本發(fā)明屬于軟件，尤其涉及一種基于知識(shí)的智能空間系統(tǒng)自動(dòng)化應(yīng)用沖突檢測(cè)方法和裝置。

背景技術(shù)：

1、物聯(lián)網(wǎng)在智能空間領(lǐng)域越來(lái)越普及。智能空間系統(tǒng)連接各種物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，并為用戶提供編程框架以建立自動(dòng)化控制系統(tǒng)。目前，觸發(fā)動(dòng)作編程(trigger?actionprogramming，tap)是最流行的編程范式，受到ifttt、三星smartthings、home?assistant、openhab、zapier等平臺(tái)的支持。通過tap，智能空間系統(tǒng)用戶可以創(chuàng)建各種形式的基于事件驅(qū)動(dòng)的自動(dòng)化應(yīng)用程序。這些應(yīng)用程序滿足“if?a?trigger?occurs,then?perform?anaction”的形式。然而，tap的表現(xiàn)力有限，使得用戶難以構(gòu)建大型和復(fù)雜的自動(dòng)化系統(tǒng)。為了滿足場(chǎng)景的需求，用戶需要設(shè)計(jì)多個(gè)應(yīng)用程序并協(xié)調(diào)它們以完成復(fù)雜的任務(wù)。然而，物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備具有一些固有的特征，例如設(shè)備服務(wù)之間的隱式依賴關(guān)系和通過物理通道進(jìn)行的隱式交互。這些特征可能會(huì)導(dǎo)致自動(dòng)化應(yīng)用程序之間出現(xiàn)意外的交互沖突，從而導(dǎo)致異常甚至安全風(fēng)險(xiǎn)。因此，針對(duì)自動(dòng)化應(yīng)用沖突問題設(shè)計(jì)檢測(cè)方法，對(duì)于保障智能空間系統(tǒng)的可靠性具有重大的意義。

2、目前針對(duì)智能空間系統(tǒng)的自動(dòng)化應(yīng)用沖突檢測(cè)工作大多基于模型檢測(cè)(modelchecking)的方法。這些工作通過系統(tǒng)地探索系統(tǒng)狀態(tài)來(lái)檢查系統(tǒng)是否滿足給定的規(guī)范。例如，soteria(z.berkay?celik,patrick?mcdaniel,and?gang?tan.“soteria:automatediot?safety?and?security?analysis”usenix?atc?2018)將自動(dòng)化應(yīng)用建模，基于程序控制關(guān)系轉(zhuǎn)化為中間表示。然后基于預(yù)定義的屬性來(lái)檢測(cè)自動(dòng)化應(yīng)用間的沖突問題，其中預(yù)定義的屬性類似于一條條規(guī)范，如“當(dāng)用戶不在家時(shí)，門必須處于鎖住的狀態(tài)”和“空調(diào)與加熱器不能同時(shí)開啟”。該工作基于作者定義的一些屬性來(lái)檢測(cè)沖突問題，缺乏通用性。iruler(qi?wang,pubali?datta,wei?yang,si?liu,adam?bates,and?carl?a.gunter.“charting?the?attack?surface?of?trigger-action?iot?platforms.”ccs2019)對(duì)物聯(lián)網(wǎng)的環(huán)境、位置和時(shí)間等因素進(jìn)行了建模，并對(duì)沖突進(jìn)行了種類劃分，如條件禁止、行為沖突、循環(huán)和冗余。他們將自動(dòng)化應(yīng)用解析為觸發(fā)器和行為，最后基于重寫smt模型來(lái)檢查沖突問題。這些基于模型檢查的工作效率較差，檢測(cè)2個(gè)應(yīng)用的沖突問題耗時(shí)有的高達(dá)30分鐘。同時(shí)可擴(kuò)展性較差，當(dāng)新設(shè)備接入后，往往需要重新建模。且當(dāng)前方法對(duì)設(shè)備功能的建模粒度較大，容易漏報(bào)。

3、與基于模型檢查的方法相比，基于知識(shí)的檢測(cè)方法能夠快速有效找出智能空間系統(tǒng)里自動(dòng)化應(yīng)用沖突問題?；谥R(shí)的方法需要對(duì)設(shè)備能力進(jìn)行建模，并對(duì)設(shè)備能力對(duì)物理環(huán)境因素的影響進(jìn)行建模。然后基于這些知識(shí)結(jié)合圖檢測(cè)的算法來(lái)對(duì)沖突進(jìn)行檢測(cè)。huang等人(bing?huang,hai?dong,and?athman?bouguettaya.“conflict?detection?iniot-based?smart?homes.”icws2021)基于nlp技術(shù)從常識(shí)圖譜里獲取知識(shí)來(lái)對(duì)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備能力進(jìn)行了刻畫，然后基于這些知識(shí)來(lái)檢測(cè)對(duì)相同物理環(huán)境相反操作的自動(dòng)化應(yīng)用。然而該工作從常識(shí)圖譜里獲取的設(shè)備能力建模并不全面與正確，難以正確檢測(cè)出自動(dòng)化應(yīng)用中的沖突問題。

4、綜上所述，智能空間系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用，保證其可靠性十分重要。智能空間系統(tǒng)中自動(dòng)化應(yīng)用的沖突問題會(huì)影響系統(tǒng)的正確性，進(jìn)而威脅系統(tǒng)可靠性。然而，現(xiàn)有技術(shù)無(wú)法對(duì)自動(dòng)化應(yīng)用沖突問題進(jìn)行有效與快速的檢測(cè)。因此，設(shè)計(jì)并開發(fā)可擴(kuò)展的快速的沖突檢測(cè)方法對(duì)提高智能空間系統(tǒng)的可靠性具有十分重要的價(jià)值及意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有智能空間系統(tǒng)自動(dòng)化應(yīng)用沖突檢測(cè)方法有效性和實(shí)用性兩方面的不足，提出一種高效且實(shí)用的基于圖模式匹配的自動(dòng)化應(yīng)用沖突檢測(cè)方法。

2、本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

3、一種基于知識(shí)的智能空間系統(tǒng)自動(dòng)化應(yīng)用沖突檢測(cè)方法，包括以下步驟：

4、將自動(dòng)化應(yīng)用的關(guān)鍵要素映射到eca控制網(wǎng)絡(luò)，所述關(guān)鍵要素包括事件、條件、行為；

5、通過知識(shí)圖譜補(bǔ)充eca控制網(wǎng)絡(luò)的語(yǔ)義信息，包括設(shè)備的服務(wù)之間的依賴與互斥關(guān)系及設(shè)備的服務(wù)對(duì)物理環(huán)境的影響，形成自動(dòng)化應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)；

6、基于定義的沖突模式對(duì)自動(dòng)化應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行搜索匹配，結(jié)合語(yǔ)義信息檢測(cè)自動(dòng)化應(yīng)用之間存在的沖突。

7、進(jìn)一步地，所述知識(shí)圖譜是刻畫物聯(lián)網(wǎng)空間的設(shè)備與環(huán)境之間關(guān)系的知識(shí)圖譜，所述知識(shí)圖譜的構(gòu)建步驟包括：

8、建立知識(shí)圖譜的本體模型，刻畫設(shè)備、能力、指令、服務(wù)與環(huán)境之間的關(guān)系；

9、進(jìn)行數(shù)據(jù)收集與抽取，通過實(shí)體識(shí)別與匹配的方法對(duì)知識(shí)圖譜的內(nèi)容進(jìn)行填充；

10、進(jìn)一步地，所述設(shè)備、能力、指令、服務(wù)與環(huán)境之間的關(guān)系，包括：一個(gè)設(shè)備具備多種能力，每種能力根據(jù)對(duì)應(yīng)指令實(shí)現(xiàn)；設(shè)備對(duì)外提供服務(wù)，一個(gè)服務(wù)由設(shè)備的具體能力與具體指令組合而成；設(shè)備提供的服務(wù)之間存在兩種關(guān)系，即依賴與互斥，依賴關(guān)系表示一種設(shè)備服務(wù)的調(diào)用依賴另一設(shè)備服務(wù)的調(diào)用，互斥關(guān)系表明兩個(gè)設(shè)備服務(wù)無(wú)法同時(shí)發(fā)生；服務(wù)與環(huán)境之間的關(guān)系是設(shè)備的服務(wù)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生的增加與降低的影響。

11、進(jìn)一步地，所述進(jìn)行數(shù)據(jù)收集與抽取，包括進(jìn)行三個(gè)步驟的預(yù)處理，即停用詞去除、詞形還原和實(shí)體匹配。

12、進(jìn)一步地，所述自動(dòng)化應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)表示為ag＝(vs,vp,vc,ec,ee,ei,ex)，其中：

13、vs:一組物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)頂點(diǎn)，物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)頂點(diǎn)由物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)si構(gòu)成，其中si＝<devtype,prodid,deviceid,serviceid>，分別表示設(shè)備類型、產(chǎn)品標(biāo)志、設(shè)備標(biāo)志、服務(wù)標(biāo)志；

14、vp:一組物理通道頂點(diǎn)，物理通道頂點(diǎn)代表智能家居平臺(tái)中存在的物理上下文類型；

15、vc:一組條件頂點(diǎn)，條件頂點(diǎn)是表示應(yīng)用程序的物理因素約束的節(jié)點(diǎn)，條件頂點(diǎn)定義為<env,operator,args>，分別表示物理環(huán)境標(biāo)志、操作符、參數(shù)；

16、ec:一組控制邊，控制邊是在頂點(diǎn)集合v＝vs∪vp∪vc中流動(dòng)的有向邊，表示控制關(guān)系；

17、ee:一組影響邊，每條影響邊是從物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)頂點(diǎn)流向物理通道頂點(diǎn)的有向邊，表示物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)對(duì)相應(yīng)物理通道的影響，包括正面或增量效應(yīng)以及負(fù)面或降低效應(yīng)；

18、ei:一組服務(wù)依賴邊，每條依賴邊是連接兩個(gè)物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)的有向邊；

19、ex:一組服務(wù)互斥邊，每條服務(wù)互斥邊是接連兩個(gè)物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)的有向或雙向邊，表示兩個(gè)物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)不能同時(shí)執(zhí)行。

20、進(jìn)一步地，所述沖突模式包括4種沖突類別與10種子圖模式；所述沖突類別包括沖突、循環(huán)、冗余與阻塞。

21、進(jìn)一步地，針對(duì)檢測(cè)出的沖突形成相應(yīng)的檢測(cè)報(bào)告，檢測(cè)報(bào)告的內(nèi)容包括對(duì)應(yīng)的沖突種類、涉及到的自動(dòng)化應(yīng)用，以及涉及到的邊和節(jié)點(diǎn)的信息。

22、一種基于知識(shí)的智能空間系統(tǒng)自動(dòng)化應(yīng)用沖突檢測(cè)裝置，其包括：

23、應(yīng)用解析模塊，用于將自動(dòng)化應(yīng)用的關(guān)鍵要素映射到eca控制網(wǎng)絡(luò)，所述關(guān)鍵要素包括事件、條件、行為；

24、自動(dòng)化應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建模塊，用于通過知識(shí)圖譜補(bǔ)充eca控制網(wǎng)絡(luò)的語(yǔ)義信息，包括設(shè)備的服務(wù)之間的依賴與互斥關(guān)系及設(shè)備的服務(wù)對(duì)物理環(huán)境的影響，形成自動(dòng)化應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)；

25、模式匹配模塊，用于基于定義的沖突模式對(duì)自動(dòng)化應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行搜索匹配，結(jié)合語(yǔ)義信息檢測(cè)自動(dòng)化應(yīng)用之間存在的沖突。

26、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的技術(shù)優(yōu)勢(shì)：

27、1.本發(fā)明對(duì)物聯(lián)網(wǎng)空間的設(shè)備與環(huán)境進(jìn)行了細(xì)粒度建模，彌補(bǔ)了現(xiàn)有建模方案粒度較大，無(wú)法準(zhǔn)確反應(yīng)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備服務(wù)之間關(guān)系，從而導(dǎo)致沖突檢測(cè)準(zhǔn)確度不足的問題。

28、2.本發(fā)明提出了一種基于知識(shí)的自動(dòng)化應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建方法，其可擴(kuò)展性高于基于模型檢測(cè)的方法。此外，在自動(dòng)化應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行沖突檢測(cè)的效率也比相關(guān)方法要高。

29、3.本發(fā)明在檢測(cè)沖突時(shí)候充分考慮了節(jié)點(diǎn)與邊的語(yǔ)義信息，能夠更加準(zhǔn)確的檢測(cè)主自動(dòng)化應(yīng)用之間的沖突問題。