Ce travail a pour objet la présentation d'une approche pour l'aide au dimensionnement, l'aide à l'élaboration de politiques de conduite et le pilotage en temps réel de cellules flexibles de fabrication. L'approche que nous proposons est articulée autour de la modélisation et de l'analyse d'une cellule flexible sous un ensemble de contraintes cycliques. Le modèle choisi est un réseau de Petri p-temporel t-temporisé plus général qu'un graphe d'événements. Il permet d'une part de découplet les contraintes de gammes des contraintes de ressources, et d'autre part de modéliser aussi bien les durées d'opération associées aux transitions qui sont les paramètres de notre problème, que les durées d'attente des pièces dans les stocks intermédiaires représentés par les places qui sont elles les inconnues du problème. Après avoir défini un régime stationnaire périodique forcé, des bornes minimales et maximales qui correspondent à des conditions nécessaires de réalisation d'une production plus ou moins flexible sont calculées à l'aide des techniques de la programmation mathématique. Ces bornes sont utilisées au niveau d'un algorithme de joueur de réseau de Petri p-temporel t-temporisé possédant un mécanisme de retour arrière ("backtrack") afin de calculer une stratégie particulière de réalisation de la production, l'objectif essentiel étant de réaliser un bon compromis entre efficacité et flexibilité. Finalement, en nous basant sur le résultat de l'ordonnancement prévisionel calculé, le modèle de réseau de Petri est utilisé pour un pilotage temps réel et réactif de la cellule au travers de l'utilisation d'un joueur temps réel ne possédant plus de mécanisme de retour arrière et permettant de décrire en temps réel l'enchaînement des traitements à effectuer sur les pièces, de communiquer avec l'environnement extérieur et d'être soumis à des contraintes temporelles explicites. Un exempl e d'application illustre l'approche exposée.

Cette thèse traite de la modélisation et la simulation de réseaux de capteurs sans fil afin de fournir des estimations précises de consommations d'énergie. Un cadre de conception et de simulation base sur SystemC au niveau système est proposé, nommé IDEA1. Elle permet l'exploration de l'espace de conception de réseaux de capteurs à un stade amont. Les résultats de simulation comprennent le taux de livraison de paquets, la latence de transmission et les consommations d'énergie. Sur un banc d'essai comportant 9 nœuds, la différence moyen entre les IDEA1 simulations et les mesures expérimentales est 4.6 %. Les performances d'IDEA1 sont comparées avec un autre simulateur largement utilisé, NS-2. Avec la co-simulation matérielle et logicielle, IDEA1 peut apporter des modèles plus détaillés de nœuds de capteurs. Pour fournir les résultats de la simulation au même niveau d'abstraction, IDEA1 réalise les simulations deux fois plus vite que NS-2.Enfin, deux études de cas sont accomplies pour valider le flot de conception d'IDEA1. La performance de l'IEEE 802.15.4 est globalement évaluée pour diverses charges de trafic et configurations de paramètres de protocole. Une application de contrôle actif des vibrations est également étudiée. Les simulations d'IDEA1 trouvent le meilleur choix de protocoles de communication.

Les progrès technologiques permettent aujourd'hui l'intégration à bas coût d'objets multi-capteurs hétérogènes communicants sans fil notamment pour la surveillance dans les environnements considérés à risques ou non accessibles. Le but de ces travaux de thèse est de contribuer à la sécurisation des personnes et de leur environnement de vie par la mise en réseau de dispositifs multi-capteurs de mesures sans fil. Ceux-ci doivent être spécifiés et configurés pour rendre par exemple l'environnement qu'ils surveillent intelligent et sécurisé. Le travail effectué porte sur la conception et le prototypage réel d'un réseau composé de dispositifs hétérogènes autonomes en énergie. Nos contributions comportent trois volets essentiels : Le premier volet concerne la conception d'un modèle de réseau ambiant adapté : nous avons proposé un modèle qui repose sur une architecture multi-niveaux caractérisée par des nœuds hétérogènes dont le captage (détection), le traitement et le stockage des données sont distribués par niveau. Cette architecture hiérarchique offre plusieurs avantages par rapport aux architectures linéaires classiques en termes d'évolutivité, de faible coût, de meilleure couverture, de hautes fonctionnalités et de fiabilité. Nous avons défini le comportement adapté pour chaque nœud dans le modèle et montré l'avantage de la solution par la simulation. Le deuxième volet concerne la proposition originale d'un protocole d'accès au médium efficace en énergie nommé " T-TMAC " et adapté à l'application, permettant d'organiser les échanges des messages dans l'architecture du réseau retenu. L'originalité du protocole est qu'il est composé de mécanismes de maintenance performants permettant la gestion de la mobilité et la reconfiguration du réseau (ajout et suppression d'un capteur). Pour cela, une adaptation et un paramétrage du standard IEEE 802.15.4 sont proposés. Le dernier volet présente l'évaluation et l'analyse de performances du protocole développé dans le cadre de scé narios de tests. Nous avons étudié en particulier l'impact de la taille des données et la périodicité de transfert sur l'énergie et le délai. Le protocole est validé à l'aide d'un modèle analytique dont les résultats ont été comparés à ceux obtenus par prototypage matériel.

Cette thèse s’intéresse à la question de l’évaluation des Systèmes Multi-Agents (SMA). Les caractéristiques propres que possèdent ces derniers, notamment en termes d’autonomie, de distribution, de dynamique et de socialité, ont grandement contribué à l’élargissement de leurs champs d’application, mais en contrepartie, elles ont rendu leur analyse plus ardue. Ainsi, les méthodes d’évaluation dans les systèmes informatiques classiques s’avèrent insuffisantes à analyser les SMA, étant donné qu’elles ne tiennent pas compte de leurs spécificités. L’objectif de cette thèse consiste donc à proposer une approche générique pour l’évaluation des SMA en se basant sur la mesure de leurs caractéristiques fonctionnelles. A cet effet, le besoin de disposer d’informations sur l’exécution du système à évaluer est manifeste. C’est dans ce cadre qu’une nouvelle approche d’observation des SMA est proposée. Les résultats de ces observations sont exploités pour construire une abstraction du système sous forme d’un modèle, lequel est étudié pour définir les mesures de performances. L’analyse se focalise sur deux caractéristiques essentielles, à la base de la dynamique et de la socialité des SMA : la communication et l’organisation. Les expérimentations de la solution proposée portent sur deux applications multi-agents. La première est une application de diagnostic des pannes dans un environnement industriel et la seconde est une application de pilotage et de gestion de la production dans les chaînes logistiques. / This thesis focuses on the issue of MultiAgent Systems (MAS) evaluation. The MAS own characteristics, namely autonomy, distribution, dynamicity and sociality, have greatly contributed to the expansion of their application scope; but in return they made their analysis more difficult. Thus, evaluation methods in classic computer systems are insufficient to analyse MAS, since they do not take into account their specificities. The objective of this thesis is to provide a generic approach for the evaluation of MAS by measuring their functional characteristics. To this end, the need for information about the execution of the system to be evaluated is evident. In this context, a new approach to observe MAS is proposed. The results of these observations are exploited to build an abstraction model of the system which is studied in order to define performance metrics. The analysis focuses on two key characteristics, at the basis on the dynamics and sociality in MAS: communication and organization. The experiments of the proposed solution are performed on two multiagent applications. The first is an application of fault diagnosis in an industrial environment and the second is an application of control and production planning in supply chains.

Un système de distribution électrique est le cœur de tous types de sites industriels, aussi bien les sites producteurs d'énergie que les sites consommateurs. La sécurité de ce système doit être impérativement assurée par la mise en place des unités assurant plusieurs fonctionnalités de protection contre les dédauts électriques. Parmi ces fonctionalités il existe celles qui se basent sur des échanges d'information entre plusieurs unités de protection. Le standard IEC 61850 guarantit cet échange des informations via des signaux ‘temps réel' échangé via le réseau de communication. Vue l'aspet non deterministe de ces signaux, une étude poussée de leur fiabilité doit être effectuée. Pour ces raisons notre travail de thèse a pour objectif de mettre en place une méthodologie, basée sur une plateforme de Co-Simulation conçue pendant notre étude, qui permet la validation de la fiabilité de ces messages tout au long du cycle de vie d'un système de communication IEC 61850. / From 2004, a new worldwide standard of communication IEC61850 is introduced in the majority of substation automation system carrying out new innovation prospects to the world of substation. One of these feature is that it allows the exchange of security real time communication messages all over the communication network. These messages are used as control information for the Distributed Automation Application 'DAA'. Taking into consideration that DAA have a direct effect on ythe dependability of a smart grid architecture, the fiability of these real time IEC 61850 should be evaluated. For these reasons, our research delas with the development of a Co-Simulation platform that permits the evaluation and validation of an IEC 61850 communication network.

Données Liées est un terme pour définir un ensemble de meilleures pratiques pour la publication et l'interconnexion des données structurées sur le Web. A mesure que le nombre de fournisseurs de Données Liées augmente, le Web devient un vaste espace de données global. La fédération de requêtes est l'une des approches permettant d'interroger efficacement cet espace de données distribué. Il est utilisé via un moteur de requêtes fédéré qui vise à minimiser le temps de réponse du premier tuple du résultat et le temps d'exécution pour obtenir tous les tuples du résultat. Il existe trois principales étapes dans un moteur de requêtes fédéré qui sont la sélection de sources de données, l'optimisation de requêtes et l'exécution de requêtes. La plupart des études sur l'optimisation de requêtes dans ce contexte se concentrent sur l'optimisation de requêtes statique qui génère des plans d'exécution de requêtes avant l'exécution et nécessite des statistiques. Cependant, l'environnement des Données Liées a plusieurs caractéristiques spécifiques telles que les taux d'arrivée de données imprévisibles et les statistiques peu fiables. En conséquence, l'optimisation de requêtes statique peut provoquer des plans d'exécution inefficaces. Ces contraintes montrent que l'optimisation de requêtes adaptative est une nécessité pour le traitement de requêtes fédéré sur les données liées. Dans cette thèse, nous proposons d'abord un opérateur de jointure adaptatif qui vise à minimiser le temps de réponse et le temps d'exécution pour les requêtes fédérées sur les endpoints SPARQL. Deuxièmement, nous étendons la première proposition afin de réduire encore le temps d'exécution. Les deux propositions peuvent changer la méthode de jointure et l'ordre de jointures pendant l'exécution en utilisant une optimisation de requêtes adaptative. Les opérateurs adaptatifs proposés peuvent gérer différents taux d'arrivée des données et le manque de statistiques sur des relations. L'évaluation de performances dans cette thèse montre l'efficacité des opérateurs adaptatifs proposés. Ils offrent des temps d'exécution plus rapides et presque les mêmes temps de réponse, comparé avec une jointure par hachage symétrique. Par rapport à bind join, les opérateurs proposés se comportent beaucoup mieux en ce qui concerne le temps de réponse et peuvent également offrir des temps d'exécution plus rapides. En outre, le deuxième opérateur proposé obtient un temps de réponse considérablement plus rapide que la bind-bloom join et peut également améliorer le temps d'exécution. Comparant les deux propositions, la deuxième offre des temps d'exécution plus rapides que la première dans toutes les conditions. En résumé, les opérateurs de jointure adaptatifs proposés présentent le meilleur compromis entre le temps de réponse et le temps d'exécution. Même si notre objectif principal est de gérer différents taux d'arrivée des données, l'évaluation de performance révèle qu'ils réussissent à la fois avec des taux d'arrivée de données fixes et variés. / Linked Data is a term to define a set of best practices for publishing and interlinking structured data on the Web. As the number of data providers of Linked Data increases, the Web becomes a huge global data space. Query federation is one of the approaches for efficiently querying this distributed data space. It is employed via a federated query engine which aims to minimize the response time and the completion time. Response time is the time to generate the first result tuple, whereas completion time refers to the time to provide all result tuples. There are three basic steps in a federated query engine which are data source selection, query optimization, and query execution. This thesis contributes to the subject of query optimization for query federation. Most of the studies focus on static query optimization which generates the query plans before the execution and needs statistics. However, the environment of Linked Data has several difficulties such as unpredictable data arrival rates and unreliable statistics. As a consequence, static query optimization can cause inefficient execution plans. These constraints show that adaptive query optimization should be used for federated query processing on Linked Data. In this thesis, we first propose an adaptive join operator which aims to minimize the response time and the completion time for federated queries over SPARQL endpoints. Second, we extend the first proposal to further reduce the completion time. Both proposals can change the join method and the join order during the execution by using adaptive query optimization. The proposed operators can handle different data arrival rates of relations and the lack of statistics about them. The performance evaluation of this thesis shows the efficiency of the proposed adaptive operators. They provide faster completion times and almost the same response times, compared to symmetric hash join. Compared to bind join, the proposed operators perform substantially better with respect to the response time and can also provide faster completion times. In addition, the second proposed operator provides considerably faster response time than bind-bloom join and can improve the completion time as well. The second proposal also provides faster completion times than the first proposal in all conditions. In conclusion, the proposed adaptive join operators provide the best trade-off between the response time and the completion time. Even though our main objective is to manage different data arrival rates of relations, the performance evaluation reveals that they are successful in both fixed and different data arrival rates.

Les progrès technologiques permettent aujourd'hui l’intégration à bas coût d'objets multi-capteurs hétérogènes communicants sans fil notamment pour la surveillance dans les environnements considérés à risques ou non accessibles. Le but de ces travaux de thèse est de contribuer à la sécurisation des personnes et de leur environnement de vie par la mise en réseau de dispositifs multi-capteurs de mesures sans fil. Ceux-ci doivent être spécifiés et configurés pour rendre par exemple l'environnement qu'ils surveillent intelligent et sécurisé. Le travail effectué porte sur la conception et le prototypage réel d’un réseau composé de dispositifs hétérogènes autonomes en énergie. Nos contributions comportent trois volets essentiels :Le premier volet concerne la conception d’un modèle de réseau ambiant adapté : nous avons proposé un modèle qui repose sur une architecture multi-niveaux caractérisée par des nœuds hétérogènes dont le captage (détection), le traitement et le stockage des données sont distribués par niveau. Cette architecture hiérarchique offre plusieurs avantages par rapport aux architectures linéaires classiques en termes d’évolutivité, de faible coût, de meilleure couverture, de hautes fonctionnalités et de fiabilité. Nous avons défini le comportement adapté pour chaque nœud dans le modèle et montré l’avantage de la solution par la simulation.Le deuxième volet concerne la proposition originale d’un protocole d’accès au médium efficace en énergie nommé « T-TMAC » et adapté à l’application, permettant d'organiser les échanges des messages dans l’architecture du réseau retenu. L’originalité du protocole est qu’il est composé de mécanismes de maintenance performants permettant la gestion de la mobilité et la reconfiguration du réseau (ajout et suppression d’un capteur). Pour cela, une adaptation et un paramétrage du standard IEEE 802.15.4 sont proposés.Le dernier volet présente l’évaluation et l’analyse de performances du protocole développé dans le cadre de scénarios de tests. Nous avons étudié en particulier l’impact de la taille des données et la périodicité de transfert sur l’énergie et le délai. Le protocole est validé à l’aide d’un modèle analytique dont les résultats ont été comparés à ceux obtenus par prototypage matériel. / Today technological advances allow low-cost deployment of wireless heterogeneous sensors in specific environments such as those considered risky or not accessible. The aim of this thesis is to contribute to the application of Wireless Sensor Networks (WSN) for health-care monitoring. Currently the integrated sensors must be specified and configured to make the monitored environment intelligent and secured. Our work focuses on the design of this network and the prototyping of the real devices that constitute it. Our contributions include three key components:The first part concerns the design of an ambient adapted network: we proposed a model based on a network architecture characterized by multiple tiers with heterogeneous nodes distributed: sensing, processing and data storage. This architecture offers more advantages than classical single tier architecture in terms of scalability, low cost, coverage, functionality and reliability. We have defined the appropriate behavior for each node in this network model and we showed the advantages of our solution through simulation.The second part deals with the proposition of an energy efficient medium access protocol named "T-TMAC": the protocol is adapted to the application requirements. It permits to organize the data exchange in the chosen network architecture. The originality of this protocol is that it includes efficient maintenance mechanisms that allow managing mobility and network reconfiguration (addition of a sensor, removing a sensor). In this way an adaptation and a parameterization of the IEEE 802.15.4 Standard are proposed.The final part of this work presents the performance evaluation and analysis of the proposed MAC protocol in use cases. We studied the impact of packets size and dissemination interval parameters on energy and delay. The protocol is validated by an analytical model. We proposed a reel evaluation by prototyping. A comparison of results obtained from the different approaches is finally presented.

La localisation et cartographie simultanées connue, communément, sous le nom de SLAM (Simultaneous Localization And Mapping) est un processus qui permet à un robot explorant un environnement inconnu de reconstruire une carte de celui-ci tout en se localisant, en même temps, sur cette carte. Dans ce travail de thèse, nous nous intéressons au SLAM par optimisation de graphe. Celui-ci utilise un graphe pour représenter et résoudre le problème de SLAM. Une optimisation de graphe consiste à trouver une configuration de graphe (trajectoire et carte) qui correspond le mieux aux contraintes introduites par les mesures capteurs. L'optimisation de graphe présente une forte complexité algorithmique et requiert des ressources de calcul et de mémoire importantes, particulièrement si l'on veut explorer de larges zones. Cela limite l'utilisation de cette méthode dans des systèmes embarqués temps-réel. Les travaux de cette thèse contribuent à l'atténuation de la complexité de calcul du SLAM par optimisation de graphe. Notre approche s’appuie sur deux axes complémentaires : la représentation mémoire des données et l’implantation sur architectures hétérogènes embarquées. Dans le premier axe, nous proposons une structure de données incrémentale pour représenter puis optimiser efficacement le graphe. Dans le second axe, nous explorons l'utilisation des architectures hétérogènes récentes pour accélérer le SLAM par optimisation de graphe. Nous proposons, donc, un modèle d’implantation adéquat aux applications embarquées en mettant en évidence les avantages et les inconvénients des architectures évaluées, à savoir SoCs basés GPU et FPGA. / Simultaneous Localization And Mapping is the process that allows a robot to build a map of an unknown environment while at the same time it determines the robot position on this map.In this work, we are interested in graph-based SLAM method. This method uses a graph to represent and solve the SLAM problem. A graph optimization consists in finding a graph configuration (trajectory and map) that better matches the constraints introduced by the sensors measurements. Graph optimization is characterized by a high computational complexity that requires high computational and memory resources, particularly to explore large areas. This limits the use of graph-based SLAM in real-time embedded systems. This thesis contributes to the reduction of the graph-based computational complexity. Our approach is based on two complementary axes: data representation in memory and implementation on embedded heterogeneous architectures. In the first axis, we propose an incremental data structure to efficiently represent and then optimize the graph. In the second axis, we explore the use of the recent heterogeneous architectures to speed up graph-based SLAM. We propose an efficient implementation model for embedded applications. We highlight the advantages and disadvantages of the evaluated architectures, namely GPU-based and FPGA-based System-On-Chips.

Ce travail de thèse s’est tout d’abord attaché à comprendre comment la prise en compte du temps de téléchargement, autrement dit, de la latence, lors de la mise en cache ou de la transmission de données pouvait contribuer aux performances du téléchargement dans les réseaux de caches dont ICN. Nous y introduisons un mécanisme distribué novateur qui décide de l’opportunité de conserver un objet en considérant que plus il a été long à télécharger plus intéressant il semble de le soumettre au cache sous-jacent. Nous montrons que ce nouveau mécanisme surpasse en de nombreux points l’état de l’art, que ce soit du point de vue de la réduction du temps moyen de téléchargement à partir de caches LRU, et de son écart-type (jusqu’à −60% ), que de celui de la vitesse de convergence vers ceux-ci. Dans une seconde phase, nous avons optimisé conjointement les fonctions de mises en cache et de distribution multi-chemin de requêtes de contenus. Troisièmement, nous avons étudié l’équité vis-à-vis des contenus au sein des réseaux de caches et plus particulièrement, d’ICN. Il en ressort que seule suffit une allocation équitable de la bande passante entre les contenus pour que l’équité d’ICN soit complète. Notre dernière contribution vise à aider au passage à l’échelle d’ICN dans contexte où deviennent réalités l’Internet des Objets et son espace de nommage illimité. Nous avons proposé une approche nouvelle au routage dans les réseaux centrés sur l’information, nommée AFFORD, qui combine apprentissage automatique et diffusion aléatoire. / This thesis investigates how making content caching and forwarding latency-aware can improve data delivery performance in Information-Centric Networks (ICN). We introduce a new mechanism that leverages retrieval time observations to decide whether to store an object in a network cache, based on the expected delivery time improvement. We demonstrate that our distributed latency-aware caching mechanism, LAC+, outperforms state of the art proposals and results in a reduction of the content mean delivery time and standard deviation of LRU caches by up to 60%, along with a fast convergence to these figures. In a second phase, we conjointly optimize the caching function and the multipath request forwarding strategies. To this purpose, we introduce the mixed forwarding strategy LB-Perf, directing the most popular content towards the same next hops to foster egress caches convergence, while load-balancing the others. Third, we address ICN fairness to contents. We show that traditional ICN caching, which favors the most popular objects, does not prevent the network from being globally fair, content-wise. The incidence of our findings comforts the ICN community momentum to improve LFU cache management policy and its approximations. We demonstrate that in-network caching leads to content-wise fair network capacity sharing as long as bandwidth sharing is content-wise fair. Finally, we contribute to the research effort aiming to help ICN Forwarding Information Base scale when confronted to the huge IoT era’s namespace.We propose AFFORD, a novel view on routing in named-data networking that combines machine learning and stochastic forwarding.

Les réseaux de cinquième génération sont en cours de définition et leurs différentes composantes commencent à émerger: nouvelles technologies d'accès à la radio, convergence fixe et mobile des réseaux et virtualization.Le contrôle et la gestion de bout en bout (E2E) du réseau ont une importance particulière pour les performances du réseau. Cela étant, nous segmentons le travail de thèse en deux parties: le réseau d’accès radio (RAN) axé sur la technologie MIMO Massif (M-MIMO) et la connexion E2E du point de vue de la couche transport.Dans la première partie, nous considérons la formation de faisceaux focalisés avec un structure hiérarchique dans les réseaux sans fil. Pour un ensemble de flots donnée, nous proposons des algorithmes efficaces en terme de complexité pour une allocation avec alpha-équité. Nous proposons ensuite des formules exactes pour la performance au niveau du flot, à la fois pour le trafic élastique (avec une équité proportionnelle et équité max-min) et le trafic en continu. Nous validons les résultats analytiques par des simulations.La seconde partie de la thèse vise à développer une fonction de réseau auto-organisant (SON) qui améliore la qualité d'expérience (QoE) des connexions en bout-en-bout. Nous considérons un service de type vidéo streaming et développons une fonctionnalité SON qui adapte la QoE de bout-en-bout entre le serveur vidéo et l'utilisateur. La mémoire-tampon reçoit les données d'un serveur avec une connexion E2E en suivant le protocole TCP. Nous proposons un modèle qui décrit ce comportement et nous comparons les formules analytiques obtenues avec les simulations. Enfin, nous proposons un SON qui donne la qualité vidéo de sorte que la probabilité de famine soit égale à une valeur cible fixée au préalable. / Fifth generation networks are being defined and their different components are beginning to emerge: new technologies for access to radio, fixed and mobile convergence of networks and virtualization.End-to-end (E2E) control and management of the network have a particular importance for network performance. Having this in mind, we segment the work of the thesis in two parts: the radio access network (RAN) with a focus on Massive MIMO (M-MIMO) technology and the E2E connection from a point of view of the transport layer.In the first part, we consider hierarchical beamforming in wireless networks. For a given population of flows, we propose computationally efficient algorithms for fair rate allocation. We next propose closed-form formulas for flow level performance, for both elastic (with either proportional fairness and max-min fairness) and streaming traffic. We further assess the performance of hierarchical beamforming using numerical experiments.In the second part, we identify an application of SON namely the control of the starvation probability of video streaming service. The buffer receives data from a server with an E2E connection following the TCP protocol. We propose a model that describes the behavior of a buffer content and we compare the analytical formulas obtained with simulations. Finally, we propose a SON function that by adjusting the application video rate, achieves a target starvation probability.