Les systèmes embarqués sont de plus en plus présents dans notre quotidien, à l’instar des téléphones ou des équipements des voitures modernes. Les systèmes embarqués modernes utilisent des plates-formes de plus en plus complexes. Après avoir longtemps utilisé un seul processeur, les plates-formes modernes peuvent désormais contenir plusieurs processeurs. Depuis quelques années, afin de continuer à améliorer la performance de ces systèmes à moindre coût, certaines de ces plates-formes embarquent désormais plusieurs processeurs différents, parfois même capables de modifier rapidement leurs caractéristiques pendant l’exécution du système. C’est ce qu’on appelle des plates-formes hétérogènes.Cette thèse traite de l’ordonnancement d’applications temps réel strict pour des plates-formes hétérogènes reconfigurables. Établir une polituqe d’ordonnancement consiste à garantir l’exécution d’ensembles de tâches récurrentes, avec le respect des contraintes temporelles de chaque tâche. Dans un contexte de temps réel strict, une tâche doit nécessairement être pleinement exécutée avant son échéance. Tout retard pourrait compromettre la sécurité du système ou des utilisateurs.Produire un ordonnancement temps réel strict efficace pour de telles plates-formes hétérogènes est particulièrement difficile. En effet, la vitesse d’exécution d’un processeur d’une telle plates-forme dépend à la fois du type du processeur et de la tâche exécutée. Cela rend les tâches difficilement interchangeables et augmente ainsi considérablement la complexité des polituqes d’ordonnancement. De plus, le coût d’une migration – le déplacement d’une tâche en cours d’exécution – d’un processeur à un autre est élevé, ce qui peut rendre les polituqes d’ordonnancement peu efficaces en pratique.Dans cette thèse, deux voies sont explorées pour tirer parti des possibilités offertes par ces plates-formes hétérogènes. Tout d’abord, en proposant un ordonnanceur dit global, qui permet une utilisation théorique de l’entièreté de la plates-forme. Pour atteindre cet objectif, nous isolons différents sous-problèmes, en suivant un schéma établi par la littérature existante. Pour chaque sous-problème, nous proposons une amélioration significative par rapport à l’état de l’art. L’ensemble constitue un nouvel ordonnanceur. Une évaluation empirique montre que ses performances sont bien supérieures à celles des ordonnanceurs existants. De plus, la polituqe d’ordonnancement proposée a une meilleure applicabilité, car elle réduit le nombre de migrations d’un processeur à un autre.Une deuxième voie explorée est le paradigme d’application dite multimode. Nous proposons ici le premier modèle où le matériel comme le logiciel peuvent être modifiés pendant l’exécution de l’application, afin de s’adapter au contexte dans lequel elle se trouve. Enfin, deux nouveaux protocoles utilisant ce modèle sont proposés et évalués. Il est montré théoriquement et empiriquement que ces protocoles présentent une faible complexité et de bonnes performances, et correspondent donc au besoin d’applications réelles. / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

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Designing a new power electronic conversion system is a multi-step process that requires the R\&D team(s) to go through an extended prototyping phase whose goal is to validate the design in its nominal state, as well as to test its behavior when it is subjected to abnormal conditions. To properly and safely validate all devices that are external to the power stage itself, such as the controllers and the protection systems, one of the best-suited device is a real-time emulator of the converter circuit, a platform that obeys the same mathematical laws and produces the same signals as the original device withoutactually realizing the power conversion. Unfortunately, these models are often based on analog solvers which are difficult to build, must be redesigned for each modification and are subject to drift and aging. While multiple digital real-time emulators have appeared on the market in the last decades, they typically require powerful and expensive computing platforms to perform their calculations or are not generic enough to emulate the more complex power circuits. In this work, we present a new framework that allows the rapid prototyping of a wide range of power converters by translating a power converter schematic drawn on a computer to a real-time equivalent set of equations which is processed by an FPGA with an emulation time-step of less than one microsecond. Contrary to the previously published works, our tools enable the use of entry-level FPGAs even for the emulation circuits composed of twenty switches or more. This framework takes the form of a tool-chain that starts by extracting the necessary information and a standard description from the initial circuit. However, due to the intricate ways in which the switches and diodes can change their state, this raw information is too complex to be processed and emulated directly.Our first major contribution to the state of the art is a way to automatically analyze these changes in order to reduce the complexity of the problem as much as possible while keeping all the necessary information intact. In this thesis, we develop two tools that are able to find all possible changes in the state of the switches that may appear in the immediate future, thereby reducing the quantity of information required to emulate the circuit. Thanks to the global optimization provided by our tools, simulating a typical AC-to-DC converter composed of 12 switches could require 80\% less resources when compared to existing emulators.To enable the emulation or large power converters, we have created a partitioning method which divides the circuit in multiple sub-circuits which are analyzed and optimized separately. The performances of this partitioning are demonstrated by the emulation of a three-phase three-level converter with a relative error of a less that 5% on the signals.To handle our new framework, a dedicated digital platform has been developed. In order to provide the best results even on small FPGAs, particular attention is given to the low resources usage and the low latency of our design. Through multiple examples, we show that this inexpensive real-time emulation platform is able to accurately emulate many circuits in open- or closed-loop operation with a sampling rate higher than 1 MHz / Doctorat en Sciences de l'ingénieur et technologie / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Comprendre le comportement de haut niveau des programmes est nécessaire pour effectuer différentes tâches dans le développement et la maintenance des logiciels. Pour cela, on utilise régulièrement des traces d’exécution du système, enregistrées pendant des scénarios d’utilisation typiques. Cependant, une trace standard peut contenir un volume très important d’évènements, ce qui rend son interprétation difficile. Nous proposons d’utiliser une métaphore visuelle et un ensemble de filtres et d’outils pour assister le développeur dans la compréhension du comportement de haut niveau d’un logiciel. Notre environnement de visualisation interactive est basé sur une métaphore de traces lumineuses animées pour rejouer la trace d’exécution. Cette animation est accompagnée avec un ensemble de filtres et d’outils pour manipuler et réduire à l’essentiel les informations affichées. Nous démontrons l’utilité de notre approche au moyen de deux études de cas qui présentent des traces enregistrées sur un jeu d’échecs et un logiciel d’édition de diagrammes UML. / Understanding high-level behavior of programs is necessary to perform various tasks in software development and maintenance. This is usually done by analyzing execution traces extracted from typical scenarios. However, average execution traces consist of huge volumes of events and information that make it difficult to develop good insights from these traces. We propose to exploit a visualization metaphor and a set of filters and tools to assist developers grasping high-level behaviors of programs. Our interactive visualization is based on a metaphor of traces of light as part of an animation to explore execution scenarios. The animation is augmented with a set of structural and temporal filters to reduce the volume of information displayed. We showcase our visualization environment on two case studies featuring programs of a chess game and a UML diagram editor.

Le traitement de musique existante pour en construire de nouvelle est une caractéristique fondamentale de la tradition musicale occidentale. Cette thèse propose et discute mon approche personnelle au sujet : l'emprunt de fragments de musique à partir de grands corpus (contenant des échantillons audio ainsi que des partitions symboliques) afin de créer une palette de grains organisée par descripteurs de bas niveau. Les paramètres sont gérés par des partitions numériques hybrides. Cette thèse présente également la bibliothèque "dada", qui fournit au logiciel Max la possibilité d'organiser, de sélectionner et de générer du contenu musical grâce à un ensemble d'interfaces graphiques manifestant une approche exploratoire à la composition. Ses modules abordent, entre autre, la visualisation de bases de données, la segmentation et l'analyse des partitions, la synthèse concaténative, la génération musicale à travers la modélisation physique ou géométrique, la synthèse "wave-terrain", l'exploration de graphes, les automates cellulaires, l'intelligence distribuée et les jeux vidéo. Pour terminer, cette thèse traite de la question de savoir si la représentation classique de la musique, démêlée dans l'ensemble standard des paramètres traditionnels, est optimale. Deux alternatives possibles aux décompositions orthogonales sont présentées : des représentations de partitions fondées sur les "grains", qui héritent les techniques de la composition basée sur corpus, et des modèles d'apprentissage automatique non supervisés, fournissant représentations de la musique "agnostiques". La thèse détaille aussi ma première expérience d'écriture collaborative au sein du collectif /nu/thing. / The reworking of existing music in order to build new one is a quintessential characteristic of the Western musical tradition. This thesis proposes and discusses my personal approach to the subject: the borrowing of music fragments from large-scale corpora (containing audio samples as well as symbolic scores) in order to build a low-level, descriptor-based palette of grains. Parameters are handled via digital hybrid scores, in order to equip corpus-based composition with the control of notational practices. This thesis also introduces the dada library, providing Max with the ability to organize, select and generate musical content via a set of graphical interfaces manifesting an exploratory approach towards music composition. Its modules address a range of scenarios, including, but not limited to, database visualization, score segmentation and analysis, concatenative synthesis, music generation via physical or geometrical modelling, wave terrain synthesis, graph exploration, cellular automata, swarm intelligence, and videogames. The library is open-source and it fosters a performative approach to computer-aided composition. Finally, this thesis addresses the issue of whether classical representation of music, disentangled in the standard set of traditional parameters, is optimal. Two possible alternatives to orthogonal decompositions are presented: grain-based score representations, inheriting techniques from corpus-based composition, and unsupervised machine learning models, providing entangled, `agnostic' representations of music. The thesis also details my first experience of collaborative writing within the /nu/thing collective.

Avec les progrès dans les communications sans fil, le réseau maillé sans fils (WMN) est apparu comme une solution à la couverture et à la capacité limitée des réseaux d'infrastructure. Un WMN est un réseau ad-hoc multi-sauts dans lequel les routeurs participants acheminent le trafic pour le compte de tiers. Malgré les avantages et l'efficacité accrue de nombreuses applications, plusieurs problèmes doivent encore être résolus, notamment des facteurs critiques influant sur les performances des WMNs tels que l'évolutivité, la stabilité de la connectivité réseau, la qualité de service, la sécurité et les problèmes d'interférence. Face à ce défi, cette thèse explore une nouvelle approche des réseaux, à savoir le concept de réseau défini par logiciel (SDN). Dans une configuration SDN, l'intelligence située au niveau des périphériques réseau est déplacée dans une entité centrale communément appelée le contrôleur SDN. Dans cette architecture, le contrôleur SDN prend toutes les décisions et dicte à chaque périphérique réseau comment router les flux de données. Dans cette thèse, l'accent est mis sur l'évaluation des améliorations de la gestion de réseau que SDN pourrait apporter aux WMNs. En particulier, nous avons analysé et déterminé le type de granularité de contrôle SDN envisageable pour ce type de réseaux ainsi que les solutions techniques permettant de mettre en œuvre ce concept pour de meilleures performances. / With advances in wireless communications, Wireless Mesh Network (WMN) has emerged as one solution to the limited coverage and capacity of infrastructure networks. A WMN is a multihop ad-hoc network where participating routers forward traffic on behalf of others. Despite the advantages and increased efficiency in many applications, several challenges still need to be solved and especially critical factors influencing the performance of WMNs such as scalability, network connectivity steadiness, Quality of Service (QoS), security, and interference problems. In the face of this challenge, this thesis explores a new approach for networks, namely the concept of Software-Defined Network (SDN). In an SDN configuration, the intelligence located at network devices level is moved within a central entity commonly referred to as the SDN controller. In this architecture, the SDN controller takes all decisions and dictates to each network device how to route data flows. In this thesis, the focus is on evaluating network management improvements that SDN could make in WMNs. Particularly, we analyzed and determined what kind of SDN control granularity that could be envisaged for this type of networks as well as the technical solutions to implement this concept for better performance.

Les attaques cybernétiques causent une perte importante non seulement pour les utilisateurs finaux, mais aussi pour les fournisseurs de services Internet (FAI). Récemment, les clients des FAI ont été la cible numéro un de cyber-attaques telles que les attaques par déni de service distribué (DDoS). Ces attaques sont favorisées par la disponibilité généralisée outils pour lancer les attaques. Il y a donc un besoin crucial de contrer ces attaques par des mécanismes de défense efficaces. Les chercheurs ont consacré d’énormes efforts à la protection du réseau contre les cyber-attaques. Les méthodes de défense contiennent d’abord un processus de détection, complété par l’atténuation. Le manque d’automatisation dans tout le cycle de détection à l’atténuation augmente les dégâts causés par les cyber-attaques. Cela provoque des configurations manuelles de périphériques l’administrateur pour atténuer les attaques affectent la disponibilité du réseau. Par conséquent, il est nécessaire de compléter la boucle de sécurité avec un mécanisme efficace pour automatiser l’atténuation. Dans cette thèse, nous proposons un cadre d’atténuation autonome pour atténuer les attaques réseau qui visent les ressources du réseau, comme par les attaques exemple DDoS. Notre cadre fournit une atténuation collaborative entre le FAI et ses clients. Nous utilisons la technologie SDN (Software-Defined Networking) pour déployer le cadre d’atténuation. Le but de notre cadre peut se résumer comme suit : d’abord, les clients détectent les attaques et partagent les informations sur les menaces avec son fournisseur de services Internet pour effectuer l’atténuation à la demande. Nous développons davantage le système pour améliorer l’aspect gestion du cadre au niveau l’ISP. Ce système effectue l’extraction d’alertes, l’adaptation et les configurations d’appareils. Nous développons un langage de politique pour définir la politique de haut niveau qui se traduit par des règles OpenFlow. Enfin, nous montrons l’applicabilité du cadre par la simulation ainsi que la validation des tests. Nous avons évalué différentes métriques QoS et QoE (qualité de l’expérience utilisateur) dans les réseaux SDN. L’application du cadre démontre son efficacité non seulement en atténuant les attaques pour la victime, mais aussi en réduisant les dommages causés au trafic autres clients du FAI / Cyber attacks cause significant loss not only to end-users, but also Internet Service Providers (ISP). Recently, customers of the ISP have been the number one target of the cyber attacks such as Distributed Denial of Service attacks (DDoS). These attacks are encouraged by the widespread availability of tools to launch the attacks. So, there is a crucial need to counter these attacks (DDoS, botnet attacks, etc.) by effective defense mechanisms. Researchers have devoted huge efforts on protecting the network from cyber attacks. Defense methodologies first contains a detection process, completed by mitigation. Lack of automation in the whole cycle of detection to mitigation increase the damage caused by cyber attacks. It requires manual configurations of devices by the administrator to mitigate the attacks which cause the network downtime. Therefore, it is necessary to close the security loop with an efficient mechanism to automate the mitigation process. In this thesis, we propose an autonomic mitigation framework to mitigate attacks that target the network resources. Our framework provides a collaborative mitigation strategy between the ISP and its customers. The implementation relies on Software-Defined Networking (SDN) technology to deploy the mitigation framework. The contribution of our framework can be summarized as follows: first the customers detect the attacks and share the threat information with its ISP to perform the on-demand mitigation. We further develop the system to improve the management aspect of the framework at the ISP side. This system performs the alert extraction, adaptation and device configurations. We develop a policy language to define the high level policy which is translated into OpenFlow rules. Finally, we show the applicability of the framework through simulation as well as testbed validation. We evaluate different QoS and QoE (quality of user experience) metrics in SDN networks. The application of the framework demonstrates its effectiveness in not only mitigating attacks for the victim, but also reducing the damage caused to traffic of other customers of the ISP

La plupart des applications robotiques, telles que les véhicules autonomes, sont développées à partir d’une page blanche avec quelques rares réutilisations de conceptions ou de codes issus d’anciens projets équivalents. Qui plus est, les systèmes robotiques deviennent de plus en plus critiques, dans la mesure où ils sont déployés dans des environnements peu structurés, et centrés sur l’humain. Ces systèmes à fort contenu logiciel qui utilisent des composants distribués et hétérogènes interagissent dans un environnement dynamique, et incertain. Or, il s’agit là d’étapes indispensables pour la mise en place de méthodes d’évaluation extensibles, ainsi que pour permettre la réutilisation de composants logiciels pré-existants. Le développement de structures logicielles et d’outils de conception d’architectures, orientés pour la robotique, coûte cher en termes de temps et d’effort, et l’absence d’une approche systématique pourrait conduire à la production de conceptions adhoc, peu flexibles et peu réutilisables. Faire de la meta-structure de l’architecture un point de convergence offre de nouvelles possibilités en termes d’interopérabilité, et de partage de la connaissance, au sein des communautés dédiées à la mise en place d’architectures et de structures. Nous suivons cette direction, en proposant un modèle commun, et en fournissant une approche méthodologique systématique aidant à spécifier les différents aspects du développement d’architectures logicielles, et leurs relations au sein d’une structure partagée. / Most innovative applications having robotic capabilities like self-driving cars are developed from scratch with little reuse of design or code artifacts from previous similar projects. As a result, work at times is duplicated adding time and economic costs. Absence of integrated tools is the real barrier that exists between early adopters of standardization efforts and early majority of research and industrial community. These software intensive systems are composed of distributed, heterogeneous software components interacting in a highly dynamic, uncertain environment. However, no significant systematic software development process is followed in robotics research. The process of developing robotic software frameworks and tools for designing robotic architectures is expensive both in terms of time and effort, and absence of systematic approach may result in ad hoc designs that are not flexible and reusable. Making architecture meta-framework a point of conformance opens new possibilities for interoperability and knowledge sharing in the architecture and framework communities. We tried to make a step in this direction by proposing a common model and by providing a systematic methodological approach that helps in specifying different aspects of software architecture development and their interplay in a framework.

L'objectif de cette thèse est de contribuer à l'élaboration d'une méthode de test de systèmes mobiles. L'approche développée est fondée sur la description de tests à l'aide de scénarios et leurs vérifications sur une trace d'exécution. Un scénario modélise le comportement et les interactions que l'on souhaite observer entre un ensemble de nœuds. Les caractéristiques des systèmes mobiles nous ont conduit à représenter un scénario sous deux points de vue différents et complémentaires. Un premier représente des événements de communications entre les nœuds et un second représente la topologie des liens entre ces nœuds. Notre approche est décomposée en deux étapes : une étape de spécification des cas de tests à l'aide de scénarios et une étape de vérification de ces scénarios sur des traces d'exécutions. La première consiste à spécifier à l'aide du langage dédié TERMOS les cas de test de l'application mobile à vérifier. Ce langage TERMOS a été mis en œuvre au sein de l'atelier UML Papyrus. À partir des scénarios décrits de manière graphique, nous générons pour chacun d'eux un automate ainsi qu'une séquence de topologie que nous utilisons dans l'étape suivante. La deuxième étape consiste à vérifier chaque scénario sur des traces d'exécutions provenant de l'application à tester. Pour cela un premier outil recherche les occurrences de la séquence de topologie du scénario dans la trace d'exécution. Pour chacune d'entre elles, l'automate est exécuté et conclut à un verdict. L'analyse de l'ensemble des verdicts d'un scénario permet de détecter les fautes présentes dans le système. / The main objective of this thesis is to contribute to elaborating a mobile system test method. The proposed approach is based on test definition using scenarios and their verification on an execution trace. A scenario modelizes the behavior and the interactions we want to achieve on a set of nodes. Considering the characteristics of mobile systems we represented scenarios from two different but complementary points of view. The first represents communication events between nodes and the second represents the link topology between the nodes. Our approach is composed of two steps : a first step to specify the test cases by using scenarios and a second step to verify these scenarios on execution flows. The first step consists in using the dedicated TERMOS language in order to specify the test cases of the mobile application. The TERMOS language has been developed in the UML Papyrus workshop. Based on the graphically defined scenarios, we generate an automaton for each one of them, as well as a sequence of topologies which we will be using in the next step. The second step consists in verifying each scenario by using execution traces from the application to be tested. Therefore a first tool detects scenario topology sequences in the execution flow. For each one of them the automaton is executed and comes out with a verdict. The analysis of all the verdicts of a scenario allows the detection of faults in the system.

Nous proposons de concevoir et de mettre en oeuvre un environnement logiciel pour une "gestion guidée par les modèles" des changements dans les architectures des applications distribuées coopératives. Les aspects adaptabilité des applications, les aspects transformations de graphe et les aspects particuliers des applications distribuées coopératives sont étudiés. Une approche d'adaptation s'appuyant sur une modélisation par les graphes et un style architectural de type Poducteur/Consommateur est présentée pour des applications communicantes collaboratives sensibles au contexte. Une démarche de raffinement est proposée permettant de garantir un certain degré d'adaptabilité en faisant un compromis entre les différents paramètres du contexte. Ces travaux de recherche ont aussi permis de définir un cadre algorithmique générique de reconfiguration architecturale multi-niveaux pour la sélection des architectures de déploiement les plus adaptées à un contexte et aux situations associées. Ce cadre a été appliqué au cas de la communication et de la coopération de groupe. Elle a aussi permis de modéliser le style architectural Producteur/Consommateur pour une communication orientée événement. Des règles d'adaptation ont été définies. Elles comportent une partie basée sur SWRL pour la description du contexte et des règles d'adaptation, et une partie basée sur les grammaires de graphes pour la transformation des configurations de déploiement / In this work, we study dynamic reconfiguration of collaborative communicating applications. Providing generic and scalable solutions for automated self-reconfiguration in group collaboration support systems can be driven by rule-based reconfiguration policies. To achieve this goal, we elaborate a dynamic graph-based modeling approach and we develop structural models that can represent the different interaction dependencies from different configuration-related point of views: communication flows between the distributed machines, the networked deployment nodes, and the service composition. Our solution is based on graph grammars rewriting. We provide graph transformation to specify rules for changing deployment architecture while being in conformance to an architectural style. In order to handle the complex design of communicating collaborative system architectures and the related adaptation issues, we propose a multi-layer modelling approach. This approach assures generic solutions for automatic context aware adaptation. Our approach is based on the observation that semantic data analysis that can be exploited to manage priorities and more generally to manage communications. This allows us to represent, in a richer way, the semantics of the managed systems