Dissertation Arthur Herzog

158 Pages·2016·19.03 MB·English

by  Arthur Herzog

A3ME – Device-Agent based
Middleware for Mixed Mode
Environments
GeräteagentenbasierteMiddlewarefürheterogeneNetzwerkeundUmgebungen
ZurErlangungdesakademischenGradesDoktor-Ingenieur(Dr.-Ing.)
genehmigteDissertationvonDipl.-Inf.ArthurHerzogausRomanowka
TagderEinreichung:23.Juli2015,TagderPrüfung:3.November2015
Darmstadt2016—D17
1.Gutachten:Prof.AlejandroP.Buchmann,PhD
2.Gutachten:Prof.Dr.-Ing.MatthiasHollick
FachbereichInformatik
DatenbankenundVerteilteSysteme
A3ME–Device-AgentbasedMiddlewareforMixedModeEnvironments
GeräteagentenbasierteMiddlewarefürheterogeneNetzwerkeundUmgebungen
GenehmigteDissertationvonDipl.-Inf.ArthurHerzogausRomanowka
1.Gutachten:Prof.AlejandroP.Buchmann,PhD
2.Gutachten:Prof.Dr.-Ing.MatthiasHollick
TagderEinreichung:23.Juli2015
TagderPrüfung:3.November2015
Darmstadt2016—D17
BittezitierenSiediesesDokumentals:
URN:urn:nbn:de:tuda-tuprints-52357
URL:http://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/5235
DiesesDokumentwirdbereitgestelltvontuprints,
E-Publishing-ServicederTUDarmstadt
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Tomyfamily.

Abstract
The Internet of Things describes a vision and a process, that partially already takes place, in which the things become
interactive by being provided with minimal computing power and communication capability to support the people in
theirtasks. Thesesmartthingsordevicesarenowadaysprevailinglyorganizedinislandsolutionsandareoftennotable
tointeractacrosstheborderoftheirownisland.
As the amount of electronic devices we are surrounded by increases every day not only in numbers but also by
their variety, enabling interoperability among these devices became crucial. Mixed Mode Environments (MME) refer
to networks composed of very different kinds of devices, which are distributed among various physical environments
and communicate with each other using different communication technologies. The single nodes in the network can
be sensors, actuators, robots, unmanned vehicles (UV), computers, user interfaces, smartphones, etc. All those devices
havetheirspecificcapabilitiesandconstraints. Manyofthesedevicesaremanufacturedbydifferentcompaniesanduse
different software and operating systems. Those devices can communicate with each other by wire, radio, light, sound
orothertransmissionmedium. Foreachofthesetransmissionmediamanydifferentcommunicationtechnologiesexist,
whichusedifferentprotocols,frequencies,encodings,etc.
Nowadays application developers have to deal with the before mentioned heterogeneity when developing a new
application for such a network. Each time when a new kind of node appears the application has to be adjusted to
deal with the new hardware. Middleware is a way to avoid this direct interaction of applications with the different
hardwareandsoftwareofthedevices. Somiddlewarehastoabstractoverallthedifferentdevices,theircapabilitiesand
communicationtechnologiesandtooffertheapplicationsuniforminterfacestointeractwiththose.
TheDevice-AgentbasedMiddlewareforMixedModeEnvironments(A3ME)frameworkdevelopedinthisdissertation
enablesinteroperabilityamongdifferentnodeswithouttheneedofadjustmentseachtimenewhardwareisintroduced.
Ourapproachoffersanabstractionforthedifferenthardware: itseesallthedifferentnodesinthenetworkasindepen-
dententities, wecallthemdevice-agents. Thesedevice-agentsknowthecapabilitiesandconstraintsoftherespectively
represented device and represent those in a neutral format developed in this dissertation. This neutral representation
is independent of the technologies used on the represented device. Depending on the capabilities of the represented
deviceadevice-agentoffersservicestootheragentsandcanalsouseservicesofotherdevice-agents. Thecomplexityof
device-agentrunningforexampleonasmallsensornodeandonanUVcanvaryconsiderably. Thusasensor-agentmight
beonlycapabletomeasurethecurrenttemperatureandtosendittosomeonewhoisinterestedinthisdata,whereasthe
UV-agentcanmovethroughtheenvironment,collectthedatafromthesensor-agents,aggregate,evaluatethecollected
dataandusethegatheredinformationfurtherinitsdecisionmakingprocess.
Communicationbetweendifferentnodesisdefinedtechnologyindependentlyandcanbeappliedtodifferentcommu-
nicationtechnologies. Descriptionsofthedevicesandtheircapabilitiesarebasedonacommonclassificationdeveloped
inthiswork. Thisallowsinteractionsbasedoncapability-classes. Allinteractionsaremessagebasedandeachmessage
belongstoaspecificperformative,whichcorrespondstothetypeofactionthemessagerepresents. Thestructureofthe
messagesisdefinedusingAbstractSyntaxNotationOne(ASN.1)allowingtodefinetheircontentdynamically. Theuse
ofASN.1PackedEncodingRulesallowstoencodethemessagesinaverybyte-lengthefficientway.
Thisframeworkoffersthebasistoenableinteroperabilitybetweenheterogeneousdevicesdirectlyandamongvarious
island solutions for electronic devices, which exist in different areas like multimedia, personal communication, smart
home,smartoffice,connectedcar,etc.

Zusammenfassung
DasInternetderDingeisteineVisionundzumTeilbereitsstattfindendeEntwicklung,inderdie(Alltags-)Gegenstände
durch Ausstattung mit geringer Rechenleistung und Kommunikationsfähigkeiten interaktiv werden und den Menschen
beiseinenTätigkeitenunterstützen.DieseGerätesindheutzutageüberwiegendalsInsellösungenorganisiertundhaben
invielenFällenkeineinselübergreifendeInteraktionsmöglichkeit.
Die Anzahl von solchen Geräten wächst kontinuierlich – nicht nur in deren Anzahl sondern auch in deren Vielfalt.
DeshalbistesunabdingbareineMöglichkeitzuschaffen,mitderdieseGerätemiteinanderbeiBedarfinteragierenkön-
nen.BereitsheutzutagesindwirvonsehrverschiedenartigenGeräteninunsererUmweltumgeben.ZumTeilsinddiese
Geräte vernetzt und kommunizieren untereinander. Es handelt sich dabei zum Beispiel um die persönlichen Kommu-
nikationsgeräte, Multimediageräte, Sensoren, Computer usw. All diese Geräte haben ihre spezifischen Fähigkeiten und
Einschränkungen. Meistens wurden diese von unterschiedlichen Herstellern produziert, mit Hilfe verschiedener Pro-
grammiersprachen implementiert, und verwenden unterschiedliche Betriebssysteme. Die Geräte können über Draht,
Funk, Licht, Schall oder auch über andere Medien kommunizieren. Für jedes dieser Kommunikationsmedien existie-
renmehrereverschiedeneKommunikationstechnologien,dieunterschiedlicheProtokolle,Frequenzen,Kodierungenusw.
verwenden.
HäufigsinddieEntwicklermitdergeradebeschriebenenHeterogenitätkonfrontiert,wennsieeineneueAnwendung
fürsoeinNetzwerkentwickeln.Jedesmal,wenneinneuartigesGeräterscheint,mussdieAnwendungangepasstwerden,
ummitdemneuenGerätumgehenzukönnen.DieVerwendungeinerMiddlewareermöglichtesdiesedirekteInteraktion
der Anwendungen mit den unterschiedlichen Geräten zu vermeiden. Somit muss die Middleware die Eigenschaften,
Einschränkungen,undFähigkeitenderGeräteabstrahierenunddenAnwendungeneinevereinheitlichteSchnittstellefür
dieVerwendungdieseranbieten.
DieindieserDissertationentwickeltegeräteagentenbasierteMiddlewarefürheterogeneNetzwerkeundUmgebungen
(A3ME)ermöglichtInteraktionenzwischenunterschiedlichenelektronischenGerätenohne,dassfürjedeneuhinzukom-
mendeGeräteartAnpassungenvorgenommenwerdenmüssen.UnsereLösungbieteteineAbstraktionfürdieverschiede-
nen elektronischen Geräte: Sie betrachtet alle Geräte als unabhängige Entitäten – Geräteagenten. Diese Geräteagenten
kennendieFähigkeitenundEinschränkungendesjeweilsrepräsentiertenGerätesundstellendieseineinerneutralenin
dieserArbeitentwickeltenDarstellungdar.DieseneutraleDarstellungistunabhängigvonderaufdemjeweiligenGerät
verwendeten Technologie. Abhängig von den Fähigkeiten der repräsentierten Geräte bieten die Geräteagenten Dienste
anderenGeräteagentenanundkönnenbeiBedarfDiensteandererGeräteagentenverwenden.
DieKommunikationzwischendenGerätenistdefiniertunabhängigvondenspezifischenKommunikationstechnologi-
enundkannaufunterschiedlicheKommunikationstechnikenabgebildetwerden.BeschreibungenvonGerätenundderen
Fähigkeiten basieren auf einer gemeinsamen Klassifikation. Dies ermöglicht die Interaktionen basierend auf Typen von
Fähigkeiten. Alle Interaktionen sind nachrichtenbasiert und jede Nachricht ist einem Nachrichtentyp zugeordnet, ent-
sprechenddemTypderbeabsichtigtenAktion.AllehierbenutztenNachrichtensindinASN.1(AbstractSyntaxNotation
One) definiert und ermöglichen den Inhalt dynamisch aufzubauen. In Kombination mit ASN.1 Packed encoding Rules
(PER)könnendieseNachrichtensehreffizientinBezugaufdieNachrichtengrößekodiertwerden.
Die in dieser Dissertation beschriebene Lösung bietet die Basis für die Interaktionen zwischen den unterschiedlichen
GerätendirektundzwischendenverschiedenenexistierendenInsellösungenwieMultimedia,persönlicheKommunikati-
on,intelligentesZuhause,intelligentesBüro,vernetztesAutousw.
Contents
1 Introduction 12
1.1 ProblemStatement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
1.1.1 ChallengesfromWSNs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
1.1.2 ChallengesfromUbiquitousEnvironments . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
1.1.3 ChallengesfromUnmannedVehiclesArea . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
1.1.4 HeterogeneousEnvironment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
1.1.5 SecurityandPrivacyIssues . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
1.2 Goals . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
1.2.1 DecentralizedSolution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
1.2.2 TechnologyIndependence . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
1.2.3 GenericSolution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
1.3 Contributions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
2 RequirementsfortheMiddlewareinMME 19
2.1 R1Self-descriptionofDevices(SD) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
2.2 R2TechnologyIndependentInteraction(TII) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
2.3 R3DecentralizedSolution(DCS). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
2.4 R4ApplicabletoHeterogeneousEnvironments(Het) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
2.5 R5LowHardwareRequirements(LHW) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
2.6 UseCases . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
2.6.1 UseCaseUC1: DeviceDiscovery . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
2.6.2 UseCaseUC2: InformationQueryfromOtherDevices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
2.6.3 UseCaseUC3: ServiceDiscovery. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
2.6.4 UseCaseUC4: CallSimpleCoreServices. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
2.6.5 UseCaseUC5: CallOtherEstablishedServices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
3 RelatedWork 23
3.1 FrameworksforWirelessSensor(andActor)Networks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
3.1.1 OperatingSystemsforWSN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
3.1.2 Database-inspiredApproaches . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
3.1.3 Tuple-spaceApproaches . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
3.1.4 Event-basedApproaches . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
3.1.5 VirtualMachineApproaches. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
3.1.6 WirelessSensorandActorNetworks(WSANs) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
3.1.7 SYLPH . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
3.2 FrameworksforUbiquitousEnvironments . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
3.2.1 MIT’sOxygenProject . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
3.2.2 Mundo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
3.2.3 OpenHAB . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
3.2.4 Gaia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
3.2.5 MIMOSA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
3.2.6 AnAmbientIntelligentPlatformbasedonMulti-AgentSystem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
3.2.7 uID-CoAPArchitecture . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
3.2.8 AllJoyn. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
3.3 FrameworksforUnmannedVehiclesandRobotics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
3.3.1 ROS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
3.3.2 JAUS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
3.4 OtherSpecializedFrameworks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
3.4.1 QoS-awareMiddlewareforUbiquitousandHeterogeneousEnvironments . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
3.4.2 ContextFramework.KOM. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
3.4.3 Speakeasy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
3.4.4 ContinuumArchitecture . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
3.4.5 ISO/IEEE11073Medical/HealthDeviceCommunicationStandards . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
3.4.6 TsunamiServiceBus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
3.5 GenericMiddlewareSolutions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
3.5.1 Jini/ApacheRiver . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
3.5.2 CORBA. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
6
3.5.3 WebServices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
3.5.4 JXTA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
3.5.5 UPnP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
3.5.6 FIPA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
3.5.7 JADE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
3.5.8 LightweightPublish/Subscribe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
3.5.9 CoAP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
3.6 NeighborDiscovery . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
3.6.1 NeighborDiscoveryinMulti-channelNetworks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
3.6.2 NeighborDiscoveryinSingle-channelNetworkswithLowDutyCycles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
3.6.3 NeighborDiscoveryinMulti-ChannelNetworkwithLowDutyCycles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
3.6.4 NeighborDiscoveryonNetworkLayer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
3.7 ServiceDiscovery . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
3.8 GenericDataDefinitionandSerialization/DeserializationTechnologies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
3.8.1 XML . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
3.8.2 EfficientXMLInterchange(EXI)Format . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
3.8.3 SOAP. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
3.8.4 JSON-JavaScriptObjectNotation. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
3.8.5 ASN.1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
3.8.6 FIPAACLBit-EfficientEncoding . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
3.8.7 YAML. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
3.9 ContentDescriptionLanguages . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
3.9.1 SensorML . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
3.9.2 IEEE1451. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
3.9.3 RDF . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
3.9.4 HTMLMicrodata. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
3.9.5 Microformats . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
3.10Ontologies. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
3.10.1 ContextRelatedOntologies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
3.10.2 SensorOntologies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
3.10.3 OtherOntologies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
3.11ContentQueryLanguages . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
3.11.1 SPARQLProtocolandRDFQueryLanguage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
3.11.2 KQML . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
3.11.3 FIPA-ACL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
3.11.4 SimpleSensorInterface . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
4 A3MEFramework 53
4.1 A3MESystemArchitecture. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
4.1.1 NeutralDataRepresentation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
4.1.2 TechnologyIndependentMessages . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
4.1.3 TechnologyIndependentMessageExchange . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
4.2 DeviceRepresentation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
4.3 Device-AgentInterface . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
4.4 DeviceDescription. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
4.5 Communication . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
4.5.1 DeviceDiscovery. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
4.5.2 DeviceAddressing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
4.5.3 NeutralMessageTransport . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
4.5.4 SelfOrganization . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
4.5.5 BridgingofMessagesBetweenDifferentCommunicationInterfaces . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
4.5.6 InteractionswithotherFrameworks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
4.6 InternalDevice-AgentSoftwareArchitecture . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
4.6.1 CommunicationInterfaces . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
4.6.2 MessageHandler . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
4.6.3 LocalDeviceInfoHandler . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
4.6.4 QueryHandler . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
4.6.5 ServiceHandler . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
4.6.6 RuleEngine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
7
4.6.7 LocalA3MEAPI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
4.6.8 GUI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
4.7 A3MEClassification . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
4.7.1 PredefinedClassification . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
4.7.2 ClassificationDefinitioninASN.1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
4.7.3 AssignmentofObjectIdentifiers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
4.7.4 ClassificationExtension . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
4.7.5 AdditionalSSNOntologyDefinitions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
4.8 A3MEMessageStructure. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
4.8.1 A3MEMessagePerformative . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
4.8.2 A3MEMessageContent . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
4.9 DeviceInteractionPrimitives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
4.9.1 InformInteraction. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72
4.9.2 RequestInteraction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72
4.9.3 ServiceCallInteraction. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72
4.10A3MEContentRepresentationinASN.1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72
4.10.1 Characterencoding . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73
4.10.2 CommonElements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73
4.10.3 A3MEMessages . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77
4.10.4 RequestMessageContent . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78
4.10.5 InformMessageContent . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80
4.10.6 RefuseMessageContent . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80
4.10.7 CancelMessageContent . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80
4.10.8 Not-understoodMessageContent . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80
4.10.9 EncryptedMessageContent . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80
4.10.10ExtensionoftheDefinitions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80
4.11A3MEQueryLanguage(A3ME-QL) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81
4.11.1 Request-content . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81
4.11.2 What . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81
4.11.3 From-Clause . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82
4.11.4 Condition-Clause . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82
4.11.5 Repetition-Clause . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82
4.11.6 Range-Clause. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82
4.11.7 Datadescriptor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83
4.11.8 Servicecall . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83
4.11.9 Infotype . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83
4.11.10A3ME-code . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84
4.11.11Condition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84
4.11.12Operator . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85
4.11.13Time-value . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85
4.11.14Distance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86
4.11.15Examples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86
4.12TranslationofA3ME-QLQueriesintoASN.1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87
4.13MessageContentEncoding/Decoding . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87
4.14LocalAPI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87
5 Prototypicalimplementation 89
5.1 CoreDevice-AgentInterfaceImplementationinJava1.4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89
5.1.1 Interfaces . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89
5.1.2 CommonComponentsImplementation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95
5.1.3 SpecialProblems: JavaLibrariesConflicts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97
5.2 A3MEforSunSPOTs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97
5.2.1 SunSpotPlatformOverview . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98
5.2.2 SunSPOTCommunication . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98
5.2.3 Device-agentRealization . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98
5.2.4 GUI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99
5.3 A3MEforaWorkstation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99
5.3.1 Device-agentRealization . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .100
5.3.2 GUI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .100
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