La Maison Intelligente est une résidence équipée de technologie informatique qui assiste ses habitants dans les situations diverses de la vie domestique en essayant de gérer de manière optimale leur confort et leur sécurité par action sur la maison. La détection des situations anormales est un des points essentiels d'un système de surveillance à domicile. Ces situations peuvent être détectées en analysant les primitives générées par les étages de traitement audio et par les capteurs de l'appartement. Par exemple, la détection de cris et de bruits sourds (chute d'un objet lourd) dans un intervalle de temps réduit permet d'inférer l'occurrence d'une chute. Le but des travaux de cette thèse est la réalisation d'un contrôleur intelligent relié à tous les périphériques de la maison et capable de réagir aux demandes de l'habitant (par commande vocale) et de reconnaître des situations à risque ou de détresse. Pour accomplir cet objectif, il est nécessaire de représenter formellement et raisonner sur des informa- tions, le plus souvent temporelles, à des niveaux d'abstraction différents. Le principal défi est le traitement de l'incertitude, de l'imprécision, et de l'incomplétude, qui caractérisent les informations dans ce domaine d'application. Par ailleurs, les décisions prises par le contrôleur doivent tenir compte du contexte dans lequel un ordre est donné, ce qui nous place dans l'informatique sensible au contexte. Le contexte est composé des informations de haut niveau telles que la localisation, l'activité en cours de réalisation, la période de la journée. Les recherches présentées dans ce manuscrit peuvent être divisées principalement en trois axes : la réalisation des méthodes d'inférence pour acquérir les informations du contexte (notamment, la localisation de l'habitant et l'activité en cours) à partir des informations incertaines, la représentation des connaissances sur l'environnement et les situations à risque, et finalement la prise de décision à partir des informations contextuelles. La dernière partie du manuscrit expose les résultats de la validation des méthodes proposées par des évaluations menées sur la plateforme expérimentale Domus.

L'essor de l'Internet et l'évolution des dispositifs communicants ont permis l'intégration du monde informatique et du monde réel, ouvrant ainsi la voie à de nouveaux types d'applications, tels que les applications ubiquitaires et pervasives. Ces applications doivent s'exécuter dans des contextes hétérogènes, distribués et ouverts qui sont en constante évolution. Dans de tels contextes, la disponibilité des services et des dispositifs, les préférences et la localisation des utilisateurs peuvent varier à tout moment pendant l'exécution des applications. La variabilité des contextes d'exécution fait que l'exécution d'une application dépend, par exemple, des services disponibles ou des dispositifs accessibles à l'exécution. En conséquence, l'architecture d'une telle application ne peut pas être connue statiquement à la conception, au développement ou au déploiement, ce qui impose de redéfinir ce qu'est une application dynamique : comment la concevoir, la développer, l'exécuter et la gérer à l'exécution. Dans cette thèse, nous proposons une approche dirigée par les modèles pour la conception, le développement et l'exécution d'applications dynamiques. Pour cela, nous avons défini un modèle de composants à services permettant d'introduire des propriétés de dynamisme au sein d'un modèle de composants. Ce modèle permet de définir une application en intention, par un ensemble de propriétés, de contraintes et de préférences de composition. Une application est ainsi spécifiée de façon abstraite ce qui permet de contrôler la composition graduelle de l'application lors de son développement et de son exécution. Notre approche vise à effacer la frontière entre les activités effectuées avant et pendant l'exécution des applications. Pour ce faire, le même modèle et les mêmes mécanismes de composition sont utilisés de la conception jusqu'à l'exécution des applications. A l'exécution, le processus de composition considère, en plus, les services disponibles dans la plate-forme d'exécution permettant la composition opportuniste des applications ; ainsi que la variabilité du contexte d'exécution permettant l'adaptation dynamique des compositions. Nous avons mis en oeuvre notre approche à travers le prototype nommé COMPASS, qui s'appuie sur les plates-formes CADSE pour la réalisation d'environnements logiciels de conception et de développement, et APAM pour la réalisation d'un environnement d'exécution d'applications à services dynamiques.

L'adaptation est aujourd'hui devenue un enjeu majeur en Génie Logiciel. Les ingénieurs sont en effet régulièrement confrontés à des demandes d'évolution qui peuvent prendre de nombreuses formes : mises à jour, nouvelles versions, besoins en nouvelles fonctionnalités, etc. Cette tendance est accrue par l'émergence de nouveaux domaines tels que l'informatique ubiquitaire ou le cloud computing qui exigent des changements dynamiques dans des environnements en constante évolution. Ainsi, dans ces domaines, les ressources sont souvent élastiques, volatiles et hétérogènes. Cette thèse s'intéresse en particulier à la conception et à l'exécution d'applications distribuées composées d'entités hétérogènes et qui nécessitent d'être adaptées durant l'exécution. Notre approche s'appuie sur les modèles à composant orientés service et sur les styles d'architectures SOA et REST. Nous proposons un framework, nommé RoSe, qui permet l'import de ressources distantes dans un framework à composant orienté service et l'export de service locaux. RoSe permet aux développeurs et aux administrateurs de gérer la distribution des applications de manière totalement indépendante et dynamique grâce à un langage de configuration et d'une API dite fluent. Le framework lui-même est modulaire et flexible et supporte l'ajout et le retrait de composants durant l'exécution. L'implantation de RoSe est hébergée au sein du projet OW2 Chameleon et est aujourd'hui utilisée dans plusieurs projets industriels et académiques.

Cette thèse est une thèse CIFRE entre le LORIA et la société MEDETIC et porte sur la conception des systèmes de télésurveillance pour le maintien à domicile des personnes âgées. Le système est conçu aux personnes âgées qui veulent passer leur vieillesse dans leur propre maison, à cause de son potentiel pour augmenter l'indépendance et la qualité de la vie. Cela profiterait non seulement aux personnes âgées qui veulent vivre dans leur propre maison, mais aussi le système de santé publique en coupant des prix de façon significative. Mis à part la conception d'une architecture de télésurveillance " Vill'Âge® "basée sur des réseaux de capteurs hétérogènes (Domotique, IEEE802.15.4/Zigbee, Wifi, Bluetooth), la thèse a contribué essentiellement sur la proposition d'un protocole de clustering et de routage dans le réseau de capteurs sans fil avec une approche de la logique floue, et d'un middleware pour la collecte et le traitement des données des capteurs avec la gestion de la qualité de service comme particularité. Une première plateforme de test à été développée à Colmar (MEDETIC) et une seconde, plus complète et fait suite de cette thèse, est en cours de développement au LORIA (http://infositu.loria.fr/). Nous avons participé dans le concours de ministère de l'Enseignement supérieur et de la recherche avec un projet intitulé MPIGate: " Multi Protocol Interface and GATEway for Telecare, Environment Monitoring and Control " et nous avons gagné le prix de ce concours au niveau d'émergence.

L'émergence des nouvelles technologies a fait évoluer l'usage de ces technologies dans la perspective d'accéder aux différents systèmes qui prennent place dans notre vie quotidienne à n'importe quel endroit et à tout moment. En effet, la démocratisation des dispositifs et l'évolution des technologies mobiles ont bouleversé la manière dont on utilise ces systèmes dans un environnement pervasif. Dans le cadre de l'entreprise, ces nouvelles technologies ont élargi les frontières des Systèmes d'Information (SI) bien au-delà des frontières physiques de l'organisation. Les directeurs des Systèmes d'Information (DSI) sont ainsi confrontés à de nouveaux modes d'interaction entre le SI et son environnement. Les Systèmes d'Information sont ainsi confrontés à un environnement pour lequel ils n'ont pas été particulièrement conçus. Ces systèmes doivent maintenant faire face à un environnement pervasif, et à l'avenir, intégrer des éléments physiques ainsi que logiques et organisationnels. Nous assistons donc aujourd'hui à l'émergence d'une nouvelle génération de Systèmes d'Information: les " Systèmes d'Information Pervasifs " (SIP). Les Systèmes d'Information Pervasifs se veulent alors une réponse à cette importante évolution des SI. Par contre, ils se doivent de gérer l'hétérogénéité et le dynamisme de l'environnement de manière transparente afin de satisfaire au mieux les besoins des utilisateurs. Nous ainsi sommes face à un problème de conception et de réalisation d'un SIP répondant à tous les besoins de transparence, d'adaptation à l'environnement et d'adaptation à l'utilisateur d'un SIP. Or les SIP constituent aujourd'hui une nouvelle génération des SI qui est difficile à conceptualiser, avec peu de méthodes et de modèles disponibles. Ainsi, il devient essentiel de mettre en place un cadre plus formel permettant d'aider les concepteurs à mieux comprendre les SIP et surtout à mieux les maîtriser, tout en assurant la transparence nécessaire à ces systèmes. Dans ce travail de thèse, nous proposons une nouvelle vision intentionnelle et contextuelle des SIP. Cette nouvelle vision représente une vision centrée utilisateur d'un SIP transparent, non intrusif et compréhensible à l'utilisateur. Elle se base sur l'orientation service, la sensibilité au contexte et sur une approche intentionnelle afin de résoudre les problèmes de transparence, d'adaptation à l'environnement et d'adaptation aux utilisateurs. Par la suite, nous proposons une solution plus globale pour concrétiser cette vision intentionnelle et contextuelle des SIP. Nous proposons un cadre conceptuel des SIP décrivant et formalisant l'ensemble de ses éléments afin d'aider la DSI dans sa conception du système. Nous proposons ensuite des mécanismes de découverte et de prédiction de services qui sont intégrés dans une architecture de gestionnaire de SIP qui est conforme à ce cadre conceptuel. Finalement, nous proposons une démarche méthodologique de conception et de réalisation d'un SIP qui supporte le passage entre le cadre conceptuel et l'implémentation de l'architecture proposée.

Avec l'apparition des paradigmes de l'intelligence ambiante et de la robotique ubiquitaire, on assiste à l'émergence de nouveaux systèmes intelligents ambiants visant à créer et gérer des environnements ou écosystèmes intelligents d'une façon intuitive et transparente. Ces environnements sont des espaces intelligents caractérisés notamment par l'ouverture, l'hétérogénéité, l'incertitude et la dynamicité des entités qui les constituent. Ces caractéristiques soulèvent ainsi des défis scientifiques considérables pour la conception et la mise en œuvre d'un système intelligent adéquat. Ces défis sont principalement au nombre de cinq : l'abstraction de la représentation des entités hétérogènes, la gestion des incertitudes, la réactivité aux événements, la sensibilité au contexte et l'auto-adaptation face aux changements imprévisibles qui se produisent dans l'environnement ambiant. L'approche par composition dynamique de services constitue l'une des réponses prometteuses à ces défis. Dans cette thèse, nous proposons un système intelligent capable d'effectuer une composition dynamique de services en tenant compte, d'une part, du contexte d'utilisation et des diverses fonctionnalités offertes par les services disponibles dans un environnement ambiant et d'autre part, des besoins variables exprimés par les utilisateurs. Ce système est construit suivant un modèle multicouche, adaptatif et réactif aux événements. Il repose aussi sur l'emploi d'un modèle de connaissances expressif permettant une ouverture plus large vers les différentes entités de l'environnement ambiant notamment : les dispositifs, les services, les événements, le contexte et les utilisateurs. Ce système intègre également un modèle de découverte et de classification de services afin de localiser et de préparer sémantiquement les services nécessaires à la composition de services. Cette composition est réalisée d'une façon automatique et dynamique en deux phases principales: la phase offline et la phase online. Dans la phase offline, un graphe global reliant tous les services abstraits disponibles est généré automatiquement en se basant sur des règles de décision sur les entrées et les sorties des services. Dans la phase online, des sous-graphes sont extraits automatiquement à partir du graphe global selon les tâches à réaliser qui sont déclenchées par des événements qui surviennent dans l'environnement ambiant. Les sous-graphes ainsi obtenus sont exécutés suivant un modèle de sélection et de monitoring de services pour tenir compte du contexte d'utilisation et garantir une meilleure qualité de service. Les différents modèles proposés ont été mis en œuvre et validés sur la plateforme ubiquitaire d'expérimentation du laboratoire LISSI à partir de plusieurs scénarii d'assistance et de maintien de personnes à domicile / With the appearance of the paradigms of the ambient intelligence and ubiquitaire robotics, we attend the emergence of new ambient intelligent systems to create and manage environments or intelligent ecosystems in a intuitive and transparent way. These environments are intelligent spaces characterized in particular by the opening, the heterogeneousness, the uncertainty and the dynamicité of the entities which establish(constitute) them. These characteristics so lift(raise) considerable scientific challenges for the conception(design) and the implementation of an adequate intelligent system. These challenges are mainly among five: the abstraction of the representation of the heterogeneous entities, the management of the uncertainties, the reactivity in the events, the sensibility in the context and the auto-adaptation

La thèse concerne le rôle joué par le contexte dans l'accès au Web de données depuis les dispositifs mobiles. Le travail analyse ce problème de deux points de vue distincts: adapter au contexte la présentation de données liées, et protéger l'accès aux bases des donnés RDF depuis les dispositifs mobiles. La première contribution est PRISSMA, un moteur de rendu RDF qui étend Fresnel avec la sélection de la meilleure représentation pour le contexte physique ou on se trouve. Cette opération est effectuée par un algorithme de recherche de sous-graphes tolérant aux erreurs basé sur la notion de distance d'édition sur les graphes. L'algorithme considère les différences entre les descriptions de contexte et le contexte détecté par les capteurs, supporte des dimensions de contexte hétérogènes et est exécuté sur le client pour ne pas révéler des informations privées. La deuxième contribution concerne le système de contrôle d'accès Shi3ld. Shi3ld supporte tous les triple stores et il ne nécessite pas de les modifier. Il utilise exclusivement les langages du Web sémantique, et il n'ajoute pas des nouveaux langages de définition de règles d'accès, y compris des analyseurs syntaxiques et des procédures de validation. Shi3ld offre une protection jusqu'au niveau des triplets. La thèse décrit les modèles, algorithmes et prototypes de PRISSMA et de Shi3ld. Des expériences montrent la validité des résultats de PRISSMA ainsi que les performances au niveau de mémoire et de temps de réponse. Le module de contrôle d'accès Shi3ld a été testé avec différents triple stores, avec et sans moteur SPARQL. Les résultats montrent l'impact sur le temps de réponse et démontrent la faisabilité de l'approche.

La complexité croissante des systèmes d'information modernes a motivé l'apparition de nouveaux paradigmes (objets, composants, services, etc), permettant de mieux appréhender et maîtriser la masse critique de leurs fonctionnalités. Ces systèmes sont construits de façon modulaire et adaptable afin de minimiser les temps d'arrêts dus aux évolutions ou à la maintenance de ceux-ci. Afin de garantir des propriétés non fonctionnelles (par ex. maintien du temps de réponse malgré un nombre croissant de requêtes), ces systèmes sont également amenés à être distribués sur différentes ressources de calcul (grilles). Outre l'apport en puissance de calcul, la distribution peut également intervenir pour distribuer une tâche sur des nœuds aux propriétés spécifiques. C'est le cas dans le cas des terminaux mobiles proches des utilisateurs ou encore des objets et capteurs connectés proches physiquement du contexte de mesure. L'adaptation d'un système et de ses ressources nécessite cependant une connaissance de son état courant afin d'adapter son architecture et sa topologie aux nouveaux besoins. Un nouvel état doit ensuite être propagé à l'ensemble des nœuds de calcul. Le maintien de la cohérence et le partage de cet état est rendu particulièrement difficile à cause des connexions sporadiques inhérentes à la distribution, pouvant amener des sous-systèmes à diverger. En réponse à ces défi scientifiques, cette thèse propose une abstraction de conception et de déploiement pour systèmes distribués dynamiquement adaptables, grâce au principe du Model@Runtime. Cette approche propose la construction d'une couche de réflexion distribuée qui permet la manipulation abstraite de systèmes répartis sur des nœuds hétérogènes. En outre, cette contribution introduit dans la modélisation des systèmes adaptables la notion de cohérence variable, permettant ainsi de capturer la divergence des nœuds de calcul dans leur propre conception. Cette couche de réflexion, désormais cohérente "à terme", permet d'envisager la construction de systèmes adaptatifs hétérogènes, regroupant des nœuds mobiles et embarqués dont la connectivité peut être intermittente. Cette contribution a été concrétisée par un projet nommé ''Kevoree'' dont la validation démontre l'applicabilité de l'approche proposée pour des cas d'usages aussi hétérogènes qu'un réseau de capteurs ou une flotte de terminaux mobiles.

Simplifier notre interaction avec les entités informatiques interconnectées de notre environnement et faciliter l'exploitation des informations générées par celles-ci est l'objectif des environnements et des applications ubiquitaires. Le comportement des applications ubiquitaires dépend de l'état et de la disponibilité des entités (logiciels ou dispositifs) qui composent l'environnement ubiquitaire dans lequel elles évoluent, ainsi que des préférences et localisations des utilisateurs. Développer et exécuter des applications ubiquitaires est un véritable défi que notre approche essaie de relever au travers de l'environnement d'exécution ApAM. Considérant que l'environnement d'exécution est imprévisible, nous partons du principe qu'une application ubiquitaire doit disposer d'une grande flexibilité dans le choix de ses composants et que cette composition doit être automatique. Nous proposons une description abstraite et implicite de la composition (où les composants et les liens entre eux ne sont pas décrits explicitement), ce qui permet de construire l'application incrémentalement pendant la phase d'exécution. La plate-forme d'exécution ApAM implémente ces mécanismes de composition incrémentale et s'en sert pour conférer aux applications ubiquitaires la capacité de " résister " et de s'adapter aux changements imprévisibles de l'environnement d'exécution. Cette propriété dite de résilience est au coeur de notre approche car elle permet aux programmeurs de développer " simplement " des applications " résilientes " sans avoir à décrire les diverses adaptations à réaliser et même sans connaître toutes les perturbations de l'environnement auxquelles elles seront soumises. Notre proposition offre le moyen de développer et d'exécuter des applications ayant un haut niveau de résilience vis-à-vis des évolutions de leur contexte d'exécution, grâce à des mécanismes automatiques capables de construire et de modifier à l'exécution l'architecture logicielle des applications ubiquitaire. Les mécanismes fournis sont génériques mais peuvent être étendus et spécialisés pour s'adapter plus finement à certaines applications ou à des domaines métiers spécifiques.

Les systèmes d'information mobiles et ambiants liés à la localisation et à la navigation évoluent progressivement vers des environnements à petite échelle. La nouvelle frontière scientifique et technologique concernent les applications qui assistent les utilisateurs dans leurs déplacements et activités au sein d'espaces bâtis dits "indoor" (e.g., aéroports, musées, bâtiments). La recherche présentée par cette thèse développe une représentation de données spatiales d'un environnement "indoor" qui tient compte des dimensions contextuelles centrées sur l'utilisateur et aborde les enjeux de gestion de données mobiles. Un modèle de données "indoor" hiérarchique et sensible au contexte est proposé. Ce modèle intègre différentes dimensions du contexte en plus de la localisation des entités concernées, telles que le temps et les profils des utilisateurs. Ce modèle est basé sur une structure arborescente dans laquelle l'information spatiale est représentée à différents niveaux d'abstraction. Cette conception hiérarchique favorise un traitement adaptatif et efficace des Requêtes Dépendantes de la Localisation (RDL) qui sont considérées comme des éléments clés pour le développement des différentes catégories de services de géolocalisation sensibles au contexte. Un langage de requêtes continues est développé et illustré par des exemples de requêtes RDL. Ce langage exploite le concept des granules spatiaux, et permet de représenter les requêtes continues et dépendantes de la localisation en prenant compte des préférences de l'utilisateur au moment de l'exécution. Cette approche de modélisation est complétée par le développement d'une architecture générique pour le traitement continu des requêtes RDL et par la conception et la mise en œuvre de plusieurs algorithmes qui permettent un traitement efficace des requêtes dépendantes de la localisation sur des objets mobiles en "indoor". Plusieurs algorithmes de traitement continu des requêtes de recherche de chemin hiérarchique et des requêtes de zone appliquées à des objets statiques et/ou en mouvement sont présentés. Ces algorithmes utilisent une approche hiérarchique et incrémentale afin d'exécuter efficacement les requêtes RDL continues. Un prototype encapsulant le modèle de données hiérarchique, les opérateurs et les contraintes introduits dans le langage de requête ainsi que les différents algorithmes et méthodes pour la manipulation de requêtes RDL a été développé comme une extension du SGBD Open Source PostgreSQL. Une étude expérimentale des solutions développées a été menée pour étudier la performance et le passage à l'échelle à l'égard des propriétés intrinsèques des solutions proposées.