L'hétérogénéité des objets communicants et la consommation d'énergie sont deux considérations fondamentales pour les environnements informatiques ubiquitaires. Dans cette thèse, nous présentons notre approche pour gérer l'hétérogénéité et pour économiser l'énergie via des canevas de programmation dédiés. Pour gérer l'hétérogénéité, nous proposons une méthodologie et un support de programmation qui visent à faire communiquer les différents objets communicants de l'environnement ubiquitaire, et ce, en utilisant le protocole SIP considéré alors comme un bus de communication universel. Nous avons intégré ce bus SIP dans les canevas de programmation générés à partir des descriptions d'applications d'informatique ubiquitaire, écrites dans le langage DiaSpec. Concernant la consommation d'énergie, nous proposons une méthodologie qui utilise les techniques d'offloading et de compression de données pour minimiser la consommation d'énergie des applications mobiles. Nous avons ainsi construit une stratégie d'aide à la conception au travers d'un outil qui permet de déterminer le meilleur mode d'exécution pour une tâche donnée. Nous proposons l'intégration de cette stratégie dans le langage de description DiaSpec.

Los Sistemas Perceptivos del Contexto son capaces de reconocer y anticipar proactivamente a necesidades próximas del usuario teniendo en cuenta intereses, ubicación y proximidad, incluso sin necesidad de comunicárselo de manera explícita. Esto gracias al aprovechamiento de las redes sociales como la herramienta de “Inteligencia de Negocios” que permitirá no sólo conectar a los consumidores con las marcas sino también para entender a los clientes finales y con ello desarrollar productos y servicios especializados. Context Awareness se apoya de los Sistemas de Posicionamiento Global (GSP) quienes facilitan servicios basados en la ubicación del usuario para la creación de soluciones contextuales. Diversas arquitecturas son propuestas para el desarrollo de soluciones contextuales sin embargo carecen de ubicuidad, lo que limita la aplicabilidad de las mismas. Este estudio propone una arquitectura lógica para un Sistema Perceptivo del Contexto que permita agilizar la fase de desarrollo reflejando los niveles de dependencia entre componentes hardware y software. A modo validación se proponen escenarios aplicativos que consumen los servicios y dominios propuestos en la arquitectura con ayuda del procesamiento de los sensores y dispositivos inteligentes del mercado móvil. De esta manera, el estudio mejora el desarrollo de los Sistemas Inteligentes. / Los Sistemas Perceptivos del Contexto son capaces de reconocer y anticipar proactivamente a necesidades próximas del usuario teniendo en cuenta intereses, ubicación y proximidad, incluso sin necesidad de comunicárselo de manera explícita. Esto gracias al aprovechamiento de las redes sociales como la herramienta de “Inteligencia de Negocios” que permitirá no sólo conectar a los consumidores con las marcas sino también para entender a los clientes finales y con ello desarrollar productos y servicios especializados. Context Awareness se apoya de los Sistemas de Posicionamiento Global (GSP) quienes facilitan servicios basados en la ubicación del usuario para la creación de soluciones contextuales. Diversas arquitecturas son propuestas para el desarrollo de soluciones contextuales sin embargo carecen de ubicuidad, lo que limita la aplicabilidad de las mismas. Este estudio propone una arquitectura lógica para un Sistema Perceptivo del Contexto que permita agilizar la fase de desarrollo reflejando los niveles de dependencia entre componentes hardware y software. A modo validación se proponen escenarios aplicativos que consumen los servicios y dominios propuestos en la arquitectura con ayuda del procesamiento de los sensores y dispositivos inteligentes del mercado móvil. De esta manera, el estudio mejora el desarrollo de los Sistemas Inteligentes.

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.

Computer scientists are increasingly aware of the power of ubiquitous computing systems that can display information in and about the user's environment. One sub category of ubiquitous computing is persuasive ambient information systems that involve an informative display transitioning between the periphery and center of attention. The goal of this ambient technology is to produce a behavior change, implying that a display must be informative, unobtrusive, and persuasive. While a significant body of research exists on ambient technology, previous research has not fully explored the different measures to identify behavior change, evaluation techniques for linking design characteristics to visual effectiveness, nor the use of short-term goals to affect long-term behavior change. This study uses the unique context of noise-induced hearing loss (NIHL) among collegiate musicians to explore these issues through developing the MIHL Reduction Feedback System that collects real-time data, translates it into visuals for music classrooms, provides predictive outcomes for goalsetting persuasion, and provides statistical measures of behavior change.

Depuis la dernière décennie, les outils technologiques et informatiques ont connu un essor considérable dans plusieurs sphères d’activité de la société. L’éducation n’y a pas échappé, et le ministère de l’Éducation, du Loisir et du Sport (MELS) en a d’ailleurs fait une compétence transversale dans le cadre du Programme de formation de l’école québécoise. L’intégration des TIC s’est faite à travers différents moyens, à commencer par les laboratoires informatiques, les ordinateurs à même la salle de classe et, plus récemment, par l’introduction de projets portables où chaque élève et l’enseignant disposent de leur propre ordinateur. Afin d’être mené à terme, ce projet de recherche a été inscrit dans un projet à plus grande échelle, soit celui d’une recherche financée par le Conseil de recherches en sciences humaines du Canada (CRSH), qui a pour objectif d'analyser les obstacles auxquels font face les enseignants dans l'intégration des technologies à l'école. Le présent projet s'est quant à lui attardé plus spécifiquement aux défis technologiques et pédagogiques inhérents aux projets portables. L’étude s'est déroulée en milieu défavorisé, dans une école primaire montréalaise. Une telle intégration demande une planification rigoureuse et un suivi continu afin d’assurer le succès du projet. De plus, il est évident que ce type de projet pose aussi des défis technologiques et pédagogiques particuliers pour les enseignants. À ce sujet, trois catégories de facteurs qui peuvent avoir un impact sur la réussite des projets portables ont été relevées, soit : les facteurs personnels (internes à l’enseignant), les facteurs relatifs au travail (contexte d'enseignement, pratiques pédagogiques, etc.), ainsi que les facteurs relatifs au matériel et à l’infrastructure. À l’intérieur de ce mémoire, différents concepts, dimensions et indicateurs sont donc explicités et mis en relation afin de mieux comprendre les défis technologiques et pédagogiques qui peuvent survenir dans le cadre de la mise en oeuvre de projets portables. Trois enseignantes rattachées à autant de groupes d’élèves ont accepté de participer à une entrevue individuelle et de répondre à un questionnaire. Les échanges par courriel ont aussi été analysés. L'ensemble des données recueillies ont fait l'objet d'analyses qualitatives. Les analyses ont montré que la catégorie de facteurs citée la plus fréquemment était celle des facteurs relatifs au travail avec une forte majorité. Des défis ont toutefois été identifiés pour toutes les dimensions. / During the past decade, the presence of ICT and technology in general has increased significantly in many areas of society. Education was no exception, and MELS has even created a transversal competency for that matter under the Programme de formation de l'école québécoise. ICT integration was made through various means, including computer labs, computers in the classroom and, more recently, by the introduction of ubiquitous computing projects, in which each student and the teacher have their own computer. In order to complete this research project successfully, it has been included within a broader project subsidized by the Social Sciences and Humanities Research Council of Canada. This project is taking place in a disadvantaged community elementary school of Montreal. Ubiquitous computing asks for rigourous planning and ongoing follow-up by teachers, administrative and IT staff. Moreover, such a project obviously presents some technical and pedagogical challenges for teachers. Regarding this matter, three major categories of factors that can impact success of ubiquitous computing projects in education were identified. Those categories can be described as follows : factors that are internal to the teacher (personal matter), factors that are related to work, as well as factors related to infrastructure and equipment. Several concepts, dimensions and indicators are explained in this paper and correlated in order to better understand the challenges that can arise in such projects. Regarding the methodoly used in this research, three teachers accepted to participate in individual interviews, and also answered an online questionnaire. Furthermore, the e-mails exchanged between the research group and the teachers were also analyzed. All data coming from those three sources was subject to a qualitative analysis. The data analysis showed that the dominating category of factors was the one with factors related to work, by a vast majority. Challenges, however, were identified for all dimensions and categories.

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.

A computação ubíqua explora o fato de que é possível embutir em um ambiente sistemas computacionais que transparentemente apóiem tarefas cotidianas do usuário. Sistemas desse tipo podem ser aplicados a diferentes domínios contribuindo, por exemplo, com atividades educacionais, médicas ou administrativas. A captura automática de informação em ambientes de computação ubíqua visa documentar atividades cotidianas de modo a possibilitar, posteriormente, o acesso às informações capturadas. O nível de transparência da interação do usuário com as chamadas aplicações ubíquas de captura e acesso é um desafio para projetistas, uma vez que os requisitos da aplicação devem ser conhecidos em profundidade para que a interação usuário-ambiente seja eficiente, eficaz e satisfatória. O trabalho realizado teve por objetivo especificar uma versão da aplicação para comunicação síncrona entre usuários que participem de reuniões distribuídas usando o DiGaE (Distributed Gathering Environment), desenvolver protótipos de interfaces, avaliá-los e sugerir soluções que facilitem a interação do usuário, aproximando o modelo conceitual da aplicação de seu modelo mental. Foram utilizados conceitos de Engenharia de Software para especificação e modelagem do sistema, e de Interação Humano-Computador para o desenvolvimento e a avaliação das interfaces. O projeto realizado orientou a implementação de um protótipo do ambiente DiGaE pela equipe do Projeto TIDIA-Ae, em cujo contexto este trabalho se insere. A principal contribuição do trabalho é um projeto que considera usabilidade em ambientes ubíquos para comunicação remota entre usuários, de modo a tornar a interação fácil, eficiente, eficaz e satisfatória até mesmo para usuários não especialistas em informática / Ubiquitous computing explores the possibility of instrumenting an environment with computational infrastructure that transparently supports users in their daily tasks. This kind of systems can be applied in different contexts contributing in medical, educational or administrative activities, for instance. The automatic capture of information in ubiquitous computing environments aims at documenting daily activities so that the corresponding information can be later accessed for review. Achieving a high level of transparency concerning the user interaction in such environments is a challenge to designers, since many users\' requirements must be gathered so that the user-environment interaction is efficient, effective and satisfactory. The main objective of the work reported is the specification of a version of the DiGaE (Distributed Gathering Environment) application which allows the synchronous communication among remote users in distributed meetings developing interfaces prototypes, evaluating them and suggesting solutions to facilitate users\' interaction. Concepts from Software Engineering were employed to specify and model the application, and Human-Computer Interaction concepts were employed to develop and evaluate the interfaces. The project guided the implementation of a DiGaE prototype by TIDIA-Ae Project team, in which context this work is inserted. The main contribution of this work is a project which considers usability in ubiquitous distributed gathering environments in order to make the interaction easy, efficient, effective and satisfactory, even for non-expert users

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

Abstract This thesis explores different ways of leveraging mobile sensing to understand how end users use and interact with their smart technologies, namely smartphones and smartwatches. These topics are extensively explored in other parallel research; however, numerous gaps still exist within the literature. The use of mobile sensing to collect quantified ground-truth information of device use in-the-wild is critical to collect unbiased experiences and usage traces. This thesis covers three main themes: (a) the way our affect influences our smartphone use, and how our smartphone usage can also be analysed from our usage habits; (b) revealing quantified exploration of smartwatch usage traits, and how these relate to smartphone use, and (c) novel ways to mitigate interruptions during smartphone or smartwatch use. The thesis begins by explaining the related work and the overall theme of mobile sensing and how device usage influences attention; it then proceeds to elaborate on the contribution of each included article to the overall scope of the thesis. The thesis then concludes with a summary of how the presented articles tie together in a broader scope. Considering the vast amount of research in this field by this thesis’ author as well as other researchers, this type of work can potentially improve the use of novel wearable technologies in the future. By the end of the thesis, the reader should have a broad understanding of what mobile sensing is, and how it can be applied to comprehensively uncover technology use as well as leveraging mobile sensing to enhance the use of technology. / Tiivistelmä Tässä väitöskirjassa tarkastellaan erilaisia tapoja hyödyntää mobiilikäytön tunnistamista ymmärtääkseen, miten loppukäyttäjät käyttävät ja ovat vuorovaikutuksessa älykkäiden teknologioidensa, esimerkiksi älypuhelimien ja älykellojen kanssa. Näitä aiheita tutkitaan laajasti muissa rinnakkaisissa tutkimuksissa, mutta kirjallisuudessa on vielä lukuisia aukkoja. Matkaviestinnän käytöstä kerätään kvantitatiiviset tiedot, jotka koskevat laitteen käyttöä luonnossa. Tämän tiedon kerääminen on kriittistä jotta voidaan kerätä puolueettomia kokemuksia ja käyttöjälkiä. Tässä työssä käsitellään kolmea pääteemaa; i) miten älypuhelinkäyttöömme vaikuttaa meidän mielialamme ja miten älypuhelinkäyttöämme voidaan analysoida käyttötapojen perusteella, ii) paljastaa älykellon käyttöominaisuuksien määrälliset tutkimukset ja miten nämä tulokset heijastuvat älypuhelimen käyttöön ja iii) uusia tapoja lieventää katkoksia älypuhelimen tai älykellon käytön aikana. Työ aloittaa selittämällä siihen liittyvää työtä ja mobiilin tunnistamisen yleistä teemaa ja sitä, miten laitteen käyttö vaikuttaa huomiokykyyn, ja jatkuu sitten yksityiskohtaisesti jokaisen mukana tulevan artikkelin osuuden yleiseen käsittelyyn. Työssä päädytään yhteenvetoon siitä, miten esitetyt artikkelit sitovat yhteen laajemman kokonaisuuden ja ottavat huomioon tämän alan tekijän ja muiden tutkijoiden tämän alan tutkimukset, ja miten tällaista työtä voitaisiin mahdollisesti parantaa edelleen tulevaisuudessa käyttämällä uusia tekniikoita. Työn päätyttyä lukijalla on laaja käsitys siitä, mitä mobiili-tunnistaminen on ja miten sitä voidaan soveltaa sekä teknologian käytön kattavaan paljastamiseen että mobiilidatan tunnistuksen hyödyntämiseen teknologian käytön tehostamiseksi.

Interfaces multimodais processam vários tipos de entrada do usuário, tais como voz, gestos e interação com caneta, de uma maneira combinada e coordenada com a saída multimídia do sistema. Aplicações que suportam a multimodalidade provêem um modo mais natural e flexível para a execução de tarefas em computadores, uma vez que permitem que usuários com diferentes níveis de habilidades escolham o modo de interação que melhor se adequa às suas necessidades. O uso de interfaces que fogem do estilo convencional de interação baseado em teclado e mouse vai de encontro ao conceito de computação ubíqua, que tem se estabelecido como uma área de pesquisa que estuda os aspectos tecnológicos e sociais decorrentes da integração de sistemas e dispositivos computacionais à ambientes. Nesse contexto, o trabalho aqui reportado visou investigar a implementação de interfaces multimodais em aplicações de computação ubíqua, por meio da construção de um framework de software para integração de modalidades de escrita e voz / Multimodal interfaces process several types of user inputs, such as voice, gestures and pen interaction, in a combined and coordinated manner with the system?s multimedia output. Applications which support multimodality provide a more natural and flexible way for executing tasks with computers, since they allow users with different levels of abilities to choose the mode of interaction that best fits their needs. The use of interfaces that run away from the conventional style of interaction, based in keyboard and mouse, comes together with the concept of ubiquitous computing, which has been established as a research area that studies the social and technological aspects decurrent from the integration os systems and devices into the environments. In this context, the work reported here aimed to investigate the implementation of multimodal interfaces in ubiquitous computing applications, by means of the building of a software framework used for integrating handwriting and speech modalities