Ces travaux de thèse apportent une contribution aux domaines de l'informatique pervasive et du travail collaboratif assisté par ordinateur. Nous explorons ces domaines par une présentation étendue de différents travaux se rapportant aux modèles de collaboration, aux différentes conceptions ainsi qu'aux méthodes d'évaluation. Notre principale contribution pour ces domaines est le modèle PCSCW, qui propose une approche original pour l'intégration de l'aspect pervasif au sein de la collaboration. En se basant sur un modèle ontologique représentant le contexte des utilisateurs ainsi que sur un ensemble de règles de collaborations entres machines, notre travail permet aux dispositifs intelligents d'analyser et de trouver la meilleure façon de se comporter et de collaborer avec les autres machines de l'environnement afin de canaliser et de faciliter de manière transparente et efficace la collaboration entres les humains. Nous proposons également une méthodologie permettant aux développeurs de systèmes collaboratifs pervasifs de construire leurs propres stratégies d'évaluations.

L'adaptation est aujourd'hui devenue un enjeu majeur en Génie Logiciel. Les ingénieurs sont en effet régulièrement confrontés à des demandes d'évolution qui peuvent prendre de nombreuses formes : mises à jour, nouvelles versions, besoins en nouvelles fonctionnalités, etc. Cette tendance est accrue par l'émergence de nouveaux domaines tels que l'informatique ubiquitaire ou le cloud computing qui exigent des changements dynamiques dans des environnements en constante évolution. Ainsi, dans ces domaines, les ressources sont souvent élastiques, volatiles et hétérogènes. Cette thèse s'intéresse en particulier à la conception et à l'exécution d'applications distribuées composées d'entités hétérogènes et qui nécessitent d'être adaptées durant l'exécution. Notre approche s'appuie sur les modèles à composant orientés service et sur les styles d'architectures SOA et REST. Nous proposons un framework, nommé RoSe, qui permet l'import de ressources distantes dans un framework à composant orienté service et l'export de service locaux. RoSe permet aux développeurs et aux administrateurs de gérer la distribution des applications de manière totalement indépendante et dynamique grâce à un langage de configuration et d'une API dite fluent. Le framework lui-même est modulaire et flexible et supporte l'ajout et le retrait de composants durant l'exécution. L'implantation de RoSe est hébergée au sein du projet OW2 Chameleon et est aujourd'hui utilisée dans plusieurs projets industriels et académiques.

Cette thèse se situe dans le domaine de l'informatique orientée service. Elle propose un ESB (Enterprise Service Bus) autonomique, c'est-à-dire capable de s'autogérer sur un ensemble d'aspects. Cet ESB, nommé Cilia autonomique, permet de construire des applications de médiation sensibles au contexte. Précisément, la version autonomique de Cilia, que nous proposons, permet l'optimisation de l'utilisation des ressources de la plate-forme d'exécution et l'adaptation dynamique des chaînes de médiation au niveau de la configuration et de la topologie. Notre framework permet également de présenter à tout moment un modèle simplifié des phénomènes liés à l'exécution des chaînes et, ainsi, de faciliter le raisonnement et la prise de décisions d'adaptation. Les travaux de cette thèse ont été validés dans le cadre de l'informatique pervasive. En particulier, Cilia autonomique a été utilisé et instrumenté pour la mise en œuvre d'applications de maintien à domicile et de suivi de la santé des usagers. Les résultats sont disponibles en open source.

Le vieillissement de la population est un problème qui touche de plus en plus le monde occidental et a pour conséquence de rendre difficile le maintien à domicile des personnes âgées, étant donné les coûts engendrés et le manque de personnel soignant. D'un autre côté, la présence des technologies dans les domiciles devient répandue et ce, à des prix abordables. On est désormais capable de récupérer facilement des informations sur ce qui se passe à l'intérieur de la maison et ainsi agir en conséquence. Le maintien à domicile devient alors possible en offrant une assistance aux personnes âgées qui soit portée par la technologie, afin de les aider à réaliser leurs activités de la vie quotidienne. À l'aide d'un calendrier électronique dans lequel seront notées toutes les activités à réaliser dans la journée, on est en mesure d'utiliser les données fournies par l'appartement pour vérifier qu'elles ont bien été réalisées, et ainsi offrir des rappels efficaces pour ces activités. C'est vers cette problématique que se tourne ce mémoire en offrant un outil pouvant utiliser et interpréter les informations provenant de l'intérieur d'un habitat, combinées à celles venant d'un calendrier électronique, dans le but d'aider à la réalisation des tâches de la vie quotidienne. Cet outil est composé de deux programmes principaux: le calendrier électronique et le programme de reconnaissance d'activité, les deux fonctionnant en collaboration. Ce mémoire présente en premier lieu l'informatique ubiquitaire, les moyens de rappel existants ainsi que les différentes méthodes pour faire de la reconnaissance d'activité dans un appartement intelligent. Suit une description du calendrier électronique permettant aux personnes âgées d'entrer correctement leurs activités à rappeler. Ensuite est décrit le programme de reconnaissance d'activité, qui interprète les évènements des capteurs pour reconnaître les activités réalisées. Le chapitre suivant traite de la collaboration entre le calendrier et le programme de reconnaissance d'activité afin qu'ils soient utilisables dans l'appartement. Une expérimentation réalisée dans l'appartement intelligent du DOMUS cherche à fournir une preuve de concept du rappel d'activité en fonction de ce qui se passe dans l'appartement.

Dans de multiples domaines, un nombre grandissant d'applications interagissant avec des entités communicantes apparaissent dans l'environnement pour faciliter les activités quotidiennes~(domotique et télémédecine). Leur impact sur la vie de tous les jours des utilisateurs rend ces applications critiques: leur défaillance peut mettre en danger des personnes et leurs biens. Bien que l'impact de ces défaillances puisse être majeur, la sécurité est souvent considérée comme un problème secondaire dans le processus de développement et est traitée par des approches ad hoc.Cette thèse propose d'intégrer des aspects de sécurité dans le cycle de développement des systèmes d'informatique ubiquitaire. La sécurité est spécifiée à la conception grâce à des déclarations dédiées et de haut niveau. Ces déclarations sont utilisées pour générer un support de programmation afin de faciliter l'implémentation des mécanismes de sécurité, tout en séparant ces aspects de sécurité de la logique applicative. Notre approche se concentre sur le contrôle d'accès aux entités et la protection de la vie privée. Notre travail a été implémenté et fait levier sur une suite outillée existante couvrant le cycle de développement logiciel. / A growing number of environments is being populated with a range of networked devices. Applications leverage these devices to support everyday activities in a variety of areas (e.g., home automation and patient monitoring). As these devices and applications get woven into our everyday activities, they become critical: their failure can put people and assets at risk. Failures can be caused by malicious attacks and misbehaving applications. Although the impact of such situations can be major, security concerns are often considered a secondary issue in the development process, and treated with ad hoc approaches. This thesis proposes to address security concerns throughout the development lifecycle of a pervasive computing system. Security is addressed at design time thanks to dedicated, high-level declarations. These declarations are processed to implement security mechanisms, and to generate programming support to ease the development of the security logic, while keeping it separate from the application logic. Our approach is studied in the context of access control and privacy concerns. Our work has been implemented and leverages an existing software-design language and a suite of tools that covers the software development lifecycle.

Lors du développement des applications ubiquitaires, il est essentiel de définir des politiques de sécurité et de développerdes mécanismes de sécurité pour assurer la confidentialité et l’intégrité des applications. De nombreux langages de spécification de politiques se concentrent uniquement sur leur puissance d’expression. Les défis émergents dans les systèmes ubiquitaires ne peuvent pas être résolus par ces approches. Par exemple, la sensibilité au contexte est un élément central des systèmes ubiquitaires. Les approches existantes tiennent rarement compte des informations contextuelles dans leurs langages. Cette thèse propose une approche générative pour spécifier et implanter les politiques de sécurité dans les applications ubiquitaires. Pour définir une politique de sécurité, nous proposons un langage de spécification qui tient compte des informations contextuelles. Il permet aux développeurs de spécifier les règles de la politique et les entités requises (e.g. la description spatiale, les rôles, le contexte). Les politiques sont implémentés par des systèmes de réécriture, ce qui offre une grande puissance de vérification. Pour appliquer une politique, nous proposons une architecture qui intègre les concepts importants des politiques de sécurité (sujet, contexte, objet) dans des applications ubiquitaires. Pour mettre en oeuvre notre approche, nous avons enrichi une approche existante pour le développement des applications ubiquitaires. La spécification de la politique de sécurité et la description de l’application ubiquitaire enrichie sont utilisées pour générer un canevas de programmation qui facilite l’implémentation des mécanismes de sécurité, tout en séparant les aspects sécurités de la logique applicative. / When developing pervasive computing applications, it is critical to specify security policies and develop security mechanisms to ensure the confidentiality and integrity of the applications. Numerous policy specification languages only focus on their expressive power. The emerging challenges in pervasive computing systems can not be fulfilled by these approaches. For instance, context awareness is a central aspect of pervasive computing systems. Existing approaches rarely consider context information in their language.This thesis proposes a generative approach dedicated to specifying and enforcing security policies in pervasive computingapplications. To specify a policy, we propose a context-aware policy specification language which helps developers to specify policy rules and required entities (e.g. spatial description, roles, context information). Policies are implemented by term rewriting systems which offers great verification power. To enforce a policy, we propose an architecture that embeds important concepts of security policies (subject, object, security related context) into pervasive computing applications. To apply our approach, we enriched an existing approach which is dedicated to develop pervasive computing applications. Based on the policy specification and the enriched pervasive computing application descriptions, a dedicated programming framework is generated. This framework guides the implementation and raises the level of abstraction which can reduce the workloads of developers.

L'habitat intelligent est l'objet de nombreux travaux de recherche. Il permet d'assister des personnes âgées ou handicapées, d'améliorer le confort, la sécurité ou encore d'économiser de l'énergie. Aujourd'hui, l'informatique ubiquitaire se développe et s'intègre dans l'habitat intelligent notamment en apportant la sensibilité au contexte. Malheureusement, comprendre ce qui se passe dans une maison n'est pas toujours facile. Dans cette thèse, nous explicitons comment le contexte peut permettre de déployer des services adaptés aux activités et aux besoins des habitants. La compréhension du contexte passe par l'installation de capteurs mais aussi par l'abstraction des données brutes en données intelligibles facilement exploitables par des humains et des services. Nous mettons en avant une architecture multi-couches de fusion de données permettant d'obtenir des données contextuelles de niveaux d'abstraction différents. La mise en place des couches basses y est présentée en détail avec l'application de la théorie des fonctions de croyance pour l'abstraction de données brutes issues de capteurs. Enfin, sont présentés le déploiement d'un prototype nous ayant permis de valider notre approche, ainsi que les services déployés. / Smart home is a major subject of interest. It helps to assist elderly or disabled people, improve comfort, safety, and also save energy. Today, ubiquitous computing is developed and integrated into the smart home providing context-awareness. Unfortunately, understanding what happens in a home is not always easy. In this thesis, we explain how context can be used to deploy services tailored to the activities and needs of residents. Understanding context requires the installation of sensors but also the abstraction of raw data into easily understandable data usable by humans and services. We present a multi-layer architecture of data fusion used to obtain contextual information of different levels of abstraction. The implementation of the lower layers is presented in detail with the application of the theory of belief functions for the abstraction of raw sensor data. Finally, are presented the deployment of a prototype that allowed us to validate our approach and the deployed services.

L'informatique pervasive (ou ubiquitaire) est un support pour des environnements contenant denombreux objets (ou dispositifs) disséminés, équipés d'électronique et interconnectés. Ces dispositifsfournissent un accès distant à une multitude de fonctionnalités qui nous aident dans notre vie quotidienne.Les Architectures Orientées Services sont adaptées à la conception de logiciels pervasifs. En effet,chaque dispositif fournit son propre ensemble de fonctionnalités sous la forme de services. Ainsi, enl'absence de mécanisme complémentaire, les utilisateurs se trouvent limités à utiliser les servicesisolément alors que leurs besoins correspondent à des scénarios qui impliquent une composition demultiples services offerts par plusieurs appareils.Dans cette thèse, nous défendons qu'un système pervasif doit : d'une part, permettre aux utilisateursd'exprimer facilement leurs besoins en créant des scénarios et d'autre part, proposer à ses utilisateursune représentation et des moyens de gestion de leur contexte afin qu'ils puissent tirer le meilleur parti deleur environnement et de ses changements. De plus, la présence de plusieurs utilisateurs implique lanécessité de collaborer. Par ailleurs, l'exécution de scénarios doit être résiliente aux changementsenvironnementaux et aux actions des utilisateurs. Elle doit ainsi s'adapter dynamiquement et, si possible,tirer profit du contexte et des changements de l'environnement.Notre contribution, nommée SaS (Scenarios as Services), répond à ces objectifs. Elle propose uneapproche interopérable capable de s'adapter à l'environnement. Elle fournit une représentation persistanteet personnalisable du contexte et inclut un langage de description de scénarios destiné aux utilisateurs.Ces scénarios sont facilement contrôlables, personnalisables et réutilisables. Elle planifie l'exécution pasà pas des scénarios, afin de s'adapter aux changements de l'environnement et de bénéficier desavantages de la mobilité des utilisateurs (exécution d'un scénario, dans la durée, sur plusieurs lieux).Enfin, elle inclut le partage de scénarios qui permet aux utilisateurs de collaborer. Un prototype de SaS,basé sur des normes industrielles (telle qu'OSGi), prouve la faisabilité de notre contribution et nouspermet de l'évaluer sur un cas d'étude simple. / Pervasive (or ubiquitous) computing is a paradigm for environments containing distributedinterconnected devices that embed electronics. These devices provide a remote access to numerousfunctionalities that assist us in our daily life. Service-Oriented Architectures are suitable to design softwarefor pervasive environments. Indeed, each device provides its own set of functionalities as services.Without any extra mechanism, users can only use a single service at a time. Nevertheless, their needsusually correspond to scenarios which involve a composition of multiple services, provided by multipledevices.In this thesis, we advocate that a pervasive system must, on the one hand, enable users to easily expresstheir needs through scenario creation and, on the other hand, propose to users a representation of theircontext so that they can benefit from both their environment and its changes. In addition, the presence ofseveral users implies that users must be able to collaborate.Our contribution, named SaS (Scenarios as Services), fulfils these requirements. It proposes aninteroperable approach that adapts to its environment. It provides users with a customizable andpersistent representation of their context and includes a scenario description language targeted to users.Scenarios are easy to control, customize and reuse. SaS schedules the step-by-step execution ofscenarios to adapt to environmental changes and benefit from user mobility (scenario execution split over time on successive distinct sites). Finally, SaS includes scenario sharing mechanisms which are abasis for collaboration. A prototype of SaS, based on industrial standards (e.g., OSGi), proves thefeasibility of our contribution and serves for its evaluation on a simple use case.

Autrefois enfermés à l'intérieur des écrans, les médias numériques s'invitent aujourd'hui au cœur même du quotidien. Informatique ubiquitaire, objets connectés, dispositifs de réalité «mixte» et «augmentée» ... font advenir de nouveaux modes d'expérience spatiale. Pourtant, la portée de cette rupture est encore mal comprise, soit parce que l'on confond expérience esthétique et démonstration technique, soit parce que l'on peine à dépasser les registres traditionnels de la fonction, de l'information et de la fiction. Quelles conséquences pour le design d'espaces? La première partie de cette thèse analyse la terminologie en usage afin de montrer qu'elle ne permet pas de rendre compte de l'expérience esthétique qu'il s'agît de décrire, et propose la notion d'entr'espace comme outil susceptible de la caractériser. Les enjeux sont déplacés depuis le champ strict du numérique vers le cadre plus large de l'histoire du design en vue de mettre en évidence la manière spécifique au design de se saisir des questions soulevées par ces moments de rupture. La deuxième partie explore les tensions qui traversent l'entr'espace en partant du paradigme baroque. Alors que ces dispositifs numériques sont souvent conçus sans prendre en compte les relations spatiales que pourtant ils articulent, l'hypothèse développée est que c'est précisément au niveau de ces relations, considérées dans toute leur épaisseur sensible, que se situent les principaux enjeux. La troisième partie, enfin, propose des axes de réflexion prospectifs en explorant la manière dont l'entr'espace transforme notre expérience de l'habiter à travers les notions de matière, interaction, vie et existence. / Formerly confined inside computer screens, digital media dwells today at the very heart of everyday environments. Ubiquitous computing connected objects, «mixed» and «augmented» reality ... bring about new modes of spatial experience. This breakthrough, however, has not yet been fully acknowledged. Dominant lines of thought either mistake aesthetic experience and technological demonstration, or struggle to get beyond traditional notions of function, information and fiction. What are the consequences for spatial design practice? The first part of this thesis discusses current terminology in order to show its ineffectiveness in describing the precise nature of the aesthetic experience, and proposes the notion of interspace as a conceptual tool to characterize it adequately. The stakes are shifted from the sole realm of the digital towards the larger frame of design history in order to show the specific way that design as a discipline has taken to size the questions rose by analogous technological breakthroughs in the past. The second part explores the tensions that run through interspaces departing from the Baroque paradigm. Whilst such digital devices are often designed without consideration for the spatial relationships they nevertheless organize, the main hypothesis is that it is precisely at the level of such relationships -their fullest sensorial wealth considered-that the highest stakes are. The third and last part introduces prospective lines of thought by exploring the way interspaces transform our experience of dwelling through the notions of matter, interaction, life and existence.

Le paradigme d'émergence spontanée de services (Spontaneous Emergence Paradigm, SEP) pour la mise en œuvre de l’informatique omniprésente ou diffuse (pervasive computing), consiste à fournir des services aux utilisateurs en fonction de leur environnement ad hoc. Ce paradigme a prouvé son efficacité et son adéquation aux applications distribuées sensibles au contexte. Ce travail se concentre sur deux aspects liés à la mise en œuvre des services SEP. Le premier se distingue de ce qui est proposé dans la littérature, par une approche physiologique de « Dead Reckoning » (Physiological Pedestrian Dead Reckoning Approach, PDR), qui permet de corriger les erreurs de positionnement à partir de données physiologiques comme la fréquence cardiaque et la vitesse de déplacement. Cette approche utilise des modèles stochastiques, qui reposent sur la distribution des probabilités des fréquences cardiaques précédemment collectées par rapport à la vitesse de déplacement de l’utilisateur (par exemple, par apprentissage via une marche sur un tapis roulant). Le modèle proposé permet ainsi d’ajuster les vitesses lues dans n’importe quel futur système PDR. Le deuxième aspect de cette recherche concerne la détection de réseaux d’affinités (Social Relationship Detection framework, SRD). Cette approche propose d’explorer le niveau d’affinité entre personnes en fonction de leur connexions et interactions selon plusieurs conditions. Ces connexions à des bornes WAP (Wireless Access Point), par rapport à chaque condition, sont consolidées pour former des distributions de probabilités. Par la suite, ces distributions de probabilités sont introduites dans un réseau de neurones (back propagation neural network) pour détecter et déterminer les affinités entre utilisateurs. Cette approche permet une prise de décision adaptative à chaque connexion au WAP et selon le comportement de l’utilisateur, contrairement aux approches classiques reposant uniquement sur une connaissance globale au préalable de la convergence des attributs des utilisateurs concernés. / Service Emergence Paradigm (SEP), based on a pervasive computing approach, consists of providing services to users within intended applications, transparently from their intentions, relatively to their needs, and regardless of the time and devices used. This considered paradigm has been proved sufficiently in applications that have context awareness schemes and various working threads. This research focuses on two aspects for providing SEP services. This first aspect is to implement a Physiological Pedestrian Dead Reckoning Approach (PPDR) that corrects position errors in pedestrian dead reckoning systems based on the heart rate parameter. This approach uses specific stochastic models that rely on probability distributions of previously collected heart rate values with respect to their velocities of a user during a treadmill walk. The reason behind this collection is to form a pattern that contributes in adjusting currently read velocities in any future PDR system. The second aspect of this research is the Social Relationship Detection framework (SRD). This approach proposes a mean for exploring the level of relationship between people by observing the network connection pattern of each person over several conditions. These connections, with respect to each condition, are consolidated to form a set that holds different probability distributions. These distributions are formed based on the users’ Wireless Access Point (WAP) connection establishment routine. Afterwards, the distributions of the probabilities are fed into a trained back propagation neural network to detect the level of relationship between candidate users for forthcoming friendship recommendations. This approach is elaborated in a technique that achieves intelligent decision-making whenever the connection pattern to the WAP and the user behavior are changing with time. It is also distinguished from other classical approaches that rely solely on prior knowledge of the convergence of the users’ attributes.