L’autonomicité - la capacité des systèmes à se gérer eux-mêmes - est une qualité nécessaire pour parvenir à contrôler des systèmes complexes, c’est à dire des systèmes ouverts, à grande échelle, dynamiques, composés de sous-systèmes tiers hétérogènes et suivant de multiples objectifs, éventuellement en conflit. Dans cette thèse, nous cherchons à fournir des supports génériques et réutilisables pour la conception de tels systèmes autonomiques complexes. Nous proposons une formalisation des objectifs de gestion, une architecture générique pour la conception de systèmes autonomiques multi-objectifs et adaptables, et des organisations génériques pour l’intégration de tels systèmes autonomiques. Nous appliquons nôtre approche au cas d’utilisation des réseaux électriques intelligents, qui sont un parfait exemple de complexité. Nous présentons une plateforme de simulation que nous avons développée et via laquelle nous illustrons nôtre approche, au travers de plusieurs scénarios de simulation. / Autonomic features, i.e. the capability of systems to manage themselves, are necessary to control complex systems, i.e. systems that are open, large scale, dynamic, comprise heterogeneous third-party sub-systems and follow multiple, sometimes conflicting objectives. In this thesis, we aim to provide generic reusable supports for designing complex autonomic systems. We propose a formalisation of management objectives, a generic architecture for designingadaptable multi-objective autonomic systems, and generic organisations integrating such autonomic systems.We apply our approach to the concrete case of smart micro-grids which is a relevant example of such complexity. We present a simulation platform we developped and illustrate our approach via several simulation scenarios.

WebRTC est une technologie récente de communication qui permet d’établir des échanges multimédia conversationnels directement entre navigateurs. Nous nous intéressons dans cette thèse à des locuteurs dans un Smart Space (SS) défini comme un environnement centré-utilisateur instrumenté par unensemble de capteurs et d’actionneurs connectés. Nous analysons les capacités nécessaires pour permettre à un participant d’une session WebRTC d’impliquer dans cette même session, les flux induits par les objets connectés appartenant au SS d’un utilisateur quelconque de la session. Cette approche recèle un gisement de nombreux nouveaux usages. Nous limitons notre analyse à ceux concernant l’exercice distant d’une expertise et d’un savoir-faire. Techniquement, il s’agit d’articuler de façon contrôlée WebRTC et IoT/WoT. Nous procédons à une extension de WebRTC par WoT pour fournir à tout utilisateur d’une session WebRTC, un accès aux objets connectés du SS de tout autre participant à la session, en mettant l’accent sur la sécurisation de cet accès ainsi que sur sa conformité aux exigences de respect de la vie privée (RGPD) de l’utilisateur concerné. Le positionnement de notre approche dans le contexte des services de communication opérant dans les villes connectées, impose la prise en compte de SSs multiples et variés induisant chacun ses propres politiques de routage et de sécurité. Pour répondre à nos objectifs, il devient nécessaire au cours d’une session WebRTC, d’identifier, sélectionner, déployer et appliquer les règles de routage et de sécurité de façon à garantir un accès rapide et sécurisé aux différents SSs concernés et distribués sur tout le réseau. Nous développons une architecture originale répondant à ces besoins et intégrant un contrôleur SDN du fait de l’étroite imbrication entre les problématiques de routage et de sécurité. Un prototype illustrant notre approche a été mis en oeuvre et testé afin d’évaluer la performance et la sécurité du système. Nous illustrons finalement notre approche dans le domaine de la santé en démontrant son apport pour gérer une infrastructure de grande taille telle qu’un hôpital. / The richness and the versatility of WebRTC, a new peer-to-peer, real-time and browser based communication technology, allowed the imagination of new and innovative services. In this thesis, we analyzed the capabilities required to allow a participant in a WebRTC session to access the smart Things belonging to his own environment as well as those of any other participant in the same session. The access to such environment, which we call “SmartSpace (SS)”, can be either passive, for example by monitoring the contextual information provided by the sensors, or active by requesting the execution of commands by the actuators, or a mixture of both. This approach deserves attention because it allows solving in an original way various issues such as allowing experts to remotely exercise and provide their expertise and/or knowing how. From a technical point of view the issue is not trivial because it requires a smooth and mastered articulation between two different technologies: WebRTC and the Internet of Things (IoT) /Web of Things (WoT). Hence, the first part of the problem studied in this thesis, consists in analyzing the possibilities of extending WebRTC capabilities with theWoT. So as to provide a secure and privacy-respectful access to the various smart objects located in the immediate environment of a participant to any otherend-user involved in the same ongoing WebRTC session. This approach is then illustrated in the ehealth domain and tested in a real smart home (a typical example of a smart space). Moreover,positioning our approach in the context of communication services operating in smart cities requires the ability to support a multiplicity of SSs,each with its own network and security policy. Hence,in order to allow a participant to access one of his own SSs or one of another participant (through a delegation of access process), it becomes necessary to dynamically identify, select, deploy, and enforce the SS’s specific routing and security rules, so as to have an effective, fast and secure access. Therefore, the second part of the problem studied in this Ph.D.consists in defining an efficient management of the routing and security issues regarding the possibility of having multiple SSs distributed over the entire network.

Les progrès de la technologie des capteurs et leur disponibilité ont permis de mesurer diverses propriétés et activités des habitants dans une maison intelligente. Cependant, l’obtention de connaissances significatives à partir d’une grande quantité d’informations collectées à partir d’un réseau de capteurs n’est pas une tâche simple. En raison de la complexité du comportement des habitants, l’extraction d’informations significatives et la prédiction précise des valeurs représentant les activités futures d’un occupant sont des défis de recherche [6]. L’objectif principal de notre travail de thèse est d’assurer une analyse efficace des données recueillies à partir des capteurs d’occupation dans une maison intelligente. A ce propos, ce travail se base sur la reconnaissance et l’évaluation des activités quotidiennes d’une personne âgée dans le but d’observer, de prédire et de suivre l’évolution de son état de dépendance, de santé et de détecter par la même occasion, la présence d’une perte ou d’une perturbation de l’autonomie en temps réel. / Advances in sensor technology and their availability have measured various properties and activities of residents in a smart home. However, obtaining significant knowledge from a large amount of information collected from a sensor network is not a simple task. Due to the complexity of the behavior of the inhabitants, the extraction of meaningful information and the accurate prediction of values ​​representing the future activities of an occupant are research challenges. The main objective of our thesis work is to ensure an efficient analysis of data collected from occupancy sensors in a smart home. In this regard, this work is based on the recognition and evaluation of the daily activities of an elderly person in order to observe, predict and monitor the evolution of his state of dependence, health and to detect by the same occasion, the presence of a loss or a disruption of autonomy in real time.

Mes travaux de recherches en thèse s’inscrivent dans le cadre du projet FUIE-monitorâge. L’objectif du projet, réunissant de nombreux partenaires industriels et universitaires, est d’améliorer la prise en charge individualisée et la sécurité du résident dans les établissements d’hébergement pour personnes âgées dépendantes(EHPAD). Dans ce travail, nous avons élaboré une méthode de fusion de données multimodales issues des différents capteurs installés dans un smart home. Ces informations sont utilisées pour la localisation intérieure des personnes afin de surveiller leurs activités journalières. Généralement, les mesures issues des capteurs sont soumises à des incertitudes. Dans nos travaux, ces erreurs sont supposées inconnues mais bornées. En tenant compte de cette hypothèse, une méthode de résolution d’un problème d’estimation d’état est élaborée en se basant sur des calculs ensemblistes. Notre algorithme de filtrage ensembliste comporte deux étapes. La première, dite de prédiction, est basée sur l’utilisation d’un modèle de marche aléatoire avec des hypothèses minimales (vitesse de déplacement maximale) pour prédire la zone où se trouve la personne. La deuxième étape, dite de correction, consiste à utiliser la mesure pour affiner cette zone. Cette étape utilise une technique de propagation de contraintes relâchée, q-relaxed intersection, pour permettre une meilleure robustesse par rapport aux données aberrantes. Notre algorithme est capable de quantifier, par un intervalle, l’incertitude commise sur les positions de cibles en mouvement tout en détectant les défauts de capteurs. / Our research work is a part of the project FUI 14 FEDER Collectivités E-monitor’âge. This project takes place within the framework of Ambient Assisted Living (AAL) which aims to improve the safety and the comfort of elderly people living in smart nursing homes. This work aims to monitor the activities of elderly persons using information from different sensors. The ADL (Activities of Daily Living) are used to evaluate the ability of the person to perform on their own a selection of the activities which are essential for an independent living in the everyday life. Generally, process knowledge and measurements coming from sensors are prone to indeterminable noise. In our work, we suppose that these errors are unknown but bounded. Taking into account this hypothesis, we show how to solve the estimation issue using set-membership computations techniques. Our algorithm, based on set-membership approach, consists of two steps. The prediction step, based on the use of a random walk mobility with minimum assumptions (maximum speed of moving), employs the previous state estimate to provide the prediction zone where the person may be located. The correction step uses the informations coming from the sensors to refine this predicted zone. This step uses a relaxed constraints propagation technique, q-relaxed intersection, to deal with faulty measurements. This proposed method allows us to compute the uncertainty domain for the reconstructed localization of moving targets as dealing with outliers.

L’émergence avérée des dispositifs dynamiques et hétérogènes ouvre la voie à l’apparition d’un nouveau type d’applications, qualifié d’ubiquitaire, qui présente la capacité d’interagir avec les capteurs et les actionneurs pénétrant nos environnements d’une manière transparente. Dans ce travail de recherche, nous nous intéressons en particulier aux applications ubiquitaires déployées dans les maisons intelligentes. Les plateformes ubiquitaires orientées services sont largement utilisées pour exécuter ces applications. Ces plateformes présentent la capacité de fournir, d’une manière dynamique, des services en fonction des besoins des applications s’y exécutant. Ces services peuvent être simples correspondant à des dispositifs ou plus abstraits fournissant des fonctions de plus haut niveau. Les applications ubiquitaires partagent ces services pour réaliser des objectifs différents, parfois conflictuels. Ces conflits doivent être traités afin de maintenir les maisons dans des états cohérents. Cette thèse définit une approche pour la gestion des conflits entre les applications de la maison dans une plateforme orientée services. Cette approche est optimiste et gère les conflits à l’exécution via un modèle causal de l’environnement, nommé contexte. Cette approche s’articule principalement autour de trois axes : le premier axe se concentre sur la description des conflits dans un contexte modélisé sous la forme de composants orientés services ; le deuxième axe consiste en l’extension du modèle de programmation d’applications ubiquitaires par des mécanismes de verrouillage/déverrouillage ; le troisième axe se penche sur la gestion des conflits en adoptant une approche à trois phases (prévention, détection et résolution). La solution proposée a été développée sous la forme de composants iPOJO et intégrée dans la plateforme ubiquitaire domotique iCasa. / The important emergence of dynamic and heterogeneous devices paves the way for the emergence of a new type of ubiquitous applications that has the ability to interact with sensors and actuators that penetrate our environments in a transparent way. In this research, we are particularly interested in the ubiquitous applications deployed in smart homes. Service-oriented platforms are widely used to run these applications. These platforms present the ability to dynamically provide services, according to the applications needs. These services can be simple, representing a device, or more abstract, providing higher level functions. Ubiquitous applications share these services to achieve different and sometimes conflicting goals. These conflicts need to be managed in order to keep the houses in consistent states. This thesis defines an approach for managing conflicts between home applications in a service-oriented platform. This approach is optimistic and addresses conflicts at runtime via a causal model of the environment, called context. This approach focuses mainly on three axes: the first axis focuses on the description of conflicts in a context modeled as service-oriented components; the second axis consist in the extension of the programming model of ubiquitous applications by locking/unlocking mechanisms; the third axis focuses on conflict management using a three-phase approach (prevention, detection and resolution). The proposed solution was developed as iPOJO components and integrated into the ubiquitous platform iCasa.

Cette thèse propose un concept d'optimisation de la consommation d'énergie dans les maisons intelligentes basées sur la gestion de la demande qui repose sur l'utilisation de système d e gestion de l'énergie à la maison (HEMS) qui est en mesure de contrôler les appareils ménagers. L'avantage de ce concept est l'optimisation de la consommation d'énergie sans réduire les utilisateurs vivant confort. Un mécanisme adaptatif pour une croissance intelligente système de gestion de l'énergie de la maison qui a composé des algorithmes qui régissent l'utilisation des différents types de charges par ordre de priorité pré-sélectionné dans la maison intelligente est proposé. En outre, une méthode pourl'optimisation de la puissance générée à partir d'un hybride de systèmes d'énergie renouvelables (HRES) afin d'obtenir la demande de charge. particules technique d'optimisation essaim (PSO) est utilisé comme l'optimisation algorithme de recherche en raison de ses avantages par rapport à d'autres techniques pour réduire le coût moyen actualisé de l'énergie (LCE) avec une plage acceptable de la production en tenant compte des pertes entre la production et la demande. Le problème est défini et la fonction objective est introduite en tenant compte des valeurs de remise en forme de sensibilité dans le processus d’essaim de particules. La structure de l'algorithme a été construite en utilisant un logiciel MATLAB et Arduino 1.0.5 du logiciel.Ce travail atteint le but de réduire la charge de l'électricité et la coupure du rapport pic-moyenne (PAR). / This thesis proposes a concept of power consumption optimization in smart homes based on demand side management that reposes on using Home Energy Management System (HEMS) that is able to control home appliances. The advantage of the concept is optimizing power consumption without reducing the users living comfort. An adaptive mechanism for smart home energy management system which composed of algorithms that govern the use of different types of loads in order of pre-selected priority in smart home is proposed. In addition a method for the optimization of the power generated from a Hybrid Renewable Energy Systems (HRES) in order to achieve the load demand. Particle Swarm Optimization Technique (PSO) is used as optimization searching algorithm due to its advantages over other techniques for reducing the Levelized Cost of Energy (LCE) with an acceptable range of the production taking into consideration the losses between production and demand sides. The problem is defined and the objective function is introduced taking into consideration fitness values sensitivity in particle swarm process. The algorithm structure was built using MATLAB software and Arduino 1.0.5 Software. This work achieves the purpose of reducing electricity expense and clipping the Peak-toAverage Ratio (PAR). The experimental setup for the smart meter implementing HEMS is built relying on the Arduino Mega 2560 board as a main controller and a web application of URL http://www.smarthome-em.com to interface with the proposed smart meter using the Arduino WIFI Shield.

Cette thèse est une thèse CIFRE entre le LORIA et la société MEDETIC et porte sur la conception des systèmes de télésurveillance pour le maintien à domicile des personnes âgées.Le système est conçu aux personnes âgées qui veulent passer leur vieillesse dans leur propre maison, à cause de son potentiel pour augmenter l'indépendance et la qualité de la vie. Cela profiterait non seulement aux personnes âgées qui veulent vivre dans leur propre maison, mais aussi le système de santé publique en coupant des prix de façon significative.Mis à part la conception d'une architecture de télésurveillance « Vill’Âge® »basée sur des réseaux de capteurs hétérogènes (Domotique, IEEE802.15.4/Zigbee, Wifi, Bluetooth), la thèse a contribué essentiellement sur la proposition d'un protocole de clustering et de routage dans le réseau de capteurs sans fil avec une approche de la logique floue, et d'un middleware pour la collecte et le traitement des données des capteurs avec la gestion de la qualité de service comme particularité.Une première plateforme de test à été développée à Colmar (MEDETIC) et une seconde, plus complète et fait suite de cette thèse, est en cours de développement au LORIA (http://infositu.loria.fr/).Nous avons participé dans le concours de ministère de l'Enseignement supérieur et de la recherche avec un projet intitulé MPIGate: « Multi Protocol Interface and Gateway for telecare, environment Monitoring and Control » et nous avons gagné le prix de ce concours au niveau d’émergence. / This thesis is a thesis CIFRE between LORIA and the MEDETIC Company and focuses on the design of telehomecare system for the elderly.In addition to the design of a remote surveillance architecture “Vill’Âge ®” based on networks of heterogeneous sensor (home automation, IEEE802.15.4/Zigbee, Wifi, Bluetooth), thesis has contributed essentially on the proposal of a clustering and routing protocol in the network of wireless sensors with an approach to fuzzy logic, and of a middleware for the collection and processing of data from sensors with the management of the quality of service as a special feature.A first platform was developed at Colmar (MEDETIC) and a second who is more complete is under development at LORIA (http://infositu.loria.fr/).By using this system, MEDeTIC, offers a new concept of smart homes for the senior citizens, named in French “Maisons Vill’Âge”. The first housing schemes are being built in 2 departments of France. A flat is entirely equipped to act as a demonstrator and as laboratory of research and development.The system is designed for the elderly who wish to spend their old age in their own home, because of its potential to increase independence and quality of life. This would not only benefit the elderly who want to live in their own home, but also the national health care system by cutting costs significantly. Based on this PhD thesis, MPIGate, a “Multiprotocol Interface and Gateway for for telecare, environment”, has been developed. MPIGate was awarded in the competition of the Ministry of Higher Education and Research and OSEO 2010