L'Internet des Objets (IoT) ainsi que le Edge Computing ont connu une croissance significative autant en termes de popularité que d'avancement technologique. La démocratisation des nouvelles technologies de communications à haut débit et le développement des plateformes infonuagiques modernes ont joué un rôle majeur dans l'adoption de l'IoT dans divers cas d'utilisation commerciaux. Parmi ces applications figurent la médecine, l'Industrie 4.0, ainsi que les centres de données, pour n'en citer que quelques-unes. Ces applications modernes de l'Internet des Objets se caractérisent par une importance particulière attribuée à la flexibilité, la résilience et la sécurité des systèmes. Les contextes mis en jeu présentent en effet d'importants défis et problématiques allant bien au-delà des enjeux logiciels traditionnels. Cela s'explique principalement par la nature critique des infrastructures et environnements mis en cause. Dans de tels contextes, une défaillance du système serait susceptible d'entraîner des conséquences financières désastreuses pour les entreprises et même une menace grave à la sécurité physique des usagers et opérateurs. Dans ce mémoire, nous explorons le potentiel et les possibilités qu'offrent des approches inspirées par les écosystèmes logiciels adjacents dans le but de répondre aux problématiques et défis présentés par l'évolution technologique de l'IoT. Des propositions sont finalement présentées visant l'objectif commun de réduire la complexité opérationnelle et d'assurer une résilience optimale de ces systèmes. Pour commencer, nous abordons la complexité de gestion et de développement des infrastructures IoT. Nous basons notre approche sur des concepts applicatifs et contextuels issus du domaine d'affaires du cas d'utilisation. Grâce au développement piloté par modèle (Model Driven Development), nous visons à combler l'écart technique entre les couches technologiques abstraites et les concepts concrets ou humains de l'application. Dans le contexte d'un système médical digital et distribué, nous présentons un langage spécifique au domaine (DSL) qui interface les composants technologiques complexes grâce à des modèles de domaine concrets et proches du cas d'utilisation identifié. Les schémas de modèles proposés se concentrent sur l'adoption d'une approche flexible et intuitive pour concevoir et mettre à l'échelle l'infrastructure en fonction des besoins de l'entreprise. En tirant parti de technologies Cloud-Native, telles que les conteneurs, Kubernetes et les communications événementielles, nous démontrons l'efficacité de cette approche dans le contexte de scénarios majeurs. La solution vise principalement à accroître la flexibilité du processus de développement et maintenance des systèmes IoT, tout en maintenant une résilience optimale. Le premier sujet d'intérêt sélectionné est celui des applications et composantes exécutées en périphérie (edge workloads) ainsi que l'intégration des dispositifs et appareils physiques avec l'infrastructure cloud du système. L'approche proposée se base sur l'utilisation de Kubernetes en tant que plateforme d'orchestration principale. Kubernetes est l'une des solutions les plus populaires pour la gestion des systèmes cloud modernes à grande échelle. L'outil offre plusieurs avantages en termes de flexibilité, de résilience et de sécurité. Pour permettre l'extension de Kubernetes aux environnements hors-cloud, nous proposons KubeEdge. KubeEdge permet l'intégration transparente des nœuds hors-cloud au cluster Kubernetes initial. Cela permet la planification de services dans le edge en émulant l'environnement cloud ainsi que ses mécanismes natifs de résilience et d'orchestration. En plus d'étendre la portée du cluster au edge, KubeEdge implémente plusieurs solutions de gestion des composantes physiques spécifiques à l'IoT. La solution proposée s'appuie sur des communications asynchrones via le protocole MQTT. Les communications événementielles permettent une meilleure flexibilité des environnements et processus synchronisés entre edge et cloud. Cette approche permet aussi d'atténuer les contraintes infrastructurelles et simplifie l'évolution et la maintenance des systèmes en permettant l'ajout ou la suppression de composants physiques avec fluidité. La deuxième partie de la thèse couvre l'analyse de données et l'exécution d'applications intelligentes dans le edge. L'IoT se caractérise par un immense volume de données générées. Ces données sont souvent exploitées dans le contexte de tâches d'analyse et d'applications intelligentes. Ce sujet introduit diverses contraintes et défis qui lui sont propres et qui varient au travers du cycle de vie des données collectées. Les deux principaux aspects considérés dans ce contexte sont d'abord, la complexité de gestion de larges volumes de données en termes d'efficacité de stockage et de coûts, puis l'optimisation et l'efficacité des processus de traitement et d'analyse applicatifs. Pour aborder ces problématiques, nous avons opté pour une distribution des charges de calcul et de stockage dans les couches périphériques. L'implémentation se concrétise principalement au travers d'instances InfluxDB et Telegraf dans les environnements edge. Ces composantes se connectent aux canaux d'événements du broker MQTT. Les métriques sont initialement stockées et traitées directement dans le edge et subissent diverses transformations et calculs tels qu'une normalisation, un sous-échantillonnage, un enrichissement, etc. Les données sortantes sont migrées périodiquement vers des volumes de stockage centralisés à l'échelle du cloud. Le traitement au niveau du edge permet de distribuer les volumes de stockage et de simplifier les processus analytiques devenus davantage modulaires et réplicables. De plus, la rétention temporaire des données en périphérie permet une stratégie de résilience native en cas de rupture de la connexion cloud-edge et simplifie la gestion de sauvegardes de secours. / The Internet of Things (IoT) and edge computing have seen significant growth in popularity and technical advancement. The democratization of high-speed communications and the development of modern cloud technologies, to name a few factors, have played a major role in the adoption of IoT for a variety of business applications. Some of these applications are healthcare, manufacturing (Industry 4.0), and data centers, to name a few. These modern applications of the Internet of Things are characterized by the importance of scalability, resilience, and security. These use cases present us with challenges and concerns that go far beyond traditional software systems due to the critical nature of some workloads. System failure in this context can lead to disastrous monetary consequences for businesses and even represent a safety threat for users and operators. In this research thesis, we explore the potential of leveraging and adapting approaches from adjacent software ecosystems to address IoT and Edge Computing specifications. The presented proposals have a common goal of reducing the complexity of operations and minimizing the challenges of IoT systems. To begin with, we address the complexity of defining and managing the IoT infrastructure by leveraging the contextual concepts relevant to the business use case. Through model-driven development, we bridge the technical gap between the system infrastructure and human operators. In the case study of a healthcare IoT system, we present a domain-specific language (DSL) that abstracts infrastructure-specific components behind models specific to the identified use case. The proposed model schemas focus on enabling a flexible and intuitive approach to designing and scaling the infrastructure according to business needs. By leveraging Cloud-Native technologies, such as containers, Kubernetes, and event-driven communications, we demonstrate the efficiency of the proposed approaches for some major scenarios to increase the flexibility and resilience of IoT systems. Furthermore, we discuss the challenges and potential limitations of the implementations presented and the technologies utilized. The first topic of interest identified revolves around the management of edge workloads and the integration of physical devices into the cloud system infrastructure. The proposed approach is based on the integration of Kubernetes as an orchestration platform for both cloud and edge workloads. Kubernetes is one of the most popular solutions for managing modern cloud systems at scale. It provides several benefits in terms of flexibility, resilience, and security. To enable the implementation of Kubernetes in the context of the edge environments, we propose KubeEdge as an extension to the cloud layer. KubeEdge enables the seamless integration of edge nodes into the basic Kubernetes cluster. This allows the scheduling of edge services similar to conventional containerized cloud applications, including the native Kubernetes resilience and orchestration mechanisms. In addition to extending the cluster to edge nodes, KubeEdge implements a solution to manage the connections, states, and commands of physical devices throughout the system. The proposed solution leverages asynchronous communications through the MQTT protocol. The event-driven approach improves the flexibility of the edge environments, mitigating its limitations, and improving the system's scalability by simplifying the addition or removal of physical components. The second part of the thesis covers the subject of data analysis through edge computing workloads. One of the main characteristics of the IoT is the large volume of data generated. These data are frequently used in the core analytic workloads of most IoT applications. This aspect of the use case introduces specific challenges divided through the stages of the data life cycle. The two main aspects considered for this topic are the handling of large volumes of data in terms of storage efficiency and costs, and the execution of processing and analysis workloads in terms of optimization and accuracy. To address these aspects, we provision part of the processing and storage workloads to the edge layers. The implementation is based on InfluxDB and Telegraf instances at the edge, which listen to specific data topics of the MQTT broker. The local data are stored and processed to apply common normalization and downsampling transformations. It is then periodically migrated to a centralized storage unit in the cloud layer. Through processing at the edge layer, we optimize storage costs in the cloud and simplify global analytic workloads. Furthermore, the temporary retention of data at the edge improves the resilience of the system in the event of a loss of edge-cloud connection.

Titre de l'écran-titre (visionné le 2 mai 2023) / Les objets connectés sont des technologies massivement appréciées par notre société. Souvent utilisés à des fins de loisirs, ils permettent aux personnes de mesurer et d'évaluer leurs capacités physiques, mentales et la qualité de leur mode vie de façon autonome. Les données collectées par ces technologies sont multiples et sont relatives au corps humain de la personne, comme le nombre de pas, le nombre de calories brûlées ou encore, le nombre d'heures de sommeil. Seulement, bien que révélatrices d'informations sur la santé des personnes, ce type de données n'est pas considéré par les législations européennes et canadiennes comme des données de santé, mais plutôt comme de simples données à caractère personnel. La doctrine leur attribue le nom de « donnée de bien-être », notion inexistante en droit positif. Néanmoins, apparaît depuis plusieurs années des discussions autour de la protection des données de bien-être. Doivent-elles être considérées comme des données de santé ? Sont-elles voisines de celles-ci ? Le régime de protection actuel est-il efficace ? L'objectif de ce mémoire est de se pencher sur ces questions et de trouver de nouvelles solutions à la protection des données de bien-être au regard du danger qu'elles représentent sur la vie privée des individus.

Le concept de ”Smart Cities” a émergé au cours des dernières années pour décrire comment les investissements dans le capital humain et social, et dans les technologies de la communication (TIC) infrastructures et services électroniques peuvent maintenir la croissance durable et la qualité de vie, par une gestion judicieuse des ressources naturelles et par un gouvernement participatif. Pour nous, Smart City est un environnement réel augmenté permettant l’informatique ubiquitaire, avec web 2.0, qui est collaborative, mobile et contextuelle, les acteurs humains, ainsi que des objets connectés faisant désormais partie intégrante de l’Internet. Dans le contexte de notre projet international France-Chine sur Smart City, nous avons utilisé une approche MOCOCO (Mobilité, Contextualisation, Collaboration) à mener des travaux de recherche avec de multiples applications dans des situations de travail professionnels et à domicile, des situations d’apprentissage mobile contextuelles, ainsi que des applications de Smart City sont prises en compte - le transport, la distribution des marchandises, et des activités sportives et culturelles. Cette thèse se concentre sur les services basés sur la localisation (LBS), et Internet des Objets (IdO), qui sont deux aspects importants de Smart City. Le choix de la Gestion Dynamique des Voies de Circulation comme une étude de cas dans cette thèse est également une bonne pratique d’intégration de nouvelles technologies pour rendre la ville plus intelligente et pour rendre notre vie plus confortable. Selon Schiller et Voisard (2004), les services basés sur la localisation peuvent ˆêtre définis comme des services qui intègrent l’emplacement ou la position d’un dispositif mobile avec d’autres informations afin de fournir une valeur ajoutée à un utilisateur. L’objectif est d’utiliser la mise en œuvre IdO pour améliorer LBS, fournissant l’intelligence ambiante et d’assurer la facilité d’utilisation pour usagers dans des situations dynamiques. L’aspect théorique de nos contributions est que nous examinons la possibilité et la faisabilité de l’utilisation de l’IdO pour augmenter LBS. L’architecture de l’IdO a une capacité d’intégrer divers objets, ce qui fournit à LBS une meilleure gestion des dispositifs de géolocalisation; l’intergiciel de l’IdO, capable de faire l’abstraction des objets et la composition de services, donne la possibilité de déployer des composants de service plus intelligents et personnalisés, ainsi peut améliorer l’intergiciel de LBS. L’aspect pratique de nos contributions est que nous avons choisi une problématique de gestion dynamique des voies comme une étude de cas, validant notre approche d’utiliser l’IdO pour augmenter LBS dans une application de Smart City. L’objectif du système de gestion dynamique des voies est d’assurer une meilleure utilisation de voie de circulation par l’allocation dynamique de voies à différents types de transport. Nous avons fourni l’architecture du système du point de vue de TIC, et un environnement de simulation pour valider la conception de la solution. Nous avons également développé une preuve de concept pour valider les aspects technologiques du système. L’environnement de simulation comprend un simulateur pour simuler la fonction du système et les comportements des véhicules, un éditeur de scénario, et un générateur de trafic en tant qu’outils d’initialisation. Différentes formes de visualisation de résultats de simulation sont également prises en compte. En outre, nous avons développé un outil d’évaluation basé sur la visualisation en 3D, qui permet l’interaction entre l’utilisateur et l’outil en temps réel, pour effectuer des tests d’utilisation comme l’étude des aspects IHM, puisque les facteurs humains devraient toujours être mis en premiers dans le contexte de Smart City. [...] / The concept of “Smart Cities” has emerged during the last few years to describe how investments in human and social capital and modern Information and Communication Technologies (ICT) infrastructure and e-services fuel sustainable growth and quality of life, enabled by a wise management of natural resources and through participative government. To us, Smart City is a real augmented environment allowing ubiquitous computing, with up-to-date web 2.0, which is collaborative, mobile and contextual, human actors as well as different things (connected objects) are now an integral part of internet. In the international France-China project on Smart City we used the MOCOCO approach (Mobility, Contextualization, Collaboration) to conduct research work with multiple applications in working, learning and social situations; professional and home working situations, professional and teenager contextual mobile learning situations as well as Smart City applications are taken into account – transportation, goods distribution and local sport and cultural activities. This dissertation focuses on Location Based Services, and Internet of Things, which are both important aspects of Smart City. The choice of dynamic management of road lanes as a case study in this thesis, is also a good practice of integrating new technologies to make the city smarter and to make our life more comfortable. According to Schiller and Voisard (2004), Location Based Services (LBS) can be defined as services that integrate a mobile device’s location or position with other information so as to provide added value to a user. During recent years, LBS has evolved from simple GIS applications and positioning of emergent phone callers to more complicated, proactive, application-oriented services adapted to different users. However, heterogeneity of devices, data management and analysis, and HCI aspects are always main challenges for LBS. Our goal is to make the LBS meet the requirements of Smart City, with use of Internet of Things (IoT), integrating a certain degree of ambient intelligence. The theoretical aspect of our contributions is that we examine at component level the possibility and feasibility of using IoT to better support LBS. The ability of IoT architecture of integrating various objects gives LBS a better management of location-aware devices; the sensors can also enrich the data source of LBS. The middleware of IoT, good at objects abstraction and service composition, provides possibilities to deploy more intelligent and customized service components, thus can enhance the middleware of LBS. The practical aspect of our contributions is that we choose a dynamic lane management problem as a use case study demonstrating our approach in regard to combining LBS with IoT for a Smart City application. The goal of the dynamic lane management system is to make a better use of road lanes by dynamic allocation of lanes to different types of transportation. We provide the system architecture, user interfaces and a simulation environment to validate the solution design. We also develop a proof of concept to validate the technological aspects of the lane management system. The simulation environment of the lane management system is another important part of our contributions, it includes a core simulator to simulate the function of the system and the behaviors of the vehicles, and an editor of scenario and a generator of traffic as initialization tools. Different visualization methods of simulation results are also taken into consideration. In addition, we develop an evaluation tool which allows for real time user interaction, based on the visualization of the results of the simulator to conduct user tests for HCI aspects, as human factors should always be considered in the context of Smart City. [...]

Comprendre le contexte ambiant d'une maison est essentiel pour pouvoir proposer à ses occupants des services adaptés à leurs situations de vie, et qui répondent donc à leurs besoins. Un exemple de tel service est un assistant de communication, qui pourrait par exemple informer les personnes hors de la maison à propos de la disponibilité des habitants de celle-ci pour communiquer. Pour implémenter un tel service, il est en effet nécessaire que la maison prenne en compte les situations de ses occupants, pour ensuite en déduire leurs disponibilités.Dans cette thèse, nous nous intéressons dans un premier temps à définir ce qu'est le contexte dans une maison. Nous défendons que l'activité des occupants est l'une des dimensions principales du contexte d'une maison, nécessaire à la mise en œuvre de systèmes sensibles au contexte. C'est pourquoi nous étudions dans un second temps le problème de la reconnaissance automatique d'activités humaines, à partir des données de capteurs ambiants installés dans la maison. Nous proposons une nouvelle approche d'apprentissage automatique supervisé basée sur les lieux de la maison, qui améliore à la fois les performances de reconnaissance correcte d'activités ainsi que les temps de calcul nécessaires, par rapport aux approches de l'état de l'art.Par ailleurs, ces services sensibles au contexte auront probablement besoin de pouvoir anticiper les situations futures de la maison. En particulier, ils doivent pouvoir anticiper les activités futures réalisées par les occupants. C'est pourquoi nous proposons un nouveau modèle de prédiction supervisée d'activités, basé sur des modèles de l'état de l'art. Nous introduisons un certain nombre d'extensions à ce modèle afin d'améliorer les performances de prédiction, en se basant sur des spécificités des environnements de maisons instrumentées.Enfin, nous nous intéressons à l'estimation de la disponibilité des occupants à communiquer, afin d'illustrer la faisabilité de notre exemple de service d'assistance à la communication. Nous suggérons que la disponibilité peut être inférée à partir des dimensions primaires du contexte, comme le lieu et l'activité (que l'on peut reconnaitre et prédire à l'aide de nos contributions précédentes), mais en prenant également en compte le correspondant initiant la communication, ainsi que la modalité utilisée. Nous discutons de l'impact de l'étape de reconnaissance d'activités sur l'estimation de la disponibilité.Nous évaluons expérimentalement ces contributions sur différents jeux de données de l'état de l'art, ainsi que sur un nouveau jeu de données d'activités et de disponibilités dans la maison que nous avons spécifiquement construit durant cette thèse : Orange4Home. À travers nos contributions à ces trois problèmes, nous démontrons l'implémentabilité d'un service d'assistance à la communication, pouvant conseiller des correspondants extérieurs sur les futures disponibilités des occupants de la maison. De manière plus générale, nous montrons comment des dimensions secondaires du contexte, comme la disponibilité, peuvent être inférées d'autres dimensions du contexte, comme l'activité. Il est donc essentiel pour qu'une maison devienne sensible au contexte, que celle-ci dispose de systèmes de reconnaissance et de prédiction d'activités les plus fiables possibles. / Understanding the context of a home is essential in order to provide services to occupants that fit their situations and thus fulfil their needs. One example of service that such a context-aware smart home could provide is that of a communication assistant, which can for example advise correspondents outside the home on the availability for communication of occupants. In order to implement such a service, it is indeed required that the home understands the situations of occupants, in order to derive their availability.In this thesis, we first propose a definition of context in homes. We argue that one of the primary context dimensions necessary for a system to be context-aware is the activity of occupants. As such, we then study the problem of recognizing activities, from ambient smart home sensors. We propose a new supervised place-based approach which both improves activity recognition accuracy as well as computing times compared to standard approaches.Smart home services, such as our communication assistance example, may often need to anticipate future situations. In particular, they need to anticipate future activities of occupants. Therefore, we design a new supervised activity prediction model, based on previous state-of-the-art work. We propose a number of extensions to improve prediction accuracy based on the specificities of smart home environments.Finally, we study the problem of inferring the availability of occupants for communication, in order to illustrate the feasibility of our communication assistant example. We argue that availability can be inferred from primary context dimensions such as place and activity (which can be recognized or predicted using our previous contributions), and by taking into consideration the correspondent initiating the communication as well as the modality of communication used. We discuss the impact of the activity recognition step on availability inference.We evaluate those contributions on various state-of-the-art datasets, as well as on a new dataset of activities and availabilities in homes which we constructed specifically for the purposes of this thesis: Orange4Home. Through our contributions to these 3 problems, we demonstrate the way in which an example context-aware communication assistance service can be implemented, which can advise on future availability for communication of occupants. More generally, we show how secondary context dimensions such as availability can be inferred from other context dimensions, in particular from activity. Highly accurate activity recognition and prediction are thus mandatory for a smart home to achieve context awareness.

Le réseau électrique a subi d’importantes évolutions ces dernières décennies, pour devenir ce qu’on appelle le Smart Grid. Le réseau électrique évolue actuellement d’une architecture centralisée vers une architecture décentralisée, tenant compte des consommations et sources d’énergies à caractère imprédictible et irrégulier. L’Advanced Metering Infrastructure est une architecture clé du Smart Grid qui permet des communications bidirectionnelles entre le consommateur et le fournisseur d’énergie. Les réseaux de compteurs intelligents qui constituent notamment cette architecture reposent communément sur des communications à courant porteur, une technologie qui est hautement sensible aux interférences. Malgré l’utilisation de protocoles de niveau 2 spécifiques, les technologies employées ne permettent pas de respecter les exigences de toutes les applications Smart grid. La plupart des technologies considérées pour les réseaux de compteurs intelligents sont de courte portée, chaque compteur ne peut communiquer directement avec le concentrateur. Les noeuds doivent collaborer entre eux, utilisant un protocole de routage tel que RPL pour atteindre la destination. Le but de cette thèse est d’adapter RPL à un environnement multi interfaces, et étudier comment l’hétérogénéité des interfaces peut améliorer la fiabilité et les performances d’un réseau de compteurs intelligents. / Since decades, the power grid is Under going a tremendous evolution, toward what is called the Smart Grid. The grid is actually evolving from a centralized architecture to a decentralized one, taking into account all the unpredictable sources and consumption. The Advanced Metering Infrastructure is the network dedicated to the Smart Grid that allows two-ways communications between the consumers and the energy providers. Smart Meters networks, that are part of this architecture, rely on powerline communications, a technology that is highly sensitive to interference. Despite dedicated layer 2 protocols, the employed technologies cannot fulfill most of smart grid applications requirements. The majority of smart meter network technology candidates are short range, each meter cannot reach the concentrator in one hop. Nodes need to collaborate, using a routing protocol like RPL to reach the destination. The goal of this thesis is to modify RPL to a multi interfaces environment, and study how interface heterogeneity could increase the reliability and the performance of a smart meter network.

De nouveaux protocoles ont été standardisés afin d'intégrer les réseaux de capteurs sans fil (WSN) dans l'Internet. Parmi eux, RPL pour la couche routage et IEEE 802.15.4 pour la couche MAC. L'objectif de cette thèse est d'améliorer ces protocoles en prenant compte des contraintes énergétiques des dispositifs du WSN. Tout d'abord, nous avons conçu une nouvelle méthode de diffusion dans la norme IEEE 802.15.4, afin d'assurer une livraison fiable des paquets de contrôle des couches supérieures. Ensuite, nous avons fourni une évaluation exhaustive de RPL, en soulignant un problème d'instabilité qui génère une surcharge d'énergie importante. Compte tenu que la durée de vie des WSN est très limitée, nous avons aussi proposé une nouvelle métrique de routage qui identifie les goulets d'étranglement énergétiques afin de maximiser la durée de vie du réseau. Enfin, en couplant cette mesure avec une version multiparent de RPL, nous avons résolu le problème d'instabilité souligné précédemment. / New protocols have been standardized in order to integrate Wireless Sensor Networks (WSN) in the Internet. Among them, the IEEE 802.15.4 MAC layer protocol, and RPL, the IPv6 Routing Protocol for Low-power and Lossy Networks. The goal of this thesis is to improve these protocols, considering the energy constraints of the devices that compose the WSN. First, we proposed a new MAC layer broadcast mechanism in IEEE 802.15.4, to ensure a reliable delivery of the control packets from the upper layers (especially from RPL). Then, we provided an exhaustive evaluation of RPL and highlighted an instability problem. This instability generates a large overhead, consuming a lot of energy. Since the lifetime of WSN is very limited, we proposed a new routing metric that identifies the energy bottlenecks and maximizes the lifetime of the network. Finally, by coupling this metric with a multipath version of RPL, we are able to solve the instability problem previously highlighted.

Dans les prochaines années, l’Internet des objets (IoT) constituera l’une des applications générant le plus de données. Actuellement, les données de l’IoT sont stockées dans le Cloud. Avec l’augmentation du nombre d’objets connectés, la transmission de la grande quantité de données produite vers le Cloud génèrera des goulets d’étranglement. Par conséquent, les latences seront élevées. Afin de réduire ces latences, le Fog computing a été proposé comme un paradigme étendant les services du Cloud jusqu’aux périphéries du réseau. Il consiste à utiliser tout équipement localisé dans le réseau (ex. routeur) pour faire le stockage et le traitement des données. Cependant, le Fog présente une infrastructure hétérogène. En effet, ses équipements présentent des différences de performances de calcul, de capacités de stockage et d’interconnexions réseaux.Cette hétérogénéité peut davantage augmenter la latence du service. Cela pose un problème : le mauvais choix des emplacements de stockage des données peut augmenter la latence du service. Dans cette thèse, nous proposons une solution à ce problème sous la forme de quatre contributions : 1. Une formulation du problème de placement de données de l’IoT dans le Fog comme un programme linéaire. 2. Une solution exacte pour résoudre le problème de placement de données en utilisant CPLEX, un solveur de problème linéaire. 3. Deux heuristiques basées sur le principe de “diviser pour régner” afin de réduire le temps du calcul de placement. 4. Une plate-forme expérimentale pour évaluer des solutions de placement de données de l’IoT dans le Fog, en intégrant la gestion du placement de données à iFogSim, un simulateur d’environnement Fog et IoT. / In the coming years, Internet of Things (IoT) will be one of the applications generating the most data. Nowadays, IoT data is stored in the Cloud. As the number of connected objects increases, transmitting the large amount of produced data to the Cloud will create bottlenecks. As a result, latencies will be high and unpredictable. In order to reduce these latencies, Fog computing has been proposed as a paradigm extending Cloud services to the edge of the network. It consists of using any equipment located in the network (e.g. router) to store and process data. Therefore, the Fog presents a heterogeneous infrastructure. Indeed, its components have differences in computing performance, storage capacity and network interconnections. This heterogeneity can further increase the latency of the service. This raises a problem: the wrong choice of data storage locations can increase the latency of the service. In this thesis, we propose a solution to this problem in the form of four contributions: 1. A formulation of the IoT data placement problem in the Fog as a linear program. 2. An exact solution to solve the data placement problem using the CPLEX, a mixed linear problem solver. 3. Two heuristics based on the principle of “divide and conquer” to reduce the time of placement computation. 4. An experimental platform for testing and evaluating solutions for IoT data placement in the Fog, integrating data placement management with iFogSim, a Fog and IoT environment simulator.

L’Internet des Objets (IoT) vise à créer un eco-système global et ubiquitaire composé d’un grand nombre d’objets hétérogènes. Afin d’atteindre cette vision, le World Wide Web apparaît comme un candidat adapté pour interconnecter objets et services à la couche applicative en un Web des Objets (WoT).Cependant l’évolution actuelle du WoT produit des silos d’objets et empêche ainsi la mise en place de cette vision. De plus, même si le Web facilite la composition d’objets et services hétérogènes, les approches existantes produisent des compositions statiques incapables de s’adapter à des environnements dynamiques et des exigences évolutives. Un autre défi est à relever: permettre aux personnes d’interagir avec le vaste, évolutif et hétérogène IoT.Afin de répondre à ces limitations, nous proposons une architecture pour IoT ouvert et autogouverné, constitué de personnes et d’objets situés, en interaction avec un environnement global via des plateformes hétérogènes. Notre approche consiste de rendre les objets autonomes et d’appliquer la métaphore des réseaux sociaux afin de créer des réseaux flexibles de personnes et d’objets. Nous fondons notre approche sur les résultats issus des domaines des multi-agents et du WoT afin de produit un WoT Social.Notre proposition prend en compte les besoins d’hétérogénéité, de découverte et d’interaction flexible dans l’IoT. Elle offre également un coût minimal pour les développeurs et les utilisateurs via différentes couches d’abstraction permettant de limité la complexité de cet éco-système. Nous démontrons ces caractéristiques par la mise en oeuvre de plus scénarios applicatifs. / The Internet of Things (IoT) aims to create a global ubiquitous ecosystem composed of large numbers of heterogeneous devices. To achieve this vision, the World Wide Web is emerging as a suitable candidate to interconnect IoT devices and services at the application layer into a Web of Things (WoT).However, the WoT is evolving towards large silos of things, and thus the vision of a global ubiquitous ecosystem is not fully achieved. Furthermore, even if the WoT facilitates mashing up heterogeneous IoT devices and services, existing approaches result in static IoT mashups that cannot adapt to dynamic environments and evolving user requirements. The latter emphasizes another well-recognized challenge in the IoT, that is enabling people to interact with a vast, evolving, and heterogeneous IoT.To address the above limitations, we propose an architecture for an open and self-governed IoT ecosystem composed of people and things situated and interacting in a global environment sustained by heterogeneous platforms. Our approach is to endow things with autonomy and apply the social network metaphor to createflexible networks of people and autonomous things. We base our approach on results from multi-agent and WoT research, and we call the envisioned IoT ecosystem the Social Web of Things.Our proposal emphasizes heterogeneity, discoverability and flexible interaction in the IoT. In the same time, it provides a low entry-barrier for developers and users via multiple layers of abstraction that enable them to effectively cope with the complexity of the overall ecosystem. We implement several application scenarios to demonstrate these features.

L’Internet des Objets (IoT) vise à créer un eco-système global et ubiquitaire composé d’un grand nombre d’objets hétérogènes. Afin d’atteindre cette vision, le World Wide Web apparaît comme un candidat adapté pour interconnecter objets et services à la couche applicative en un Web des Objets (WoT).Cependant l’évolution actuelle du WoT produit des silos d’objets et empêche ainsi la mise en place de cette vision. De plus, même si le Web facilite la composition d’objets et services hétérogènes, les approches existantes produisent des compositions statiques incapables de s’adapter à des environnements dynamiques et des exigences évolutives. Un autre défi est à relever: permettre aux personnes d’interagir avec le vaste, évolutif et hétérogène IoT.Afin de répondre à ces limitations, nous proposons une architecture pour IoT ouvert et autogouverné, constitué de personnes et d’objets situés, en interaction avec un environnement global via des plateformes hétérogènes. Notre approche consiste de rendre les objets autonomes et d’appliquer la métaphore des réseaux sociaux afin de créer des réseaux flexibles de personnes et d’objets. Nous fondons notre approche sur les résultats issus des domaines des multi-agents et du WoT afin de produit un WoT Social.Notre proposition prend en compte les besoins d’hétérogénéité, de découverte et d’interaction flexible dans l’IoT. Elle offre également un coût minimal pour les développeurs et les utilisateurs via différentes couches d’abstraction permettant de limité la complexité de cet éco-système. Nous démontrons ces caractéristiques par la mise en oeuvre de plus scénarios applicatifs. / The Internet of Things (IoT) aims to create a global ubiquitous ecosystem composed of large numbers of heterogeneous devices. To achieve this vision, the World Wide Web is emerging as a suitable candidate to interconnect IoT devices and services at the application layer into a Web of Things (WoT).However, the WoT is evolving towards large silos of things, and thus the vision of a global ubiquitous ecosystem is not fully achieved. Furthermore, even if the WoT facilitates mashing up heterogeneous IoT devices and services, existing approaches result in static IoT mashups that cannot adapt to dynamic environments and evolving user requirements. The latter emphasizes another well-recognized challenge in the IoT, that is enabling people to interact with a vast, evolving, and heterogeneous IoT.To address the above limitations, we propose an architecture for an open and self-governed IoT ecosystem composed of people and things situated and interacting in a global environment sustained by heterogeneous platforms. Our approach is to endow things with autonomy and apply the social network metaphor to createflexible networks of people and autonomous things. We base our approach on results from multi-agent and WoT research, and we call the envisioned IoT ecosystem the Social Web of Things.Our proposal emphasizes heterogeneity, discoverability and flexible interaction in the IoT. In the same time, it provides a low entry-barrier for developers and users via multiple layers of abstraction that enable them to effectively cope with the complexity of the overall ecosystem. We implement several application scenarios to demonstrate these features.

L'Internet des Objets, dont la vision et les technologies provoquent la rencontre des mondes physique et numérique, amène aujourd'hui à la création de nouveaux types d'applications permettant d'interopérer les services du World Wide Web avec les produits du quotidien. Ces applications " orientées produit ", capables de représenter, contrôler ou de compléter les fonctions d'artéfacts intégrant des capacités de traitement de l'information, remettent en cause les principes et conventions établies par les métiers de la conception. Elles préfigurent l'émergence de produits connectés à Internet, dont l'offre fonctionnelle peut être " augmentée " et modifiée au cours du temps, de manière à répondre aux besoins changeants des utilisateurs. Cette recherche, menée à l'intersection des sciences de la conception, de l'informatique ubiquitaire et des interactions homme-machine, vise à étudier les enjeux que suscitent ces applications lors la conception de produits. Elle met en exergue la nécessité d'établir un modèle descriptif des applications orientées produit facilitant leur figuration par les utilisateurs, ainsi que d'explorer les problèmes pragmatiques résultant de leur intégration dans les produits. Elle conduit également à l'élaboration et l'évaluation, par la pratique, de principes pour le design de la forme et des interactions des produits augmentés. Elle décrit plus particulièrement la ductilité de futurs produits, le nouveau rapport entre fonction, comportement et structure qu'ils établissent, et leurs possibles évolutions. Cette recherche contribue aux travaux sur l'Internet des Objets en proposant un nouveau cadre de discussion, et en offrant aux chercheurs et aux praticiens des outils qui peuvent être employés durant le processus de conception.