Aujourd'hui, les environnements ubiquitaires font partie de notre vie quotidienne. À la maison, au travail, dans les voitures, dans les hôtels, les supermarchés et autres espaces publiques, nous rencontrons des technologies qui visent à rendre notre vie plus simple et plus facile d'une façon transparente. Durant ces dernières années, le potentiel de ces environnements a été de plus en plus exploité, notamment avec l'avènement et l'utilisation généralisée des smartphones. Ce type de dispositifs permet l'exécution d'applications qui ont la capacité de s'adapter parfaitement à l'état courant de l'environnement. De telles applications, appelées "applications sensibles au contexte", bénéficient de l'information du contexte et des services qui sont présents dans leur environnement pour améliorer et changer automatiquement leur comportement. Toutefois, ces adaptations nécessitent une intégration d'informations qui doit être effectuée en tenant compte de l'hétérogénéité en termes de dispositifs, de plateformes d'exécution, et de protocoles de communication ainsi que la mobilité des applications de sorte que les différentes responsabilités de l'adaptation peuvent être distribuées. Pour faire face à ces défis, et compte tenu des limitations des solutions existantes, nous fournissons deux contributions majeures dans cette dissertation. Tout d'abord nous introduisons l'intergiciel SPACES comme une solution d'intégration des informations contextuelles et ensuite nous définissons le paradigme de "boucles de contrôle ubiquitaires" pour adapter les applications sensibles au contexte. En particulier, dans SPACES, nous définissons un méta-modèle inspiré du style architectural REST (REpresentational State Transfer) pour favoriser l'échange des informations contextuelles en tant que ressources, ce qui représente le fondement de notre approche. Ensuite, nous définissons les connecteurs SPACES pour modulariser les différents concepts et préoccupations identifiés par le méta-modèle. Ces connecteurs sont conçus en utilisant les principes de la programmation orientée composant et ils sont incorporés dans le modèle Service Component Architecture (SCA) pour être utilisés dans différents types d'applications, et ainsi indépendamment des applications sensibles au contexte. Grâce à la définition de SPACES, nous sommes en mesure d'élaborer la seconde contribution de la dissertation--i.e., les boucles de contrôle ubiquitaires. Inspiré par les concepts de l'informatique autonome, les boucles de contrôle offre la flexibilité nécessaire pour intégrer de nouveaux participants dans le processus d'adaptation (par exemple, des applications sensibles au contexte, des services et des systèmes existants) tout en fournissant un support pour la mobilité et l'intégration de nouveaux mécanismes de communication en cas de besoin. Dans le noyau des boucles de contrôle ubiquitaires--i.e., la prise de décision-- nous employons des techniques de programmation par contraintes pour optimiser la configuration courante de l'application en intégrant des critères qui garantissent une meilleure expérience à l'utilisateur final, tels que les coûts associés à l'adaptation, les ressources consommées ou encore la qualité de service offerte par la nouvelle configuration. Enfin, nous validons notre proposition avec trois études de cas: Tout d'abord une politique de Caching or Off-Loading, dans laquelle le comportement de l'application est modifiée lors de l'exécution, ensuite TRACK.ME, une plateforme pour effectuer des expérimentations scientifiques et enfin DIGIHOME, une plateforme pour la création des maisons intelligentes. Ces scénarios démontrent la pertinence de notre approche lorsque différents types de dispositifs, des protocoles et des technologies de mise en œuvre sont impliqués dans le processus d'adaptation.

The thesis examines how current mobile operating systems support context-aware applications and investigates the methods of mobile application debugging. The thesis points out what kind of problems need to be solved during debugging of context-aware applications. The primary goal of the thesis is to propose a debugging method which takes context information into account and to implement this method. The thesis contains a real world use case to demonstrate the proposed method.

By combining context awareness and analytical based relevance computing software, the proposed Augmentative and Alternative Communication (AAC) framework aims provide a foundation to create communication systems to dramatically increase the words available to AAC users. The framework will allow the lexicon available to the user to be dynamically updated by varying sources and to promote words based on contextual relevance. This level of customization enables the development of highly customizable AAC devices that evolve with use to become more personal while also broadening the expressiveness of the user. In order to maximize the efficient creation of conversation for AAC users, the framework provides a lexicon with the ability to obtain words from multiple sources which are then organized according to relevance in a situational context.

En informatique ubiquitaire, l'observation du monde physique et de son "contexte" (une représentation haut niveau de la situation physique) est essentielle. Il existe de nombreux moyens pour observer le contexte. Typiquement, cela consiste en un traitement en plusieurs étapes commençant par la récupération de données brutes issues de capteurs. Diverses technologies de capteurs sont utilisées pour la récupération d'informations de bas niveau sur les activités physiques en cours. Ces données sont ensuite rassemblées, analysées et traitées ailleurs dans les systèmes d'information afin d'offrir une reconnaissance de contexte. Les applications déployées réagissent alors en fonction du contexte/de la situation détecté(e). Parmis les capteurs utilisés, les tags RFID, une technologie émergente, permettent de créer un lien virtuel direct entre les objets physiques et les systèmes d'information. En plus de stocker des identifiants, ils offrent un espace mémoire générique aux objets auxquels ils sont attachés, offrant de nouvelles possibilités d'architectures en informatique omniprésente. Dans cette thèse, nous proposons une approche originale tirant parti de l'espace mémoire offerts aux objets réels par les tags RFID. Dans notre approche, les objets supportent directement le système d'information. Ce type d'intégration permet de réduire les communications requises par le traitement à distance. Pour ce faire, des données sémantiques sont tout d'abord attachées aux objets afin de les rendre auto-descriptifs. Ainsi, les données pertinentes concernant une entité physique sont directement disponibles pour un traitement local. Les objets peuvent ensuite être liés virtuellement grâce à des structures de données dédiées ou ad hoc et distribuées sur les objets eux-mêmes. Ce faisant, le traitement des données peut se faire de façon directe. Par exemple, certaines propriétés peuvent être vérifiées localement sur un ensemble d'objets. Une relation physique peut être déduite directement de la structure de données, d'où le nom de "structures de données tangibles". Vis-à-vis des approches conventionnelles tirant parti des identifiants, notre approche offrent des avantages en termes de vie privée, de mise à l'échelle, d'autonomie et d'indépendance vis-à-vis des infrastructures. Le défi se situe au niveau de son expressivité limitée à cause du faible espace mémoire disponible sur les tags RFID. Les principes sont validés dans deux prototypes aux applications différentes. Le premier prototype est développé dans le domaine de la gestion de déchets afin d'aider le tri et d'améliorer le recyclage. Le deuxième offre des services supplémentaires, tels qu'une assistance lors du montage et de la vérification d'objets composés de plusieurs parties, grâce aux structures de données distribuées sur les différentes parties. / Pervasive computing or ambient computing aims to integrate information systems into the environment, in a manner as transparent as possible to the users. It allows the information systems to be tightly coupled with the physical activities within the environment. Everyday used objects, along with their environment, are made smarter with the use of embedded computing, sensors etc. and also have the ability to communicate among themselves. In pervasive computing, it is necessary to sense the real physical world and to perceive its “context” ; a high level representation of the physical situation. There are various ways to derive the context. Typically, the approach is a multi-step process which begins with sensing. Various sensing technologies are used to capture low level information of the physical activities, which are then aggregated, analyzed and computed elsewhere in the information systems, to become aware of the context. Deployed applications then react, depending on the context situation. Among sensors, RFID is an important emerging technology which allows a direct digital link between information systems and physical objects. Besides storing identification data, RFID also provides a general purpose storage space on objects, enabling new architectures for pervasive computing. In this thesis, we defend an original approach adopting the later use of RFID i.e. a digital memory integrated to real objects. The approach uses the principle where the objects self-support information systems. This way of integration reduces the need of communication for remote processing. The principle is realized in two ways. First, objects are piggybacked with semantic information, related to itself ; as self-describing objects. Hence, relevant information associated with the physical entities are readily available locally for processing. Second, group of related objects are digitally linked using dedicated or ad-hoc data structure, distributed over the objects. Hence, it would allow direct data processing - like validating some property involving the objects in proximity. This property of physical relation among objects can be interpreted digitally from the data structure ; this justifies the appellation “Tangible Data Structures”. Unlike the conventional method of using identifiers, our approach has arguments on its benefits in terms of privacy, scalability, autonomy and reduced dependency with respect to infrastructure. But its challenge lies in the expressivity due to limited memory space available in the tags. The principles are validated by prototyping in two different application domains. The first application is developed for waste management domain that helps in efficient sorting and better recycling. And the second, provides added services like assistance while assembling and verification for composite objects, using the distributed data structure across the individual pieces.

Research that involves human-beings depends on the data collection. As technology solutions become popular in the context of healthcare, researchers highlight the need for monitoring and caring patients in situ. Human Activity Recognition (HAR) is a research field that combines two areas: Ubiquitous Computing and Artificial Intelligence. HAR is daily applied in several service sectors including military, security (surveillance), health and entertainment. A HAR system aims to identify and recognize the activities and actions a user performs, in real time or not. Ambient sensors (e.g. cameras) and wearable devices (e.g. smartwatches) collect information about users and their context (e.g. localization, time, companions). This data is processed by machine learning algorithms that extract information and classify the corresponding activity. Although there are several works in the literature related to HAR systems, most studies focusing on elderly users are limited and do not use, as ground truth, data collected from elder volunteers. Databases and sensors reported in the literature are geared towards a generic audience, which leads to loss in accuracy and robustness when targeted at a specific audience. Considering this gap, this work presents a Human Activity Recognition system and corresponding database focusing on the elderly, raising requirements and guidelines for supportive HAR system and the selection of sensor devices. The system evaluation was carried out checking the accuracy of the activity recognition process, defining the best statistical features and classification algorithms for the Elderly Activity Recognition System (EARS). The results suggest that EARS is a promising supportive technology for the elderly, having an accuracy of 98.37% with KNN (k = 1). / Pesquisas e serviços no campo da saúde se valem da coleta, em tempo real ou não, de dados de ordem física, psicológica, sentimental, comportamental, entre outras, de pacientes ou participantes em experimentos: o objetivo é melhorar tratamentos e procedimentos. As soluções tecnológicas estão se tornando populares no contexto da saúde, pesquisadores da área de saúde destacam a necessidade de monitoramento e cuidado dos pacientes in situ. O campo de pesquisa de Reconhecimento de Atividade Humana (sigla em inglês HAR, Human Activity Recognition) envolve as áreas de computação ubíqua e de inteligência artificial, sendo aplicado nos mais diversos domínios. Com o uso de sensores como câmeras, microfones e acelerômetros, entre outros, um sistema HAR tem por tarefa identificar as atividades que uma pessoa realiza em um determinado momento. As informações coletadas pelos sensores e os dados do usuário são processados por algoritmos de aprendizado de máquina para identificar a atividade humana realizada. Apesar de existirem vários trabalhos na literatura de sistemas HAR, poucos são voltados para o público ancião. Bases de dados e sensores reportados em trabalhos relacionados são voltadas para um público genérico, perdendo precisão e robustez quando se trata de um público específico. Diante dessa lacuna, este trabalho propõe um sistema de Reconhecimento de Atividade Humana voltado para o idoso, levantando requisitos para o sistema HAR assistido e selecionando os dispositivos sensores. Um banco de dados HAR com dados coletados de voluntários mais velhos também é fornecido e disponibilizado. A avaliação do sistema foi realizada verificando a acurácia do processo de reconhecimento da atividade, definindo as melhores características estatísticas e algoritmos de classificação para o sistema de reconhecimento de atividades do idoso. Os resultados sugerem que esse sistema é uma tecnologia de suporte promissora para idosos, tendo uma acurácia de 98.37% com KNN (k = 1).

O trabalho apresentado nesta dissertação trata do desenvolvimento de um mecanismo para adaptação automática de ví?deo MPEG-4 ao vivo, de modo a atender as necessidades ou capacidades atuais de usuários e do sistema. Um dos desafios dessa área é capturar e representar as informações necessárias para realizar a adaptação. Assim, utilizando técnicas da área de computação ciente de contexto, foi desenvolvido um modelo extensível para representação de dispositivos. Também foram desenvolvidos métodos automáticos e semi-automáticos para capturar as informações necessárias. Neste trabalho foi adotado o modelo de recodificação de vídeo, o qual pode gerar atrasos que inviabilizam a adaptação de vídeo ao vivo em aplicações interativas. Assim, este trabalho realizou uma avaliação do impacto causado pela recodificação no atraso total, fim-a-fim, percebido pelo usuário. / This work presents the development of a mechanism to automatically adapt MPEG-4 live video, in a way to response the actual necessities or capacities of users or systems. One of the challanges in this area is to capture and represent the information needed to adapting content. Thus, using context aware computing techniques, an extensible model has been developed, which can be used to represent devices. It has also been developed automatic and semi-automatic methods to capture the needed information. In this work, the transcoding model has been adopted, which may generate latency, making difficult to use transcoding with interactive applications. In this way, this work has evaluated the impact caused by the transcoding when compared to the end-to-end total delay perceived by the user.

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A população idosa mundial está crescendo e, com ela, o número de diagnósticos de doenças relacionadas à velhice como, por exemplo, declínios cognitivos também. Essas doenças costumam afetar a autonomia do idoso no seu lar, especialmente no que se refere à realização de atividades diárias. Com isso em vista, é preciso empregar cuidadores e serviços de saúde que acabam por implicar em altos custos. Nesse sentido, surge a necessidade de conceber sistemas robustos, automatizados, utilizáveis e de baixo custo para a assistência pessoal. A concepção desses sistemas faz menção à área de Ambientes de Vivência Assistida. Portanto, esta dissertação propõe uma abordagem que beneficia os sistemas para Ambientes de Vivência Assistida com a capacidade de prever ações humanas para a facilitação de atividades diárias, particularmente quando declínios cognitivos relacionados à elas ocorrerem. Nesse sentido, foi concebido um meta-modelo semântico para a geração de modelos conceituais de contexto e de comportamento, compostos pelas ações humanas. A partir disso, a previsão de ações (informação de suporte) é realizada por um mecanismo de predição e inferência composto por um modelo semântico probabilístico. A abordagem é demonstrada através de um estudo de caso cujo cenário representa uma situação de declínio cognitivo, enfrentada por um usuário, que impede a condução de uma atividade diária. Então, o mecanismo de predição e inferência, utilizando o modelo semântico probabilístico, prevê qual a ação mais adequada que facilite a conclusão da atividade. Essa previsão é avaliada para aferir o quão bem um usuário seria auxiliado, isto é, se a operação prevista foi por ele realizada. Para isso, foi utilizado um dataset relacionado ao cenário do estudo de caso e medidas de desempenho como a precisão, a revocação e a medida-F. Os resultados dessa avaliação se mostraram promissores sendo, em média, 69,5% para a precisão, 100% para a revocação e 81% para a medida-F. As principais contribuições deste trabalho dizem respeito ao meta-modelo semântico a partir do qual pesquisas na área deste trabalho podem utilizar para gerar modelos de comportamento, e ao modelo semântico probabilístico que realiza predição através de raciocínio incerto sobre os modelos de comportamento, propiciando decisões mais precisas para auxiliar usuários com declínio cognitivo. / The world’s elderly population is growing and, with it, the number of diagnoses of diseases related to old age, such as cognitive declines as well. These diseases usually affect the autonomy of the elderly in their home, especially when it comes to performing daily activities. With this in mind, it is necessary to employ caregivers and health services that end up implying high costs. In this sense, the need arises to design robust, automated, usable and low-cost systems for personal assistance. The design of these systems makes reference to the area of Ambient Assisted Living. Therefore, this dissertation proposes an approach that benefits the Ambient Assisted Living systems with the ability to predict human actions for the facilitation of daily activities, particularly when cognitive declines related to them occur. In this sense, a semantic meta-model was conceived for the generation of conceptual models of context and behavior, composed by human actions. From this, the prediction of actions (information of support) is realized by a mechanism of prediction and inference composed by a probabilistic semantic model. The approach is demonstrated through a case study whose scenario represents a situation of cognitive decline, faced by a user, that prevents the conduct of a daily activity. Then, the prediction and inference mechanism, using the probabilistic semantic model, predicts the most appropriate action that facilitates the conclusion of the activity. This forecast is evaluated to gauge how well a user would be assisted, that is, if the intended operation was performed by him. For this, a dataset related to the case study scenario and performance measures such as precision, recall, and F-measure were used. The results of this evaluation are promising, averaging 69.5% for precision, 100% for recall and 81% for F-measure. The main contributions of this work are related to the semantic meta-model from which research in the area of this work can be used to generate behavioral models, and to the probabilistic semantic model that performs prediction through uncertain reasoning over behavior models, providing better decisions to help users with cognitive decline.

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A computação ubíqua define que a computação deve estar presente em ambientes para auxiliar o usuário na realização de suas tarefas diárias de forma eficiente. Para que isto aconteça, sistemas considerados ubíquos devem ser conhecedores do contexto e devem adaptar seu funcionamento em relação aos contextos capturados do ambiente. Informações de contexto podem ser representadas de diversas formas em sistemas computacionais e pesquisas recentes demonstram que a representação destas informações baseada em ontologias apresenta vantagens importantes se comparada à outras soluções, destacando-se principalmente o alto nível de expressividade e a padronização de linguagens para a representação de ontologias. Informações consideradas específicas de domínio são frequentemente representadas em bancos de dados relacionais. Esta diferença em relação a modelos de representação, com o uso de ontologias para representação de contexto e representação relacional para informações de domínio, implica em uma série de problemas no que se refere à adaptação e distribuição de conteúdo em arquiteturas ubíquas. Dentre os principais problemas pode-se destacar a dificuldade de alinhamento entre as informações de domínio e de contexto, a dificuldade na distribuição destas informações entre arquiteturas ubíquas e as diferenças entre modelagens de contexto e de domínio (o conhecimento sobre os objetos do domínio). Este trabalho apresenta um framework de consulta entre informações de contexto e informações de domínio. Com a aplicação deste framework, a recuperação contextualizada de informações se tornou possível, utilizando a expressividade necessária para a modelagem de contexto através de ontologias e utilizando esquemas relacionais previamente definidos e utilizados por sistemas de informação. Para realizar a avaliação do framework, o mesmo foi aplicado em um ambiente baseado no cenário motivador de pesquisa, que descreve possíveis situações de utilização de tecnologias ubíquas. Através da aplicação do framework no cenário motivador, foi possível verificar que a proposta foi capaz de realizar a integração entre contexto e domínio e permitiu estender a filtragem de consultas relacionais. / Ubiquitous computing defines the computer must be present in environments to assist the user to perform their daily tasks efficiently. Thus, ubiquitous systems must be aware of the context and should adapt its operation in relation to the captured environment contexts. Context information can be represented in different ways in computer systems, and recent research shows that the representation of context in ontologies offers important advantages when compared to other solutions, in particular, the high level of expressiveness and the standardization of languages for representation of ontologies. Domain specific information is frequently maintained in relational databases. This difference of representation models, using ontologies for context representation and relational representation to domain information, involves a number of problems as the adjustment and distribution of content in ubiquitous architectures. Related problems include the difficulty of alignment between field and context information, the difficulty in the distribution of information between ubiquitous architectures, and differences between the context and domain modeling (knowledge about the domain objects). This PhD thesis presents a framework of query for context information and domain information. On applying this framework, contextualized information retrieval becomes possible using the expressiveness required for context modeling using ontologies, and using relational schemas previously defined and used by information systems. In order to evaluate the framework, it was applied in an environment based on the motivating scenario. It was possible to verify that the framework was able to accomplish the integration of context and domain, and allowed the extension of the filtering relational queries.