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UNIVERSITÉ PARIS-EST ÉCOLE DOCTORALE MATHÉMATIQUE ET STIC THÈSE DE DOCTORAT Spé

UNIVERSITÉ PARIS-EST ÉCOLE DOCTORALE MATHÉMATIQUE ET STIC THÈSE DE DOCTORAT Spécialité : Electronique, Optronique et Systèmes Laboratoire ESYCOM Electronique, Système de Communications et Microsystèmes Présentée et soutenue publiquement par Jinane SAYAH Le 18 décembre 2009 Contribution à la modélisation, à la simulation et à l'évaluation d’applications nomades à intelligence répartie – Application à l’assistance aux voyageurs aveugles dans les transports publics et les pôles d’échanges Directeur de thèse : Geneviève Baudoin Co-encadrants : Olivier Venard et Bachar El Hassan Jury Rapporteurs : Jaime Lopez Krahe, Professeur à l’université Paris 8 Mounir Mokhtari HDR, Maître de conférences à Télécom SudParis, HDR Examinateurs : Geneviève Baudoin, Professeur ESIEE Paris, HDR Bachar El Hassan, Maître de conférences Université libanaise Venard Olivier, Maître de conférences ESIEE Paris Martine Villegas, Professeur ESIEE Paris, HDR Ahmed Seffah, Professeur EHL Lausanne, HDR Remerciements Je voudrais remercier tous ceux qui ont collaboré à la réussite de ce travail. Ma profonde reconnaissance à ma directrice de thèse, Geneviève Baudoin, pour sa patience, son appui et son soutien durant ces quatre années. Mes remerciements sincères à mon encadrant Olivier Venard et à mon co-encadrant Bachar El Hassan pour leurs idées constructives et leurs commentaires pertinents. Mes sentiments dévoués à mes deux rapporteurs, Jaime Lopez Krahe et Mounir Mokhtari pour avoir accepté de juger mon travail et à Martine Villegas et Ahmed Seffah pour l’honneur qu’ils m’avaient donné d’être examinateurs de ce mémoire. Un grand merci au personnel de l’université Paris-Est et de l’ESIEE pour leur acceuil chaleureux et les moments agréables que j’ai passés avec eux malgré mes séjours un peu courts mais qui vont sûrement me manquer. Mes remerciements profonds et chaleureux à ma famille et à mon mari pour leurs encouragements et leur aide inestimables. Finalement un merci du fond du cœur à mon petit ange qui a changé mon monde et a été une source d’espoir et de motivation précieuse qui m’a permis de mener cette thèse jusqu’au bout. Sincèrement, Jinane. i RÉSUMÉ Les développements récents dans le domaine des systèmes de communication mobiles (GSM/GPRS, UMTS, WIFI, WIMAX, ZigBee, Bluetooth, ULB), d’aide à la localisation (GPS, WPS, DRM), des nouveaux dispositifs mobiles intelligents comme les PDA et les téléphones intelligents, de l’accès aux données rendent possible le développement de nouvelles applications et services facilitant la vie quotidienne par un accès simple et généralisé à des informations temps réel. En particulier, de nouveaux services sont mis en œuvre, permettant d’améliorer l’intégration des personnes handicapées notamment les personnes aveugles. Le sixième programme cadre de recherche de l’union européenne a introduit à ce propos la notion d’«Ambient Intelligence». De nombreuses technologies existent mais il faut pouvoir les intégrer d’une manière fiable et efficace en plaçant l’utilisateur final au centre des préoccupations. Un point important est le fonctionnement sans discontinuité perceptible par l’utilisateur dans différents environnements comme la maison, les transports publics, les espaces publics. Les applications et services développés doivent être contrôlables simplement par l’utilisateur, ceci est d’autant plus vrai si l’utilisateur est handicapé. Dans ce contexte, la thèse a contribué au développement d’un système d’information et de guidage destiné aux personnes aveugles dans les transports publics. Les travaux s’appuient sur les acquis des projets RAMPE et INFOMOVILLE menés au sein d’un partenariat entre l’ESIEE, l’université Paris 8, le cabinet Ergonomos et la société LUMIPLAN. Le système RAMPE est formé d'une infrastructure réseau éventuellement hétérogène et de dispositifs intelligents portés par l’utilisateur. Chaque composant du système (stations de base ou bornes, dispositifs mobiles, serveurs de base de données) constitue un nœud producteur et consommateur d’informations et de services. Ce système a pour vocation de faciliter les déplacements dans les pôles d’échanges (bus, tramways, métros …) qui sont des environnements particulièrement complexes pour un usager non familier qui doit découvrir les possibilités liées à son parcours. Cette situation est aggravée pour un voyageur aveugle. INFOMOVILLE s’inscrit dans le prolongement de RAMPE et a pour objectif de fournir des informations temps-réel, d’aider à l’orientation et à la sécurité des voyageurs à handicap sensoriel (visuel ou auditif) dans les transports publics. La thèse a porté sur deux aspects critiques de ce type de systèmes : la fiabilité de la transmission de données et la capacité à localiser et à guider l’utilisateur de manière robuste. Elle a d’autre part développé un environnement de simulation utilisant le logiciel OMNeT++ pour le prototypage et l’analyse du fonctionnement de l’application nomade ainsi que l’étude des aspects réseaux de communication mobile. Des limitations existent dans la version actuelle du système RAMPE/INFOMOVILLE notamment en ce qui concerne les protocoles de communication entre les bornes (équipant les stations de bus) et les PDA (dispositif porté par l’aveugle). Le présent travail a conduit à proposer un protocole plus performant et plus adéquat au type de trafic qu’on rencontre dans l’application RAMPE/INFOMOVILLE. La technologie de communication WiFi adoptée dans RAMPE/INFOMOVILLE peut aussi servir à des services supplémentaires notamment des services de localisation et de guidage. ii Cette technologie, bien qu’elle soit disponible et largement implémentée, est toutefois sujette aux erreurs et affectée par divers facteurs. Elle peut donc manquer de la fiabilité requise pour des systèmes comme RAMPE/INFOMOVILLE. Pour pallier à cette situation, on propose un protocole, inspiré d’un protocole existant qui ajoute, d’une part, une certaine fiabilité et sûreté à la communication, et d’autre part, permet de fabriquer un indicateur de qualité de la transmission réseau. Cet indicateur peut être traduit en un message compréhensible par les utilisateurs du système pour leur donner un degré de confiance en l’application et en leurs dispositifs. Cette qualité de liaison peut être évaluée et estimée selon plusieurs critères ; on a choisi un critère, le taux d’erreurs paquet (PER), bien adapté à l’application et à la technologie utilisées. Pour montrer l’efficacité du protocole proposé et le comparer aux protocoles actuels utilisés dans RAMPE/INFOMOVILLE, on le simule sur deux types de canaux : un canal réel pouvant être perturbé par plusieurs facteurs et interférences, et un canal modélisé par un modèle de Gilbert- Elliot en utilisant dans les deux cas le simulateur OMNeT++. Afin de minimiser le temps de simulation, le modèle de canal introduit simule les erreurs au niveau paquet. On déduit de l’identification des paramètres du modèle de canal, l’indicateur de qualité de transmission permettant d’élaborer un niveau de confiance pour l’utilisateur. Le système RAMPE/INFOMOVILLE dans sa version actuelle ne propose pas de réel service de guidage ou de localisation pour les voyageurs aveugles à l’exception d’un guidage sonore à l’approche des bornes. Pourtant l’infrastructure et la technologie WiFi utilisée pour la communication peut être utilisée en localisation et guidage afin d’aider l’utilisateur à atteindre sa destination qui peut être un arrêt de bus au sein d’un pôle d’échanges ; Cette technologie peut être utilisée aussi bien dans les zones extérieures que dans les zones intérieures. Les systèmes de localisation existants utilisant la technologie WiFi avec une méthode d’empreinte radio permettent d’obtenir une précision suffisante pour ce type d’application mais présentent comme inconvénient important le temps nécessaire pour calibrer un site avec la précision voulue pour guider des personnes aveugles ou malvoyantes. Dans cette thèse, on propose une approche de la localisation et du guidage permettant de répondre aux besoins des utilisateurs tout en minimisant les contraintes pour les exploitants des réseaux de transport. Cette approche repose sur la notion de chemins privilégiés correspondant aux parcours possibles dans un pôle d’échanges. Ces chemins privilégiés sont calibrés avec une précision supérieure à celle des autres zones. Cette approche permet de réduire de manière importante le temps de calibration d’un site tout en conservant les performances requises. D’autres facteurs doivent aussi être considérés comme l’influence du déplacement ou de la panne éventuelle des points d’accès WiFi utilisés pour la localisation. Ces différents aspects et les solutions proposées ont été testés et validés par des expérimentations sur site. Mots clés Applications nomades, systèmes d’information, aveugles et malvoyants, transports en commun, localisation, guidage, WiFi, WiFi Positioning System (WPS), protocoles réseau, PDA. iii ABSTRACT The recent developments of mobile communication systems (GSM/GPRS, UMTS, WIFI, WIMAX, ZigBee, Bluetooth, UWB), location systems (GPS, WPS, DRM), new intelligent mobile devices (Personal Digital Assistant (PDA), smartphones), structuring and data access, have made possible the development of new services and applications making daily life easier by a simple and generalized access to real time information. In particular, new services are elaborated to improve the integration of handicapped people precisely the visually impaired or blind people. The sixth research program of the European Union has introduced in this context the notion of “Ambient Intelligence”. Many technologies exist but it is necessary to integrate them in a reliable and effective way while giving intensive care to the end user. An important point is to guarantee the end user a continuous service in various environments like the house, public transports and public spaces. The developed applications and services must be simply controllable by the user especially if the user is handicapped. In this context, this thesis contributed in the development of an information and guidance system for the blind people in the poles of transport interactions; uploads/Geographie/ these-el-sayah.pdf