Le monde du protocole de transport a fortement évolué depuis la création de l'internet. On retrouve désormais une grande diversité de liens avec des caractéristiques hétérogènes en termes de débit, taux de pertes et délais. Plus récemment, le caractère ubiquitaire des périphériques sans fil a permis d'envisager un nouveau mode de transfert prenant en compte la mobilité des utilisateurs pour propager l'information dans le réseau. Ce paradigme de communication rompt définitivement avec les hypothèses de conceptions des protocoles de transport classique. Les applications qui utilisent l'internet ont également évolué. Les réseaux best effort sont maintenant utilisés pour transporter des flux à contrainte de délai tels que la voix sur IP et la vidéo conférence. Cependant, malgré ces changements importants, le principe de fiabilité utilisé n'a guère évolué et se base toujours sur des retransmissions. C'est dans ce contexte que s'inscrit cette thèse qui vise à fournir une brique de fiabilité novatrice pour le support de tout type d'application sur les réseaux best effort et les challenged neworks qui font de plus en plus partie du paysage de l'internet. A cette fin, nous proposons un mécanisme de codage dénommé Tetrys. Ce code est sans rendement et ses symboles de redondance sont générés à la volée. Il permet à la fois une fiabilité totale et un délai de reconstruction quasi-optimal. Après une étude détaillée de ses propriétés, nous illustrons la généricité de ce mécanisme. Nous verrons que ses caractéristiques mènent à des contributions aussi bien sur le transport de flux de vidéo-conférence que sur le support du streaming dans les DTN ou encore la fiabilisation des handovers. De manière plus prospective, cette thèse reconsidère les hypothèses initiales du contrôle de congestion. Tetrys est utilisé comme code optimal dans le cas de réseaux dit "anarchiques" (i.e. caractérisés par une absence totale de contrôle de congestion). Nous montrons que le concept de réseau anarchi que est une alternative viable au contrôle de congestion et qu'il le remplace mÆeme avantageusement.

L'étude des Systèmes Contrôlés en Réseaux (SCR) repose sur l'identification des exigences de fonctionnement de l'application appelées Qualité de Contrôle (QdC) et sur l'évaluation de la Qualité de Service (QdS) offerte par le réseau. Les travaux sur les SCR se repartissent selon deux approches : la commande en réseau et la commande de réseau. Cette thèse se positionne sur la deuxième approche avec une recherche axée sur la modélisation des mécanismes d'ordonnancement implémentés dans les équipements réseau et notamment dans les commutateurs Ethernet qui sont de plus en plus utilisés dans les applications industrielles. Ce travail de recherche étudie plus particulièrement comme paramètre de QdS, les délais qui engendrent des perturbations sur le système commandé. Cette thèse propose deux modèles de classification de service reposant sur des ordonnanceurs WRR (Weighted Round Robin). La première modélisation suit une approche constructive en utilisant la théorie du calcul réseau. La seconde s'appuie sur une phase d'identification à partir de simulations numériques et de la logique floue. Dans les deux cas, le but est d'offrir une bande passante suffisante pour le trafic contraint temporellement tout en maximisant la bande passante dédiée aux autres trafics pour éviter des effets famine. L'approche calcul réseau permet de configurer le réseau hors-ligne pour répondre à des contraintes temporelles strictes du SCR. La solution basée sur la logique floue autorise une commande dynamique de l'ordonnanceur pour ajuster en ligne le réseau en fonction des variations du trafic. Elle ne peut s'appliquer qu'à des SCR ayant des contraintes de temps souples / The study of the Networked Control Systems (NCS) is based both on the identification of the application functioning requirements called Quality of Control (QoC) and on the evaluation of the Quality of Service (QoS) offered by the network. The studies on the NCS are classified according to two approaches: the control over network and the control of network. This thesis addresses the second approach and models the scheduling mechanisms implemented in the Ethernet switches that are more and more used in the industrial applications. The specific QoS parameter studied in this thesis is the delay disturbing the controlled system. This thesis proposes two models of classification of service based on WRR (Weighted Round Robin) schedulers. The first modeling follows a constructive approach by using the network calculus theory. The second is based on an identification step from numerical simulations and from the fuzzy logic. In the two cases, the purpose is both to offer enough bandwidth for the time constrained traffic and to maximize the bandwidth dedicated to the others traffics to avoid famine effects. The network calculus approach is used to configure off-line the network in respecting the NCS strict time constraints. The solution based on the fuzzy logic enables a dynamic control of the scheduler in order to tune on-line the network according to the traffic variations. This latter can be applied only to NCS with soft time constraints

L'étude des Systèmes Contrôlés en Réseaux (SCR) repose sur l'identification des exigences de fonctionnement de l'application appelées Qualité de Contrôle (QdC) et sur l'évaluation de la Qualité de Service (QdS) offerte par le réseau. Les travaux sur les SCR se repartissent selon deux approches : la commande en réseau et la commande de réseau. Cette thèse se positionne sur la deuxième approche avec une recherche axée sur la modélisation des mécanismes d'ordonnancement implémentés dans les équipements réseau et notamment dans les commutateurs Ethernet qui sont de plus en plus utilisés dans les applications industrielles. Ce travail de recherche étudie plus particulièrement comme paramètre de QdS, les délais qui engendrent des perturbations sur le système commandé. Cette thèse propose deux modèles de classification de service reposant sur des ordonnanceurs WRR (Weighted Round Robin). La première modélisation suit une approche constructive en utilisant la théorie du calcul réseau. La seconde s'appuie sur une phase d'identification à partir de simulations numériques et de la logique floue. Dans les deux cas, le but est d'offrir une bande passante suffisante pour le trafic contraint temporellement tout en maximisant la bande passante dédiée aux autres trafics pour éviter des effets famine. L'approche calcul réseau permet de configurer le réseau hors-ligne pour répondre à des contraintes temporelles strictes du SCR. La solution basée sur la logique floue autorise une commande dynamique de l'ordonnanceur pour ajuster en ligne le réseau en fonction des variations du trafic. Elle ne peut s'appliquer qu'à des SCR ayant des contraintes de temps souples.

Dans le domaine des systèmes temps-réel embarqués critiques, les méthodes de conception et de spécification et leurs outils associés doivent permettre le développement de systèmes au comportement temporel déterministe et, par conséquent, reproductible afin de garantir leur sûreté de fonctionnement. Pour atteindre cet objectif, on s’intéresse aux méthodologies de développement basées sur le paradigme Time-Triggered (TT). Dans ce contexte, nombre de propriétés et, en particulier, les contraintes temps-réel de-bout-en-bout, se voient satisfaites par construction. Toutefois, garantir la sûreté de fonctionnement de tels systèmes reste un défi. En général, les outils de développement existants n’assurent pas par construction le respect de l’intégralité des spécifications, celles-ci doivent, en général, être vérifiées à posteriori. Avec la complexité croissante des applications embarquées, celle de leur validation à posteriori devient, au mieux, un facteur majeur dans les coûts de développement et, au pire, tout simplement impossible. Il faut, donc, définir une méthode qui, tout en permettant le développement des systèmes corrects par constructions, structure et simplifie le processus de spécification. Les méthodologies de conception de haut niveau à base de composants, qui permettent la conception et la vérification des systèmes temps-réels critiques, présentent une solution ultime pour la structuration et la simplification du processus de spécification de tels systèmes.L’objectif de cette thèse est d'associer la méthodologie BIP (Behaviour-Interaction-Priority) qui est une approche de conception basée sur composants avec la plateforme d'exécution PharOS, qui est un système d'exploitation temps-réel déterministe orienté sûreté de fonctionnement. Le flot de conception proposé dans cette thèse est une approche transformationnelle qui permet de conserver les propriétés fonctionnelles des modèles originaux de BIP. Il est composé essentiellement de deux étapes. La première étape, paramétrée par un mapping de tâche défini par l'utilisateur, permet de transformer un modèle BIP en un modèle plus restreint qui représente une description haut niveau des implémentations basées sur des primitives de communication TT. La deuxième étape permet la génération du code pour la plateforme PharOS à partir de ce modèle restreint.Un ensemble d'outils a été développé dans cette thèse afin d'automatiser la plupart des étapes du flot de conception proposé. Ceci a permis de tester cette approche sur deux cas d'étude industriels ; un simulateur de vol et un relais de protection moyenne tension. Dans les deux applications, on vise à comparer les fonctionnalités du modèle BIP avec celles du modèle intermédiaire et du code généré. On fait varier les stratégies de mapping de tâche dans la première application, afin de tester leur impact sur le code généré. Dans la deuxième application, on étudie l'impact de la transformation sur le code généré en comparant quelques aspects de performance du code générer avec ceux d'une version de l'application qui a été développée manuellement. / In hard real-time embedded systems, design and specification methods and their associated tools must allow development of temporally deterministic systems to ensure their safety. To achieve this goal, we are specifically interested in methodologies based on the Time-Triggered (TT) paradigm. This paradigm allows preserving by construction number of properties, in particular, end-to-end real-time constraints. However, ensuring correctness and safety of such systems remains a challenging task. Existing development tools do not guarantee by construction specification respect. Thus, a-posteriori verification of the application is generally a must. With the increasing complexity of embedded applications, their a-posteriori validation becomes, at best, a major factor in the development costs and, at worst, simply impossible. It is necessary, therefore, to define a method that allows the development of correct-by-construction systems while simplifying the specification process.High-level component-based design frameworks that allow design and verification of hard real-time systems are very good candidates for structuring the specification process as well as verifying the high-level model.The goal of this thesis is to couple a high-level component-based design approach based on the BIP (Behaviour-Interaction-Priority) framework with a safety-oriented real-time execution platform implementing the TT approach (the PharOS Real-Time Operating System). To this end, we propose an automatic transformation process from BIPmodels into applications for the target platform (i.e. PharOS).The process consists in a two-step semantics-preserving transformation. The first step transforms a BIP model coupled to a user-defined task mapping into a restricted one, which lends itself well to an implementation based on TT communication primitives. The second step transforms the resulting model into the TT implementation provided by the PharOS RTOS.We provide a tool-flow that automates most of the steps of the proposed approach and illustrate its use on an industrial case study for a flight Simulator application and a medium voltage protection relay application. In both applications, we compare functionalities of both original, intermediate and final model in order to confirm the correctness of the transformation. For the first application, we study the impact of the task mapping on the generated implementation. And for the second application, we study the impact of the transformation on some performance aspects compared to a manually written version.

Cette thèse propose des méthodes computationnelles nouvelles en géométrie de l'information, avec des applications temps réel au traitement du signal audio. Dans ce contexte, nous traitons en parallèle les problèmes applicatifs de la segmentation audio en temps réel, et de la transcription de musique polyphonique en temps réel. Nous abordons ces applications par le développement respectif de cadres théoriques pour la détection séquentielle de ruptures dans les familles exponentielles, et pour la factorisation en matrices non négatives avec des divergences convexes-concaves. D'une part, la détection séquentielle de ruptures est étudiée par l'intermédiaire de la géométrie de l'information dualement plate liée aux familles exponentielles. Nous développons notamment un cadre statistique générique et unificateur, reposant sur des tests d'hypothèses multiples à l'aide de rapports de vraisemblance généralisés exacts. Nous appliquons ce cadre à la conception d'un système modulaire pour la segmentation audio temps réel avec des types de signaux et de critères d'homogénéité arbitraires. Le système proposé contrôle le flux d'information audio au fur et à mesure qu'il se déroule dans le temps pour détecter des changements. D'autre part, nous étudions la factorisation en matrices non négatives avec des divergences convexes-concaves sur l'espace des mesures discrètes positives. En particulier, nous formulons un cadre d'optimisation générique et unificateur pour la factorisation en matrices non négatives, utilisant des bornes variationnelles par le biais de fonctions auxiliaires. Nous mettons ce cadre à profit en concevant un système temps réel de transcription de musique polyphonique avec un contrôle explicite du compromis fréquentiel pendant l'analyse. Le système développé décompose le signal musical arrivant au cours du temps sur un dictionnaire de modèles spectraux de notes. Ces contributions apportent des pistes de réflexion et des perspectives de recherche intéressantes dans le domaine du traitement du signal audio, et plus généralement de l'apprentissage automatique et du traitement du signal, dans le champ relativement jeune mais néanmoins fécond de la géométrie de l'information computationnelle.