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Institut inIT

inIT Institut d’ingénierie informatique et des télécommunications - inIT L’institut inIT regroupe des chercheur-e-s d’HEPIA intervenant dans les domaines de l’informatique et des télécommunications. Ses activités s’articulent autour de l’informatique dite à grande échelle (large scale distributed systems) et les systèmes d’information complexes. L’une des particularités de ces systèmes est la quantité considérable d’informations stockées, échangées et traitées qui posent des défis en terme de fiabilité, sécurité et performance. Cette vision globale des systèmes d’information complexes et/ou à grande échelle est le fil conducteur des projets proposés et menés par l’institut. Ces derniers couvrent toute la chaîne : systèmes embarqués (capteurs, actuateurs, IoT), réseaux et transmission de données, stockage, traitement et interprétation des données, visualisation (interfaces intelligentes, interaction). Plus spécifiquement, il regroupe des compétences en : ●● embedded & real time systems ●● data sciences & computational intelligence ●● networking, trust, privacy and security Les technologies de l’information et de la communication (TIC) sont au service des autres sciences et domaines. Dans ce contexte, l’institut attache un intérêt particulier au développement de collaborations avec des partenaires académiques et industriels opérant dans divers secteurs. Il peut vous soutenir dans l’intégration de la composante TIC de vos projets. Pour cela, il s’engage à mettre à disposition l’ensemble de ses compétences complétées si besoin, par d’autres connaissances de la HES-SO.

Nabil Abdennadher Professeur HES, Responsable institut inIT nabil.abdennadher@hesge.ch

inIT ACTIDOTE ACTIvity as an antiDOTE to illness exacerbation among disabled people Prof A. Perez Uribe (Heig-Vd) - Prof A. Upegui (hepia)

Brief description ACTIDOTE is an ongoing multidisciplinary project funded by the University of Applied Sciences Western Switzerland (HES-SO)*. It gathers together data scientists, embedded systems designers, biomechanics experts and human motricity experts, with the objective of exploiting on-body and wheelchair-mounted wireless sensors (e.g., inertial measurement units and strain gauges ; see figure opposite) to come up with a physical activity measurement system for disabled people using wheelchairs.

Key points • A prototype of the system integrating wearable and wheelchair-attached sensors. • A tablet application for feedback visualization.

Demonstrator : a prototype of the system integrating wearable and wheelchair-attached sensors, and a tablet application for feedback visualization.

Physical inactivity has been identified as a major contributor to the exacerbation of physical illnesses. The World Health Organization identified it as the fourth leading risk factor of global mortality after high blood pressure, tobacco use and high blood glucose. Therefore, in recent years, many actions against inactivity have come to the fore. For instance, diverse pedometer devices have been developed to help people reach certain physical activity goals, like walking 30 minutes per day. However, an equivalent clear recommendation for disabled people using wheelchairs is missing and the few studies that have dealt with this issue concluded that current commercial physical activity measurement devices are not appropriate for them. ACTIDOTE is based on a « divide and conquer » approach, which consists on assessing energy expenditure following physical activity type classification. Activity type recognition contributes to the automatic segmentation of the day into light, moderate and vigorous-intensity activities, which can be used by caregivers to monitor the evolution of mobility during rehabilitation, or by the person herself, as a feedback. The system will also allow the integration of further sensors to monitor hear rate, skin conductance, etc.

* Team : University of Applied Sciences Western Switzerland (HES-SO) : Vaud (HEIG-VD), Geneva (hepia) and Lausanne (HESAV) sites. Project coordinator : Prof. A. Perez-Uribe (http://ape.iict.ch), from the Institute for Information and Communication Technologies (http://iict.heig-vd.ch), HEIG-VD. Ra&D Rue de la Prairie 4 CH - 1202 Genève

Tél. +41 (0)22 558 50 10 rad.hepia@hesge.ch www.hesge.ch/hepia

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SOMA Self-Organising Machine Architecture Andres Upegui, Fabien Vannel, Diego Barrientos, Joachim Schmidt, Quentin Berthet, Christian Abegg

Descriptif SOMA est un projet de collaboration entre HEPIA, les Universités de Nice et Lorraine et l’INRIA-Bordeaux qui vise à développer une machine de calcul avec des propriétés d’auto-organisation en s’inspirant du fonctionnement du cerveau. La plateforme SCALP, un ensemble de FPGAs et processeurs avec une topologie en 3D, a été conçue dans le but d’évaluer des mécanismes d’auto-organisation sur des machines cellulaires. Des algorithmes basés sur des cartes auto-organisatrices cellulaires sont à la base des propriétés d’auto-adaptation.

Points forts Projet de recherche novateur, qui vise à construire une machine de calcul sans précédents. Avec des capacités de calcul distribué et possédant des liens de communication dédiés à très haute vitesse, la plateforme SCALP s’inspire de la nature dans sa topologie cellulaire, mais aussi dans le type de calcul effectué qui se base sur des réseaux de neurones artificiels.

Grille en 3D d’un ensemble de cartes SCALP

L’augmentation de l’intégration des transistors au cours des dernières années a atteint les limites des architectures classiques de Von Neuman. En changeant de paradigme, en passant à un modèle parallèle, ces technologies ont permis une large adoption d’architectures massivement parallèles dans de nombreux domaines applicatifs. Néanmoins, l’un des grands problèmes de ces processeurs parallèles est la conception et le déploiement d’applications qui ne permettent pas une utilisation optimale du matériel disponible. Cette limite est encore plus aiguë lorsque l’on considère les domaines d’application où le système évolue dans des conditions inconnues et incertaines telles que la robotique mobile, l’IoT, les véhicules autonomes ou encore les drones. Dans ces cas de figure, il est impossible de prévoir l’ensemble des contextes possibles auxquels le système sera confronté pendant sa durée de vie, rendant ainsi impossible l’identification d’un substrat matériel optimal à utiliser. Le premier défi consiste à étendre les mécanismes habituels d’auto- organisation aux niveaux des calculs et des communications dans une architecture matérielle neuromorphique. Le deuxième défi consiste à prouver la faisabilité d’une auto-organisation structurelle matérielle. Le troisième défi consiste à coupler ce nouveau paradigme de calcul à une architecture parallèle conventionnelle. Cette architecture se concrétise sous la forme de la plateforme SCALP. Entièrement conçue à HEPIA, SCALP est une structure scalable en 3D composée de plusieurs FPGAs Zynq contenant chacune 2 cœurs ARM A9. Une topologie de connexion cellulaire en utilisant des liens sériels jusqu’à 6.25 Gbps permet de garantir des débits de transmission très élevés et complètement scalables lorsqu’il s’agit de l’utiliser pour le calcul d’algorithmes également de nature cellulaire.

Partenaires Benoît Miramond (U. Nice), Bernard Girau (U. Lorraine) et Nicolas Rougier (INRIA-Bordeaux). Ra&D Rue de la Prairie 4 CH - 1202 Genève

Tél. +41 (0)22 558 50 10 rad.hepia@hesge.ch www.hesge.ch/hepia

inIT HERVA A FPGA-Based Post-Processing and Validation Platform for Random Number Generators Florent Glück, Laurent Gantel, Fabien Vannel, Andres Upegui, Alexandre Duc, Lucie Steiner

Brief description HERVA is a FPGA-based hardware platform to validate and post-process multiple true random number generators sources. We devised a hardware implementation of a provably secure postprocessing algorithm which improves random number quality while maintaining high data throughput. A platform providing hardware acceleration was implemented to validate the generated numbers through statistical tests and to improve randomness. The platform is modular and targets both IoT devices and back-end servers.

Key points

Block diagram of the TRNG Validation Platform.

Photo of the hardware platform with an IDQ Quantis source.

• The FPGA-based hardware platform can validate an entropy source (generated numbers) through x2 and SP800-90B online statistical tests. • The platform is able to improve the entropy source’s randomness by using AIS-31 or SPRG post-processing hardware cores. • Any entropy source can be added to the post-processing and validation platform. • The platform is modular and can be adapted to both IoT edge devices and back-end servers.

HERVA is a fully functional and configurable, FPGA-based, validation platform for true random number generators. This hardware platform offers both online tests to validate random numbers on-the-fly, and post-processing cores to enhance the entropy of the final output. Moreover, a novel hardware implementation of SPRG, an efficient and proven safe post-processing algorithm is implemented. This hardware module has the benefit of improving the output randomness while providing high throughput. The use of a seed ensures higher security for the generated numbers and the throughput of the module allows to regularly renew this seed to keep high quality numbers. We tested our platform using the Dieharder software suite which offers a wide range of statistical tests. We showed that after performing the SPRG post-processing on the IDQ Quantis source, the generated bits successfully pass most Dieharder statistical tests. The proposed platform allows users to continuously test the entropy source’s generated bits and remove the bias to improve their quality. In addition, the modularity of the architecture eases the process of tailoring the hardware to system constraints and desired entropy. Consequently, it allows designers to find the best trade-off between available resources and random numbers quality.

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inIT FunSpeech promoting speech production in young children with hearing disabilities Florent Glück, Sébastien Chassot, Steven Liatti, Maëlys Le Magadou, Gregory Valentini, Marielle Deriaz, Mireille Bétrancourt, Angelica Perez

Brief description Scientific studies on infants show a strong improvement in pronunciation and speech when speech practice begins as early as possible. Unfortunately, hard of hearing newborns cannot undergo cochlear implant surgery until six months after birth. Therefore, we have developed the Ra&D project FunSpeech, a serious game that aims to help young implanted children to improve their speech production abilities through frequent practice. FunSpeech has been carried out with good preliminary results in a control population of normal hearing children, indicating that it has the potential to successfully fill the gap in applications targeting speech production skills in young children with hearing implants.

Key points • FunSpeech provides a fun and engaging experience that motivates children to practice their speech independently and as often as possible. • No other serious game addresses the issue of promoting speech production in young children with hearing disabilities. • The game is adapted to cognitive abilities of very young children. • FunSpeech presents an innovative educational approach since each voice activity is directly translated into visual responses in games, so that the child receives an immediate and direct visual feedback.

Signal processing and algorithm used to perform the phoneme identification.

Four of FunSpeech’s mini-games.

The cochlear implant (CI) is a device that restores hearing by electrically stimulating the auditory nerve. Successful rehabilitation with a CI requires acoustic stimulation and training, especially for young children. Therefore, children should attend an intensive speech therapy after implantation. FunSpeech is a serious game aimed at the unaddressed population of very young implanted children (2-4 years old). It intends to motivate these children to practice their speech production skills as often as possible. Five mini-games working on different parameters necessary for accurate voice production have been created. They are designed to address the sound parameters required for the controlled production of speech: intensity, rhythm, pitch and phoneme construction. Dedicated signal processing and algorithms have been developed to: • detect the presence of a meaningful sound of a given duration; • classify the volume and frequency of a sound; • identify phonemes. It is interesting to note that the algorithm used for phoneme recognition mimics sound processing strategies commonly used in CI. To study and analyze the children’s progression, clinical data are automatically extracted and collected. The use of educational games has proven to be an effective treatment strategy in populations with disabilities. Indeed, clinicians and manufacturers of cochlear implants have begun to develop mobile game-based applications to support patients achieving optimal outcomes. However, speech production and very young children have received very little attention from the field. Promising preliminary results show that FunSpeech has the potential to successfully fill this gap. In addition, the strategy used in this innovative solution could potentially be extended to other areas, such as the promotion of communication skills in various syndromes.

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inIT 3D GPS antenna for an outdoor activities watch Delphine Bechevet

Brief description Embedded systems are generally small systems with wireless communication. One of the main challenges of these stand-alone devices is to ensure effective communication despite their small size and very low power requirements. To meet the growing needs of outdoor embedded systems, we have developed an antenna specially adapted to this environment and therefore to the materials present in it.

1 Exploded view of the watch with the integrated antenna. ©Christophe Dupuis

While designing the new antenna we decided to take into account watch materials and shape. We opted also for monopole antenna on 3D polymer substrate which matches with a round watch.

Key points In the case of a connected watch, we had to solve two important problems. The first was the weight and thickness constraints imposed by the manufacturer to install a high-performance antenna, the second was related to the time needed for the watch to be synchronized with the GPS signal. To solve that, we decided to design a specific methodology and used microwave solution. This is why 3D MID (Molded Interconnect Devices) techniques were implemented to fulfill the weight and thickness constraints for this round watch.

• T he first important step is to know precisely the dielectric constants of all materials around the antenna at the frequency of use, in this case GPS. • T he second step is to design an antenna (Picture 1) in the available space and evaluate its performance by simulation. Then it must be physically realized, and its characteristics experimentally verified. As our simulation software was initially limited, we chose to focus on the importance of electronic details. In particular we focused on the vias of the electronic board to optimize the number of meshes and simulation times. Thus, we evaluated that taking into account the vias had no impact on the results by more than 1% due to the distance with the antenna. The same is true if the signal tracks are replaced by a solid conductive plate. As the 3D plastic substrate is round, we bent the monopoly on it. Its largest dimension is 20 mm. We then folded the antenna to obtain a frequency of 1.575GHz and adapted it so that at least 2/3 of the energy is transmitted (reflection coefficient threshold at -10dB). Electrical length of conductive part is 39.38 mm which could be too short to get an efficient antenna, but we used astuteness to lengthen electrical dimension. Antenna resonant frequency is centered at 1.575 GHz and impedance matched at 50Ω with -18dB reflection coefficient; its bandwidth at -10dB from 1.5648 to 1.5828 GHz. Radiation pattern (Picture 2) looked like a monopole one; gain and efficiency are still acceptable, even if antenna is miniaturized: respectively -0.27dB and 67%. We finally realized it in LDS (Laser Design Structuring) (Picture 3) and measured different versions of it in an anechoic chamber (Picture 4). The experimental results confirmed simulation ones.

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Output

We solved mechanical problems with EM solution. Indeed, first watch version was too thick and heavy because of ceramic shape and weight. By evaluating antenna close environment, we managed to build a dedicated 3D, small and light antenna. We validated this methodology (Picture 5). More than that, this antenna is more efficient than the first one.

Special equipment We used CST Microwave Studio for 3D design and electromagnetic simulations. We also used an anechoic chamber to measure antenna’s parameters.

Legends 1 2 3 4

Environment taken into account (watch) Simulated gain in close environment Different designs of realized antennas Antenna’s measurements in anechoic chamber 5 - Mechanical impact ©Delphine Bechevet

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inIT WEAZARD Wearable-based assistant for ensuring child group safety on the move Andres Upegui, David Da Silva, Olivier Chabloz (hepia) Andres Perez-Uribe, Hector Satizabal (HEIG-VD)

Brief description WEAZARD is a WEArable system to overcome potential haZARDs while going out with children. It is based on wearable devices and a smartphone as the master device. The smartphone collects information from surrounding children via Bluetooth LE and generates alarms when a child is out of reach. Moreover, devices can relay information from remote nodes to other wristbands and to the smartphone. Childminders can thus track and visualize the group of children on the move.

Key points • Design and development of compact and low power sensing and communicating systems. • Design and deployment of distributed and efficient relative localization algorithms. • Bluetooth LE stack and protocol implementation. • Android application visually representing children relative location as a graph or a tree.

We developed a set of wearable wristbands endowed with BLE communication, motion sensors, stress sensor (GSR), and providing the possibility of recharging batteries through a Qi wireless charging system. In contrast to existing systems, WEAZARD allows for relative positioning in indoor environments where GPS is not available. Sensor data allow to detect anomalous behavior in children, while the BLE communication in the form of a beacon permits to detect the absence of a child. Moreover, each beacon embeds information about remote nodes in order to describe a view of all the nodes in the network in the form of a graph. We proposed and deployed two algorithms to properly deal with this information with the objective of estimating the relative localization of nodes and the proximity of out-of-sight users to other users. These algorithms are : DiscoveryTree [1] and a gossip protocol based on a principle called « rumor mongering ». Such a system can be used by childminders or families while going out in the city (e.g., taking the subway, visiting a museum, a mall, etc) or attending a large public event (e.g., Comptoir Suisse). Other applications that can easily take advantage of this service are : points of interest location, entertainment (based on local interactions, dating, friend finding), indoor object localisation, etc. The WEAZARD system is compatible with estimote beacons. These are small low power devices which can broadcast information for several months without changing their battery. The beacon technology opens the door to new applications in the domain of indoor localization and it is expected to gain a lot of interest in the following years. As an example, the Gatwick Airport has recently been equiped with more that 2000 beacons.

[1] Chabloz, O., Da Silva Andrade D., Upegui A., Satizábal H. F., and Perez-Uribe A.. « DiscoveryTree : Relative localization based on multi-hop BLE beacons » In Global Internet of Things Summit (GIoTS), 2017, pp. 1-6. IEEE, 2017.

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PAChA Portable Cloud Appliance Nabil Abdennadher, Olivier Belli, Marc-Elian Bégin, Charles Loomis

Brief description Non-IT SMEs often stay away from public clouds because they cannot quantify the financial gain of using these new technologies. The PAChA project has two goals : 1. to develop a new type of private cloud appliance (portable, inexpensive, selfmanaging and secure) and monitor the resources used by various applications running on it; 2. to develop tools to estimate the potential savings (based on a pricing model) when deploying applications on our private cloud, public or hybrid cloud.

Key points The key strengths of this project are threefold. First, we diversify our (HES-SO, hepia) portfolio of applied research activities by exploring areas more directly connected to the Swiss economy (i.e. the start-up SixSq).

The Cost Optimisation Cloud Application Placement Tool : COCA-PT

Cloud computing is gradually becoming the de facto standard for doing IT. Its key benefits are the reduction of IT infrastructure costs and improved agility. Many non-IT Small and Midsized Enterprises (SMEs), however, have been left out of this evolution, primarily due to cost and privacy concerns. The goal of the PAChA project is to address this technological gap, especially for Swiss non-IT SMEs. From a business point of view, the key benefits of this project are twofold : 1. Provide non-IT SMEs with an easy and inexpensive way of using a private cloud. 2. Help them leverage the advantages of a hybrid cloud by assessing how much they would save by migrating some of their applications to a given public cloud (e.g., exoscale in Switzerland or Amazon Web Services in the U.S.). From a scientific/technical point of view, the key innovation of this project is to design and develop a portable cloud appliance with the following characteristics:

Second, we provide Swiss SMEs with an easy and inexpensive way of using cloud computing technologies, thereby addressing one of their main concerns in IT.

1. It is self-managing (autonomic system) and can therefore work in turn-key mode, without any system administrator.

Third, we solve a real-life problem by cooperating with a local startup.

5. It provides customers with a dashboard showing which applications would cost less if they were migrated to a public cloud (based on a pricing model), and what financial gain could be expected by doing so.

2. It is secure (embedded firewall). 3. It monitors the activities of all the applications running on it. 4. It assesses the cost of running each application on different public clouds.

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Output A decision support system (DSS) has been developed in the PAChA project. This DSS is based on a cost-optimised cloud application placement tool and a Resource Consumption Model (RCM) that were designed within the PAChA project. The ultimate goal of this DSS is to optimize the placement of an application based on price. The DSS is available on this URL: http://lsds.hesge.ch/coca.

Special equipment Two types of validation experiments were conducted to validate the PAChA project : 1. Calculators : Some cloud providers have pricing calculators to assess the cost of launching services on their cloud (i.e. Amazon, Google, Microsoft). We can then compare this assessment with the cost provided by COCA-PT. This experiment is straight-forward, it has the advantage of estimating the costs before any deployment. However, it has three main disadvantages : (1) most providers do not offer a pricing calculator, (2) calculators only offer estimations, and (3) this approach is theoretical as it does not use real data. 2. Usage Bills : The idea is to deploy an application within a certain context on a particular cloud infrastructure. Then, compare the cost provided by COCA-PT with the amount of the cloud provider’s bill. In this context, two cloud providers have been used as a target platforms : Amazon AWS and Exoscale. Legend 1 - NuvlaBox : a private cloud appliance 2 - SlipStream : a multi-cloud application management Platform 3 - COCA-PT Interface

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inIT iCeBOUND Cloud Based Decision Support System for Urban Numeric Data Nabil Abdennadher, Anthony Boulmier, Gilles Desthieux, Claudio Carneiro

Brief description The goal of iCeBOUND is to design and develop a Decision Support System (DSS) that leverages 3D digital urban data to facilitate environmental analyses in cities. iCeBOUND aims at providing : 1. innovative tools for analysing fine-grained satellite images, and 2. decision-makers with relevant indicators for city planning and energy management. Two use cases are considered in the scope of this project : solar energy potential and Global Navigation Satellite System visibility.

Key points iCeBOUND is a research project funded by the Swiss Commission for Technology and Innovation (CTI). It involves several partners : 1. University of Applied Sciences and Arts, Western Switzerland (HES-SO), hepia 2. European Centre for Nuclear Research (CERN) 3. Water and electric power provider of Geneva (SIG) 4. Geneva Canton 5. Arxt-IT The “diversity” of partners shows the importance of the project and its multi-disciplinary aspect.

Annual solar radiation of Geneva city

Cities of developed countries are nowadays increasingly digitized as 3D urban numerical models. However, the use of these models as a technological support for different applications related to the fields of environment, energy and urban planning, remains underused. The assessment of solar potential (solar mapping) and the estimation of satellite visibility, underlined here as solar energy potential and Global Navigation Satellite System (GNSS) visibility respectively, are two types of applications based on the computation of 3D urban numerical models. The main goal is to use each of these applications for different stakeholders, such as : 1. Local authorities, considering their distinct needs and purposes; 2. Industrial and energy companies doing business at a local level; 3. Surveying companies that use GNSS for topographical measurements in densely populated urban areas. The extraction of three-dimensional spatial indicators adjusted to both applications represents a great research challenge. This research has been conducted using different methods of data aggregation. Indeed, the use of these particular spatial indicators allows a more refined analysis of the urban fabric and guarantees that output results are adjusted to end-user needs. The goal of the “Cloud Based Design Support System for Urban Numeric Data” (iCeBOUND) project is to design and develop a Decision Support System (DSS) that leverages 3D digital urban data to facilitate environmental analyses in cities. iCeBOUND aims at providing decision-makers with relevant indicators for city planning and energy management. Although both applications (solar energy potential and GNSS) are very different in terms of functionality and targeted market, the algorithm they use is the same : the Shading Algorithm (see Figure). This algorithm is memory and CPU time consuming.

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Output Cities play an increasingly important role regarding energy transition. The main goal is to reach international and national (Swiss) targets related to energy efficiency and CO2 emission reduction. As a contribution to these global challenges, during the last 6 years, the State of Geneva has produced a detailed solar cadaster. The iCeBOUND project has been launched in order to facilitate periodical updates of this solar cadaster.

Special equipment The computing resources used to experiment iCeBOUND are based on cloud infrastructures : Amazon Web Services (AWS), SWITCHEngines and Amazon Elastic MapReduce (EMR). These infrastructures are chosen according to : 1. The ease of availability in the case of AWS; 2. The possibility to obtain a customised “configuration” in the case of SWITCHengines.

Legend 1 -Solar energy potential of roofs and facades 2 -The Shading Algorithm

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inIT UbiComp Ubiquitous Computing for Knowledge Transfer, Exhibition Design and Museum Operations V. Rumo, A. Spierer, S. Fourquier, J. Schröter, N. Vandooren, R. Beuchat

Brief description This CTI-project consists in developing a prototype of a digital environment to offer different interactive scenarios for museum guests. It means a way to play with events that will initiate interaction through actuators. A number of nodes will generate events under the upper level view of SHARED VARIABLES. Those shared variables simply mean a value corresponding to a stimulus from a sensor, an answer analysis of many sensors, delayed acquisition, filtering or whatever could be useful for a scenario to be played.

Key points A node can have 3 different hardware architectures, all of them running Linux. They can be a Raspberry Pi, an FPGA based on Cyclone V with hardcore processors or a small PC. The FPGA allows to design almost every hardware control system that we could imagine. With this node architecture it is easy to develop new extensions for specific needs of data manipulations. Nodes can be uniquely identified. Based on developed scenario designs, some specific boards have been realized.

General architecture of the UbiComp project, Content server, Network, Nodes © V. Rumo, R. Beuchat, Atracsys

Many different players were involved in the analysis and development of the system : • Three museums, Swiss Open Air Museum Ballenberg, Roman City of Augusta Raurica, Museum der Kulturen Basel took part in the project. They proposed the scenarios. The partners adapted the implementation to the museum’s specific needs. • The development partners, Atracsys, Fabritastika, Projektil, formed a joint venture : they implemented scenarios from ideas in collaboration with the museums. They have knowledge in programming and competences for the system design and extension. They sell the system’s hardware and low level software. • In the conception and development phase of the product, two Universities of Applied Sciences, HES-SO / Haute école du paysage, d’ingénierie et d’architecture (hepia), and FHNW-HGK / Institute of Experimental Design and Media Cultures (IXDM) were responsible for the full development of the architecture and design development for scenarios, hardware and software. One of the main needs was to get a distributed system. It could be the size of a small area or of an entire building. Thus, it has to be scalable. The system has to be easily built, maintained, extended and programmed. The global architecture is composed of : • A Content Management System (CMS) on a server anywhere in the world, accessible through Internet. It contains the data base for the software version of all the nodes, the scripts and the specific hardware configuration. • The nodes are the units where the sensors and actuators are connected. They have to be interconnected on the same Local Area Network (LAN) by wire cable Ethernet (recommended). WiFi connection could be used but need broadcast of data transmission. The number of nodes is limited to the number of elements that the Ethernet network can support in a single branch.

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Output The prototype of the full system has been developed with FPGA (Field Programmable Gate Array) boards based on ARM SOC-FPGA CycloneV and specific designed extension boards depending on the different scenarios needed. Many tests with the partner’s museum have been carried out. Both, the analysis of the public reactions and the way the system was installed, help to specify the new architecture. This work was conducted in collaboration with the main partner Atracsys for the hardware and the infrastructure design.

Special equipment To set up the whole system, it is necessary to use a PC acting as a content management system. It needs to be powerful enough to contain all the data bases and scenarios with fast response time. For each group of sensor-actuator, a universal board based on an FPGA or a Raspberry Pi or a small PC is necessary. Those units are connected through a local Ethernet network with the highest bandwidth available. All the messages are broadcasted on this network. The next level is the implementation of the requested sensor as infra-red camera, presence detection, light measurement, sound detection or actuators as display, DMX512 projectors, sound generation, video generation, etc. Legend 1 -View of the new main board for UbiComp © S. Fourquier, R. Beuchat, Atracsys 2 - Global Hardware Elements for UbiComp project. © V. Rumo, R. Beuchat, Atracsys

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inIT Ecomobilité Optimisation de la consommation de carburant pour bus thermiques Fabien Vannel, Jean-Marc Allenbach, Christian Abegg, Juan Antezana

Descriptif Ce projet d’étude sur l’écoconduite a été réalisé en collaboration avec les Transports Publics Fribourgeois (TPF). Les campagnes d’essais menées sur un véhicule diesel EURO 6 ont permis de valider l’impact de la conduite du conducteur sur la consommation de carburant et d’étudier les différents paramètres permettant l’identification de la qualité d’une conduite telles que les bonnes et mauvaises conduites.

Points forts • Système embarqué pour l’acquisition des paramètres de conduite et de confort. • Géolocalisation et corrélations avec les données de charges passagers, retard et profil du parcours. • Modélisation du véhicules et analyses mathématiques comparatives. • Identification des paramètres de l’éco-conduite à respecter par le conducteur selon sa position sur le parcours. • Estimation du potentiel d’économie global de carburant

La pré-étude réalisée s’inscrit dans un projet de développement d’un système embarqué innovant permettant la mesure dans des bus thermiques de différents paramètres relatifs à l’évaluation de la conduite. L’objectif est de permettre d’une part aux conducteurs des véhicules d’obtenir une évaluation de leur style de conduite en termes d’écoconduite et d’autre part à l’exploitant espérer réduire la consommation de carburant et augmenter la durée de vie des consommables, tels que les plaquettes de freins. Le projet se décompose ainsi : • Installation dans un véhicule d’un système embarqué de mesure et d’acquisition intégrant la localisation du véhicule par GPS, la mesure des paramètres de conduite provenant du bus FMS, les données de confort provenant d’une plate-forme inertielle. • Réalisation de plusieurs expériences de conduite et analyse des données afin de déterminer les situations « non éco-drive ». Identification des évènements tels que : accélérations rapides ; freinages brusques ; freinages dans les virages ; rapport utilisé en fonction de la vitesse ; utilisation du ralentisseur et mise en relation avec la mesure de la déclivité. • Réalisation d’une étude comparative à bord d’un véhicule d’exploitation utilisé par différents conducteurs tenant comptes des paramètres, tels que charge de passagers, circulation, retard, conditions météorologiques. Cette étude a permis de démontrer une différence de comportement de conduite entre plusieurs conducteurs réalisant le même parcours dans des conditions similaires de l’ordre de plusieurs dizaines de pourcents de consommation de carburant dues au style de conduite des conducteurs. L’adoption d’une culture d’entreprise autour de l’éco-conduite pourrait vraisemblablement diminuer les consommations de carburants et augmenter le confort de conduite des usagers tout en garantissant l’horaire.

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Légendes

1 - Séparation de la consommation selon un seuil de vitesse fixé à 15 km/h. 2 - Mise en évidence de la tendance de consommation pour une conduite éco-drive (21:25). 3 - Tendance de consommation pour une conduite peu recommandable selon les standards éco-drive (6:23). 4 - Comparaison des consommations pour les conduites réalisées par deux conducteurs dans des conditions similaires. Ra&D Rue de la Prairie 4 CH - 1202 Genève

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inIT ACTIDOTE ACTIvity as an antiDOTE to illness exacerbation among disabled people Prof A. Perez Uribe (Heig-Vd) - Prof A. Upegui (hepia)

Descriptif ACTIDOTE is an ongoing multidisciplinary project funded by the University of Applied Sciences Western Switzerland (HES-SO)*. It gathers together data scientists, embedded systems designers, biomechanics experts and human motricity experts, with the objective of exploiting on-body and wheelchair-mounted wireless sensors (e.g., inertial measurement units and strain gauges; see figure opposite) to come up with a physical activity measurement system for disabled people using wheelchairs.

Points forts • A prototype of the system integrating wearable and wheelchair-attached sensors. • A tablet application for feedback visualization.

Demonstrator : a prototype of the system integrating wearable and wheelchair-attached sensors, and a tablet application for feedback visualization.

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inIT Détecteur d’ouverture et de fermeture de bouteilles Dardan Shatri, Delphine Bechevet

Descriptif La détection d’évènements s’effectue à l’aide de capteurs associés à leur électronique de traitement. On parle alors d’objet intelligent communicant sans-fil. Dans un souci de portabilité, il est plus aisé que la communication s’effectue de manière sans-fil. La RFID permet l’identification sans-fil et de manière unique de l’objet qui porte une étiquette (tag) RFID. Nous proposons d’exploiter les caractéristiques de l’antenne du tag RFID.

Points forts • • • • •

Léger Eco-conçu, sans batterie Performances de l’antenne Miniaturisation Intégration de QR-code

Nous avons utilisé la technologie RFID passive sans batterie. Dans ce cadre, nous avons volontairement conçu une antenne UHF pour tag RFID présentant un diagramme de rayonnement spécifique : lorsque l’antenne est horizontale, le tag est lu tandis que lorsque l’antenne est verticale, le tag n’est plus lu. Nous avons opté pour une application de détection d’ouverture de bouteille. Pour ce faire, nous avons donc miniaturisé l’antenne aux dimensions 19x19 mm2 et l’avons intégrée dans un polymère dès la conception. Petit clin d’œil à la traçabilité : nous avons modélisé l’antenne sous forme de codes-barres 2D.

Légendes 1 - Fractalisation d’antennes de détection et son bouchon. Image © C. Catusse et D. Bechevet. 2 - Antennes de détection réalisée et leurs bouchons. Image © D. Bechevet et D. Shatri. 3 - Principe de fonctionnement : bouchon fermé, tag lu-bouchon ouvert, tag non lu. Image © D. Bechevet et D. Shatri.

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inIT Sécurisation d’accès par antenne « on demand » Julien Cornut, Delphine Bechevet

Descriptif Pour lutter contre les lectures pirates et non souhaitées, nous proposons, un tag RFID « multi-touch » se présentant comme un clavier. Ces travaux s’inscrivent dans le prolongement de ceux visant à mettre en place un tag activable « on-demand ». Ce système permet de rendre le tag RFID UHF lisible uniquement au contact du doigt de l’utilisateur.

Points forts • Amélioration de la sécurité de l’authentification. • Faible coût de fabrication. • Applications possible dans un grand nombre de domaines, dont ceux déjà existants.

Ce travail propose une réponse à la Recommandation européenne de 2009, qui enjoint, entre autres, que la vie privée de tout porteur de tag RFID doit être protégée. La solution envisagée par la Commission européenne est de proposer à l’utilisateur de détruire son tag gratuitement. La réponse proposée par ce projet est moins destructive : une activation à la demande du tag lorsque l’utilisateur l’autorise. Ce concept exploite la faculté des antennes à modifier leurs propriétés au contact du corps humain. Utilisé correctement, ce phénomène permet d’envisager une antenne activée par contact, sans autre(s) élément(s) que l’antenne elle-même. Le phénomène a déjà été démontré dans différentes publications antérieures. Ici, nous élevons le niveau de sécurité en concevant un système, qui déverrouille une application si et seulement si l’utilisateur « touche » l’antenne à des endroits ciblés et dans un ordre précis. Ce document est le compte-rendu d’une recherche menée sur ce concept.

Légendes 1 - Antenne RFID On-Demand. 2 - Face avant de l’antenne. 3 - Face arrière de l’antenne.

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inIT EMG4B Energy Management Gateway for Buildings Florent Glück (hepia), Dominique Gabioud (HES-SO Valais), Daniel Rossier (heig-vd), Antoine Delley (HES-SO Fribourg)

Descriptif Ce projet de passerelle de gestion énergétique des bâtiments EMG4B vise à concevoir un environnement capable d’héberger des services énergétiques dédiés aux bâtiments. Le projet s’inspire de l’écosystème des smartphones : les applications sont découplées de la plateforme sous-jacente. Elles peuvent être ajoutées ou supprimées à la volée. Des modèles abstraits et des interfaces logicielles permettent aux applications d’accéder aux ressources périphériques de la plateforme de manière uniforme.

Points forts • Optimisation énergétique de tout type de bâtiment. • Intégration « plug and play » de nouveaux équipements dans des stratégies de gestion énergétique pré-existantes. • Format de données homogène permettant d’abstraire la complexité de l’exploitation des capteurs et actuateurs.

Ce schéma bloc représente le fonctionnement du système. A travers l’Internet, la plateforme intelligente de gestion énergétique contrôle n’importe quel type de capteur installé dans divers bâtiments.

Une meilleure efficience énergétique des bâtiments aura un impact important sur le système énergétique, car les constructions comptent pour environ 40% dans la consommation d’énergie globale. Leur performance peut être améliorée de trois manières différentes : amélioration de l’enveloppe, amélioration du contrôle énergétique et responsabilisation des utilisateurs du bâtiment. Le présent projet concerne prioritairement l’aspect du contrôle énergétique, mais il fournit également des informations susceptibles de changer le comportement des utilisateurs. Deux défis doivent être relevés pour permettre le déploiement à large échelle de tels systèmes de commande : • Des stratégies appropriées de gestion distribuée doivent être définies; • Une infrastructure d’hébergement « plug and play » peu onéreuse doit être disponible. La passerelle EMG4B est un dispositif électronique bon marché capable d’accueillir de nombreuses applications dédiées à la gestion énergétique. Cette plateforme fournit aux applications une vue abstraite des ressources. Les applications interagissent avec les utilisateurs du bâtiment au travers d’interfaces web indépendantes (smartphone, tablette, PC, ...). Une application peut dès lors gérer des équipements (pompe à chaleur, volets roulants, convertisseur photovoltaïque, etc.) par l’intermédiaire des ressources correspondantes.

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inIT Archsensor Architecture Internet des objets sémantiques pour des capteurs distribués Fabien Vannel (hepia), Pierre-André Mudry (HES-SO Valais)

Descriptif Ce projet propose une plateforme matérielle et logicielle intégrant différentes technologies existantes pour le monitoring d’événements à l’aide de capteurs distribués et mobiles. Un gateway permet de connecter différents capteurs environnementaux afin de les rendre accessibles sur le web au travers d’un data model. Ce dernier homogénéise l’accès à ces capteurs par le biais de données sémantiques. Dans le contexte de la surveillance de personnes, un smartphone sert d’interface à un ensemble de capteurs physiologiques portables.

Points forts • Architecture mixte exploitant différentes technologies matérielles : Bluetooth Low Energy, Ethernet, KNX, USB, etc. ainsi que solutions logicielles : Android Wear, MQTT, API RESTful, etc. • Démonstration dans le cadre d’une application d’aide à la personne pour des patients hébergés dans un établissement médico-social.

L’objectif de ce projet est de proposer une plateforme matérielle et logicielle intégrant différentes technologies existantes pour le monitoring d’événements à l’aide de capteurs distribués et mobiles. Archsensor se résume ainsi : • Conception d’une plateforme matérielle distribuée pouvant accueillir les différents types de capteurs existants issus du monde de l’Internet des Objets. La solution réalisée est une plateforme capable d’homogénéiser au niveau matériel l’accès à différentes ressources provenant de protocoles filaires (KNX, Ethernet, Modbus, RS485, I2C... ) ou sans fil (RFID, Bluetooth, Z-Wave...). • Développement d’un data model permettant d’homogénéiser l’accès aux capteurs par le biais de données sémantiques rendues disponibles au travers d’une API RESTful. • Intégration d’un ensemble de capteurs physiologiques portables permettant de surveiller différents paramètres sur une personne et développement de capteurs sur mesure, tel qu’un système portable de mesure du niveau de stress. • Liaison entre des utilisateurs et des gateways permettant le développement simple et performant d’applications interactives entre des utilisateurs et leur environnement. Le projet Archsensor peut être appliqué dans différentes situations, telle que la surveillance de foules ou de personnes. La démonstration proposée est un système d’aide à une personne en établissement médico-social (EMS). La nuit, une montre de type smartwatch portée par le patient détecte si ce dernier se lève de son lit pour se rendre aux toilettes. Si la luminosité est insuffisante, un éclairage s’allumera pour assister la personne. En cas de chute, une alarme sera immédiatement transmise au personnel médical.

inIT

Légendes 1 - Capteurs et actuateurs pour le scénario d’assistance pour EMS. 2 - Création d’un scénario à l’aide d’un outil graphique. Rue de la Prairie 4 CH - 1202 Genève Ra&D

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Fiche 1 ABAplans Des plans de ville accessibles aux personnes aveugles Michel Lazeyras

Descriptif ABAplans est un ensemble de dispositifs informatiques interactifs multimodaux (visuel, auditif et tactile) permettant aux personnes souffrant d’un handicap visuel de se représenter l’espace urbain et de préparer leurs déplacements. Les fonctions multimodales du dispositif associent de manière très précise le relief aux informations auditives ; les yeux sont donc remplacés par le doigt et l’oreille. Grâce à ce système, les personnes aveugles peuvent consulter des plans de manière autonome.

Actuellement, deux applications ont été développées et sont opérationnelles autant à Genève qu’à Neuchâtel : un éditeur de plans de carrefour à la disposition des ergothérapeutes et un plan de ville, tactile et sonore, interactif, directement utilisable par les personnes aveugles, afin qu’elles puissent acquérir une meilleure représentation de leur environnement et organiser leurs déplacements. L’éditeur de plans de quartiers, particulièrement utile pour les instructeurs en locomotion, permet de créer automatiquement des cartes de quartier ou de carrefours personnalisables en choisissant deux rues dans une fenêtre de saisie et en précisant la taille du plan souhaité. La carte ainsi générée indique très précisément les rues, bâtiments, parcs, trottoirs et îlots. Il est ensuite possible d’ajouter d’autres éléments selon les besoins de l’utilisateur. La fabrication des plans se déroule en quatre étapes : 1. L’utilisateur choisit deux rues, qui ont un carrefour en commun ; celui-ci se retrouvera au centre du plan. Il choisit ensuite une échelle ; 2. à l’aide de l’éditeur, l’utilisateur peut modifier le plan ; 3. impression du plan sur du papier thermo-gonflable avec une imprimante tout à fait traditionnelle. Ce papier contient une multitude de petites bulles. Celles qui sont recouvertes de noir éclatent à la chaleur, ce qui crée le relief ;

Points forts ABAplans est un système générant automatiquement des plans de différentes natures à partir des données du cadastre. Trois types de plans correspondant à trois nouvelles façons de représenter le territoire ont actuellement été développés. En parallèle, plusieurs fonctionnalités ont été créées afin de consulter le plan, de rechercher une adresse ou un itinéraire. Le système est complètement ouvert, il est donc possible d’ajouter soit des modes de représentation, soit des fonctionnalités.

4. passage du plan à la thermo-gonfleuse, ce qui a pour effet de mettre en relief les parties noires. Les plans de ville interactifs constituent la partie principale du projet ABAplans, les rues sont en relief et les surfaces intéressantes (parcs publics, lacs, bâtiments remarquables…) sont texturées. L’utilisateur non-voyant peut parcourir la carte simplement en l’effleurant avec les doigts. Chaque fois qu’il veut une information, il lui suffit de presser sur le plan et une information lui est donnée. Cette information dépend du mode choisi. • Mode Plan : chaque fois que l’on presse sur une rue ou un élément texturé, une information auditive est donnée. Ceci correspond à une découverte de la ville. • Mode Orientation : soit une adresse peut être saisie au clavier, soit un lieu d’intérêt peut être sélectionné dans une liste. Chaque fois que l’utilisateur presse le plan, la distance ainsi que la direction au point choisi sont données. Ainsi, de proche en proche (comme le jeu « tu chauffes, tu chauffes, tu brûles… »), l’utilisateur peut trouver le lieu sur le plan. • Mode Itinéraire : en cliquant avec le doigt sur deux carrefours différents, ou deux adresses différentes, le système donne l’itinéraire le plus court allant d’un point à l’autre. Pour naviguer entre les différents menus, un dispositif ressemblant à la navigation sur les téléphones portables : les signes permettant de changer de menu ou de passer à un sous-menu sont les suivants : ^ < o >. Une navigation d’une carte à l’autre sans passer par la carte générale du canton a été mise en place. Ce projet a été soutenu pendant quatre ans par la fondation Hans Wilsdorf.

Fiche 1

Valorisation ABAplans a été présenté à de nombreuses reprises depuis 2008, dans différents contextes. Quelques exemples : • 3e Prix du concours handitec du salon autonomic, Paris, juin 2008 ; • hôte d’honneur du congrès de l’Union Mondiale des Aveugles, Genève, août 2008 ; • présentation à la presse (journaux et télévision), Neuchâtel, novembre 2010 ; • présentation aux géomètres cantonaux suisses, Olten, mai 2011 ; • présentation au symposium sur les moyens auxiliaires, HUG Genève (Hôpitaux Universitaires de Genève), septembre 2011.

Equipement particulier Afin de faire fonctionner ABAplans, il est nécessaire de disposer d’une tablette tactile de type résistif. Deux dispositifs ont été créés en collaboration avec la société Eurotouch à Toulouse.

Légendes 1 - Dispositif interactif complet. 2 - Editeur de plans permettant de créer des plans, puis de les modifier. 3 - Personne aveugle testant le plan interactif du centre de Genève. 4 - Procédé de création d’un plan de ville.

• Le premier système, encombrant mais léger se connecte à un ordinateur et fonctionne comme une souris ; il est principalement destiné aux institutions spécialisées ou aux personnes autonomes. • Le second système est une borne autonome pouvant être placée dans un lieu publique protégé. Pour créer les plans, il est nécessaire de disposer d’une imprimante traditionnelle noir / blanc et d’une thermogonfleuse qui mettra en relief toutes les parties noires.

Fiche 2 Calcul haute performance sur un cluster de GPU pour l’optimisation combinatoire Paul Albuquerque

Descriptif Dans ce projet, nous avons programmé sur des cartes graphiques (GPU), utilisées comme co-processeurs de calcul, des algorithmes d’optimisation afin d’en accroître les performances. Le type d’algorithmes considérés requiert en effet d’importantes ressources de calcul. Les applications visées concernent des problèmes du domaine de la logistique tels que l’affectation d’avions à des vols ou la conception des horaires d’équipages d’une compagnie aérienne.

Points forts L’utilisation de GPU pour effectuer des calculs généraux est un domaine relativement neuf car les technologies mises à disposition par les constructeurs de cartes graphiques sont récentes. Le champ d’application est immense, en particulier celui de l’optimisation combinatoire. Nous avons implémenté des algorithmes de programmation linéaire qui interviennent souvent dans des logiciels de logistique. Les gains en performances obtenus sont importants.

Les cartes graphiques GPU (Graphics Processing Unit) sont devenues extrêmement puissantes avec le développement des jeux vidéo. Les animations nécessitent en effet de nombreux calculs mathématiques pour lesquels les GPU sont optimisées. L’idée de tirer parti de la puissance des GPU pour faire du calcul scientifique date d’une quinzaine d’années. Cependant, depuis début 2007, on observe un engouement pour l’utilisation des GPU avec la mise à disposition par le constructeur NVIDIA de l’environnement CUDA (Compute Unified Device Architecture). Il s’agit d’une technologie de GPGPU (General Purpose Computing on Graphics Processing Units) : on utilise donc un GPU pour exécuter des calculs généraux habituellement exécutés par le processeur central. La technologie des GPGPU est récente et très prometteuse vu le parallélisme massif intrinsèque aux GPU. Il existe déjà de nombreuses librairies et applications scientifiques pour faciliter le développement de programmes sur GPU. La bio-informatique et la logistique constituent deux domaines de prédilection pour les GPU. La protéomique et la génomique recèlent de nombreux problèmes d’optimisation combinatoire qui requièrent l’utilisation de très importantes ressources de calcul. La gestion de l’affectation de personnes et d’équipements se situe dans une catégorie similaire. C’est dans ce cadre que l’institut inIT a collaboré avec l’entreprise APM Technologies. Celle-ci développe des logiciels destinés aux compagnies aériennes qui permettent de générer le programme des vols, d’affecter les avions aux vols et finalement d’attribuer les équipages. Les temps de calcul devenant vite prohibitifs même pour des compagnies avec peu d’avions, APM Technologies s’est montrée très intéressée par une utilisation de GPU pour ses logiciels. Dans ce projet, nous avons implémenté sur GPU des algorithmes de programmation linéaire (simplexe linéaire, Branch-and-Bound…). Les gains de performances obtenus sont importants et les tests menés sur des problèmes réels prometteurs. Nous avons également entrepris une extension sur cluster de GPU ce qui permet de traiter des problèmes de taille encore plus importante. Encore peu d’applications commerciales incorporent à l’heure actuelle des modules implémentés avec CUDA. Or, il faut relever qu’il est trivial et très peu coûteux (quelques centaines de francs) d’ajouter une deuxième carte graphique dans un PC. De nos jours, le potentiel de la technologie de GPGPU n’est pas encore reconnu par les entreprises en mal de puissance de calcul. Un obstacle majeur à la programmation d’un GPU réside dans le fait qu’il faut adopter un mode de pensée « parallèle », ce qui n’est pas habituel chez la majorité des développeurs ; le calcul parallèle n’étant finalement que peu enseigné. Par ailleurs, la maîtrise de CUDA demeure difficile, malgré l’apparition de plus en plus d’outils destinés à faciliter le travail du programmeur. Cependant, on peut parier qu’un nouveau segment se développera dans le marché du logiciel.

Fiche 2

Valorisation Deux articles ont été publiés dans des conférences internationales (ParCo 2011 et BalCOR 2011). En outre, un article a été récemment soumis au journal Mathematical Programming and Operations Research. Par ailleurs, plusieurs travaux de Bachelor et de Master ont été effectués en lien avec ce projet, l’un d’entre-eux ayant reçu le prix Arditi 2011 d’informatique de l’Université de Genève.

Equipement particulier Pour ce projet, nous avons fait l’acquisition d’un supercalculateur Tesla S1070 de NVIDIA constitués de quatre GPU et pouvant délivrer jusqu’à 4 Tflops en performance de pointe. Nous avons aussi utilisé un cluster de GPU du centre national suisse de supercomputing (CSCS). Pour la suite de ce projet, nous avons acheté deux supercalculateurs de NVIDIA de nouvelle génération, dénommée Fermi.

Légendes 1 - Supercalculateur NVIDIA S1070 constitué de 4 GPU. Courtesy NVIDIA 2 - Cluster de GPU, similaire à celui du centre national suisse de supercomputing. Courtesy NERSCC

Fiche 3 Interfaces Tactiles Multi-touchs Stéphane Malandain, Yannick Excoffier, Adrien Lescourt

Descriptif Le projet interface a permis de mettre au point des surfaces tactiles «multi-touchs» sur toutes surfaces planes, horizontales ou verticales. Basé sur le principe d’une illumination infrarouge de la surface à rendre tactile, ce dispositif est peu invasif, fiable et facile à adapter sur les murs ou tables existants. Trois écoles ont participé au projet initial (hepia, heig-vd, EIA-FR).

L’équipe de développement du projet ITM.

Depuis 2007, le projet interface vise à transformer toute surface en une surface tactile. Nous avons acquis une très grande expérience dans ce domaine qui nous permet aujourd’hui de proposer un dispositif fiable et abouti.

Points forts • Permet de transformer toute surface verticale ou horizontale en une surface tactile de grande dimension. • Complètement multi-touch (pas de limites de contacts simultanés). • Une très grande réactivité qui garantit une réponse immédiate au contact. • Dimension : jusqu’à 18 mètres linéaires de mur tactile. • Compatibilité totale avec Windows 7 / plusieurs applications réalisées. • Coût de production très raisonnable.

La partie software du projet, dont nous étions responsables, est essentielle. En effet, le principe de ce dispositif repose sur l’illumination infrarouge de la surface. Des caméras infrarouges hautes performances repèrent le réfléchissement des doigts dès qu’il y a un contact avec la surface. Ensuite, il faut « tracker » les points de contact et les transformer en coordonnées. Il revient à la partie logiciel « bas niveau » de s’occuper de cette tâche. Puis, il faut caractériser le mouvement des points reconnus pour déterminer une gestuelle et l’associer à des fonctionnalités. Par exemple, repérer un « glisser-déplacer » par opposition à un « agrandissement ». Cette partie, de plus haut niveau, a aussi été développée par l’équipe en charge du projet, et les résultats nous permettent de réaliser des applications professionnelles exploitant le dispositif de façon aisée. Ainsi, nous avons développé de nombreux logiciels utilisant les caractéristiques du dispositif. Nous l’avons également rendu compatible avec Windows 7 et avec le protocole de communication tuio. Enfin, notre système permet de connecter plusieurs caméras infrarouges et de fusionner les informations reçues. Ainsi, cela nous permet de réaliser un dispositif de plusieurs mètres de long, avec les mêmes spécificités (tactile, multipoint, et de très grande réactivité).

Fiche 3

Valorisation - Nombreux salons : Salon International des Inventions de Genève 2010 (Prix de l’OPI), Salon du livre, Foire de Fribourg, EFEF (2011), Nuit de la science, Innotrans (Berlin 2012), exposition itinérante du CERN. - Création d’une start-up ncilab (www.nci-lab.com) courant 2012.

Equipement particulier - Barre d’illumination avec des lasers infrarouges. - Caméras infrarouges.

Légendes 1 - Application fenêtrée sur le mur tactile. 2 - Mur tactile multi-touch. 3 - Dessin sur table tactile. 4 - Googlemaps sur table multi-touch. 5 - Un contact sur la surface fait des « vagues ».

Fiche 4 NRF4NOSOCOM - Bouchon Réseau ad-hoc sans fil de validation de protocole médical René Beuchat, Luigi Zaffalon, Xavier Meyer (hepia), Bertrand Hurst (heig-vd)

Descriptif Ce projet a permis le développement de modules basés sur un micro-contrôleur Icycom (CSEM-Centre Suisse d’Electronique et de Microtechnique) à très basse consommation et intégrant une communication RF à 868 MHz. Ces modules sont moulés dans un bouchon et sont rechargeables par induction (collaboration CFPT-Centre de Formation Professionnelle Technique). L’antenne spécialisée pour ce module a été développée grâce à une collaboration avec l’entreprise MIND (Archamps). Les données sont récoltées à travers un relais RF-Internet et transférées sur un serveur dédié dans une base de données SQL.

Points forts Le module de base d’acquisition de données est de taille très réduite de 2 cm x 2 cm. Ces caractéristiques principales sont : • Une communication RF courte distance ~100 m. • 128 KB de mémoire non volatile pour les programmes et données. • Module accéléromètre 3D intégré. • Téléchargement de nouvelles versions de logiciel par RF. • Extensions possibles grâce à 3 bus série (SPI, i2c, UART). • L’alimentation est fournie par une batterie rechargeable par induction.

Vue générale schématique du système NRF4NOSOCOM.

De nos jours, l’utilisation de systèmes permettant de communiquer partout est courante, à l’exemple du Smartphone qui nous lie pratiquement avec la planète entière où que nous soyons. La durée d’utilisation est cependant limitée. Une autre catégorie fait actuellement de plus en plus couramment son apparition et concerne les objets communicants, que l’on nomme parfois «l’Internet des objets». Ils doivent présenter une très faible consommation, ce qui leur assure un fonctionnement autonome pendant des mois, voire des années de façon autonome. Ils diposent généralement d’une faible portée de communication. L’objectif est souvent d’effectuer des mesures locales et de les transmettre dès que possible à un serveur de données ou de générer des alarmes quant à des évènements spécifiques. Par ailleurs, les progrès récents de la médecine se sont hélas accompagnés d’une augmentation sensible des maladies nosocomiales. Les techniques invasives pratiquées pour le diagnostic, la surveillance et le traitement sont souvent à l’origine d’infections. Ces infections nosocomiales ne peuvent pas toutes être évitées, mais près de la moitié le pourraient par des moyens relativement simples, tels que le lavage et la désinfection des mains. Dans le cadre de ce projet, des prototypes de modules communicants ont été développés ainsi que l’environnement de récolte de données basé sur un serveur SQL. Equipée de transmission RF, cette nouvelle génération de modules micro-contrôleurs d’acquisition de données présente une consommation très faible. Ces modules peuvent aussi être utilisés pour des acquisitions de données réparties et à faible débit. Leurs fonctionnalités leur permettent de communiquer entre eux ainsi que vers des stations de récolte de données. Ils peuvent être placés, récoltés et déplacés aisément.

Fiche 4

Légendes 1 2 3 4 5 6

Flot de données, schéma bloc général. Les divers éléments du système (ouvert). Station réseau intermédiaire seule. Différents états du module dans le temps. Module processeur seul. Affichage des résultats.

Valorisation La réalisation de ce projet a permis de mettre en oeuvre une nouvelle gamme de processeurs développés en Suisse au CSEM (Centre Suisse d’Electronique et Microtechnique) avec des performances de consommation très réduite et incorporant une communication RF intégrée. Ce projet entre dans la dynamique de l’institut sur les systèmes embarqués autonomes et à basse consommation. Il est à l’origine : • de la signature de mandats avec les HUG (Hôpitaux Universitaires de Genève) ; • de collaborations actives avec le CSEM et Mind ; • d’une base pour de futures collaborations industrielles.

Financements

Equipement particulier

• RCSO-TIC • Mandats HUG (Hôpitaux Universitaires de Genève).

Réalisation complète du système : • Prototype développé en parallèle avec des mandats des HUG (Hôpitaux Universitaires de Genève) et le réseau RCSO-TIC. • Interface réseau Icycom/Ethernet. • IPv4/SLIP sous OS-NET-7. • Serveur base de données SQL. • Serveur de requête BIRT. • Protocole de communication. • Mise à jour par RF du logiciel des modules bouchons. • Transfert des données par initiative du bouchon sur serveur.

Fiche 5 HbbTV - Hybrid broadcast broadband TV Norme incontournable au développement de la télévision interactive Andrés Revuelta

Descriptif Le projet HbbTV propose de contribuer à l’essor d’applications et de services utilisant les technologies de la TV du futur. Les nouvelles possibilités d’interactivité offertes par HbbTV permettent d’envisager une évolution de l’expérience multimédia qu’il s’agit d’investiguer. Les aspects interaction et GUI multi-plate-formes étant prépondérants dans le domaine de la TV interactive, une plate-forme de démonstration permettra d’étudier l’utilisation de services interactifs liés aux contenus télévisuels.

Architecture HbbTV – Contexte des réseaux.

Nous allons cibler nos efforts sur les trois aspects principaux suivants :

Points forts • Nous développerons une plateforme «démonstrateur» utilisant les technologies émergentes dans le domaine de la TV connectée. • Nous proposerons des solutions innovantes en rapport avec la consommation de contenu, en tenant compte des problèmes liés au foisonnement des informations générées par les technologies émergentes, le web et les réseaux sociaux. • Notre système comportera tous les composants essentiels d’un réseau hybride de diffusion TV et Internet, et facilitera le test des scénarios suggérés.

1. Choix des scénarios démontrant les problématiques HBBTV, IMS (IP Multimedia Subsystem), et IHM (Interface homme-machine) lié à la télévision interactive. Cette partie, par la mise en pratique d’applications choisies, traitera les problématiques liées au transport des flux média, IHM et interaction riche entre spectateur-s et programme TV. Deux scénarios de démonstration caractéristiques seront précisés en collaboration avec les partenaires. Ils porteront sur les problématiques liées aux techniques de diffusion dans un contexte de réseaux hybrides et la sophistication croissante des applications des usagers. 2. Mise en place et réalisation de la plate-forme de démonstration. Une plate-forme matérielle sera testée et validée pour son usage de démonstrateur/testeur HbbTV. Cette plate-forme HbbTV sera ensuite reliée à celle d’IMS, développée en parallèle au début du projet. L’architecture du démonstrateur sera principalement définie par : • les choix matériels ; • l’architecture du système (dont serveurs et clients HbbTV / IMS) ; • définition des flux de communication HbbTV et IMS, (serveurs-applicationsterminaux tels que télécommande, tablette, smartphone…). 3. Développement et implémentation des éléments d’interface IHM. Nous procéderons à l’élaboration de l’état de l’art côté IHM, à l’implémentation interactives et logiques des couches nécessaires à la création d’applications contextuelles (scénarios) offrant des services de type « réseau social » et gestion de contenu. Selon les résultats de l’état de l’art, et en fonction de chaque scénario, nous développerons une couche IHM cohérente et capable d’interagir avec les technologies sousjacentes en question, soit IMS et HBBTV. Au final, nous devrons tirer les recommandations utiles visant au bon arbitrage entre le contenu de l’écran de la télévision et les petits écrans complémentaires.

Fiche 5

Légendes 1 2 3 4

Plate-forme de démonstration HbbTV. Exemple de scénario à implémenter. HbbTV next : le futur de la TV ? Roland Garros 2011 : un test grandeur nature réussi. © France Télévisions 5 - HbbTV apporte une nouvelle dimension interactive aux débats TV. © France Télévisions 6 - MesServicesTV, un portail d’essai sur TNT. © MesServicesTV, Auxerre

Valorisation Economique : • Soutien actif de l’EBU-UER, cofondateur de la norme HbbTV. • La TSR et la PME Sobees soutiennent aussi ce projet. • La société Ericsson est intéressée à poursuivre sa collaboration avec l’EIA-FR. • Des discussions avec la PME Softcom sont en cours. Académique : • Cours MSE : «Mobiles systems & Applications» : J.-F. Wagen, T. El Maliki, A. Revuelta. • Cours MSE : «Next Generation Networks and Web 2.0» : A. Delley et J.-F. Wagen. • Cours MRU – 2009/2011 : «Transmissions audiovisuelles optimisées» : A. Revuelta.

Equipement particulier Le contexte de travail sur des réseaux de transmission hybrides, comportant les diffusions Broadcast (satellite, TNT, CATV) et Broadband (Internet), avec l’interactivité induite par la norme HbbTV elle-même,

exige en sus des équipements courants au développement Web et Internet, une infrastructure et des équipements complexes de transmission. Le soutien actif de l’EBUUER, cofondateur de la norme HbbTV, nous permet de pallier à ce problème. De plus, la société Ericsson propose sa collaboration, en mettant

sa plate-forme de transmission IMS à disposition du projet. Notre plate-forme utilisera différents terminaux accessibles sur le marché aux utilisateurs HbbTV, aussi bien en termes de télévisions et de « set top box », qu’en termes de terminaux mobiles d’affichage et d’interaction.

Fiche 6 Ecomobilité Analyse du confort de conduite dans les transports publics Fabien Vannel, Christian Abegg

Descriptif Ce projet vise à développer un système d’aide à la formation des conducteurs de bus. Dans ce cadre, un véhicule est équipé de plusieurs capteurs : accéléromètres pour la mesure du confort, GPS, bus FMS qui transporte des données issues de l’ordinateur central du véhicule. Ces informations sont transmises par une communication sans fil sur la tablette du formateur. Les différentes informations sont présentées dans un logiciel d’aide à la formation développé essentiellement pour l’écomobilité.

Points forts Les Transports publics genevois (TPG) souhaitent devenir exemplaires dans leurs méthodes de formation des conducteurs. Outre les compétences requises en termes de conduite, les conducteurs sont sensibilisés aux méthodes d’écomobilité : consommer moins de carburant, préserver le matériel et surtout améliorer le confort des usagers. Le système développé dans ce projet analyse les données de nombreux capteurs, ce qui permet d’apporter directement des améliorations au style de conduite du conducteur.

Architecture globale du système.

Tout usager des transports publics a sans doute un jour qualifié le style de conduite du conducteur de désagréable ou d’exemplairement doux. Ce projet réalisé entre hepia et les Transports publics genevois (TPG) consiste à développer un nouvel outil d’aide à la formation dont l’objectif est de fournir au formateur un outil informatique permettant de mesurer et de visualiser immédiatement les effets de la conduite sur le ressenti des passagers ainsi que de faciliter des économies de carburant. Ce principe de l’écomobilité est présenté durant les formations et consiste à étudier les méthodes de conduite pour améliorer le confort des usagers, en évitant accélérations et freinages brusques ou répétitifs, par exemple. L’une des difficultés majeures pour un conducteur est de comprendre l’impact de sa conduite sur le ressenti de ses passagers, surtout lorsqu’il s’agit d’un véhicule articulé de longue taille. Le bus dédié à la formation est équipé de capteurs d’accélération, d’un système de localisation par GPS, d’une liaison à la centrale du bus, ainsi que de caméras. Toutes ces informations sont centralisées et mémorisées dans un ordinateur installé dans le véhicule. Une liaison sans fil par Wi-Fi permet à une ou plusieurs tablettes de visualiser en direct le parcours effectué, les images des caméras, ainsi que l’état des différents capteurs. La lecture des informations présentées fournit au formateur la possibilité de discuter immédiatement avec le conducteur de la qualité de sa conduite en termes d’écomobilité. Un bilan final est rédigé et mis à disposition du conducteur qui peut ainsi comparer ses différentes courses de formation et évaluer sa progression. Le principal défi de ce projet est de concevoir une architecture extrêmement fiable et simple d’utilisation. Une transposition de ce système aux trolleys et tramways est envisagée.

Fiche 6

Valorisation Ce projet sera achevé au printemps 2013 et mis à disposition des TPG pour le présenter à la conférence internationale sur les transports publics qui se tiendra à Genève en mai 2013. Plusieurs développements de ce projet pourront par ailleurs être utilisés dans d’autres collaborations avec les TPG, essentiellement dans les domaines du développement durable, tels que la mesure et l’économie d’énergie.

Equipement particulier

Légendes 1 - Electronique d’un capteur d’accélérations. 2 - Un boîtier contenant un capteur d’accélérations. 3 - Logiciel EcoView développé dans le cadre du projet. 4 - Graphes des accélérations et représentation sous forme de nuages de points. 5 - Image de la caméra du poste de conduite et de la route. 6 - Logo TPG.

L’environnement d’un véhicule de transport nécessite des systèmes particuliers dont la robustesse et la fiabilité se doivent d’être supérieurs aux standards : • L’ordinateur installé dans le bus a été choisi chez le fabriquant Kontron. Celui-ci est certifié conforme à la norme EN50155 utilisée dans les transports et le domaine ferroviaire. • La communication entre capteurs repose sur un système éprouvé dans ce domaine : le bus CAN. • Une communication redondante est utilisée entre l’ordinateur de bord et la tablette.

Fiche 7 QCRYPT Communications à haute vitesse sécurisées par des clés de chiffrement distribuées selon les principes de la physique quantique. Fabien Vannel

Descriptif QCRYPT est un projet multisites financé par Nano-tera visant à créer un système de cryptographie quantique unique. Les performances ambitionnées ont nécessité la mise en commun de plusieurs compétences afin d’appliquer les résultats de la recherche fondamentale à un système commercialisable. hepia est chargée de la conception en VHDL de composants du Quantum Key Distribution (QKD) ainsi que de la conception d’interfaces optiques implémentées dans des FPGA de dernière génération.

Points forts • Projet multi-sites de 4 ans avec un budget de plusieurs millions de francs. • Utilisation de FPGA Virtex 6 ainsi que Stratix V. • Implémentation d’interfaces série optiques à 2.5 Gbit/s et 10 Gbit/s. • Conception d’algorithmes mathématiques en VHDL (Low-Density-Parity-Check, AES). • Développement de protocoles dédiés. • Conception de composants optiques (détecteur de photon unique). • Preuves formelles de protocoles cryptographiques quantiques.

Schéma ArchiQCRYPT.

La société d’information actuelle est fondée sur le partage de données sous forme électronique. La cryptographie apporte des solutions pour échanger des informations de façon sécurisée et repose sur deux principes : disposer d’un algorithme mathématique de chiffrement et d’un secret commun unique. Actuellement, les systèmes d’information utilisent des algorithmes de chiffrement tels que AES (Advanced Encryption Standard), qui sont considérés comme incassables. En ce qui concerne le partage du secret commun, il est important qu’il soit transmis sans que quiconque puisse le récupérer. Selon les niveaux de sécurité souhaités, il peut être nécessaire d’utiliser une nouvelle clé de chiffrement à chaque échange de message. L’objet de ce projet est de mettre les propriétés quantiques de l’optique au profit de la création de clés uniques. Le système est constitué de deux appareils (Alice et Bob), distants de plusieurs dizaines de kilomètres et reliés entre eux par une fibre optique. Un très faible flux de photons est émis au travers de ce canal, de sorte que chaque photon soit porteur d’un seul bit d’information. Les systèmes émetteurs et récepteurs, nommés QKD (Quantum Key Distribution) peuvent créer des clés aléatoires tout en les garantissant contre toute interception ou manipulation par un espion. Ces clés construites dans les appareils Alice et Bob à un taux de 1Mbit/s, sont transmises à deux encrypteurs chiffrant par AES des communications jusqu’à 100 Gbit/s. Ce projet multi-sites financé par les fonds Nano-tera vise à dépasser les limites technologiques actuelles en s’appuyant notamment sur la conception de composants optiques tels qu’un détecteur de photon unique à très haut débit, sur l’accélération matérielle d’algorithmes mathématiques dans des FPGA et sur l’exploitation d’interfaces de télécommunication à 100Gbit/s.

Fiche 7

Partenaires

Valorisation Les résultats de ce projet sont exploités par la société genevoise IdQuantique sous la forme de deux nouveaux appareils : un encrypteur AES à 100 Gbit/s ainsi qu’un serveur de clés quantiques (QDK) à 1 Mbit/s fonctionnant jusqu’à 100 km. Plusieurs publications académiques sont prévues ainsi que des présentations dans des conférences internationales. Les résultats de ce projet pourront également être exploités dans le cadre de nouvelles collaborations.

Fiche 8 MUlti-disciplinary diStrIbuted Computing (MUSIC) Nabil Abdennadher

Descriptif MUSIC vise à mettre en place une plate-forme distribuée de calcul volontaire pour le déploiement et l’exécution d’applications de calcul intensif. L’idée est d’exploiter les infrastructures matérielles non utilisées au sein d’une entreprise, laboratoire ou université pour exécuter des applications de haute performance. Plusieurs applications sont déployées afin de valider et de tester la plate-forme mise en place. Elles sont issues de domaines divers tels que l’environnement, les sciences du vivant et l’art.

Points forts L’idée directrice du projet MUSIC est de profiter de l’infrastructure matérielle informatique existante et non exploitée pour exécuter des applications gourmandes en ressources informatiques (processeurs, mémoires, espace de stockage, réseau, etc.). L’objectif est d’offrir aux chercheurs et aux industriels un environnement intuitif qui cache la complexité et l’hétérogénéité de l’infrastructure matérielle. Cette démarche est similaire aux concepts proposés par le grid et le cloud computing.

Exemple de deux applications déployées sur la plate-forme Grid / Cloud / Cluster de l’hepia : classification d’images « artistiques » (HES Lucerne) et analyse des risques de cyclones (Université de Genève).

hepia développe depuis 2003 un environnement de calcul volontaire appelé XtremWeb-CH (XWCH : www.xtremwebch.net). Cet environnement est composé d’une infrastructure informatique matérielle et d’une couche logicielle qui cache l’hétérogénéité et la distribution des ressources. XWCH a fait l’objet de plusieurs améliorations et extensions dans le cadre de plusieurs projets de recherche appliquée financés par la HES-SO, la Confédération suisse et l’Europe (FP7). L’objectif du projet MUSIC est de : • consolider l’infrastructure existante par de nouvelles ressources fiables et stables ; • développer les outils nécessaires pour l’administration et la gestion des ressources disponibles. Ces outils concernent aussi bien les administrateurs que les développeurs d’applications ; • connecter la plate-forme actuelle XWCH avec d’autres plate-formes distribuées telle que la grille Suisse (www.smscg.ch), la plate-forme européenne EDGI (http://edgi-project.eu/) ou le cloud d’Amazone (http://aws. amazon.com/ec2/) ; • utiliser la plate-forme dans le cas concret de plusieurs applications issues de domaines divers tels que l’environnement, les sciences du vivant et l’art.

Fiche 8

Valorisation Les outils, le savoir-faire et les applications développés dans le cadre du projet MUSIC seront utilisés pour proposer des solutions performantes et à coût abordable pour les sociétés et entreprises ayant un besoin en calcul de haute performance.

Equipement particulier Le projet MUSIC utilisera le cluster Gordias installé à hepia, l’infrastructure de calcul volontaire XtremWeb-CH, la plate-forme Cloud du projet européen Venus-C ainsi qu’une plate-forme de cloud privée en cours de construction à hepia.

Rue de la Prairie 4 CH-1202 Genève

Tél. +41 (0)22 546 24 00 Fax +41 (0)22 546 24 10

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