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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.

Le cadre de cette thèse est l'étude des systèmes contrôlés en réseau sans fil (SCRSF) qui utilise la technologie IEEE 802.15.4. Le premier objectif est d'étudier la pertinence de l'utilisation du réseau de type IEEE 802.15.4 pour les SCRSF puis de proposer et d'évaluer des mécanismes pour garantir la Qualité de Service (QdS) offerte par le réseau au système contrôlé. Nous analysons l'utilisation des slots temporels réservés (GTS) dans le cadre des SCRSF et les contraintes qui en découlent. De plus, nous proposons des mécanismes de gestion de la QdS avec priorité aussi bien pour le mode avec balise que pour le mode sans balise du protocole IEEE 802.15.4. Ces propositions ont été validées par des simulations et une partie de manière analytique. Notre deuxième objectif est de concevoir, d'une manière conjointe, les SCRSF pour pouvoir régler en ligne la QdS offerte par le réseau en fonction de la Qualité de Contrôle (QdC) du système contrôlé. Nous proposons des protocoles d'adaptation en ligne de la QdS du réseau qui prennent en compte la QdC du système contrôlé. Ces protocoles ont été validés par simulations et une implémentation réelle de chacun d'eux est proposée / In this thesis, we study wireless networked control systems (WNCS) which use the IEEE 802.15.4 technology. The first objective is to study the pertinence of the use of the IEEE 802.15.4 for the WNCS, then to propose and evaluate QoS management mechanisms which guarantee the Quality of Service (QoS) offered by network to the controlled system. We analyse the use of the guaranteed temporel slots (GTS) for WNCS and in which conditions it is possible. We propose QoS management mechanisms with priority for both the beacon enabled mode and the non-beacon enabled mode of the IEEE 802.15.4 protocol. These proposals are validated through simulations and partially with analytical approach. The second objective is to design the WNCS so that the QoS offered by the network is adated online depending on the Quality of Control (QoC) on the controlled system. We propose QoS online adaptation protocols which take as parameter the QoC of the system. These protocols are validated through simulations and a realistic implementation of them is proposed

Le cadre de ce travail est l’étude coordonnée de lois de contrôle et d’ordonnancement. Le premier objectif est de proposer et évaluer une approche de contrôle de la dégradation de la Qualité de Contrôle (QdC) par rejet sélectif d’instances de tâches ou de messages selon le modèle (m,k)-firm. Plus particulièrement, nous avons étudié l’impact de distribution de rejets sur la QdC d'une boucle de contrôle et, sur la base des résultats obtenus, nous avons spécifié une méthode de co-conception permettant de déterminer les paramètres (gain) optimaux de la loi de contrôle et les paramètres de la contrainte (m,k)-firm spécifiant le rejet sélectif d’instances. Cette proposition a été validée sur modèles à l’aide de techniques analytiques, par simulation ainsi que grâce à des expérimentations. Notre deuxième objectif est d'étudier le problème de l'ordonnancement d'un ensemble de tâches temps réel réalisant chacune les algorithmes de contrôle dans une application centralisée évolutive. Nous proposons un mécanisme d'ordonnancement qui ajuste en ligne les contraintes (m,k)-firm des tâches suivant la configuration courante de l'application de manière à ce qu’un critère reflétant la performance globale de l'application soit optimal à tout instant / In this thesis, we study a coordinated approach for the design of control laws and scheduling parameters. The first objective is to propose and evaluate a technique to control the degradation of the quality of control (QoC) by selectively rejecting task or message instances according to the (m,k)-firm model. More specifically, we have studied the impact of the (m,k)-firm packet dropout policy on the QoC of a control loop. Based on the obtained results, we have specified a co-design method for determining the parameters (gain) of the optimal control law and the (m,k)-firm constraint specifying the selective rejet of instances. This proposal was validated by using analytical techniques, simulation and experimentation activities. The second objective is to address the scheduling problem of a set of real-time tasks where each task implements a control law in a centralized scalable application. We proposed a scheduling mechanism which determines on line, according to the current system configuration, a (m,k)-constraint based scheduling strategy to apply to each task so that the criterion reflecting the overall performance of the application is optimal at all times

Made available in DSpace on 2014-12-17T15:47:04Z (GMT). No. of bitstreams: 1 CaioSVB_TESE.pdf: 3239738 bytes, checksum: 3948060aee2b57cbd69e34e39277bb29 (MD5) Previous issue date: 2014-02-06 / Context-aware applications are typically dynamic and use services provided by several sources, with different quality levels. Context information qualities are expressed in terms of Quality of Context (QoC) metadata, such as precision, correctness, refreshment, and resolution. On the other hand, service qualities are expressed via Quality of Services (QoS) metadata such as response time, availability and error rate. In order to assure that an application is using services and context information that meet its requirements, it is essential to continuously monitor the metadata. For this purpose, it is needed a QoS and QoC monitoring mechanism that meet the following requirements: (i) to support measurement and monitoring of QoS and QoC metadata; (ii) to support synchronous and asynchronous operation, thus enabling the application to periodically gather the monitored metadata and also to be asynchronously notified whenever a given metadata becomes available; (iii) to use ontologies to represent information in order to avoid ambiguous interpretation. This work presents QoMonitor, a module for QoS and QoC metadata monitoring that meets the abovementioned requirement. The architecture and implementation of QoMonitor are discussed. To support asynchronous communication QoMonitor uses two protocols: JMS and Light-PubSubHubbub. In order to illustrate QoMonitor in the development of ubiquitous application it was integrated to OpenCOPI (Open COntext Platform Integration), a Middleware platform that integrates several context provision middleware. To validate QoMonitor we used two applications as proofof- concept: an oil and gas monitoring application and a healthcare application. This work also presents a validation of QoMonitor in terms of performance both in synchronous and asynchronous requests / Aplica??es cientes de contexto s?o tipicamente din?micas e caracterizam-se por utilizar servi?os providos por v?rias fontes, com diferentes n?veis de qualidade. A qualidade de uma informa??o de contexto ? expressa atrav?s dos metadados de Qualidade de Contexto (QoC), como precis?o, corretude, atualidade, resolu??o. Por sua vez, a qualidade de um servi?o ? expressa atrav?s dos metadados de Qualidade de Servi?o (QoS), como tempo de resposta, taxa de erro, disponibilidade e tempo m?dio entre falhas. Para garantir que uma aplica??o est? utilizando servi?os e informa??es de contexto com n?veis de QoS e QoC que satisfa?am seus requisitos, ? essencial que elas estejam continuamente cientes desses metadados. Para tanto, ? necess?rio utilizar um mecanismo de monitoramento de QoS e QoC que atenda aos seguinte requisitos: (i) forne?a suporte a aferi??o e monitoramento de metadados de QoS e QoC; (ii) opere de forma s?ncrona como tamb?m de forma ass?ncrona, permitindo que a aplica??o especifique uma condi??o e o monitor informe quando ocorre algum evento que satisfa?a a condi??o;; (iii) use ontologias para representa??o da informa??o de forma a evitar interpreta??es amb?guas. Este trabalho prop?e o QoMonitor, um m?dulo para monitoramento de metadados de QoS e QoC que atende a tais requisitos. A arquitetura e a implementa??o do QoMonitor s?o discutidos. Para requisi??es ass?ncrona o QoMonitor usa dois protocolos: JMS e Light-PubSubHubbub. De forma a ilustrar o uso do QoMonitor no contexto do desenvolvimento de aplica??es ub?quas ele foi integrado ao OpenCOPI (Open COntext Platform Integration), uma plataforma integradora de diferentes Middleware de provis?o de contexto que fornecem servi?os e seus respectivos metadados. Para validar o uso do QoMonitor s?o utilizados duas aplica??es como provas de conceito que exploram as capacidades do monitor: uma aplica??o da ind?stria de petr?leo e g?s, e uma aplica??o de healthcare. Esse trabalho tamb?m apresenta uma avalia??o do QoMonitor em termos de desempenho tanto no contexto de requisi??es s?ncronas como ass?ncronas

Submitted by Automa??o e Estat?stica (sst@bczm.ufrn.br) on 2017-01-12T13:24:40Z No. of bitstreams: 1 PorfirioDantasGomes_DISSERT.pdf: 7295529 bytes, checksum: e59eed8fb988f2607cf908db21416196 (MD5) / Approved for entry into archive by Arlan Eloi Leite Silva (eloihistoriador@yahoo.com.br) on 2017-01-16T15:14:08Z (GMT) No. of bitstreams: 1 PorfirioDantasGomes_DISSERT.pdf: 7295529 bytes, checksum: e59eed8fb988f2607cf908db21416196 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-01-16T15:14:08Z (GMT). No. of bitstreams: 1 PorfirioDantasGomes_DISSERT.pdf: 7295529 bytes, checksum: e59eed8fb988f2607cf908db21416196 (MD5) Previous issue date: 2016-04-04 / A Internet das Coisas (do ingl?s Internet of Things - IoT) ? um paradigma emergente caracterizado por uma mir?ade de dispositivos heterog?neos conectados ? Internet. Por?m, a alta heterogeneidade e a larga distribui??o dos dispositivos dispon?veis em IoT dificultam a implanta??o desse paradigma, fazendo com que m?quinas e usu?rios enfrentem desafios para encontrar, selecionar, e usar recursos de forma r?pida, confi?vel, e amig?vel. Nesse contexto, servi?os de descoberta desempenham um papel chave, permitindo que clientes (e.g., plataformas de middleware, usu?rios finais, e aplica??es) recuperem recursos atrav?s da especifica??o de crit?rios de busca contendo uma s?rie de atributos, tais como o tipo do recurso, capacidades, localiza??o, par?metros de qualidade de contexto (Quality of Context - QoC), etc. Esta disserta??o introduz o QoDisco, um servi?o de descoberta distribu?do que permite buscas por m?ltiplos atributos, buscas em intervalos, e opera??es de busca s?ncrona e ass?ncrona. Al?m disso, o QoDisco inclui um modelo baseado em ontologias para a descri??o sem?ntica de recursos (i.e., sensores e atuadores), servi?os, e dados capturados por sensores. Esta disserta??o apresenta, em detalhes, (i) a arquitetura do QoDisco, (ii) seu modelo de informa??o, (iii) a implementa??o de um prot?tipo, (iv) e a integra??o do QoDisco com uma plataforma de middleware para IoT, a EcoDiF. Por fim, este trabalho apresenta uma prova de conceito em um cen?rio de polui??o urbana e uma avalia??o qualitativa do desempenho do procedimento de busca do QoDisco. / The Internet of Things (IoT) is an emergent paradigm characterized by a plethora of heterogeneous devices connected to the Internet. However, the high heterogeneity and the wide distribution of the available devices in IoT make difficult the adoption of this paradigm, with users facing challenges to find, select, and use resources in a fast, reliable, and user-friendly way. In this context, discovery services perform a key role, allowing clients (e.g., middleware platforms, end-users, and applications) to retrieve resources through the specification of search criteria containing attributes, such as the resource type, capabilities, location, quality of context (QoC) parameters, and etc. This dissertation introduces the QoDisco, a distributed discovery service to search resources by multiple attributes, range queries, and synchronous and asynchronous operations. Furthermore, QoDisco includes an ontology-based model for semantic description of resources (i.e., sensors and actuators), services, and data captured by sensors. This dissertation presents, in details, (i) the QoDisco architecture, (ii) its information model, (iii) a propotype implementation, (iv) and the integration of QoDisco with a middleware platform for IoT, EcoDiF. Lastly, this work presents a proof of concept in an urban pollution scenario and a qualitative avaliation of the QoDisco?s search procedure performance.

La tesis se enmarca en el estudio de las arquitecturas inteligentes de control distribuido y de los sistemas de comunicaciones empleados, más concretamente el trabajo se centra en la optimización del sistema de control por medio de la evaluación del rendimiento en el middleware a través de los parámetros de calidad de servicio y de la optimización del control empleando políticas de calidad de servicio. El principal objetivo de este trabajo ha sido estudiar, diseñar, desarrollar y evaluar una arquitectura de control distribuido, basándose en el estándar de comunicaciones Data-Distribution Service for Real-Time Systems (DDS) propuesto por la organización Object Management Group (OMG). Como aportación principal de la tesis se propone el diseño de una arquitectura distribuida de control inteligente que de soporte a la QoS, tanto en la medición por medio de los parámetros, como en la gestión por medio de las políticas de QoS. Las políticas deben permitir la variación de las características de la comunicación en función de los requisitos de control, expresados estos últimos por medio de los parámetros de QoC. A la arquitectura desarrollada se le ha llamado FSACtrl. Para determinar los requisitos de la arquitectura FSACtrl, se han estudiado las revisiones de los autores más relevantes acerca de las características más destacadas de las arquitecturas distribuidas de sistemas de control. A partir de estas características se han diseñado los elementos de la arquitectura FSACtrl. Los elementos que dan soporte a las comunicaciones se han basado en los del estándar DDS de la OMG, mientras que los elementos de control se han basado en el estándar Sensor Web Enablement (SWE) del Open Geospatial Consortium (OGC). Para la validación de la arquitectura se ha implementado un entorno de diseño y simulación del control. / Poza Luján, JL. (2012). Propuesta de arquitectura distribuida de control inteligente basada en políticas de calidad de servicio [Tesis doctoral]. Editorial Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/14674 / Palancia