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.

La capture de mouvement ambulatoire est un sujet en plein essor pour des applications aussi diverses que le suivi des personnes âgées, l'assistance des sportifs de haut niveau, la réhabilitation fonctionnelle, etc. Ces applications exigent que le mouvement ne soit pas contraint par un système externe, qu’il puisse être réalisé dans différentes situations, y compris en extérieur, que l’équipement soit léger et à un faible coût, qu’il soit réellement ambulatoire et sans procédure complexe de calibration.Actuellement, seuls les systèmes utilisant un exosquelette ou bien des modules inertiels (souvent combinés avec des modules magnétiques) permettent d'effectuer de la capture de mouvement de façon ambulatoire. Le poids de l’exosquelette est très important et il impose des contraintes sur les mouvements de la personne, ce qui le rend inutilisable pour certaines applications telles que le suivi de personnes âgées. La technologie inertielle est plus légère. Elle permet d'effectuer la capture du mouvement sans contrainte sur l’espace de mesure ou sur les mouvements réalisés. Par contre, elle souffre de dérives des gyromètres, et le système doit être recalibré.L'objectif de cette thèse est de développer un système de capture de mouvement de chaînes articulées, bas-coût et temps réel, réellement ambulatoire, ne nécessitant pas d'infrastructure de capture spécifique, permettant une utilisation dans de nombreux domaines applicatifs (rééducation, sport, loisirs, etc.).On s'intéresse plus particulièrement à des mesures intra-corporelles. Ainsi, tous les capteurs sont placés sur le corps et aucun dispositif externe n'est utilisé. Outre un démonstrateur final permettant de valider l'approche proposée, on s'astreint à développer également des outils qui permettent de dimensionner le système en termes de technologie, nombre et position des capteurs, mais également à évaluer différents algorithmes de fusion des données. Pour ce faire, on utilise la borne de Cramer-Rao.Le sujet est donc pluridisciplinaire. Il traite des aspects de modélisation et de dimensionnement de systèmes hybrides entièrement ambulatoires. Il étudie des algorithmes d'estimation adaptés au domaine de la capture de mouvement corps entier en traitant les problématiques d'observabilité de l'état et en tenant compte des contraintes biomécaniques pouvant être appliquées. Ainsi, un traitement adapté permet de reconstruire en temps réel la posture du sujet à partir de mesures intra-corporelles, la source étant également placée sur le corps. / Ambulatory motion capture is of great interest for applications ranging for the monitoring of elderly people, sporty performances monitoring, functional rehabilitation, etc. These applications require that the movement is not constrained by an external system, that it can be performed in different situations, including outdoor environment. It requires lightweight and low cost equipment; it must be truly ambulatory without complex process of calibration.Currently, only systems using an exoskeleton or inertial modules (often combined with magnetic modules) can be used in such situations. Unfortunately, the exoskeleton weight is not affordable and it imposes constraints on the movements of the person, which makes it unusable for certain applications such as monitoring of the elderly.Inertial technology is lighter. Itcan be used for the capture of movement without constraints on the capture space or on the movements. However, it suffers from gyros drift, and the system must be recalibrated.The objective of this thesis is to develop a system of motion capture for an articulated chain, low-cost, real-time truly ambulatory that does not require specific capture infrastructure, that can be used in many application fields (rehabilitation, sport, leisure, etc.).We focus on intra-corporal measurements. Thus, all sensors are placed on the body and no external device is used. In addition to a final demonstrator to validate the proposed approach, we also develop tools to evaluate the system in terms of technology, number and position of sensors, but also to evaluate different algorithms for data fusion. To do this, we use the Cramer-Rao lower bound. \\The subject is multidisciplinary. It addresses aspects of modelling and design of fully ambulatory hybrid systems. It studies estimation algorithms adapted to the field of motion capture of a whole body by considering the problem of observability of the state and taking into account the biomechanical constraints that can be taken into account. Thus, with an appropriate treatment, the pose of a subject can be reconstructed in real time from intra-body measurements.

L'efficacité énergétique constitue l'objectif clef pour la conception des protocoles de communication pour des réseaux de capteurs radio multi-sauts. Beaucoup d'efforts ont été réalisés à différents niveaux de la pile protocolaire à travers des algorithmes d'agrégation spatiale et temporelle des données, des protocoles de routage efficaces en énergie, et des couches d'accès au médium avec des mécanismes d'ordonnancement permettant de mettre la radio en état d'endormissement afin d'économiser l'énergie. Pour autant, ces protocoles utilisent de façon importante des paquets de contrôle et de découverte du voisinage qui sont coûteux en énergie. En outre, cela se fait très souvent sans aucune interaction entre les différentes couches de la pile. Ces travaux de thèse s'intéressent donc particulièrement à la problématique de l'énergie des réseaux de capteurs à travers des protocoles de routage et d'accès au médium. Les contributions de cette thèse se résument de la manière suivante : Nous nous sommes tout d'abord intéressés à la problématique de l'énergie au niveau routage. Dans cette partie, les contributions se subdivisent en deux parties. Dans un premier temps, nous avons proposé une analyse théorique de la consommation d'énergie des protocoles de routage des réseaux radio multi-sauts d'appréhender au mieux les avantages et les inconvénients des uns et des autres en présence des modèles de trafic variables, un diamètre du réseau variable également et un modèle radio qui permet de modéliser les erreurs de réception des paquets. À l'issue de cette première étude, nous sommes parvenus à la conclusion que pour être économe en énergie, un protocole de routage doit avoir des approches similaires à celle des protocoles de routage géographique sans message hello. Puis, dans un second temps, nous introduisons une étude de l'influence des stratégies de relayage dans un voisinage à 1 saut sur les métriques de performance comme le taux de livraison, le nombre de messages dupliqués et la consommation d'énergie. Cette étude est suivie par une première proposition de protocole de routage géographique sans message hello (Pizza-Forwarding (PF)) exploitant des zones de relayage optimisées et sans aucune hypothèse sur les propriétés du canal radio. Dans le but de réduire considérablement la consommation de PF, nous proposons de le combiner avec une adaptation d'un protocole MAC asynchrone efficace en énergie à travers une approche transversale. La combinaison de ces deux approches montre un gain significatif en terme d'économie d'énergie avec des très bon taux de livraison et cela quels que soient les scénarios et la nature de la topologique. / Energy-efficient communication protocol is a primary design goal for Wireless Sensor Networks (WSNs). Many efforts have been done to save energy anywhere in the protocol stack through temporal and spatial data aggregation schemes, energy-aware routing protocols, activity scheduling and energy-efficient MAC protocols with duty cycle. However both control packets and beacons remain which induces a huge waste energy. Moreover, their design follows the classical layered approach with the principle of modularity in system development, which can lead to a poor performance in WSNs. This thesis focuses on the issues of energy in WSNs through energy-efficient routing and medium access control protocols. The constributions of this thesis can be summarized as follows: First, we are interested on the energy issues at the routing layer for multihop wireless sensor networks (WSNs). We propose a mathematical framework to model and analyze the energy consumption of routing protocols in multihop WSNs by taking into account the protocol parameters, the traffic pattern and the network characteristics defined by the medium channel properties, the dynamic topology behavior, the network diameter and the node density. In this study, we show that Beacon-less routing protocol should be a best candidate to save energy in WSNs. We investigate the performance of some existing relay selection schemes which are used by Beacon-less routing protocols. Extensive simulations are proposed to evaluate their performance locally in terms of packet delivery ratio, duplicated packet and delay. Then, we extend the work in multihop wiriless networks and develop an optimal solution, Enhanced Nearest Forwarding within Radius, which tries to minimize the per-hop expected number of retranmissions in order to save energy. We present a new beaconless routing protocol called Pizza-Forwarding (PF) without any assumption on the radio environment: neither the radio range nor symmetric radio links nor radio properties (shadowing, etc.) are assumed or restricted. A classical greedy mode is proposed. To overcome the hole problem, packets are forwarded to an optimal node in the two hop neighbor following a reactive and optimized neighborhood discovery. In order to save energy due to idle listening and overhearing, we propose to combine PF's main concepts with an energy-efficient MAC protocol to provide a joint MAC/routing protocol suitable for a real radio environment. Performance results lead to conclude to the powerful behavior of PFMAC.

Les RCsF sont des réseaux ad hoc, sans fil, large échelle déployés pour mesurer des paramètres de l'environnement et remonter les informations à un ou plusieurs emplacements (nommés puits). Les éléments qui composent le réseau sont de petits équipements électroniques qui ont de faibles capacités en termes de mémoire et de calcul ; et fonctionnent sur batterie. Ces caractéristiques font que les protocoles développés, dans la littérature scientifique de ces dernières années, visent principalement à auto-organiser le réseau et à réduire la consommation d'énergie. Avec l'apparition d'applications critiques pour les réseaux de capteurs sans fil, de nouveau besoins émergent, comme le respect de bornes temporelles et de fiabilité. En effet, les applications critiques sont des applications dont dépendent des vies humaines ou l'environnement, un mauvais fonctionnement peut donc avoir des conséquences catastrophiques. Nous nous intéressons spécifiquement aux applications de détection d'événements et à la remontée d'alarmes (détection de feu de forêt, d'intrusion, etc), ces applications ont des contraintes temporelles strictes. D'une part, dans la littérature, on trouve peu de protocoles qui permettent d'assurer des délais de bout en bout bornés. Parmi les propositions, on trouve des protocoles qui permettent effectivement de respecter des contraintes temporelles mais qui ne prennent pas en compte les spécificités des RCsF (énergie, large échelle, etc). D'autres propositions prennent en compte ces aspects, mais ne permettent pas de garantir des bornes temporelles. D'autre part, les applications critiques nécessitent un niveau de confiance très élevé, dans ce contexte les tests et simulations ne suffisent pas, il faut être capable de fournir des preuves formelles du respect des spécifications. A notre connaissance cet aspect est très peu étudié pour les RcsF. Nos contributions sont donc de deux types : * Nous proposons un protocole de remontée d'alarmes, en temps borné, X-layer (MAC/routage, nommé RTXP) basé sur un système de coordonnées virtuelles originales permettant de discriminer le 2-voisinage. L'exploitation de ces coordonnées permet d'introduire du déterminisme et de construire un gradient visant à contraindre le nombre maximum de sauts depuis toute source vers le puits. Nous proposons par ailleurs un mécanisme d'agrégation temps-réel des alarmes remontées pour lutter contre les tempêtes de détection qui entraînent congestion et collision, et donc limitent la fiabilité du système. * Nous proposons une méthodologie de vérification formelle basée sur les techniques de Model Checking. Cette méthodologie se déroule en trois points, qui visent à modéliser de manière efficace la nature diffusante des réseaux sans fil, vérifier les RCsF en prenant en compte la non-fiabilité du lien radio et permettre le passage à l'échelle de la vérification en mixant Network Calculus et Model Checking. Nous appliquons ensuite cette méthodologie pour vérifier RTXP. / Wireless Sensor Networks (WSNs) are ad hoc wireless large scale networks deployed in order to monitor physical parameters of the environment and report the measurements to one or more nodes of the network (called sinks). The small electronic devices which compose the network have low computing and memory capacities and run on batteries, researches in this field have thus focused mostly on self-organization and energy consumption reduction aspects. Nevertheless, critical applications for WSNs are emerging and require more than those aspects, they have real-time and reliability requirements. Critical applications are applications on which depend human lives and the environment, a failure of a critical application can thus have dramatic consequences. We are especially interested in anomaly detection applications (forest fire detection, landslide detection, intrusion detection, etc), which require bounded end to end delays and high delivery ratio. Few WSNs protocols of the literature allow to bound end to end delays. Among the proposed solutions, some allow to effectively bound the end to end delays, but do not take into account the characteristics of WSNs (limited energy, large scale, etc). Others, take into account those aspects, but do not give strict guaranties on the end to end delays. Moreover, critical applications require a very high confidence level, simulations and tests are not sufficient in this context, formal proofs of compliance with the specifications of the application have to be provided. The application of formal methods to WSNs is still an open problem. Our contributions are thus twofold : * We propose a real-time cross-layer protocol for WSNs (named RTXP) based on a virtual coordinate system which allows to discriminate nodes in a 2-hop neighborhood. Thanks to these coordinates it is possible to introduce determinism in the accesses to the medium and to bound the hop-count, this allows to bound the end to end delay. Besides, we propose a real-time aggregation scheme to mitigate the alarm storm problem which causes collisions and congestion and thus limit the network lifetime. * We propose a formal verification methodology based on the Model Checking technique. This methodology is composed of three elements, (1) an efficient modeling of the broadcast nature of wireless networks, (2) a verification technique which takes into account the unreliability of the wireless link and (3) a verification technique which mixes Network Calculus and Model Checking in order to be both scalable and exhaustive. We apply this methodology in order to formally verify our proposition, RTXP.

De nombreux systèmes physiques complexes sont modélisés à l’aide de systèmes d’équations aux dérivées partielles comprenant éventuellement des couplages et des non linéarités. Dans ce cadre, les problématiques de commande qui cherchent à définir quels sont les moyens d’actions (éventuellement en dimension infinie) permettant d’atteindre un état désiré ne sont pas triviales.Il en est de même pour l’identification en ligne de caractéristiques du système physique à partir d’informations fournies par des observations pertinentes. Cet aspect est souvent considéré comme un problème inverse dont la résolution pose de nombreuses questions spécifiques et ardues.Afin d’illustrer la problématique du déplacement judicieux d’un ensemble de capteurs mobiles pour reconstruire un terme source dans une équation aux dérivées partielles paraboliques, un dispositif est décrit dans cette étude. Il décrit des phénomènes de convection et diffusion éventuellement non linéaires.Le travail décrit dans ce document est destiné à développer une méthodologie complète en vue de réaliser une conception optimale d'expériences dans le cadre de problèmes mal posés non linéaires associés à l'évaluation de paramètres inconnus dans des systèmes décrits par des équations aux dérivées partielles. Le prototype expérimental a pour objet de tester les performances des stratégies de déploiement optimal d'un ensemble de capteurs mobile afin d’identifier des paramètres de plusieurs sources chauffantes en mouvement. / Many complex physical systems are modeled using systems of partial differential equations including possibly coupling and non-linearity. In this context, the determination of control strategies (in infinite dimension) in order to achieve a desired state is not trivial. It is obvious that quasi on-line identification of characteristics of the physical system from information provided by relevant sensors is quite complex. This optimization problem is often formulated as an inverse problem, whose resolution raises many specific questions. To illustrate the problem of the moving of a set of mobile sensors to identify a term source in parabolic partial differential equations, an experimental device is proposed in this study. Both phenomena of convection and diffusion (possibly non-linear) are taken into account. The work described in this document is intended to develop a comprehensive methodology to achieve an optimal design of experiments for nonlinear ill-posed problems associated with the evaluation of unknown parameters in systems described by partial differential equations. The experimental prototype is intended to test the performance of strategies for optimal deployment of a mobile set of sensors to identify parameters of multiple heating sources in movement.

Récepteurs récupérateurs d’énergie sans fil (WPR) détiennent un avenir prometteur pour la génération d'énergie électrique continue afin d’alimenter complètement ou partiellement les circuits compris dans les systèmes de communication sans fil. Applications importantes telles que l'identification par radiofréquence (RFID) et les réseaux de capteurs sans fils (WSN) fonctionnant aux bandes de fréquences UHF et SHF sont apparues, nécessitant un important effort sur la conception de WPRs d’haute efficacité pour étendre la distance de fonctionnement ou de la durée de vie de ces applications portables. Dans ce contexte, les redresseurs intégrés et les antennes sont d'un intérêt particulier, car ils sont responsables pour la tâche de conversion d'énergie. Ce travail de thèse vise à faire progresser l'étatde l'art à travers de la conception et réalisation de WPRs d’haute efficacité, dès l'antenne jusqu’au stockage de la puissance DC convertie, en explorant les défis d’interconnexion avec leur pleine intégration sur PCBs. / Wireless Powered Receivers (WPR) hold a promising future for generating a small amount ofelectrical DC energy to drive full or partial circuits in wirelessly communicating electronic devices.Important applications such as RFIDs and WSNs operating at UHF and SHF bands have emerged,requiring a significant effort on the design of high efficient WPRs to extend the operating range or thelifetime of these portable applications. In this context, integrated rectifiers and antennas are of aparticular interest, since they are responsible for the energy conversion task. This thesis work aims tofurther the state-of-the-art throughout the design and realization of high efficient WPRs from the antennaup to the storage of the converted DC power, exploring the interfacing challenges with their fullyintegration into PCBs.

Cette thèse aborde les performances d’un réseau corporel utilisant la technologie optique sans fil, comme alternative aux radiofréquences. L’application visée concerne la télésurveillance de patients mobiles, en milieu hospitalier. Après avoir défini les principales caractéristiques des réseaux corporels radiofréquences, notamment dans le cas de l’ultra large bande, nous présentons les avantages à utiliser la technologie optique sans fil. Nous considérons ensuite cette technologie en infrarouge, avec une méthode de propagation dite diffuse, exploitant les réflexions des rayons optiques dans l’environnement du réseau corporel. Les différentes méthodes de modélisation d’un canal optique diffus sont introduites, et nous utilisons deux types de méthodes pour modéliser le canal entre deux noeuds portés : un modèle classique dit « à une réflexion », permettant d’évaluer rapidement des variations de performances, et une méthode de lancer de rayon pour considérer un grand nombre de réflexions. En utilisant différents scénarios, ainsi que la notion de probabilité de rupture, nous montrons que l’optique diffuse permet de réaliser un lien corporel, pour les débits et la qualité de service requise par une application de télésurveillance médicale, et pour une puissance de transmission très inférieure à la limite imposée par la sécurité oculaire. Finalement, nous étudions les performances théoriques d’un réseau corporel en optique diffuse en termes de probabilité d’erreur, avec une gestion de l’accès multiple réalisé par répartition de codes optiques. Nous concluons qu’un réseau de capteurs corporels en optique diffuse est théoriquement réalisable, pour une application médicale de surveillance de patients mobiles dans l’environnement. / This thesis deals with the performance of optical girelles communications for body area networks (BAN) as an alternative solution to the radiofrequency one, in the context of mobile healthcare monitoring. After presenting the main characteristics of a BAN using the radiofrequency technology, specifically in the UWB band, we explain the advantages of the optical wireless technology. Diffuse propagation based on infrared technology is then considered for BAN, exploiting optical reflections from environment surfaces. Several optical wireless channel modeling methods are introduced, and we consider two solutions for the link between two on-body nodes: a classical method named “one reflection model”, used to estimate performance variations, and a ray-launching method, used to take into account a great amount of optical reflections. Considering several scenarios, we determine the outage probability, and show that the diffuse optical wireless technology is able to achieve an on-body link, with the data rates and the quality of service required by health monitoring applications, for a transmitted power far lower than the limit defined in standards. Then, we evaluate the theoretical performance, in terms of error probability, of an optical wireless BAN, considering the optical code division multiple access technique. Finally, we show that a BAN using optical wireless technology is theoretically feasible, regarding a health monitoring application, and considering the mobility of the patient in indoor environment.

Dans les maisons et bâtiments intelligents, il devient nécessaire de limiter l'intervention humaine sur le système énergétique, afin de fluctuer automatiquement l'énergie consommée par les appareils consommateurs. Pour cela, un système de mesure de la consommation électrique d'équipements est aussi nécessaire et peut être déployé de deux façons : intrusive ou non-intrusive. La première solution consiste à relever la consommation de chaque appareil, ce qui est inenvisageable à une grande échelle pour des raisons pratiques liées à l'entretien et aux coûts. Donc, la solution non-intrusive (NILM pour Non-Intrusive Load Monitoring), qui est capable d'identifier les différents appareils en se basant sur les signatures extraites d'une consommation globale, est plus prometteuse. Le problème le plus difficile des algorithmes NILM est comment discriminer les appareils qui ont la même caractéristique énergétique. Pour surmonter ce problème, dans cette thèse, nous proposons d'utiliser une information externe pour améliorer la performance des algorithmes existants. Les premières informations additionnelles proposées considèrent l'état précédent de chaque appareil comme la probabilité de transition d'état ou la distance de Hamming entre l'état courant et l'état précédent. Ces informations sont utilisées pour sélectionner l'ensemble le plus approprié des dispositifs actifs parmi toutes les combinaisons possibles. Nous résolvons ce problème de minimisation en norme l1 par un algorithme d'exploration exhaustive. Nous proposons également d'utiliser une autre information externe qui est la probabilité de fonctionnement de chaque appareil fournie par un réseau de capteurs sans fil (WSN pour Wireless Sensor Network) déployé dans le bâtiment. Ce système baptisé SmartSense, est différent de la solution intrusive car seul un sous-ensemble de tous les dispositifs est surveillé par les capteurs, ce qui rend le système moins intrusif. Trois approches sont appliquées dans le système SmartSense. La première approche applique une détection de changements de niveau sur le signal global de puissance consommé et les compare avec ceux existants pour identifier les dispositifs correspondants. La deuxième approche vise à résoudre le problème de minimisation en norme l1 avec les algorithmes heuristiques de composition Paréto-algébrique et de programmation dynamique. Les résultats de simulation montrent que la performance des algorithmes proposés augmente significativement avec la probabilité d'opération des dispositifs surveillés par le WSN. Comme il n'y a qu'un sous-ensemble de tous les appareils qui sont surveillés par les capteurs, ceux qui sont sélectionnés doivent satisfaire quelques critères tels qu'un taux d'utilisation élevé ou des confusions dans les signatures sélectionnées avec celles des autres. / In smart homes, human intervention in the energy system needs to be eliminated as much as possible and an energy management system is required to automatically fluctuate the power consumption of the electrical devices. To design such system, a load monitoring system is necessary to be deployed in two ways: intrusive or non-intrusive. The intrusive approach requires a high deployment cost and too much technical intervention in the power supply. Therefore, the Non-Intrusive Load Monitoring (NILM) approach, in which the operation of a device can be detected based on the features extracted from the aggregate power consumption, is more promising. The difficulty of any NILM algorithm is the ambiguity among the devices with the same power characteristics. To overcome this challenge, in this thesis, we propose to use an external information to improve the performance of the existing NILM algorithms. The first proposed additional features relate to the previous state of each device such as state transition probability or the Hamming distance between the current state and the previous state. They are used to select the most suitable set of operating devices among all possible combinations when solving the l1-norm minimization problem of NILM by a brute force algorithm. Besides, we also propose to use another external feature that is the operating probability of each device provided by an additional Wireless Sensor Network (WSN). Different from the intrusive load monitoring, in this so-called SmartSense system, only a subset of all devices is monitored by the sensors, which makes the system quite less intrusive. Two approaches are applied in the SmartSense system. The first approach applies an edge detector to detect the step-changes on the power signal and then compare with the existing library to identify the corresponding devices. Meanwhile, the second approach tries to solve the l1-norm minimization problem in NILM with a compositional Pareto-algebraic heuristic and dynamic programming algorithms. The simulation results show that the performance of the proposed algorithms is significantly improved with the operating probability of the monitored devices provided by the WSN. Because only part of the devices are monitored, the selected ones must satisfy some criteria including high using rate and more confusions on the selected patterns with the others.

Le développement des réseaux de capteurs sans fil fait que chaque utilisateur ou organisation est déjà connecté à un nombre important de nœuds. Ces nœuds génèrent une quantité importante de données, rendant la gestion de ces données non évident. De plus, ces données peuvent contenir des informations concernant la vie privée. Les travaux de la thèse attaquent ces problématiques. Premièrement, nous avons conçu un middleware qui communique avec les capteurs physiques pour collecter, stocker, traduire, indexer, analyser et générer des alertes sur les données des capteurs. Ce middleware est basé sur la notion de composants et de composites. Chaque nœud physique communique avec un composite du middleware via une interface RESTFul. Ce middleware a été testé et utilisé dans le cadre du projet Européen Mobesens dans le but de gérer les données d'un réseau de capteurs pour la surveillance de la qualité de l'eau. Deuxièmement, nous avons conçu un protocole hybride d'authentification et d'établissement de clés de paires et de groupes. Considérant qu'il existe une différence de performance entre les noeuds capteur, la passerelle et le middleware, nous avons utilisé l'authentification basé sur la cryptographie basée sur les identités entre la passerelle et le serveur de stockage et une cryptographie symétrique entre les capteurs et les deux autres parties. Ensuite, le middleware a été généralisé dans la troisième partie de la thèse pour que chaque organisation ou individu puisse avoir son propre espace pour gérer les données de ses capteurs en utilisant le cloud computing. Ensuite, nous avons portail social sécurisé pour le partage des données des réseaux de capteurs / Nowadays, each user or organization is already connected to a large number of sensor nodes which generate a substantial amount of data, making their management not an obvious issue. In addition, these data can be confidential. For these reasons, developing a secure system managing the data from heterogeneous sensor nodes is a real need. In the first part, we developed a composite-based middleware for wireless sensor networks to communicate with the physical sensors for storing, processing, indexing, analyzing and generating alerts on those sensors data. Each composite is connected to a physical node or used to aggregate data from different composites. Each physical node communicating with the middleware is setup as a composite. The middleware has been used in the context of the European project Mobesens in order to manage data from a sensor network for monitoring water quality. In the second part of the thesis, we proposed a new hybrid authentication and key establishment scheme between senor nodes (SN), gateways (MN) and the middleware (SS). It is based on two protocols. The first protocol intent is the mutual authentication between SS and MN, on providing an asymmetric pair of keys for MN, and on establishing a pairwise key between them. The second protocol aims at authenticating them, and establishing a group key and pairwise keys between SN and the two others. The middleware has been generalized in the third part in order to provide a private space for multi-organization or -user to manage his sensors data using cloud computing. Next, we expanded the composite with gadgets to share securely sensor data in order to provide a secure social sensor network

Le maintien à domicile des personnes fragiles vivant seules est devenu une préoccupation majeure de santé publique dans nos sociétés modernes. Parmi les différents aspects scientifiques traités dans le domaine de la surveillance à domicile, nous nous intéressons à l’étude et à la proposition d’une solution permettant à des capteurs répartis de communiquer entre eux de façon optimale et adaptée aux contraintes spécifiques de l'application. Plus précisément, nous souhaitons construire un réseau sans fil courte portée constitué de plusieurs nœuds capteurs échangeant entre eux des données selon un protocole de communication de niveau MAC (contrôle d’accès au médium) qui optimise à la fois l’énergie, le délai de transmission et la perte d’informations. Pour cela, nous avons finement analysé les avantages et les limites des technologies WPAN (réseau local personnel sans fil) et des protocoles de communication actuellement utilisés en rapport aux exigences de notre application. Nous avons ensuite proposé une méthode d’accès au médium déterministe, adaptative et économe en énergie basée sur la couche physique IEEE 802.15.4 et une topologie maillée. Elle permet de garantir le délai d'acheminement des messages avec un risque de collisions très fortement limité, grâce à une réutilisation spatiale du médium dans un voisinage à deux sauts. Cette proposition a été caractérisée par modélisation et simulation à l'aide du simulateur de réseau OPNET. Nous avons alors implémenté les mécanismes proposés sur des dispositifs matériels et déployé un réseau de capteurs en situation réelle afin de vérifier la pertinence du modèle et évaluer la proposition selon différentes configurations de test / Monitoring behavior of the elderly and the disabled living alone has become a major public health problem in our modern societies. Among the various scientific aspects involved in the home monitoring field, we are interested in the study and the proposal of a solution allowing distributed sensor nodes to communicate with each other in an optimal way adapted to the specific application constraints. More precisely, we want to build a wireless network which consists of several short range sensor nodes exchanging data between them according to a communication protocol at MAC (medium access control) level that optimizes energy consumption, transmission time and loss of information. To achieve this objective, we have analyzed the advantages and the limitations of WPAN (wireless personal area network) technology and communication protocols currently used in relation to the requirements of our application. We then proposed a deterministic, adaptive and energy saving medium access method based on the IEEE 802.15.4 physical layer and a mesh topology. It ensures the message delivery time with strongly limited collision risk due to the spatial reuse of medium in the two-hop neighborhood. This proposal was characterized by modeling and simulation using the OPNET network simulator. We then implemented the proposed mechanisms on hardware devices and deployed a sensors network in real situation to verify the accuracy of the model and evaluate the proposal according to different test configurations