Ce travail de thèse s'inscrit dans un contexte multidisciplinaire à la frontière entre les domaines de l'intelligence ambiante, de l'interaction homme-machine et des agents conversationnels. Nous y étudions la problématique de l'assistance proactive contextuelle dans le cadre de l'informatique ambiante. A cet égard, notre challenge consiste à fournir à l'utilisateur souhaitant disposer d'un assistant virtuel, des services proactifs capables de communiquer selon le contexte de l'utilisateur. Mais l'intelligence ambiante proactive, ou encore l'assistance proactive contextuelle, n'a pas suivi un développement aussi important que l'intelligence ambiante réactive où l'utilisateur doit exprimer explicitement ses besoins. C'est pourquoi l'objectif de cette thèse CIFRE consiste à étudier et évaluer la notion d'assistance proactive contextuelle via la mise en place d'un agent conversationnel en ligne nommé X-CAMPUS. Cet acronyme signifie eXtensible Conversational Agent for Multichannel Proactive Ubiquitous Services. Ce système a pour vocation d'assister l'utilisateur dans ses tâches quotidiennes grâce à sa capacité de percevoir l'état de l'environnement et d'interagir pertinemment selon les besoins de l'utilisateur (météo, programmes TV, etc.). Nous avons mené une étude expérimentale pour étudier l'intérêt de X-CAMPUS et évaluer la satisfaction qu'il procure aux utilisateurs. Nous décrivons ensuite les résultats quantitatifs et qualitatifs de cette étude obtenus via un ensemble de scénarios et utilisant différents paramètres d'interaction (multimodalité, multicanalité, comportement réactif/proactif de l'agent, type de capteurs, contexte mono/multi-utilisateurs...). / This thesis is part of a multidisciplinary context on the border between the domains of the ambient intelligence, the human-machine interaction and the conversational agents. We study the problem of contextual proactive assistance in the course of the ambient computing. In this regard, our challenge is to provide to the user who wish have a virtual assistant, a proactive services which can communicate according to the user’s context. However proactive ambient intelligence, or contextual proactive assistance, did not follow an important development as reactive ambient intelligence where the user must explicitly express their needs. This is why the objective of this CIFRE thesis is to study and evaluate the concept of contextual proactive assistance through the implementation of an online conversational agent named X-CAMPUS. This acronym stands for eXtensible Proactive Multichannel Conversational Agent for Ubiquitous Services. This system aims to assist the user in their daily tasks thanks to its ability to perceive the state of the environment and interact effectively according to user’s needs (weather, TV programs, etc.). We conducted an experimental study to investigate the interest of X-CAMPUS and evaluate the satisfaction that it provides to users. We describe quantitative and qualitative results of this study obtained through a set of scenarios using different parameters of interaction (multimodal, multi-channels, behavior reactive/proactive agent, type of sensors, context mono/multi-user…).

Avec l'avènement de la troisième génération, les réseaux de télécommunications mobiles entrent dans une nouvelle phase de leur évolution, d'un réseau omniprésent axé sur la téléphonie mobile, vers des systèmes de fourniture de services à grande échelle. Ces systèmes doivent permettre à des usagers (éventuellement mobiles) d'accéder à leurs services et leur environnement personnalisés quels que soient le réseau et le terminal qu'ils utilisent. Le constat actuel est que la mise en place de la fourniture de services pour ces systèmes nécessite la conception d'une plate-forme distribuée complexe faisant intervenir des éléments hétérogènes (grand choix de réseaux, plusieurs types de terminaux de capacités différentes, multiples opérateurs réseau et fournisseurs de services, contenus de services hétérogènes, etc.). Par ailleurs, l'évolution des terminaux mobiles (ordinateurs portables, assistants personnels, téléphones portables, etc.) et des réseaux mobiles (émergence des réseaux sans fil) permet le développement d'applications fondées sur la mobilité. L'environnement d'exécution de ces applications doit prendre en compte la variété des équipements et des ressources (ex: bande passante) ainsi que la mobilité de l'utilisateur. De plus, les usagers mobiles veulent pouvoir personnaliser les services et les utiliser de la même manière qu'en environnement fixe et ce, quel que soit le service à traiter et quelles que soient les capacités du terminal utilisé. L'objectif de cette thèse est de donner des éléments de solution à ces problèmes. Elle traite de la découverte et la fourniture de services adaptables dans les environnements mobiles. Elle a pour but de proposer une architecture permettant aux usagers mobiles de découvrir et d'exécuter des services sensibles au contexte de leur exécution. Les services proposés sont adaptés aux préférences de l'usager, aux capacités de son terminal, à sa localisation, et enfin, aux ressources réseau disponibles. Dans un premier temps, nous nous intéressons à l'utilisation des agents mobiles pour la fourniture de services dans les environnements mobiles. Ce modèle, bien adapté aux contraintes des environnements mobiles, s'avère intéressant, principalement, dans les applications qui entraînent la consultation de plusieurs services successifs sur le réseau (ex: visite de plusieurs prestataires de services dans le cadre d'une découverte de services). Par la suite, nous proposons une plate-forme de fourniture de services sensibles au contexte appelée CASP (Context Aware Service Provision). Dans cette plate-forme, la sensibilité au contexte est prise en compte dans les deux phases de fourniture de services suivantes: la découverte de services et l'exécution du service sur le terminal mobile. CASP utilise un mécanisme de découverte de services qui permet à l'usager mobile de personnaliser la fourniture de services et de l'adapter à ses exigences. Ce mécanisme, mis en oeuvre par un élément médiateur entre l'usager mobile et les fournisseurs de services, permet de ne proposer à l'usager que les services qui sont adaptés à ses préférences, aux capacités de son terminal et à sa localisation. L'implémentation de ce mécanisme de découverte de services est basée sur des concepts tels que VHE (Virtual Home Environment) et les profils, et utilise des outils standard tels que XML et CC/PP (Composite Capabilities/ Preference Profiles). La sensibilité au contexte dans la plate-forme CASP est également utilisée pour adapter les services, une fois découverts par l'usager, à leur environnement d'exécution. Cette adaptation est réalisée au moment de l'exécution du service sur le terminal mobile. La solution proposée est basée sur l'utilisation de serveurs intermédiaires (Serveur Proxy) entre le terminal mobile et le fournisseur du service. Un service multimédia a été développé pour valider les concepts proposés dans cette thèse. Enfin, nous terminons par une ouverture sur l'utilisation d'une approche de conception de services à base de composants.

La sensibilité au contexte est une propriété qui identifie les systèmes dont le comportement repose sur l'exploitation d'un ensemble d'informations, appelé contexte d'utilisation. Malgré leur hétérogénéité, l'évolution rapide et soutenue des dispositifs mobiles (DM) vers des terminaux multifonctionnels, multi-capteurs et connectables sur le Web, a transformé ces DM en des environnements d'accueil idéaux pour l'exécution d'applications sensibles au contexte. Les DM deviennent également, par leur popularité, les principaux outils de création de documents multimédias personnels (DMP). Dans ce nouveau cadre d'usage, l'information qualifiée de contexte joue un rôle déterminant. En effet, le contexte capté lors de la création d'un DMP peut offrir des informations, appelées métadonnées, suffisamment riches pour le décrire, et, par la suite, l'identifier. Ce travail de thèse se situe ainsi à l'intersection de deux thématiques de recherche : l'Informatique Sensible au Contexte et la Gestion de Documents Multimédias. La prise en compte du contexte de création dans la gestion de DMP est une thématique nouvelle pour laquelle l'adoption d'un modèle sémantique de représentation pour les informations contextuelles, et l'élaboration de mécanismes d'acquisition et d'exploitation de ces informations, sont encore des problèmes non résolus. Nous proposons une architecture sensible au contexte, appelée CoMMediA (Context-aware Mobile Multimedia Architecture), pour la gestion de DMP, inspirée des architectures d'adaptation de Systèmes d'Information (SI) mobiles. Notre contribution s'articule autour : i) d'un modèle sémantique de représentation des métadonnées (ContextMultimedia), décrit en OWL et reposant sur une nouvelle notion de contexte, ii) d'un intergiciel adaptatif de capture du contexte de création de DMP (appelé DevAC), qui prend en compte l'hétérogénéité et les limitations intrinsèques des DM lors du déploiement d'applications mobiles, et iii) d'une plate-forme d'enrichissement de métadonnées contextuelles (ContextAnnotator). Notre objectif est de promouvoir la découverte automatique de métadonnées et d'illustrer également l'exploitation de la richesse sémantique des métadonnées pour l'organisation, l'annotation, le partage et la recherche de DMP. De plus, DevAC et nos applications mobiles de gestion de DMP s'appuient sur une infrastructure à composants, et sur une description sémantique des services offerts par une application. Le but ultime est d'aider le concepteur à développer et à déployer des applications multimédias et sensibles au contexte qui puissent s'adapter aux modèles des dispositifs mobiles des utilisateurs, sans qu'il soit besoin de réécrire le code d'une même application.

La conception d'applications pour un environnement attentif (applications attentives) soulève de nombreux défis, en particulier liés à l'hétérogénéité des objets communicants, à l'instabilité de l'environnement et à la variabilité des besoins. Afin de faciliter cette conception, on s'intéresse à la notion d'application composite flexible : des applications qui fonctionnent en continu, en arrière plan de l'attention, et agrègent des fonctionnalités fournies par les objets communicants, afin d'accompagner l'interaction des utilisateurs. FCAP est un intergiciel pour la composition flexible d'applications, qui fournit un support générique pour intégrer les fonctionnalités, s'adapter à un environnement instable et ajuster l'équilibre entre l'automatisation et le contrôle par les utilisateurs. Cet intergiciel développe des principes issus de l'architecture orientée-service, du Web sémantique et des systèmes multi-agents, particulièrement pertinentes pour les environnements considérés.

Dans les environnements pervasifs, le constant changement du contexte d'utilisation des applications et des services distribués (i.e., des ressources) impose de nouvelles exigences pour la définition des solutions de contrôle d'accès. Celles-ci concernait notamment la sensibilité au contexte et la mise en œuvre distribuée des politiques d'accès. Pour prendre en compte ces besoins, nous proposons une famille de modèles de contrôle d'accès, appelé CxtBAC (Context-Based Access Control), qui se compose de huit modèles conceptuels et permet d'explorer les informations contextuelles caractérisant les entités suivantes : le propriétaire de la ressource, l'environnement, l'utilisateur et la ressource elle-même. Contrairement aux propositions existantes, basées sur le modèle RBAC (Role-Based Access Control), la famille de modèle proposé est centrée sur la notion de contexte et non de rôle. Par conséquent, les décisions d'accès aux ressources protégées sont prises en considérant les informations contextuelles qui caractérisent la situation des entités impliquées. Pour décrire les règles d'accès, les permissions sont associées à des contextes d'accès et les utilisateurs sont associés dynamiquement à ces dernières. Les modèles proposés sont indépendants du langage de spécification de la politique de sécurité. Dans le cadre de cette thèse, nous proposons une solution pour la mise en ?uvre basée sur un formalisme d'ontologies.

Il y a près de 20 ans, Marc Weiser a imaginé l'ordinateur du 21ème siècle et a proposé le concept de l’informatique ubiquitaire. Une des idées principales de Weiser a récemment évolué vers un paradigme plus général connu comme la sensibilité au contexte qui est devenu un thème très important en informatique ubiquitaire. Depuis Active Badge considéré comme la première application sensible au contexte, de nombreuses tentatives pour construire des systèmes sensibles au contexte efficaces ont vu le jour. Cependant la problématique comment acquérir contexte, comment le traiter et comment créer des applications sensibles au contexte est encore aujourd’hui un défi suscitant de nombreuses recherches. Cette thèse étudie en profondeur certaines questions clés liées à la sensibilité au contexte et au développement d’intergiciels sensibles au contexte. Les principales contributions de notre recherche concernent la prise en compte du contexte spatiotemporel et sa modélisation, la conception et l’implémentation d’un intergiciel sensible au contexte et d’un moteur intelligent d'inférence de contexte. Le modèle de représentation du contexte spatiotemporel proposé vise à organiser le contexte et ses relations pour un système sensible au contexte. La méthode basée sur les ontologies est adoptée pour construire notre modèle, supportant à la fois le partage des connaissances et leur réutilisation ainsi que la déduction logique. Ce modèle adopte une structure hiérarchique à deux couches pour modéliser les situations à prendre en compte. La couche supérieure s’occupe du contexte commun générique, tandis que la couche inférieure se concentre sur les caractéristiques plus spécifiques. A la différence des modèles existants, en plus de prendre en compte l’aspect localisation, notre modèle prend également en charge la gestion d’historique des de contextes en s’appuyant sur différentes ressources. Ces historiques de contexte peuvent être utilisés pour prévoir et inférer le contexte. Un middleware sensible au contexte a été conçu comme une plateforme permettant la récupération et le traitement du contexte. Elle est organisée en deux couches : La couche basse apporte une solution à l’intégration des capteurs et actionneurs avec une représentation de données normalisée ; la couche haute propose un interpréteur de contexte polyvalent qui s’appuie sur quatre éléments : un agrégateur de contexte, un moteur d'inférence, une base de connaissance de contextes et un moteur de recherche en charge de la déduction de contexte, de l’interrogation et du stockage persistant. Ce middleware fournit un environnement pour le prototypage rapide de services sensibles au contexte pour l’intelligente ambiante. Le moteur intelligent d’inférence est le composant central de notre middleware. Pour le concevoir nous avons d’abord étudié toutes les méthodes publiées pendant les dix dernières années dans les trois conférences de premier plan du domaine. Nous en avons retiré que la reconnaissance du contexte d’activité peut être obtenue par trois catégories de traitements : par l’activité de l’inférence de base, par l’analyse dynamique de l’activité et par la recommandation d’activités futures. Nous proposons alors un moteur d'inférence intelligent basé sur notre middleware sensible au contexte. Outre les exigences liées à la vérification de la cohérence du contexte, notre moteur d'inférence intègre les trois méthodes les plus populaires concernant la reconnaissance de contexte : des règles, des arbres de décision, et les Modèles de Markov Cachés. Ceci constitue une solution intéressante couvrant toutes les facettes de l'activité de reconnaissance de contexte dans notre middleware sensible au contexte. Les informations collectées à partir des réseaux sociaux sont utilisées pour éduquer le moteur d'inférence intelligent. […] / Almost 20 years ago, Marc Weiser envisioned the prospect of computer in 21st century, and proposed the pioneering notion of ubiquitous computing. One of Weiser’s primary ideas has recently evolved to a more general paradigm known as context awareness, becoming a central research theme in many other ubiquitous computing programs. From Active Badge considered as the first context-aware application, there are numerous attempts to build effective context-aware systems. However, how to acquire context, how to process context and how to create context-aware applications is still faced with enormous challenges in the both of research and practice. This dissertation investigates deeply some chosen key issues in context awareness and develops a context-aware middleware. The main research contributions are presented in three categories: a spatialtemporal context represent model, a context-aware middleware and an intelligence context inference engine. The spatial-temporal context representation model is proposed to organize context and relations for context-aware system. Ontology-based method is adopted to construct our model, supporting both knowledge sharing and reuse as well as logic inference. This model adopts two-layer hierarchy structure for different situation. The higher layer comes up with the generic common context, while the lower layer focuses on various specific situations. Differing from existing models, besides taking locational factors into account, it supports different historical context service depending on different context resource. These context histories may be used to predict and infer the context. A context-aware middleware is designed as a platform associated with context retrieval and context processing. It is organized in two layers: the low layer provides a solution to integrate sensors and actuators with a standardized data representation; the high layer: versatile context interpreter focuses on context processing, which is made up of four parts: Context Aggregator, Inference Engine, Context Knowledge Base, and Query Engine in charge of context inferences, expressive query, and persistent storage. This middleware provides an environment for rapid prototyping of context aware services in ambient intelligent. The intelligent inference engine is the central and intellectual component of context-aware middleware. We review all the methods on activity context recognition published in three premier conferences in past decade and conclude that activity context recognition is divided into three facets: basic activity inference, dynamic activity analysis and future activity recommendation. Then we propose an intelligent inference engine based on our context-aware middleware. Beside satisfying requirements of checking the context consistency, our inference engine integrates the three most popular methods on activity context recognition: Rules, Decision Tree, and Hide Markov Model. It provides a solution for all facets of activity context recognition based on our context-aware middleware. The individuals’ information collecting from their social networks under permission are leveraged to train intelligent inference engine. We finally use two scenarios (applications) to explain the generic process to develop application via our middleware, and compare and analyze the main aspects of our middleware with other five representative context-aware applications. Our middleware profits good features from existing context-aware systems and improve intelligence via supporting activity context recognition. It provides an efficient platform for a rapid developing of new context-aware applications in ambient intelligence.

Cette thèse s'intéresse à la problématique de l'adaptation automatique de services dans ledomaine de l'intelligence ambiante. L'étude de la littérature montre que la sensibilité aucontexte est devenue un élément central pour la conception et la mise en place de servicesadaptatifs. Cependant, sa prise en compte se limite généralement à des descriptionsélémentaires de situations ou à des modèles prédéfinis. Afin de permettre une adaptation auxchangements d'habitudes des utilisateurs, à la dynamique de l'environnement et àl'hétérogénéité des sources de perception, nous proposons des mécanismes de découverte decontexte et de situations déclencheurs d'adaptation. Ces mécanismes s'appuient sur destechniques de fouille de données et sont intégrés au sein d'une architecture d'adaptationautomatique de services. Ces travaux ont été réalisés et appliqués à des projets d'intelligenceambiante pour de l'assistance à des personnes et plus particulièrement dans le cadre du projetITEA- MIDAS.

Les technologies et services mobiles font aujourd'hui partie de notre vie quotidienne grâce notamment aux ordiphones et ardoises numériques. Nous vivons actuellement la réalisation de la vision de Marc Weiser. Les fonctionnalités et les services rendus prennent le dessus sur les objets techniques. Dans cette thèse, nous nous intéressons à un type particulier d'applications informatiques: les jeux vidéo. Comme d'autres secteurs, les jeux vidéo doivent prendre en compte la révolution mobile, pour se réinventer et intéresser des joueurs. Cependant, les jeux sur support mobiles doivent faire face au problème du changement des conditions de jeu du joueur. Nous pouvons parler de contexte du joueur.L'objectif de cette thèse est de proposer un modèle pour la conception de jeu auto-adaptatif au contexte du joueur. Ce modèle doit être générique et permettre la création de jeux vidéo qui sont capables de modifier les activités et objectifs qu'ils proposent en fonction du contexte courant du joueur. Notre proposition se constitue de deux éléments clefs. Le premier consiste en un modèle générique des activités et des objectifs d'un jeu vidéo que nous avons appelé «composant de gameplay». Ce modèle est une formalisation du concept de boucle de jeu objectif, challenge, récompense. Ce modèle nous permet de représenter les objectifs et activités du jeu sous la forme d'un arbre. Le deuxième élément est un modèle de détection des arbres compatibles avec un contexte courant. Ce modèle se base sur des règles de contexte qui sont associées aux nœuds de l'arbre. Notre démarche consiste ensuite à vérifier que l'objectif représenté par la racine de l'arbre peut être atteint dans le contexte courant. Pour valider notre approche, nous avons réalisé une expérimentation en laboratoire. Nous avons également utilisé notre expérience sur l'utilisation des composants de gameplay dans un contexte industriel. / Nowadays, the technologies and mobiles services are a part of our daily life thanks to smartphones and tablet computers. Currently, we live the realisation of Weiser's vision. The features and services provided are more important than technical objects.In this thesis, we are interested in a kind of computer applications: video games. Like other sectors, video games have to deal with mobile revolution in order to reinvent themselves and to interest players. However, video games on mobiles devices have to deal with the variation of playing conditions. We can call these conditions the player's context.The main objective of this thesis is to propose a model for the design of games that are able to adapt to the player's context. This model has to be generic and allow the game to adapt the proposed activities and objectives to the current context.Our proposition has two main elements. The first one is a generic model of the activities and the objectives which are proposed by the game. We have called this model "gameplay component". It is a formalization of the objectif, challenge, reward game loop concept. It allows us to represent a game as a tree.The second element is a model for detecting game tree which are compatible with a defined context. This model is based on rules which are linked with the nodes of the game tree. Our approach consist of checking that the objective which is given by the root of the game tree can be reached in the current context.In order to valid our approach, we have conducted a laboratory experimentation. We have also used our experience about using of gameplay component in a industrial context in order to do a case study.

Le développement des réseaux sans fil et des dispositifs mobiles (ordinateurs portables, PDA communicants, capteurs, etc.) constaté ces dernières années entraine de profondes mutations des applications et des services proposés aux utilisateurs. Nous entrons aujourd'hui dans l'ère de l'informatique pervasive avec pour enjeu de proposer des services et de rendre les données disponibles n'importe où et n'importe quand. Le système d'information n'échappe pas à cette évolution et devient lui aussi pervasif. L'information y est stockée partout, dans différents formats et sur différents types de terminaux interconnectés. Notre travail se concentre sur les problèmes liés à l'accès aux données dans les systèmes d'information pervasifs. Ces systèmes, dits « ambiants », évoluent dans un contexte particulièrement dynamique du fait de la mobilité des utilisateurs et des sources de données qui peuvent apparaître et disparaître à tout moment. Les techniques traditionnellement utilisées pour accéder aux données, dans les bases de données réparties ou les systèmes pair-à-pair par exemple, sont ainsi totalement remises en cause. En effet, la mobilité des sources de données et les possibles déconnexions rendent impossibles la gestion et l'exploitation d'un schéma de placement décrivant la localisation des différentes sources de données accessibles. Dans ce contexte, nous proposons donc de nouvelles techniques d'accès dédiées aux systèmes d'information pervasifs. Plus précisément, nos contributions concernent : - Un modèle d'évaluation et d'optimisation de requêtes dans les environnements pair-à-pair hybrides, associant terminaux mobiles et serveurs fixes, adapté à la mobilité des terminaux et à leurs ressources restreintes (e.g., énergie) - Des techniques de partage d'informations dans les environnements pair-à-pair mobiles, où plus aucune infrastructure fixe n'est exploitable et où les échanges de données reposent sur des interactions directes entre les terminaux. Ces travaux ont été appliqués au contexte de la communication inter-véhicules. - Enfin, notre dernière contribution concerne la proposition de mécanismes d'auto-adaptation permettant à un évaluateur de requêtes de se reconfigurer dynamiquement en fonction des changements de contexte (e.g., connectivité, mobilité, autonomie, etc.), particulièrement fréquents dans les systèmes pervasifs. Nos travaux ont été réalisés dans le cadre de différents projets et ont conduit à la soutenance de plusieurs thèses de doctorat et masters recherche.

Ce travail de thèse explore la conception d'applications collaboratives destinées a être exécutées dans des environnements ubiquitaires. Les applications collaboratives fournissent des moyens pour que des utilisateurs organisés dans des groupes puissent coopérer afin d'effectuer une tâche commune. Jusqu'à présent, ces applications ont été conçues pour une utilisation avec des systèmes de type "bureau". Dans ce travail nous proposons de faire profiter ces applications des possibilités offertes par les environnements issus de l'informatique ubiquitaire, notamment la sensibilité au contexte et l'adaptation. En premier lieu, un modèle sémantique de la collaboration, appelé GCO, est proposé afin de permettre l'expression des besoins de collaboration indépendamment du domaine d'application. Ce modèle est une ontologie de la collaboration incorporant des règles permettant d'effectuer d'inférences pour déduire un schéma de déploiement à partir des besoins de collaboration. En deuxième lieu, une approche de modélisation est proposée afin de faciliter la conception d'applications collaboratives ubiquitaires. Cette approche se base sur une décomposition multi-niveau permettant la mise en Suvre d'une adaptation de l'architecture du système aux changements du contexte haut niveau (exigences de l'application) et bas niveau (contraintes liées aux ressources). Ensuite, le framework FACUS, qui est une implantation de l'approche utilisant GCO comme modèle pivot pour l'interopérabilité entre les exigences et les contraintes, est proposé. Enfin, FACUS est évalué tant du point de vue fonctionnel que de celui des performances, montrant la faisabilité de notre approche.