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普适计算是Mark Weiser于1991年提出的关于未来计算模式的构想。在普适计算环境下，计算和通信能力将普遍存在并融入到日常生活环境中，信息空间与物理空间将有机的融为一体，构成智能空间。然而，智能空间中有大量的泛在设备，多种平台、多种操作系统、多种网络协议、多种形式的资源和服务共存，在这种情况下，严重的异构性将导致设备间的互操作和互协作存在很大的障碍。因此，支持异构设备进行互操作的普适计算中间件成为普适计算研究的热点，也是实现普适计算理想必须解决的问题。
本论文从狭义智能空间定义及建模方法入手，研究了泛在设备的语义抽象、匹配和自主协同方法，设计实现了实体无关的泛在设备互操作中间件，并应用到一种新型设备--智能物联网关之中，以试图解决普适计算环境中普遍存在的异构性问题。
本文的研究内容主要包括以下几个方面：
(1)智能空间建模方法普适计算是一种全新的计算模式，它横跨众多研究领域，具有前所未有的复杂性，因此相关研究存在实体泛化的问题。本文在对智能空间实体及其相互关系进行分析的基础上，第一次给出了形式化的狭义智能空间定义和理论模型，为本文及其他研究者提供了较为完善的理论依据。基于该理论，采用本体论和信息-物理映射的建模方法，建立了狭义智能空间本体。通过与其他建模方法的比较，狭义智能空间本体可以在保证完备性的前提下，大幅降低智能空间模型复杂度。
(2)泛在设备的语义抽象方法在智能空间中，如何以一种统一的方式描述大量异构的、分布式的泛在设备是普适计算基础设施(中间件)面临的重要问题。本文采用基于本体的设备语义描述方法，将设备抽象为实体无关的设备构件，以屏蔽设备的异构性，使不同种类、不同协议的设备之间可以跨越语法和语义鸿沟，进行无缝的互操作。基于这种语义抽象，提出了基于多阶关系相似度的设备服务语义匹配算法M2ORS。通过与其他主流算法相比较，该算法查准率和召回率均有较大提高，为设备服务的自动耦合提供了算法依据。
(3)泛在设备的自主协同方法普适应用可能是比较复杂的，服务运行在各种异构设备上，单一的服务很难满足用户的需求，往往需要利用不同设备提供的各种服务构成应用系统，因此，普适计算环境下的设备服务组合成为关键性问题之一。本文对泛在设备服务组合技术及算法进行了研究，给出了服务互操作拓扑网络的形式化定义，并基于这种互操作拓扑网络，提出了基于知识监督的普适服务组合方法。经过与其他主流方法相比较，采用这种方法进行服务规划，可以在保证效率的前提下，获得良好的服务路径可达性和合理性，从而为设备的自主协同提供了方法依据。
(4)泛在设备互操作中间件泛在设备互操作中间件作为普适计算系统的核心支撑模块，可以屏蔽泛在设备的异构性，为上层普适应用提供统一的接口和规范，是普适计算基础软件系统的重要组成部分。我们在上述研究的基础上，设计并实现了一种基于多Agent系统的互操作中间件，并将其应用于一种新型设备--智能物联网关之中。基于该中间件进行普适应用开发，可以利用中间件提供的服务匹配、自动规划和任务管理等虚设备Agent，实现基于图形化工作流或设备自组织的普适应用设计方法。实例证明该中间件可以避免传统开发方式需要对多种“驱动”、“协议”和“流程”分别开发调试的困难，大幅降低应用开发难度和时间，为个性化普适应用的快速开发提供了一种高效的途径。
本论文的研究内容从普适计算技术出发，同时对诸如物理信息系统(CPS，CyberPhysical System)、物联网(IOT，Internet of Things)、M2M(Machine to Machine)等相关学科的发展也起到积极的促进作用。设备互联是物物互联在设备网络层面的一种呈现形式，互操作中间件构建了物物互联的桥梁，对相关领域的进一步研究打下良好的基础。因此本论文的研究具有重要的理论意义和实践价值。