The future Internet will need to cater for an increasing number of powerful devices and entire groups of networks to roam in heterogeneous access networks. The current approach towards meeting such requirements, which is to retrofit mobility solutions to different layers of the protocol stack, has given rise to an increasingly fragmented network control layer. Furthermore, retrofitting solutions in an ad-hoc manner to the protocol stack does not provide consistent support from the network to different applications. This lack of a common control layer for facilitating roaming in heterogeneous networking environments represents a crucial challenge both technically and from a user perspective. To this end, a novel mobility architecture forms the basis and the first part of this dissertation. The work on investigating current network mobility solutions and improving these solutions if deemed necessary, in order to reuse within the novel mobility architecture constitutes the second part of this dissertation. The IETF standard protocol for network mobility was implemented and its performance was analysed on a real networking environment. This enabled to identify problems in the standard which affect the handover and routing performance. To address the identified routing and protocol header overheads of the standard network mobility protocol a novel optimal routing framework, OptiNets was proposed. To address the handover latency issues, optimizations to IPv6 network attachment were incorporated and also an access technology independent multiple interface Make-Before-Break handover mechanism was proposed. The viability of the OptiNets framework and the handover optimizations were demonstrated by analysis and by implementation. A more general external factor that affects the performance of mobile networks which is bandwidth scarcity of Wireless Wide Area Networks was addressed, by proposing a bandwidth fuelling architecture for on-board mobile networks. The feasibility of the bandwidth fuelling architecture was analysed by implementing a prototype and evaluating its performance.

This thesis investigates the design of sociable technologies and is divided into three main parts described below. In the first part, we introduce sociable technologies. We review our the definition of technology and propose categories of technologies according to the motivation underlying their design: improvement of control, improvement of communication or improvement of cooperation. Sociable technologies are then presented as an extension of techniques to improve cooperation. The design of sociable technologies are then discussed leading to the observation that acquisition of social common sense is a key challenge for designing sociable technologies. Finally, polite technologies are presented as an approach for acquiring social common sense. In the second part, we focus on the premises for the design of sociable technologies. A key aspect of social common sense is the ability to act appropriately in social situations. Associating appropriate behaviour with social situations is presented as a key method for implementing polite technologies. Reinforcement learning is proposed as a method for learning such associations and variation of this algorithm are experimentally evaluated. Learning the association between situation and behaviour relies on the strong assumption that mutual understanding of social situations can be achieved between technologies and people during interaction. We argue that in order to design sociable technologies, we must change the model of communication used by our technologies. We propose to replace the well-known code model of communication, with the ostensive-inferential model proposed by Sperber and Wilson. Hypotheses raised by this approach are evaluated in an experiment conducted in a smart environment, where, subjects by group of two or three are asked to collaborate with a smart environment in order to teach it how to behave in an automated meeting. A novel experimental methodology is presented: The Sorceress of Oz. The results collected from this experiment validate our hypothesis and provide insightful information for the design. We conclude by presenting, what we believe are, the premises for the design of sociable technologies. The final part of the thesis concerns an infrastructure for the design of sociable technologies. This infrastructure provides the support for three fundamental components. First, it provides the support for an inferential model of context. This inferential model of context is presented; a software architecture is proposed and evaluated in an experiment conducted in a smart-environment. Second, it provides the support for reasoning by analogy and introduces the concept of eigensituations. The advantage of this representation are discussed and evaluated in an experiment. Finally, it provides the support for ostensive-inferential communication and introduces the concept of ostensive interface. / This thesis investigates the design of sociable technologies and is divided into three main parts described below. In the first part, we introduce sociable technologies. We review our the definition of technology and propose categories of technologies according to the motivation underlying their design: improvement of control, improvement of communication or improvement of cooperation. Sociable technologies are then presented as an extension of techniques to improve cooperation. The design of sociable technologies are then discussed leading to the observation that acquisition of social common sense is a key challenge for designing sociable technologies. Finally, polite technologies are presented as an approach for acquiring social common sense. In the second part, we focus on the premises for the design of sociable technologies. A key aspect of social common sense is the ability to act appropriately in social situations. Associating appropriate behaviour with social situations is presented as a key method for implementing polite technologies. Reinforcement learning is proposed as a method for learning such associations and variation of this algorithm are experimentally evaluated. Learning the association between situation and behaviour relies on the strong assumption that mutual understanding of social situations can be achieved between technologies and people during interaction. We argue that in order to design sociable technologies, we must change the model of communication used by our technologies. We propose to replace the well-known code model of communication, with the ostensive-inferential model proposed by Sperber and Wilson. Hypotheses raised by this approach are evaluated in an experiment conducted in a smart environment, where, subjects by group of two or three are asked to collaborate with a smart environment in order to teach it how to behave in an automated meeting. A novel experimental methodology is presented: The Sorceress of Oz. The results collected from this experiment validate our hypothesis and provide insightful information for the design. We conclude by presenting, what we believe are, the premises for the design of sociable technologies. The final part of the thesis concerns an infrastructure for the design of sociable technologies. This infrastructure provides the support for three fundamental components. First, it provides the support for an inferential model of context. This inferential model of context is presented; a software architecture is proposed and evaluated in an experiment conducted in a smart-environment. Second, it provides the support for reasoning by analogy and introduces the concept of eigensituations. The advantage of this representation are discussed and evaluated in an experiment. Finally, it provides the support for ostensive-inferential communication and introduces the concept of ostensive interface.

Dans cette thèse, nous proposons un cadre générique pour la modélisation et la gestion du contexte dans le cadre des systèmes intelligents ambiants et robotiques. Les connaissances contextuelles considérées sont de plusieurs types et issues de perceptions multimodales : connaissances spatiales et/ou temporelles, changement d’états et de propriétés d’entités, énoncés en langage naturel. Pour ce faire, nous avons proposé une extension du langage NKRL (Narrative Knowledge Representation and Reasoning) pour parvenir à une représentation unifiée des connaissances contextuelles qu’elles soient spatiales, temporelles ou spatio-temporelles et effectuer les raisonnements associés. Nous avons exploité l’expressivité des ontologies n-aires sur lesquelles repose le langage NKRL pour pallier aux problèmes rencontrés dans les approches de représentation des connaissances spatiales et dynamiques à base d’ontologies binaires, communément utilisées en intelligence ambiante et en robotique. Il en résulte une modélisation plus riche, plus fine et plus cohérente du contexte permettant une meilleure adaptation des services d’assistance à l’utilisateur dans le cadre des systèmes intelligents ambiants et robotiques. La première contribution concerne la modélisation des connaissances spatiales et/ou temporelles et des changements de contexte, et les inférences spatiales, temporelles ou spatio-temporelles. La deuxième contribution concerne, quant à elle, le développement d’une méthodologie permettant d’effectuer un traitement syntaxique et une annotation sémantique pour extraire, à partir d’un énoncé en langage naturel, des connaissances contextuelles spatiales ou temporelles en NKRL. Ces contributions ont été validées et évaluées en termes de performances (temps de traitement, taux d’erreurs, et taux de satisfaction des usagers) dans le cadre de scénarios mettant en œuvre différentes formes de services : assistance au bien-être, assistance de type aide sociale, assistance à la préparation d’un repas / In this thesis, we propose a generic framework for modeling and managing the context in ambient and robotic intelligent systems. The contextual knowledge considered is of several types and derived from multimodal perceptions : spatial and / or temporal knowledge, change of states and properties of entities, statements in natural language. To do this, we proposed an extension of the Narrative Knowledge Representation and Reasoning (NKRL) language to reach a unified representation of contextual knowledge whether spatial, temporal or spatio-temporal and perform the associated reasoning. We have exploited the expressiveness of the n-ary ontologies on which the NKRL language is based to bearing on the problems encountered in the spatial and dynamic knowledge representation approaches based on binary ontologies, commonly used in ambient intelligence and robotics. The result is a richer, finer and more coherent modeling of the context allowing a better adaptation of user assistance services in the context of ambient and robotic intelligent systems. The first contribution concerns the modeling of spatial and / or temporal knowledge and contextual changes, and spatial, temporal or spatial-temporal inferences. The second contribution concerns the development of a methodology allowing to carry out a syntactic treatment and a semantic annotation to extract, from a statement in natural language, spatial or temporal contextual knowledge in NKRL. These contributions have been validated and evaluated in terms of performance (processing time, error rate, and user satisfaction rate) in scenarios involving different forms of services: wellbeing assistance, social assistance, assistance with the preparation of a meal

La gestion de l'acheminement de messages d'e-santé en environnement ubiquitaire soulève plusieurs défis majeurs liés à la diversité et à la spécificité des cas d'usage et des acteurs, à l'évolutivité des contextes médical, social, logistique, environnemental...Nous proposons une méthode originale d'orchestration autonome et auto-adaptative de services visant à optimiser le flux des messages et à personnaliser la qualité de transmission, en les adressant aux destinataires les plus appropriés dans les délais requis. Notre solution est une architecture générique dirigée par des modèles du domaine d'information considéré et des données contextuelles, basés sur l'identification des besoins et des contraintes soulevées par notre problématique.Notre approche consiste en la composition de services de fusion et de gestion dynamique en temps réel d'informations hétérogènes provenant des écosystèmes source, cible et message, pilotés par des méthodes d'intelligence artificielle pour l'aide à la prise de décision de routage. Le but est de garantir une communication fiable, personnalisable et sensible à l'évolution du contexte, quel que soit le scénario et le type de message (alarme, technique, etc.). Notre architecture, applicable à divers domaines, a été consolidée par une modélisation des processus métiers (BPM) explicitant le fonctionnement des services qui la composent.Le cadriciel proposé est basé sur des ontologies et est compatible avec le standard HL7 V3. L'auto-adaptation du processus décisionnel d'acheminement est assurée par un réseau bayésien dynamique et la supervision du statut des messages par une modélisation mathématique utilisant des réseaux de Petri temporels / Routing policy management of eHealth messages in ubiquitous environment leads to address several key issues, such as taking into account the diversity and specificity of the different use cases and actors, as well as the dynamicity of the medical, social, logistic and environmental contexts.We propose an original, autonomous and adaptive service orchestration methodology aiming at optimizing message flow and personalizing transmission quality by timely sending the messages to the appropriate recipients. Our solution consists in a generic, model-driven architecture where domain information and context models were designed according to user needs and requirements. Our approach consists in composing, in real time, services for dynamic fusion and management of heterogeneous information from source, target and message ecosystems, driven by artificial intelligence methods for routing decision support. The aim is to ensure reliable, personalized and dynamic context-aware communication, whatever the scenario and the message type (alarm, technical, etc.). Our architecture is applicable to various domains, and has been strengthened by business process modeling (BPM) to make explicit the services operation.The proposed framework is based on ontologies and is compatible with the HL7 V3 standard. Self-adaptation of the routing decision process is performed by means of a dynamic Bayesian network and the messages status supervision is based on timed Petri nets

L’informatique pervasive et l’intelligence ambiante visent à créer un environnement intelligent avec des dispositifs électroniques et informatiques mis en réseau tels que les capteurs, qui s’intègrent parfaitement dans la vie quotidienne et offrent aux utilisateurs un accès transparent aux services partout et à tout moment.Pour garantir ce fonctionnement, un système doit avoir une connaissance globale sur son environnement, et en particulier sur les personnes et les dispositifs, leurs intérêts et leurs capacités, ainsi que les tâches et les activités associées. Toutes ces informations relèvent de la notion de contexte. Cela passe par la collecte des données contextuelles de l’utilisateur pour déterminer sa situation/son activité courante ; on parle alors d’identification de situations/d’activités. Pour cela, le système doit être sensible aux variations de son environnement et de son contexte, afin de détecter les situations/les activités et de s’adapter ensuite dynamiquement. Reconnaître une situation/une activité nécessite alors la mise en place de tout un processus : perception des données contextuelles, analyse de ces données collectéeset raisonnement sur celles-ci pour l’identification de situations/d’activités.Nous nous intéressons plus particulièrement aux aspects liés à la modélisation distribuée de l’environnement ambiant et à ceux liés au raisonnement distribué en présence de données imparfaites pour l’identification de situations/d’activités. Ainsi, la première contribution de la thèse concerne la partie perception. Nous avons proposé un nouveau modèle de perception permettant la collecte des données brutes issues des capteurs déployés dans l’environnement et la génération des évènements. Ensuite, la deuxième contribution se focalise sur l’observation et l’analyse de ces évènements en les segmentant et extrayant les attributs lesplus significatifs et pertinents. Enfin, les deux dernières contributions présentent deux propositions concernant le raisonnement distribué pour l’identification de situations/d’activités; l’une représente la principale contribution et l’autre représente sa version améliorée palliant certaines limites. D'un point de vue technique, toutes ces propositions ont été développées, validées et évaluées avec plusieurs outils. / Pervasive Computing and Ambient Intelligence aim to create a smart environment withnetworked electronic and computer devices such as sensors seamlessly integrating into everyday life and providing users with transparent access to services anywhere and anytime.To ensure this, a system needs to have a global knowledge of its environment, and inparticular about people and devices, their interests and their capabilities, and associated tasks and activities. All these information are related to the concept of context. This involves gathering the user contextual data to determine his/her current situation/activity; we also talk about situation/activity identification. Thus, the system must be sensitive to environment and context changes, in order to detect situations/activities and then to adapt dynamically.Recognizing a situation/an activity requires the definition of a whole process : perception of contextual data, analysis of these collected data and reasoning on them for the identification of situations/activities.We are particularly interested in aspects related to the distributed modeling of the ambient environment and to those related to distributed reasoning in the presence of imperfect data for the identification of situations/activities. Thus, the first contribution of the thesis concerns the perception part. We have proposed a new perception model that allows the gathering of raw data from sensors deployed in the environment and the generation of events.Next, the second contribution focuses on the observation and analysis of these events by segmenting them and extracting the most significant and relevant features. Finally, the last two contributions present two proposals concerning the distributed reasoning for the identification of situations/activities ; one represents the main contribution and the other represents its improved version overcoming certain limitations. From a technical point of view, all these proposals have been developed, validated and evaluated with several tools.

Light shapes the environment we live in and thereby our lives. The advancement in technology made it possible to accurately adjust different light properties. This high level of control is promising and changing at the same time. Taming this complexity and providing users with meaningful ways to interact with light is at the core of this mission. This study seeks ways to facilitate adapting lighting conditions to users’ needs in homes. The answer rests on a synergistic collaboration between the user and the intelligent system, in which the system unobtrusively supports the user through the process of adapting the light. Sustaining the user's agency is crucial, therefore delegating or claiming control should be facilitated and the user should be able to easily comprehend and guide the behaviour of the system. Moreover, user experience should be considered at all levels of attention: focused, peripheral, and implicit. This aims to seamlessly fit the interaction with light in the context of everyday life at home.

L'évolution des technologies de l'information ainsi que la miniaturisation constante des composants électroniques de ces dernières décennies ont permis de doter les objets de la vie de tous les jours de capacités de calcul et de communication. Ces objets connectés sont disséminés dans l'environnement de l'utilisateur et coopèrent les uns avec les autres afin de fournir à l'utilisateur des services intelligents de manière totalement transparente et non intrusive. Ces environnements sont caractérisés par une grande hétérogénéité ainsi qu'une grande dynamicité. Les intégrations dites verticales (les données des capteurs sont externalisées sur les serveurs d'une entreprise) permettent certes une interopérabilité plus importante, mais engendrent des problèmes de saturation des canaux de communication, ainsi que des questionnements sur la sécurité et la confidentialité de des informations. Pour pallier ces problèmes, les intégrations dites horizontales (les entités matérielles sont mises en relation directement au sein de l'infrastructure) sont encouragées. Dans cette thèse, nous adressons le problème du déploiement et de la configuration automatique d'applications au sein de tels environnements ambiants. Nous proposons des mécanismes permettant, à partir d'une description de l'environnement ambiant, la sélection et la configuration d'entités matérielles qui supporteront l'exécution des applications. Ces mécanismes ont été encapsulé dans un intergiciel basé sur le paradigme Multi-agents dans lequel les différents agents logiciels du système collaborent afin de sélectionner les entités de l'infrastructure respectant les besoins et les contraintes des applications à déployer. / Research domains like Ambient Intelligence or Internet of Things came up in the early 2000’s with the technologic improvement and the ongoing miniaturization of electronic devices. These electronic and information devices are scattered in the user’s environment, can communicate and exchange data more and more easily to provide intelligent and non-intrusive services to the users. However, it is difficult to have generic implementations of these applications. These difficulties are due the the high heterogeneity and dynamicity of the ambient environments. Vertical integrations of connected devices (data exchanges from the devices to external servers) allow more interoperability but generate overloads of the communication channels and privacy concerns. To prevent these problems, horizontal approaches (connected devices communicate directly together through the hardware infrastructure) have to be encouraged. In this thesis work, we address the problem of the automatic deployment and configuration of distributed applications in these ambient environments. We propose mechanisms that allow, from a description of the environment, the selection and the configuraion of the hardware entities that will support the execution of applications. These mechanisms are encapsulated in a middleware based on the multi-agent paradigm. The different agents of the system cooperate in order to select the right hardware entities that respects the requirements and the constraints of the applications we want to deploy.

Depuis une vingtaine d'années, les développements dans les technologies de l'information ont fait évoluer les paradigmes de l'informatique. L'arrivée d'approches telles que l'informatique diffuse ont fait émerger de nouvelles technologies permettant d'améliorer la qualité des interactions avec les systèmes informatisés. Toutefois, la démocratisation de l'informatique diffuse et la mise en place des espaces intelligents rencontrent un bon nombre de problèmes. Le nombre important de composantes matérielles et logicielles et leurs natures hétérogènes contribuent à la complexité de déploiement et de gestion de ces milieux, entraînant des coûts élevés. Cette thèse vise à contribuer à la gestion logicielle des espaces intelligents par la réduction de la complexité des tâches de gestion. Notre proposition consiste en une approche autonome de la gestion logicielle, fondée sur l'approche de l'informatique diffuse autonome. Dans le cadre de ce travail, nous proposons une solution utilisant les informations contextuelles des milieux, afin de déterminer quelle répartition des logiciels parmi les appareils des milieux correspond le mieux au besoin des applications, des caractéristiques propres des environnements et, non le moindre, des modalités et préférences d’interaction des utilisateurs de ces milieux. La solution proposée a été implémentée et évaluée à l’aide d’une série de tests et de mises en situation d’organisation logicielle / Since two decades, the developments in the information technologies have changed the computer science paradigms. The arrival of new approaches such as the pervasive computing create new technologies, which improved the quality of the interactions with the I.T. systems, However, the broad utilization of the pervasive computing and the development of smart spaces are facing several challenges. The large number of hardware and software components and their heterogeneous natures, contributes to the complexity of deploying and managing these environments, resulting in high costs. This thesis contributes to the software management of the smart spaces by reducing the complexity of the management tasks. Our proposal consists of an autonomic approach to software management based on the autonomic pervasive computing. As part of this work, we propose a solution using the environment’s contextual information to determine the software distribution among the environment’s devices, which best fits the needs of the software, environments and the interaction modalities and preferences of the environment’s users. The proposed solution was implemented and evaluated using a series of tests and software organization scenarios

La creatividad es una habilidad de especial interés para el desarrollo humano dado que es una de las dimensiones que permite al individuo y en última instancia a la sociedad enfrentarse a nuevos problemas y retos de forma satisfactoria. Además de entender la creatividad como una serie de factores relativos al individuo creativo, debe tenerse en cuenta que el grado de motivación intrínseca, el entorno y otros factores sociales pueden tener un efecto relevante sobre el desarrollo de esta importante habilidad, por lo que resulta de interés explorarla en el contexto de utilización de tecnologías de la información. En particular, dado que los procesos comunicativos, el intercambio de ideas y la interacción colaborativa entre individuos son un pilar fundamental en los procesos creativos, y también que en gran medida todas ellas son características mayormente facilitadas por las mesas interactivas, una de las principales contribuciones de esta tesis consiste precisamente en la exploración de la idoneidad de las superficies interactivas en tareas creativas colaborativas de construcción en estudiantes adolescentes. Partiendo del estudio realizado, que aporta evidencia empírica acerca de la adecuación de las superficies interactivas como tecnología de potencial para el fomento de la creatividad, esta tesis presenta AGORAS: un middleware para la construcción de ecosistemas de juegos 2D para mesas interactivas, y cuya idea final es entender actividades de aprendizaje más enriquecedoras como aquellas que permiten la propia creación de juegos y su posterior consumo. En el contexto de esta tesis también se ha desarrollado un toolkit básico para construcción de interfaces de usuario para superficies interactivas, se ha desarrollado un modelo de ecosistema basado en entidades que son simulables de acuerdo a leyes físicas; y se ha dotado al modelo de aproximación basada en reglas de comportamiento enriquecidas con expresiones dataflows y de su correspondiente editor para superficies. / Catalá Bolós, A. (2012). AGORAS: Augmented Generation of Reactive Ambients on Surfaces. Towards educational places for action, discussion and reflection to support creative learning on interactive surfaces [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/16695

Los sistemas multi-agente (SMA) son sistemas distribuidos donde entidades autónomas llamadas agentes, ya sean humanos o software, persiguen sus propios objetivos. El paradigma de SMA ha sido propuesto como la aproximación de modelo apropiada para aplicaciones como el comercio electrónico, los sistemas multi-robot, aplicaciones de seguridad, etc. En la comunidad de SMA, la visión de sistemas multi-agente abiertos, donde agentes heterogéneos pueden entrar y salir del sistema dinámicamente, ha cobrado fuerza como paradigma de modelado debido a su relación conceptual con tecnologías como la Web, la computación grid, y las organizaciones virtuales. Debido a la heterogeneidad de los agentes, y al hecho de dirigirse por sus propios objetivos, el conflicto es un fenómeno candidato a aparecer en los sistemas multi-agente. En los últimos años, el término tecnologías del acuerdo ha sido usado para referirse a todos aquellos mecanismos que, directa o indirectamente, promueven la resolución de conflictos en sistemas computacionales como los sistemas multi-agente. Entre las tecnologías del acuerdo, la negociación automática ha sido propuesta como uno de los mecanismos clave en la resolución de conflictos debido a su uso análogo en la resolución de conflictos entre humanos. La negociación automática consiste en el intercambio automático de propuestas llevado a cabo por agentes software en nombre de sus usuarios. El objetivo final es conseguir un acuerdo con todas las partes involucradas. Pese a haber sido estudiada por la Inteligencia Artificial durante años, distintos problemas todavía no han sido resueltos por la comunidad científica todavía. El principal objetivo de esta tesis es proponer modelos de negociación para escenarios complejos donde la complejidad deriva de (1) las limitaciones computacionales o (ii) la necesidad de representar las preferencias de múltiples individuos. En la primera parte de esta tesis proponemos un modelo de negociación bilateral para el problema de / Sánchez Anguix, V. (2013). Complex negotiations in multi-agent systems [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/21570