Wireless sensor networks (WSNs) are frequently deployed unattended and can be easily captured or compromised. Once compromised, intrusion prevention methods such as encryption can no longer provide any protection, as a compromised node is considered a legitimate node and possesses the secret key for decryption. Compromised nodes are essentially inside attackers and can perform various attacks to break the functionality of the system. Thus, for safety-critical WSNs, intrusion detection techniques must be used to detect and remove inside attackers and fault tolerance techniques must be used to tolerate inside attackers to prevent security failure. In this dissertation research, we develop a class of dynamic redundancy management algorithms for redundancy management of multisource multipath routing for fault and intrusion tolerance, and majority voting for intrusion detection, with the goal of maximizing the WSN lifetime while satisfying application quality-of-service and security requirements, for base station based WSNs, homogeneous clustered WSNs, and heterogeneous clustered WSNs. By means of a novel model-based analysis methodology based on probability theory, we model the tradeoff between energy consumption vs. reliability, timeliness and security gain, and identify the optimal multisource multipath redundancy level and intrusion detection settings for maximizing the lifetime of the WSN while satisfying application quality-of-service requirements. A main contribution of our research dissertation is that our dynamic redundancy management protocol design addresses the issues of "how many paths to use" and "what paths to use" in multisource multipath routing for intrusion tolerance. Another contribution is that we take an integrated approach combining intrusion detection and tolerance in the protocol design to address the issue of "how much intrusion detection is enough" to prevent security failure and prolong the WSN lifetime time. We demonstrate resiliency of our dynamic redundancy management protocol design for intrusion detection and tolerance against sophisticated attacker behaviors, including selective and random capture, as well as persistent, random, opportunistic and insidious attacks, by model-based performance analysis with results supported by extensive simulation based on ns3. / Ph. D.

This thesis explores various Wi-Fi redundancy methods to enhance network resilience in industrial settings. Maintaining uninterrupted data transmission is crucial due to the increasing reliance on wireless technologies for industrial operations. Our research investigates the performance of different redundancy strategies, including Multi-Link Operation (MLO) and Truncated Automatic Repeat Request (TARQ), through practical prototyping and testing on specific hardware configurations. We aim to assess these methods' effectiveness in mitigating packet loss and improving transmission consistency under varying attenuation. The findings are expected to provide valuable insights into the potential of existing redundancy methods to improve Wi-Fi network robustness. This thesis evaluates two main redundancy methods: MLO and TARQ. In our findings, MLO demonstrated improved packet transmission consistency at lower levels of signal attenuation compared to standard implementations. TARQ, particularly on the 2.4 GHz band, significantly reduced packet loss across a wide range of attenuation levels, thus showing its potential to enhance network reliability.

The three-dimensional structure of the world makes 3D as the natural evolution of a huge panel of applications. Many different 3D reconstruction algorithms have been implemented to meet different application needs. We target immersive applications. The reconstructed models of users and objects are inserted in 3D virtual environments creating the mixed reality, which is rendered on spatially immersive displays. The user sees its model on the projection walls, allowing him to interact with elements of the virtual world. Immersion requires small latency, high reconstruction rates and non-invasive systems. Furthermore, we choose to reconstruct arbitrary shapes with a geometric method. The review of the state of the art shows that all the acquisition devices cannot be connected to a single computer performing real time reconstruction. The system needs a cluster of computers and a strategy to share information between them. We present a distributed and scalable architecture for real time reconstruction of arbitrary shapes exploiting inter-frame redundancy. The architecture is composed of acquisition nodes and master nodes. Each acquisition node reconstructs partial models from its attached cameras and sends non-redundant information to its master. Each master node merges several partial models. The output of several masters can be merged by another master. We exploit the properties of volumetric algorithms, i.e. an efficient exploitation of inter-frame redundancy and an efficient merging of partial models, to increase performances. We test our volumetric architecture with an innovative implementation of the visual hull. We use a label that codes simultaneously occupancy, subdivision of space and visibility allowing each camera to see only part of the volume of interest. We test our system on a particular implementation of the framework composed of eight cameras and twelve cores, two per acquisition node and four for the master. We achieve fifteen reconstructions per second and less than 100 ms latency from segmentation to the display of the reconstructed model. System performances have been measured on sequences of more than 20 000 frames with unconstrained user’s movements. The system computes a fair approximation of the user in all situations. / La structure tridimensionnelle du monde fait de la 3D l’évolution naturelle d’un grand nombre d’applications. De nombreux algorithmes de reconstruction différents ont été développés pour satisfaire les besoins de différents types d’applications. On cible les applications immersives: Les modèles reconstruits de l’utilisateur ainsi que des objets qu’il porte sont insérés dans des environnements virtuels créant ainsi la réalité mixte. Cette dernière est affichée ce qui permet à l’utilisateur d’interagir avec des éléments virtuels. Le caractère immersif de l’application requiert une reconstruction temps réel à faible latence. Qui plus est, on désire la reconstruction de modèles de formes arbitraires à l’aide de méthodes géométriques. L’état de l’art montre que les différentes caméras ne peuvent pas être connectées à un seul ordinateur responsable de la reconstruction 3D. L’application requiert un cluster d’ordinateurs et une méthode étudiée afin de répartir la charge de travail et d’optimiser les performances. J’ai développé au cours de ma thèse une architecture volumétrique distribuée pour reconstruire des objets de forme arbitraire en temps réel et avec faible latence. Le système exploite les propriétés des algorithmes volumétriques pour améliorer les performances. Il est composé de deux types de nœuds: acquisition et fusion. Les nœuds de type acquisition reconstruisent des modèles partiels et envoient des informations non redondantes aux nœuds de type fusion. Chaque nœud fusion est responsable de la création d’un modèle global à partir de plusieurs modèles partiels. Grâce aux algorithmes développés, chaque étape de fusion rassemble les informations de plusieurs modèles partiels tout en ayant un impact faible sur la latence totale du système. L’architecture a été testée avec une implémentation particulière du Visual Hull permettant une disposition plus libre des caméras. Ces dernières ne doivent plus observer l’entièreté du volume d’intérêt. Chaque partie de l’utilisateur est modélisée grâce aux caméras qui l’observent. Notre système dispose de quatre nœuds d’acquisitions dual core et d’un nœud de fusion dual CPU dual core. On reconstruit quinze modèles par seconde avec une latence inférieure à 100 ms mesurée depuis la segmentation jusqu’au rendu. Quelques soient les mouvements de l’utilisateur et les objets qu’il manipule, le système est capable de le modéliser.

Software systems usually consist of multiple artefacts, such as requirements, class diagrams, or source code. Documents, such as specifications and documentation, can also be viewed as artefacts. In practice, however, writing and updating documents is often neglected because it is expensive and brings no immediate benefit. Consequently, documents are often outdated and communicate wrong information about the software. The price is paid later when a software system must be maintained and much implicit knowledge that existed at the time of the original development has been lost. A simple way to keep documents up to date is generation. However, not all documents can be fully generated. Usually, at least some content must be written by a human author. This handwritten content is lost if the documents must be regenerated. In this thesis, Elucidative Development is introduced. It is an approach to create documents by partial generation. Partial generation means that some parts of the document are generated whereas others are handwritten. Elucidative Development retains manually written content when the document is regenerated. An integral part of Elucidative Development is a guidance system, which informs the author about changes in the generated content and helps him update the handwritten content. / Softwaresysteme setzen sich üblicherweise aus vielen verschiedenen Artefakten zusammen, zum Beispiel Anforderungen, Klassendiagrammen oder Quellcode. Dokumente, wie zum Beispiel Spezifikationen oder Dokumentation, können auch als Artefakte betrachtet werden. In der Praxis wird aber das Schreiben und Aktualisieren von Dokumenten oft vernachlässigt, weil es zum einen teuer ist und zum anderen keinen unmittelbaren Vorteil bringt. Dokumente sind darum häufig veraltet und vermitteln falsche Informationen über die Software. Den Preis muss man später zahlen, wenn die Software gepflegt wird, weil viel von dem impliziten Wissen, das zur Zeit der Entwicklung existierte, verloren ist. Eine einfache Möglichkeit, Dokumente aktuell zu halten, ist Generierung. Allerdings können nicht alle Dokumente generiert werden. Meist muss wenigstens ein Teil von einem Menschen geschrieben werden. Dieser handgeschriebene Inhalt geht verloren, wenn das Dokument neu generiert werden muss. In dieser Arbeit wird das Elucidative Development vorgestellt. Dabei handelt es sich um einen Ansatz zur Dokumenterzeugung mittels partieller Generierung. Das bedeutet, dass Teile eines Dokuments generiert werden und der Rest von Hand ergänzt wird. Beim Elucidative Development bleibt der handgeschriebene Inhalt bestehen, wenn das restliche Dokument neu generiert wird. Ein integraler Bestandteil von Elucidative Development ist darüber hinaus ein Hilfesystem, das den Autor über Änderungen an generiertem Inhalt informiert und ihm hilft, den handgeschriebenen Inhalt zu aktualisieren.

Les temps de réponse dans une tache de reconnaissance d’objets visuels diminuent de façon significative lorsque les cibles peuvent être distinguées à partir de deux attributs redondants. Le gain de redondance pour deux attributs est un résultat commun dans la littérature, mais un gain causé par trois attributs redondants n’a été observé que lorsque ces trois attributs venaient de trois modalités différentes (tactile, auditive et visuelle). La présente étude démontre que le gain de redondance pour trois attributs de la même modalité est effectivement possible. Elle inclut aussi une investigation plus détaillée des caractéristiques du gain de redondance. Celles-ci incluent, outre la diminution des temps de réponse, une diminution des temps de réponses minimaux particulièrement et une augmentation de la symétrie de la distribution des temps de réponse. Cette étude présente des indices que ni les modèles de course, ni les modèles de coactivation ne sont en mesure d’expliquer l’ensemble des caractéristiques du gain de redondance. Dans ce contexte, nous introduisons une nouvelle méthode pour évaluer le triple gain de redondance basée sur la performance des cibles doublement redondantes. Le modèle de cascade est présenté afin d’expliquer les résultats de cette étude. Ce modèle comporte plusieurs voies de traitement qui sont déclenchées par une cascade d’activations avant de satisfaire un seul critère de décision. Il offre une approche homogène aux recherches antérieures sur le gain de redondance. L’analyse des caractéristiques des distributions de temps de réponse, soit leur moyenne, leur symétrie, leur décalage ou leur étendue, est un outil essentiel pour cette étude. Il était important de trouver un test statistique capable de refléter les différences au niveau de toutes ces caractéristiques. Nous abordons la problématique d’analyser les temps de réponse sans perte d’information, ainsi que l’insuffisance des méthodes d’analyse communes dans ce contexte, comme grouper les temps de réponses de plusieurs participants (e. g. Vincentizing). Les tests de distributions, le plus connu étant le test de Kolmogorov- Smirnoff, constituent une meilleure alternative pour comparer des distributions, celles des temps de réponse en particulier. Un test encore inconnu en psychologie est introduit : le test d’Anderson-Darling à deux échantillons. Les deux tests sont comparés, et puis nous présentons des indices concluants démontrant la puissance du test d’Anderson-Darling : en comparant des distributions qui varient seulement au niveau de (1) leur décalage, (2) leur étendue, (3) leur symétrie, ou (4) leurs extrémités, nous pouvons affirmer que le test d’Anderson-Darling reconnait mieux les différences. De plus, le test d’Anderson-Darling a un taux d’erreur de type I qui correspond exactement à l’alpha tandis que le test de Kolmogorov-Smirnoff est trop conservateur. En conséquence, le test d’Anderson-Darling nécessite moins de données pour atteindre une puissance statistique suffisante. / Response times in a visual object recognition task decrease significantly if targets can be distinguished by two redundant attributes. Redundancy gain for two attributes is a common finding, but redundancy gain from three attributes has been found only for stimuli from three different modalities (tactile, auditory, and visual). This study extends those results by showing that redundancy gain from three attributes within the visual modality is possible. It also provides a more detailed investigation of the characteristics of redundancy gain. Apart from a decrease in response times for redundant targets, these include a decrease in minimal response times and an increase in symmetry of the response time distribution. This study further presents evidence that neither race models nor coactivation models can account for all characteristics of redundancy gain. In this context, we discuss the problem of calculating an upper limit for the performance of race models for triple redundant targets, and introduce a new method of evaluating triple redundancy gain based on performance for double redundant targets. In order to explain the results from this study, the cascade race model is introduced. The cascade race model consists of several input channels, which are triggered by a cascade of activations before satisfying a single decision criterion, and is able to provide a unifying approach to previous research on the causes of redundancy gain. The analysis of the characteristics of response time distributions, including their mean, symmetry, onset, and scale, is an essential tool in this study. It was therefore important to find an adequate statistical test capable of reflecting differences in all these characteristics. We discuss the problem and importance of analysing response times without data loss, as well as the inadequacy of common methods of analysis such as the pooling of response times across participants (e.g. Vincentizing) in the present context. We present tests of distributions as an alternative method for comparing distributions, response time distributions in particular, the most common of these being the Kolmogorov-Smirnoff test. We also introduce a test yet unknown in psychology: the two-sample Anderson-Darling test of goodness of fit. We compare both tests, presenting conclusive evidence that the Anderson-Darling test is more accurate and powerful: when comparing two distributions that vary (1) in onset only, (2) in scale only, (3) in symmetry only, or (4) that have the same mean and standard deviation but differ on the tail ends only, the Anderson-Darling test proves to detect differences better than the Kolmogorov-Smirnoff test. Finally, the Anderson-Darling test has a type I error rate corresponding to alpha whereas the Kolmogorov-Smirnoff test is overly conservative. Consequently, the Anderson- Darling test requires less data than the Kolmogorov-Smirnoff test to reach sufficient statistical power.

Les avancées en biotechnologie ont permis l’identification d’un grand nombre de mécanismes moléculaires, soulignant également la complexité de la régulation génique. Néanmoins, avoir une vision globale de l’homéostasie cellulaire, nous est pour l’instant inaccessible et nous ne sommes en mesure que d’en avoir qu’une vue fractionnée. Étant donné l’avancement des connaissances des dysfonctionnements moléculaires observés dans les maladies génétiques telles que la fibrose kystique, il est encore difficile de produire des thérapies efficaces. La fibrose kystique est causée par la mutation de gène CFTR (cystic fibrosis transmembrane conductance regulator), qui code pour un canal chlorique transmembranaire. La mutation la plus fréquente (ΔF508) induit un repliement incorrect de la protéine et sa rétention dans le réticulum endoplasmique. L’absence de CFTR fonctionnel à la membrane a un impact sur l’homéostasie ionique et sur l’hydratation de la muqueuse respiratoire. Ceci a pour conséquence un défaut dans la clairance mucocilliaire, induisant infection chronique et inflammation excessive, deux facteurs fondamentaux de la physiopathologie. L’inflammation joue un rôle très important dans l’évolution de la maladie et malgré le nombre important d’études sur le sujet, la régulation du processus inflammatoire est encore très mal comprise et la place qu’y occupe le CFTR n’est pas établie. Toutefois, plusieurs autres facteurs, tels que le stress oxydatif participent à la physiopathologie de la maladie, et considérer leurs impacts est important pour permettre une vision globale des acteurs impliqués. Dans notre étude, nous exploitons la technologie des puces à ADN, pour évaluer l’état transcriptionnel d’une cellule épithéliale pulmonaire humaine fibro-kystique. Dans un premier temps, l’analyse de notre expérience identifie 128 gènes inflammatoires sur-exprimés dans les cellules FK par rapport aux cellules non FK où apparaissent plusieurs familles de gènes inflammatoires comme les cytokines ou les calgranulines. L’analyse de la littérature et des annotations suggèrent que la modulation de ces transcripts dépend de la cascade de NF-κB et/ou des voies de signalisation associées aux interférons (IFN). En outre, leurs modulations pourraient être associées à des modifications épigénétiques de leurs loci chromosomiques. Dans un second temps, nous étudions l’activité transcriptionnelle d’une cellule épithéliale pulmonaire humaine FK en présence de DMNQ, une molécule cytotoxique. Notre but est d’identifier les processus biologiques perturbés par la mutation du gène CFTR en présence du stress oxydatif. Fondé sur une analyse canonique de redondance, nous identifions 60 gènes associés à la mort cellulaire et leur variance, observée dans notre expérience, s’explique par un effet conjoint de la mutation et du stress oxydatif. La mesure de l’activité des caspases 3/7, des effecteurs de l’apoptose (la mort cellulaire programmée), montre que les cellules porteuses de la mutation ΔF508, dans des conditions de stress oxydatif, seraient moins apoptotiques que les cellules saines. Nos données transcriptomiques suggèrent que la sous-activité de la cascade des MAPK et la sur-expression des gènes anti-apoptotiques pourraient être impliquées dans le déséquilibre de la balance apoptotique. / Biotechnical advances have allowed a large number of molecular mechanisms to be identified, and have also underlined the complexity of gene regulation. Nonetheless, we still only have a partial understanding of cellular homeostasis. Even with our current knowledge, molecular dysfunctionality observed in genetic illnesses such as cystic fibrosis remain largely misunderstood, prohibiting us from developing efficient treatments. Cystic fibrosis is caused by a mutation of the CFTR (cystic fibrosis transmembrane conductance regulator) gene which codes for a chloric transmembrane channel. The most frequent mutation (ΔF508) causes the unfolding of the protein and its retention in the endoplasmic reticulum. This absence of a functional CFTR to the membrane has an impact on the ionic homeostasis and the hydration of the respiratory mucus. Consequently, the mucociliary clearance is disrupted, which leads to chronic infection and excessive inflammation - two fundamental factors of CF’s physiopathology. Inflammation plays a key role in the evolution of the illness and despite many studies on this subject, the regulation of the inflammatory process remains a mystery and CFTR’s role is not well established. Additionally, since the physiopathology cannot be explained by mutation alone, several authors suggest the importance of other factors (genetic and/or environmental) which are factors in the clinical picture of the illness. In our study, we use microarray technology to evaluate the transcriptional state of an epithelial lung cell issued from a human with cystic fibrosis. Initially, our analysis identifies 128 inflammatory genes which are over-expressed in the cystic fibrosis cells versus non-cystic fibrosis cells, showing several inflammatory gene families such as cytokines or calgranulins. An analysis of the publications and annotations of these transcripts suggests that their modulations depend upon the cascade of NF-κB and/or signalling pathways associated with interferons (IFN). In other words, their modulations could be associated with epigenetic modifications of their chromosomal loci. Secondly, we study the transcriptional activity of an epithelial lung cell issued from a human with cystic fibrosis in the presence of DMNQ, a cytotoxic molecule. Our goal is to identify the biological processus which are disturbed by the mutation of the CFTR gene in the presence of oxidative stress. Based on a canonical redundancy analysis, we identify 60 genes associated with cell death and their modulation in our study explained by the combined effect of mutation and oxidative stress. By measuring the activity of caspase 3/7, an effector of apoptosis (programmed cell death), we see that the cells containing the mutation ΔF508 could present a problem with apoptosis. Our transcriptomic data suggest that decreased activity of the MAPK cascade and over-expression of anti-apoptotic genes would be a factor in apoptotic imbalance.

Thèse numérisée par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

Thèse numérisée par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

Les réseaux sans fil sont sujets à des perturbations voire des pannes de liens et de noeuds en raison des caractéristiques intrinsèques de leur support de communication ; ces pannes sont aggravées par les particularités de relayage et de mobilité des noeuds dans les réseaux ad hoc. Ces réseaux requièrent donc la conception et la mise oeuvre des protocoles robustes au niveau de toutes les couches protocolaires. Dans cette thèse, nous choisissons une approche de robustesse pour améliorer les performances des communications dans un réseau mobile ad hoc. Nous proposons et étudions deux architectures de protection (protection par une analyse prédictive et protection par redondance de routes) qui sont couplées avec une restauration de niveau routage. Concernant la phase de détection, le protocole de routage utilise les notifications de niveau liaison pour détecter les pannes de liens. La première solution repose sur un protocole de routage réactif unipath dont le critère de sélection de routes est modifié. L’idée est d’utiliser des métriques capables de prédire l’état futur des routes dans le but d’améliorer leur durée de vie. Pour cela, deux métriques prédictives reposant sur la mobilité des noeuds sont proposées : la fiabilité des routes et une combinaison fiabilité-minimum de sauts. Pour calculer ces métriques prédictives, nous proposons une méthode analytique de calcul de la fiabilité de liens entre noeuds. Cette méthode prend compte le modèle de mobilité des noeuds et les caractéristiques de la communication sans fil notamment les collisions inter-paquets et les atténuations du signal. Les modèles de mobilité étudiés sont les modèles Random Walk et Random Way Point. Nous montrons l’impact de ces métriques sur les performances en termes de taux de livraison de paquets, de surcoût normalisé et de ruptures de routes. La seconde solution est une protection par redondance de routes qui s’appuie sur un protocole de routage multipath. Dans cette architecture, l’opération de recouvrement consiste soit à un basculement sur une route secondaire soit à une nouvelle découverte. Nous montrons que la redondance de routes améliore la robustesse de la communication en réduisant le temps de restauration. Ensuite, nous proposons une comparaison analytique entre les différentes politiques de recouvrement d’un protocole multipath. Nous en deduisons qu’un recouvrement segmenté donne les meilleurs résultats en termes de temps de restauration et de fiabilité / Due to the unreliability characteristics of wireless communications, and nodes mobility, Mobile Ad hoc Networks (MANETs) suffer from frequent failures and reactivation of links. Consequently, the routes frequently change, causing significant number of routing packets to discover new routes, leading to increased network congestion and transmission latency. Therefore, MANETs demand robust protocol design at all layers of the communication protocol stack, particularly at the MAC, the routing and transport layers. In this thesis, we adopt robustness approach to improve communication performance in MANET. We propose and study two protection architectures (protection by predictive analysis and protection by routes redundancy) which are coupled with a routing level restoration. The routing protocol is responsible of the failure detection phase, and uses the mechanism of link-level notifications to detect link failures. Our first proposition is based on unipath reactive routing protocol with a modified route selection criterion. The idea is to use metrics that can predict the future state of the route in order to improve their lifetime. Two predictive metrics based on the mobility of nodes are proposed : the routes reliability and, combining hop-count and reliability metrics. In order to determine the two predictive metrics, we propose an analytical formulation that computes link reliability between adjacent nodes. This formulation takes into account nodes mobility model and the the wireless communication characteristics including the collisions between packets and signal attenuations. Nodes mobility models studied are Random Walk and Random Way Point. We show the impact of these predictive metrics on the networks performance in terms of packet delivery ratio, normalized routing overhead and number of route failures. The second proposition is based on multipath routing protocol. It is a protection mechanism based on route redundancy. In this architecture, the recovery operation is either to switch the traffic to alternate route or to compute a new route. We show that the routes redundancy technique improves the communication robustness by reducing the failure recovery time. We propose an analytical comparison between different recovery policies of multipath routing protocol. We deduce that segment recovery is the best recovery policy in terms of recovery time and reliability

The aim of this thesis is to describe the process of outplacement and its impact on redundancies. The first chapters are devoted to the dismissal of employees, their consequences and corporate social responsibility. The next part is devoted to defining the concept of outplacement, its history, content, form and process. The last and main part of this thesis deals with the psychological aspects of layoffs and outplacement and their connection with psychological counseling. The empirical part focuses on the contribution of individual outplacement for redundant employees and evaluate its effect on the mental state of these employees during and at the end of outplacement project. Key words Outplacement, redundancies, dismissals consequences, psychological aspects of redundancy and outplacement, corporate social responsibility