Repousser les limites de l'informatique ubiquitaire par l'utilisation des smartphones

Pushing the limits of ubiquitous computing through the use of smartphones

• Auteur / Autrice : Kevin Jiokeng Fofie
• Direction : Gentian Jakllari, André-Luc Beylot
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Informatique et Télécommunication
• Date : Soutenance le 06/01/2022
• Etablissement(s) : Toulouse, INPT
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mathématiques, informatique et télécommunications (Toulouse)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de Recherche en Informatique de Toulouse (1995-....) - Institut de Recherche en Informatique de Toulouse (1995-....)
• Jury : Président / Présidente : Isabelle Guérin-Lassous
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Gentian Jakllari, André-Luc Beylot, Nathalie Mitton, Nicolas Montavont, Andrzej Duda, Vania Conan
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Nathalie Mitton, Nicolas Montavont

Mots clés

Mots clés contrôlés

Localisation (informatique)

Identification biométrique

Informatique omniprésente

Intelligence ambiante

Mots clés libres

Smartphone

Localisation

Santé

Authentification biométrique

Informatique ubiquitaire

Smartphone

Localization

Healthcare

Biometric authentication

Ubiquitous computing

Résumé

Les smartphones occupent une place de plus en plus importante dans notre quotidien. Ils permettent d’accéder, en tout temps et en tout lieu, à de nombreux services facilitant la vie de l’utilisateur et jouent ainsi un rôle important dans nos modes de vie à l’ère de l’informatique ubiquitaire. De nombreux travaux ont montré par exemple qu’il était possible de proposer avec ces dispositifs mobiles bien plus que ce que l’on peut faire avec un simple ordinateur. L’espace des services qu’ils offrent s’est ainsi grandement étendu dans des domaines extrêmement variés. Cependant, leur mise en œuvre présente souvent des limites en raison des importantes contraintes importantes d’utilisation qu’elles font peser sur l’utilisateur, du déploiement infrastructurel qu’elles requièrent ou de la précision limitée qu’elles permettent d’atteindre. Dans cette thèse, nous nous proposons de repousser ces limites. Nous avons retenu la condition d’utilisation la moins contraignante : celle d’un téléphone simplement tenu dans la main. Nous proposons alors HandRate, le premier système capable de suivre la fréquence cardiaque d’un utilisateur dans ce contexte d’utilisation. Nous exploitons ensuite ce même signal vibratoire de la main pour construire HoldPass, un système capable d’authentifier un utilisateur dans ces mêmes conditions d’utilisation. HandRate et HoldPass peuvent ainsi jouer un rôle important dans la lutte contre les maladies cardio-vasculaires et une authentification biométrique plus sûre et plus difficile à outrepasser. Pour ajouter du contexte à ces informations médicales, nous mettons à profit les avancées récentes du standard WiFi et proposons un algorithme, FUSIC, permettant de fournir une localisation plus précise à l’intérieur des bâtiments. Des prototypes de chacune de ces solutions ont été implantés sur du matériel réel et ont donné lieu à des expérimentations en vraie grandeur, incluant parfois la participation de centaines d’utilisateurs. Elles montrent des améliorations sensibles des performances tout en minimisant les contraintes d’utilisation.

Smartphones have increasingly become an important part of our everyday lives. By enabling anywhere-anytime access to numerous digital services, they have emerged as a key catalyst for ushering in the new era of ubiquitous computing and intelligent environment. Research in academia and industry has shown it is possible to offer with these mobile devices much more than what can be done with a simple computer. The space of services they offer spans a very diverse and wide spectrum of application, ranging from navigation, to digital healthcare and as far as the liquid identification. Nevertheless, the transition from academic labs to the market has fallen short of the expectations, in large part due to the significant constraints they place on the user, the infrastructural deployment they require or the limited accuracy in practice they offer. In this thesis, we aim at closing the gap between promise and market adoption. We have chosen the least restrictive usage condition : a phone simply held in the hand. We propose HandRate, the first smartphone-based system able to track the heart rate of a user by leveraging the hand vibrations induced by the cardiac cycle. We furthermore exploit this same hand vibration signal to build HoldPass, a system capable of authenticating a user. HandRate and HoldPass can thus play an important role in the fight against cardiovascular diseases and a biometric authentication that is more secure and more difficult to circumvent. To add context to this medical information, we take advantage of recent advances in the WiFi standard and propose an algorithm, FUSIC, to provide more accurate location inside buildings. Prototypes of each of these solutions have been implemented on real hardware and have led to full-scale experiments, sometimes involving hundreds of users. They show significant improvements in performance while minimizing usage constraints.