Approche spatiale pour la caractérisation du contexte d'exécution d'un système d'information ubiquitaire

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Submitted on 28 Jun 2010

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Mathieu Petit

To cite this version:

Mathieu Petit. Approche spatiale pour la caractérisation du contexte d’exécution d’un système

d’information ubiquitaire. Autre [cs.OH]. Ecole nationale supérieure d’arts et métiers - ENSAM,

2010. Français. �tel-00495774�

N°: 2009 ENAM XXXX

2010-ENAM-0016

École doctorale n° 432 : Sciences et Métiers de l'Ingénieur

Arts et Métiers ParisTech - Centre de Paris Institut de Recherche de l'Ecole Navale présentée et soutenue publiquement par

Mathieu Petit

le 14 juin 2010

Approche spatiale pour la caractérisation du contexte d'exécution d'un système d'information ubiquitaire

Doctorat ParisTech T H È S E

pour obtenir le grade de docteur délivré par

l’École Nationale Supérieure d'Arts et Métiers

Spécialité “ Informatique ”

Directeur de thèse : Christophe CLARAMUNT Co-encadrement de la thèse : Cyril RAY

T H È S E

Jury

Mme. Mireille DUCASSÉ, Professeur

Président

M. Jérôme GENSEL, Professeur

Rapporteur

Mme. Florence SEDÈS, Professeur

Rapporteur

Mme. Bénédicte BUCHER, Ingénieur Habilité à Diriger des Recherches

Examinateur

M. Christophe CLARAMUNT, Professeur

Navale, Brest Examinateur

M. Cyril RAY, Maître de Conférences

Examinateur

Remerciements

E ⁿ premier lieu, je remercie les membres du jury d’avoir particip´ e ` a ma soutenance et de s’ˆ etre int´ eress´ es ` a mon travail. Je pense plus particuli` erement ` a J´ erˆ ome Gensel et Florence Sed` es qui ont accept´ e d’ˆ etre rapporteurs de ce m´ emoire et dont les retours r´ esument au mieux le travail que j’ai r´ ealis´ e.

Cyril Ray et Christophe Claramunt m’ont aid´ e ` a faire le tri dans mes id´ ees et m’ont conseill´ e tout au long de ma th` ese. Entre autres choses, j’attribue ` a Cyril l’id´ ee de la “spa- tialisation” de l’espace d’ex´ ecution d’un syst` eme (issue de ses lectures de M.F. Goodchild notamment). ` A son bureau et avec quatre magnets et une r` egle, Christophe a r´ eguli` erement pris le temps de m’expliquer le monde des SI mobiles et les d´ efis scientifiques auxquels il fait face. Tous deux m’ont aid´ e dans la r´ edaction d’articles en relisant et en annotant mes brouillons version apr` es version. En dehors de mes encadrants, je remercie les nombreuses personnes qui m’ont aid´ e ` a faire progresser ma recherche. En particulier, Michela Bertolotto, Ga¨ elle Calvary, Gavin McArdle et Tryphon Tournesol ont chacun ` a leur niveau influenc´ e mon travail. Marie Coz, attach´ ee scientifique du groupe SIG, m’a beaucoup aid´ e lors de la pr´ eparation de ce m´ emoire.

L’Ecole Navale et le minist` ere de la d´ efense ont assur´ e l’intendance pendant mes quatre ann´ ees ` a Brest. En ´ echange, j’ai eu le plaisir de dispenser des cours aux ´ el` eves de l’´ ecole et de participer aux activit´ es p´ edagogiques de la direction de l’enseignement et du d´ epartement informatique. Respectueusement, merci aux ´ el` eves et aux cadres !

Je remercie chaleureusement l’ensemble du personnel de l’institut de recherche de l’Ecole Navale : les stars du centre de ressources en informatique, l’excellent service d’´ etude et fabri- cation, le toujours efficace secr´ etariat, l’irr´ eprochable personnel d’entretien et les nombreux chercheurs des ´ equipes m´ ecanique et ´ energ´ etique en environnement naval, acoustique sous- marine et carcinologie tropicale. Au sein de l’´ equipe syst` emes d’information g´ eographique, je remercie les permanents ( ´ Eric, Thomas, R´ emi, Joseph et Michel, en plus de Cyril et Chris- tophe) pour l’animation de l’activit´ e de recherche et les nombreux ´ echanges que nous avons eus. J’ai partag´ e mon bureau successivement avec Val´ erie et Meriam, que je remercie de m’avoir support´ e au jour le jour et d’avoir toujours ´ et´ e l` a pour m’aider ` a procrastiner sans remords. Pendant mes premi` eres ann´ ees, la rigueur scientifique de Val´ erie a ´ et´ e exemplaire pour moi. Ensuite, avec Meriam, je me suis beaucoup amus´ e ` a animer le sous-sous-sous-groupe SIG/IHM, en enseignement comme en recherche.

Mes coll` egues doctorants m’ont motiv´ e et m’ont fait confiance pour les repr´ esenter au

conseil de l’institut. Je remercie plus particuli` erement (et dans le d´ esordre) David (collection-

neur de fourmis), G´ eraldine (graffiti artist), Jean-Marie (l´ egufrulab´ elophile), Laurent E. (sau- ver ou p´ erir), Marie-Laure (besoin caaaaf´ e, viiiiite !), Thierry (fonci` erement m´ echant), Tho- mas (la barbe, c’est un ´ etat d’esprit), Ariane (mod` ele de long´ evit´ e), Antoine (guitariste vu aux USA), Shaopei (king of Guangzhou), Laurent D. (au fond c’est quoi l’´ electromagn´ etisme ?), Rachel (l’amie d’Herman), Pascal (dont j’ai oubli´ e le nom) ...

A Grenoble, mes nouveaux coll` ` egues de l’´ equipe IIHM et de l’ENSIMAG m’ont accueilli sans r´ eserve. Je remercie en particulier Ga¨ elle et Audrey, victimes involontaires de mon retard d’´ ecriture, pour leur patience et pour leurs encouragements.

Parmi ceux qui m’ont accompagn´ e et soutenu figurent mes amis d’Alsace. Notamment, Th´ eophane, Isa, Marie, Vincent, Jim, Eug´ enie, Dominique, Lise, Johan, je vous d´ edie res- pectivement les pages 113, 47, 23, 61, 163, 181, 137, 89 et 197. Tr` es chers, merci d’avoir su m’extraire de mon univers de r´ egions mobiles quand il le fallait. Je remercie aussi mes amis du cercle lorrain : compagnons de voyages et hˆ otes habituels. Merci entre autres ` a Flo- rian (Florent ?), C´ eline, Nicolas, Benoˆıt, Ania et Marion. ` A l’association Point d’Appui, j’ai retrouv´ e avec plaisir Daniel, Brigitte, Jean-Marie, Marl` ene, Viviane et tous les membres le temps de r´ eunions, manifestations ou passages en Bolivie.

Enfin, je remercie tout particuli` erement mes parents, Marie-H´ el` ene et Jean-Paul de m’avoir encourag´ e dans mes (longues) ´ etudes et plus sp´ ecialement au cours de ma th` ese. Ma sœur et mon fr` ere, Claire et Sylvain, et leurs conjoints Damien et Emmanuelle m’ont aussi beaucoup aid´ e. Grˆ ace ` a eux, j’ai appris l’int´ erˆ et du b´ eton pr´ econtraint, la vraie nature des

“œufs de cigogne” alsaciens, de nouvelles recettes de tartes flamb´ ees et quelques ´ el´ ements

de thermodynamique. Merci ` a ma belle famille pour son accueil. Merci ` a ma merveille (nom

d’emprunt ;-) ) pour tout le positif qu’elle m’inspire.

Table des mati` eres

Table des mati` eres i

Liste des figures v

Liste des tableaux ix

Introduction 1

Contexte de la th` ese . . . . 1

Probl´ ematique scientifique . . . . 2

Objectifs et plan du m´ emoire . . . . 4

I Syst` emes d’information mobiles 7 I.1 Evolution des syst` ´ emes d’information distribu´ es . . . . 8

I.2 Syst` emes d’information distribu´ es et mobilit´ e . . . . 9

I.2.1 Principes et origines de la mobilit´ e des syst` emes . . . . 10

I.2.2 Infrastructures r´ eseau pour la transmission d’informations . . . . 12

I.2.3 Plates-formes clientes pour la mobilit´ e . . . . 13

I.2.4 Enjeux de la mobilit´ e des syst` emes . . . . 15

I.3 Solutions pour la mise en œuvre d’un syst` eme mobile . . . . 17

I.3.1 Conception ` a bas niveau : distribution, r´ eseau et communication . . . 17

I.3.2 Conception ` a haut niveau : Plate-forme cliente . . . . 21

I.4 Conclusion . . . . 31

II Syst` emes d’information sensibles au contexte 33 II.1 Nature contextuelle des syst` emes mobiles . . . . 34

II.2 Notion de contexte appliqu´ e aux syst` emes d’information . . . . 36

II.2.1 D´ efinitions de la notion de contexte . . . . 37

II.2.2 Dimensions du contexte . . . . 38

II.3 Mesure des dimensions du contexte . . . . 43

II.3.1 Mesure du contexte d’usage . . . . 43

II.3.2 Mesure du contexte d’ex´ ecution . . . . 46

II.3.3 Int´ erˆ et d’une mesure pour l’adaptation du syst` eme . . . . 47

II.4 Conception et impl´ ementation de syst` emes contextuels . . . . 49

II.4.1 Approche conceptuelle : familles de mod` eles contextuels . . . . 49

II.4.2 Approche pour l’impl´ ementation : architectures d’ex´ ecution . . . . 53

II.5 Utilisation des informations contextuelles . . . . 59

II.5.1 Typologies des formes d’exploitation du contexte . . . . 60

II.5.2 Initiative et responsabilit´ e de l’adaptation contextuelle . . . . 63

II.5.3 D´ eclenchement du processus d’adaptation . . . . 65

II.5.4 Objets de l’adaptation ` a l’ex´ ecution . . . . 66

II.6 Conclusion . . . . 69

III Mod´ elisation spatiale et temporelle du contexte d’ex´ ecution 71 III.1 Illustration d’un syst` eme distribu´ e et mobile ` a l’ex´ ecution . . . . 73

III.2 D´ ecomposition de l’ex´ ecution d’un syst` eme mobile et distribu´ e . . . . 75

III.2.1 D´ ecomposition temporelle . . . . 76

III.2.2 D´ ecomposition physique . . . . 79

III.2.3 D´ ecomposition g´ eographique . . . . 81

III.2.4 D´ ecomposition contextuelle . . . . 90

III.3 Description conceptuelle de l’environnement d’un syst` eme mobile et distribu´ e 94 III.3.1 Description physique . . . . 95

III.3.2 Description g´ eographique . . . . 97

III.3.3 Analyse spatiale . . . . 102

III.3.4 Description conceptuelle des contextes d’ex´ ecution . . . . 105

III.4 Conclusion . . . . 108

IV Int´ egration de l’environnement spatial dans la mod´ elisation d’un syst` eme interactif 109 IV.1 Mod` ele de conception pour la mise en œuvre des contextes d’ex´ ecution . . . . 110

IV.1.1 Cadre de conception unifi´ e : une approche pour le d´ eveloppement de

syst` emes interactifs . . . . 110

TABLE DES MATI ` ERES iii

IV.1.2 Cadre de conception ´ etendu : proposition pour l’int´ egration de la

mod´ elisation g´ eographique . . . . 112

IV.2 ´ Etapes de corr´ elation avec les contextes d’ex´ ecution . . . . 114

IV.2.1 Primitives du cadre de conception unifi´ e : sc´ enario nominal, mod` ele des tˆ aches et des informations . . . . 115

IV.2.2 Recherche d’´ equivalences entre contextes d’ex´ ecution . . . . 118

IV.2.3 Arbre des tˆ aches situ´ e . . . . 128

IV.3 Conclusion . . . . 135

V Utilisation des contextes d’ex´ ecution pour la personnalisation 137 V.1 Mesure implicite des pr´ ef´ erences des utilisateurs . . . . 141

V.1.1 Cr´ eation d’un profil par l’apport d’exp´ erience . . . . 141

V.1.2 M´ ethode hybride pour la construction de profils dans un syst` eme mobile et distribu´ e . . . . 144

V.2 Propositions pour la construction de profils et la mesure de scores . . . . 147

V.2.1 Cr´ eation d’un profil utilisateur . . . . 149

V.2.2 Perspective multi-utilisateurs et regroupement de profils . . . . 156

V.3 Conclusion . . . . 166

VI Illustration de la d´ emarche de mod´ elisation 167 VI.1 Cas d’´ etude : syst` eme de suivi de r´ egate . . . . 168

VI.1.1 Contexte du syst` eme de suivi de r´ egate . . . . 169

VI.1.2 Descriptions g´ eographique et contextuelle de l’ex´ ecution . . . . 170

VI.1.3 Analyse des tˆ aches et construction d’un arbre situ´ e . . . . 175

VI.1.4 Maquettage pour l’impl´ ementation du tiers client . . . . 179

VI.2 Cas d’´ etude : syst` eme d’information de campus . . . . 181

VI.2.1 Contexte du syst` eme d’information campus . . . . 181

VI.2.2 Architecture distribu´ ee au sein du campus . . . . 182

VI.2.3 Perspective multi-utilisateurs et adaptations . . . . 185

VI.3 Conclusion . . . . 195

Conclusion 197 Perspectives de recherche . . . . 199

Bilan et g´ en´ eralisation . . . . 201

Annexes 205

A D´ etails des calculs de profil de groupe 207 A.1 Calcul du score moyen instantan´ e : cas d’´ etude 1 . . . . 207 A.2 Calcul du score moyen instantan´ e : cas d’´ etude 2 . . . . 207 A.3 Calcul du score de groupe : cas d’´ etude 1 . . . . 208

B Mesure de qualit´ e de service 209

C Notation matricielle du contexte d’ex´ ecution 211

D Liste de publications 213

D.1 Articles de revues . . . . 213 D.2 Actes de conf´ erences . . . . 213 D.3 Autres communications . . . . 214

Bibliographie 215

Liste des figures

1 Organisation et positionnement du m´ emoire par rapport aux probl´ ematiques

adress´ ees . . . . 5

I.1 Principe de distribution d’un syst` eme d’information . . . . 8

I.2 Principe de la mobilit´ e dans un syst` eme d’information distribu´ e . . . . 10

I.3 Trois types de mobilit´ e selon Kristoffersen et Ljungberg (1999) . . . . 11

I.4 Exemples de clients pour les syst` emes d’information mobiles . . . . 14

I.5 Solutions pour l’architecture et le support des infrastructures mobiles . . . . . 18

I.6 Exemples de clients de syst` emes d’interaction con¸ cus pour la mobilit´ e . . . . . 22

I.7 Exemples d’interfaces de saisie et de pr´ esentation sur des dispositifs mobiles : AppLens (Bederson et al., 2004), ZoneZoom (Robbins et al., 2004), VirHKey (Martin, 2005) et EdgeWrite (Wobbrock et al., 2003) . . . . 26

I.8 Premiers prototypes de syst` emes ubiquitaires . . . . 27

II.1 Principaux domaines de recherche qui contribuent ` a l’´ emergence de l’informa- tique ubiquitaire (d’apr` es Satyanarayanan (2001)) . . . . 36

II.2 Synth` ese des propositions pour le dimensionnement du contexte . . . . 42

II.3 Variation de l’utilit´ e en fonction du contexte d’ex´ ecution . . . . 49

II.4 Exemples de mod` eles de contexte (1) . . . . 50

II.5 Exemples de mod` eles de contexte (2) . . . . 51

II.6 Architectures pour la perception du contexte ` a l’ex´ ecution . . . . 55

II.7 Synth` ese des propositions typologiques de l’exploitation du contexte . . . . . 62

II.8 Partage des responsabilit´ es dans le d´ eroulement d’une adaptation (Th´ evenin (2001) d’apr` es Dieterich et al. (1993)) . . . . 65

II.9 processus d’ex´ ecution d’une adaptation dans le cas des syst` emes adap-

tables/adaptatifs (d’apr` es Reichenbacher (2003)) . . . . 66

II.10 Solutions alternatives pour l’adaptation d’interfaces graphiques (Th´ evenin, 2003) 67

II.11 Adaptations et exemples de dialogues pour un mˆ eme syst` eme par la s´ election de mod` eles de plate-forme, de tˆ ache et de pr´ esentation appropri´ es (Eisenstein et al., 2000) . . . . 68 III.1 Corr´ elation entre la conception et l’ex´ ecution d’un syst` eme mobile et distribu´ e 72 III.2 Exemple d’une distribution d’un syst` eme d’information et de son impact

g´ eographique . . . . 74 III.3 Exemple de cycle de vie du syst` eme . . . . 78 III.4 Evolution des r´ egions du syst` eme de suivi cotier entre t

et t

. . . . 87 III.5 Graphe des relations entre r´ egions et notation matricielle du contexte

d’ex´ ecution dans le cas du syst` eme de suivi cˆ otier . . . . 91 III.6 Espaces accessibles pouvant ˆ etre occup´ es par les r´ egions et espaces de mobilit´ e

pouvant ˆ etre occup´ es par les composants . . . . 101 III.7 Illustration des r` egles d’exclusion syst´ ematique des relations entre r´ egions de

l’environnement . . . . 104 III.8 Illustration des r` egles d’inclusion syst´ ematique des relations entre r´ egions de

l’environnement . . . . 104 III.9 Superposition des espaces accessibles et des espaces de mobilit´ e pour la re-

cherche des r` egles d’inclusion et d’exclusion syst´ ematiques . . . . 106 III.10 Repr´ esentation graphique de quelques contextes d’ex´ ecution de l’ensemble

ST AT ES . . . . 107 IV.1 Cadre de conception et de mise en œuvre d’un syst` eme d’information sensible

au contexte . . . . 111 IV.2 Cadre de conception ´ etendu . . . . 113 IV.3 Exemple d’arbre des tˆ aches annot´ e . . . . 117 IV.4 Exemple d’´ equivalence entre contextes d’ex´ ecution par la propri´ et´ e “utilisateur

isol´ e” . . . . 120 IV.5 Exemple d’´ equivalence entre contextes d’ex´ ecution par la propri´ et´ e “R´ egion

d’int´ erˆ et ind´ efinie” . . . . 121 IV.6 Exemple d’´ equivalence entre contextes d’ex´ ecution par la propri´ et´ e “R´ egion

d’int´ erˆ et distante” . . . . 122 IV.7 Exemple d’´ equivalence entre contextes d’ex´ ecution par la propri´ et´ e “Contextes

locaux identiques” . . . . 123 IV.8 Exemple d’´ equivalence entre contextes d’ex´ ecution par la propri´ et´ e “Relation

non significative” . . . . 124 IV.9 Exemple de construction d’une chaˆıne d’´ equivalence par association de binˆ omes

de contextes d’ex´ ecution . . . . 126

LISTE DES FIGURES vii

IV.10 Groupes de contextes ´ equivalents constituant l’ensemble CHAIN S dans l’exemple du syst` eme de suivi cˆ otier . . . . 127 IV.11 Exemple simplifi´ e de d´ ecomposition des tˆ aches et des contextes d’ex´ ecution . 128 IV.12 Construction d’une repr´ esentation d’un arbre de tˆ aches annot´ e mis en contexte 131 IV.13 Transformations par factorisation de contraintes pour la construction d’un

arbre contextualis´ e . . . . 133 IV.14 Exemple d’arbre des tˆ aches situ´ e . . . . 135 V.1 Int´ egration des mesures du contexte d’usage pour l’individualisation du client 138 V.2 Exemples d’arbres situ´ es pour lesquels l’individualisation peut ˆ etre appliqu´ ee 140 V.3 Exemple de tˆ ache r´ ealisable dans le cas du syst` eme de suivi cˆ otier ` a t

par

l’utilisateur sur son composant Cu

. . . . 146 V.4 Exemple d’affichages cartographiques au niveau de l’interface du client Cu

pour la tˆ ache “S’informer sur la cˆ ote” r´ ealisable ` a t

. . . . 147 V.5 Etapes de la construction d’un profil de groupe ` ´ a un instant de l’ex´ ecution . . 148 V.6 Actions implicites de l’utilisateur mesur´ ees entre t

et t

. . . . 150 V.7 Parcours de deux utilisateurs du syst` eme entre t

et t

. . . . 158 VI.1 Infrastructure du syst` eme de suivi en temps r´ eel . . . . 169 VI.2 Exemple de r´ epartition des composants, des r´ egions d’ex´ ecution et de la r´ egion

d’int´ erˆ et ` a t

. . . . 171 VI.3 Espaces accessibles et espaces de mobilit´ e du syst` eme de suivi de r´ egate . . . 173 VI.4 Ensemble ST AT ES des contextes mesurables ` a l’ex´ ecution . . . . 174 VI.5 Chaˆınes des contextes d’ex´ ecution ´ equivalents du syst` eme de suivi r´ egate . . . 175 VI.6 Arbre des tˆ aches annot´ e du syst` eme de suivi de r´ egate . . . . 176 VI.7 Arbre des tˆ aches situ´ e du syst` eme de suivi de r´ egate . . . . 178 VI.8 Comportement du syst` eme modifi´ e selon le contexte d’ex´ ecution rencontr´ e . . 180 VI.9 Interface utilisateur du syst` eme d’information campus . . . . 182 VI.10 Exemple de r´ epartition des composants et des r´ egions d’ex´ ecution du syst` eme

d’information campus . . . . 183 VI.11 Contextes d’ex´ ecution mesurables dans le cas du syst` eme de visite de campus 184 VI.12 Arbre des tˆ aches situ´ e du syst` eme de visite de campus . . . . 184 VI.13 Exemples de variations du contenu et de l’interface pr´ esent´ es en fonction du

contexte d’ex´ ecution. . . . 185

VI.14 Instantan´ e ` a t

d’une visite effectu´ ee par les trois utilisateurs entre t

et t

. . 186

VI.15 Primitives capt´ ees pour la construction des scores personnels . . . . 187

VI.16 Comparaison des variations des scores de groupe et des valeurs moyennes ins-

tantan´ ees . . . . 190

VI.17 Comparaison des variations entre les scores personnels et les scores multi- utilisateurs . . . . 191

VI.18 Vue d’ensemble de la chaˆıne de g´ en´ eration de scores et d’adaptations . . . . . 193

VI.19 D´ eveloppements pour les tests du syst` eme de navigation campus . . . . 194

VI.20 Exemples d’interfaces g´ en´ er´ ees ` a t

. . . . 194

B.1 Proportion des tˆ aches r´ ealisables en fonction du contexte d’ex´ ecution rencontr´ e 209

C.1 Exemple de contexte d’ex´ ecution d’un syst` eme distribu´ e : empreinte spatiale

des r´ egions et notation matricielle des relations entre r´ egions . . . . 211

Liste des tableaux

I.1 Technologies de transmission pour l’infrastructure r´ eseau de syst` emes mobiles

(Banˆ atre et al., 2007) . . . . 13

I.2 Domaines d’utilisation des plates-formes clientes selon les types de mobilit´ e (d’apr` es Kristoffersen et Ljungberg (1999)) . . . . 15

I.3 Solutions apport´ ees par les diff´ erents cadres de conception de syst` emes mobiles aux contraintes de d´ eveloppement des syst` emes distribu´ es . . . . 20

I.4 Synth` ese des solutions propos´ ees pour la conception de syst` emes d’information ` a clients mobiles . . . . 29

II.1 Exemples de capteurs physiques et d’instruments de mesure (Baldauf et al., 2007) . . . . 44

II.2 Synth` ese des qualit´ es et d´ efauts des familles de mod` eles de contexte par rap- port aux propri´ et´ es d´ esirables de la sensibilit´ e au contexte dans les syst` emes ubiquitaires . . . . 53

II.3 Typologie des utilisations du contexte pour Schilit et al. (1994) . . . . 60

II.4 Comparaison des syst` emes adaptables et adaptatifs (d’apr` es Fischer (2001)) . 64 IV.1 Exemple d’entretien entre concepteurs et utilisateurs . . . . 115

IV.2 Exemple de sc´ enario nominal . . . . 116

IV.3 Motivation des propri´ et´ es d’´ equivalence fonctionnelles . . . . 119

V.1 M´ ethodes pour l’hybridation des techniques de mesure de la dimension utilisa- teur (d’apr` es Burke (2002)) . . . . 143

V.2 Scores individuels des ´ el´ ements Sem et TaP entre t

et t

. . . . 158

V.3 Scores des ´ el´ ements “TaP” et “Sem” entre t

et t

. . . . 165

V.4 Profils de groupe . . . . 165

VI.1 Extraits du sc´ enario nominal ´ etabli pour le syst` eme de suivi de r´ egate . . . . 176

VI.2 Sc´ enario alternatif pr´ esentant le cas d’un utilisateur isol´ e . . . . 179 VI.3 Scores des ´ el´ ements “c1” ` a “c4” calcul´ es ` a t

. . . . 188 VI.4 Scores par groupe des ´ el´ ements “c1” ` a “c4” calcul´ es ` a chaque instant entre t

et t

ordre des ´ el´ ements par scores d´ ecroissants :

,

,

et

. 190 VI.5 Synth` ese des performances compar´ ees des scores de groupe par rapport aux

valeurs moyennes instantan´ ees . . . . 192

Introduction

Contexte de la th` ese

L ^{a mobilit´} e est profond´ ement inscrite dans la nature humaine. Des temps les plus

´ eloign´ es, o` u les tribus nomades parcouraient ` a pied les continents, ` a l’´ epoque moderne, o` u le nomadisme s’envisage en fonction de moyens de transport et o` u les distances tra- vers´ ees augmentent sans que le temps du parcours ne s’accroisse, la mobilit´ e des personnes est quotidienne, pour le travail, pour les loisirs, etc. Le point de d´ epart de cette ´ etude consid` ere que l’´ evolution de la mobilit´ e des personnes est en train de croiser celle des d´ eveloppements r´ ecents du monde informatique. Un tel ph´ enom` ene se prolongera in´ eluctablement par un chan- gement de nature de la mobilit´ e des utilisateurs d’une part, et de l’utilisation des syst` emes informatiques d’autre part.

Les changements de comportements humains provoqu´ es par l’apparition d’une infor- matique portable, et l’´ evolution de la mobilit´ e des personnes, posent des probl´ ematiques comportementales, sociologiques ou philosophiques qui d´ epassent le cadre de cette ´ etude. De notre point de vue, l’´ emergence des syst` emes mobiles, r´ esultats du croisement de la mobilit´ e et de l’informatique, est ´ etudi´ ee dans une perspective d’ing´ enierie pour la conception et le d´ eveloppement des syst` emes num´ eriques.

Plus r´ ecemment, la convergence de la mobilit´ e des utilisateurs et de l’informatique constitue la toile de fond du d´ eveloppement des syst` emes d’information mobiles. Le th` eme de la mobilit´ e des syst` emes d’information est d´ esormais au coeur des probl´ ematiques de d´ eveloppement et de recherche des acteurs majeurs de l’informatique, tant du point de vue du mat´ eriel que de celui du logiciel. Depuis l’adoption massive de la t´ el´ ephonie cellulaire, l’engouement du grand public pour les syst` emes mobiles ne se d´ ement pas et oriente industries et soci´ et´ es de services vers la recherche d’innovations.

Cette forte volont´ e d’innovation dans les syst` emes d’information et de communication

est-elle suffisante pour r´ epondre aux enjeux de l’utilisation en mobilit´ e ? La plupart du temps,

les solutions propos´ ees sont, soit d´ evelopp´ ees pour la mobilit´ e et se d´ edient ` a des usages

exclusifs, soit consistent en des plates-formes g´ en´ eriques qui sacrifient en partie leur mobilit´ e

pour se rapprocher de l’informatique “station de travail”. La conception de ces diff´ erentes

solutions se concentre sur les d´ efis techniques pos´ es par la mobilit´ e (p. ex. d´ eveloppement

d’interfaces r´ eduites en encombrement, probl´ ematique de l’alimentation ´ energ´ etique ou de la

connectivit´ e r´ eseau, etc.), et passe ` a cˆ ot´ e de ce qui constitue la diff´ erence fondamentale de l’informatique mobile par rapport ` a l’informatique fixe : les utilisateurs se d´ eplacent dans un espace g´ eographique qui constitue leur environnement. Cet environnement est par nature variable, impr´ evisible et propre ` a contraindre les utilisateurs de syst` emes mobiles. Dans la suite, cette ´ etude initie des pistes de r´ eflexion centr´ ees sur la description g´ eographique du syst` eme et propose une m´ ethodologie conceptuelle pour remettre les notions d’environnement et de variabilit´ e des conditions d’ex´ ecution au coeur d’une d´ emarche de d´ eveloppement de syst` emes mobiles.

Probl´ ematique scientifique

Cette ´ etude porte sur les syst` emes mobiles et distribu´ es, d´ efinis comme un ensemble de composants physiques et logiciels r´ epartis, et concourant ` a la r´ ealisation d’un service au profit d’un ou de plusieurs utilisateur(s) mobile(s). Plus sp´ ecifiquement, ces syst` emes sont abord´ es sous l’angle conceptuel par l’analyse de l’impact de l’environnement du syst` eme sur son fonctionnement et sur les besoins de ses utilisateurs. Cet environnement d’ex´ ecution est difficile ` a caract´ eriser au moment de la conception des syst` emes mobiles. Sa description compl` ete passerait en effet par la d´ etermination de l’ensemble des situations que l’utilisateur pourrait rencontrer lors de sa mobilit´ e. Compte tenu de la grande complexit´ e de l’espace qui entoure le syst` eme et de la quantit´ e des ´ el´ ements qui peuvent impacter la tˆ ache des utilisateurs, d´ ecrire exhaustivement l’environnement d’un syst` eme d’information mobile est une tˆ ache consid´ erable qu’` a notre connaissance, aucune approche conceptuelle ne saurait pr´ etendre r´ esoudre.

A d´ ` efaut de pouvoir tout pr´ evoir ` a la conception, il est n´ ecessaire d’admettre que le syst` eme mobile devra faire face ` a des situations complexes et difficiles ` a appr´ ehender lors de son ex´ ecution. De telles situations nouvelles et changeantes peuvent impacter son fonction- nement, le d´ egrader, le rendre inappropri´ e, etc. Pour mieux r´ epondre ` a ces changements, il reste ` a imaginer des m´ ethodes d’ing´ enierie ad´ equates, propres ` a impl´ ementer des syst` emes r´ eactifs et sachant s’adapter ` a diff´ erentes situations d’ex´ ecution. Dans cette optique, cette

´

etude consid` ere le cas de l’informatique distribu´ ee comme point de d´ epart m´ ethodologique et adresse un ensemble de questions relatives ` a la mobilit´ e de ces syst` emes, ` a leur conception et

`

a leur ex´ ecution :

– Quelle d´ efinition donner au concept de mobilit´ e dans le cas des syst` emes d’information ? En quoi la nature mobile des syst` emes distribu´ es impacte- t-elle leur conception ?

Les syst` emes d’information mobiles sont en g´ en´ eral caract´ eris´ es par leur capacit´ e ` a accompagner un utilisateur dans ses d´ eplacements. Dans un syst` eme distribu´ e, cette mobilit´ e concerne les composants en interaction avec l’utilisateur, notamment sa plate-forme cliente. Plus g´ en´ eralement, aborder la mobilit´ e au niveau de l’ensemble des composants permet d’envisager de nouvelles situations ` a l’ex´ ecution, o` u la dynamicit´ e du syst` eme s’ajoute ` a celle de l’environnement d’utilisation.

– Comment appr´ ehender l’environnement d’un syst` eme mobile ? Quelles

sont les dimensions et les ´ el´ ements qui caract´ erisent une situation

d’ex´ ecution ?

INTRODUCTION 3

La notion d’environnement dans le d´ eveloppement des syst` emes d’information est

´

etudi´ ee par le domaine de recherche de l’informatique contextuelle. La plupart des d´ efinitions du contexte et des dimensions qu’il recouvre privil´ egient la mesure de l’environnement de l’utilisateur pour adapter l’utilisation des syst` emes mobiles.

Dans un syst` eme distribu´ e, mobile pour l’ensemble de sa plate-forme, les conditions d’ex´ ecution et le contexte changent localement pour chacun des composants. L’im- pact global de ces variations locales doit ˆ etre mesur´ e ` a la conception, et n´ ecessite un nouveau dimensionnement du contexte qui d´ epasse le niveau des utilisateurs pour inclure l’ensemble du syst` eme.

– Est-il possible lors de la conception de cat´ egoriser les situations d’ex´ ecution que le syst` eme rencontrera ?

La description des variables du contexte d’un syst` eme mobile donn´ e dimensionne l’ensemble des ´ etats qu’il peut prendre ` a l’ex´ ecution. Pour impl´ ementer un syst` eme contextuel, les concepteurs devraient pr´ evoir des comportements appropri´ es en r´ eaction ` a certaines de ces situations, et en ´ eluder d’autres. En experts du domaine d’application, ils estiment la vraisemblance d’une situation et l’utilit´ e d’y r´ eagir par une adaptation. ´ Etablir la liste des situations d’ex´ ecution et la pertinence des adaptations lorsque chaque composant g´ en` ere un contexte propre devient une tˆ ache complexe. Une telle d´ emarche implique le d´ eveloppement de m´ ethodes semi-automatiques pour fournir aux concepteurs les situations d’ex´ ecution les plus probables et les plus utiles, et leur permettre de concentrer leurs efforts sur les r´ eactions ` a apporter ` a ces situations.

– Comment rendre compte de ces situations d’ex´ ecution dans une d´ emarche de conception ? Quel impact provoque leur int´ egration pour la mod´ elisation du syst` eme ?

Apr` es avoir d´ etermin´ e les dimensions du contexte et pr´ es´ electionn´ e un ensemble de situations d’ex´ ecution d’un syst` eme mobile et distribu´ e, se pose la question de la capacit´ e d’une d´ emarche de conception ` a int´ egrer ces situations. En particulier, dans le cas des syst` emes ` a la fois mobiles et distribu´ es, l’un des principaux d´ efis consiste ` a faire cohabiter dans une mˆ eme d´ emarche de conception des situations provoqu´ ees par des variations du contexte du syst` eme ou de l’infrastructure r´ eseau, avec des situations correspondant ` a des variations des propri´ et´ es de l’utilisateur et de son environnement.

– Parmi les situations pr´ evues ` a la conception, comment offrir une latitude d’ex´ ecution suffisante pour am´ eliorer la valeur du syst` eme ?

Les situations contextuelles caract´ eris´ ees ` a la conception ne repr´ esentent en d´ efinitive

qu’une vue tr` es partielle de la r´ ealit´ e du contexte d’ex´ ecution. Quand il se retrouve

face ` a une situation contextuelle nouvelle, l’utilisateur reste le meilleur juge de

la n´ ecessit´ e d’une adaptation du syst` eme. Les possibilit´ es offertes en termes de

personnalisation selon des usages ou des pr´ ef´ erences viennent compl´ eter ` a un grain

plus fin les adaptations d’ex´ ecution pr´ evues d` es la conception. La personnalisation

dans les syst` emes mobiles et distribu´ es passe par l’´ etude de nouvelles m´ ethodes,

implicites ou explicites, de mesure du contexte utilisateur.

Ces probl´ ematiques de recherche partagent un questionnement sur l’influence de la mo- bilit´ e spatiale et temporelle dans la d´ etermination de situations rencontr´ ees ` a l’ex´ ecution.

L’´ etude approfondie des verrous scientifiques soulev´ es par chacune des questions d´ epasse largement le cadre d’une seule th` ese. Pour r´ epondre ` a la plupart d’entre elles, des travaux originaux et de qualit´ e ont d´ ej` a ´ et´ e men´ es. Ils seront pr´ esent´ es en bibliographie de cette ´ etude et d` es que n´ ecessaire dans la suite du m´ emoire.

En se reposant sur l’existant, l’originalit´ e de cette ´ etude est ` a rechercher dans l’en- chaˆınement et l’adaptation des solutions existantes, ainsi que dans l’approche “g´ eographique”

de la notion de contexte. Ces contributions visent ` a simplifier la conception et l’utilisation de syst` emes mobiles et distribu´ es. Cette ´ etude ne propose pas de d´ efinition propre de la notion de contexte, mais r´ eorganise diff´ erents ´ el´ ements de d´ efinition existants pour correspondre au mieux ` a la description de l’environnement d’un syst` eme mobile. Elle ne propose non plus pas de nouvelles mesures implicites des pr´ ef´ erences des utilisateurs, mais justifie l’application de m´ ethodes existantes dans le cas de la mobilit´ e.

Objectifs et plan du m´ emoire

Un ensemble de domaines scientifiques f´ ed` erent les travaux d´ etaill´ es dans ce manuscrit.

La d´ ecomposition r´ egionale du contexte est associ´ ee aux domaines des sciences de l’informa- tion g´ eographique et de l’informatique contextuelle. Les descriptions des syst` emes mobiles et distribu´ es sont issus de travaux en informatique r´ epartie. L’int´ egration de ces descriptions du contexte et de la plate-forme dans une d´ emarche conceptuelle constitue une proposition de mod´ elisation des syst` emes d’information. L’utilisateur plac´ e au centre de la d´ emarche concep- tuelle implique d’analyser cette contribution sous l’angle de l’interaction Humain-machine.

Enfin, l’utilisation ` a l’ex´ ecution des pr´ ef´ erences d’utilisateurs pour la recommandation de contenu est associ´ ee aux travaux en informatique participative et plus sp´ ecifiquement aux recherches du domaine des syst` emes de recommandation multi-utilisateurs.

Ce m´ emoire aborde les probl´ ematiques scientifiques pr´ ec´ edemment ´ enonc´ ees sous forme de questions ouvertes en trois parties d´ ecompos´ ees en six chapitres, et qui s’articulent autour du th` eme central de l’apport d’une mod´ elisation de l’environnement g´ eographique pour la conception de syst` emes mobiles et distribu´ es (Fig. 1).

L’´ etude de mod` eles et de solutions existantes dans la litt´ erature constitue un ´ etat de l’art des syst` emes mobiles. Cette premi` ere partie est d´ evelopp´ ee dans deux chapitres :

– le chapitre “Syst` emes d’information mobiles” traite de la notion de syst` eme mobile et distribu´ e et souligne le besoin de m´ ethodes de d´ eveloppement centr´ ees sur l’analyse des espaces de mobilit´ e de l’ensemble des composants du syst` eme.

Apr` es une introduction aux syst` emes distribu´ es, ce chapitre d´ etaille les diff´ erents

types de mobilit´ e et les moyens pour les mettre en oeuvre, tant du point de vue

de l’infrastructure r´ eseau que du point de vue de la plate-forme cliente. Dans un

second temps, infrastructures r´ eseau et clients mobiles sont ´ etudi´ es d’un point de

vue conceptuel et diff´ erentes m´ ethodologies pour l’analyse et l’impl´ ementation de

syst` emes mobiles sont d´ etaill´ ees ;

INTRODUCTION 5

– le chapitre “Syst` emes d’information sensibles au contexte” ´ etablit la nature contextuelle des syst` emes d’information mobiles et la n´ ecessit´ e pour un mod` ele conceptuel de prendre en compte l’environnement d’usage et d’ex´ ecution dans la d´ emarche de mod´ elisation du syst` eme. Ce chapitre ´ etudie diff´ erentes propositions de d´ ecomposition des dimensions de l’environnement au sein de mod` eles du contexte.

Ces dimensions du contexte forment la base d’une proposition de classification du contexte en composantes d’usage et d’ex´ ecution. Dans une seconde partie, ce chapitre d´ etaille quelques m´ ethodes pour la mod´ elisation et la mesure de ces deux composantes du contexte, notamment au sein de syst` emes mobiles.

Figure 1 – Organisation et positionnement du m´ emoire par rapport aux probl´ ematiques adress´ ees

Fond´ ee sur l’´ etude bibliographique, la seconde partie de ce m´ emoire applique les prin-

cipes des syst` emes mobiles contextuels dans un cadre de mod´ elisation. Celui-ci repose sur

une approche g´ eographique de la mise en oeuvre de syst` emes mobiles. Cette seconde partie constitue le coeur des travaux de th` ese et est d´ evelopp´ ee dans trois chapitres :

– le chapitre “Mod´ elisation spatiale et temporelle du contexte d’ex´ ecution”

analyse l’ex´ ecution d’un syst` eme d’information mobile et distribu´ e dans son espace g´ eographique, et construit sa repr´ esentation au cours du temps selon un ensemble de r´ egions d’int´ erˆ et. D´ ependantes physiquement ou s´ emantiquement des composants du syst` eme, ces r´ egions sont mobiles dans une portion limit´ ee de l’espace g´ eographique.

L’´ etude des relations entre r´ egions et des limites de leur d´ eplacement d´ etermine l’ensemble des configurations topologiques pouvant apparaˆıtre ` a l’ex´ ecution. Chaque configuration refl` ete une organisation du syst` eme mesurant le contexte d’ex´ ecution ` a un moment donn´ e ;

– dans le chapitre “Contexte d’ex´ ecution, adaptivit´ e et d´ emarche de mod´ elisation”, les ´ etapes de mod´ elisation g´ eographique du contexte d’ex´ ecution sont associ´ ees ` a une d´ emarche de conception de syst` eme interactif centr´ ee sur l’analyse sc´ enaris´ ee des besoins et des tˆ aches des utilisateurs. Les configurations du contexte d’ex´ ecution constituent une entr´ ee compl´ ementaire de la d´ emarche pour spatialiser l’organisation des tˆ aches et compl´ eter les besoins des utilisateurs en regard des capacit´ es offertes par le syst` eme ;

– le chapitre “Contexte d’usage et adaptation par la personnalisation” se concentre sur les utilisations possibles du mod` ele de l’environnement g´ eographique pour la d´ efinition des dimensions du contexte d’usage. Dans le mod` ele propos´ e, l’approche g´ eographique offre de nouveaux crit` eres de regroupement pour la collaboration inter-utilisateurs. Plus particuli` erement, la dimension contextuelle de l’utilisateur est mesur´ ee de fa¸ con implicite au sein de profils par l’´ etude des comportements de groupes partageant une proximit´ e contextuelle d’ex´ ecution. Les profils de groupe g´ en´ er´ es b´ en´ eficient des d´ eplacements des composants du syst` eme pour diffuser pr´ ef´ erences et habitudes dans tout l’espace du syst` eme.

Dans une troisi` eme partie, le chapitre “Illustration de la d´ emarche de mod´ elisation” exp´ erimente deux cas d’´ etude. Le cas d’´ etude du syst` eme de suivi de r´ egate concerne la mise en place d’un outil de suivi en temps r´ eel de comp´ etition nau- tique ` a destination des spectateurs de l’´ ev` enement. Les premi` eres ´ etapes de la conception sont d´ etaill´ ees, depuis la mod´ elisation de l’espace du syst` eme et des r´ egions d’int´ erˆ et, jus- qu’` a l’int´ egration des diff´ erentes situations d’ex´ ecution au sein du mod` ele des tˆ aches des utilisateurs. Le second cas d’´ etude du syst` eme d’information-campus met en place un service de documentation sur les bˆ atiments d’un campus universitaire. Ce syst` eme, construit selon l’approche des r´ egions d’int´ erˆ et, illustre les principes de mesure implicite des profils personnels, de leur fusion et de l’adaptation des interfaces et donn´ ees pr´ esent´ ees au client.

Le chapitre de conclusion reprend l’ensemble des probl´ ematiques scientifiques adress´ ees

dans cette ´ etude. Pour chacune d’elle, un bilan de l’apport et des inconv´ enients de l’approche

g´ eographique pour la mod´ elisation des syst` emes mobiles est pr´ esent´ e. En extension, diff´ erentes

voies d’am´ elioration possibles des mod` eles et des d´ eveloppements sont d´ etaill´ ees.

CHAPITRE

I ^Syst` emes d’information mobiles

Sommaire

I.1 Evolution des syst` ´ emes d’information distribu´ es . . . . 8 I.2 Syst` emes d’information distribu´ es et mobilit´ e . . . . 9 I.2.1 Principes et origines de la mobilit´ e des syst` emes . . . . 10 I.2.2 Infrastructures r´ eseau pour la transmission d’informations . . . . 12 I.2.3 Plates-formes clientes pour la mobilit´ e . . . . 13 I.2.4 Enjeux de la mobilit´ e des syst` emes . . . . 15 I.3 Solutions pour la mise en œuvre d’un syst` eme mobile . . . . 17 I.3.1 Conception ` a bas niveau : distribution, r´ eseau et communication . . 17 I.3.2 Conception ` a haut niveau : Plate-forme cliente . . . . 21 I.4 Conclusion . . . . 31

“L ^{es avanc´} ees technologiques les plus fondamentales sont celles qui savent s’effacer.

Elles sont les fils qui tissent notre quotidien, jusqu’` a en devenir indiscernables”

(Weiser, 1993). Cette vision de technologies pr´ esentes mais non intrusives, qui ac- compagnent les usages du quotidien et les d´ eplacements des utilisateurs, a guid´ e vingt ann´ ees de recherches en informatique ubiquitaire (Bell et Dourish, 2007). L’ubiquit´ e informatique adresse les probl´ ematiques de l’utilisation dans un environnement changeant par l’approche des syst` emes contextuels, et de l’utilisation pervasive, par l’approche des syst` emes mobiles.

Ce chapitre introduit la notion de syst` emes mobiles comme une premi` ere approche du d´ eveloppement de syst` emes ubiquitaires. En introduction, et dans une perspective historique, l’´ emergence des syst` emes mobiles se situe comme une cons´ equence du d´ eveloppement de syst` emes distribu´ es. Plus particuli` erement, les m´ ethodes de conception de syst` emes mobiles reposent sur un ensemble d’outils qui d´ epassent le cadre du d´ eveloppement des syst` emes distribu´ es et qui incluent des m´ ethodes pour prendre en compte la dynamique du syst` eme

`

a l’ex´ ecution. Les avanc´ ees technologiques des infrastructures r´ eseau et des plates-formes clientes qui ont rendu possible le d´ eveloppement de l’informatique mobile sont analys´ ees et compar´ ees. L’´ enonc´ e des enjeux et des perspectives offertes par la mobilit´ e en tant que nouveau paradigme d’interaction avec les syst` emes d’information guidera le d´ eveloppement de la suite du chapitre.

Dans un second temps, un ´ etat de l’art des diff´ erentes solutions pour l’impl´ ementation

de syst` emes mobiles est propos´ e et les travaux fondateurs pour le d´ eveloppement d’infra-

structures client-serveur supportant la mobilit´ e sont pr´ esent´ es. Ces travaux sont repris dans diff´ erentes approches conceptuelles et solutions prototyp´ ees pour l’interaction en mobilit´ e avec la plate-forme cliente. La conclusion ´ etablit un bilan des apports des syst` emes mobiles dans la d´ efinition de l’informatique ubiquitaire, en r´ esume les enjeux majeurs et les futurs d´ eveloppements.

I.1 Evolution des syst` ´ emes d’information distribu´ es

Depuis les premi` eres communications inter-syst` emes entre l’universit´ e de Californie Los Angeles (UCLA) et l’Institut de Recherche Stanford (SRI) ` a la fin des ann´ ees soixante, les syst` emes informatiques se confrontent au monde de la distribution et des r´ eseaux.

L’av` enement d’Internet, r´ eseau de dimension mondiale, et de ses fa¸ cades “grand public” du Mail et du Web a d´ emocratis´ e l’utilisation de syst` emes d’information r´ epartis ` a l’´ echelle de la plan` ete (Hafner, 1998). Pour adresser cette distribution du point de vue de l’architecture logicielle, les syst` emes d’information sont d´ ecompos´ es en briques fonctionnelles ´ el´ ementaires, qui constituent les composants du syst` eme. En g´ en´ eral, une partie m´ etier est d´ eploy´ ee sur des composants serveurs qui garantissent l’acc` es distant du syst` eme aux utilisateurs. Ces derniers interagissent avec le syst` eme par le biais d’un composant client qui propose une in- terface d’acc` es et de modification des informations enregistr´ ees au niveau de la partie m´ etier (Garlan et Shaw, 1993). Cette distribution permet ` a un utilisateur d’acc´ eder ` a un mˆ eme syst` eme d’information depuis diff´ erents espaces physiques (Fig. I.1) : l’espace des ressources mat´ erialise les services qui supportent la partie m´ etier du syst` eme, les espaces domestique ou professionnel sont des exemples d’espaces locaux d’utilisation qui mat´ erialisent les clients du syst` eme et leurs aires d’acc` es au syst` eme pour l’utilisateur (p. ex. pi` ece, bureau, etc.) (Shahi et al., 2005 ; Koile et al., 2003).

Figure I.1 – Principe de distribution d’un syst` eme d’information

L’infrastructure r´ eseau lie les composants entre eux et garantit en particulier la com-

munication entre les clients et les serveurs. Ces architectures dites en tiers r´ epartis sont

d´ esormais largement adopt´ ees et Internet s’´ etablit comme le support r´ eseau privil´ egi´ e pour

la communication entre tiers (Eckerson, 1995). Du point de vue des utilisateurs, tout client

acc´ edant ` a l’infrastructure r´ eseau peut ´ echanger avec la partie m´ etier. De mˆ eme, la partie

m´ etier, li´ ee ` a l’infrastructure r´ eseau, capitalise ses ressources au niveau du serveur et rend

possible l’´ echange d’informations avec les clients. Ce lien r´ eseau, inh´ erent aux syst` emes dis-

tribu´ es, constitue leur principal atout et leur plus grande faiblesse. Rotem-Gal-Oz (2009) et

I.2. SYST ` EMES D’INFORMATION DISTRIBU ´ ES ET MOBILIT ´ E 9

Deutsch (2009) notent que cette pr´ epond´ erance du r´ eseau au centre de l’infrastructure biaise la mod´ elisation des syst` emes distribu´ es et id´ ealise leur fonctionnement. En particulier, l’infra- structure r´ eseau est pr´ esuppos´ ee 1) fiable, 2) instantan´ ee dans ses transmissions, 3) de largeur de bande suffisante, 4) homog` ene, 5) de topologie constante, 6) sˆ ure et 7) gratuite d’acc` es.

Ces pr´ esuppos´ es de conception assujettissent l’ex´ ecution des syst` emes distribu´ es aux al´ eas d’architecture, d’environnement et d’utilisation. Par exemple, si l’infrastructure r´ eseau est inaccessible, tiers clients comme tiers m´ etiers deviennent isol´ es et le fonctionnement r´ eparti du syst` eme d’information est compromis. D’autre part, les utilisateurs sont contraints dans leurs usages du syst` eme au sein d’espaces d’utilisation limit´ es (bureau, salon, etc.) dans les- quels le client acc` ede ` a l’infrastructure r´ eseau au moyen d’une liaison filaire, c’est-` a-dire par un branchement physique tangible entre la plate-forme cliente et le reste de l’infrastructure r´ eseau. Du point de vue de l’utilisateur, il y a discontinuit´ e du syst` eme lors de son passage entre deux espaces d’utilisation non connect´ es. Par exemple, dans le cas du syst` eme pr´ esent´ e en figure I.1, l’utilisateur perd l’acc` es au service lorsqu’il se rend de son domicile ` a son travail.

Plusieurs approches pour r´ eduire l’impact de ces pr´ esuppos´ es conceptuels ont ´ et´ e pro- pos´ ees, chacune s’attachant ` a la r´ esolution d’un ou plusieurs probl` emes en particulier. Par exemple les architectures “pair ` a pair” proposent une solution aux probl` emes de la robus- tesse de l’infrastructure r´ eseau et des variations dans la topologie des composants (Moore et Hebeler, 2002). Les clients l´ egers (thin clients) agissent uniquement comme interface de manipulation du syst` eme et d´ el` eguent l’int´ egralit´ e de la logique m´ etier et des donn´ ees au niveau du serveur pour ´ economiser la bande passante et les coˆ uts de communication r´ eseau (Lewandowski, 1998). Le langage de description d’infrastructure Darwin permet de conce- voir des mod` eles distribu´ es reconfigurables, qui supportent une topologie r´ eseau dynamique (Magee et al., 1995). Plus g´ en´ eralement, l’ex´ ecution d’un syst` eme distribu´ e est hautement contextuelle, non seulement du point de vue de la plate-forme cliente, mais aussi pour tous les composants distribu´ es et pour l’infrastructure elle-mˆ eme. Cette ex´ ecution doit donner lieu

`

a une analyse conceptuelle qui int` egre la topologie du r´ eseau, l’environnement, le trafic, les coˆ uts, etc. comme des param` etres variant lors de l’ex´ ecution. La suite de ce chapitre s’attache plus particuli` erement au d´ eveloppement de la mobilit´ e appliqu´ ee aux syst` emes d’information comme solutions conceptuelles aux biais des infrastructures distribu´ ees. L’´ emergence de la mobilit´ e comme un cas particulier de syst` emes distribu´ es a remis au centre du processus de conception les biais d’architecture et d’infrastructure recens´ es par Rotem-Gal-Oz (2009).

Ceux-ci sont consid´ er´ es comme des caract´ eristiques intrins` eques de la mobilit´ e et non plus comme des cas d’erreur de la distribution des syst` emes. Les syst` emes d’information d´ evelopp´ es deviennent conscients de leur mobilit´ e (“Mobile-aware” selon Chen et Kotz (2000)) et des limites techniques que celle-ci implique, et y r´ epondent par des adaptations au niveau du transport d’information comme au niveau du dialogue et de l’interaction avec les utilisateurs.

I.2 Syst` emes d’information distribu´ es et mobilit´ e

Le nomadisme et la mobilit´ e quotidienne croisent la voie de la technologie, et cette ten-

dance se manifeste par de nouveaux comportements d’utilisateurs. Accompagn´ es dans leurs

d´ eplacements par un ensemble de dispositifs mobiles, t´ el´ ephones, ordinateurs, assistants per-

sonnels, etc., ces utilisateurs veulent acc´ eder ` a leurs informations personnelles et ` a diff´ erents

services d’information quels que soient l’endroit, le moment et les conditions d’utilisation.

L’informatique mobile, issue de l’´ evolution des syst` emes distribu´ es, se pr´ esente comme un cadre de d´ efinition de ces nouveaux usages des syst` emes d’information.

I.2.1 Principes et origines de la mobilit´ e des syst` emes

Un syst` eme distribu´ e devient mobile s’il permet la transition sans interruption d’acc` es entre ses espaces d’utilisation (Katz, 1994). Cette mobilit´ e ´ emerge depuis le milieu des ann´ ees 90, ` a la suite des avanc´ ees des Nouvelles Technologies de l’Information et de la Communication (NTIC). En particulier, deux principes, apparus avec les NTICs, diff´ erencient un syst` eme d’information statique et son ´ equivalent mobile :

– l’infrastructure physique du r´ eseau est accessible par l’interm´ ediaire de liaisons non filaires dans l’espace de mobilit´ e ;

– le client devient mobile, et est utilis´ e tout au long du parcours de l’utilisateur dans les diff´ erents espaces d’utilisation.

Kopomaa et Snellman (2000) g´ en´ eralisent leur ´ etude de l’impact des t´ el´ ephones portables sur l’utilisation des syst` emes d’information, et montrent comment ces deux changements d’infrastructure permettent la concr´ etisation du principe de mobilit´ e au sein des syst` emes d’information et alimentent la tendance au nomadisme de leurs utilisateurs.

Dans le syst` eme d´ ecrit en introduction (Fig. I.1), un utilisateur se rendant ` a son lieu de travail effectue un passage d’un espace d’utilisation domestique ` a un espace d’utilisation professionnel. La transition s’effectuant hors de tout espace d’utilisation, l’utilisateur n’acc` ede plus au service pendant sa p´ eriode de mobilit´ e. Le pendant mobile de ce syst` eme distribu´ e offre ` a l’utilisateur un chemin d’acc` es continu entre les deux espaces d’utilisation, par le biais d’un espace de mobilit´ e interm´ ediaire (Fig. I.2).

Figure I.2 – Principe de la mobilit´ e dans un syst` eme d’information distribu´ e

Durant la transition, l’utilisateur est mobile 1) dans l’espace g´ eographique, le long du trajet vers son bureau ; 2) dans le temps, entre ses moments de d´ epart et d’arriv´ ee ; et 3) dans l’espace des conditions d’environnement caract´ erisant les influences ext´ erieures au syst` eme.

Kakihara et Sørensen (2001) reprennent l’espace, le temps et le contexte comme les trois di-

mensions orthogonales du concept de mobilit´ e dans les relations entres personnes et syst` emes.

I.2. SYST ` EMES D’INFORMATION DISTRIBU ´ ES ET MOBILIT ´ E 11

Les auteurs argumentent en faveur d’une mobilit´ e d´ efinie non seulement comme la relation d’utilisateurs ` a un espace g´ eographique (Makimoto et Manners, 1997), mais aussi comme un ensemble de d´ eplacements d’objets (p. ex. un ordinateur mobile accompagnant l’utilisateur), de contenus symboliques (p. ex. sons, images, textes), et d’espaces (p. ex. passage d’un es- pace g´ eographique ` a un “cyberespace” dans lequel les distances se mesurent en liens entre des contenus symboliques). Ces trois dimensions de la mobilit´ e des utilisateurs ont ´ et´ e large- ment d´ evelopp´ ees avec l’apparition de nouveaux moyens et techniques de communication et d’interaction. En particulier, ces d´ eplacements prennent sens dans les syst` emes d’information mobiles et sont contraints par les dimensions orthogonales mises en jeu lors de la mobilit´ e (Krogstie et al., 2004) :

– la dimension spatiale r´ ef´ erence les lieux d’utilisation des clients mobiles acc´ edant aux services du syst` eme. Le client repr´ esente la partie de l’utilisateur perceptible par le syst` eme ;

– la dimension temporelle repr´ esente le moment de l’utilisation et les interactions pass´ ees entre le client et le serveur ;

– la dimension contextuelle per¸ coit l’environnement du syst` eme et mesure ses change- ments pour modifier le comportement du syst` eme et le rendre plus appropri´ e.

Figure I.3 – Trois types de mobilit´ e selon Kristoffersen et Ljungberg (1999)

Kristoffersen et Ljungberg (1999) cat´ egorisent le nomadisme des utilisateurs selon qu’ils effectuent un transport, une visite ou une balade. Lors d’un transport, l’utilisateur emprunte un moyen de locomotion pour se d´ eplacer d’un endroit ` a un autre. Il est passager ou conducteur et subit des contraintes d’interaction li´ ees ` a la mobilit´ e du v´ ehicule ou ` a la charge cognitive engendr´ ee par la conduite. Le syst` eme mobile utilis´ e repose ´ eventuellement sur les ressources du v´ ehicule. Quand il se balade, l’utilisateur est mobile lors de son acc` es au syst` eme d’informa- tion, mais contrairement au transport, il n’emprunte pas de v´ ehicule. En visite, l’utilisateur acc` ede ` a un syst` eme mobile en diff´ erents endroits, entre lesquels il se d´ eplace ´ eventuellement en continuant d’acc´ eder au service. Balade et transport permettent de rejoindre deux en- droits de visite en gardant acc` es au syst` eme d’information. Ils s’effectuent dans des espaces de mobilit´ e, tandis que les endroits de visite sont associ´ es ` a des espaces d’utilisation locaux.

Dans l’exemple de syst` eme mobile repr´ esent´ e en figure I.2, l’utilisateur se d´ eplace entre l’en-

droit de visite “Domicile” et l’endroit de visite “Professionnel”, respectivement deux espaces

d’utilisation locaux, par une balade ou un transport au sein d’un espace de mobilit´ e, selon

qu’il se rend ` a pied ou en voiture au travail.

I.2.2 Infrastructures r´ eseau pour la transmission d’informations

Le premier principe pour le d´ eveloppement de syst` emes d’information mobiles rend compte de la n´ ecessit´ e de transmettre des donn´ ees par des liaisons sans fil entre les diff´ erents composants du syst` eme. Dans le cas des syst` emes informatis´ es, la nature bi-directionnelle des communications, les distances ` a couvrir, et les volumes importants des donn´ ees ` a trans- mettre ont soulev´ e des probl` emes techniques limitant l’adoption initiale d’infrastructures de support pour la mobilit´ e. La premi` ere infrastructure raisonnablement accessible et disponible pour le d´ eveloppement de syst` emes mobiles est apparue avec les r´ eseaux cellulaires et la t´ el´ ephonie mobile. L’adoption massive par le grand public de ce nouveau moyen de communi- cation a d´ emontr´ e l’int´ erˆ et des syst` emes mobiles et de nombreuses solutions d’infrastructures de transmission de donn´ ees ont depuis ´ et´ e d´ evelopp´ ees. Banˆ atre et al. (2007) classent ces moyens de communication non filaires selon qu’ils reposent sur une infrastructure fixe ou une infrastructure dynamique.

Parmi les infrastructures fixes, les r´ eseaux cellulaires ont ´ et´ e d´ evelopp´ es ` a des ´ echelles nationales, voire internationales. En France et en Europe on retrouve le GSM (Global Sys- tem of Mobile communications) et son successeur de troisi` eme g´ en´ eration, l’UMTS (Universal Mobile Telecommunication System) comme r´ eseau support de la t´ el´ ephonie et de l’Internet mobile. Les r´ eseaux satellitaires comme Iridium, Inmarsat ou Globalstar garantissent un acc` es

`

a l’infrastructure r´ eseau quelle que soit la localisation de l’utilisateur, mais aux d´ epens de l’encombrement du client et des coˆ uts de communication. Ces r´ eseaux sont utilis´ es parti- culi` erement en milieu maritime pour communiquer la position et la route des navires de transport de marchandises (Wu et al., 1994). Les syst` emes GPS (Global Positioning System) et le futur Galileo, permettent ` a un client ` a terre de d´ eterminer sa position et son altitude en se situant par rapport ` a des satellites localis´ es (Grewal et al., 2001). La transmission est di- rig´ ee depuis le satellite vers le client et n’offre pas l’infrastructure bi-directionnelle n´ ecessaire

`

a un syst` eme d’information. Toutefois, la localisation est devenue pr´ epond´ erante pour la for- malisation de la dimension contextuelle de la mobilit´ e. La localisation, par l’interm´ ediaire, par exemple, du syst` eme GPS, est consid´ er´ ee comme un constituant essentiel des syst` emes mo- biles. Enfin, les infrastructures par “point d’acc` es” Wi-Fi ou Wi-Max ´ etablissent des r´ eseaux WLAN (Wireless Local Area Network) dans lesquels l’acc` es au syst` eme est garanti dans une cellule de communication ` a proximit´ e du point d’acc` es. Le passage entre plusieurs cellules par des techniques d’itin´ erance d’adressage (p. ex. le roaming IP) permet un acc` es continu au support r´ eseau lors des d´ eplacements des composants mobiles du syst` eme.

Les infrastructures dynamiques ´ etablissent des communications directes entre les consti- tuants mobiles du syst` eme d’information, sans passer par une infrastructure fixe. Les r´ eseaux ad-hoc consid` erent les composants du syst` eme comme les nœuds du r´ eseau et ´ etablissent des protocoles de routage de l’un ` a l’autre (Royer et Toh, 1999). L’architecture est dynamique et se modifie en fonction de la capacit´ e des composants ` a communiquer entre eux. Les r´ eseaux radio ` a port´ ee limit´ ee comme BlueTooth ou le Wi-Fi en mode ad-hoc permettent un ´ echange d’informations entre composants tr` es proches, dans une pi` ece, ou sur un mˆ eme bureau. Ces liaisons WPAN (Wireless Personal Area Network) structurent en g´ en´ eral le tiers client. Par exemple, certains clients mobiles l´ egers reposent sur des liaisons de type BlueTooth ou infra- rouge pour communiquer avec une station de travail et acc´ eder aux services de cette derni` ere.

De la mˆ eme mani` ere, un transport Wi-Fi peut constituer un support de r´ eseau mobile lo-

I.2. SYST ` EMES D’INFORMATION DISTRIBU ´ ES ET MOBILIT ´ E 13

cal ` a un espace d’utilisation domestique, pour communiquer entre une station cliente et ses p´ eriph´ eriques num´ eriques (t´ el´ evision, chaˆıne Hi-fi)(Zheng et Lee, 2004).

Tableau I.1 – Technologies de transmission pour l’infrastructure r´ eseau de syst` emes mobiles (Banˆ atre

2007)

Type Couverture Port´ ee D´ ebit Exemple

Satellite monde 1000km 100Kb.s → 2M b.s Iridium, Inmarsat Cellulaire pays 100m → 30km 10Kb.s → 1000Kb.s GSM, GPRS, UMTS

WLAN bˆ atiment 10m → 10km 10M b.s → 100M b.s Wi-Fi, Wi-Max WPAN pi` ece 1m → 10m 100Kb.s → 1000M b.s BlueTooth, Wi-Fi,

IrDA, Zigbee

Ces infrastructures r´ eseau offrent une palette d’outils mat´ eriels pour la mise en place d’architectures mobiles quelle que soit l’´ echelle (Tab. I.1). De plus, tous ces supports phy- siques permettent la transmission de paquets IP (Internet Protocol). L’interop´ erabilit´ e de ces r´ eseaux, garantie par cet adressage commun, permet ` a un composant de syst` eme d’informa- tion mobile de transiter de fa¸ con transparente d’un niveau de mobilit´ e personnel ` a un niveau global sans rupture dans l’acc` es au reste du syst` eme. Les moyens de transmission sont en constante ´ evolution, et l’introduction de l’adressage IP dans sa version 6 promet d’am´ eliorer encore la continuit´ e du support r´ eseau au niveau des plates-formes mobiles (Perkins et John- son, 1996). Essentiels pour la mobilit´ e, les routeurs et infrastructures IPV6 supporteront nativement la mobilit´ e de r´ eseau (Network Mobility, NEMO

) et le contrˆ ole de la qualit´ e de service (Quality of Service, QoS

). Toutefois, ces technologies sont encore marginales et leur mise en place ne se fait que tr` es progressivement. Mˆ eme si l’interop´ erabilit´ e des diff´ erents r´ eseaux s’am´ eliore et favorise un acc` es universel au support de transmission, les questions des coˆ uts d’acc` es, de la port´ ee ou du d´ ebit variant selon le support, restent ouvertes et impliquent souvent pour le syst` eme de savoir s’adapter aux conditions de transmission.

I.2.3 Plates-formes clientes pour la mobilit´ e

L’adoption massive de la t´ el´ ephonie mobile a apport´ e une preuve de l’engouement du grand public pour les syst` emes mobiles. Du milieu des ann´ ees 90 ` a aujourd’hui, pr` es de la moiti´ e de la population mondiale s’est ´ equip´ ee et dans les pays d´ evelopp´ es on compte d´ esormais neuf t´ el´ ephones portables pour dix habitants (Telecommunication Development Bureau, 2008). Ce succ` es a ´ et´ e un pr´ ealable ` a l’´ emergence des syst` emes d’information mo- biles. Face aux attentes nouvelles des utilisateurs d´ ecouvrant les possibilit´ es de l’informa- tion en mobilit´ e, les constructeurs et les op´ erateurs poussent la recherche et l’innovation et d´ eveloppent des clients aptes ` a de nouveaux usages. En particulier, la miniaturisation des com- posants ´ electroniques et les am´ eliorations en termes de consommation et de stockage d’´ energie transforment les terminaux mobiles en instruments multim´ edia. Ces avanc´ ees technologiques permettent le passage d’une utilisation de clients mobiles mono-usage (p. ex. t´ el´ ephone GSM pour t´ el´ ephoner, pager pour envoyer des messages ou r´ ecepteur GPS pour se rep´ erer) ` a des clients mobiles multi-usages (p. ex. smartphone de type Iphone pour t´ el´ ephoner, se rep´ erer,

1. http ://tools.ietf.org/html/rfc3963

2. http ://tools.ietf.org/html/rfc2990

envoyer des messages, etc.) (Steiniger et al., 2006). Ces clients mobiles se rapportent histori- quement ` a diff´ erentes familles d’appareils (Fig. I.4) :

– Les t´ el´ ephones portables reposent sur les r´ eseaux de communication cellulaires et proposent un ensemble de services entres plusieurs utilisateurs : conversation orale, messagerie instantan´ ee, partage de photos et vid´ eos. Les faibles ressources

´ energ´ etiques n´ ecessaires au fonctionnement de ces syst` emes offrent aux t´ el´ ephones portables une longue autonomie.

– Les ordinateurs portables ont ´ et´ e les premiers clients mobiles. Ils offrent des capa- cit´ es mat´ erielles similaires aux ordinateurs de bureau et peuvent ex´ ecuter les mˆ emes outils logiciels. Par rapport aux autres plate-formes mobiles, leur encombrement et leur faible autonomie limitent toutefois leur mobilit´ e.

– Les assistants personnels, outils de gestion d’agenda et de carnet d’adresses, sont des ordinateurs de poche d’une autonomie moyenne. A leur origine, ces clients dispo- saient de capacit´ es r´ eseau tr` es limit´ ees (type WPAN), voire inexistantes.

– Les syst` emes embarqu´ es sont associ´ es ` a un syst` eme de transport. Par exemple, les syst` emes de navigation pour l’automobile utilisent les ressources ´ energ´ etiques du v´ ehicule et sont moins contraints par les besoins de miniaturisation et d’autonomie.

Avec les assistant personnels, cette cat´ egorie est aujourd’hui en tr` es forte progression sur le march´ e grand public des dispositifs nomades.

– Les ordinateurs port´ es (Wearable computers) suivent leurs utilisateurs dans leur mobilit´ e. Ils per¸ coivent leur environnement et s’y adaptent pour proposer une in- teraction naturelle ` a l’utilisateur, sans le perturber dans sa tˆ ache (Rhodes, 1997).

Les ordinateurs port´ es repr´ esentent un futur possible pour l’informatique embarqu´ ee, dans lequel le syst` eme et ses services font partie d’un environnement technologique

“tranquille” (“Calm technology”, Weiser et Brown (1996)) auquel l’utilisateur acc` ede naturellement, en harmonie avec son activit´ e.

Figure I.4 – Exemples de clients pour les syst` emes d’information mobiles

Aujourd’hui, les fronti` eres entre ces diff´ erentes familles de clients mobiles tendent ` a

s’amenuiser et leurs domaines d’utilisation s’´ etendent pour couvrir la palette des types de mo-

bilit´ e d´ ecrits par Kristoffersen et Ljungberg (1999) (Tab. I.2) (Bouju, 2008). Les t´ el´ ephones

portables se sont enrichis de claviers (physiques ou virtuels) et d’appareils photo pour deve-

nir des unit´ es multim´ edia autonomes. Barton et al. (2006) imaginent des syst` emes mobiles