L'utilisation des accélérateurs reconfigurables, pour la conception de system-on-chip hétérogènes, offre des possibilités intéressantes d'augmentation des performances et de réduction de la consommation d'énergie. En effet, ces accélérateurs sont couramment utilisés en complément d'un (ou de plusieurs) processeur(s) pour permettre de décharger celui-ci (ceux-ci) des calculs intensifs et des traitements de flots de données. Le concept de reconfiguration dynamique, supporté par certains constructeurs de FPGA, permet d'envisager des systèmes beaucoup plus flexibles en offrant notamment la possibilité de séquencer temporellement l'exécution de blocs de calcul sur la même surface de silicium, réduisant alors les besoins en ressources d'exécution. Cependant, la reconfiguration dynamique n'est pas sans impact sur les performances globales du système et il est difficile d'estimer la répercussion des décisions de configuration sur la consommation d'énergie. L'objectif principal de cette thèse consiste à proposer une méthodologie d'exploration permettant d'évaluer l'impact des choix d'implémentation des différentes tâches d'une application sur un system-on-chip contenant une ressource reconfigurable dynamiquement, en vue d'optimiser la consommation d'énergie ou le temps d'exécution. Pour cela, nous avons établi des modèles de consommation des composants reconfigurables, en particulier les FPGAs, qui permettent d'aider le concepteur dans son design. À l'aide d'une méthodologie de mesure sur Virtex-5, nous montrons dans un premier temps qu'il est possible de générer des accélérateurs matériels de tailles variées ayant des performances temporelles et énergétiques diverses. Puis, afin de quantifier les coûts d'implémentation de ces accélérateurs, nous construisons trois modèles de consommation de la reconfiguration dynamique partielle. Finalement, à partir des modèles définis et des accélérateurs produits, nous développons un algorithme d'exploration des solutions d'implémentation pour un système complet. En s'appuyant sur une plate-forme de modélisation à haut niveau, celui-ci analyse les coûts d'implémentation des tâches et leur exécution sur les différentes ressources disponibles (processeur ou région configurable). Les solutions offrant les meilleures performances en fonction des contraintes de conception sont retenues pour être exploitées. / The use of reconfigurable accelerators when designing heterogeneous system-on-chip has the potential to increase performance and reduce energy consumption. Indeed, these accelerators are commonly a adjunct to one (or more) processor(s) and unload intensive computations and treatments. The concept of dynamic reconfiguration, supported by some FPGA vendors, allows to consider more flexible systems including the ability to sequence the execution of accelerators on the same silicon area, while reducing resource requirements. However, dynamic reconfiguration may impact overall system performance and it is hard to estimate the impact of configuration decisions on energy consumption.. The main objective of this thesis is to provide an exploration methodology to assess the impact of implementation choices of tasks of an application on a system-on-chip containing a dynamically reconfigurable resource, to optimize the energy consumption or the processing time. Therefore, we have established consumption models of reconfigurable components, particularly FPGAs, which assists the designer. Using a measurement methodology on Virtex-5, we first show the possibility to generate hardware accelerators of various sizes, execution time and energy consumption. Then, in order to quantify the implementation costs of these accelerators, we build three power models of the dynamic and partial reconfiguration. Finally, from these models, we develop an algorithm for the exploration of implementation and allocation possibilities for a complete system. Based on a high-level modeling platform, the implementation costs of the tasks and their performance on various resources (CPU or reconfigurable region) are analyzed. The solutions with the best characteristics, based on design constraints, are extracted.

Les maisons intelligentes sont des habitations équipées de technologies de l'information et de la communication qui anticipent et répondent aux besoins des occupants. Malgré les nombreux travaux et solutions existants, seulement peu d'exemplaires de maisons intelligentes ont été construits et vendus. La raison cachée derrière cette lente diffusion est l'orientation technologique des approches existantes. Cette thèse de doctorat vise à démontrer qu'une maison intelligente peut fournir des fonctionnalités conçues avec une approche centrée utilisateur, en prenant en compte de considérations ergonomiques sur l'activité domestique et sur la cognition humaine. Ceci est réalisé en collaboration avec des ergonomes cognitifs, qui aident à "prendre garde" à l'écart entre le contexte humain et le contexte compréhensible par une machine. En utilisant une instrumentation légère, qui minimise les problèmes d'acceptabilité et de protection de la vie privée, ce travail de thèse a mené aux contributions suivantes: (i) la conception interdisciplinaire de fonctionnalités adaptées, en collaboration avec des ergonomes cognitifs; (ii) la conception d'un système sensible au contexte qui capture et raisonne sur des informations contextuelles incertaines de façon distribuée; (iii) la réalisation d'un prototype qui démontre la fourniture de fonctionnalités qui réalisent des économies d'énergie, tout en préservant le confort des habitants. / Smart homes are residences equipped with information and communication technologies that anticipate and respond to the needs of the occupants. Despite the numerous research and industrial efforts, today only few expensive smart homes have been built and sold. The reason behind this slow uptake is the technology-driven approach characterizing existing solutions. The doctoral Thesis aims at demonstrating that a smart home can provide functionalities designed with a user-centered approach, taking into account ergonomic considerations about domestic activity and human cognition. This is achieved in collaboration with cognitive ergonomists, which help "minding the gap" between human context and machine-understandable context. Using off-the-shelf and lightweight instrumentation (also minimizing privacy concerns), extending existing context modeling, reasoning and management tools and following the Ubiquitous Computing principles, the doctoral work led to the following achievements: (i) the inter-disciplinary design of suitable functionalities, in collaboration with cognitive ergonomists; (ii) the design of a context-aware system that captures and reasons about uncertain contextual information in a distributed fashion; (ii) the realization of a working prototype that demonstrates the provision of energy-saving and comfort-preserving functionalities.

.

L'interaction entre l'antenne d'un téléphone mobile et son environnement proche (notamment la tête et la main de l'utilisateur) désadapte l'impédance de l'élément rayonnant, qui présente alors une impédance différente de celle de l'amplificateur de puissance. De plus, le contexte de la 4G introduit de nouvelles contraintes sur l'antenne pour garantir une bande de fonctionnement élargie et des débits accrus. Afin de résoudre les difficultés liées à l'interaction avec l'utilisateur, tout en considérant le contexte 4G, deux axes de recherches ont été étudiés dans ces travaux. La première solution évaluée consiste à insérer un réseau d'adaptation variable (ou tuner), entre l'élément rayonnant et le module front-end, afin de compenser la désadaptation de l'antenne et ainsi ramener une impédance proche de 50 Ohms à l'amplificateur de puissance. Des démonstrateurs ont été réalisés en utilisant la technologie CMOS SOI 130nm de STMicroelectronics. Les performances obtenues sont à l'état de l'art, mais le comportement bande étroite en phase du tuner a montré la nécessité de travailler sur son co-design avec l'antenne, afin de pouvoir démontrer l'intérêt du tuner. Le deuxième axe développé consiste à réaliser une antenne large bande, en conjuguant de manière intelligente les techniques de conception d'antennes et de circuits. Des démonstrateurs ont été fabriqués par procédé LDS-LPKF. Des prototypes de Smartphones ont été également proposés pour implémenter les antennes de manière réaliste afin de caractériser leur comportement en impédance et en rayonnement. Les mesures démontrent une bonne robustesse à l'effet de l'utilisateur (en termes d'adaptation), des efficacités du même ordre de grandeur que celles des téléphones commerciaux, tout en garantissant un fonctionnement dans les bandes de fréquences 4G et leur agrégation. L'aspect modulaire de la méthode et la possibilité d'avoir recours à l'intégration plastronique (composants intégrés sur plastique) des prototypes ouvrent de nombreuses perspectives, afin de traiter des applications diverses, dans les domaines du médical, des réseaux de capteurs ou de l'automobile.

L'auteur n'a pas fourni de résumé en français / This thesis focuses on semi-autonomous wheelchair navigation. We aim to design asystem respecting the following constraints.Safety: The system must avoid collisions with objects and specially with humans present in the scene.Usability: People with motor disabilities and elders often have problems using joysticks and other standard control devices. The use of more sophisticated and human-like ways of interacting with the robot must be addressed to improve the acceptance and comfort for the user. It is also considered that the user could just be able to move one finger and so the request of human intervention should be as reduced as possible to accomplish the navigation task.Compliance:} The robot must navigate securely among obstacles while reducing the frustration caused to the user by taking into account his intentions at different levels; final destination, preferred path, speed etc.Respect of social conventions: When moving, the robot may considerably disturb people around it, especially when its behavior is perceived as unsocial. It is thus important to produce socially acceptable motion to reduce disturbances. We will also addresses the issue of determining those places where the robot should be placed in order become part of an interacting group.In this work we propose to estimate the user's intention in order to reduce thenumber of necessary commands to drive a robotic wheelchair and deal withambiguous or inaccurate input interfaces. In this way, the wheelchair can be incharge of some part of the navigation task and alleviate the user involvement.The proposed system takes into account the user intention in terms of the finaldestination and desired speed. At each level, the method tries to favor themost ``reasonable'' action according to the inferred user intention.The user intention problem is approached by using a model of the user based onthe hypothesis that it is possible to learn typical destinations (those wherethe user spends most of his time) and use this information to enhance theestimation of the destination targeted by the user when he is driving therobotic wheelchair.A probabilistic framework is used to model the existent relationship betweenthe intention of the user and the observed command. The main originality of theapproach relies on modeling the user intentions as typical destinations and theuse of this estimation to check the reliability of a user's command to decidehow much preeminence it should be assigned by the shared controller whenmanaging the robot's speed.The proposed shared-control navigation system considers the direction of thecommands given by the user, the obstacles detected by the robot and the inferreddestination to correct the robot's velocity when necessary. This system is basedon the dynamic window approach modified to consider the input given by the user,his intention, the obstacles and the wheelchair's dynamic constraints tocompute the appropriate velocity command.All of the results obtained in this thesis have been implemented and validatedwith experiments, using both real and simulated data. Real data has beenobtained on two different scenarios; one was at INRIA's entry hall and the otherat the experimental apartment GERHOME.

Les capacités d'auto-reconfiguration des architectures FPGA modernes ouvrent la voie à des applications dynamiques capables d'adapter leur fonctionnement pour répondre à des évènements ponctuels. Les flots de reconfiguration des architectures commerciales sont aujourd'hui aboutis mais limités par des contraintes inhérentes à la complexité de ces circuits. Dans cette thèse, plusieurs contributions sont avancées afin de proposer une architecture FPGA reconfigurable permettant le placement dynamique de tâches matérielles. Dans un premier temps, une représentation intermédiaire des données de configuration de ces tâches, indépendante de leur positionnement final, est présentée. Cette représentation permet notamment d'atteindre des taux de compression allant jusqu'à 11x par rapport à la représentation brute d'une tâche. Un flot de conception basé sur des outils de l'état de l'art accompagne cette représentation et génère des tâches relogeables à partir d'une description haut-niveau. Ensuite, le comportement en ligne de ce mécanisme est étudié. Deux algorithmes permettant le décodage de ces tâches et la génération en temps-réel des données de configuration propres à l'architectures son décrits. Par ailleurs, une amélioration du réseau d'interconnexion d'une architecture FPGA est proposée pour accroître la flexibilité du placement de tâches hétérogènes, avec une augmentation de 10% en moyenne du délai du chemin critique. Enfin, une alternative programmable aux mémoires de configuration de ces circuits est étudiée pour faciliter leur reconfiguration partielle. / The self-reconfiguration capabilities of modern FPGA architectures pave the way for dynamic applications able to adapt to transient events. The CAD flows of modern architectures are nowadays mature but limited by the constraints induced by the complexity of FPGA circuits. In this thesis, multiple contributions are developed to propose an FPGA architecture supporting the dynamic placement of hardware tasks. First, an intermediate representation of these tasks configuration data, independent from their final position, is presented. This representation allows to compress the task data up to 11x with regard to its conventional raw counterpart. An accompanying CAD flow, based on state-of-the-art tools, is proposed to generate relocatable tasks from a high-level description. Then, the online behavior of this mechanism is studied. Two algorithms allowing to decode and create in real-time the conventional bit-stream are described. In addition, an enhancement of the FPGA interconnection network is proposedto increase the placement flexibility of heterogeneous tasks, at the cost of a 10% increase in average of the critical path delay. Eventually, a configurable substitute to the configuration memory found in FPGAs is studied to ease their partial reconfiguration.

La migration de données entre des sources aux schémas hétérogènes est un domaine en pleine croissance avec l'augmentation de la quantité de données en accès libre, et le regroupement des données à des fins d'apprentissage automatisé et de fouilles. Cependant, la description du processus de transformation des données d'une instance source vers une instance définie sur un schéma différent est un processus complexe même pour un utilisateur expert dans ce domaine. Cette thèse aborde le problème de la définition de mapping par un utilisateur non expert dans le domaine de la migration de données, ainsi que la vérification du respect par ce mapping des contraintes d'accès ayant été définies sur les données sources. Pour cela, dans un premier temps nous proposons un système dans lequel l'utilisateur fournit un ensemble de petits exemples de ses données, et est amené à répondre à des questions booléennes simples afin de générer un mapping correspondant à ses besoins. Dans un second temps, nous proposons un système permettant de réécrire le mapping produit de manière à assurer qu'il respecte un ensemble de vues de contrôle d'accès définis sur le schéma source du mapping. Plus précisément, le premier grand axe de cette thèse est la formalisation du problème de la définition interactive de mappings, ainsi que la description d'un cadre formel pour la résolution de celui-ci. Cette approche formelle pour la résolution du problème de définition interactive de mappings est accompagnée de preuves de bonnes propriétés. A la suite de cela, basés sur le cadre formel défini précédemment, nous proposons des algorithmes permettant de résoudre efficacement ce problème en pratique. Ces algorithmes visent à réduire le nombre de questions auxquelles l'utilisateur doit répondre afin d'obtenir un mapping correspondant à ces besoins. Pour cela, les mappings possibles sont ordonnés dans des structures de treillis imbriqués, afin de permettre un élagage efficace de l'espace des mappings à explorer. Nous proposons également une extension de cette approche à l'utilisation de contraintes d'intégrité afin d'améliorer l’efficacité de l'élagage. Le second axe majeur vise à proposer un processus de réécriture de mapping qui, étant donné un ensemble de vues de contrôle d'accès de référence, permet d'assurer que le mapping réécrit ne laisse l'accès à aucune information n'étant pas accessible via les vues de contrôle d'accès. Pour cela, nous définissons un protocole de contrôle d'accès permettant de visualiser les informations accessibles ou non à travers un ensemble de vues de contrôle d'accès. Ensuite, nous décrivons un ensemble d'algorithmes permettant la réécriture d'un mapping en un mapping sûr vis-à-vis d'un ensemble de vues de contrôle d'accès. Comme précédemment, cette approche est complétée de preuves de bonnes propriétés. Afin de réduire le nombre d'interactions nécessaires avec l'utilisateur lors de la réécriture d'un mapping, une approche permettant l'apprentissage des préférences de l'utilisateur est proposée, cela afin de permettre le choix entre un processus interactif ou automatique. L'ensemble des algorithmes décrit dans cette thèse ont fait l'objet d'un prototypage et les expériences réalisées sur ceux-ci sont présentées dans cette thèse / Data exchange between sources over heterogeneous schemas is an ever-growing field of study with the increased availability of data, oftentimes available in open access, and the pooling of such data for data mining or learning purposes. However, the description of the data exchange process from a source to a target instance defined over a different schema is a cumbersome task, even for users acquainted with data exchange. In this thesis, we address the problem of allowing a non-expert user to spec- ify a source-to-target mapping, and the problem of ensuring that the specified mapping does not leak information forbidden by the security policies defined over the source. To do so, we first provide an interactive process in which users provide small examples of their data, and answer simple boolean questions in order to specify their intended mapping. Then, we provide another process to rewrite this mapping in order to ensure its safety with respect to the source policy views. As such, the first main contribution of this thesis is to provide a formal definition of the problem of interactive mapping specification, as well as a formal resolution process for which desirable properties are proved. Then, based on this formal resolution process, practical algorithms are provided. The approach behind these algorithms aims at reducing the number of boolean questions users have to answers by making use of quasi-lattice structures to order the set of possible mappings to explore, allowing an efficient pruning of the space of explored mappings. In order to improve this pruning, an extension of this approach to the use of integrity constraints is also provided. The second main contribution is a repairing process allowing to ensure that a mapping is “safe” with respect to a set of policy views defined on its source schema, i.e., that it does not leak sensitive information. A privacy-preservation protocol is provided to visualize the information leaks of a mapping, as well as a process to rewrite an input mapping into a safe one with respect to a set of policy views. As in the first contribution, this process comes with proofs of desirable properties. In order to reduce the number of interactions needed with the user, the interactive part of the repairing process is also enriched with the possibility of learning which rewriting is preferred by users, in order to obtain a completely automatic process. Last but not least, we present extensive experiments over the open source prototypes built from two contributions of this thesis

Le monde de la TV est en cours de transformation de la télévision analogique à la télévision numérique, qui est capable de diffuser du contenu de haute qualité, offrir aux consommateurs davantage de choix, et rendre l'expérience de visualisation plus interactive. IPTV (Internet Protocol TV) présente une révolution dans la télévision numérique dans lequel les services de télévision numérique sont fournis aux utilisateurs en utilisant le protocole Internet (IP) au dessus d’une connexion haut débit. Les progrès de la technologie IPTV permettra donc un nouveau modèle de fourniture de services. Les fonctions offertes aux utilisateurs leur permettent de plus en plus d’autonomie et de plus en plus de choix. Il en est notamment ainsi de services de type ‘nTS’ (pour ‘network Time Shifting’ en anglais) qui permettent à un utilisateur de visionner un programme de télévision en décalage par rapport à sa programmation de diffusion, ou encore des services de type ‘nPVR’ (pour ‘network Personal Video Recorder’ en anglais) qui permettent d’enregistrer au niveau du réseau un contenu numérique pour un utilisateur. D'autre part, l'architecture IMS proposée dans NGN fournit une architecture commune pour les services IPTV. Malgré les progrès rapides de la technologie de télévision interactive (comprenant notamment les technologies IPTV et NGN), la personnalisation de services IPTV en est encore à ses débuts. De nos jours, la personnalisation des services IPTV se limite principalement à la recommandation de contenus et à la publicité ciblée. Ces services ne sont donc pas complètement centrés sur l’utilisateur, alors que choisir manuellement les canaux de diffusion et les publicités désirées peut représenter une gêne pour l’utilisateur. L’adaptation des contenus numériques en fonction de la capacité des réseaux et des dispositifs utilisés n’est pas encore prise en compte dans les implémentations actuelles. Avec le développement des technologies numériques, les utilisateurs sont amenés à regarder la télévision non seulement sur des postes de télévision, mais également sur des smart phones, des tablettes digitales, ou encore des PCs. En conséquence, personnaliser les contenus IPTV en fonction de l’appareil utilisé pour regarder la télévision, en fonction des capacités du réseau et du contexte de l’utilisateur représente un défi important. Cette thèse présente des solutions visant à améliorer la personnalisation de services IPTV à partir de trois aspects: 1) Nouvelle identification et authentification pour services IPTV. 2) Nouvelle architecture IPTV intégrée et comportant un système de sensibilité au contexte pour le service de personnalisation. 3) Nouveau service de recommandation de contenu en fonction des préférences de l’utilisateur et aussi des informations contextes / Internet Protocol TV (IPTV) delivers television content to users over IP-based network. Different from the traditional TV services, IPTV platforms provide users with large amount of multimedia contents with interactive and personalized services, including the targeted advertisement, on-demand content, personal video recorder, and so on. IPTV is promising since it allows to satisfy users experience and presents advanced entertainment services. On the other hand, the Next Generation Network (NGN) approach in allowing services convergence (through for instance coupling IPTV with the IP Multimedia Subsystem (IMS) architecture or NGN Non-IMS architecture) enhances users’ experience and allows for more services personalization. Although the rapid advancement in interactive TV technology (including IPTV and NGN technologies), services personalization is still in its infancy, lacking the real distinguish of each user in a unique manner, the consideration of the context of the user (who is this user, what is his preferences, his regional area, location, ..) and his environment (characteristics of the users’ devices ‘screen types, size, supported resolution, ‘‘ and networks available network types to be used by the user, available bandwidth, ..’) as well as the context of the service itself (content type and description, available format ‘HD/SD’, available language, ..) in order to provide the adequate personalized content for each user. This advanced IPTV services allows services providers to promote new services and open new business opportunities and allows network operators to make better utilization of network resources through adapting the delivered content according to the available bandwidth and to better meet the QoE (Quality of Experience) of clients. This thesis focuses on enhanced personalization for IPTV services following a user-centric context-aware approach through providing solutions for: i) Users’ identification during IPTV service access through a unique and fine-grained manner (different from the identification of the subscription which is the usual current case) based on employing a personal identifier for each user which is a part of the user context information. ii) Context-Aware IPTV service through proposing a context-aware system on top of the IPTV architecture for gathering in a dynamic and real-time manner the different context information related to the user, devices, network and service. The context information is gathered throughout the whole IPTV delivery chain considering the user domain, network provider domain, and service/content provider domain. The proposed context-aware system allows monitoring user’s environment (devices and networks status), interpreting user’s requirements and making the user’s interaction with the TV system dynamic and transparent. iii) Personalized recommendation and selection of IPTV content based on the different context information gathered and the personalization decision taken by the context-aware system (different from the current recommendation approach mainly based on matching content to users’ preferences) which in turn highly improves the users’ Quality of Experience (QoE) and enriching the offers of IPTV services

Ce mémoire présente l'étude de faisabilité d'un simulateur numérique temps réel de convertisseur de puissance à pas multiple utilisant un circuit Field Programmable Gâte Array. Un faible pas de calcul est utilisé pour augmenter la précision de la simulation de l'électronique de puissance et des autres éléments hautes fréquences. La partie sans commutation du réseau étudié est simulée avec un pas de 50 us sur un PowerPC 405D5. La partie rapide, le convertisseur et la modulation de la largeur d'impulsion, utilise un pas de calcul de 5 \xs et est simulée par un circuit FPGA dédié. Le tout est réalisé dans un Virtex II Pro VP30 de Xilinx. Les résultats obtenus avec ce simulateur sont présentés et validés à l'aide de SimPowerSystems (MATLAB). L'effet du découplage entre la partie 50 u,s et la partie 5 p,s est observé. L'ajout d'éléments réactifs aux points de découplage permet de réduire cet effet.

Ce mémoire est consacré à la description détaillée d’une couche physique implémentée sur une plateforme FPGA. La couche physique intègre plusieurs des technologies présentes dans les standards de télécommunication de dernière génération. Tout d’abord, un survol des technologies OFDM et MIMO est effectué puisque que ces deux technologies sont d’une grande importance dans les télécommunications d’aujourd’hui. Par la suite, une description du matériel utilisé pour tester le bon fonctionnement de la couche physique est effectuée. Une bonne partie du mémoire sera consacrée à la description de la couche physique déployée. Un schéma-bloc détaillé de cette dernière est présenté. La couche physique est divisée principalement en deux parties : le transmetteur et le récepteur. Au niveau du transmetteur, la structure du paquet généré sera présentée ainsi que les différents symboles d’acquisition et d’estimation de canal. Du côté du récepteur, nous nous attarderons aux algorithmes mis en œuvres afin d’effectuer le décodage d’un paquet. L’algorithme de contrôle de gain automatique, l’estimateur de déviation fréquentiel de la porteuse, le détecteur de début de paquet et l’estimateur de canal seront présentés. Enfin, des courbes démontrant le taux d’erreurs de bit dans du bruit blanc gaussien additif seront présentées et comparées avec les courbes théoriques. Une discussion sur les résultats suivra ainsi qu’une liste de suggestions afin de porter plus loin la couche physique. / This report is focused on a detailed description of a physical layer implemented on an FPGA platform. The physical layer integrates many of the up to date technologies used in the latest generation telecommunication standards. First of all, an overview of the OFDM and MIMO technologies is presented since both technologies are very important in today’s telecommunications. Thereafter, there is a description of the hardware used to test the proper functioning of the physical layer. The major part of this report is aimed toward the description of the physical layer itself. A detailed block diagram of the latter is presented. The physical layer is divided in two main sections: the transmitter and the receiver. Regarding the transmitter, the structure of the generated packet is presented together with the acquisition and channel estimation symbols. On the receiver side, we will focus on the implemented algorithms to decode a packet. The automatic gain control algorithm, the carrier frequency offset estimator, the block boundary detector and the channel estimator are detailed. Finally, binary error rate curves in an additive white Gaussian noise channel will be presented and compared to theoretical curves. A discussion about the obtained results will follow as well as a list of the future improvements which could be made to take the physical layer further.