[pt] A tese investiga os diferentes mecanismos atencionais envolvidos na utilização de sistemas de informação ambiente. Para tanto, conceitua e delimita a computação pervasiva – a partir da qual componentes computadorizados passam a compor o ambiente e os objetos do cotidiano –, e discute as conseqüências do uso desta tecnologia, no que se refere aos impactos sociais, implicações ambientais, questões de segurança e privacidade, destacando o papel do design nessa problemática. Apresenta a evolução do design de interação, explicitando sua relação com o projeto de mídias interativas. Propõe ampliar o campo de atuação do design de interação, considerando que a tela do computador deixou de ser a principal interface com o ambiente digital, e que o projeto da interação no contexto da computação pervasiva exige uma abordagem sistêmica. Apresenta o conceito de tecnologia sem estresse (calm technology), de Weiser e Brown (1996), e aprofunda a discussão iniciada por estes autores sobre a necessidade de se projetar sistemas de informação que atuem na periferia de nossa atenção, com base nos estudos da Psicologia Cognitiva sobre mecanismos atencionais. Destaca os sistemas de informação ambiente como aqueles que mais se apropriam da idéia de apresentar informações sem exigir o foco de nossa atenção. Analisa doze sistemas de informação ambiente, investigando o modo como envolvem os mecanismos atencionais. Conclui que a definição original de Weiser e Brown (1996) não é suficiente para descrever a miríade de processos envolvidos com a captação da atenção, e aponta linhas mestras para o design de sistemas de informação ambiente, de maneira a considerar a dinâmica entre os diferentes mecanismos atencionais, o contexto de uso, o grau de engajamento do usuário, a influência da memória e a capacidade de habituação aos sistemas de informação. / [en] This thesis investigates the different attentional mechanisms involved when using ambient information systems. To that end, it defines and delimits pervasive computing – when computational resources are embedded into the environment and in everyday objects – and discusses the consequences of this technology, regarding the social impacts, environmental implications, security and privacy issues, highlighting the role of design on this matter. It presents the evolution of interaction design, emphasizing its relationship with the design of interactive media. It proposes to broaden the interaction design field, considering that the computer screen is no longer the primary interface with the digital environment, and that interaction design requires a systemic approach in the context of pervasive computing. It introduces Weiser and Brown s (1996) concept of calm technology, and deepens the discussion initiated by these authors about the need for designing information systems that act on the periphery of our attention, based on Cognitive psychology studies about attentional mechanisms. It highlights ambient information systems as those which have more properly embraced the idea of presenting information without requiring the focus of our attention. It analyzes twelve ambient information systems, investigating how the attentional mechanisms are involved in their usage. It concludes that Weiser and Brown s (1996) original concept is not sufficient to describe the myriad of processes involved with our attention, and outlines guidelines for the design of ambient information systems, in order to consider the dynamics between different attentional mechanisms, the context of use, the degree of user engagement, the influence of memory and the ability to habituate to information systems.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The great advance in the semiconductor industry allowed a increase in the development and marketing of mobile electronic devices. With the expansion of this market, the need for new programming methods and a different view for the development of user interfaces increased. Interfaces that were used before only in desktops and relied on keyboard and mouse interaction are now used in a variety of devices, including cell phones, smartphones and tablets. Often making the use of touch screens as well as by voice commands. Taking into account these aspects of cross-platform and different usability, it becomes apparent the importance of interfaces that adapt "to the environment." With the advent of mobile devices, this particular area became of fundamental importance because this kind of devices has specifics characteristics that are essential to the composition of a satisfactory user interface. So, mobile devices are covering a large variety of features, which makes the interfaces development a very complex task. One way to develop and adapt user interfaces in order to facilitate handling and to reduce stress at the time of use of the device is through the use of user profiles and capabilities of devices. Therefore, that interface is adapted to the user needs and preferences, as well be able to fully adapt to the device features. Considering this assumption, this dissertation aims to present the architecture PIDIM. This architecture goal to assist in the customization and adaptation of user interfaces for mobile devices in pervasive environments. The user interfaces adapted for this process plans to facilitate the use of mobile devices. The proposed approach presents an architecture that uses concepts of Pervasive Computing enabling information access anytime, anyplace, and in any computing device. Besides, it represents data on the user s profile, so that adaptation of the interfaces is entirely focused on the end user. The knowledge representation about the user profile needed for PIDIM architecture modeling is done through ontologies due to the possibility of reuse of stored information. In order to validate and demonstrate the flow of operation of the proposed approach is presented a case study in the literature, which has as scenario the adaptation of user interfaces when it is in motion. / O grande avanço na indústria de semicondutores possibilitou um aumento no desenvolvimento e comercialização de dispositivos eletrônicos móveis. Juntamente com este mercado, cresceu a necessidade de novos métodos de programação e uma visão diferente para criação de interfaces. Interfaces que antes só eram utilizadas em desktops com base de interação teclado e mouse, hoje são utilizadas em diferentes tipos de dispositivos, como celulares, smartphones e tablets, seja utilizadas em telas sensíveis ao toque como também por comando de voz. Levando em conta estes aspectos de multiplataforma e diferentes usabilidades, torna-se visível a importância de interfaces que se adaptem "ao meio". Com o aparecimento dos dispositivos móveis, a área em questão passou a ser de fundamental importância, pois estes dispositivos possuem características particulares fundamentais para a composição de uma interface satisfatória ao usuário. Os dispositivos móveis estão abrangendo uma diversidade grande de características, o que torna o desenvolvimento de uma interface um processo complexo. Uma das formas de desenvolver e adaptar interfaces de usuário de forma a facilitar o manuseio e diminuir o estresse no momento da utilização do dispositivo é através do uso de perfis de usuários e capacidades de dispositivos, fazendo com que a interface se adapte às necessidades e preferências do usuário e consiga se adaptar totalmente às funcionalidades do dispositivo. Considerando isto, este trabalho tem como objetivo apresentar a arquitetura PIDIM, a fim de ajudar na personalização e adaptação de interfaces de usuário para dispositivos móveis em ambientes pervasivos. As interfaces de usuários adaptadas por este processo da arquitetura PIDIM visam facilitar a utilização de dispositivos móveis. A abordagem proposta apresenta uma arquitetura que utiliza conceitos de Computação Pervasiva possibilitando acesso à informação a qualquer hora, lugar, e dispositivo computacional, além de representar dados relativos ao perfil de usuários, para que a adaptação das interfaces seja totalmente focada no usuário final. A representação do conhecimento sobre o perfil do usuário necessário para a modelagem da arquitetura PIDIM é feita através de ontologias devido a possibilidade de reuso das informações armazenadas. A fim de validar e demonstrar o fluxo de funcionamento da abordagem proposta, é apresentado um estudo de caso, encontrado na literatura, o qual possui como cenário a adaptação de interfaces de usuários quando o mesmo se encontra em movimento.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / In despite of the great advantages of adopting computer systems for storing patient's information in hospitals and clinics, such systems are adopted with restrictions in these institutions. Some studies indicate that the rejection of such systems by the clinicians is greats due to computing not consider the particularities of the activities performed by the user in the clinical field. Considering this background, the project ClinicSpace aims to build a prototype tool to help health professionals in performing of their activities, using concepts and technologies of ubiquitous computing, which suggests that the computation must be fully integrated into the environment, disappearing from the user's consciousness and assisting him in their daily activities. This paper proposes an architecture called pEHS - Pervasive Electronic Healthcare System - a electronic health system inserted in the ClinicSpace's proposal, where the computing is oriented to clinical activities and the applications do interact with the ubiquitous environment through context information. The contribution of this paper is the proposal of a new software architecture in which pEHS modular applications follows the medical activities, making the system to adapt to the clinician's activities. In the architecture there are two points in evidence: the possibility of access to any information from the patient's health history and the adaptation of pEHS applications to the context information at runtime. The prototyped architecture will be used in the ClinicSpace project to build the applications needed for the clinicians helping them to carry out their activities. / Apesar das grandes vantagens existentes na adoção de sistemas computacionais para armazenamento das informações do paciente em ambientes hospitalares, tais sistemas são adotados com restrições em hospitais. Estudos indicam que a rejeição destes pelos clínicos é grande devido à computação não levar em consideração as características das atividades desempenhadas pelo usuário e sua forma particular de o fazê-lo. Tendo em vista essa necessidade, o projeto ClinicSpace tem por objetivo prototipar uma ferramenta para auxílio ao profissional de saúde na realização de suas atividades, utilizando conceitos e tecnologias da Computação Ubíqua, a qual propõe que a computação deve ser totalmente integrada ao ambiente de forma a desaparecer da consciência do usuário e auxiliá-lo na realização de suas atividades diárias. Este trabalho propõe uma arquitetura chamada pEHS Pervasive Electronic Healthcare System sistema eletrônicos de saúde inserido na proposta do ClinicSpace, onde a computação é orientada a atividades clínicas e as aplicações interagem com o ambiente ubíquo através das informações de contexto. A contribuição deste trabalho é uma proposta nova de arquitetura de software na qual as aplicações modulares do pEHS acompanham as atividades médicas, fazendo com que o sistema adapte-se às atividades do profissional. Destacam-se dois pontos da arquitetura:a possibilidade de acesso a qualquer informação do histórico de saúde do paciente e a adaptação das aplicações pEHS às informações de contexto em tempo de execução. A arquitetura prototipada será utilizada no andamento do projeto ClinicSpace para a construção das aplicações necessárias aos profissionais de saúde para a realização de suas atividades de forma personalizada.

The modern organizations are becoming increasingly dependent on Information Technology (IT), which requires implementation of an effective management support on this area where the high investments achieved can add value for the companies. The intent of reducing the damage caused by unusual computer problems is to provide an active and complete technical assistance to the users. This support team, which is responsible for IT maintenance, was initially named help desk and later, it was modified to service desk due to its significance and the integrated services that were added in this work area. The high diversity of hardware and software besides the current user s demand, which increase the complexity of the technical assistance, creates a new request: the human resource allocation that provides an appropriate profile for solving different types of computers problems. Professionals, who don t have the proper expertise (work experience and practice) for specific maintenance, can bring unnecessary travel for the technician and work inactivity for the requester.This paper aims the adjustment of a service desk tool developed at the Federal University of Santa Maria. The remodelling involves a context-aware computing, location awareness and temporal context characteristics and the technician expertise. The main results demonstrate a service desk context-aware system (sdvpc-SC), that also enables its access through a mobile device and the improvement of technical calls distributed by expertise and geographical location. The tests proved that the system is technically possible and its adjustments can be easily implemented in different types systems of the same category. / As organizações modernas estão se tornando cada vez mais dependentes da Tecnologia da Informação (TI), o que torna imprescindível a implementação de um gerenciamento efetivo da TI para que os altos investimentos realizados no setor possam agregar valor às empresas. Quando surge um problema em algum equipamento de informática, ocasionando um funcionamento anormal dos serviços, espera-se que o usuário tenha uma resposta rápida e clara da equipe de suporte para minimizar os prejuízos causados. Esta equipe de suporte, responsável por resolver os problemas de TI, foi inicialmente denominada help desk, mas devido a sua importância e a novos serviços agregados a sua área de atuação passou a ser chamada de service desk. A grande diversidade de hardware e software aliada as atuais exigências dos usuários torna o atendimento mais complexo e cria uma nova demanda: a alocação de recursos humanos que apresentem o perfil adequado para resolução dos diferentes tipos de problemas. Alocar técnicos que não possuem a expertise (experiência e prática) correta para a solução do problema pode ocasionar, para o técnico, a perda de tempo pelo deslocamento desnecessário, e para o usuário a ociosidade devido à falta de solução do incidente no primeiro atendimento. Este trabalho apresenta a adaptação de uma ferramenta de service desk desenvolvida na Universidade Federal de Santa Maria. As adequações envolvem características da computação sensível ao contexto de localização, temporal e de expertise do técnico. Como principais resultados, obteve-se um sistema de service desk sensível ao contexto (sdvpc-SC), que possibilita o seu acesso através de dispositivo móvel, com a otimização das chamadas por expertise e a localização geográfica do técnico. Os testes demonstraram que o sistema é tecnicamente viável e as adaptações realizadas neste trabalho podem ser facilmente implementadas em diferentes tipos de sistemas da mesma categoria.

Currently, Pervasive Computing is focused on the development of programmable and interactive environments, which are intended to help the user in daily activities. The health system of the future envisages the use of Pervasive Computing as a way of optimizing and automating clinical activities. Under such perspective, the present study has tried to add, in a middleware for pervasive environment management, the supporting for management and accomplishment of clinical tasks (pervasive applications that help physicians perform their activities), fulfilling some requirements of activities-oriented computing, and creating a tool that will help physicians in their daily tasks. In modeling of the tasks management system, the middleware EXEHDA Execution Environment for Highly Distributed Applications has been used to manage the pervasive environment where tasks will be performed. Due to the flexible features of EXEHDA, as the integration of new services, the supporting of the middleware to the new tasks management was added as a new subsystem, composed by the services that implement the new features. So, the main contribution of present study was the modeling of the architecture for the new subsystem of EXEHDA, responsible for management of tasks in pervasive environment. As a secondary contribution, was developed a prototype of the core of this new subsystem (a service for managing tasks), already providing same integration within other services modeled for the architecture. This prototype can be used, during the course of the ClinicSpaces Project, as a basis for testing and evaluation of other services and to facilitate the participation of professionals from other areas in the project. / Atualmente, a Computação Pervasiva está direcionada ao desenvolvimento de ambientes programáveis e interativos, os quais auxiliarão o usuário em suas atividades diárias. O sistema de saúde do futuro prevê o uso da Computação Pervasiva como forma de otimizar e automatizar as atividades clínicas. Tendo em vista essa perspectiva, neste trabalho buscou-se adicionar, a um middleware de gerenciamento do ambiente pervasivo, o suporte ao gerenciamento e à execução de tarefas clínicas (aplicações pervasivas que auxiliam o clínico a realizar suas atividades), atendendo a alguns requisitos da computação orientada a atividades, e criando uma ferramenta para auxiliar os clínicos em suas atividades diárias. Na modelagem do sistema de gerenciamento de tarefas, o middleware EXEHDA Execution Environment for Highly Distributed Applications foi utilizado para gerenciar o ambiente pervasivo no qual as tarefas irão executar. Devido às características flexíveis do EXEHDA quanto à integração de novos serviços, o suporte do middleware ao gerenciamento de tarefas foi adicionado através de um novo subsistema, composto pelos serviços que implementam as novas funcionalidades. Portanto, a principal contribuição deste trabalho foi a modelagem da arquitetura do novo subsistema do EXEHDA, responsável pelo gerenciamento de tarefas no ambiente pervasivo. Como contribuição secundária, foi desenvolvido um protótipo do núcleo desse novo subsistema (um serviço para gerenciamento de tarefas), já prevendo certa interação com os demais serviços modelados para a arquitetura. Esse protótipo poderá ser usado, durante o andamento do projeto ClinicSpaces, como base para teste e avaliação dos outros serviços, bem como, para facilitar a participação de profissionais de outras áreas no prosseguimento do projeto.

To improve the system usability and assist the user during the execution of their daily clinical tasks, were designed new components and services to realize the task inference in the ClinicSpace architecture. The ClinicSpace project, currently being developed by the GMob of the PPGI/UFSM, aims to build a pilot tool that allows the modeling of the clinical tasks by the physician and their automatic management. To model and develop an inference service to this architecture is the main goal of the work described in the current dissertation. To realize the task inference, were used the task execution history of each user together with the present characteristics of the environment during the tasks executions. In this way, is possible to trace the profile of each user, knowing which functionalities will be necessary for him in the near future. With the capture of the environment information during the task execution, was used the C4.5 algorithm to infer, foresee, the next task to be executed. Together with the constant environment monitoring, were detected patterns that allows suppose the future execution of a task, helping the system utilization. The system presents the inferred tasks as suggestion in the graphical interface to not take automatic decisions, taking the user role, predicting a general improvement in the system usability. To validate the developed architecture, were made performance analyses of the inference mechanism, resulting in a small interference of the execution time of the whole system. / De forma a melhorar a usabilidade do sistema e auxiliar o usuário durante a execução de suas tarefas clínicas cotidianas foram projetados novos componentes e serviços para realizar a inferência de tarefas na arquitetura ClinicSpace. O projeto ClinicSpace, em desenvolvimento no GMob do PPGI/UFSM, visa construir uma ferramenta-piloto que permita a programação das atividades clínicas pelo próprio médico e o gerenciamento automático destas. Modelar e implementar um serviço de inferência para essa arquitetura é o objetivo principal do trabalho descrito nesta dissertação. Como base para a inferência das tarefas de cada usuário, utilizou-se o histórico de execução de tarefas juntamente com as características presentes no ambiente durante a execução. Dessa forma, é possível traçar o perfil de cada usuário, conhecendo-se quais funcionalidades serão necessárias a ele no futuro. A partir da captura de informações do ambiente durante a execução das tarefas, foi utilizado o algoritmo C4.5 para inferir, prever, a próxima tarefa a ser executada. Em conjunto com o constante monitoramento do ambiente são detectados os padrões que levam a supor a execução futura de uma tarefa, auxiliando na utilização do sistema. A partir da tarefa inferida, o sistema a apresenta como sugestão na interface gráfica de forma a não tomar decisões automáticas em substituição ao papel do usuário, prevendo-se uma melhoria geral na usabilidade do sistema. Como forma de validação da arquitetura desenvolvida foram feitas análises de desempenho do mecanismo de inferência, obtendo-se o resultado de baixa interferência nos tempos de execução do sistema como um todo.

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

Considering that irrigation occupies the major percentage of consumed water in agriculture and that Brazil intends to expand considerably its irrigated area in the coming decades, there is a growing need in improving the irrigation water management, mostly in regions with limited availability of water or occurrences of hydric deficiency periods. Therefore, the increase of technologies for performing irrigation using environmental information is becoming important because they enable the maximization of water and energy consumption, maintaining or even improving the yield and quality of agricultural production. This work proposes a context-aware remote sensing architecture for irrigation and its contributions are: (a) the development of two prototypes of a moisture and precipitation meter based on the proposed architecture using open hardware technologies; (b) the development of a context taxonomy that defines the types of information that can be used in the prototype s architecture; and (c) a comparison between two different types of soil moisture sensors. For the validation of the architecture, two case studies were realized to verify the correct functioning of the architecture components, as well as a data collection was performed to make the comparison between a resistive low-cost sensor produced at the Federal University of Santa Maria, and a high-accuracy and high-cost frequency domain reflectometry (FDR) sensor (CS616 - Campbell Scientific, United States). The results obtained from the analyzed data were satisfactory, where it was verified that the architecture is viable, meeting the requirements to which it has proposed. In addition, the comparison performed showed a determination coefficient of up to 95 % between the low-cost resistive soil moisture sensors and the soil moisture sensors CS616 of Campbell R . / Considerando que a irrigação ocupa a maior porcentagem da água consumida na agricultura, e que o Brasil pretende expandir consideravelmente a sua área irrigada nas próximas décadas, há uma crescente necessidade de melhorar o manejo da água de irrigação, principalmente em regiões com reduzida disponibilidade de água ou ocorrência de períodos de deficiência hídrica. Por isso, o incremento de tecnologias na realização da irrigação utilizando-se de informações referentes ao ambiente, estão tornando-se importantes por permitirem a maximização do uso da água e energia, mantendo, ou mesmo melhorando, o rendimento e a qualidade da produção agrícola. Este trabalho propõe uma arquitetura de sensoriamento remoto sensível ao contexto para irrigação, e suas contribuições são: (a) o desenvolvimento de dois protótipos de um medidor de umidade e pluviometria baseados na arquitetura proposta utilizando tecnologias open hardware; (b) o desenvolvimento de uma taxonomia de contextos que define os tipos de informações que podem ser utilizadas na arquitetura dos protótipos; e (c) uma comparação entre dois tipos distintos de sensores de umidade do solo. Para a validação da arquitetura, foram realizados dois estudos de caso para verificar o correto funcionamento dos componentes da arquitetura, bem como a coleta de dados para efetuar a comparação entre um sensor resistivo de baixo custo produzido na Universidade Federal de Santa Maria, e um sensor de alta precisão e custo que utiliza a técnica de reflectometria no domínio da frequência (FDR) (CS616 - Campbell Scientific, Estados Unidos). Os resultados obtidos com os dados analisados foram satisfatórios, onde verificou-se que a arquitetura atende aos requisitos aos quais se propôs. Além disso, a comparação realizada apresentou coeficientes de determinação de até 95% entre os sensores resistivos de umidade do solo de baixo custo e os sensores de umidade do solo CS616 da Campbell R .

The research presented in this thesis investigates the design challenges associated with the development and use of mobile applications and tools for supporting collaboration in educational activities. These technologies provide new opportunities to promote and enhance collaboration by engaging learners in a variety of activities across different places and contexts. A basic challenge is to identify how to design and deploy mobile tools and services that could be used to support collaboration in different kinds of settings. There is a need to investigate how to design collaborative learning processes and to support flexible educational activities that take advantage of mobility. The main research question that I focus on is the identification of factors that influence the design of mobile collaborative learning. The theoretical foundations that guide my work rely on the concepts behind computer supported collaborative learning and design-based research. These ideas are presented at the beginning of this thesis and provide the basis for developing an initial framework for understanding mobile collaboration. The empirical results from three different projects conducted as part of my efforts at the Center for Learning and Knowledge Technologies at Växjö University are presented and analyzed. These results are based on a collection of papers that have been published in two refereed international conference proceedings, a journal paper, and a book chapter. The educational activities and technological support have been developed in accordance with a grounded theoretical framework. The thesis ends by discussing those factors, which have been identified as having a significant influence when it comes to the design and support of mobile collaborative learning. The findings presented in this thesis indicate that mobility changes the contexts of learning and modes of collaboration, requiring different design approaches than those used in traditional system development to support teaching and learning. The major conclusion of these efforts is that the learners’ creations, actions, sharing of experiences and reflections are key factors to consider when designing mobile collaborative activities in learning. The results additionally point to the benefit of directly involving the learners in the design process by connecting them to the iterative cycles of interaction design and research.

Les avancées technologiques permettent d'intégrer des capteurs et des modules de communication dans les objets du quotidien pour les rendre intelligents et faciliter leur intégration sur l'Internet. L'Internet du futur sera sans nul doute celui des objets connectés. Les objets connectés génèrent, collectent, stockent et partagent des informations entre eux et aussi avec les serveurs d'authentification centralisés. La plupart des informations collectées doivent être protégées pendant le stockage et le transfert. Par le passé, divers protocoles assurant une sécurité robuste basés sur la cryptographie asymétrique et d’autres sur la cryptographie symétrique ont été proposés dans la littérature. Du fait que les objets connectés possèdent de faibles capacités de calcul, de mémoire et d'énergie, et que l'accès au medium radio est très consommateur en ressources, les protocoles cryptographiques traditionnels ne sont pas adaptés aux objets connectés. Il y a lieu donc d'adapter ou de concevoir des protocoles propres et conformes à leurs exigences. Dans cette thèse, nous abordons les défis de sécurité et de vie privée pertinents aux systèmes pervasifs avec des contraintes de ressources strictes. Nous regardons les protocoles d'authentification serverless, qui sont des mécanismes d'authentification qui ne nécessitent pas la présence du serveur central au cours de la phase d'authentification entre deux objets connectés. Tout d'abord, nous fournissons les caractéristiques et les besoins pour les protocoles serverless. Grâce à ces besoins et caractéristiques, nous avons fait des recherches, des analyses complètes et des comparaisons des protocoles serverless existants en termes de sécurité, de vie privée et de performances. Nous examinons leurs capacités à résister à diverses attaques et leurs aptitudes à minimiser l’usage des ressources. Après quoi, notre objectif est de proposer des protocoles de sécurité serverless permettant aux objets de s’authentifier tout en garantissant efficacité, passage à l’échelle et efficacité énergétique, l'énergie étant une ressource très critique qui a une influence directe sur la durée de vie d’un objet connecté. Trois nouvelles contributions sont proposées dans cette thèse. Notre première contribution est un protocole léger serverless d'authentification mutuelle pour les objets connectés hétérogènes. La première contribution fournit trois avantages par rapport aux protocoles existants. Cette contribution répond aux exigences des systèmes pervasifs. La validation de notre proposition a été faite en utilisant l'outil AVISPA et la validation informelle en utilisant sécurité et de vie privée des jeux. Notre deuxième contribution comprend deux protocoles complémentaires dans le domaine des technologies RFID. Le premier protocole vise à l'authentification de masse entre un lecteur RFID et un groupe d'étiquettes tandis que le deuxième protocole effectue une recherche sécurisée pour une étiquette cible parmi un groupe d'étiquettes dans le voisinage du lecteur. Les deux protocoles proposés tiennent compte des contraintes de ressources des étiquettes RFID. Après une étude approfondie des protocoles serverless, nous avons proposé une troisième contribution, un guide pour la conception des protocoles serverless sécurisé et efficaces pour les systèmes pervasifs. Le guide contient six principes et six meilleures pratiques en vue d'élaborer des protocoles serverless. Le guide est destiné à aider à la conception de protocoles serverless efficaces, sécurisés et simples en évitant des erreurs couramment faites dans les protocoles existants / This thesis addresses the security and privacy challenges relevant to the resource constrained devices in the era of pervasive computing. Pervasive computing, a term coined by Schechter to describe the idea of computing services available anytime, anywhere and on demand, is characterized by seamless interactions between heterogeneous players in the Internet. This phenomenon allows intelligent chips, sensors or microcontrollers to be embedded into everyday objects to enable them generate, communicate and share information. Pervasive computing accelerates technological evolution by integrating small and resource constrained devices to the Internet arena, eventually opening doors to new services requiring seamless interactions and integrations with the existing technologies, infrastructures and services. The nature of the information generated, stored and shared by resource constrained devices may require proper security and privacy guarantees. Towards that end, the classical security solutions are not ideal candidates to solve the security and privacy challenges in pervasive systems for two reasons. First, classical security protocols require a lot of resources from the host devices while most of the pervasive devices have very strict resource constraints. Second, most classical security solutions work in a connected mode, which requires constant communication between devices and centralized servers for authentication and authorization purposes. However, pervasive devices may be working in isolated areas with intermittent network coverage and connectivity. Thus, it is ideal to come up with alternative solutions suitable for heterogeneous pervasive devices to smoothly interact, authenticate and securely share information. One of the suitable alternative solutions is the serverless protocols. The term “serverless protocol” refers to the mechanism of enabling centrally controlled devices to autonomously authenticate one another, or other heterogeneous devices, without an active participation of the centralized authentication or authorization servers. Serverless protocols prioritize on securing proximity communication between heterogeneous devices while optimizing on the little resources available. In this thesis, we tackle the challenges of pervasive systems by proposing lightweight and efficient serverless protocols for authenticating heterogeneous pervasive devices during proximity communication. Our proposed protocols derive their originality from the fact that they do not require the communicating parties to have prior relationships with each other, nor to have any previously shared authentication information with each other. Moreover, our proposed solutions incorporate context information to enforce automatic parameter expiry. This property is not supported by most of the earlier versions of the serverless protocol schemes, hence making them vulnerable to different attacks. Three novel contributions are proposed in this thesis. First, we propose a serverless lightweight mutual authentication protocol for heterogeneous devices. The first contribution includes a formal validation using the AVISPA tool. Second, we propose two complementing protocols using RFID (Radio-Frequency Identification) as a core technology. The first protocol performs mass authentication between an RFID reader and a group of tags and the second protocol performs a secure search for a target tag among a group of tags. The second contribution includes two formal validations; one is done using the AVISPA tool and the other is done using the CryptoVerif tool. After a thorough study of serverless protocols, we propose our third contribution, a concise guide on how to develop secure and efficient serverless protocols relevant to the pervasive systems