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    Concevoir des applications internet des objets sémantiques

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    According to Cisco's predictions, there will be more than 50 billions of devices connected to the Internet by 2020.The devices and produced data are mainly exploited to build domain-specific Internet of Things (IoT) applications. From a data-centric perspective, these applications are not interoperable with each other.To assist users or even machines in building promising inter-domain IoT applications, main challenges are to exploit, reuse, interpret and combine sensor data.To overcome interoperability issues, we designed the Machine-to-Machine Measurement (M3) framework consisting in:(1) generating templates to easily build Semantic Web of Things applications, (2) semantically annotating IoT data to infer high-level knowledge by reusing as much as possible the domain knowledge expertise, and (3) a semantic-based security application to assist users in designing secure IoT applications.Regarding the reasoning part, stemming from the 'Linked Open Data', we propose an innovative idea called the 'Linked Open Rules' to easily share and reuse rules to infer high-level abstractions from sensor data.The M3 framework has been suggested to standardizations and working groups such as ETSI M2M, oneM2M, W3C SSN ontology and W3C Web of Things. Proof-of-concepts of the flexible M3 framework have been developed on the cloud (http://www.sensormeasurement.appspot.com/) and embedded on Android-based constrained devices.Selon les prĂ©visions de Cisco , il y aura plus de 50 milliards d'appareils connectĂ©s Ă  Internet d'ici 2020. Les appareils et les donnĂ©es produites sont principalement exploitĂ©es pour construire des applications « Internet des Objets (IdO) ». D'un point de vue des donnĂ©es, ces applications ne sont pas interopĂ©rables les unes avec les autres. Pour aider les utilisateurs ou mĂȘme les machines Ă  construire des applications 'Internet des Objets' inter-domaines innovantes, les principaux dĂ©fis sont l'exploitation, la rĂ©utilisation, l'interprĂ©tation et la combinaison de ces donnĂ©es produites par les capteurs. Pour surmonter les problĂšmes d'interopĂ©rabilitĂ©, nous avons conçu le systĂšme Machine-to-Machine Measurement (M3) consistant Ă : (1) enrichir les donnĂ©es de capteurs avec les technologies du web sĂ©mantique pour dĂ©crire explicitement leur sens selon le contexte, (2) interprĂ©ter les donnĂ©es des capteurs pour en dĂ©duire des connaissances supplĂ©mentaires en rĂ©utilisant autant que possible la connaissance du domaine dĂ©finie par des experts, et (3) une base de connaissances de sĂ©curitĂ© pour assurer la sĂ©curitĂ© dĂšs la conception lors de la construction des applications IdO. Concernant la partie raisonnement, inspirĂ© par le « Web de donnĂ©es », nous proposons une idĂ©e novatrice appelĂ©e le « Web des rĂšgles » afin de partager et rĂ©utiliser facilement les rĂšgles pour interprĂ©ter et raisonner sur les donnĂ©es de capteurs. Le systĂšme M3 a Ă©tĂ© suggĂ©rĂ© Ă  des normalisations et groupes de travail tels que l'ETSI M2M, oneM2M, W3C SSN et W3C Web of Things. Une preuve de concept de M3 a Ă©tĂ© implĂ©mentĂ©e et est disponible sur le web (http://www.sensormeasurement.appspot.com/) mais aussi embarqu

    Apport de l'intelligence artificielle au domaine des villes intelligentes : application à l'assistance des déplacements des personnes à mobilité réduite

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    La transformation des villes en « villes intelligentes » est un des objectifs que les gouvernements visent depuis une dizaine d’annĂ©es. Cette transformation touche Ă  plusieurs aspects de la ville, dont l’éco-citoyennetĂ©, la gouvernance durable ou encore la mobilitĂ© intelligente. C’est sur cet aspect que nos travaux se focalisent. En effet, malgrĂ© une certaine progression depuis quelques annĂ©es, les personnes Ă  mobilitĂ© rĂ©duite sont souvent oubliĂ©es dans la question de l’amĂ©lioration des dĂ©placements urbains grĂące aux technologies de l’information et de la communication. Parmi ces technologies, l’intelligence artificielle englobe plusieurs domaines et est en plein essor. Un de ces derniers, l’intelligence ambiante vise Ă  la conception de services interconnectĂ©s interagissant avec l’environnement physique rĂ©el pour offrir des services visant Ă  supporter les activitĂ©s humaines. C’est dans ce contexte que se placent nos travaux : l’étude et la construction d’un systĂšme ambiant dĂ©diĂ© Ă  l’assistance des personnes Ă  mobilitĂ© rĂ©duite en milieu urbain. Or, plusieurs verrous contraignent la conception d’un tel systĂšme. Tout d’abord, dans ces domaines, nous avons remarquĂ© que le vocabulaire des termes issus de ces domaines Ă©tait inconstant, et que toute la communautĂ© scientifique n’est pas unanime sur la dĂ©finition de certains concepts. Notre premiĂšre contribution consiste en une ontologie, dĂ©crite en OWL, qui recouvre l’ensemble des Ă©lĂ©ments et concepts nĂ©cessaires Ă  la conception de ce type de systĂšmes. Ensuite, plusieurs Ă©tudes scientifiques actuelles soulignent le manque de modĂšle d’architecture gĂ©nĂ©rique pour de tels systĂšmes. Ce faisant, la myriade de solutions proposĂ©es dans ce domaine souffre de limites fortes sur le plan de l’interopĂ©rabilitĂ© et de la rĂ©utilisabilitĂ© des travaux. C’est pourquoi notre deuxiĂšme contribution se traduit en un modĂšle gĂ©nĂ©rique facilitant la conception de tout type de systĂšme ambiant dĂ©diĂ© Ă  l’assistance. Ce modĂšle s’appuie sur l’ontologie proposĂ©e, tout en gardant les utilisateurs au centre du modĂšle. Enfin, il a Ă©tĂ© remarquĂ© que les systĂšmes ambiants dĂ©diĂ©s Ă  l'assistance sont dĂ©ployĂ©s de maniĂšre ad-hoc. Soit en simulation, en Ă©valuant statistiquement les sorties du systĂšme. Soit en milieu rĂ©el, oĂč l'Ă©valuation du systĂšme se fait par la mĂȘme observation statistique des sorties, ou par un questionnaire d'Ă©valuation soumis aux utilisateurs. Nous proposons une approche originale de mise en Ɠuvre de tels systĂšmes. D'une part, cette derniĂšre se base sur une mise en opĂ©ration du systĂšme par simulation hybride, sur laquelle les Ă©lĂ©ments rĂ©els sont ajoutĂ©s progressivement, jusqu'Ă  un dĂ©ploiement en milieu rĂ©el complet. D'autre part, dans le but d'Ă©valuer l'impact direct du systĂšme, nous proposons l'analyse de son impact par les outils issus du domaine de l'analyse du rĂ©seau social des utilisateurs.Abstract: The transformation of cities into "smart cities" is one of the goals that governments have been aiming at for the last ten years. This transformation affects several aspects of the city, including eco-citizenship, sustainable governance, and smart mobility. It is on this aspect that our work focuses. Indeed, despite a certain progress in the last few years, people with reduced mobility are often forgotten when it comes to improving urban travel thanks to information and communication technologies. Among these technologies, artificial intelligence is booming and encompasses several fields. Among them, ambient intelligence aims at the design of interconnected services interacting with the real physical environment to provide services to support human activities. It is in this context that our work is placed: the study and construction of an ambient system dedicated to the assistance of people with reduced mobility in an urban environment. However, the design of such a system is constrained by several obstacles. First, we noticed that the vocabulary of the terms coming from these domains was inconstant, and that the whole scientific community is not unanimous on the definition of certain concepts. Our first contribution consists in an ontology, described in OWL, which covers all the elements and concepts necessary for the design of this type of system. Secondly, several current scientific studies underline the lack of a generic architecture model for such systems. As a result, the myriad of solutions proposed in this field suffer from strong limitations in terms of interoperability and reusability of the works. Therefore, our second contribution translates into a generic model facilitating the design of any type of ambient system dedicated to assistance. This model is based on the proposed ontology, while keeping the users at the center of the model. Finally, it has been noticed that ambient systems dedicated to assistance are deployed in an ad-hoc way, either in simulation or in real environment, with an evaluation limited to a statistical analysis of the outputs, or by an evaluation questionnaire submitted to users. We propose an original approach to the implementation of such systems. On the one hand, this approach is based on a simulation-based implementation of the system, on which real elements are progressively added, until a complete deployment in real environment. On the other hand, to evaluate the direct impact of the system, we introduce the analysis of its impact by tools coming from the field of user social network analysis

    De la conception à l'exploitation des travaux pratiques en ligne : application d'une approche générique à l'enseignement de l'informatique

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    La mise en ligne des travaux pratiques est une problématique de recherche étudiée depuis plus d'une décennie en raison des enjeux pédagogiques et économiques qu'elle engendre. En effet, il s'agit d'une catégorie d'enseignements indispensables aux disciplines scientifiques, technologiques et mathématiques et d'ingenierie visant à atteindre des objectifs d'apprentissage particuliers liés à l'acquisition de compétences professionnelles et scientifiques, mais aussi au travail de groupe et de communication. Des recherches dans le domaine des télé-TPs ont permis de mettre en évidence des problÚmes d'ordre pédagogiques et techniques qui entravent le développement et l'acceptation des télé-TPs par les acteurs de la formation, dont nos travaux tentent d'apporter des réponses. En particulier, cette thÚse traite les problématiques liées (1) aux fondements théoriques de l'apprentissage en ligne dans le cadre de télé-TPs, (2) aux avancées tant techniques que pédagogiques des Environnements Informatiques pour l'Apprentissage Humain (EIAH), et (3) aux avancées techniques et technologiques pour la mise en ligne de dispositifs de laboratoires distribués et mutualisés. En d'autres termes, il s'agit d'atteindre l'efficacité pédagogique des télé-TPs tout en les intégrant aux EIAHs utilisés pour les autres types d'activités d'apprentissage. Nos propositions s'articulent autour de deux éléments clés : (1) une architecture structurée en couches assurant une communication transparente entre les contextes d'apprentissage (EIAH) et d'expérimentation (laboratoires en ligne), et (2) un méta-modÚle qui, d'une part, décrit de façon formelle les éléments inhérents à l'activité de télé-TP (laboratoires, dispositifs et expériences) ainsi que les activités réalisées par les utilisateurs sur ces entités, et d'autre part dirige le contrÎle et la supervision des expériences et laboratoires. D'un point de vue technique, nos contributions concernent la proposition d'un méta-modÚle standard pour le pilotage et la gestion du cycle de vie des expériences qui facilite la représentation homogÚne des dispositifs hétérogÚnes de laboratoires tout en favorisant le déploiement et l'exploitation d'expériences distribuées sur plusieurs sites, ainsi que l'introduction d'interfaces de contrÎle et de supervision uniformes masquant les détails spécifiques des laboratoires distants aux applications de haut niveau telles que les EIAHs. D'un point de vue pédagogique, nous introduisons l'objet pédagogique " Expérience " afin d'encourager la pratique, le partage et la réutilisation des télé-TPs dans les cursus en ligne, et supportons différentes fonctions pédagogiques telles que l'apprentissage collaboratif et le tutorat (synchrone et asynchrone) à travers un ensemble d'IHMs adaptées dont le développement est rendu aisé par la décomposition du systÚme global en différentes couches. Nos propositions ont été expérimentées dans le cadre de télé-TPs relatifs à notre domaine d'enseignement, l'informatique. Les différents méta-modÚles génériques ont été spécialisés pour décrire et superviser l'environnement d'expérimentation ainsi que les expériences qui y prennent place, mais également afin de modéliser, stocker et exploiter les traces des interactions entre les utilisateurs et ces expériences. Enfin, des composants spécifiques assurent le lien entre les modÚles abstraits et les ressources de bas niveau, alors que des outils et IHMs de haut niveau supportent différentes fonctions pédagogiques : * La conception pédagogique est étendue à la conception des expériences en ligne à travers une IHM intuitive proposée aux enseignants, qui leur permet de concevoir et de tester des expériences avec un niveau de complexité arbitraire. * L'apprentissage en ligne est supporté par une interface Homme-Machine réaliste qui assure à la fois la réalisation d'opérations sur les expériences distantes, une navigation efficace parmi les composants d'une expérience en ligne, mais également l'apprentissage collaboratif. * Le tutorat en ligne est supporté par une interface qui étend l'IHM d'apprentissage avec des privilÚges élargis et des outils supplémentaires permettant aux tuteurs distants de détecter les situations de blocage, de venir en aide aux apprenants en difficulté, et enfin d'évaluer les travaux de ces apprenants.Bringing online practical learning activities is a research problem studied for over a decade due to educational and economic challenges it engenders. Indeed, it is a category of courses required for scientific, technological, engineering and mathematics disciplines to achieve specific learning objectives related to the acquisition of professional and scientific skills, but also teamwork and communication skills. Research in the field of remote lab-works helped to highlight pedagogical and technical problems hindering the development and acceptance of remote lab-works by the human actors, which our work attempt to provide answers. In particular, this thesis addresses issues related (1) to the learning theoretical foundations in the context of remote lab-works; (2) Advances both technical and pedagogical of the Technology Enhanced Learning (TEL), and (3) Technical and Technological advances in online distributed and shared laboratories devices. In other words, it is to achieve the pedagogical effectiveness of remote lab-works while integrating them in LMS (Learning Management Systems) used for the other types of learning activities. Our proposals center around two key elements: (1) A structured layered architecture ensuring seamless communication between learning context (LMS) and experimental context (online labs), and (2) A meta-model that, on one hand, describes formally the elements inherent to the lab-work activity (labs, experiments and devices) and the activities performed by users on these entities, and on the other hand, drives the control and supervision of laboratories and experiments. From a technical standpoint, our contributions concern the proposal of a meta-model standard for controlling and managing the lifecycle of experiments that facilitates uniform representation of heterogeneous laboratories' devices while promoting the deployment and the operating of distributed experiments across multiple sites, as well as the introduction of uniform interfaces for control and monitoring, hiding the specific details of remote laboratories to high-level applications such as LMSs. From an educational point of view, we introduce the learning object "Experiment" to encourage the practice, sharing and the reuse of remote lab-works in the online curriculum, and support the different educational functions such as collaborative learning and tutoring (synchronous and asynchronous) through a set of tailored GUIs whose development is made easy by the decomposition of the overall system into different layers. Our proposals have been tested in the context of remote lab-works on our field of education: The Computer Science. The various generic meta- models were specialized to describe and monitor the environment of experimentation and the experiments that take place within them, but also to model, store and use the traces of interactions between user and these experiments. Finally, specific components provide the link between abstract models and concrete low-level resources, whereas high-level HCI and tools support the different pedagogical functions: * The instructional design is extended to the design of online experiments through an intuitive GUI offered to teachers, allowing them to design and test experiments with an arbitrary level of complexity. * Online learning is supported by a realistic interface that ensures both performing operations on remote experiments; navigate efficiently among the components of an online experience, but also collaborative learning. * The online tutoring is supported by an interface that extends the learning HCI with extended privileges and additional tools enabling remote tutors detect deadlocks, to help struggling learners, and finally to evaluate the work of these learners
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