Trustworthy context dependency in ubiquitous systems

Abstract

The modern society is getting increasingly dependent on software applications. These run on processors, use memory and account for controlling functionalities that are often taken for granted. Typically, applications adjust the functionality in response to a certain context that is provided or derived from the informal environment with various qualities. To rigorously model the dependence of an application on a context, the details of the context are abstracted and the environment is assumed stable and fixed. However, in a context-aware ubiquitous computing environment populated by autonomous agents, a context and its quality parameters may change at any time. This raises the need to derive the current context and its qualities at runtime. It also implies that a context is never certain and may be subjective, issues captured by the context’s quality parameter of experience-based trustworthiness. Given this, the research question of this thesis is: In what logical topology and by what means may context provided by autonomous agents be derived and formally modelled to serve the context-awareness requirements of an application? This research question also stipulates that the context derivation needs to incorporate the quality of the context. In this thesis, we focus on the quality of context parameter of trustworthiness based on experiences having a level of certainty and referral experiences, thus making trustworthiness reputation based. Hence, in this thesis we seek a basis on which to reason and analyse the inherently inaccurate context derived by autonomous agents populating a ubiquitous computing environment in order to formally model context-awareness. More specifically, the contribution of this thesis is threefold: (i) we propose a logical topology of context derivation and a method of calculating its trustworthiness, (ii) we provide a general model for storing experiences and (iii) we formalise the dependence between the logical topology of context derivation and its experience-based trustworthiness. These contributions enable abstraction of a context and its quality parameters to a Boolean decision at runtime that may be formally reasoned with. We employ the Action Systems framework for modelling this. The thesis is a compendium of the author’s scientific papers, which are republished in Part II. Part I introduces the field of research by providing the mending elements for the thesis to be a coherent introduction for addressing the research question. In Part I we also review a significant body of related literature in order to better illustrate our contributions to the research field.

Dagens samhälle är i allt högre grad beroende av programvara. Exekverbar programvara, kallat applikationer, körs av processorer, använder minne och svarar för kontroll och reglage av funktionalitet som ofta tas för given. Typiskt för en applikation är att den justerar funktionaliteten i respons till en viss situation. En sådan situation präglas av ett antal kontext. Varje kontext i sin tur förses eller härleds från inexakta givare, vilka gestaltar något informellt fenomen med varierande kvaliteter. För att modellera en programvaras beroende av en situation bör dess kontext inexakthet approximeras. Detta förutsätter abstraktion och antaganden av omgivningen vilket följaktligen möjliggör rigorös modellering. Rigorös matematisk modellering förlitar sig dessvärre på atomisitet, dvs. en kontext uppdatering är förutsägbar. Rimligen är detta inte fallet för en funktionalitet med autonomt verksamma aktörer i ubikvitär datateknik, t.ex. på grund av mobilitet. Därför är den gällande kontexten och dess kvaliteter i vilken programvaran exekverar aldrig säker och kan vara subjektiv, vilka utgör ämnen för en kontexts kvalitetsparameter tillförlitlighet. I denna avhandling, undersöks nivån på en kontexts kvalitetsparameter tillförlitlighet samt dess härledning i syfte att ge en klarare presentation av omgivningen åt programvaran. Tillförlitlighetsparametern identifierar en aktörs förväntningar på en kontext samt dess övriga kvalitetsparametrar. Nivån av tillförlitlighet fastställs av den kontext beroende aktören. Därmed fångar tillförlitlighet in eventuella fördomar och förväntningar samt är subjektiv givet ett kontext utfärdat av en aktör. Av detta följer behovet att behandla nivån av tillförlitlighetens (o)säkerhet. Givet detta utformas forskningsfrågan som: I vilken logisk topologi samt hur kan kontext utfärdat av autonoma källor härledas och modelleras formellt för att möta med en kontext medveten applikations krav? Mer specifikt redogör denna avhandling för problemställningar gällande härledning av inexakt data i syftet att användas ändamålsenligt i programvara. I avhandlingen framställs en logisk topologi för kontext härledning, presenteras en generell modell för lagring av erfarenheter samt modelleras beronedeskap formellt inom Aktion System ramverket. Som en följd av detta studerar avhandlingen på vilket sätt det går att ändamålsenligt modellera och beräkna osäker information att presenteras åt en agent som är beroende av den vid körtid. Avhandlingen motiverar tagna beslut genom referenser till relaterad forskning. Tekniskt sett är avhandlingen ett kompendium av vetenskapliga artiklar där skribenten medverkat, vilka är återpublicerade i Del II. Utöver introduktion av forsknings området i Del I, förser denna del nödvändiga element för att avhandlingen kunde förstås som en sammanhängande helhet, inklusive definition av en kontexts härledningstopologi som ett polyträd.