOTOS مخصَصة اساسا لتنفيذ الخطط في الوقت المناسب مع احترام الظّروف المكانية والزّمانية للأعمال. بالفِعل هذه الدّلالات الواضحة المعالم تسمح بمواجهة حالات الفشل غير متوقعة لإنجاز الأعمال خاصة في حالة مرور الزّمن المُتاح لتنفيذها. هذه الخاصية تُوفّر إمكانية تغيير وتكييف خطة الوكيل وفقًا للتّغييرات المستحدَثة لِنواياه. بالاعتماد على دلالات، تجسد التّنافس الفعلي، نُبيّن كيف النموذج السِّياقي المقترح، المسمّى STPS، يُجسِّد كل حالات تطوّر خطة الوكيل استنادا إلى تغييرات سِياقه. عِلاوة على ذلك، النموذج STPS يُقدّم وصف واضِح المعالم يغطي القّيود الزّمنية للأعمال ومدّة تنفيذها، وكذلك الظّرف المكاني المستوجَب لتحقيقها، مما يسمح بالحفاظ على تناسُق نوايا الوكيل مع سلوكِه.

في هذا البحث، نقترح أيضا تمثيل رمزي للنموذج STPS مبني على مفهوم المجال الزماني-المكاني (Spatio-Temporal Regions) يعبر عن مرور الزّمن ومعه تَغيُّر المواقع، مما يُؤدّي إلى توفير إمكانيات واستراتيجيات تُساعِد الوكيل فعليا لاتخاذ قرارات سليمة نظرًا للسّياق الزماني-المكاني المعتمد.

يَندرج هذا البحث في إطار هندسة ونَمذجة أنظمة الذّكاء الإصطناعي المحيطي (Ambient Intelligence systems) المتّسمة بالوقت الفِعلي. تقييم وتحليل سلوك هذه الأنظمة يخضع عموما إلى إنشاء نموذج منهجي لوصفها مع دراسة حالاتها الممكنة المستَنبطة منه.

في هذه الأطروحة، نُقدّم لغة جبرية منهجية، مسمّاة Time-AgLOTOS، مخصصة لتجسيد خطط وأعمال وكيل ذكي يعتبر كعنصر أساسي في تكوين النّظام الإصطناعي المحيطي. تعابير هذه الخطط تكون مركّبة وفقا لِتوجُّهات الوكيل الذِّهنية مع إمكانية تشكيل الهيكل التّركيبي لخطة ما تِلقائيّا وبطريقة ديناميكية. هذه اللّغة الجبرية تُقدّم أسس نظرية لتخطيط سلوك الوكيل، المحيط بما يجري حوله، مع الأخذ بعين الإعتبار خضوعه لقيُود زمنية وأخرى مكانية ولمدّة محدّدة لتنفيذ الأعمال.

دلالات اللّغة Time-AgLOTOS مخصَصة اساسا لتنفيذ الخطط في الوقت المناسب مع احترام الظّروف المكانية والزّمانية للأعمال. بالفِعل هذه الدّلالات الواضحة المعالم تسمح بمواجهة حالات الفشل غير متوقعة لإنجاز الأعمال خاصة في حالة مرور الزّمن المُتاح لتنفيذها. هذه الخاصية تُوفّر إمكانية تغيير وتكييف خطة الوكيل وفقًا للتّغييرات المستحدَثة لِنواياه. بالاعتماد على دلالات، تجسد التّنافس الفعلي، نُبيّن كيف النموذج السِّياقي المقترح، المسمّى STPS، يُجسِّد كل حالات تطوّر خطة الوكيل استنادا إلى تغييرات سِياقه. عِلاوة على ذلك، النموذج STPS يُقدّم وصف واضِح المعالم يغطي القّيود الزّمنية للأعمال ومدّة تنفيذها، وكذلك الظّرف المكاني المستوجَب لتحقيقها، مما يسمح بالحفاظ على تناسُق نوايا الوكيل مع سلوكِه.

في هذا البحث، نقترح أيضا تمثيل رمزي للنموذج STPS مبني على مفهوم المجال الزماني-المكاني (Spatio-Temporal Regions) يعبر عن مرور الزّمن ومعه تَغيُّر المواقع، مما يُؤدّي إلى توفير إمكانيات واستراتيجيات تُساعِد الوكيل فعليا لاتخاذ قرارات سليمة نظرًا للسّياق الزماني-المكاني المعتمد.


الكلمات المفتاحية:
وكيل محيطي سياق نمذَجة سلوكية تخطيط مُقيّد بالزّمن دلالات واضِحة المعالم تحليل زماني ومكاني