Composition adaptative de services pour l’Internet des objets

L'internet des objets (IoT) est une technologie émergente, qui représente l’intégration ou la fusion de l'espace d'information et de l'espace physique. Au fil du temps, l’IoT est devenu de plus en plus populaire dans plusieurs endroits. Afin de répondre à la demande compliquée des utilisateurs, la plupart des appareils IoT ne fonctionnent pas seuls, une composition de services multiples doit être effectuée et elle est définie comme la composition de services. Pour des raisons de conductivités, pannes, batterie, charge et autres, la disponibilité des services IoT est imprévisible. Cette imprévisibilité de la disponibilité et l'évolution dynamique des besoins des utilisateurs, font que la composition du service doit gérer cette dynamique et s'adapter à de nouvelles configurations non prévues à la conception. La composition adaptative des services consiste à modifier le système pour lui permettre de se comporter correctement dans différents contextes afin d'assurer la disponibilité des services offerts, afin de répondre à une situation non prévue lors de la phase de conception. De ce fait, notre objectif est de proposer une méthode de composition de services IoT adaptative et sensible au contexte afin de satisfaire les besoins des utilisateurs. Dans notre travail, nous considérons que la croissance de l'Internet des Objets (IoT) implique la disponibilité d'un très grand nombre de services qui peuvent être similaires ou identiques, la gestion de la Qualité de Service (QoS) permet de différencier un service d'un autre. La composition de services offre la possibilité d'effectuer des activités complexes en combinant les fonctionnalités de plusieurs services au sein d'un seul processus. Très peu de travaux ont présenté une solution de composition de services adaptative gérant les attributs de QoS, en plus dans le domaine de la santé, qui est l'un des plus difficiles et délicats car il concerne la précieuse vie humaine. Dans cette thèse, nous présenterons une approche de composition de services adaptative sensible aux QoS basée sur un algorithme génétique multipopulation dans un environnement Fog-IoT. Notre algorithme P-MPGA implémente une méthode de sélection intelligente qui nous permet de sélectionner le bon service. En outre, PMPGA implémente un système de surveillance qui surveille les services pour gérer le changement dynamique des environnements IoT. Les résultats expérimentaux montrent les excellents résultats du P-MPGA en termes de temps d'exécution, de valeurs de fitness moyennes et de rapport temps d'exécution / meilleure valeur de fitness malgré l'augmentation de la population. P-MPGA peut rapidement obtenir un service composite satisfaisant les besoins de QoS de l'utilisateur, ce qui le rend adapté à un environnement IoT à grande échelle

Gestion autonomique d'applications dynamiques sûres et résilientes

Service-Oriented architectures (SOA) are considered the most advanced way to develop and integrate modular and flexible applications.There are many SOA platforms available for software developers and architects; the most evolved of them being SCA and OSGi.An application based on one of these platforms can be assembled with only the components required for the execution of its tasks, which helps decreasing its resource consumption and increasing its maintainability.Furthermore, those platforms allow adding plug-ins at runtime, even if they were not known during the early stages of the development of the application.Thus, they allow updating, extending and adapting the features of the base product or of the technical services required for its execution, continuously and without outage.Those capabilities are applied in the DevOps paradigm and, more generally, to implement the continuous deployment of artifacts.However, the extensibility provided by those platforms can decrease the overall reliability of the system: a strong tendency in software development is the assembly of third-parties components.Such components may be of unknown or even questionable quality.In case of error, deterioration of performance, ... it is difficult to identify the implicated components or combinations of components.It becomes essential for the software producer to determine the responsibility of the various components involved in a malfunction.This thesis aims to provide a platform, Cohorte, to design and implement scalable software products, resilient to malfunctions of unqualified extensions.The components of such products may be developed in various programming languages and be deployed continuously (adding, updating and withdrawal) and without interruption of service.Our proposal adopts the principle of isolating the components considered unstable or insecure.The choice of the components to be isolated may be decided by the development team and the operational team, from their expertise, or determined from a combination of indicators.The latters evolve over time to reflect the reliability of components.For example, components can be considered reliable after a quarantine period; an update may result in deterioration of stability, ...Therefore, it is essential to question the initial choices in isolating components to limit, in the first case, the scope of communications between components and, in the second case, to maintain the reliability of the critical core of the product.Les architectures orientées services (SOA) sont considérées comme le moyen le plus avancé pour réaliser et intégrer rapidement des applications modulaires et flexibles.Dans ce domaine, les plates-formes SOA à disposition des développeurs et des architectes de produits logiciels sont multiples; les deux plus évoluées d'entre elles étant SCA et OSGi.Une application s'appuyant sur l'une de ces plates-formes peut ainsi être assemblée avec le minimum de composants nécessaires à la réalisation de ses tâches, afin de réduire sa consommation de ressources et d'augmenter sa maintenabilité.De plus, ces plates-formes autorisent l'ajout de composants greffons qui n'étaient pas connus lors des phases initiales de la réalisation du produit.Elles permettent ainsi de mettre à jour, d'étendre et d'adapter continuellement les fonctionnalités du produit de base ou des services techniques nécessaires à sa mise en production, sans interruption de service.Ces capacités sont notamment utilisées dans le cadre du paradigme DevOps et, plus généralement, pour mettre en œuvre le déploiement continu d'artefacts.Cependant, l'extensibilité offerte par ces plates-formes peut diminuer la fiabilité globale du système: une tendance forte pour développer un produit est l'assemblage de composants provenant de tierces-parties. De tels composants peuvent être d'une qualité inconnue voire douteuse.En cas d'erreur, de détérioration des performances, etc., il est difficile de diagnostiquer les composants ou combinaisons de composants incriminés.Il devient indispensable pour le producteur d'un logiciel de déterminer la responsabilité des différents composants impliqués dans un dysfonctionnement.Cette thèse a pour objectif de fournir une plate-forme, Cohorte, permettant de concevoir et d'exécuter des produits logiciels extensibles et résilients aux dysfonctionnements d'extensions non qualifiées.Les composants de tels produits pourront être développés dans différents langages de programmation et être déployés (ajout, mise à jour et retrait) en continu et sans interruption de service.Notre proposition adopte pour principe d'isoler les composants considérés comme instables ou peu sûrs.Le choix des composants à isoler peut être décidé par l'équipe de développement et l'équipe opérationnelle, à partir de leur expertise, ou bien déterminé à partir d'une combinaison d'indicateurs.Ces derniers évoluent au cours du temps pour refléter la fiabilité des composants.Par exemple, des composants peuvent être considérés fiables après une période de quarantaine; une mise à jour peut entraîner la dégradation de leur stabilité, etc..Par conséquent, il est indispensable de remettre en cause les choix initiaux dans l'isolation des composants afin, dans le premier cas, de limiter le coup des communications entre composants et, dans le deuxième cas, de maintenir le niveau de fiabilité du noyau critique du produit

La sécurité des futures architectures convergentes pour des services personnalisés : aspect architectural et protocolaire

The emergence and evolution of Next Generation Networks (NGN) have raised several challenges mainly in terms of heterogeneity, mobility and security. In fact, the user is able, in such environment, to have access to many networks, via multiple devices, with a vast choice of services offered by different providers. Furthermore, end-users claim to be constantly connected anywhere, anytime and anyhow. Besides, they want to have a secure access to their services through a dynamic, seamless and continuous session according to their preferences and the desired QoS. In this context, security represents an important concern. In fact, this user-centric session should obviously be secured. However, many challenges arise. In such environment, system boundaries, which were well delimited, become increasingly open. Indeed, there are multiple services which are unknown in advance and multiple communications between services and with users. Besides, heterogeneity of involved resources (terminals, networks and services) in the user session increases the complexity of security tasks. In addition, the different types of mobility (user, terminal, network and service mobility) affect the user-centric session that should be unique, secure and seamless and ensure continuity of services.L’émergence et l’évolution des réseaux de nouvelles génération (NGN) a soulevé plusieurs défis surtout en termes d’hétérogénéité, de mobilité et de sécurité. En effet, l’utilisateur est capable, dans un tel environnement, d’avoir accès à plusieurs réseaux, à travers différents terminaux, avec un choix vaste de services fournis par différents fournisseurs. De plus, les utilisateurs finaux demandent à être constamment connectés n’importe où, n’importe quand et n’importe comment. Ils désirent également avoir un accès sécurisé à leurs services à travers une session dynamique, seamless et continue selon leurs préférences et la QoS demandée. Dans ce contexte, la sécurité représente une composante majeure. Face à cette session user-centric sécurisée, plusieurs défis se posent. L’environnement est de plus en plus ouvert, de multiples services ne sont pas connus d’avance et nous avons une diversité de communications entre les services et les utilisateurs. L’hétérogénéité des ressources (terminaux, réseaux et services) impliquées dans la session de l’utilisateur accentue la complexité des tâches de sécurité. Les différentes déclinaisons de mobilité (mobilité de l’utilisateur, mobilité du terminal, mobilité du réseau et mobilité du service) modifient la session user-centric que l’on veut unique, sécurisée et seamless avec la délivrance d’un service continu

Architecture à qualité de service pour systèmes satellites DVB-S/RCS dans un contexte NGN

L'objet de cette thèse est de doter les réseaux satellites d'accès géostationnaires d'une architecture de QoS compatible avec l'infrastructure NGN (Next Generation Network) qui entend réaliser la convergence des réseaux et services de communication existants et à venir. Dans une première étape, nous établissons un modèle de QoS NGN s'inspirant principalement de l'évolution des architectures de QoS dans les réseaux IP. Dans une deuxième étape, nous démontrons que les réseaux satellites ne disposent pas, en l'état actuel, d'une architecture de QoS suffisamment mature pour assurer un accès large bande aux futurs services IP multimédias. Afin d'y remédier, nous spécifions une architecture de QoS NGN unifiée assurant une étroite collaboration entre les mécanismes de QoS déployés à différents niveaux de communication (Application, Session, Réseau et MAC). Elle assure à la fois une différenciation de la QoS adaptée aux besoins des différentes classes d'applications au niveau IP tout en optimisant l'utilisation des ressources satellites via des mécanismes de bande passante à la demande au niveau MAC. Deux solutions applicatives assurant la corrélation dynamique entre les applications et les services réseaux différenciés sont également spécifiées et implémentées. Enfin un émulateur satellite de niveau réseau a été implémenté et nous a permis d'évaluer les garanties de QoS offertes par notre architecture et de valider leur conformité avec les besoins d'applications multimédias réelles. ABSTRACT : This thesis deals with the integration of geostationary access satellite networks in the NGN (Next Generation Network) infrastructure, a global QoS-enabled communication network based on IP. The first part depicts this multiservice ubiquitous infrastructure anchored on a clean separation between a transport/network domain and a service/application domain. Then a unified NGN control and management architecture, mainly inspired by the past and current IP QoS architectures, is proposed. In a second part, starting from this model and through a critical analysis of current DVB-S/RCS satellite systems, we demonstrate that satellite QoS architectures are not mature enough to support broadband access to future multimedia services and to integrate into the emerging NGN infrastructure. In order to cope with these issues, a NGNcompliant QoS architecture for DVB-S/RCS systems is defined. It relies on a cross-layer approach based on a tight interaction between QoS mechanisms available at different communication layers (Application, Session, Network and MAC). It aims at maximizing satellite capacity utilization at different granularity levels through a relevant configuration of DiffServ services using session/application signalling information and the use of optimized bandwidth on demand allocation schemes at the MAC layer. Application solutions (QoS Agent and QoS SIP Proxy) were developed while the satellite network with its associated QoS architecture was implemented through a network emulator. This latter enables us to evaluate the QoS guarantees provided by this architecture and to validate its appropriateness with real multimedia applications needs

Prise en compte de la qualité de l’expérience utilisateur au sein des protocoles de streaming HTTP adaptatifs

While streaming video services (Netflix + YouTube} represent more than 50% of US households consumed bandwidth, the growth of mobility (4G LTE + LTEa) and the arrival of 3 next generation networks (NGN) with the distinction between network operator and service operator may change the business model of service providers. The Best-Effort model currently used by streaming services will decrease due to its hight cost. It is therefore necessary to consider a model optimizing the service flow based on real users expectations. The main objective of this thesis is to propose a solution which take into account the QoE in streaming services. In the first art of this thesis, we highlight the very personal nature of the quality of experience during viewing multimedia session. This is achieved by subjective tests on fifty users. Then, we present an architecture for the QoE consideration in HTTP adaptive streaming protocols (HTTP Live Streaming, DASH ...) to make adaptation decisions based on implicit expectations of the user. A proof of concept is illustrated through an open source project (http://ipfhas.github.io/)Alors que les services de streaming vidéo (Netflix +YouTube) représentent plus de 50% du trafic web des foyers américains sur leurs lignes fixes, l'expansion de la mobilité (4G LTE et LTEa) et l'arrivée des réseaux du futur (NGN) avec la distinction entre opérateur de réseaux et opérateurs de services, risquent de modifier le modèle économique des fournisseurs de service. Le modèle en Best-effort utilisé actuellement par les services de streaming risque de péricliter dû au coût important lié à ce type de fonctionnement. Il convient donc de réfléchir à un modèle optimisant les flux du service à envoyer en fonction du besoin réel des utilisateurs finaux. L'objectif principal de cette thèse est donc de proposer une solution permettant de prendre en compte la QoE au sein des services de streaming. Dans une première partie de cette thèse, nous mettons en avant le caractère très personnel de la qualité d'expérience lors d'une session de visionnage multimédia. Ceci est réalisé par des tests subjectifs sur une cinquantaine d'utilisateurs. Nous présentons ensuite une architecture permettant la prise en compte de la QoE au sein des protocoles de streaming HTTP adaptatifs (HTTP Live Streaming, DASH ...) afin de prendre des décisions d'adaptation du service non plus sur la bande passante disponible à un instant T, mais sur les attentes implicites de l'utilisateur et ceci d'une manière non intrusive. L‘implémentation d'une preuve du concept est illustrée à travers la création d'un projet open source (http://ipfhas.github.io/

Conception et mise en oeuvre d'une plate-forme pour la sûreté de fonctionnement des services Web

Les Services Web (SW) constituent la technologie de base pour le développement d'Architectures Orientées Services (AOS). Ces architectures, de plus en plus répandues sur le Net, permettent de mettre en place des applications semi-critiques à échelle planétaire. Elles se basent sur la notion de relation de "service" formalisée par un contrat qui unit le client et le prestataire de services. Dans ce type d'applications, les développeurs d'applications orientées services regardent les Services Web comme des COTS (Component Off-The Shell) et ignorent donc leurs implémentations et leurs comportements en présence de fautes. Dans ce but, cette thèse introduit, dans ce nouveau contexte, la notion de « connecteurs spécifiques de tolérance aux fautes » (SFTC – Specific Fault Tolerance Connectors) capable d'implémenter des applications sûres de fonctionnement à partir de Services Web supposés non-fiables. Composants logiciels insérés entre les clients et les prestataires, les SFTC implémentent des filtres et différentes techniques de détection d'erreurs ainsi que des mécanismes de recouvrement qui sont déclenchés quand les Services Web ne satisfont plus les caractéristiques de sûreté demandées. L'originalité de cette approche est d'utilisé une particularité intéressante du Web qui est la redondance inhérente des services qui s'y trouvent. Cette propriété a permis de définir le concept de Services Web Abstrait (SWA) et de mettre en place des stratégies de recouvrement à l'aide de services équivalents. Ainsi, les « connecteurs » et les « SWA », introduits dans les architectures orientées services, fournissent une approche plus adaptable pour permettre, à des mécanismes de sûreté, d'être définis au cas par cas pour une utilisation donnée du Service Web et d'être modifiés selon la criticité de l'application. Ainsi, mes travaux de recherches ont permis de fournir aux développeurs d'Architectures Orientées Services : 1) le langage nommé DeWeL pour décrire les caractéristiques de sûreté de fonctionnement du connecteur. Ce langage dédié à la réalisation de connecteur impose de fortes restrictions inspirées du monde des logiciels critiques du ferroviaire et de l'avionique afin de diminuer de façon drastique des fautes de développement. 2) l'infrastructure IWSD pour dynamiquement contrôler et exécuter les connecteurs dans des applications critiques. Cette plateforme, réalisé en mode duplex pour tolérer les fautes matérielles et logicielles, permet d'exécuter de façon sûres les connecteurs crées et d'obtenir également des informations sur le caractère non-fonctionnel et opérationnel des Services Web ciblés. Ces informations sont capitales pour permettre aux développeurs de connecteurs d'affiner leurs actions de tolérances aux fautes pour l'application ciblée. Environ deux cents connecteurs ont été implémentés afin de réaliser des tests sur la performance et la robustesse du langage et de la plate-forme permettant ainsi de valider cette approche capable de déployer des applications orientées services semi-critiques tolérant les fautes à l'aide de SWA. ABSTRACT : Web Services (WS) technology is the basis for the development of Service Oriented Architectures (SOA). These architectures are increasingly widespread on the Net and enable developers to implement semi-critical planetary applications. Such applications are based on the notion of service and its attached contract. The contract links a client and a service provider. In this kind of applications, application developers look at Web Services as COTS (Commercial Off-The- Shelf) components, consequently they ignore their implementation and their behaviour in the presence of faults. The thesis proposes the notion of Specific Fault Tolerance Connectors (SFTC) to implement dependable applications out of unreliable Web Services. The connectors intercept client-provider requests and implement filtering, error detection techniques (e.g. runtime assertions) together with recovery mechanisms that are triggered when the WS does not satisfy anymore the dependability specifications. The originality of this approach relies on using an interesting feature of the Web that is the inherent redundancy of services. To take advantage of this, we define the concept of Abstract Web Services (AWS) to implement recovery strategies using equivalent services. Thus, "connectors” and “AWS” allow dependability mechanisms to be defined on a case-by-case basis for a given WS usage and possibly dynamically changed according to the needs. Two specific techniques and tools have been designed and implemented to help developers of Services Oriented Architectures : 1) A domain specific language named DeWeL (DEpendable Web services Language) describing the dependability features of a connector. This language is devoted to the realization of connectors. It imposes strong restrictions enforced by standards for critical railway and avionics software in order to reduce software development faults. 2) A support infrastructure named IWSD (Infrastructure for Web Services Dependability) to dynamically manage and run connectors in real applications. This platform is implemented in duplex mode to tolerate crash faults and provides core services. In particular, it provides support to run connectors and get information on the non-functional and operational behaviour of the targeted Web Services. This information is essential to help developers of connector to adjust their fault-tolerance actions to specific application needs. Approximately two hundred connectors have been implemented in order to realize performance and robustness tests of the language and the platform. These experiments show the interest of our approach to deploy fault-tolerant service oriented applications using AW

Adaptation des composants centrée sur l'utilisation

Avec la notion de composant logiciel, la démarche de conception d'applications informatiques a vu apparaître une alternative intéressante à l'approche classique, où le développement est mené selon une approche centralisée. L'idée est en effet de permettre la construction d'applications adaptées aux besoins spécifiques de chaque utilisateur par assemblage de composants préexistants. Néanmoins, le choix de composants prédéfinis, sur étagère, pose le problème de leur adéquation à une utilisation spécifique. Dans ce contexte, la possibilité d'adapter les composants semble cruciale, si l'on souhaite rendre réellement effective l'approche de développement par assemblage de composants. Cette thèse introduit une nouvelle approche de l'adaptation de composants logiciels qui consiste à adapter le composant à ses contextes d'utilisation en se basant sur le point de vue de l'utilisateur. Nous décrivons le profil d'utilisation sous la forme d'un ensemble de triplets dont chacun spécifie les propriétés souhaitées, les réactions correspondantes à traiter dans le cas où une condition n'est pas vérifiée et les échéanciers d'évaluation des propriétés. Nous proposons aussi un service de supervision de composant (SSC) qui repose sur la surveillance de l'état des composants pour obtenir des clichés qui reflètent l'état actuel du composant et les changements récents. Nous définissons également le service de sûreté de service (SSS) qui intercepte les requêtes clientes et qui les délègue vers le composant le plus convenable, tout en gérant l'exécution du composant en fonction du profil d'usage. ABSTRACT : The concept of software component, provides an interesting alternative to the traditional way of designing data-processing applications, where the development is undertaken according to a centralized approach. The idea is indeed to allow the construction of applications adapted to the specific needs for each user by assembling preexistent components. Nevertheless, the choice of off-the-shelf components, raises the problem of their adequacy to a specific use. In this context, the ability to adapt components appears to be crucial, if one wishes to make really effective the approach of development by assembling components. This thesis introduces a new approach of the adaptation of software components which consists in adapting the component to its contexts of use centered on the point of view of the user. We describe a user profile as a set of triples, where each triple specifies the desired properties, the reactions to be run if a condition is not checked and the schedule of evaluation of properties. We propose also a service of supervision of component (SSC) which is based on the monitoring of the state of the components to obtain snapshots which reflect the current state of the component and the recent changes. We also define the service of safety of service (SSS) which intercepts the user requests and delegates them towards the most suitable component, while managing the execution of the component according to the profile of use

Openicra : vers un modèle générique de déploiement automatisé des applications dans le nuage informatique

Le nuage informatique ou le « Cloud Computing » est une approche informatique qui fait référence à la mise à disposition de ressources informatiques à la demande via Internet ou en privé via le réseau interne de l’entreprise, avec un modèle de facturation à l’usage. Le paradigme IaaS (Infrastructure as a Service) consiste à fournir aux utilisateurs un accès, à la demande et en libre-service, à un parc informatique virtualisé, souvent composé de machines virtuelles sur lesquelles les utilisateurs peuvent installer, contrôler et personnaliser leurs applications. Alternativement, le modèle de service PaaS (Platform as a Service) offre aux utilisateurs un environnement de programmation disponible immédiatement et entièrement gérable pour créer et déployer des applications évolutives dans le nuage informatique et sans intervention de l’utilisateur. Bien que le choix d’un tel environnement puisse paraitre assez avantageux, plusieurs défis se lèvent devant l’utilisation efficace des systèmes du nuage informatique. Ainsi, les services du nuage informatique sont offerts à différents niveaux d’abstraction où les fournisseurs de nuage exposent l’accès à leurs services via des APIs propriétaires. Cela encourage l’enfermement propriétaire et limite l’interopérabilité des services de nuage informatique, ce qui constitue une barrière à l'entrée significative pour les utilisateurs de nuage. Plusieurs solutions ont été proposées en se basant sur l'utilisation des couches intermédiaires qui permettent d’isoler les applications de la variabilité de certains services offerts par les fournisseurs de nuages. Toutefois, ces approches constituent une solution partielle de ce problème lorsque de telles solutions utilisent certaines technologies propriétaires, car elles contribuent au risque de déplacer l'effet de l’enfermement propriétaire du fournisseur vers les outils de déploiement. L’objectif principal de notre recherche consiste à concevoir et à développer un nouveau modèle générique de déploiement automatique des applications dans le nuage informatique, afin d'atténuer les effets de ces barrières à l'entrée, de réduire la complexité de développement des applications et de simplifier le processus de déploiement des services dans le nuage. De surcroît, supporter et déployer automatiquement des applications sur le nuage en assurant l’élasticité, la mise à l’échelle automatique et l’interopérabilité avec toutes les plateformes et en optimisant la gestion du stockage sont les objectifs primordiaux de ce mémoire. Notre modèle proposé OpenICRA met en oeuvre une architecture en couches qui cache les détails de l'implémentation permettant d’avoir un processus de déploiement simple. En outre, contrairement aux autres solutions de nuages informatiques disponibles telles que Google App Engine, Windows Azure ou Amazon Elastic Beanstalk, les composants du modèle proposé se caractérisent par la liberté d’accès à leur code source. Ceci nous permet de garantir la portabilité des applications dans tout environnement d’exécution, d’éviter l’enfermement propriétaire et de faciliter le processus d’automatisation des applications dans le nuage. Les méthodes de redondance, de mise à l’échelle et l’intégration du système de fichiers distribué avec la couche IaaS permettent d’assurer la haute disponibilité, l’évolutivité et l’extensibilité du modèle et des applications ainsi que l’optimisation de la gestion de stockage des disques durs virtuels des VMs dans tout environnement du nuage. Nous avons réalisé deux cas d’études réels pour valider le modèle OpenICRA dont le premier consiste à automatiser le déploiement de l’intergiciel distribué OpenSAF dans un cluster de noeuds au sein de l’environnement Cloud du réseau GSN (Synchromedia, 2010), alors que le deuxième cas consiste à migrer l’application de travail collaboratif ICRA (Cheriet, 2012) vers le nuage EC2 d’Amazon (2012a). Nos résultats empiriques démontrent l’efficacité de notre modèle proposé pour déployer différents types d’applications sans apporter aucune modification dans leurs codes sources. En outre, nous démontrons comment notre proposition est capable d’automatiser et d’orchestrer le processus de déploiement des applications et d’optimiser leur exécution en fonction de la performance dans des environnements de nuage informatique hétérogènes

Gestion de bout en bout de la qualité de contexte pour l'internet des objets : le cadriciel QoCIM

Cette thèse se situe dans le cadre du projet INCOME (INfrastructure de gestion de COntexte Multi-Échelle pour l'Internet des Objets) financé par l'ANR (Appel INFRA 2011). L'objectif de ce projet est de fournir un cadriciel pour le développement et le déploiement d'un gestionnaire de contexte. Les entités logicielles d'acquisition, de traitement, de dissémination et de présentation d'informations de contexte, qui constituent un gestionnaire de contexte, doivent être construites et déployées au-dessus d'infrastructures technologiques hétérogènes et interconnectées. Ainsi, les cibles incluent les réseaux de capteurs, les systèmes ambiants, les dispositifs mobiles ou encore les serveurs du cloud, et de façon plus globale l'Internet des Objets (IoT). Les travaux menés dans cette thèse concernent plus particulièrement la gestion " de bout en bout " de la Qualité de Contexte (QoC) au sein de cette nouvelle génération de gestionnaires de contexte à déployer sur l'IoT à grande et multiples échelles. La qualité de l'information de contexte relevant de critères tels que la précision, la fraîcheur, la complétude, la granularité... Par gestion de la QoC, nous faisons référence à l'ensemble des opérations qui, tout le long du cycle de vie d'une information de contexte, permettent de gérer sa qualification, mais également d'influer, en fonction de cette qualité, sur sa dissémination et sa livraison aux applications sensibles au contexte. Actuellement des solutions de gestion de la QoC existent mais restent ad hoc à des environnements ambiants particuliers ou des applications spécifiques. Elles s'avèrent inadéquates en termes d'ouverture, de généricité et de calculabilité pour des environnements fortement hétérogènes et dynamiques tels que l'IoT où il n'y a plus de couplages forts et figés entre producteurs ou consommateurs d'informations de contexte. QoCIM (QoC Information Model) constitue le cœur de notre contribution. Il s'agit d'un méta-modèle dédié qui permet, de façon unifiée et ouverte, de définir des critères de QoC simples et composites. Basées sur QoCIM, des opérations de gestion de la QoC ont été identifiées et spécifiées. Elles permettent d'associer des critères de QoC, sous forme de métadonnées, à l'information de contexte, de caractériser les métriques et les unités pour leur valuation, d'inférer des critères de QoC de plus haut niveau d'abstraction, ou encore d'exprimer des conditions de filtrage portant sur de tels critères et/ou leurs valeurs. Un outillage logiciel d'édition de modèles QoCIM et une API en Java sont proposés aux développeurs pour facilement intégrer la gestion de tout critère de QoC lors du développement d'entités d'acquisition, de traitement, de livraison et de propagation d'informations de contexte et des applications sensibles au contexte. L'utilisation de ce cadriciel a été expérimentée, à la fois en phases de conception et d'exécution, sur un scénario de pollution urbaine. Des évaluations de performances ont été également menées et ont montré que le surcoût apporté par la prise en considération des niveaux de QoC pour le routage des informations de contexte était acceptable. Enfin, une solution d'auto-(re)configuration des opérations de gestion de la QoC a été également conçue et prototypée.The objective of the ANR INCOME project is to provide a framework for the development and the deployment of a context manager. A context manager is composed of software entities, which acquire, process, disseminate or deliver context data. These software entities have to be built and deployed over interconnected heterogeneous ICT infrastructures, which include sensor networks, ambient systems, mobile devices, cloud servers and, more generally, the Internet of Things (IoT). Related to this project, the research work presented in this thesis concerns more specifically the end-to-end management of Quality of Context (QoC) within the new generation of context managers that have to be deployed at large and multiple scales over the IoT. Quality of context data refers to criteria like accuracy, freshness, completeness or granularity. As for QoC management, it deals with all the operations that allow, throughout the life cycle of context data, to manage their qualification, but also to impact, according to this quality, on its dissemination and delivery to context-aware applications. Current QoC management solutions are dedicated to particular ambient environments or to specific applications. They are limited in terms of openness, genericity and computationability, properties required by greatly heterogeneous and dynamic IoT-based environments, in which producers and consumers of context data are no more static and highly coupled. Our contribution relies on QoCIM (QoC Information Model), a meta-model dedicated to define, in a uniform and open way, any atomic or composite QoC criterion. Based on QoCIM, some QoC management operations have been identified and specified. These operations allow to associate criteria of QoC, in the form of metadata, with the information of context; to characterize the metrics and units for their valuation; to infer QoC criteria of a higher level of abstraction; or even to express filtering conditions for such criteria or their values. A software tool for editing QoCIM models and a Java API are provided to developers to easily implement the management of any QoC criterion for their software entities that acquire, process, deliver or propagate context data, or their context-sensititive application. The use of this framework was experimented, both at design time and at run time, on a scenario related to urban pollution. Benchmarking was also led and showed that the additional cost brought when considering QoC in context information routing was acceptable. Finally, a solution for self-(re)configuring QoC management operations was also designed and prototyped

Modèle ontologique contextuel pour les patients atteints de la maladie pulmonaire obstructive chronique

L'informatique ubiquitaire est considérée comme l'une des réalisations scientifiques les plus marquantes de la dernière décennie. Cette vision a créé une révolution dans les interactions des utilisateurs finaux à partir le concept de sensibilité au contexte. L'informatique ubiquitaire offre une nouvelle opportunité pour remodeler la forme des solutions conventionnelles en fournissant des services personnalisés en fonction des situations contextuelles de chaque environnement. Des centaines d'architectures théoriques ont été développées dans le but de mettre en oeuvre l'idée de systèmes sensible au contexte. Cependant, l'informatique ubiquitaire est encore pratiquement non applicable en raison de nombreux défis, surtout que les architectures proposées se présentent toujours comme une solution générale qui permet de satisfaire n'importe quel type d'application et toutes sortes d'utilisation. OBJECTIFS: Cette thèse vise à concevoir et valider un modèle contextuel pour les systèmes de soins de santé ubiquitaires et spécifiquement destinés à aider les patients souffrant de la maladie pulmonaire obstructive chronique (MPOC). LA MÉTHODE: Les informations contextuelles sont très importantes pour les applications de soins de santé sensibles au contexte, en particulier celles utilisées pour surveiller les patients atteints de maladies chroniques qui sont affectées par des conditions concevables. Dans cette thèse, nous proposons une nouvelle classification de contexte pour le domaine médical qui couvre tous les aspects influençant la santé des patients. La grande échelle de cette classification le rend apte pour être une référence générale pour de divers projets de recherche s'intéressant au contexte médical. Ensuite, nous proposons un modèle contextuel à base d’ontologies capable de gérer la structure complexe du domaine de la MPOC de manière cohérente, en proportion de la nature dynamique de cet environnement. Ce nouveau modèle ontologique constitue le noyau de notre perception pour la mise en oeuvre de la solution de soins de santé ubiquitaire. Le modèle présenté examine son efficacité dans la gestion de l’une des maladies les plus vulnérables au contexte, où il prouve ainsi sa capacité à adapter les services de soins de santé à titre personnel et en fonction des conditions actuelles et prévues. Le modèle proposé a montré des résultats prometteurs dépassant 85% approuvé par un groupe de spécialistes expérimentés dans le domaine des maladies pulmonaires. Ubiquitous computing is considered one of the most impactful scientific achievements in the last decade. This conception created tremendous revolution in the end-user interactions through the concept of context-awareness. Ubiquitous computing offers a new opportunity to redesign the pattern of conventional solutions where it can easily tailor its processes upon existing contextual situations. Hundreds of theoretical architectures have been developed to enable context-awareness computing in pervasive settings. However, ubiquitous computing is still practically not feasible due to many challenges, but most importantly, that the proposed models always present themselves as a general solution to all kinds of real-life applications. OBJECTIVES: This thesis aims to design and validate a contextual model for health-care context-aware systems to support patients suffer from Chronic Obstructive Pulmonary Disease (COPD). METHODS: The contextual information is important for developing Context-Aware Healthcare Applications, especially those used to monitor patients with chronic diseases which are affected by perceived conditions. In this thesis, we propose a novel context categorization within the medical domain which covers all the context aspects. Then, we propose an ontology-based model able to handle the complex contextual structure of the COPD domain coherently, and in proportion to the dynamic nature of that environment. This new ontological context is the core of our perception for implementing the ubiquitous healthcare solution. The presented model examines its effectiveness in managing one of the most context-sensitive diseases, thereby demonstrating its ability to adapt health care services on a personal basis and in accordance with current and projected events. The proposed model has shown promising results exceeding 85% approved by a group of experienced specialists in respiratory and lung diseases