Nos recherches se situent à l'intersection des sphères académiques et industrielles et des organismes de standardisation pour permettre la mise en place d'un Internet des objets (IoT) sécurisé et efficace.Nous étudions des solutions de sécurisation en parcourant les standards de manière ascendante.En premier lieu, nous constatons que l'accélération matérielle des algorithmes de cryptographie est nécessaire pour les équipements formant l'IoT car il permet une reduction de deux ordres de grandeur des durées de calcul.Le surcoût des opérations cryptographiques n'est cependant qu'un des facteurs qui gouverne la performance globale dans le contexte des systèmes en réseau.Nous montrons à travers l'implementation d'applications pratiques que les dispositifs de sécurité de la couche 2 n'augmentent que de quelques pourcents la dépense énergétique totale.Ceci est acceptable, même pour les systèmes les plus contraints, comme ceux utilisant la recuperation d'énergie ambiante.La sécurité de la couche 2 contraint de faire confiance à chacun des noeuds du chemin de communication comprenant potentiellement des éléments malveillants, nous devons donc protéger le flux de données par un mécanisme de bout en bout.Nous étudions le protocole DTLS, standard de l'IETF pour la sécurité de l'IoT.Nous contribuons aux discussions sur l'intérêt de DTLS dans les environnements contraints, à la fois dans les organismes de standardisation et de recherche.Nous évaluons DTLS de manière étendue avec différents réseaux à cycle d'activité ou duty cycle au travers d'expérimentations, d'émulations et d'analyses.De manière surprenante, nos résultats démontrent la très faible performance de DTLS dans ces réseaux où l'efficacité énergétique est primordiale.Comme un client et un serveur DTLS échangent beaucoup de paquets de signalisation, la connection DTLS prends entre quelques secondes et quelques dizaines de secondes, ceci pour plusieurs des protocoles étudiés.DTLS a été conçu pour les communications de bout en bout dans l'Internet classique, contrairement au nouveau protocol CoAP qui lui est destiné à des machines contraintes en facilitant le traffic asynchrone, les communications de groupe et le besoin de stockage intermédiaire.Donc, en plus du problème de performance, l'architecture de sécurité basée sur DTLS n'est pas capable de répondre aux contraintes de ces dispositifs et CoAP devient inutilisable.Nous proposons une architecture qui s'appuie à la fois sur une approche centrée sur le contenu et sur la notion classique de connection.L'échange des clefs est fait à travers des canaux sécurisés établis par DTLS, mais la notion d'états entre les entités de communication est supprimée grâce au concept d'objets sécurisés.Le mécanisme proposé resiste aux attaques par rejeu en regroupant les capacités de controle d'accès avec les en-tetes de communication CoAP.OSCAR, notre architecture à objets sécurisés, supporte intrinsèquement les communications de groupe et le stockage intermédiaire, sans perturber le fonctionnement à cycle d'activité de la radio des équipements contraintes.Les idées d'OSCAR sont discutés par les groupes de standardisation de l'Internet en vue d'être intégrées dans les standards à venir. / Our research explores the intersection of academic, industrial and standardization spheres to enable secure and energy-efficient Internet of Things. We study standards-based security solutions bottom-up and first observe that hardware accelerated cryptography is a necessity for Internet of Things devices, as it leads to reductions in computational time, as much as two orders of magnitude. Overhead of the cryptographic primitives is, however, only one of the factors that influences the overall performance in the networking context. To understand the energy - security tradeoffs, we evaluate the effect of link-layer security features on the performance of Wireless Sensors Networks. We show that for practical applications and implementations, link-layer security features introduce a negligible degradation on the order of a couple of percent, that is often acceptable even for the most energy-constrained systems, such as those based on harvesting.Because link-layer security puts trust on each node on the communication path consisted of multiple, potentially compromised devices, we protect the information flows by end-to-end security mechanisms. We therefore consider Datagram Transport Layer Security (DTLS) protocol, the IETF standard for end-to-end security in the Internet of Things and contribute to the debate in both the standardization and research communities on the applicability of DTLS to constrained environments. We provide a thorough performance evaluation of DTLS in different duty-cycled networks through real-world experimentation, emulation and analysis. Our results demonstrate surprisingly poor performance of DTLS in networks where energy efficiency is paramount. Because a DTLS client and a server exchange many signaling packets, the DTLS handshake takes between a handful of seconds and several tens of seconds, with similar results for different duty cycling protocols.But apart from its performance issues, DTLS was designed for point-to-point communication dominant in the traditional Internet. The novel Constrained Ap- plication Protocol (CoAP) was tailored for constrained devices by facilitating asynchronous application traffic, group communication and absolute need for caching. The security architecture based on DTLS is, however, not able to keep up and advanced features of CoAP simply become futile when used in conjunction with DTLS. We propose an architecture that leverages the security concepts both from content-centric and traditional connection-oriented approaches. We rely on secure channels established by means of DTLS for key exchange, but we get rid of the notion of “state” among communicating entities by leveraging the concept of object security. We provide a mechanism to protect from replay attacks by coupling the capability-based access control with network communication and CoAP header. OSCAR, our object-based security architecture, intrinsically supports caching and multicast, and does not affect the radio duty-cycling operation of constrained devices. Ideas from OSCAR have already found their way towards the Internet standards and are heavily discussed as potential solutions for standardization.

De nos jours, l'internet des objets (IoT) connaît un intérêt considérable tant de la part du milieu universitaire que de l'industrie. Il a contribué à améliorer la qualité de vie, la croissance des entreprises et l'efficacité dans de multiples domaines. Cependant, l'hétérogénéité des objets qui peuvent être connectés dans de tels environnements, rend difficile leur interopérabilité. En outre, les observations produites par ces objets sont générées avec différents vocabulaires et formats de données. Cette hétérogénéité de technologies dans le monde IoT rend nécessaire l'adoption de solutions génériques à l'échelle mondiale. De plus, elle rend difficile le partage et la réutilisation des données dans d'autres buts que ceux pour lesquels elles ont été initialement mises en place. Dans cette thèse, nous abordons ces défis dans le contexte des applications de santé. Pour cela, nous proposons de transformer les données brutes issues de capteurs en connaissances et en informations en s'appuyant sur les ontologies. Ces connaissances vont être partagées entre les différents composants du système IoT. En ce qui concerne les défis d'hétérogénéité et d'interopérabilité, notre contribution principale est une architecture IoT utilisant des ontologies pour permettre le déploiement d'applications IoT sémantiques. Cette approche permet de partager les observations des capteurs, la contextualisation des données et la réutilisation des connaissances et des informations traitées. Les contributions spécifiques comprennent : * Conception d'une ontologie " Cognitive Semantic Sensor Network ontology (CoSSN) " : Cette ontologie vise à surmonter les défis d'interopérabilité sémantiques introduits par la variété des capteurs potentiellement utilisés. CoSSN permet aussi de modéliser la représentation des connaissances des experts. * Conception et mise en œuvre de SeMoM: SeMoM est une architecture flexible pour l'IoT intégrant l'ontologie CoSSN. Elle s'appuie sur un middleware orienté message (MoM) pour offrir une solution à couplage faible entre les composants du système. Ceux-ci peuvent échanger des données d'observation sémantiques de manière flexible à l'aide du paradigme producteur/consommateur. Du point de vue applicatif, nous sommes intéressés aux applications de santé. Dans ce domaine, les approches spécifiques et les prototypes individuels sont des solutions prédominantes ce qui rend difficile la collaboration entre différentes applications, en particulier dans un cas de patients multi-pathologies. En ce qui concerne ces défis, nous nous sommes intéressés à deux études de cas: 1) la détection du risque de développement des escarres chez les personnes âgées et 2) la détection des activités de la vie quotidienne (ADL) de personnes pour le suivi et l'assistance à domicile : * Nous avons développé des extensions de CoSSN pour décrire chaque concept en lien avec les deux cas d'utilisation. Nous avons également développé des applications spécifiques grâce à SeMoM qui mettent en œuvre des règles de connaissances expertes permettant d'évaluer et de détecter les escarres et les activités. * Nous avons mis en œuvre et évaluer le framework SeMoM en se basant sur deux expérimentations. La première basée sur le déploiement d'un système ciblant la détection des activités ADL dans un laboratoire d'expérimentation pour la santé (le Connected Health Lab). La seconde est basée sur le simulateur d'activités ADLSim développé par l'Université d'Oslo. Ce simulateur a été utilisé pour effectuer des tests de performances de notre solution en générant une quantité massive de données sur les activités d'une personne à domicile. / Nowadays, the adoption of the Internet of Things (IoT) has received a considerable interest from both academia and industry. It provides enhancements in quality of life, business growth and efficiency in multiple domains. However, the heterogeneity of the "Things" that can be connected in such environments makes interoperability among them a challenging problem. Moreover, the observations produced by these "Things" are made available with heterogeneous vocabularies and data formats. This heterogeneity prevents generic solutions from being adopted on a global scale and makes difficult to share and reuse data for other purposes than those for which they were originally set up. In this thesis, we address these challenges in the context of healthcare applications considering how we transform raw data to cognitive knowledge and ontology-based information shared between IoT system components. With respect to heterogeneity and integration challenges, our main contribution is an ontology-based IoT architecture allowing the deployment of semantic IoT applications. This approach allows sharing of sensors observations, contextualization of data and reusability of knowledge and processed information. Specific contributions include: * Design of the Cognitive Semantic Sensor Network ontology (CoSSN) ontology: CoSSN aims at overcoming the semantic interoperability challenges introduced by the variety of sensors potentially used. It also aims at describing expert knowledge related to a specific domain. * Design and implementation of SeMoM: SeMoM is a flexible IoT architecture built on top of CoSSN ontology. It relies on a message oriented middleware (MoM) following the publish/subscribe paradigm for a loosely coupled communication between system components that can exchange semantic observation data in a flexible way. From the applicative perspective, we focus on healthcare applications. Indeed, specific approaches and individual prototypes are preeminent solutions in healthcare which straighten the need of an interoperable solution especially for patients with multiple affections. With respect to these challenges, we elaborated two case studies 1) bedsore risk detection and 2) Activities of Daily Living (ADL) detection as follows: * We developed extensions of CoSSN to describe each domain concepts and we developed specific applications through SeMoM implementing expert knowledge rules and assessments of bedsore and human activities. * We implemented and evaluated the SeMoM framework in order to provide a proof of concept of our approach. Two experimentations have been realized for that target. The first is based on a deployment of a system targeting the detection of ADL activities in a real smart platform. The other one is based on ADLSim, a simulator of activities for ambient assisted living that can generate a massive amount of data related to the activities of a monitored person.

Cette thèse se situe dans le cadre du projet INCOME (INfrastructure de gestion de COntexte Multi-Échelle pour l'Internet des Objets) financé par l'ANR (Appel INFRA 2011). L'objectif de ce projet est de fournir un cadriciel pour le développement et le déploiement d'un gestionnaire de contexte. Les entités logicielles d'acquisition, de traitement, de dissémination et de présentation d'informations de contexte, qui constituent un gestionnaire de contexte, doivent être construites et déployées au-dessus d'infrastructures technologiques hétérogènes et interconnectées. Ainsi, les cibles incluent les réseaux de capteurs, les systèmes ambiants, les dispositifs mobiles ou encore les serveurs du cloud, et de façon plus globale l'Internet des Objets (IoT). Les travaux menés dans cette thèse concernent plus particulièrement la gestion " de bout en bout " de la Qualité de Contexte (QoC) au sein de cette nouvelle génération de gestionnaires de contexte à déployer sur l'IoT à grande et multiples échelles. La qualité de l'information de contexte relevant de critères tels que la précision, la fraîcheur, la complétude, la granularité... Par gestion de la QoC, nous faisons référence à l'ensemble des opérations qui, tout le long du cycle de vie d'une information de contexte, permettent de gérer sa qualification, mais également d'influer, en fonction de cette qualité, sur sa dissémination et sa livraison aux applications sensibles au contexte. Actuellement des solutions de gestion de la QoC existent mais restent ad hoc à des environnements ambiants particuliers ou des applications spécifiques. Elles s'avèrent inadéquates en termes d'ouverture, de généricité et de calculabilité pour des environnements fortement hétérogènes et dynamiques tels que l'IoT où il n'y a plus de couplages forts et figés entre producteurs ou consommateurs d'informations de contexte. QoCIM (QoC Information Model) constitue le cœur de notre contribution. Il s'agit d'un méta-modèle dédié qui permet, de façon unifiée et ouverte, de définir des critères de QoC simples et composites. Basées sur QoCIM, des opérations de gestion de la QoC ont été identifiées et spécifiées. Elles permettent d'associer des critères de QoC, sous forme de métadonnées, à l'information de contexte, de caractériser les métriques et les unités pour leur valuation, d'inférer des critères de QoC de plus haut niveau d'abstraction, ou encore d'exprimer des conditions de filtrage portant sur de tels critères et/ou leurs valeurs. Un outillage logiciel d'édition de modèles QoCIM et une API en Java sont proposés aux développeurs pour facilement intégrer la gestion de tout critère de QoC lors du développement d'entités d'acquisition, de traitement, de livraison et de propagation d'informations de contexte et des applications sensibles au contexte. L'utilisation de ce cadriciel a été expérimentée, à la fois en phases de conception et d'exécution, sur un scénario de pollution urbaine. Des évaluations de performances ont été également menées et ont montré que le surcoût apporté par la prise en considération des niveaux de QoC pour le routage des informations de contexte était acceptable. Enfin, une solution d'auto-(re)configuration des opérations de gestion de la QoC a été également conçue et prototypée. / The objective of the ANR INCOME project is to provide a framework for the development and the deployment of a context manager. A context manager is composed of software entities, which acquire, process, disseminate or deliver context data. These software entities have to be built and deployed over interconnected heterogeneous ICT infrastructures, which include sensor networks, ambient systems, mobile devices, cloud servers and, more generally, the Internet of Things (IoT). Related to this project, the research work presented in this thesis concerns more specifically the end-to-end management of Quality of Context (QoC) within the new generation of context managers that have to be deployed at large and multiple scales over the IoT. Quality of context data refers to criteria like accuracy, freshness, completeness or granularity. As for QoC management, it deals with all the operations that allow, throughout the life cycle of context data, to manage their qualification, but also to impact, according to this quality, on its dissemination and delivery to context-aware applications. Current QoC management solutions are dedicated to particular ambient environments or to specific applications. They are limited in terms of openness, genericity and computationability, properties required by greatly heterogeneous and dynamic IoT-based environments, in which producers and consumers of context data are no more static and highly coupled. Our contribution relies on QoCIM (QoC Information Model), a meta-model dedicated to define, in a uniform and open way, any atomic or composite QoC criterion. Based on QoCIM, some QoC management operations have been identified and specified. These operations allow to associate criteria of QoC, in the form of metadata, with the information of context; to characterize the metrics and units for their valuation; to infer QoC criteria of a higher level of abstraction; or even to express filtering conditions for such criteria or their values. A software tool for editing QoCIM models and a Java API are provided to developers to easily implement the management of any QoC criterion for their software entities that acquire, process, deliver or propagate context data, or their context-sensititive application. The use of this framework was experimented, both at design time and at run time, on a scenario related to urban pollution. Benchmarking was also led and showed that the additional cost brought when considering QoC in context information routing was acceptable. Finally, a solution for self-(re)configuring QoC management operations was also designed and prototyped.

Les applications de l'Internet des objets (IdO/IoT) se composent de divers objets en grande partie mobiles et avec des ressources limitées ou riches. Des tels dispositifs exigent des interactions légères et faiblement couplées en termes de temps, d'espace et de synchronisation. Les protocoles au niveau middleware de l'IoT prennent en charge un ou plusieurs types d'interaction assurant la communication entre objets. De plus, ils supportent différents niveaux de Qualité de service (QDS) pour cette communication par rapport aux ressources disponibles sur les dispositifs et les réseaux. Les dispositifs utilisant le même protocole middleware interagissent de manière homogène, car ils exploitent les mêmes caractéristiques fonctionnelles et de QDS. Cependant, la profusion de protocoles middleware pour l'IoT se traduit par des objets très hétérogènes. Cela nécessite des solutions d'interopérabilité avancées intégrées à des techniques de modélisation et d'évaluation de la QDS. La principale contribution de cette thèse est d'introduire une approche et de fournir une plate-forme pour la synthèse automatique des artefacts logiciels permettant l'interopérabilité. De tels artefacts permettent l'interconnexion entre des objets mobiles qui utilisent des protocoles hétérogènes au niveau middleware. Notre plate-forme prend en charge l'évaluation de l'effectivité de l'interconnexion en termes de la QDS de bout en bout. Plus précisément, nous dérivons des conditions formelles pour des interactions réussies, et nous permettons la modélisation et l'analyse des performances ainsi que le réglage du système de bout en bout, tout en considérant plusieurs paramètres système pour l'IoT mobile. / Internet of Things (IoT) applications consist of diverse Things including both resource-constrained/rich devices with a considerable portion being mobile. Such devices demand lightweight, loosely coupled interactions in terms of time, space, and synchronization. IoT middleware protocols support one or more interaction types (e.g., asynchronous messaging, streaming) ensuring Thing communication. Additionally, they introduce different Quality of Service (QoS) features for this communication with respect to available device and network resources. Things employing the same middleware protocol interact homogeneously, since they exploit the same functional and QoS features. However, the profusion of developed IoT middleware protocols introduces technology diversity which results in highly heterogeneous Things. Interconnecting heterogeneous Things requires mapping both their functional and QoS features. This calls for advanced interoperability solutions integrated with QoS modeling and evaluation techniques. The main contribution of this thesis is to introduce an approach and provide a supporting platform for the automated synthesis of interoperability software artifacts. Such artifacts enable the interconnection between mobile Things that employ heterogeneous middleware protocols. Our platform further supports evaluating the effectiveness of the interconnection in terms of end-to-end QoS. More specifically, we derive formal conditions for successful interactions, and we enable performance modeling and analysis as well as end-to-end system tuning, while considering several system parameters related to the mobile IoT.

Un nombre croissant d’entreprises internationales ont adopté les systèmes d'information centrés-processus pour profiter des avantages de l'utilisation de processus rationalisés basés sur des modèles prédéfinis, également appelés modèles de processus métier. Cependant, l'environnement commercial dynamique actuel exige de la flexibilité et la réutilisation systématique des processus métier, qui se manifeste par l'utilisation de modèles de processus configurables (CPM). Ceci évite le développement de processus à partir de zéro, qui est à la fois une démarche fastidieuse et sujette à de nombreuses erreurs, et facilite le partage d'une famille de variantes de processus métier pouvant être personnalisées en fonction d'exigences métier concrètes. Par ailleurs, l'adoption des ressources de l'Internet des objets (IoT) dans les processus d'entreprise inter-organisationnels est également en croissante constante. Cependant, ces ressources IoT doivent être utilisées efficacement. Ces dispositifs IoT sont hétérogènes en raison de leurs propriétés et de leurs fabricants (normes propriétaires), ce qui pose des problèmes d’interopérabilité. De plus, étant limitées, elles doivent être allouées (et consommées) en gardant à l'esprit des contraintes, tels que le coût énergétique, le coût de calcul, etc. pour éviter les pannes pendant leurs consommations par les processus. Il est donc essentiel de modéliser explicitement la perspective des ressources IoT dans les modèles de processus métiers lors de la phase de conception. Dans la littérature, divers travaux de recherche dans le domaine de gestion des processus métier (BPM) sont généralement axés sur la perspective du flux de contrôle. Bien qu'il existe certaines approches axées sur la perspective des ressources, elles sont généralement dédiées à la perspective des ressources humaines. Ainsi, les travaux sur l'intégration de la perspective des ressources IoT dans les processus métier sont limités pour résoudre des problèmes liés à l'hétérogénéité. De même, dans le contexte des CPM, il n’existe aucune prise en charge de la configuration permettant de modéliser la variabilité des ressources IoT au niveau des CPM. Cette variabilité résulte des fonctionnalités spécifiques aux ressources IoT, telles que la possibilité de partage, et réplication, qui sont pertinentes dans le contexte des processus métier. Dans cette thèse, nous abordons les limitations susmentionnées en proposant une approche pour intégrer la perspective IoT dans le domaine du BPM et soutenir le développement de CPM. Ce travail propose les contributions suivantes: (1) il fournit une description formelle de la perspective des ressources IoT, et de ses relations avec le domaine BPM à l'aide de la technologie sémantique, et (2) il fournit de nouveaux concepts pour permettre l'allocation de ressources IoT configurables dans les CPM. Pour valider notre approche et démontrer sa faisabilité, nous procédons comme suit: (1) implémenter des outils preuve de concept qui soutiennent le développement de processus métier et de modèles de processus configurables conscient des IoT, et (2) réaliser des expérimentations sur des jeux de données de modèles de processus qui démontrent l’efficacité de notre approche et affirment sa faisabilité / On the one hand, a growing number of multi-national organizations have embraced the Process-Aware Information Systems (PAIS) to reap the benefits of using streamlined processes that are based on predefined models, also called as Business Process (BP) models. However, today's dynamic business environment demands flexibility and systematic reuse of BPs, which is provided by the use of Configurable Process Models (CPMs). It avoids the development of processes from scratch, which is both time-consuming and error-prone, and facilitates the sharing of a family of BP variants that can be customized based on concrete business requirements. On the other hand, the adoption of the Internet of Things (IoT) resources in various cross-organizational BPs is also on a rise. However, to attain the desired business value, these IoT resources must be used efficiently. These IoT devices are heterogeneous due to their diverse properties and manufactures (proprietary standards), which leads to issues related to interoperability. Further, being resource-constrained, they need to be allocated (and consumed) keeping in the mind relevant constraints such as energy cost, computation cost, to avoid failures during the time of their consumption in the processes. Thus, it is essential to explicitly model the IoT resource perspective in the BP models during the process design phase. In the literature, various research works in Business Process Management (BPM) domain are usually focused on the control-flow perspective. While there do exist some approaches that focus on the resource perspective, they are typically dedicated to the human resource perspective. Thus, there is limited work on integrating the IoT resource perspective into BPs, without any focus on solving issues related to heterogeneity in IoT domain. Likewise, in the context of CPMs, there is no configuration support to model IoT resource variability at the CPM level. This variability is a result of specific IoT resource features such as Shareability and Replication that is relevant in the context of BPs. In this thesis, we address the aforementioned limitations by proposing an approach to integrate IoT perspective in the BPM domain and to support the development of IoT-Aware CPMs. This work contributes in the following manner: (1) it provides a formal description of the IoT resource perspective and its relationships with the BPM domain using semantic technology and (2) it provides novel concepts to enable configurable IoT resource allocation in CPMs. To validate our approach and to show its feasibility, we do the following: (1) implement proof of concept tools that assist in the development of IoT-aware BPs and IoT-aware CPMs and (2) perform experiments on the process model datasets. The experimentation results show the effectiveness of our approach and affirm its feasibility

La formule "Internet of Things'' a pris du sens à la fois au sein de la communauté public et de recherche. La raison principale est qu'en 2011, le nombre d'objets connectés à Internet surpassent le nombre d'humains en ligne, et il est attendu qu'en 2020, le nombre d'objets connectés dépassent les 20 billions. Etant donné la présence d'un grand nombre de plateformes hétérogènes qui composent l'IoT, notre intérêt se focalise sur les Réseaux de Capteurs (WSN), qui sont composés des petits dispositifs avec des contraintes de ressources (capacité de mémoire faible, processeur de faible puissance et faible puissance matérielle) qui collectent un ou plusieurs types de données. Presque toutes les recherches menées à ce jour reposent sur la standardisation de protocoles de communication, l'amélioration de la performance, l'optimisation de la consommation de ressources, etc. La sécurité a été reléguée au second plan, dû principalement au faibles ressources disponibles sur les capteurs. Cependant, les données collectées dans de multiples scénarios peuvent être très sensibles. Les données doivent être stockées de manière sûr et doivent être transmises de manière sûr d'un point à un autre. Le travail développé dans cette thèse définit les mécanismes permettant de garantir une communication sûr entre les capteurs. Et aussi fournissant des outils natifs pour le monitorage des communications, afin de valider ces mécanismes directement sur le réseaux / The denominated "Internet of Things'' (IoT) has been getting relevance in both the public and research communities. The main reason is that on 2011, the number of “objects” connected to the Internet surpassed the number of humans online, and is expected that for 2020, the number of objects exceeds the amount of 20 billion. Because of the high number of heterogeneous platforms that composed the IoT, our interest is centered around the Wireless Sensors Networks (WSN), which are composed by small devices with constrained resources (small amount of memory, small power processor, and small power supply) that collect one or more type of data. Almost all the research conducted to date relies on standardizing the communication protocols, ameliorating the performance, optimizing the resource consumption, etc. Security has been relegated to a second plane, due mainly to the low resources available on the sensors. However, the data collected in many scenarios can be highly sensitive. The data must be stored in a safe way and must be transmitted in a safe approach from the origin to the destiny. The work developed in this dissertation defines mechanisms to guarantee the safety of the communication between sensors. And, providing native tools for the monitoring of the communication, to validate these mechanisms directly on the network

L’Internet des Objets (IoT) est envisagé pour interconnecter des objets communicants et autonomes au sein du même réseau, qui peut être le réseau Internet ou un réseau de communication sans fil. Les objets autonomes qui composent les réseaux IoT possèdent des caractéristiques très différentes, que ce soit en terme d’application, de connectivité, de puissance de calcul, de mobilité ou encore de consommation de puissance. Le fait que tant d’objets hétérogènes partagent un même réseau soulève de nombreux défis tels que : l’identification des objets, l’efficacité énergétique, le contrôle des interférences du réseau, la latence ou encore la fiabilité des communications. La densification du réseau couplée à la limitation des ressources spectrales (partagées entre les objets) et à l’efficacité énergétique obligent les objets à optimiser l’utilisation des ressources fréquentielles et de puissance de transmission. De plus, la mobilité des objets au sein du réseau ainsi que la grande variabilité de leur comportement changent la dynamique du réseau qui devient imprévisible. Dans ce contexte, il devient difficile pour les objets d’utiliser des algorithmes d’allocation de ressources classiques, qui se basent sur une connaissance parfaite ou statistique du réseau. Afin de transmettre de manière efficace, il est impératif de développer de nouveaux algorithmes d’allocation de ressources qui sont en mesure de s’adapter aux évolutions du réseau. Pour cela, nous allons utiliser des outils d’optimisation en ligne et des techniques d’apprentissage. Dans ce cadre nous allons exploiter la notion du regret qui permet de comparer l’efficacité d’une allocation de puissance dynamique à la meilleure allocation de puissance fixe calculée à posteriori. Nous allons aussi utiliser la notion de non-regret qui garantit que l’allocation de puissance dynamique donne des résultats asymptotiquement optimaux . Dans cette thèse, nous nous sommes concentrés sur le problème de minimisation de puissance sous contrainte de débit. Ce type de problème permet de garantir une certaine efficacité énergétique tout en assurant une qualité de service minimale des communications. De plus, nous considérons des réseaux de type IoT et ne faisons donc aucune hypothèse quant aux évolutions du réseau. Un des objectifs majeurs de cette thèse est la réduction de la quantité d’information nécessaire à la détermination de l’allocation de puissance dynamique. Pour résoudre ce problème, nous avons proposé des algorithmes inspirés du problème du bandit manchot, problème classique de l’apprentissage statistique. Nous avons montré que ces algorithmes sont efficaces en terme du regret lorsque l’objet a accès à un vecteur, le gradient ou l’estimateur non-biaisé du gradient, comme feedback d’information. Afin de réduire d’avantage la quantité d’information reçue par l’objet, nous avons proposé une méthode de construction d’un estimateur du gradient basé uniquement sur une information scalaire. En utilisant cet estimateur nous avons présenté un algorithme efficace d’allocation de puissance. / One of the key challenges in Internet of Things (IoT) networks is to connect numerous, heterogeneous andautonomous devices. These devices have different types of characteristics in terms of: application, computational power, connectivity, mobility or power consumption. These characteristics give rise to challenges concerning resource allocation such as: a) these devices operate in a highly dynamic and unpredictable environments; b) the lack of sufficient information at the device end; c) the interference control due to the large number of devices in the network. The fact that the network is highly dynamic and unpredictable implies that existing solutions for resource allocation are no longer relevant because classical solutions require a perfect or statistical knowledge of the network. To address these issues, we use tools from online optimization and machine learning. In the online optimization framework, the device only needs to have strictly causal information to define its online policy. In order to evaluate the performance of a given online policy, the most commonly used notion is that of the regret, which compares its performance in terms of loss with a benchmark policy, i.e., the best fixed strategy computed in hindsight. Otherwise stated, the regret measures the performance gap between an online policy and the best mean optimal solution over a fixed horizon. In this thesis, we focus on an online power minimization problem under rate constraints in a dynamic IoT network. To address this issue, we propose a regret-based formulation that accounts for arbitrary network dynamics, using techniques used to solve the multi-armed bandit problem. This allows us to derive an online power allocation policy which is provably capable of adapting to such changes, while relying solely on strictly causal feedback. In so doing, we identify an important tradeoff between the amount of feedback available at the transmitter side and the resulting system performance. We first study the case in which the device has access to a vector, either the gradient or an unbiased estimated of the gradient, as information feedback. To limit the feedback exchange in the network our goal is to reduce it as mush as possible. Therefore, we study the case in which the device has access to only a loss-based information (scalar feedback). In this case, we propose a second online algorithm to determine an efficient and adaptative power allocation policy.

A l’ère de la troisième révolution internet, celle de l’internet des objets (IoT), beaucoup d’espoir sont tournés vers les technologies numériques pour développer les économies et notamment dynamiser le commerce local. Dans les pays du Maghreb, en Tunisie notamment, ses espoirs sont tournés du côté de la demande. Plus précisément, à l’issu du printemps arabe, et en raison du rôle qu’ont joué les réseaux sociaux (Facebook notamment) pour mobiliser les jeunes à manifester dans les rues de Tunis, le nouveau ministère du commerce fonde ses espoirs dans cette population jeune pour développer le commerce électronique. Partant de ce constat, cette thèse propose d’étudier si les jeunes tunisiens sont les early adopters qui permettront de diffuser le commerce électronique en Tunisie. Pour cela, la problématique de recherche porte sur les facteurs d’adoption du commerce électronique par les jeunes en Tunisie. Pour répondre à cette question de recherche, la thèse propose dans un premier temps de dresser l’état des lieux de la diffusion de l’internet au sein d’un population de jeunes étudiants. Préalablement, elle propose dans la première partie de la thèse un état des lieux de la couverture du territoire en technologies d’accès aux services numériques. Cet état des lieux est discuté à l’appui d’une revue de la littérature sur la fracture numérique. Dans un deuxième temps, elle propose une analyse empirique et exploratoire menée auprès d’un échantillon de 400 étudiants tunisiens environ. Cette étude porte sur les facteurs d’adoption de l’internet et des services marchands (commerce électronique). Structurée en deux parties, le premier volet de l’enquête est exploité à l’aide de statistiques économétriques et le deuxième volet mobilise les méthodes d’analyse d’équations structurelles. Les résultats de la thèse montrent que si l’usage de l’internet est relativement bien diffusé auprès des jeunes tunisiens, la disposition à adopter le commerce électronique doit en revanche être encouragée. Pour cela, un modèle d’adoption est proposé en deuxième partie de la thèse. Il met en évidence quels facteurs favorisent ou inhibent l’adoption du commerce électronique en Tunisie. Les résultats de ce modèle et des travaux menés dans la partie 1 permettent dans la partie conclusive de la thèse de formuler différentes recommandations à l’égard des entreprises engagées dans un projet de mise en ligne de leur activité commerciale d’une part, et d’autre part envers les acteurs publics pour favoriser l’adoption des services internet marchands en Tunisie. / In the era of the third Internet revolution, that of the Internet of Things (IoT), a lot of hope is turned to digital technologies to develop economies and boost local trade. In the Maghreb countries, especially in Tunisia, those hope are turned on the demand side. More specifically, at the end of the Arab Spring, and because of the role played by social networks (Facebook in particular) to mobilize young people to demonstrate in the streets of Tunis, the new Ministry of Commerce hopes in this population young to develop e-commerce. Based on this observation, this thesis proposes to study whether young Tunisians are the early adopters who will disseminate e-commerce in Tunisia. For this, the research problematic focuses on the factors of adoption of e-commerce by young people in Tunisia. To answer this research question, the thesis proposes at first to draw up the inventory of the diffusion of the internet within a population of young students. Before doing so, we propose in the first part of the thesis an inventory of the technologies territory’s coverage of the access to digital services. This inventory is discussed in support of a review of the literature on the digital divide. In a second step, she proposes an empirical and exploratory analysis conducted with a sample of about 400 Tunisian students. This study focuses on the adoption factors of the Internet and market services (e-commerce). Structured in two parts, the first part of the survey is exploited using econometric statistics and the second part uses structural equation analysis methods. The results of the thesis show that while the use of the internet is relatively well distributed to young Tunisians, the willingness to adopt e-commerce should be encouraged. For this, an adoption model is proposed in the second part of the thesis. It highlights what factors encourages or inhibit the adoption of e-commerce in Tunisia. The results of this model and the work carried out in Part 1 allow in the concluding part of the thesis to make various recommendations to companies engaged in a project to put their commercial activity online on one hand, and on the other hand towards the public actors to encourage the adoption of the internet marketing services in Tunisia.

Prenons en exemple une salle de classe composée d’un professeur et de nombreux élèves, lorsque trop d’élèves s’adressent en même temps au professeur ce dernier n’est plus en mesure de comprendre les paroles transmisses par les élèves. Cette illustration s’étend évidemment aux systèmes de communications sans fil (la 4G par exemple). Dans ces systèmes, les terminaux (les élèves par analogie) transmettent sur un canal, nommé canal en accès aléatoire, des messages qui sont potentiellement réceptionnés par la station de base (le professeur par analogie). Ces canaux ne sont habituellement pas surchargés car leur capacité (nombre de messages reçus par seconde) est tellement importante qu’il est très complexe de surcharger le canal. L’émergence de l’Internet des objets où des milliards de petits objets devraient être déployés partout dans le monde a changé la donne. Étant donné leur nombre et leur type de trafic, ces derniers peuvent surcharger les canaux en accès aléatoire. Ainsi, le sujet : « contrôle de charge des canaux en accès aléatoire » a connu un gain d’intérêts ces dernières années. Dans cette thèse nous avons développé des algorithmes de contrôle de charge permettant d’éviter qu’une station de base soit surchargée. Cela est très utile pour les opérateurs Télécoms, ils sont désormais certains qu’il y n’y aura pas de perte de service à cause de ces surcharges. Tous les principes développés dans cette thèse seront intégrés dans un futur proche aux produits IoT d’Airbus. / Take for example a classroom composed of a teacher and many students. When too many students address at the same time to the teacher, the latter is no longer able to understand the words transmitted by students. This illustration obviously extends to wireless communication systems (the 4G for example). In these systems, terminals (students by analogy) transmit on a channel, named random access channel, messages that are potentially received by the base station (the teacher by analogy). These channels are usually not overloaded because their capacity (number of messages received per second) is so important that it is very complex to overload the channel. The emergence of the Internet of Things, where billions of small objects should be deployed around the world, has changed the game. Due to their number and type of traffic, they can overload random access channels. Therefore, the subject: "load control of random access channels" has seen an increase in interest in recent years. In this PhD we have developed load control algorithms to prevent a base station from being overloaded. This is very useful for telecom operators, they are now certain that there will be no loss of service because of these overloads. All the principles developed in this thesis will be integrated in the near future within Airbus IoT products

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. [...]