Le nombre de systèmes informatiques augmente de jour en jour et beaucoup d'entités malveillantes tentent d'abuser de leurs vulnérabilités. Il existe un fléau qui fait rage depuis quelques années et qui cause beaucoup de difficultés aux experts en sécurité informatique : les armées de robots (botnets). Des armées d'ordinateurs infectés sont constituées pour ensuite être louées et utilisées à des fins peu enviables. La société fait face à un problème : il est très difficile d'arrêter ces armées et encore plus de trouver leurs coordonnateurs. L'objectif de ce travail de recherche est de développer des outils destinés à identifier ces entités et aider à démanteler ces réseaux. Plus précisément, ce projet porte sur la conception d'une plateforme distribuée permettant de faire un pré-traitement des données collectées sur divers réseaux et de les distribuer dans un système d'analyse. Cette plateforme sera en libre source, facilement adaptable et flexible. De plus, elle devra être en mesure de traiter une grande quantité de données dans un court laps de temps. Ce système se distinguera étant donné qu'il sera distribué sur plusieurs réseaux sous un modèle client-serveur et collaborera dans le but de trouver les coordonnateurs de ces armées de robots.

Un système robotique distribué et reconfigurable (MSRR) est composé de plusieurs modules ayant certaines fonctions de mouvement, de perception et d'action. Ils peuvent s'adapter à l'environnement et aux objectifs en se connectant et en se déconnectant pour obtenir la configuration et la forme désirées. Les MSRR contiennent souvent deux systèmes : l'un constitué d'actionneurs pour le mouvement, l'autre pour la connexion. A l'heure actuelle, de nombreuses institutions travaillent sur les MSRR ; la conception, la miniaturisation, l'économie d'énergie, les algorithmes de contrôle ont fait l'objet de recherches dans ce domaine. Cependant, il existe peu d'études conjointes sur le matériel et les algorithmes correspondants. Cette thèse décrit la conception, la fabrication, les résultats expérimentaux, l'algorithmique distribuée et un simulateur d'une plate-forme MSRR. En nous appuyant sur le calcul et la simulation numérique, nous présentons un aimant électro-permanent simplifié (SEP) qui ne consomme pas d'énergie lorsque le module est connecté à un autre module. Un nouveau concept de moteur linéaire basé sur les SEP est également proposé. Ensuite, nous présentons DILI, un MSRR cubique, de longueur 1,5cm. Le module DILI peut coulisser sur une surface plane, la vitesse maximale pouvant atteindre 20mm/s. Avec le nouvel actionneur, DILI peut réaliser les fonctions de mouvement et de connexion. Un module DILI peut se connecter avec quatre autres modules. Enfin, un algorithme distribué est proposé et un simulateur est conçu pour permettre de simuler le système distribué, de tester et valider les algorithmes distribués. / A distributed modular self-reconfiguring robotic (MSRR) system is composed of many repeated basic modules with certain functions of motion, perception, and actuation. They can adapt to environment and goals by connecting and disconnecting to achieve the desired configuration and shape. MSRRs often contain two hardware systems: one is for actuation (motion), another one is for connection. At present time many institutions work on MSRRs; structural design, miniaturization, energy saving, control algorithms have been the focus of research in this area. However, only a few of them work on both the hardware and the corresponding algorithms. This thesis describes the design, fabrication, experimental results, distributed algorithm, and simulator of a MSRR platform. Via theoretical calculation and numerical simulation, we present the simplified electro-permanent (SEP) magnet which can change the magnetic field direction and does not require energy consumption while connected. A new concept of linear motor based on SEP is proposed. Then we construct DILI, a cubical MSRR, the length of each module is 1.5cm. DILI module can slide on a flat surface; the maximum speed can reach 20mm/s. With the new actuator, DILI can achieve the functions of motion and connection with only one system inside. Finally, a distributed algorithm is proposed in order to build a smart conveyor, and a simulator is designed that permits one to perform distributed simulations, test and validate distributed algorithms.

L'informatique moderne est distribuée. La distribution du calcul résulte parfois d'un besoin applicatif lorsque l'objectif est de connecter des ordinateurs distants. Parfois, elle naît du besoin de tolérer des défaillances. En effet, pour éviter qu'une application ne soit à la merci de la défaillance d'une machine, le calcul est dupliqué sur plusieurs machines. Au coeur de tout calcul réparti repose une forme de coordination. Le fait même que des ordinateurs aient une tâche commune implique un besoin de se concerter avant d'accomplir certaines tâches. Nous étudions les problèmes de coordination dans le modèle asynchrone, sans hypothèses sur des bornes de vitesse d'exécution des processeurs ou de transmission des messages. Les processus peuvent défaillir à n'importe quel moment. Le degré de coordination qui peut être atteint en fonction du degré d'incertitude du système est la question principale de cette thèse. Trois formes de coordination sont considérées : l'accord ensembliste, le renommage et le consensus simultané. Dans un premier temps, nous proposons différentes réductions algorithmiques entre ces problèmes, afin de prouver dans quelles conditions une solution à l'un de ces problèmes permet d'obtenir une solution à un autre problème. Nous étudions ensuite des hypothèses nécessaires et suffisantes sur la détection de défaillances permettant de résoudre les problèmes d'accord. Le formalisme utilisé ici est celui des détecteurs de défaillances. Enfin, nous proposons un autre point de vue sur les détecteur de défaillances. Nous caractérisons la puissance de calcul amenée par ces détecteurs par une restriction des exécutions du modèle itéré de Gafni.

Les laboratoires de recherche sur l'assistance aux personnes âgées ou avec une déficience cognitive possèdent actuellement peu de solutions réellement déployables dans un habitat. Ils se heurtent donc à un problème de transfert de leurs applications vers des conditions réelles. En effet, la plupart de ces applications ont besoin de serveurs et d'équipements coûteux ou complexes à installer. La nouvelle tendance des laboratoires de recherche est donc à l'élaboration de solutions plug and play . En effet, ces dernières sont facilement et rapidement installables dans un habitat. C'est dans cette optique que mon présent projet de recherche a été réalisé. L'objectif de cette maîtrise est de proposer une solution à ce problème en déployant des plateformes embarquées pouvant supporter des applications multimédias distribuées. Ces plateformes appelées noeuds multimédias ont la particularité d'être simples d'installation, peu intrusives et de faibles coûts. Afin de tester la gestion du réseau de noeuds multimédias, une application distribuée de suivi multimédia à travers un habitat intelligent a été réalisée dans l'appartement du laboratoire DOMUS.

Nous proposons dans ces travaux des algorithmes distribués de clusterisation destinés à répondre à la problématique de la croissance des réseaux. Après avoir donné une spécification pour ce problème, nous fournissons un premier algorithme distribué à base de marches aléatoires pour le résoudre. Cet algorithme n’utilise que des informations locales, et utilise des marches aléatoires pour construire en parallèle des ensembles connexes de noeuds appelés les coeurs des clusters, auxquels on ajoute des noeuds adjacents. La taille de chaque coeur est comprise entre 2 et un paramètre de l’algorithme. L’algorithme garantit que si deux clusters sont adjacents, au moins l’un d’entre eux a un coeur de taille maximale. Un deuxième algorithme, adaptatif à la mobilité, garantit en plus de ces propriétés que la reconstruction consécutive à un changement topologique est locale. Cette propriété différencie notre solution des nombreuses solutions existantes : elle permet d’éviter des destructions en chaîne suite à un changement de topologie. Nous présentons enfin un algorithme de clustering auto-stabilisant qui conserve les propriétés des algorithmes précédents en y ajoutant la tolérance aux pannes. Grâce au parallélisme de la construction des clusters et au caractère local des reconstructions de clusters, ces algorithmes passent à l'échelle, ce qui est confirmé par les simulations que nous avons menées. / We propose in this work distributed clustering algorithms designed to address the problem of growing networks. After giving a specification for this problem, we provide a first distributed algorithm based on random walks to solve it. This algorithm uses only local information,and uses random walks to build connected sets of nodes called cores of clusters in parallel, to which we add adjacent nodes. The size of each core is between 2 and a parameter of the algorithm. The algorithm guarantees that if two clusters are adjacent, at least one of them has a core of maximum size. A second, mobility-adaptive, algorithm ensures, besides those properties, that the reconfiguration following a topological change is local. This property differentiates our solution from many solutions : it avoids chain destruction following a topology change. Finally, we present a self-stabilizing clustering algorithm that preserves the properties of previous algorithms and adds fault tolerance. With the parallel construction of clusters and the local nature of the reconstruction of clusters, these algorithms guarantee the scabability, which is confirmed by simulations.

La thèse défendue est le résultat d’un partenariat entre d’une part le groupe Parisot, et plus particulièrement la société Parisot Meuble, et d’autre part l’équipe de recherche technologique TRACILOG du Centre de Recherche en Automatique de Nancy. Ce travail a porté sur une étude des opportunités apportées par les nouvelles technologies de l’information sur les processus de pilotage de la production, ainsi que la proposition d’un système d’aide à la décision de pilotage des flux sur le terrain. L’architecture proposée s’appuie sur l’infotronisation du flux de kanbans, qui deviennent des « kanbans actifs » et assurent l’interopérabilité et la synchronisation entre un système de décision centralisé et les différentes entités décisionnelles distribuées, afin de coordonner l’ensemble des décisions. Ces propositions ont été validées à l’aide d’une architecture d’émulation, permettant d’utiliser un système de pilotage dans les conditions réelles. Par ailleurs, certaines structures proposées ont pu être validées sur le système de production réel. Les contributions de ce travail de thèse reposent sur : • la proposition d’une architecture d’évaluation par émulation de systèmes de pilotage de la production, à une échelle industrielle, ainsi que la méthode de construction. • La proposition d’un système d’aide au pilotage de la production permettant d’assurer la cohérence globale du système de décision. / The defended thesis is the result of a partnership enters on one hand the group Parisot, and particularly the corporation Parisot Furnishes, and on the other hand the team of research technological TRACILOG of the Center of Research in Automatic of Nancy. This work has focused on a study of the opportunities provided by new information technologies on the procedures of production and the proposal of a decision support steering flow on the ground. The proposed architecture relies on the flow infotronisation kanban, which become "kanban assets and ensure interoperability and synchronization between a centralized system of decision-making and different decision-making distribution entities, to coordinate all decisions. These proposals have been validated through an architecture emulation, allowing the use of a flight control system under real conditions. In addition, some proposed structures have been validated in the real production system. The contributions of this thesis work based on: • The proposal of an architecture evaluation emulation control systems of production on an industrial scale, and the method of construction. • The proposal of a system of aid to the management of the production to ensure the overall coherence of the decision system.

De nos jours, les utilisateurs de services interactifs comme le e-commerce, ou les moteurs de recherche, ont de grandes attentes sur la performance et la réactivité de ces services. En effet, les études ont montré que des lenteurs (même pendant une courte durée) impacte directement le chiffre d'affaire. Avoir des performances prédictives est donc devenu une priorité pour ces fournisseurs de services depuis une dizaine d'années.Mais empêcher la variabilité dans les systèmes de stockage distribué est un challenge car les requêtes des utilisateurs finaux transitent par des centaines de servers et les problèmes de performances engendrés par chacun de ces serveurs peuvent influencer sur la latence observée. Même dans les environnements correctement dimensionnés, des problèmes comme de la contention sur les ressources partagés ou un déséquilibre de charge entre les serveurs influent sur les latences des requêtes et en particulier sur la queue de leur distribution (95ème et 99ème centile).L’objectif de cette thèse est de développer des mécanises permettant de réduire les latences et d’obtenir des performances prédictives dans les environnements de stockage de données dans les nuages. Une contre-mesure efficace pour réduire la latence de queue dans les environnements de stockage de données dans les nuages est de fournir des algorithmes efficaces pour la sélection de réplique. Dans la sélection de réplique, une requête tentant d’accéder à une information donnée (aussi appelé valeur) identifiée par une clé unique est dirigée vers la meilleure réplique présumée. Cependant, sous des charges de travail hétérogènes, ces algorithmes entraînent des latences accrues pour les requêtes ayant un court temps d'exécution et qui sont planifiées à la suite de requêtes ayant des long temps d’exécution. Nous proposons Héron, un algorithme de sélection de répliques qui gère des charges de travail avec des requêtes ayant un temps d’exécution hétérogène. Nous évaluons Héron dans un cluster de machines en utilisant un jeu de données synthétique inspiré du jeu de données de Facebook ainsi que deux jeux de données réels provenant de Flickr et WikiMedia. Nos résultats montrent que Héron surpasse les algorithmes de l’état de l’art en réduisant jusqu’à 41% la latence médiane et la latence de queue.Dans la deuxième contribution de cette thèse, nous nous sommes concentrés sur les charges de travail multi-GET afin de réduire la latence dans les environnements de stockage de données dans les nuages Le défi consiste à estimer les opérations limitantes et à les planifier sur des serveurs non-coordonnés avec un minimum de surcoût. Pour atteindre cet objectif, nous présentons TailX, un algorithme d’ordonnancement de tâches multi-GET qui réduit les temps de latence de queue sous des charges de travail hétérogènes. Nous implémentons TailX dans Cassandra, une base de données clé-valeur largement utilisée. Il en résulte une amélioration des performances globales des environnements de stockage de données dans les nuages pour une grande variété de charges de travail hétérogènes. / Today, users of interactive services such as e-commerce, web search have increasingly high expectations on the performance and responsiveness of these services. Indeed, studies have shown that a slow service (even for short periods of time) directly impacts the revenue. Enforcing predictable performance has thus been a priority of major service providers in the last decade. But avoiding latency variability in distributed storage systems is challenging since end user requests go through hundreds of servers and performance hiccups at any of these servers may inflate the observed latency. Even in well-provisioned systems, factors such as the contention on shared resources or the unbalanced load between servers affect the latencies of requests and in particular the tail (95th and 99th percentile) of their distribution.The goal of this thesis to develop mechanisms for reducing latencies and achieve performance predictability in cloud data stores. One effective countermeasure for reducing tail latency in cloud data stores is to provide efficient replica selection algorithms. In replica selection, a request attempting to access a given piece of data (also called value) identified by a unique key is directed to the presumably best replica. However, under heterogeneous workloads, these algorithms lead to increased latencies for requests with a short execution time that get scheduled behind requests with large execution times. We propose Héron, a replica selection algorithm that supports workloads of heterogeneous request execution times. We evaluate Héron in a cluster of machines using a synthetic dataset inspired from the Facebook dataset as well as two real datasets from Flickr and WikiMedia. Our results show that Héron outperforms state-of-the-art algorithms by reducing both median and tail latency by up to 41%.In the second contribution of the thesis, we focus on multiget workloads to reduce the latency in cloud data stores. The challenge is to estimate the bottleneck operations and schedule them on uncoordinated backend servers with minimal overhead. To reach this objective, we present TailX, a task aware multiget scheduling algorithm that reduces tail latencies under heterogeneous workloads. We implement TailX in Cassandra, a widely used key-value store. The result is an improved overall performance of the cloud data stores for a wide variety of heterogeneous workloads.

Cette thèse propose des techniques de compression vidéo robuste dans un contexte de codage multi-terminal. Nous proposons des schémas de codage par descriptions multiples basés sur des filtres temporels dyadiques et 3-bandes appliqués sur des séquences sous-échantillonnées. Nous commençons par présenter plusieurs méthodes pour construire des descriptions corrélées à partir de ces bancs de filtres. Puis, pour augmenter leur robustesse et leur stabilité au cours du temps, nous proposons d'introduire un codec Wyner-Ziv au sein de ces schémas redondants : les trames qui en principe ne sont pas transmises dans une description sont ici codées en Wyner-Ziv. Pour réduire la redondance, nous proposons d'appliquer un filtrage temporel compensé en mouvement sur les trames codées en Wyner-Ziv pour ne transmettre que les sous-bandes de basses fréquences. Ensuite, nous proposons un schéma de codage par descriptions multiples avec information adjacente basé sur une quantification scalaire à descriptions multiples (MDSQ). Dans un premier temps, les indices générés par la MDSQ sont codés séparément par un codeur de Slepian-Wolf et décodés séparément à l'aide d'une information adjacente qui sert également à la reconstruction des coefficients. Dans un deuxième temps, un décodage croisé est proposé pour décoder conjointement les indices et ainsi profiter de la redondance entre les descriptions. Enfin, nous proposons d'améliorer la robustesse en codage vidéo distribué tout en conservant de bonnes performances débit-distorsion en structurant la séquence d'origine en groupes d'images, chacun contenant une trame clé et une trame codée en Wyner-Ziv. Pour chaque trame, deux descriptions sont générées par un quantificateur scalaire à descriptions multiples. Cette technique permet d'obtenir deux descriptions équilibrées contenant chacune une information partielle sur chaque trame dans la vidéo d'origine. Au décodeur central, le décodage itératif de deux descriptions avec information adjacente est utilisé. Nous étudions alors l'influence du décodage croisé et du taux de redondance sur les performances.

Le cadre de travail dans lequel s'inscrit cette thèse porte sur le développement d'une structure de pilotage prenant en compte simultanément les contraintes prévisionnelles et les contraintes réelles du système de production. Ces premières s'expriment en terme d'objectifs globaux et les secondes en terme de réactivité et de flexibilité. Plusieurs études ont montré les possibilités offertes par la structure distribuée pour absorber les fonctionnements dégradés. L'objectif de ce mémoire est d'étendre et de compléter la structure de pilotage de Tchako afin: • de permettre la prise en compte de la notion d'objectif global, • d'accroître la capacité intrinsèque de réactivité de l'approche distribuée. Nous montrons d'une part que l'intégration de la notion d'objectif global peut être obtenue par l'adjonction d'un niveau de supervision au modèle de Tchako. D'autre part, afin de conserver un niveau de réactivité satisfaisant, nous montrons qu'un compromis efficace entre les besoins en termes de réactivité et de gestion prévisionnelle (objectifs globaux) consiste à ordonnancer une partie des opérations à réaliser (ordonnancement partiel). Nous élaborons une liste des différentes approches possibles concernant les opérations (ou les ressources de production) à ordonnancer, et justifions une approche par ordonnancement partiel d'une ressource critique. Nous désignons la structure de pilotage correspondante sous le terme de pilotage hybride. L'accroissement de la capacité intrinsèque de réactivité résulte de la conception et du développement d'une structure de communication décomposée en deux niveaux, intégrant chacun une gestion de la robustesse. Ce point constitue une conceptualisation et une extension de la structure de communication de Tchako. Un autre point porte sur le développement d'un module de gestion de contraintes dynamiques portant sur le processus de fabrication. Par ailleurs, l'étude des processus de décision dans un cadre de pilotage temps-réel et distribué montre que les décisions sont de nature multicritère. L'étude de faisabilité que nous présentons a porté sur l'intégration d'une approche multicritère au niveau des processus décisionnels, prenant en compte les contraintes imposées au niveau du pilotage hybride. Elle a mis en évidence le faible niveau de structuration des processus décisionnels et conduit à analyser les possibilités d'intégration de l'opérateur humain via un système interactif d'aide multicritère à la décision.

Les systèmes informatiques ont connu récemment de grandes avancées dans leur conception. D'une part, la démocratisation des réseaux via la croissance exponentielle de l'Internet a permis d'envisager des systèmes à l'échelle mondiale, visant de mettre en commun une multitude de ressources à travers la planète entière. D'autre part, la réduction continue de la taille des équipements informatiques a permis l'apparition de matériels miniatures. Le jumelage de ces deux évolutions est à l'origine de l'apparition des réseaux de capteurs sans fil. Le spectre des applications potentielles de ces réseaux est extrêmement large, que cela soit dans le contexte d'une infrastructure fixe autant que dans l'informatique embarquée. Cette thèse propose un ensemble de contributions pour la gestion de l'information à la fois dans le contexte mobile et statique. Édifiées autour des mêmes propriétés de collaboration et d'autoorganisation, ces propositions sont conçues selon une méthodologie de la théorie vers la pratique. Cette thèse vise ainsi, en premier lieu, une analyse théorique a priori d'une application classique des réseaux de capteurs statiques, à savoir le suivi de trajectoires d'objets mobiles non identifiés. Par la suite, nous étendons le spectre des applications visées en proposant une structure générique à toute mise en oeuvre réelle de réseaux de capteurs statiques. En second lieu, nous considérons une modélisation de la mobilité permettant d'analyser fondamentalement les impacts de celle-ci sur la convergence des protocoles dits de population. Enfin, nous établissons un parallèle entre les travaux menés théoriquement sur les réseaux de capteurs mobiles avec ceux plus pratiques et empiriques proposés dans le cadre des protocoles épidémiques sur réseaux filaires. En démontrant que ces deux domaines portent en réalité sur la même classe de protocoles – et donc de problèmes – nous ouvrons ainsi une voie captivante pour de futures recherches dans chacun de ces deux domaines, par l'utilisation de l'un dans l'autre.