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

Nous avons étudié durant cette thèse les moyens de rendre le déploiement d'un intergiciel auto-adaptatif. Le type d'intergiciel que nous avons considéré ici est hiérarchique (structure de graphe) et distribué. Chaque sommet du graphe modélise un processus qui peut être déployé sur une machine physique ou virtuelle d'une infrastructure de type grille/cloud, les arêtes modélisent des liens de communications entre processus. Il offre aux clients des services de calcul haute performance. Les infrastructures de grilles/cloud étant élastiques (perte et ajout de nœuds), un déploiement statique n'est pas la solution idéale car en cas de panne on risque de tout reprendre à zéro, ce qui est coûteux. Nous avons donc proposé un algorithme auto-stabilisant pour que l'intergiciel puisse retrouver un état stable sans intervention extérieure, au bout d'un temps fini, lorsqu'il est confronté à certains types de pannes. Les types de pannes que nous avons considérés sont les pannes transitoires (simulé par la perte de nœuds, l'ajout de nouveaux nœuds, la perte de liens entre deux nœuds). Pour évaluer ces algorithmes, nous avons conçu un simulateur. Les résultats des simulations montrent qu'un déploiement, sujet à des pannes transitoires, s'auto-adapte. Avant d'en arriver à la phase de programmation du simulateur, nous avons d'abord proposé un modèle d'infrastructure distribuée (ce modèle permet de décrire des environnements de type grille/cloud), un modèle pour décrire certains types d'intergiciels hiérarchiques et enfin un modèle pouvant décrire un intergiciel en cours d'exécution (processus déployés sur les machines). / We have studied the means to make a middleware deployment self-adaptive. Our use case middleware is hierarchical and distributed and can be modeled by a graph. A vertex models a process and an edge models a communication link between two processes. The middleware provides high performance computing services to the users.Once the middleware is deployed on a computing infrastructure like a grid or cloud, how it adapt the changes in dynamic environment? If the deployment is static, it may be necessary to redo all the deployment process, which is a costly operation. A better solution would be to make the deployment self-adaptive. We have proposed a rules-based self-stabilizing algorithm to manage a faulty deployment. Thus, after the detection of an unstable deployment, caused by some transients faults (joining of new nodes or deletion of existing nodes which may modify the deployment topology), the system will eventually recover a stable state, without external help, but only by executing the algorithm.We have designed an ad hoc discrete events simulator to evaluate the proposed algorithm. The simulation results show that, a deployment, subjected to transients faults which make it unstable, adapts itself. Before the simulator design, we had proposed a model to describe a distributed infrastructure, a model to describe hierarchical middleware and a model to describe a deployment, that is the mapping between the middleware processes and the hardware on which they are running on.

SERVICE oriented architecture (SOA) is an architectural style to structure software systems, fostering loose coupling and dynamic integration among the applications. The use of SOA and Web services to develop complex and large business processes demands more formal and systematic testing. In addition, characteristics of this type of software limit the straightforward application of traditional testing techniques. Model-based testing (MBT) is a promising approach to deal with these problems. This dissertation investigates how two modeling techniques, namely Finite State Machine (FSM) and Event Sequence Graph (ESG), can be used to support MBT of service-oriented applications. Both techniques model different aspects and can be applied in a complementary way. Initially, we define an MBT process for service-oriented applications that employs FSMs. Based on previous experience, we propose a model-based approach to test composite services using ESGs. This approach is holistic, once test suites are generated to cover both desired situations (positive testing) and unexpected behaviors (negative testing). Three experimental studies evaluate the proposed approach: (i) a case study, (ii) a cost analysis, and (iii) a study in industry. Testing tools are also presented to support its practical use / A Arquitetura orientada a serviço (SOA) é um estilo arquitetural para estruturar sistemas de software de modo que exista um baixo grau de acoplamento entre as aplicações e essas possam ser facilmente integradas de forma dinâmica. A incorporação de SOA e serviços Web em sistemas que modelam processos de negócios grandes e complexos contribui para a necessidade de testes mais formais e sistemáticos. Além disso, características próprias dessa nova classe de software fazem com que técnicas de teste tradicionais não possam ser diretamente aplicadas. O teste baseado em modelo (TBM) apresenta-se como uma abordagem promissora que busca a resolução desses problemas. Esta tese investiga como duas técnicas de modelagem, Máquina de Estados Finitos (MEF) e Grafo de Sequência de Eventos (GSE), podem ser utilizadas para apoiar o TBM de aplicações orientadas a serviço. Essas técnicas modelam diferentes aspectos e podem ser aplicadas de forma complementar. Inicialmente, é definido um processo de TBM para aplicações orientadas a serviço que emprega MEFs. Com base na experiência adquirida, é proposta uma abordagem baseada em modelo para o teste de serviços compostos usando GSEs. Essa abordagem é holística uma vez que conjuntos de teste são gerados para cobrir tanto situações desejadas (teste positivo) quanto comportamentos inesperados (teste negativo). Três estudos experimentais avaliam a abordagem proposta: (i) um estudo de caso, (ii) uma análise de custo e (ii) um estudo na indústria. Ferramentas de teste também são apresentadas para apoiar o uso prático da abordagem proposta

Dans une composition de services Web basée protocole, un ensemble de services composants se collaborent pour donner lieu à un service Composite. Chaque service est représenté par un automate à états finis (AEF). Au sein d’un AEF, chaque transition exprime l’exécution d’une opération qui fait avancer le service vers un état suivant. Une exécution du composite correspond à une séquence de transitions où chacune est déléguée à un des composants. Lors de l’exécution du composite, un ou plusieurs composants peuvent devenir indisponibles. Ceci peut produire une exécution incomplète du composite, et de ce fait un recouvrement est nécessaire. Le recouvrement consiste à transformer l’exécution incomplète en une exécution alternative ayant encore la capacité d’aller vers un état final. La transformation s'effectue en compensant certaines transitions et exécutant d’autres. Cette thèse présente une étude formelle du problème de recouvrement dans une composition de service Web basée protocole. Le problème de recouvrement consiste à trouver une meilleure exécution alternative parmi celles disponibles. Une meilleure alternative doit être atteignable à partir de l’exécution incomplète avec un nombre minimal de compensations visibles (vis-à-vis le client). Pour une exécution alternative donnée, nous prouvons que le problème de décision associé au calcul du nombre de transitions invisiblement compensées est NP-Complet. De ce fait, nous concluons que le problème de décision associé au recouvrement appartient à la classe ΣP2. / In a protocol-based Web service composition, a set of available component services collaborate together in order to provide a new composite service. Services export their protocols as finite state machines (FSMs). A transition in the FSM represents a task execution that makes the service moving to a next state. An execution of the composite corresponds to a sequence of transitions where each task is delegated to a component service. During composite run, one or more delegated components may become unavailable due to hard or soft problems on the Network. This unavailability may result in a failed execution of the composite. We provide in this thesis a formal study of the automatic recovery problem in the protocol-based Web service composition. Recovery consists in transforming the failed execution into a recovery execution. Such a transformation is performed by compensating some transitions and executing some others. The recovery execution is an alternative execution of the composite that still has the ability to reach a final state. The recovery problem consists then in finding the best recovery execution(s) among those available. The best recovery execution is attainable from the failed execution with a minimal number of visible compensations with respect to the client. For a given recovery execution, we prove that the decision problem associated with computing the number of invisibly-compensated transitions is NP-complete. Thus, we conclude that deciding of the best recovery execution is in ΣP2.

A data acquisition system (DAQ) was designed based on the use of a STM32 microcontroller. Its purpose is to provide a transparent and low-cost alternative to commercially available DAQs, providing educators a means to teach students about the process through which data are collected as well as the uses of collected data. The DAQ was designed to collect data from rotating machinery spinning at a speed up to 10,000 RPM and send this data to a computer through a USB 2.0 full-speed connection. Multitasking code was written for the DAQ to allow for data to be simultaneously collected and transferred over USB. Additionally, a console application was created to control the DAQ and read data, and MATLAB code written to analyze the data. The DAQ was compared against a custom assembled National Instruments CompactDAQ system. Using a Bentley-Nevada RK 4 Rotor Kit, data was simultaneously collected using both DAQs. Analysis of this data shows the capabilities and limitations of the low cost DAQ compared to the custom CompactDAQ.

Pomocí matematického formalismu váhovaných konečných stavových převodníků (weighted finite state transducers WFST) může být formulována řada úloh včetně automatického rozpoznávání řeči (automatic speech recognition ASR). Dnešní ASR systémy široce využívají složených pravděpodobnostních modelů nazývaných dekódovací grafy nebo rozpoznávací sítě. Ty jsou z jednotlivých komponent konstruovány pomocí WFST operací, např. kompozice. Každá komponenta je zde zdrojem znalostí a omezuje vyhledávání nejlepší cesty ve složeném grafu v operaci zvané dekódování. Využití koherentního teoretického rámce garantuje, že výsledná struktura bude optimální podle definovaného kritéria. WFST mohou být v rámci daného polookruhu (semi-ring) optimalizovány pomocí determinizace a minimalizace. Aplikací těchto algoritmů získáme optimální strukturu pro prohledávání, optimální distribuce vah je pak získána aplikací "weight pushing" algoritmu. Cílem této práce je zdokonalit postupy a algoritmy pro konstrukci optimálních rozpoznávacích sítí. Zavádíme alternativní weight pushing algoritmus, který je vhodný pro důležitou třídu modelů -- převodníky jazykového modelu (language model transducers) a obecně pro všechny cyklické WFST a WFST se záložními (back-off) přechody. Představujeme také způsob konstrukce rozpoznávací sítě vhodné pro dekódování zpětně v čase, které prokazatelně produkuje ty samé pravděpodobnosti jako dopředná síť. K tomuto účelu jsme vyvinuli algoritmus pro exaktní reverzi back-off jazykových modelů a převodníků, které je reprezentují. Pomocí zpětných rozpoznávacích sítí optimalizujeme dekódování: ve statickém dekodéru je využíváme pro dvoustupňové dekódování (dopředné a zpětné vyhledávání). Tento přístup --- "sledovací" dekódování (tracked decoding) --- umožnuje zahrnout výsledky vyhledávání z prvního stupně do druhého stupně tak, že se sledují hypotézy obsažené v rozpoznávacím grafu (lattice) prvního stupně. Výsledkem je podstatné zrychlení dekódování, protože tato technika umožnuje prohledávat s  variabilním prohledávacím paprskem (search beam) -- ten je povětšinou mnohem užší než u základního přístupu. Ukazujeme rovněž, že uvedenou techniku je možné využít v dynamickém dekodéru tím, že postupně zjemňujeme rozpoznávání. To navíc vede i k částečné paralelizaci dekódování.

The main goal of this thesis is to design control board for the experimental electroporation device and to develop control firmware. The first chapter of this work focuses on the electroporation phenomenon itself. Behaviour of the cell model in external electrical field is described there as well as simulation and overview of how electroporation affects living tissue. It also explains the main requirements for parameters of the electroporation pulses as well as need for ECG synchronization. Furthermore, some remarks are given about novel high frequency electroporation method, which involves use of nanosecond bipolar high voltage pulse bursts. The second chapter briefly introduces commercial electroporation device called Nanoknife, including control part, power part, and it's limits. The third chapter consists of introduction of the novel experimental electroporation device developed at BUT. Power part of this device is discussed as well. Next chapter focuses on design of the control board for this device and also on description of the particular schematic parts. There is a control algorithm explanation in the fifth chapter of this thesis followed by the brief manual to machine operation.

Tato práce se zabývá vyhledáváním výrazů v řeči pomocí mluvených příkladů (QbE STD). Výrazy jsou zadávány v mluvené podobě a jsou vyhledány v množině řečových nahrávek, výstupem vyhledávání je seznam detekcí s jejich skóre a časováním. V práci popisujeme, analyzujeme a srovnáváme tři různé přístupy ke QbE STD v jazykově závislých a jazykově nezávislých podmínkách, s jedním a pěti příklady na dotaz. Pro naše experimenty jsme použili česká, maďarská, anglická a arabská (levantská) data, a pro každý z těchto jazyků jsme natrénovali 3-stavový fonémový rozpoznávač. To nám dalo 16 možných kombinací jazyka pro vyhodnocení a jazyka na kterém byl natrénovaný rozpoznávač. Čtyři kombinace byly tedy závislé na jazyce (language-dependent) a 12 bylo jazykově nezávislých (language-independent). Všechny QbE systémy byly vyhodnoceny na stejných datech a stejných fonémových posteriorních příznacích, pomocí metrik: nesdružené Figure-of-Merit (non pooled FOM) a námi navrhnuté nesdružené Figure-of-Merit se simulací normalizace přes promluvy (utterrance-normalized non-pooled Figure-of-Merit). Ty nám poskytly relevantní údaje pro porovnání těchto QbE přístupů a pro získání lepšího vhledu do jejich chování. QbE přístupy použité v této práci jsou: sekvenční statistické modelování (GMM/HMM), srovnávání vzorů v příznacích (DTW) a srovnávání grafů hypotéz (WFST). Abychom porovnali výsledky QbE přístupů s běžnými STD systémy vyhledávajícími textové výrazy, vyhodnotili jsme jazykově závislé konfigurace také s akustickým detektorem klíčových slov (AKWS) a systémem pro vyhledávání fonémových řetězců v grafech hypotéz (WFSTlat). Jádrem této práce je vývoj, analýza a zlepšení systému WFST QbE STD, který po zlepšení dosahuje podobných výsledků jako DTW systém v jazykově závislých podmínkách.

With the development of intelligent era, speech recognition has been a hottopic. Although many automatic speech recognition(ASR) tools have beenput into the market, a considerable number of them do not support Swedishbecause of its small number. In this project, a Swedish ASR model basedon Hidden Markov Model and Gaussian Mixture Models is established usingKaldi which aims to help ICA Banken complete the classification of aftersalesvoice calls. A variety of model patterns have been explored, whichhave different phoneme combination methods and eigenvalue extraction andprocessing methods. Word Error Rate and Real Time Factor are selectedas evaluation criteria to compare the recognition accuracy and speed ofthe models. As far as large vocabulary continuous speech recognition isconcerned, triphone is much better than monophone. Adding feature transformationwill further improve the speed of accuracy. The combination oflinear discriminant analysis, maximum likelihood linear transformand speakeradaptive training obtains the best performance in this implementation. Fordifferent feature extraction methods, mel-frequency cepstral coefficient ismore conducive to obtain higher accuracy, while perceptual linear predictivetends to improve the overall speed. / Det existerar flera lösningar för automatisk transkribering på marknaden, menen stor del av dem stödjer inte svenska på grund utav det relativt få antalettalare. I det här projektet så skapades automatisk transkribering för svenskamed Hidden Markov models och Gaussian mixture models genom att användaKaldi. Detta för att kunna möjliggöra för ICABanken att klassificera samtal tillsin kundtjänst. En mängd av modellvariationer med olika fonemkombinationsmetoder,egenvärdesberäkning och databearbetningsmetoder har utforskats.Word error rate och real time factor är valda som utvärderingskriterier föratt jämföra precisionen och hastigheten mellan modellerna. När det kommertill kontinuerlig transkribering för ett stort ordförråd så resulterar triphonei mycket bättre prestanda än monophone. Med hjälp utav transformationerså förbättras både precisionen och hastigheten. Kombinationen av lineardiscriminatn analysis, maximum likelihood linear transformering och speakeradaptive träning resulterar i den bästa prestandan i denna implementation.För olika egenskapsextraktioner så bidrar mel-frequency cepstral koefficiententill en bättre precision medan perceptual linear predictive tenderar att ökahastigheten.

This thesis considers control systems governed by autonomous decision-makers and humans. We formalise and compute low-complex control policies with applications to large-scale systems, and propose human interaction models for controllers to compute interaction-aware decisions. In the first part of the thesis, we consider complexity-aware decision-making, formalising the complexity of control policies and constructing algorithms that compute low-complexity control policies. More precisely, first, we consider large-scale control systems given by hierarchical finite state machines (HFSMs) and present a planning algorithm for such systems that exploits the hierarchy to compute optimal policies efficiently. The algorithm can also handle changes in the system with ease. We prove these properties and conduct simulations on HFSMs with up to 2 million states, including a robot application, where our algorithm outperforms both Dijkstra's algorithm and Contraction Hierarchies.  Second, we present a planning objective for control systems modelled as finite state machines yielding an explicit trade-off between a policy's performance and complexity. We consider Kolmogorov complexity since it captures the ultimate compression of an object on a universal Turing machine. We prove that this trade-off is hard to optimise in the sense that dynamic programming is infeasible. Nonetheless, we present two heuristic algorithms obtaining low-complexity policies and evaluate the algorithms on a simple navigation task for a mobile robot, where we obtain low-complexity policies that concur with intuition.  In the second part of the thesis, we consider human-in-the-loop systems and predict human decision-making in such systems. First, we look at how the interaction between a robot and a human in a control system can be predicted using game theory, focusing on an autonomous truck platoon interacting with a human-driven car. The interaction is modelled as a hierarchical dynamic game, where the hierarchical decomposition is temporal with a high-fidelity tactical horizon predicting immediate interactions and a low-fidelity strategic horizon estimating long-term behaviour. The game enables feasible computations validated through simulations yielding situation-aware behaviour with natural and safe interactions.  Second, we seek models to explain human decision-making, focusing on driver overtaking scenarios. The overtaking problem is formalised as a decision problem with perceptual uncertainty. We propose and numerically analyse risk-agnostic and risk-aware decision models, judging if an overtaking is desirable. We show how a driver's decision time and confidence level can be characterised through two model parameters, which collectively represent human risk-taking behaviour. We detail an experimental testbed for evaluating the decision-making process in the overtaking scenario and present some preliminary experimental results from two human drivers. / Denna avhandling studerar styrsystem med autonoma beslutsfattare och människor. Vi formaliserar och beräknar styrlagar av låg komplexitet med tillämpningar på storskaliga system samt föreslår modeller för mänsklig interaktion som kan användas av regulatorer för att beräkna interaktionsmedvetna beslut. I den första delen av denna avhandling studerar vi komplexitet-medveten beslutsfattning, där vi formaliserar styrlagars komplexitet samt konstruerar algoritmer som beräknar styrlagar med låg komplexitet. Mer precist, först studerar vi storskaliga system givna av hierarkiska finita tillståndsmaskiner (HFSMs) och presenterar en planeringsalgoritm för sådana system som utnyttjar hierarkin för att beräkna optimala styrlagar effektivt. Algoritmen kan också lätt hantera förändringar i systemet. Vi bevisar dessa egenskaper och utför simuleringar på HFSMs med upp till 2 miljoner tillstånd, inklusive en robot-applikation, där vår algorithm överträffar både Dijkstra's algoritm och så kallade Contraction Hierarchies. För det andra så presenterar vi ett planeringsobjektiv för finita tillståndsmaskiner som ger en explicit avvägning mellan ett styrlags prestanda och komplexitet. Vi använder Kolmogorovkomplexitet då den fångar den ultimata komprimeringen av ett objekt i en universell Turing-maskin. Vi bevisar att detta objektiv är icke-trivial att optimera över i avseendet att dynamisk programming är omöjligt att utföra. Vi presenterar två algoritmer som beräknar styrlagar med låg komplexitet och evaluerar våra algoritmer på ett enkelt navigationsproblem där vi erhåller styrlagar av låg komplexitet som instämmer med intuition. I den andra delen av denna avhandling behandlar vi reglersystem där en människa interagerar med systemet och studerar hur mänskligt beslutsfattande i sådana system kan förutspås. Först studerar vi hur interaktionen mellan en maskin och en människa i ett reglersystem can förutspås med hjälp av spelteori, med fokus på en självkörande lastbilskonvoj som interagerar med en mänskligt styrd bil. Interaktionen är modellerad som ett hierarkiskt dynamiskt spel, där den hierarkiska indelningen är tidsmässig med en högupplöst taktil horisont som förutspår omedelbara interaktioner samt en lågupplöst strategisk horisont som estimerar långtgående interaktioner. Indelning möjliggör beräkningar som vi validerar via simuleringar där vi får situations-medvetet beteende med naturliga och säkra interaktioner. För det andra söker vi en model med få parametrar som förklarar mänskligt beteende där vi fokuserar på omkörningar. Vi formaliserar omkörningsproblemet som ett beslutfattningsproblem med perceptuell osäkerhet. Vi presenterar och analyserar numeriskt risk-agnostiska och risk-medvetna beslutsmodeller som avväger om en omkörning är önskvärd. Vi visar hur en förares beslutstid och konfidensnivå kan karakteriserar via två modellparametrar som tillsammans representerar mänskligt risk-beteende. Vi beskriver en experimentell testbädd och presentar preliminära resultat från två mänskliga förare. / <p>QC 20230523</p>