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.

Face à l'augmentation de la taille et de la complexité des systèmes logiciels, il convient de les décrire à un plus haut niveau d'abstraction (\ie au-delà du code) avant de concrètement les implémenter. Toutefois, l'utilisation de ces descriptions de haut niveau dans les processus de construction et de vérification des systèmes reste très rudimentaire, ne permettant pas de véritablement guider et faciliter le développement logiciel. Cette thèse propose une nouvelle approche pour rendre plus simple et plus sûr le développement de systèmes logiciels. Cette approche repose sur l'utilisation de langages dédiés et sur un couplage fort entre une couche de spécification et d'architecture et une couche d'implémentation. Elle consiste tout d'abord à décrire à un haut niveau d'abstraction différents aspects, à la fois fonctionnels et non fonctionnels, d'un système dans la couche de spécification et d'architecture. Ces descriptions sont ensuite analysées et utilisées pour personnaliser la couche d'implémentation, afin de faciliter la construction et la vérification du système logiciel. Nous illustrons notre approche dans le domaine de l'informatique ubiquitaire. À la suite d'une analyse complète du domaine, nous avons conçu deux langages dédiés à l'orchestration d'objets communicants, Pantaxou et Pantagruel.

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.

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.

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.

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.

Un grand nombre de périphériques actuels sont dotés de connexions réseaux qui permettent d'accéder à leurs fonctionnalités au travers d'un réseau informatique. Les applications ubiquitaires visent à structurer ces fonctionnalités pour les mettre au service de l'utilisateur.<br /><br />Les environnements ubiquitaires sont caracttérisés par une disponibilité dynamique des fonctionnalités et une hétérogénéité matérielle et logicielle des périphériques. De plus les applications doivent s'adapter en fonction du contexte des utilisateurs.

Les réflexions menées autour de l'idée d'intelligence collective (ou collaborative) postulent que celle-ci émerge d'un système en interaction dont les dispositifs techniques, sociaux et sémiotiques sont fortement imbriqués ( PIERRE LEVY , 1994). Pour relever ce défi, cette thèse propose de conjuguer deux concepts innovants. D'abord celui d'espace collaboratif ubiquitaire pour catalyser les interactions entre groupes d'agents et services. Ensuite celui d'infrastructure à ressources distribuées pour coordonner, de façon dynamique, les ressources et la sécurité en fonction de critères de qualité de service souhaités par les groupes d'agents. Un espace collaboratif ubiquitaire intègre des processus artificiels pour réaliser du traitement intensif (simulations, fouille de données, etc.) et des interfaces multimodales, incluant la visualisation partagée en mode synchrone ou asynchrone, pour les interactions entre humains. En termes d'infrastructure, cette thèse explique pourquoi le WEB n'apporte pas une réponse adaptée à la problématique de l'intelligence collective et pourquoi nous nous sommes tournés vers GRID (GRILLE DE RESSOURCES INFORMATIQUES DISTRIBUÉES). Notamment, une propriété singulière de GRID est le service à état qui permet de coordonner des ressources distribuées de façon dynamique et sécurisée. Pour mettre ceci en évidence, nous avons développé le modèle d'architecture AGORA qui propose d'utiliser GRID pour déployer des espaces collaboratifs ubiquitaires. De cette façon, les groupes d'agents humains et artificiels s'auto-organisent dans un espace immanent où les ressources sont délivrées dynamiquement par l'infrastructure. Validé par une méthode empirique, ce modèle a été l'objet d'une élaboration itérative fondée sur des retours d'expérimentation avec des communautés d'utilisateurs. Au vu de l'avancement de nos investigations, une architecture GRID couplée avec des concepts propres aux systèmes multi-agents présente les caractéristiques nécessaires pour déployer AGORA à grande échelle avec une utilisation rationnelle des ressources, tout en offrant des garanties de sécurité et de haute disponibilité.