Les systèmes embarqués sont utilisés dans de nombreux systèmes critiques, depuis les automobiles jusqu'aux les systèmes de contrôle industriels. La plupart des recherches sur ces systèmes embarqués se sont concentrés sur l'amélioration de leur fiabilité face à des fautes ou erreurs de fonctionnent non intentionnelles, moins de travaux on été réalisés considérant les attaques intentionnelles. Ces systèmes embarqués sont de plus en plus connectés, souvent à Internet, via des réseaux sans fils, par exemple pour leur administration à distance. Cela augmente les risques d'attaques à distance ou d'injection de code malicieux. Les fautes de fonctionnement de ces équipements peuvent causer des dommages physiques comme par example rendre des appareils médicaux dangereux. Par conséquent, il est primordial de protéger ces systèmes embarqués contre les attaques. Dans cette thèse nous présentons des attaques et défenses contre les systèmes embarqués contraints. Nous présentons plusieurs attaques contre des techniques d'attestation logicielle utilisées dans les systèmes embarqués. Puis nous présentons la conception et l'implémentation d'une technique d'attestation logicielle qui est résistante aux attaque présentées précédemment. Finalement, nous présentons la conception d'une solution permettant de réaliser l'attestation de code ainsi que la création d'une racine de confiance dynamique (dynamic root of trust) pour les systèmes embarqués. Cette solution est prouvée sure et ne dépend pas d'assomptions fortes faites dans le cas de l'attestation logicielle. / Embedded devices are currently used in many critical systems, ranging from automotive to medical devices and industrial control systems. Most of the research on such devices has focused on improving their reliability against unintentional failures, while fewer efforts have been spent to prevent intentional and malicious attacks. These devices are increasingly being connected via wireless and connected to the Internet for remote administration, this increases the risk of remote exploits and malicious code injected in such devices. Failures in such devices might cause physical damage and health and safety risks. Therefore, protecting embedded devices from attacks is of the utmost importance. In this thesis we present novel attacks and defenses against low-end embedded devices. We present several attacks against software-based attestation techniques used in embedded devices. Furthermore we design and implement a novel software-based attestation technique that is immune to the aforementioned attacks. Finally, we design a hardware solution to attest and establish a dyna

Les systèmes embarqués sont utilisés dans de nombreux systèmes critiques, depuis les automobiles jusqu'aux les systèmes de contrôle industriels. La plupart des recherches sur ces systèmes embarqués se sont concentrés sur l'amélioration de leur fiabilité face à des fautes ou erreurs de fonctionnent non intentionnelles, moins de travaux on été réalisés considérant les attaques intentionnelles. Ces systèmes embarqués sont de plus en plus connectés, souvent à Internet, via des réseaux sans fils, par exemple pour leur administration à distance. Cela augmente les risques d'attaques à distance ou d'injection de code malicieux. Les fautes de fonctionnement de ces équipements peuvent causer des dommages physiques comme par example rendre des appareils médicaux dangereux. Par conséquent, il est primordial de protéger ces systèmes embarqués contre les attaques. Dans cette thèse nous présentons des attaques et défenses contre les systèmes embarqués contraints. Nous présentons plusieurs attaques contre des techniques d'attestation logicielle utilisées dans les systèmes embarqués. Puis nous présentons la conception et l'implémentation d'une technique d'attestation logicielle qui est résistante aux attaque présentées précédemment. Finalement, nous présentons la conception d'une solution permettant de réaliser l'attestation de code ainsi que la création d'une racine de confiance dynamique (dynamic root of trust) pour les systèmes embarqués. Cette solution est prouvée sure et ne dépend pas d'assomptions fortes faites dans le cas de l'attestation logicielle.

As the growth and enthusiasm for IoT increases, energy consumption and efficiency is of immense importance in order to develop maintainable and dependable sensor networks. In this thesis, we implement and evaluate a wireless sensor network using Bluetooth Low Energy (BLE) as the communication standard with regards to energy consumption and range capabilities. We found BLE to be a highly viable option for such systems, yielding long battery life for systems where long-range capabilities are not needed.

Au cours des dernières décennies, nous avons été témoins d'une évolution considérable dans l'informatique mobile, réseau sans fil et des appareils portatifs. Dans les réseaux de communication à venir, les utilisateurs devraient être encore plus mobiles exigeant une connectivité omniprésente à différentes applications qui seront de préférence au courant de leur contexte. Certes, les informations de localisation dans le cadre de leur contexte est d'une importance primordiale à la fois la demande et les perspectives du réseau. Depuis l'application ou de point de vue utilisateur, la fourniture de services peut mettre à jour si l'adaptation au contexte de l'utilisateur est activée. Du point de vue du réseau, des fonctionnalités telles que le routage, la gestion de transfert, l'allocation des ressources et d'autres peuvent également bénéficier si l'emplacement de l'utilisateur peuvent être suivis ou même prédit. Dans ce contexte, nous nous concentrons notre attention sur la localisation à l'intérieur et de la prévision transfert qui sont des composants indispensables à la réussite ultime de l'ère de la communication omniprésente envisagé. Alors que les systèmes de positionnement en plein air ont déjà prouvé leur potentiel dans un large éventail d'applications commerciales, le chemin vers un système de localisation à l'intérieur de succès est reconnu pour être beaucoup plus difficile, principalement en raison des caractéristiques difficiles à l'intérieur et l'exigence d'une plus grande précision. De même, la gestion de transfert dans le futur des réseaux hétérogènes sans fil est beaucoup plus difficile que dans les réseaux traditionnels homogènes. Régimes de procédure de transfert doit être sans faille pour la réunion strictes de qualité de service (QoS) des applications futures et fonctionnel malgré la diversité des caractéristiques de fonctionnement des différentes technologies. En outre, les décisions transfert devraient être suffisamment souples pour tenir compte des préférences utilisateur d'un large éventail de critères proposés par toutes les technologies. L'objectif principal de cette thèse est de mettre au point précis, l'heure et l'emplacement de puissance et de systèmes efficaces de gestion de transfert afin de mieux satisfaire applications sensibles au contexte et mobiles. Pour obtenir une localisation à l'intérieur, le potentiel de réseau local sans fil (WLAN) et Radio Frequency Identification (RFID) que l'emplacement autonome technologies de détection sont d'abord étudiés par des essais plusieurs algorithmes et paramètres dans un banc d'essai expérimental réel ou par de nombreuses simulations, alors que leurs lacunes sont également été identifiés. Leur intégration dans une architecture commune est alors proposée afin de combiner leurs principaux avantages et surmonter leurs limitations. La supériorité des performances du système de synergie sur le stand alone homologues est validée par une analyse approfondie. En ce qui concerne la tâche de gestion transfert, nous repérer que la sensibilité au contexte peut aussi améliorer la fonctionnalité du réseau. En conséquence, deux de tels systèmes qui utilisent l'information obtenue à partir des systèmes de localisation sont proposées. Le premier schéma repose sur un déploiement tag RFID, comme notre architecture de positionnement RFID, et en suivant la scène WLAN analyse du concept de positionnement, prédit l'emplacement réseau de la prochaine couche, c'est à dire le prochain point de fixation sur le réseau. Le second régime repose sur une approche intégrée RFID et sans fil de capteur / actionneur Network (WSAN) de déploiement pour la localisation des utilisateurs physiques et par la suite pour prédire la prochaine leur point de transfert à deux couches de liaison et le réseau. Etre indépendant de la technologie d'accès sans fil principe sous-jacent, les deux régimes peuvent être facilement mises en œuvre dans des réseaux hétérogènes [...] / Over the last few decades, we have been witnessing a tremendous evolution in mobile computing, wireless networking and hand-held devices. In the future communication networks, users are anticipated to become even more mobile demanding for ubiquitous connectivity to different applications which will be preferably aware of their context. Admittedly, location information as part of their context is of paramount importance from both application and network perspectives. From application or user point of view, service provision can upgrade if adaptation to the user's context is enabled. From network point of view, functionalities such as routing, handoff management, resource allocation and others can also benefit if user's location can be tracked or even predicted. Within this context, we focus our attention on indoor localization and handoff prediction which are indispensable components towards the ultimate success of the envisioned pervasive communication era. While outdoor positioning systems have already proven their potential in a wide range of commercial applications, the path towards a successful indoor location system is recognized to be much more difficult, mainly due to the harsh indoor characteristics and requirement for higher accuracy. Similarly, handoff management in the future heterogeneous wireless networks is much more challenging than in traditional homogeneous networks. Handoff schemes must be seamless for meeting strict Quality of Service (QoS) requirements of the future applications and functional despite the diversity of operation features of the different technologies. In addition, handoff decisions should be flexible enough to accommodate user preferences from a wide range of criteria offered by all technologies. The main objective of this thesis is to devise accurate, time and power efficient location and handoff management systems in order to satisfy better context-aware and mobile applications. For indoor localization, the potential of Wireless Local Area Network (WLAN) and Radio Frequency Identification (RFID) technologies as standalone location sensing technologies are first studied by testing several algorithms and metrics in a real experimental testbed or by extensive simulations, while their shortcomings are also identified. Their integration in a common architecture is then proposed in order to combine their key benefits and overcome their limitations. The performance superiority of the synergetic system over the stand alone counterparts is validated via extensive analysis. Regarding the handoff management task, we pinpoint that context awareness can also enhance the network functionality. Consequently, two such schemes which utilize information obtained from localization systems are proposed. The first scheme relies on a RFID tag deployment, alike our RFID positioning architecture, and by following the WLAN scene analysis positioning concept, predicts the next network layer location, i.e. the next point of attachment to the network. The second scheme relies on an integrated RFID and Wireless Sensor/Actuator Network (WSAN) deployment for tracking the users' physical location and subsequently for predicting next their handoff point at both link and network layers. Being independent of the underlying principle wireless access technology, both schemes can be easily implemented in heterogeneous networks. Performance evaluation results demonstrate the advantages of the proposed schemes over the standard protocols regarding prediction accuracy, time latency and energy savings

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In Wireless Sensor Actor Networks (WSANs), sensor nodes perform the sensing task and actor nodes take action based on the sensed phenomenon. The presence of actors in this configuration can not be benefited from, unless they are able to execute actions at right place and right time in the event region. The right place can be related to the accurate position of the sensor nodes. While, the right time is related to delivering the packets directly to the appropriate actors within the event specific response times. Hence, the efficient localization of sensor nodes, sensor-actor/actor-actor coordination and real-time routing is indispensable in WSANs. Furthermore, the limited energy levels and bandwidth of the state of art sensor nodes currently impose stringent requirements for low-complexity, low-energy, distributed coordination and cooperation protocols and their implementation. In this study, we propose an integrated framework which addresses the issues of sensors localization, network configuration, data aggregation, real-time data delivery, sensor-actor/actor-actor coordination and energy saving mechanisms. The proposal incorporates novel approaches on three fronts / (1) timing-based sensors localization (TSL) algorithm to localize the sensor nodes relative to actors, (2) real-time coordination and routing protocols and (3) energy conservation. The distributed real-time coordination and routing is implemented in addressing and greedy modes routing. A cluster-based real-time coordination and routing (RCR) protocol operates in addressing mode. The greedy mode routing approach (Routing by Adaptive Targeting, RAT) is a stateless shortest path routing. In dense deployment, it performs well in terms of delay and energy consumption as compared to RCR. To keep the traffic volume under control, the framework incorporates a novel real-time data aggregation (RDA) approach in RCR such that the packets deadlines are not affected. RDA is adaptive to the traffic conditions and provides fairness among the farther and nearer cluster-heads. Finally, framework incorporates a power management scheme that eliminates data redundancy by exploiting the spatial correlation of sensor nodes. Simulation results prove that the framework provides the real-time guarantees up to 95 % of the packets with lesser energy consumption of up to 33 % achieved using MEAC as compared to LEACH and SEP. The packet delivery ratio is also 60 % higher than that of semi-automated architecture. Furthermore the action accuracy is supported by TSL which restricts the localization errors less than 1 meter by tuning it according to the expected velocity of nodes and required accuracy.

Over the last few decades, we have been witnessing a tremendous evolution in mobile computing, wireless networking and hand-held devices. In the future communication networks, users are anticipated to become even more mobile demanding for ubiquitous connectivity to different applications which will be preferably aware of their context. Admittedly, location information as part of their context is of paramount importance from both application and network perspectives. From application or user point of view, service provision can upgrade if adaptation to the user's context is enabled. From network point of view, functionalities such as routing, handoff management, resource allocation and others can also benefit if user's location can be tracked or even predicted. Within this context, we focus our attention on indoor localization and handoff prediction which are indispensable components towards the ultimate success of the envisioned pervasive communication era. While outdoor positioning systems have already proven their potential in a wide range of commercial applications, the path towards a successful indoor location system is recognized to be much more difficult, mainly due to the harsh indoor characteristics and requirement for higher accuracy. Similarly, handoff management in the future heterogeneous wireless networks is much more challenging than in traditional homogeneous networks. Handoff schemes must be seamless for meeting strict Quality of Service (QoS) requirements of the future applications and functional despite the diversity of operation features of the different technologies. In addition, handoff decisions should be flexible enough to accommodate user preferences from a wide range of criteria offered by all technologies. The main objective of this thesis is to devise accurate, time and power efficient location and handoff management systems in order to satisfy better context-aware and mobile applications. For indoor localization, the potential of Wireless Local Area Network (WLAN) and Radio Frequency Identification (RFID) technologies as standalone location sensing technologies are first studied by testing several algorithms and metrics in a real experimental testbed or by extensive simulations, while their shortcomings are also identified. Their integration in a common architecture is then proposed in order to combine their key benefits and overcome their limitations. The performance superiority of the synergetic system over the stand alone counterparts is validated via extensive analysis. Regarding the handoff management task, we pinpoint that context awareness can also enhance the network functionality. Consequently, two such schemes which utilize information obtained from localization systems are proposed. The first scheme relies on a RFID tag deployment, alike our RFID positioning architecture, and by following the WLAN scene analysis positioning concept, predicts the next network layer location, i.e. the next point of attachment to the network. The second scheme relies on an integrated RFID and Wireless Sensor/Actuator Network (WSAN) deployment for tracking the users' physical location and subsequently for predicting next their handoff point at both link and network layers. Being independent of the underlying principle wireless access technology, both schemes can be easily implemented in heterogeneous networks. Performance evaluation results demonstrate the advantages of the proposed schemes over the standard protocols regarding prediction accuracy, time latency and energy savings

Les entités physiques prises en compte par les applications dites M2M dans les télécoms sont aujourd’hui de plus en plus hétérogènes. Le défi adressé par ce travail est donc l’intégration, et la configuration automatiques de toutes ces différentes variétés d’entités physiques d’une façon homogène dans les systèmes M2M, en généralisant les approches de configuration automatique déjà connues et utilisées pour les objets communicants numériques. Cette thèse présente un cadre théorique général et des mécanismes de base pour l’identification de modèles de telles entités physiques dans les systèmes d’information embarqués répartis, en englobant dans une même approche les équipements et les sous-ensembles de l’espace, faisant se rejoindre les points de vue ”internet des objets” et ”environnement interactif” dans une nouvelle vision unifiée de l’intelligence ambiante. Ce travail, motivé initialement par les applications à la gestion d’énergie domestique, cherche à intégrer au réseau local de la maison des entités physiques qui ont un impact énergétique mais ne sont dotés d’aucune connexion réseau, ce qui correspond à une extension qualitative du périmètre de l’Internet des Objets. Cette intégration se fait de manière tout à fait similaire à ce qui est fait classiquement pour des équipements numériques état de l’art, c’est-à-dire par des mécanismes de découverte et configuration spontanés. Ces mécanismes comportent les étapes suivantes : détection de la présence d’une entité physique par analyse de la coïncidence d’évènements significatifs reçus de capteurs ; sélection d’un premier modèle générique représentatif de l’entité physique détectée depuis une ontologie de référence en analysant des données reçues les capteurs ; création d’un composant logiciel représentant l’entité physique détectée, à partir du modèle sélectionné, et associant les capteurs et actionneurs utiles ; supervision et contrôle de l’entité cible par l’intermédiaire de ce composant logiciel ; mise à jour incrémentale du modèle de l’entité identifiée par analyse des données issues des capteurs associés. Ce travail est parti d’applications dans l’environnement de la maison, pour lesquelles il a été validé et mis en œuvre. Mais notre approche a vocation à être généralisée et étendue à des environnements comme les bâtiments ou la ville, en offrant suivant le même principe une infrastructure partagée pour toutes les applications M2M dans ces environnements / The physical entities which are taken into account by Machine to Machine (M2M) telecom applications are more and more heterogeneous. The challenge addressed by our research is the automatic integration and configuration of all these types of physical entities in M2M systems, with a homogeneous solution that generalizes self-configuration approaches used for networked digital devices. This thesis presents a general theoretical framework and basic mechanisms for the identification and configuration of such physical entity models in distributed embedded information systems. Our approach deals jointly with equipment and space entities encompassing the ”Internet of Things” (IoT) and ”interactive environment” viewpoints in a renewed interpretation of ambient intelligence. This work has been motivated initially by home energy management applications, trying to integrate into the Home Area Network all home entities that play a role in energy management, but do not have a networked interface of their own. This corresponds to a qualitative extension of the perimeter of the Home Area Network. This integration is achieved in a way similar to what is done for state of the art digital devices, through a spontaneous discovery and configuration mechanism, with the following stages: detection of the presence of a physical entity by analyzing the coincidence of significant events detected by sensors; selection of the first generic model corresponding to the detected physical entity from a reference ontology, on the basis of received sensors data; creation of a software component representing the detected physical entity, based on the selected model, associated with relevant sensors and actuators; provision of application interface for monitoring and control of the target entity through this intermediate software component; iterative update of the identified entity model on the basis of data from associated sensors. The proposed approach has been validated and implemented in home environments, but it is intended to be generalized and expanded to environments such as buildings or cities, offering a similarly shared infrastructure for all M2M applications in these environments

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