Les grandes évolutions de la technique de systèmes embarqués au cours des dernières années ont permis avec succès la combinaison de la détection, le traitement des données, et diverses technologies de communication sans fil tout en un nœud. Les réseaux de capteurs sans fil (WSN) qui se composent d’un grand nombre de ces nœuds ont attiré l’attention du monde entier sur les établissements scolaires et les communautés industrielles, puisque leurs applications sont très répandues dans des domaines tels que la surveillance de l’environnement, le domaine militaire, le suivi des événements et la détection des catastrophes. En raison de la dépendance sur la batterie, la consommation d’énergie des réseaux de capteurs a toujours été la préoccupation la plus importante. Dans cet article, une méthode mixte est utilisée pour l’évaluation précise de l’énergie sur les réseaux de capteurs, ce qui inclut la conception d’un environnement de SystemC simulation base au niveau du système et au niveau des transactions pour l’exploration de l’énergie, et la construction d’une plate-forme de mesure d’énergie pour les mesures de nœud banc d’essai dans le monde réel pour calibrer et valider à la fois le modèle de simulation énergétique de nœud et le modèle de fonctionnement. La consommation d’énergie élaborée de plusieurs différents réseaux basés sur la plate-forme de nœud sont étudiées et comparées dans différents types de scénarios, et puis des stratégies globales d’économie d’énergie sont également données après chaque scénario pour les développeurs et les chercheurs qui se concentrent sur la conception des réseaux de capteurs efficacité énergétique. Un cadre de l’optimisation basée sur un algorithme génétique est conçu et mis en œuvre à l’aide de MATLAB pour les réseaux de capteurs conscients de l’énergie. En raison de la propriété de recherche global des algorithmes génétiques, le cadre de l’optimisation peut automatiquement et intelligemment régler des centaines de solutions possibles pour trouver le compromis le plus approprié entre la consommation d’énergie et d’autres indicateurs de performance. Haute efficacité et la fiabilité du cadre de la recherche des solutions de compromis entre l’énergie de nœud, la perte de paquets réseau et la latence ont été prouvés par réglage paramètres de l’algorithme CSMA / CA de unslotted (le mode non-beacon de IEEE 802.15.4) dans notre simulation basé sur SystemC via une fonction de coût de la somme pondérée. En outre, le cadre est également disponible pour la tâche d’optimisation basée sur multi-scénarios et multi-objectif par l’étude d’une application médicale typique sur le corps humain. / The great technique developments of embedded system in recent years have successfully enabled the combination of sensing, data processing and various wireless communication technologies all in one node. Wireless sensor networks (WSNs) that consist of many of such node have gained worldwide attention from academic institutions and industrial communities, since their applications are widespread in such as environment monitoring, military fields, event tracing/tracking and disaster detection. Due to the reliance on battery, energy consumption of WSNs has always been the most significant concern. In this paper, a mixed method is employed for the accurate energy evaluation on WSNs, which involves the design of a transaction-level system-level based SystemC simulation environment for energy exploration, and the building of an energy measurement system platform for the real world testbed node measurements to calibrate and validate both node energy simulation model and operation model. Elaborate energy consumption of several different node platform based networks are investigated and compared under different kinds of scenarios, and then comprehensive energy-saving strategies are also given after each case scenario for the developers and researchers who focus on the energy-efficient WSNs design. A genetic algorithm (GA) based optimization framework is designed and implemented using MATLAB for the energy aware WSNs. Due to the global search property of genetic algorithms, the optimization framework is able to automatically and intelligently fine tune hundreds/thousands of potential solutions to find the most suitable tradeoff among energy consumption and other performance metrics. The framework’s high efficiency and reliability of finding the tradeoff solutions among node energy, network packet loss and latency have been proved by tuning unslotted CSMA/CA algorithm parameters (used by non-beacon mode of IEEE 802.15.4) in our SystemC-based simulation via a weighted sum cost function. Furthermore, the framework is also available for the multi-scenario and multi-objective based optimization task by studying a typical medical application on human body. Keywords: Wireless sensor networks (WSNs), energy consumption, simulation/emulation, SystemC, testbeds, measurements, calibration, optimization, genetic algorithms, performance metrics, weighted sum cost function, multi-scenario and multi-objective optimization, Pareto-front

Cette thèse s’inscrit dans le domaine de la caractérisation des systèmes de communication sans fil utilisant la diversité des antennes. En effet, ces systèmes permettent de lutter contre les évanouissements des signaux, lorsque le terminal est placé dans un environnement riche en multi-trajets. L’objectif d'une telle recherche est : d’étudier l'association de plusieurs antennes à l'émission et / ou la réception pour améliorer le bilan de liaison, et la capacité des systèmes sans fil, (diminution de BER (Bit Error Rate), augmentation de débit ...). Cette thèse s’intéresse à l'aspect électromagnétique et traitement du signal. Afin de comprendre les phénomènes mis en jeu, et de caractériser les performances du terminal, il doit être placé dans un environnement de propagation multi-trajets contrôlable dans le temps et dans l'espace.Cela nous amène à trouver des méthodes de mesures capables de reproduire des modèles de canaux de propagation réalistes. Dans le cadre de cette thèse la méthode utilisée est la chambre réverbérante. Dans cette thèse, nous nous intéressons à l'aspect temporel. La chambre réverbérante (RC) est considérée comme un outil utile pour émuler des environnements riches en multi-trajets. Dans cette contribution, ce dispositif est utilisé pour émuler des modèles canaux multi-trajets, et évaluer la performance des systèmes de communication sans fil. Cette évaluation est effectuée avec des mesures en temps réel et non temps réel. Parmi les objectifs de cette thèse est d'obtenir un modèle de simulation électromagnétique de la chambre réverbérante basé sur une approche circuit, afin de déterminer la fonction de transfert de canal en fonction des pertes. / This thesis is part of the field of the characterization of wireless communication systems using antennas diversity. Indeed, such systems allow fighting against the signals fading, when the terminal is inside a strong multipath environment. The issue of such research is: to study the association of multiple antennas at transmitting and/or receiving sides to improve the link budget, and the capacity of wireless systems, (decrease of BER (Bit Error Rate), increase of throughput …). This thesis takes an interest to the electromagnetic aspect, and signal processing. In order to understand the involved phenomena, and to characterize the terminal performance, it should be placed in a controlled multipath propagation environment in time, and in space. This brings us to find measurement methodologies able to reproduce models of realistic propagation channels. As part of this thesis the method used is the reverberation chamber. In this thesis we are interested in the time aspect. Reverberation chamber (RC) is considered as a useful tool to emulate rich multipath environments. In this contribution, this device is employed to emulate multi clusters channel models (cluster is defined as a group of multipath), and evaluate performance of wireless communication systems. This evaluation is performed with real time and not-real time measurements. It remains to note that among the objectives set out in this PhD thesis is to obtain electromagnetic simulation model of the reverberation chamber based on circuit approach, in order to determine the channel transfer function versus losses quantities.

La thèse a pour objectif principal de contribuer à l’étude des déterminants de l’engagement des pays donateurs en matière de développement. En constatant une progression universaliste dans la recherche de tels déterminants, qui consiste à identifier des variables indépendantes communes pour l’ensemble des bailleurs de fonds, la thèse est partie pour défier cette recherche tout en l’enrichissant. Le défi renvoie à l’étude de cas spécifique de l’engagement balte en faveur de l’aide. Il s’agit d’un défi pluriel, empirique comme méthodologique. Sur le plan empirique, c’est un contexte historique particulier des pays baltes, celui de l’adhésion à l’UE et l’obligation de contribuer aux efforts de la communauté des bailleurs de fonds européens, qui est à noter. De repères méthodologiques font défaut en raison du manque de données et de recherche systématique sur le sujet. La thèse propose de neutraliser les biais qui peuvent en résulter en mettant l’engagement balte en perspective par rapport aux pays de Visegrád, disposant de l’expérience en matière d’aide étrangère de l’époque d’avant 1989. En dépit du manque d’une expérience propre, le trio balte affichent des efforts en faveur des populations plus démunies à la hauteur des pays de Visegrád. L’engagement en ressort comme une réalité sociopolitique complexe, dépassant le registre incrémental et la contrainte de l’UE. Il s’affirme à l’échelle européenne comme un processus d’émulation intergouvernementale. Un ancrage social de ce processus relève pourtant moins d’une croyance absolue en ce qui est adéquat que d’un effort raisonné de ne pas se distinguer parmi ses pairs. / The dissertation aims to contribute to the research on determinants of the commitment of donor countries in the area of development aid. Given the progress of a universalist approach towards studying these determining factors (an approach aiming to identify common independent variables for the donor community as a whole), the dissertation takes the position of challenging the current research while, at the same time, enriching it. The main challenge, empirical as well as methodological, lies within the choice of a specific case study, which is the commitment of the Baltic states. Empirically, the specificity of the Baltic countries relates to their historical context, that is, their accession to the EU and their obligation to contribute to the efforts of the European donor community. Yet another specificity relates to the lack of relevant data and systematic research on the subject. Considering the biases which may result from this state of play concerning the Baltic countries, the dissertation frames their commitment in a comparative perspective with regard to the Visegrad Four, which possess relevant experience from the pre-1989 period. Despite the lack of their own national experience, the Baltic states deploy efforts akin to those of the Visegrad countries. Hence, their commitment reveals itself as a complex sociopolitical reality, determined by factors other than incrementalism or the EU’s pressure. The commitment appears as a process of intergovernmental emulation. A social nature of this process is however less linked to an unconditional belief in what is considered to be appropriate than to a reasoned effort not to stand out among one’s peers.

Les méthodes d’ingénierie dirigée par modèle des systèmes, telles que la simulation, l’analyse formelle et l’émulation ont été intensivement utilisées ces dernières années pour étudier et prévoir les propriétés et les comportements des systèmes complexes. Les résultats de ces analyses révèlent des connaissances qui peuvent améliorer la compréhension d’un système existant ou soutenir un processus de conception de manière à éviter des erreurs couteuses (et catastrophiques) qui pourraient se produire dans le système. Les réponses à certaines questions que l’on se pose sur un système sont généralement obtenues en utilisant des méthodes d’analyse spécifiques ; par exemple les performances et les comportements d’un système peuvent être étudiés de façon efficace dans certains cadres expérimentaux, en utilisant une méthode appropriée de simulation. De façon similaire, la vérification de propriétés telles que la vivacité, la sécurité et l’équité sont mieux étudiées en utilisant des méthodes formelles appropriées tandis que les méthodologies d’émulation peuvent être utilisées pour vérifier des hypothèses temporelles et des activités et comportements impliquant des interactions humaines. Donc, une étude exhaustive d’un système complexe (ou même d’apparence simple) nécessite souvent l’utilisation de plusieurs méthodes d’analyse pour produire des réponses complémentaires aux probables questions. Nul doute que la combinaison de multiples méthodes d’analyse offre plus de possibilités et de rigueur pour analyser un système que ne peut le faire chacune des méthodes prise individuellement. Si cet exercice (de combinaison) permet d’aller vers une connaissance (presque) complète des systèmes complexes, son adoption pratique ne va pas de pair avec les avancées théoriques en matière de formalismes et d’algorithmes évolués, qui résultent de décennies de recherche par les praticiens des différentes méthodes. Ce déficit peut s’expliquer parles compétences mathématiques requises pour utiliser ces formalismes, en combinaison avec la faible portabilité des modèles entre les outils des différentes méthodes. Cette dernière exigence rend nécessaire la tâche herculéenne de créer et de gérer plusieurs modèles du même système dans différents formalismes et pour différents types d’analyse. Un autre facteur bloquant est que la plupart des environnements d’analyse sont dédiés à une méthode d’analyse spécifique (i.e., simulation, ou analyse formelle, ou émulation) et sont généralement difficiles à étendre pour réaliser d’autres types d’analyse. Ainsi, une vaste connaissance de formalismes supportant la multitude de méthodes d’analyse est requise, pour pouvoir créer les différents modèles nécessaires, mais surtout un problème de cohérence se pose lorsqu’il faudra mettre à jour séparément ces modèles lorsque certaines parties du système changent. La contribution de cette thèse est d’alléger les charges d’un utilisateur de méthodes d'analyse multiples, dans sa quête d’exhaustivité dans l’étude des systèmes complexes, grâce à un cadre qui utilise les technologies d’Ingénierie Dirigée par les Modèles (IDM) pour fédérer la simulation, l’analyse formelle et l’émulation. Ceci est rendu possible grâce à la définition d’un langage de spécification unifié de haut niveau, supporté par des capacités de synthèse automatiques d’artéfacts requis par les différentes méthodes d’analyse. (...) / Model-based systems engineering methodologies such as Simulation, Formal Methods (FM) and Enactment have been used extensively in recent decades to study, analyze, and forecast the properties and behaviors of complex systems. The results of these analyses often reveal subtle knowledge that could enhance deeper understanding of an existing system or provide timely feedbacks into a design process to avert costly (and catastrophic) errors that may arise in the system. Questions about different aspects of a system are usually best answered using some specific analysis methodologies; for instance, system's performance and behavior in some specified experimental frames can be efficiently studied using appropriate simulation methodologies. Similarly, verification of properties such as, liveness, safeness and fairness are better studied with appropriate formal methods while enactment methodologies may be used to verify assumptions about some time-based and human-in-the-loop activities and behaviors. Therefore, an exhaustive study of a complex (or even seemingly simple) system often requires the use of different analysis methodologies to produce complementary answers to likely questions. There is no gainsaying that a combination of multiple analysis methodologies offers more powerful capabilities and rigor to test system designs than can be accomplished with any of the methodologies applied alone. While this exercise will provide (near) complete knowledge of complex systems and helps analysts to make reliable assumptions and forecasts about their properties, its practical adoption is not commensurate with the theoretical advancements, and evolving formalisms and algorithms, resulting from decades of research by practitioners of the different methodologies. This shortfall has been linked to the prerequisite mathematical skills for dealing with most formalisms, which is compounded by little portability of models between tools of different methodologies that makes it mostly necessary to bear the herculean task of creating and managing several models of same system in different formalisms. Another contributing factor is that most of existing computational analysis environments are dedicated to specific analysis methodologies (i.e., simulation or FM or enactment) and are usually difficult to extend to accommodate other approaches. Thus, one must learn all the formalisms underlining the various methods to create models and go round to update all of them whenever certain system variables change. The contribution of this thesis to alleviating the burdens on users of multiple analysis methodologies for exhaustive study of complex systems can be described as a framework that uses Model-Driven Engineering (MDE) technologies to federate simulation, FM and enactment analysis methodologies behind a unified high-level specification language with support for automated synthesis of artifacts required by the disparate methodologies. This framework envelops four pieces of contributions: i) a methodology that emulates the Model- Driven Architecture (MDA) to propose an independent formalism to integrate the different analysis methodologies. ii) Integration of concepts from the three methodologies to provide a common metamodel to unite some selected formalisms for simulation, FM and enactment. Iii) Mapping rules for automated synthesis of artifacts for simulation, FM and enactment from a common reference model of a system and its requirements. iv) A framework for the enactment of idiscrete event systems. We use the beverage vending system as a running example throughout the thesis. (...)

La complexité croissante des systèmes embarqués multi-coeur exige des structures de communication flexibles et capables de supporter de nombreuses requêtes de trafics au moment de l’exécution. Les Réseaux sur Puce (NoC) émergent comme la technologie de communication la plus prometteuse pour les SoCs (Systèmes sur Puce), du fait de leur plus grande flexibilité par rapport aux autres solutions comme les bus et les connexions points à points. Les NoCs sont devenus le standard comme support de communication pour les SoC, mais les outils d’évaluation de performances deviennent critiques pour ces systèmes. Les outils d’émulation sur FPGA accélèrent l’analyse comparative de NoC ainsi que l’exploration de l’espace de conception. Ces outils ont une grande précision et un faible temps d’exécution par rapport aux simulateurs de NoC. Un outil d’émulation basé sur FPGA est composé de dizaines ou de centaines de composants distribués. Ces composants doivent être correctement gérés afin d’exécuter différents scénarii d’évaluation de trafic. Pour cela, il faut être à même de re-programmer les composants, en utilisant un protocole standard qui permet alors de piloter l’émulateur de NoC sur FPGA. Ces protocoles facilitent l’intégration des composants d’émulation développés par différents concepteurs et simplifient la configuration des noeuds d’émulation sans resynthèse ainsi que l’extraction des résultats d’émulation. Bien que l’émulation matérielle de NoC soit assez difficile, il est important de valider de nouvelles architectures de NoC avec des trafics basés sur les applications réelles pour permettre d’obtenir des résultats plus précis. La génération de modèles de trafic basés sur des applications est une préoccupation majeure pour l’émulation de NoC. Les traces intégrant des informations de dépendances sont plus précises que les traces ordinaires, ceci pour un large éventail d’architectures de NoC. Cependant, elles ont tendance à être plus grosses que les traces originales et exigent plus de ressources FPGA. L’objectif de cette thèse est la synthèse de plateformes d’émulation de NoC sur FPGA pour les futurs systèmes embarqués multi-noeuds. Une recherche approfondie s’est portée sur les stratégies éventuelles pour la génération des modèles réalistes de trafic pour le NoC émulé sur FPGA, et pour la gestion des plateformes d’émulation en utilisant des protocoles standard inspirés des protocoles de réseaux informatiques. Une première contribution de cette thèse est une structure (« framework ») d’analyse de traces capable d’extraire les dépendances de paquets. La plateforme proposée analyse un ensemble de traces extraites d’une application embarquée basée sur l’échange de messages afin de construire un modèle de calcul (MoC). Un générateur de trafic (TG) intégrant cette dépendance est créé à partir du MoC proposé. Ce TG reproduit le motif de trafic d’une application pour une plateforme d’émulation sur FPGA. Une seconde contribution est une version allégée du protocole SNMP (Simple Network Management Protocol) pour la gestion d’une plateforme d’émulation de NoC sur FPGA. L’architecture de la plateforme d’émulation proposée est basée sur les concepts du protocole SNMP. Elle offre une interface standard de haut niveau pour les composants d’émulation fournis par le protocole SNMP. Ce protocole facilite également l’intégration de composants d’émulation créés par différents concepteurs. Une analyse prospective des futures architectures de NoC constitue également une contribution dans cette thèse. Dans cette analyse, une architecture conceptuelle d’un système embarqué multi-noeuds du futur constitue un modèle pour extraire les contraintes de ces réseaux. Un autre mécanisme présenté est un NoC tolérant aux pannes, basé sur l’utilisation de liens de contournement. Enfin, la dernière contribution repose sur une analyse de base des besoins des futurs NoC pour les outils d’émulation sur FPGA / The ever-increasing complexity of many-core embedded system applications demands a flexible communication structure capable of supporting different traffics requirements at run-time. The Networks-on-Chip (NoCs) emerge as the most promising communication technology for the modern many-cores SoC (System-on-Chip), whereby they have greater scalability than other solutions such as buses and point to point connections. As NoCs become de facto standard for on chip systems, NoC performance evaluation tools become critical for SoCs design. The FPGA based emulation platforms accelerate NoC benchmarking as well as design space exploration. Those platforms have high accuracy and low execution time in relation to NoC simulators. An FPGA-based emulation platform is composed by tens or hundreds of distributed components. These components should be timely managed in order to execute an evaluation scenario. There is a lack of standard protocols to drive FPGA-based NoC emulators. Such protocols could ease the integration of emulation components developed by different designers, as well as they could enable the configuration of the emulation nodes without FPGA re-synthesis and the extraction of emulation results. The NoC hardware emulation is quite challenging. It is important to validate new NoC architectures with realistic workloads, because they provide much more accurate results. The generation of applications traffic patterns is a key concern for NoC emulation. The dependency aware traces are an appealing solution for the generation of realistic traffic workloads. They are more accurate than ordinary traces for a broad range of NoC architectures because they contain packets dependencies information. However, they tend to be bigger than the original ones what demands more FPGA resources. This thesis aims the synthesis of FPGA-based NoC emulation platforms for the future multi-core embedded systems. We are interested in investigating strategies to generate realistic traffic patterns for NoCs emulated on FPGAs, as well as the management of the emulation platform using standard protocols inspired by the computer networks protocols. One contribution of this thesis is a trace analysis framework which addresses the packets dependencies extraction problem. The proposed framework analyzes traces from a message passing application in order to build a Model of Computation (MoC). This MoC reproduces the communicative behavior of an application node. A dependency-aware Traffic Generator (TG) is created from the proposed MoC. This TG generates the application traffic pattern during an FPGA-based NoC emulation. Another contribution is a light version of SNMP (Simple Network Management Protocol) to manage an FPGA-based NoC emulation platform. An FPGA-based emulation platform architecture is proposed based on the principles of SNMP protocol. This platform has a high-level interface to the emulation components provided by that protocol, which also eases the integration of emulation components created by different designers. The emulation platform and the protocol capacities are evaluated during a task mapping and mesh topology design space exploration. A prospective analysis of future NoCs architectures is also a contribution of this thesis. In this analysis, a conceptual architecture of a future multi-core embedded system is used as model to extract these networks requirements. From this analysis, it is proposed some networking mechanisms. The first mechanism is a congestion-aware routing algorithm, which is an adaptive routing algorithm that selects the output path for a given packet based on a simple prioritized scheme of sets of rules. It is also proposed a congestion-control mechanisms for the vertical links interconnecting the layers of a 3D NoC. This mechanism is based upon the diffusion of congestion information by a piggyback protocol

The goal of this thesis is to create a virtual machine that emulates a running programs written in Java programing language, which would be suitable for malware analysis and detection. The emulator is able to detect arguments of exploitable methods from Java standard classes, the order of calling these exploitable methods and also execution the test application. Overall functionality was tested on appropriate examples in which held its own measurements. At the end of the paper we describe testing of the emulator, which also contains tables and graphs for better results visualization.

The diploma thesis is focused on the creation of a control interface for a polygon simulating the electrical distribution network of the Czech Republic, where communication between substations is realized by IEC 60870-5-104 protocol. The theoretical part of the thesis explains the basic principles, properties and possibilities of communication standards IEC 60870 and IEC 61850. The next part is focused on the actual implementation and subsequent implementation of the control interface, including the implementation of the IEC 61850-80-1 module for data transfer between the mentioned standards. The last part describes the created behavior scenarios or the analysis of communication itself.

The thesis deals with emulating higher-order elements using the transformation mutators, which were described by Leon Chua in 1971. The procedure of designing mutators from their mathematical description to the synthesis of concrete electrical circuits is described. The circuit solutions are based on the utilization of advanced circuit principles in order to achieve optimal circuit performance. Mutators are implemented as a set of eight incremental modules. Via their cascade connection, it is possible to emulate arbitrary elements from the periodical table of higher-order elements. The proposed solutions are tested by means of computer simulations and also verified by measurements.

This master’s thesis deals with communication system design via the NFC and Wi-Fi interface. The thesis has two basic goals. The first goal is to create a device that is capable of storing of data and its subsequent transfer via the NFC interface. The second aim is to utilize this device for measuring various physical variables. The IoT technology is employed to fulfill the aforementioned goal. IoT technology is capable of visualizing data in real time and make them accessible via the Internet. The result of this work is an universal device, that contains the most popular communication interfaces, such as I2C, SPI and that is capable of processing measurement data from digital, analogue, and wireless sensors.

Ces travaux portent sur l'étude et le développement d'un système de caractérisation de radioaltimètres. La propagation Air-Sol-Air, contexte particulier du canal de propagation aéronautique adaptée aux radioaltimètres, est étudiée et modélisée. Une approche hybride basée sur le lancer de rayon et les fonctions de distribution de la réflectance bidirectionnelle est proposée pour le développement d'un simulateur de canal de propagation dédié aux radioaltimètres. Les modèles issus de cet outil sont validés par confrontation à des essais en vol et une méthode de conditionnement des résultats est proposée pour les rendre utilisables dans un accumulateur de canaux de propagation temps réel. L'architecture matérielle et logicielle de celui-ci est détaillée dans ce manuscrit et son fonctionnement est validé par la mesure. / This thesis presents the study and the development of a radar-altimeter characterization tool. The Air-Ground-Air propagation channel is a specific context of the aeronautical channel applied to the radar-altimeters. A new hybrid method designed to the development of a channel simulator is described. This one is based upon ray tracing and bidirectionnal reflectance distribution functions and permits to obtain channel models validated by comparison with on flight measurements. A pre-conditioning method is also explained to make the channel models ready to be used in a real time channel emulator. The hardware and software architecture of this channel emulator is detailed in this book and its behavior is validated with laboratory measurements.