Dans ce projet de maîtrise, on s'est intéressé à l'évaluation des performances de l'équipement OVLAN (Optical Virtual Local Agile Networking) et à l'intégration d'un simulateur de réseaux à l'environnement de conception des réseaux de communication ONDE (Optical Network Development Environment). Dans un premier volet, on a commencé par présenter un modèle statistique pour mettre en évidence l'intérêt d'étendre le multiplexage statistique au niveau des longueurs d'onde. Par la suite, on a détaillé un modèle Markovien permettant d'évaluer les performances de OVLAN. Finalement, on a présenté le simulateur qui a été intégré au logiciel ONDE pour permettre à ce dernier de faciliter l'étude de quelques aspects d'un réseau avant son déploiement, comme, par exemple, charge du réseau, estimation de coût, dimensionnement des noeuds et des liens, etc.

Les prochaines générations de terminaux mobiles devront être capables, de façon autonome, de déterminer au fil des déplacements de l'utilisateur, les standards de communication les plus adaptés pour garantir un niveau de qualité de service satisfaisant pour les applications en cours de fonctionnement. Ces systèmes proposeront de plus une gamme étendue de standards de communication et une offre diversifiée d'applications. Pour intégrer toutes ces fonctionnalités en respectant les contraintes fortes en termes de coût, de consommation et de surface associées à ces systèmes, de nouvelles architectures composées d'un ensemble de ressources hétérogènes et flexibles devront être dimensionnées. Pour correctement dimensionner de telles architectures en respectant des délais de conception de plus en plus courts, des évolutions vont devoir être envisagées afin d'améliorer la productivité des architectes systèmes. La tendance constatée consiste à favoriser la définition de modèles permettant d'évaluer très tôt dans le processus de conception les performances pouvant être obtenues pour différentes solutions d'implantation envisageables. Ces modèles doivent être définis avec un niveau de description permettant une évaluation efficace de l'espace de conception. Le niveau transactionnel intégrant des propriétés temporelles apparaît actuellement comme une solution intéressante pour répondre à ce nouveau besoin. Cependant l'absence de méthodes claires et précises pour la définition de modèles à ce niveau d'abstraction ne facilite pas encore son adoption dans le domaine industriel. Les travaux de recherche présentés dans cette thèse visent donc à tirer parti des possibilités offertes par le concept de modélisation transactionnelle (TLM) pour réaliser le dimensionnement des futurs terminaux mobiles. Notre travail a porté sur la proposition d'une démarche devant guider l'architecte système jusqu'à la définition précise des ressources matérielles et logicielles satisfaisant aux exigences imposées par ces systèmes. Cette démarche repose sur un ensemble d'étapes pour la création de modèles exécutables de niveau transactionnel. L'originalité de ces travaux réside dans la possibilité de pouvoir représenter au sein d'un même modèle de niveau transactionnel les propriétés fonctionnelles et non fonctionnelles d'un système à dimensionner. Un modèle d'exécution générique a été proposé de manière à faciliter la définition d'instances de modèles décrivant les différentes solutions architecturales à évaluer. L'environnement de modélisation proposé par l'outil CoFluent Studio a été utilisé pour capturer ces modèles afin de générer les modèles SystemC associés. En utilisant l'environnement de simulation proposé par cet outil, il est alors possible d'exécuter le modèle obtenu afin d'observer les performances de l'architecture analysée en appliquant différents types de paramétrage possibles. Pour limiter les temps de simulation nécessaires à l'obtention de résultats, une technique de calcul des propriétés non fonctionnelles a aussi été proposée. Elle permet de diminuer le nombre de transactions devant être initiées lors de la simulation du modèle SystemC ce qui entraine une réduction significative des temps de simulation. L'intérêt de nos travaux a été illustré à travers deux expérimentations. La première concernait le dimensionnement des ressources nécessaires à la mise en œuvre des traitements de la couche physique du futur standard de communication LTE. Les modèles obtenus offrent la possibilité d'évaluer les puissances de calcul et les ressources de mémorisation requises par différentes solutions architecturales et ce selon les différents paramétrages possibles de la couche physique. La deuxième expérimentation a été menée dans le cadre du dimensionnement d'un terminal mobile représentatif des nouveaux besoins applicatifs évoqués. Le travail de modélisation effectué a permis de définir dans un premier temps une description exécutable de niveau transactionnel du système permettant d'observer son comportement en fonction des nombreux scénarios de fonctionnement envisageables. Ce modèle a ensuite été utilisé pour dimensionner les ressources nécessaires à la réalisation de la fonction de décodage canal associée aux deux standards de communication supportés.

Cette étude est motivée par les besoins réels de calcul dans la physique des réacteurs. Notre objectif est de concevoir les algorithmes parallèles, y compris en proposant efficaces noyaux algébriques linéaires et méthodes numériques parallèles.Dans un environnement many-cœurs en mémoire partagée tel que le système Intel Many Integrated Core (MIC), la parallélisation efficace d'algorithmes est obtenue en termes de parallélisme des tâches à grain fin et parallélisme de données. Pour la programmation des tâches, deux principales stratégies, le partage du travail et vol de travail ont été étudiées. A des fins de généralité et de réutilisation, nous utilisons des interfaces de programmation parallèle standard, comme OpenMP, Cilk/Cilk+ et TBB. Pour vectoriser les tâches, les outils disponibles incluent Cilk+ array notation, pragmas SIMD, et les fonctions intrinsèques. Nous avons évalué ces techniques et proposé un noyau efficace de multiplication matrice-vecteur dense. Pour faire face à une situation plus complexe, nous proposons d'utiliser le modèle hybride MPI/OpenMP pour la mise en œuvre de noyau multiplication matrice-vecteur creux. Nous avons également conçu un modèle de performance pour modéliser les performances sur MICs et ainsi guider l'optimisation. En ce qui concerne la résolution de systèmes linéaires, nous avons proposé un solveur parallèle évolutif issue de méthodes Monte Carlo. Cette méthode présente un degré de parallélisme abondant, qui s’adapte bien à l'architecture multi-coeurs. Pour répondre à certains des goulots d'étranglement fondamentaux de ce solveur, nous proposons un modèle d'exécution basée sur les tâches qui résout complètement ces problèmes. / This study is driven by the real computational needs coming from different fields of reactor physics, such as neutronics or thermal hydraulics, where the eigenvalue problem and resolution of linear system are the key challenges that consume substantial computing resources. In this context, our objective is to design and improve the parallel computing techniques, including proposing efficient linear algebraic kernels and parallel numerical methods. In a shared-memory environment such as the Intel Many Integrated Core (MIC) system, the parallelization of an algorithm is achieved in terms of fine-grained task parallelism and data parallelism. For scheduling the tasks, two main policies, the work-sharing and work-stealing was studied. For the purpose of generality and reusability, we use common parallel programming interfaces, such as OpenMP, Cilk/Cilk+, and TBB. For vectorizing the task, the available tools include Cilk+ array notation, SIMD pragmas, and intrinsic functions. We evaluated these techniques and propose an efficient dense matrix-vector multiplication kernel. In order to tackle a more complicated situation, we propose to use hybrid MPI/OpenMP model for implementing sparse matrix-vector multiplication. We also designed a performance model for characterizing performance issues on MIC and guiding the optimization. As for solving the linear system, we derived a scalable parallel solver from the Monte Carlo method. Such method exhibits inherently abundant parallelism, which is a good fit for many-core architecture. To address some of the fundamental bottlenecks of this solver, we propose a task-based execution model that completely fixes the problems.

Le travail présenté dans cette thèse constitue une contribution à la modélisation et à l'analyse de performances des systèmes logistiques à l'aide d'un nouveau modèle de réseaux de Petri stochastiques. Il s'agit d'une problématique au centre des préoccupations actuelles des entreprises industrielles mais très peu abordée par la communauté des réseaux de Petri. Dans ce travail, nous développons un nouveau modèle de réseaux de Petri dits réseaux de Petri lots déterministes et stochastiques (BDSPNs) capable de supporter les caractéristiques essentielles des systèmes logistiques et plus généralement des systèmes à événements discrets. Ils sont particulièrement adaptés pour la modélisation de flux évoluant en quantités discrètes (lots de différentes tailles et variables) et ils permettent de prendre en compte des activités plus spécifiques telles que les commandes des clients, l'approvisionnement des stocks, la production et la livraison en mode lot. Les BDSPNs permettent par leur formalisme graphique et mathématique de capturer pertinemment et simplement cet aspect lot omniprésent dans différentes locations de ces systèmes et qui s'implique très considérablement dans leur comportement et par conséquent dans leur analyse. Nos travaux portent à la fois sur la théorie du nouveau modèle, sur ses techniques d'analyse et sur ses applications aux systèmes logistiques. Ainsi, les résultats obtenus et les applications effectuées font des BDSPNs un outil de modélisation performant aussi bien pour l'analyse que pour la simulation.

Le décideur en entreprise, lors de la prise d'une décision, se trouve généralement en face de la situation suivante : il dispose d'un ensemble d'alternatives qui sont des combinaisons de variables d'action ; et il lui est demandé d'atteindre un certain nombre d'objectifs qui sont caractérisés par un nombre plus ou moins élevé d'indicateurs de performance. Ces objectifs couvrent l'ensemble des relations de l'entreprise avec les différentes parties bénéficiaires des résultats de ses activités et avec lesquelles elle interagit. L'objet des indicateurs de performance est de mesurer la réussite de l'entreprise à répondre aux attentes et besoins de ces parties : clients, actionnaires, personnel, collectivité... et à ses propres attentes. <br />Le décideur a besoin d'évaluer chacune des alternatives selon chacun des critères de choix retenus et qui représentent les objectifs à atteindre, et d'évaluer globalement chacune de ces alternatives selon l'ensemble des critères. <br />Ce travail se place dans le contexte d'aide à la décision managériale de haut niveau où les actions sont des projets potentiels de développement des activités de l'entreprise. L'approche proposée, désignée par SimulValor, utilise la dynamique des systèmes pour modéliser et simuler les alternatives d'action et en évaluer les performances ; et elle utilise la théorie de l'utilité pour l'agrégation de ces performances. <br />En résumé, l'approche SimulValor vise l'évaluation de différentes alternatives d'action concernant la configuration des activités de l'entreprise en simulant les flux de valeurs qui lient les actions aux performances et les performances aux valeurs générées aux parties bénéficiaires. La difficulté principale de la méthode est l'extraction, l'harmonisation et la quantification des données qualitatives qui caractérisent les liens d'influences (et surtout les fonctions d'utilité) existants entre les éléments modélisés.

Dans cette thèse, nous étudions les différents aspects des protocoles de communication pour les réseaux mobiles ad hoc. Notre but est d'établir des modèles analytiques pour chacun de ces aspects et de combiner les modèles pour évaluer la performance du système en entier. Nous considérons les protocoles de toutes les couches, à partir de la couche de contrôle d'accès au canal. Nous commençons notre étude avec le protocole IEEE 802.11 et nous démontrons que les délais d'accès au canal suivent une distribution polynomiale. Basés sur ce résultat, nous présentons un protocole inter-couche an d'offrir des garanties de qualité de service de délai dans les réseaux sans l multi-sauts. Le prochain sujet abordé est la scalabilité des protocoles de routage d'état de liens dans les réseaux ad hoc massifs. Nous comparons les résultats théoriques connus sur la capacité des réseaux sans l avec les bornes atteignables quand on tient compte du trac de contrôle des protocoles utilisées. Nous adaptons les bornes théoriques à la communication multicast et nous proposons MOST, un protocole multicast qui atteint des performances asymptotiquement optimales dans les grands réseaux mobiles ad hoc. Ensuite, nous étudions le comportement du protocole TCP et l'impact des délais polynomiaux observés précédemment par rapport aux auto corrélations du trac TCP, toujours dans le contexte de grands réseaux. Finalement, nous nous intéressons à l'organisation et la gestion du réseau, an d'offrir des services de qualité garantie. Notre approche peut être appliquée dans un contexte général et consiste à placer des serveurs répliqués dans le réseau, selon les informations de qualité de service fournies par les couches inferieures.

La difficulté de programmation des architectures parallèles à mémoire distribuée est un obstacle à l'exploitation de leur puissance de calcul potentielle. Parmi les différentes approches proposées pour pallier à cette difficulté, celle de la compilation dirigée par les données semble prometteuse, notamment dans le domaine du calcul scientifique. Le programme source, exprimé par exemple en HPF, est un programme séquentiel impératif dans lequel il est précisé comment sont réparties les données sur les processeurs ; le compilateur dérive un code parallèle en distribuant le contrôle d'après la distribution des données. La mise en oeuvre de cette approche nécessite le développement d'environnements complets. Cette thèse présente le travail réalisé dans le cadre d'un environnement de ce type : l'environnement Pandore. Nous nous sommes intéressés à la conception et la réalisation d'un exécutif portable et efficace qui doit être associé au compilateur ainsi qu'à l'évaluation des performances des programmes générés. Après avoir situé l'approche de la compilation par distribution de données dansle contexte plus large de la programmation des machines parallèles à mémoire distribuée, nous définissons des opérations de haut niveau qui permettent la description des schémas de compilation et la prise en compte des optimisations. Deux types de machines cibles sont considérés, d'une part des machines à messages et d'autre part des machines disposant d'un mécanisme de mémoire virtuelle partagée. Les points clés de la mise en oeuvre des opérations dans le compilateur et l'exécutif sont abordés. Nous insistons plus particulièrement sur la gestion des données distribuées et sur les optimisations des communications à l'exécution. Une mise en oeuvre réalisée dans l'environnement Pandore est ensuite détaillée. L'évaluation des performances des programmes est également étudiée, dans un premier temps par une série d'expérimentations sur plusieurs applications et dans un deuxième temps par la définition d'outils de mesure et de visualisation adaptés à la compilation par distribution de données.

La diversité croissante des différents agents constituant les réseaux de communication actuels ainsi que la capacité accrue des technologies concurrentes dans l'environnement réseau a conduit à la prise en compte d'une nouvelle approche distribuée de la gestion du réseau. Dans cet environnement réseau évolué, le besoin en accroissement de la bande passante et en ressources rares, s'oppose à la réduction de la consommation énergétique globale.Dans notre travail nous nous intéressons à l'application de mécanismes distribués et de méthodes d'apprentissages visant à introduire d'avantage d'autonomie dans les réseaux hétérogènes, mobiles en particulier, tout en améliorant les performances par rapport aux débits et à la qualité de service. Notre étude se concentre principalement sur l'élaboration de mécanismes distribués stochastiques et énergétiquement efficaces en profitant des capacités de calcul de tous les agents et entités du réseau. Divers outils de la théorie des jeux nous permettent de modéliser et d'étudier différents types de systèmes dont la complexité est induite par la grande taille, l'hétérogénéité et le caractère dynamique des interconnexions. Plus spécifiquement, nous utilisons des outils d'apprentissage par renforcement pour aborder des questions telles que l'attachement distribué des utilisateurs permettant une gestion dynamique, décentralisée et efficace des ressources radio. Nous combinons ensuite les procédures de sélection d'accès à des méthodes d'optimisation distribuées du type gradient stochastique, pour adresser le problème de coordination des interférences intercellulaires (ICIC) dans les réseaux LTE-A. Cette approche se base sur un contrôle de puissance dynamique conduisant à une réutilisation fractionnaire des fréquences radios. Par ailleurs nous adressons dans les réseaux décentralisés non-hiérarchiques, plus précisément les réseaux tolérants aux délais (DTNs), des méthodes décentralisées liées à la minimisation du délai de transmission de bout en bout. Dans ce cadre nous nous intéressons, en outre des équilibres de Nash, à la notion d'équilibre évolutionnairement stables dans différents contextes de jeux évolutionnaires, jeux évolutionnaires décisionnels markoviens et jeux de minorité. Enfin, la majeure partie du travail effectué se rattachant aux tests et validations par simulations,nous présentons plusieurs éléments d'implémentations et d'intégrations liés à la mise en place de plateformes de simulations et d'expérimentations.

L'optique adaptative a révolutionné l'imagerie astronomique en permettant de corriger en temps réel les déformations du front d'onde introduites l'atmosphère, et d'atteindre la limite de diffraction des télescopes. Plus récemment, différentes modalités d'optique adaptative grand-champ ont permis de repousser les limites d'utilisation de ces instruments, compensant l'anisoplanétisme de l'atmosphère, et la faible couverture du ciel. L'asservissement de ces systèmes est sans aucun doute un point clé pour améliorer encore les performances de ces systèmes, pour ainsi converger vers les programmes scientifiques des futurs ELT.Le premier objectif de ces travaux de thèse est de définir un outil général d'analyse de performance, permettant de comparer, sous la forme de budgets d'erreur, différents régulateurs linéaires. Ceci permet d'améliorer les instruments actuels, ou de faire des choix dans la conception des futurs instruments des ELT. Pour cela, un formalisme d'analyse fréquentielle est développé dans le cadre de l'optique adaptative classique, et étendu au cas grand-champ. On montre que cet outil permet aussi bien de décomposer les performances calculées en simulation qu'à partir de données télémétriques enregistrées sur le ciel. De nouvelles stratégies de commande, basées sur de nouveaux modèles de perturbation sont proposées, et leur apport en performance discuté au regard de leur budget d'erreur. Ces résultats ont servi à la caractérisation d'une commande LQG tip-tilt avec filtrage de vibration qui doit être intégrée à l'instrument d'optique adaptative multi-conjuguée GeMS, au Chili. / Adaptive Optics (AO) systems have revolutionized ground-based astronomical imagery, allowing for real-time compensation of turbulence-induced deformations of the optical wavefront, and therefore allowing to reach the diffraction limit. More recently, wide-field AO modalities have been proposed to expand the operational range of instruments by compensating anisoplanatism and increase sky coverage. Controlling such systems is certainly a key issue to further improve their performance and to converge towards the goals of the ELTs science programs.The first objective of this thesis work is to define a general-purpose performance analysis tool, enabling to compare different linear controllers through their error budgets, in order to improve existing instruments or make choices in the design of future instruments. To achieve this aim, a frequency-domain formalism is developed for single-conjugated AO and extended to wide-field configurations. It is shown that this tool allows to decompose controller performance using either simulations or on-sky data. New control strategies based on new disturbance models (turbulence, vibrations...) are proposed, and the improvement in performance is discussed based on their error budget. Furthermore, these results contributed to characterize an LQG controller with vibration mitigation that is to be integrated in the tip/tilt loop of the multi-conjugate AO system GeMS, at Gemini South Observatory, in Chile.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.