L'estimation de la position des noeuds de communication sans fil est un domaine de recherche très populaire au cours des dernières années. La recherche de l'estimation de l'emplacement n'est pas limitée à la communication par satellite, mais elle concerne aussi les réseaux WLAN, MANET, WSN et la communication cellulaire. En raison de la croissance et de l'évolution des architectures de communication cellulaire, l'utilisation des appareils portables a augmenté rapidement, et les appels provenant d'utilisateurs mobiles ont également rapidement augmenté. On estime que plus de 50% des appels d'urgence sont émis par des téléphones mobiles. Les chercheurs ont utilisé différentes techniques d'estimation de la position, tels que les satellites, les techniques statistiques et la cartographie. Afin d'atteindre une meilleure précision, certains chercheurs ont combiné deux ou plusieurs techniques. Cependant, l'estimation de la position basée sur le terrain est un domaine qui n'a pas été considéré en profondeur par les chercheurs. Grâce aux ondes radio qui se comportent différemment dans des atmosphères différentes, les calculs à l'aide de quelques paramètres ne sont pas suffisants pour atteindre une précision avec différents terrains, surtout quand il sont totalement basés sur le format RSS, qui entraine des altérations.Cette recherche se concentre sur la localisation des noeuds de communication sans fil en utilisant des techniques géométriques et statistiques, et en prenant en compte l'altération et l'atténuation des terrains. Le modèle proposé est constitué de quatre étapes, qui sont l'estimation, le filtrage, la prédiction et la fusion. Un prototype a été construit en utilisant le WiFi IEEE 802.11x standard. Dans la première étape, en utilisant le rapport signal-bruit de la zone géographique, la péninsule Malaisienne est classée en 13 types de terrains différents.Dans la deuxième étape, les points de données point-à-point sont enregistrés en utilisant la force du signal disponible et en recevant la puissance du signal en considérant différents types de terrains. L'estimation de la localisation se fait au cours de troisième étape en utilisant la célèbre méthode de triangulation. Les résultats estimés sont encore filtrés dans la quatrième étape en utilisant la moyenne et la moyenne des moyennes. Pour la correction des erreurs, le filtrage de l'emplacement est également fait en utilisant la règle des plus proches voisins. La prédiction est affinée au cours de la cinquième étape en utilisant la variance combinée qui permet de prédire la région considérée. L'utilisation des régions d'intérêt contribue à éliminer les emplacements situés à l'extérieur de la zone sélectionnée. Au cours de la sixième étape, les résultats du filtrage sont fusionnés avec la prédiction afin d'obtenir une meilleure précision.Les résultats montrent que les recherches effectuées permettent de réduire les erreurs de 18 m à 6 m dans des terrains fortement atténués, et de 3,5 m à 0,5 m dans des terrains faiblement atténués.

Thèse (Ph.D.)--Université Laval, 2003. / Bibliogr.: f. 142-144. Publié aussi en version électronique.

L'utilisation répandue des smartphones dans notre vie quotidienne et l'essor technologique que connait le monde aujourd'hui -offrant l'accès mobile à très haut débit- ont exponentiellement augmenté la demande sur les services de vidéo streaming mobile, ce qui justifie la tendance à explorer de nouvelles approches pour la distribution des contenus média. Afin d'assurer une qualité de streaming constante et acceptable, la majorité des approches proposent aujourd'hui d'adapter la distribution des flux média au contexte de l'utilisateur. Dans le but de garder l'utilisateur le plus longtemps connecté à sa session de streaming, ces approches s'intéressent plus particulièrement à l'amélioration de sa perception de la vidéo. Ce qui justifie l'intérêt croissant accordé à l'étude la qualité d'expérience (QoE). Pour assurer une bonne QoE, les solutions de vidéo streaming mobile exigent la connaissance au préalable du contexte de l'utilisateur, comme par exemple la capacité de son lien physique ou la disponibilité de sa bande passante. L'acquisition de telles informations contextuelles est devenue possible aujourd'hui grâce à l'utilisation des capteurs sans fils dans les appareils mobiles et à l'existence de plusieurs applications intelligentes dédiées, le principe étant majoritairement d'exploiter la forte corrélation entre le contexte de l'utilisateur et sa position géographique. Pour faciliter l'étude du contexte de l'utilisateur, plusieurs cartes radio ont été conçues, permettant le traçage spatio-temporel des caractéristiques radio comme par exemple le débit moyen ou la force moyenne du signal. En outre, plusieurs études menées sur les modèles de mobilité des usagers ont exhibé une quasi-régularité spatio-temporelle dans leurs trajets quotidiens, soit en prenant les transports publics ou en allant vers des endroits fréquemment visités. Couplés avec les cartes radio, ces études permettent une haute précision dans la prédiction du contexte de l'utilisateur le long de son trajet. Dans cette thèse, nous nous intéressons à analyser l'impact de l'adaptation du service vidéo streaming au contexte de l'utilisateur sur sa QoE finale. Nous commençons par proposer CAMS (Context Aware Mode Switching), un mécanisme d'allocation de ressources qui dépend du contexte et qui s'applique à la distribution du vidéo streaming réel (non-adaptatif), pour assurer le minimum d'interruptions de vidéo. CAMS est conçu pour être déployé dans une topologie de réseau spécifique avec un modèle de mobilité particulier. Par la suite, nous explorons l'impact de la connaissance à l'avance du débit futur de l'utilisateur sur l'adaptation de la qualité de sa vidéo et sur le coût de sa transmission dans un contexte de streaming adaptatif. Nous proposons NEWCAST (aNticipating qoE With threshold sCheme And aScending biTrate levels), un algorithme proactif pour l'ajustement du coût et l'adaptation de la qualité sous réserve d'une prédiction parfaite du débit. Nous étendons cette étude, dans un deuxième temps, pour le cas où la prédiction du débit est imparfaite. Nous proposons, donc, d'autres algorithmes adaptatifs en nous inspirant de l'approche de NEWCAST. Pour étudier la faisabilité de ces algorithmes sur le plan pratique, nous menons quelques expérimentations dans un environnement émulé à l'aide du lecteur média DASH-IF-Reference. Finalement, nous explorons l'idée de coupler la connaissance parfaite du débit futur de l'utilisateur avec l'usage d'un mécanisme d'apprentissage automatique, pour améliorer la QoE dans un contexte de streaming adaptatif. Nous proposons, donc, un système à boucle fermée, basé sur le retour des utilisateurs, pour apprendre progressivement leurs préférences et pour optimiser adéquatement la transmission des futures vidéos. Ce système est particulièrement conçu pour être utilisé dans des populations hétérogènes avec des profils de QoE différents et inconnus à l'avance. / The strong emergence of smartphones on human daily life as well as the highbroadband access supplied by operators have triggered pervasive demand on videostreaming mobile services, requiring the exploration of novel approaches on videocontent delivery. To afford video streaming services at sustainable quality, the idea of adjusting the streaming to the time-varying users’ contexts has been actively investigatedduring the recent years. Since the users’ perceptions on the video qualitydirectly impact their engagement in video streaming sessions, many interests havebeen accorded to the user’s Quality of Experience (QoE).Today streaming solutions mostly rely on the user’s contextual information suchas his link capacity or his available bandwidth to provide an acceptable final QoE.Such contextual information can be easily acquired thanks to the existence of wirelesssensors and dedicated smart applications on today mobile devices. At the core, liesthe idea of exploiting the strong correlation between users’ locations and contexts. Tothat end, radio maps with historical average signal strength have been geographicallymapped. Various studies on users’ mobility patterns also showed that people dailyroutes exhibit a high degree of spatial and temporal regularity, especially on publictransportation or on road ways to/from frequently visited places. Coupled with radiomaps, these mobility patterns can give high accuracy on context predictability alongusers’ trips.In this thesis, we analyse the impact of adapting video streaming to the user’scontext on the final QoE.We start by proposing CAMS (Context Aware Mode Switching),a context-aware resource allocation mechanism, for real (i.e, non adaptive) videostreaming delivery to reduce the number of video stalling. CAMS is designed to beapplied in a particular network topology under a particular mobility of users. Then,we explore the impact of knowing the future throughput variations on video quality adaptation and delivery cost in adaptive video streaming. We propose NEWCAST(aNticipating qoE With threshold sCheme And aScending biTrate levels) as a proactivealgorithm for cost adjustment and quality adaptation under the assumption of aperfect throughput estimation. We then extend the study to the case where throughputprediction errors may exist and propose a bench of adaptive algorithms inspiredfrom NEWCAST. To explore the feasibility of implementing these algorithms in realworld streaming, we conduct some experiments with the DASH-If Reference playerin an emulated environment. Finally, we explore the impact of knowing the futurethroughput variations when exploited with machine learning on the global QoE enhancementin adaptive video streaming. We propose a closed-loop framework basedon users’ feedbacks to progressively learn their QoE profiles and to fittingly optimizevideo deliveries. This framework is in particular suited for heterogenous populationswhere the QoE profiles of users are quite different and unknown in advance.

Les réseaux de capteurs sans fil sont une collection de nœuds non connectés qui sont installés pour la détection de certains phénomènes intéressants. Après avoir pris des mesures un capteur sans fil retransmet ces mesures à la station de base. La station de base collecte les données de tous les capteurs et les analyse. Pour économiser l’énergie il est souvent utilise de grouper les capteurs en clusters, chaque cluster ayant une tête de cluster qui communique avec la station de base. Au début, on commence par analyser la simulation des réseaux Zigbee où il y a quelques nœuds qui transmettent avec différentes puissances. Les résultats montrent que dans les réseaux de capteurs mobiles et hétérogènes et à cause du phénomène d’isolation des nœuds et du coût très élevé du routage et la maintenance, les performances sont moins bonnes que celles des réseaux homogènes. Le but principal de cette thèse est de faire une analyse empirique des réseaux de capteurs. A cause de leurs ressources limitées les réseaux de capteurs doivent faire face à plusieurs défis techniques. Beaucoup de protocoles fonctionnent très bien dans les simulateurs mais pas aussi bien en implémentation réelle. Par exemple, les capteurs déposés sur un objet élevé subissent moins d’atténuation que les autres capteurs placés sur le sol. Dans cette thèse, on montre qu’il y a un impact des liens asymétriques sur la topologie des réseaux de capteurs sans fil et que la qualité des liens (LQI) varie en permanence. On propose deux méthodes pour améliorer les performances des algorithmes basés sur la qualité des liens des réseaux de capteurs avec des liens asymétriques. Dans la première méthode, le réseau n’a pas d’autre choix que d’avoir des nœuds qui transmettent à des grandes distances et deviennent des clusters Head. Le nombre de clusters Head peut être donné par Matérn Hard-core process. Dans la seconde méthode, on propose HybridLQI qui améliore les algorithmes basés sur LQI sans ajouter des entêtes au réseau. Ensuite, on applique les approches de clustérisassions théoriques sur le réseau de capteurs réel. On applique Matérn Hard Core process et Max-Min heuristique de formation des clusters sur des nœuds «Tmote » dans des réseaux denses et des réseaux de faible densité. Les résultats empiriques ont montré la supériorité de Matérn sur Max-Min dans les besoins d’espace mémoire, la simplicité de l’implémentation et le nombre de messages de signalisation. Enfin, en utilisant les chaînes de Markov absorbantes et des mesures, on étudie les performances des techniques de la distribution de charge dans des réseaux de capteurs réels / Wireless sensor networks are the collection of wireless nodes that are deployed to monitor certain phenomena of interest. Once the node takes measurements it transmits to a base station over a wireless channel. The base station collects data from all the nodes and do further analysis. To save energy, it is often useful to build clusters, and the head of each cluster communicates with the base station. Initially, we do the simulation analysis of the Zigbee networks where few nodes are more powerful than the other nodes. The results show that in the mobile heterogeneous sensor networks, due to phenomenon orphaning and high cost of route discovery and maintenance, the performance of the network degrades with respect to the homogeneous network. The core of this thesis is to empirically analyze the sensor network. Due to its resource constraints, low power wireless sensor networks face several technical challenges. Many protocols work well on simulators but do not act as we expect in the actual deployments. For example, sensors physically placed at the top of the heap experience Free Space propagation model, while the sensors which are at the bottom of the heap have sharp fading channel characteristics. In this thesis, we show that impact of asymmetric links in the wireless sensor network topology and that link quality between sensors varies consistently. We propose two ways to improve the performance of Link Quality Indicator (LQI) based algorithms in the real asymmetric link sensor networks. In the first way, network has no choice but to have some sensors which can transmit over the larger distance and become cluster heads. The number of cluster heads can be given by Matérn Hard-Core process. In the second solution, we propose HybridLQI which improves the performance of LQI based algorithm without adding any overhead on the network. Later, we apply theoretical clustering approaches in sensor network to real world. We deploy Matérn Hard Core Process and Max-Min cluster Formation heuristic on real Tmote nodes in sparse as well as highly dense networks. Empirical results show clustering process based on Matérn Hard Core Process outperforms Max-Min Cluster formation in terms of the memory requirement, ease of implementation and number of messages needed for clustering. Finally, using Absorbing Markov chain and measurements we study the performance of load balancing techniques in real sensor networks.

Le stockage de contenu populaire dans des caches disponibles aux utilisateurs, est une technique émergente qui permet de réduire le trafic dans les réseaux sans fil. En particulier, le coded caching proposée par Maddah-Ali et Niesen a été considéré comme une approche prometteuse pour atteindre un temps de livraison constant au fur et à mesure que la dimension augmente. Toutefois, plusieurs limitations empêchent ses applications. Nous avons adressé les limitations de coded caching dans les réseaux sans fil et avons proposé des schémas de livraison qui exploitent le gain de coded caching. Dans la première partie de la thèse, nous étudions la région de capacité pour un canal à effacement avec cache et retour d'information. Nous proposons un schéma et prouvons son optimalité pour des cas particuliers. Ces résultats sontgénéralisés pour le canal à diffusion avec desantennes multiples et retour d'information. Dans la deuxième partie, nous étudions la livraison de contenu sur un canal d'atténuation asymétrique, où la qualité du canal varie à travers les utilisateurs et le temps. En supposant que les demandes des utilisateurs arrivent de manière dynamique, nous concevons un schéma basé sur une structure de queues et nous prouvons qu’il maximise la fonction d'utilité par rapport à tous les schémas limités au cache décentralisé. Dans la dernière partie, nous étudions la planification opportuniste pour un canal d'atténuation asymétrique, en assurant une métrique de justice entre des utilisateurs. Nous proposons une politique de planification simple à base de seuil avec une complexité linéaire et qui exige seulement un bit de retour de chaque utilisateur. / Caching, i.e. storing popular contents at caches available at end users, has received a significant interest as a technique to reduce the peak traffic in wireless networks. In particular, coded caching proposed by Maddah-Ali and Niesen has been considered as a promising approach to achieve a constant delivery time as the dimension grows. However, several limitations prevent its applications in practical wireless systems. Throughout the thesis, we address the limitations of classical coded caching in various wireless channels. Then, we propose novel delivery schemes that exploit opportunistically the underlying wireless channels while preserving partly the promising gain of coded caching. In the first part of the thesis, we study the achievable rate region of the erasure broadcast channel with cache and state feedback. We propose an achievable schemeand prove its optimality for special cases of interest. These results are generalized to the multi-antenna broadcast channel with state feedback. In the second part, we study the content delivery over asymmetric block-fading broadcast channels, where the channel quality varies across users and time. Assuming that user requests arrive dynamically, we design an online scheme based on queuing structure and prove that it maximizes the alpha-fair utility among all schemes restricted to decentralized placement. In the last part, we study opportunistic scheduling over the asymmetric fading broadcast channel and aim to design a scalable delivery scheme while ensuring fairness among users. We propose a simple threshold-based scheduling policy of linear complexity that requires only a one-bit feedback from each user.

Les réseaux de capteurs sans fil (WSN) ont attiré un grand intérêt dans la dernière décennie, et ont apporté des solutions dans un nombre croissant d’applications. Toutefois, certaines d’entre elles restent irréalisables en raison de forts points de blocage non résolus, comme un manque de synchronisation entre les prises de mesures, ainsi que des débits de données trop faibles. Ce travail apporte une solution à ces deux points majeurs via la conception d’un noeud communicant sans fil spécifique. Celle ci, basée sur la conception croisée, utilise les propriétés temporelles des modulations UltraLarge Bande (UWB) pour permettre une synchronisation très précise ainsi qu’un débit de données élevé. Notre démonstrateur ASIC basé sur ces travaux permet une précision de synchronisation de 2 ns pour une modulation IR-UWB sur une bande passante de 1,5 GHz. Cette thèse décrit le protocole de synchronisation WiDeCS et la conception de deux preuves de concept fonctionnelles sur FPGA et ASIC / Wireless Sensor Networks have attracted mutch interest in the last decade, opening a new range of applications such as large area monitoring. However, a range of possible applications is still not satisfied due to strong blocking points remaining unsolved such as the lack of synchronization between measurements and low attain- able data rates. This doctoral work aims at solving these two issues issue through the design of a Wireless Sensor node implementation. The proposed solution is based on cross-layer design and uses time-domain properties of UltraWide Band (UWB) to provide nanosecond-scale synchronization between nodes and high data- rate transmission. An ASIC implementation has been designed, and demonstrates a 2 ns synchronization error with IR-UWB modulation over a 1.5 GHz bandwidth. In this thesis, a cross-layer scheme named WiDeCS is proposed, and two proof of concept implementations are detailed.

La surveillance respiratoire est importante pour le diagnostic et le suivi de maladies telles que l'apnée du sommeil, l'asthme et les maladies pulmonaires obstructives chroniques (MPOC). Un suivi précis des schémas respiratoires est essentiel pour prédire les crises graves, tels que les arrêts respiratoires et cardiaques, en particulier dans les milieux de soins intensifs. Malgré leur importance, les méthodes actuelles de suivi respiratoire présentent des déficiences, telles que leur poids élevé, leur inconfort et leur manque de fiabilité, ce qui entraîne une diminution de la qualité des soins aux patients et une augmentation de la charge de travail des services de santé. Pour remédier à ces limitations, cette thèse explore le potentiel de l'utilisation de capteurs à base d'antenne pour une surveillance non invasive, continue, portative et précise des signes vitaux. En effet, cette thèse présente la biodétection à base d'une antenne unique ("Single Antenna Bio-Sensing", SABioS), qui est une nouvelle approche non invasive de la mesure de l'activité respiratoire et cardiaque. Cette technologie est combinée à un nouveau capteur antenne portatif de forme sinusoïdale fabriqué à partir de matériaux flexibles, dont la sensibilité est validée à l'aide d'un système de suivi optique précis. Grâce à cette combinaison, SABioS peut acquérir les signes vitaux en détectant avec précision les changements dans la composition diélectrique du corps et les expansions thoraciques pendant la respiration. Le système fonctionne de manière indépendante, continue, et mobile, tout en détectant l'activité cardiaque avec le même capteur. Le principe de fonctionnement de cette technologie a été exhaustivement analysé, et des validations expérimentales impliquant plusieurs volontaires aux caractéristiques physiologiques variées ont démontré une forte concordance avec les dispositifs de qualité médicale, confirmant son efficacité pour le suivi à court et à long terme. Le système a été miniaturisé et implémenté dans un circuit imprimé à faible coût comme preuve de concept, avec une acquisition de données en temps réel et un traitement de signal permettant l'extraction des formes d'ondes de l'activité respiratoire et cardiaque avec un faible délai. Les résultats expérimentaux ont confirmé une forte concordance avec les appareils de qualité médicale, validant ainsi la précision ciblée. La fiabilité de l'appareil pour un suivi à long terme a été évaluée avec des périodes de test prolongées. Une validation supplémentaire est en cours de réalisation à l'unité de soins intensifs (USI) du département de pédiatrie du CHU de Québec - Université Laval, avec l'approbation du comité d'éthique. Ce travail se termine par des efforts en vue de l'intégration, y compris le développement d'un circuit miniaturisé tout compris pour un véritable fonctionnement mobile et continu, un boîtier sur mesure conçu pour une utilisation intuitive, le traitement des signaux en temps réel au niveau du firmware, et la transmission sécurisée des données via Bluetooth Low Energy. Un logiciel pour ordinateur a également été développé pour les connexions avec les téléphones intelligents ou des ordinateurs, permettant la synchronisation sans fil des données, le traitement des signaux en temps réel et l'affichage des formes d'ondes respiratoires et cardiaques avec un délai réduit. / Respiratory monitoring is crucial for diagnosing and managing diseases such as sleep apnea, asthma, and chronic obstructive pulmonary disease (COPD). Accurate monitoring of respiratory patterns is essential for predicting severe events like respiratory and cardiac arrests, especially in critical care settings. Despite their importance, current respiratory monitoring methods have shortcomings, such as being cumbersome, uncomfortable, and unreliable, leading to decreased patient care quality and increased healthcare burdens. To address these limitations, this thesis explores the potential of using antenna sensors for non-invasive, continuous, mobile, and accurate vital signs monitoring. This thesis introduces Single Antenna Bio-Sensing (SABioS), a novel non-invasive approach for measuring respiratory and cardiac activity. This technology is combined with a novel wearable sinusoidal-shaped antenna sensor made of flexible materials, whose sensitivity is validated through a precise optical tracking system. With this combination, SABioS can detect vital signs by accurately detecting changes in the body's dielectric composition and chest expansions during respiration. The system operates independently and continuously in a mobile manner and is capable of detecting cardiac activity with the same single sensor. The operation theory of this technology has been thoroughly analyzed, and experimental validations involving multiple volunteers with varying anthropomorphic characteristics have demonstrated strong agreement with medical-grade devices, confirming its effectiveness for both shortand long-term monitoring. The system has been further miniaturized into a low-cost PCB as a proof of concept, with real-time data acquisition and signal processing enabling the extraction of respiratory and cardiac activity waveforms with minimal delay. Experiments confirmed a strong agreement between this implementation and medical-grade devices, validating its accuracy. The device's reliability for long-term monitoring was evaluated through extended testing periods. Further validation is currently being conducted in the Intensive Care Unit (ICU) of the Pediatrics department at the CHU de Québec - Université Laval hospital, with Ethics Review Board approval. This work concludes with efforts toward integration of SABioS, including the development of a miniaturized all-inclusive circuit for true mobile and continuous operation, a custom-designed casing for intuitive use, real-time signal processing at the firmware level, and secure data transmission via Bluetooth Low Energy. A companion software has also been developed for smartphone or PC connections, enabling wireless data synchronization, real- time signal processing, and display of respiratory and cardiac waveforms with minimal delay.

Avec l’émergence soutenue de capteurs et de dispositifs électrochimiques innovants, la spectroscopie d'impédance électrochimique est devenue l'un des outils les plus importants pour la caractérisation et la modélisation de la matière ionique et de l'interfaçage des capteurs. La capacité de détecter automatiquement, à l’aide de dispositifs électrochimiques peu couteux, les caractéristiques physiques et chimiques de la matière ionique ouvre une gamme d’application très variée pour la compréhension et l’optimisation des procédés ou interviennent les processus électrochimiques. Cette thèse décrit le développement d’une plate-forme microélectronique miniaturisée, connectée, multiplexée, et à faible coût pour la spectroscopie d'impédance diélectrique (SID) conçue pour les mesures électrochimiques in-situ et adaptée aux architectures de réseau sans fil. La plate-forme développée durant ce travail de maitrise a été testée et validée au sein d’une maille ZigBee et a été en mesure d'interfacer jusqu'à trois capteurs SID en même temps et de relayer l'information à travers le net Zigbee pour l'analyse de données et le stockage. Le système a été construit à partir de composants microélectroniques disponibles commercialement et bénéficie des avantages d'une calibration système on-the-fly qui effectue la calibration du capteur de manière aisée. Dans ce mémoire de maitrise, nous rapportons la modélisation et la caractérisation de senseurs électrochimiques de nitrate; notamment nous décrivons la conception microélectronique, la réponse d'impédance de Nyquist, la sensibilité et la précision de la mesure électrochimique, et les résultats de tests de la plate-forme pour les applications de spectroscopie d'impédance relatives à la détection du nitrate, de la détection de la qualité de l'eau, et des senseurs tactiles. / The emergence of the various applications of electrochemical sensors and devices, electrochemical impedance spectroscopy became one of the most important tools for characterizing and modeling of the material and interfacing the sensors. The ability to sense in an automatic manner enables a wide variety of processes to be better understood and optimized cost-effectively. This thesis describes the development of a low-cost, miniaturized, multiplexed, and connected platform for dielectric impedance spectroscopy (DIS) designed for in-situ measurements and adapted to wireless network architectures. The platform has been tested and used as a DIS sensor node on a ZigBee mesh and was able to interface up to three DIS sensors at the same time and relay the information through the Zigbee net for data analysis and storage. The system was built from commercial microelectronics components and benefits from an on-the-fly calibration system that makes sensor calibration easy. The thesis reports characterizing and modeling of two electro-chemical devices (i.e. nitrate sensor and optically-transparent electrically-conductive glasses) and also describes the microelectronics design, the Nyquist impedance response, the measurement sensitivity and accuracy, and the testing of the platform for in-situ dielectric impedance spectroscopy applications pertaining to fertilizer sensing, water quality sensing, and touch sensing.

Tableau d'honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2019-2020 / L’utilisation de données quantitatives afin de diminuer la prévalence des blessures musculosquelettiques liées au travail est souhaitée et le développement de systèmes portables permettant de mesurer l’amplitude articulaire (capteurs inertiels; IMU) et l’activité musculaire (électromyographie; EMG) pourrait permettre d’obtenir ce type de données. La revue systématique de la littérature sur la validité des capteurs inertiels effectuée dans le cadre de ce mémoire a permis d’identifier un manque d’évidence scientifique pour l’évaluation des mouvements complexes à l’épaule. L’objectif principal de ce mémoire est donc (1) d’évaluer la validité concourante d’IMU (Xsens) dans le calcul d’élévation du bras comparé à un système de capture de mouvements (Vicon) lors de mouvements simples et lors de tâches de manutention; et (2) d’établir la validité discriminante du système d’EMG (Trigno) pour évaluer l’activité musculaire. Méthodologie : Seize sujets ont participé à une séance d’évaluation demandant la réalisation de mouvements simples à l’épaule et de transport de charges (poids et hauteurs de transport variables). Le coefficient de corrélation et l’erreur de mesure (RMSE) ont été calculés afin de comparer les mesures d’amplitude articulaire obtenues à l’aide du Xsens et du Vicon et le root mean square (RMS) ainsi que le pic d’activité musculaire des deltoïdes (antérieurs et moyens) ont été calculés pour déterminer l’effet du poids et de la hauteur (ANOVA à mesures répétées). Résultats : Les coefficients de corrélation entre les amplitudes articulaires obtenues par le Xsens et le Vicon sont élevés (>0,84) et les RMSE sont bas (<11,5°). Un effet significatif du poids et de la hauteur, et un effet d’interaction poids x hauteur ont été observés pour le RMS du deltoïde antérieur (p<0,001) et moyen (p<0,03) et pour le pic d’activité du deltoïde antérieur (p<0,003). Conclusion : L’utilisation combinée du Xsens et du Trigno est un outil intéressant afin d’identifier le niveau de demande de l’emploi, puisqu’ils recueillent des données valides d’amplitude articulaire et d’activité musculaire. / Quantitative assessments of workplace settings are required to diminish the prevalence of work-related shoulder disorders. Recent development of wearable sensors to record muscle activity (electromyography [EMG]; Trigno, Delsys) as well as shoulder range of motion (inertial measurement unit; MVN, Xsens) could potentially be used for such workplace assessments. A systematic review on the validity and reliability of IMUs performed within this thesis identified a knowledge gap for shoulder joint movements during complex tasks. The primary objective of this thesis was therefore (1) to assess the concurrent validity of the Xsens system for assessment of shoulder range of motion compared to a motion capture system (Vicon) during simple movements and working tasks and (2) to establish the discriminative validity of the Trigno EMG system for the evaluation of muscle activity. Methodology: Sixteen subjects participated in one session in which they performed simple movements and work lifting tasks (different weights and lifting heights). The correlation coefficient (r) and the root mean square error (RMSE) were used to compare the data collected by the Xsens and the Vicon. The root mean square EMG envelope (RMS) and the peak EMG activity of anterior and middle deltoids were used to establish the effect of weight and height (repeated measure ANOVA). Results: The correlation coefficient between joint angles measured with the Xsens and the Vicon was high (>0.84) and the RMSE was low (<12.82°). A significant effect of weight, height and a weight x height interaction effect were observed for the RMS (anterior; p<0.001; middle: p<0.03) and the peak EMG activity (anterior; p<0.003). Conclusion: The combination of an inertial measurement unit system and a wireless EMG is a potentially useful tool to assess physical demand in real work context as it provides valid data on muscular activity and range of motion.

La nature des réseaux de capteurs sans fil comme ZigBee, permettant la communication entre différents types de nœuds du réseau, les rend très vulnérables à divers types de menaces. Dans différentes applications des technologies sans fil modernes comme SmartHome, les informations privées et sensibles produites par le réseau peuvent être transmises au monde extérieur par des moyens filaires ou sans fil. Outre les avantages offerts, cette intégration augmentera certainement les exigences en matière de protection des communications. Les nœuds capteurs du réseau étant souvent placés à proximité d'autres appareils, le réseau peut être plus vulnérable aux attaques potentielles. Cette recherche de doctorat a pour but d'utiliser les attributs natifs distincts de radiofréquence RF-DNA sécurisés produits par le processus d'empreinte numérique dans le but de fournir un support de communication sans fil sécurisé pour les communications de réseau ZigBee. Ici, nous visons à permettre une discrimination d'appareil en utilisant des préambules physiques (PHY) extraits des signaux émis pas de différents appareils. Grâce à cette procédure, nous pouvons établir une distinction entre différents appareils produits par différents fabricants ou par le même fabricant. Dans un tel cas, nous serons en mesure de fournir aux appareils des identifications physiques de niveau binaire non clonables qui empêchent l'accès non autorisé des appareils non autorisés au réseau par la falsification des identifications autorisées. / The nature of wireless networks like ZigBee sensors, being able to provide communication between different types of nodes in the network makes them very vulnerable to various types of threats. In different applications of modern wireless technologies like Smart Home, private and sensitive information produced by the network can be conveyed to the outside world through wired or wireless means. Besides the advantages, this integration will definitely increase the requirements in the security of communications. The sensor nodes of the network are often located in the accessible range of other devices, and in such cases, a network may face more vulnerability to potential attacks. This Ph.D. research aims to use the secure Radio Frequency Distinct Native Attributes (RF-DNA) produced by the fingerprinting process to provide a secure wireless communication media for ZigBee network device communications. Here, we aim to provide device discrimination using Physical (PHY) preambles extracted from the signal transmitted by different devices. Through this procedure, we are able to distinguish between different devices produced by different manufacturers, or by the same one. In such cases, we will be able to provide devices with unclonable physical bit-level identifications that prevent the unauthorized access of rogue devices to the network through the forgery of authorized devices' identifications.