L’évolution récente des commutateurs de sélection de longueurs d’onde (WSS -Wavelength Selective Switch) favorise le développement du multiplexeur optique d’insertionextraction reconfigurable (ROADM - Reconfigurable Optical Add/Drop Multiplexers) à plusieurs degrés sans orientation ni coloration, considéré comme un équipement fort prometteur pour les réseaux maillés du futur relativement au multiplexage en longueur d’onde (WDM -Wavelength Division Multiplexing ). Cependant, leur propriété de commutation asymétrique complique la question de l’acheminement et de l’attribution des longueur d’ondes (RWA - Routing andWavelength Assignment). Or la plupart des algorithmes de RWA existants ne tiennent pas compte de cette propriété d’asymétrie. L’interruption des services causée par des défauts d’équipements sur les chemins optiques (résultat provenant de la résolution du problème RWA) a pour conséquence la perte d’une grande quantité de données. Les recherches deviennent ainsi incontournables afin d’assurer la survie fonctionnelle des réseaux optiques, à savoir, le maintien des services, en particulier en cas de pannes d’équipement. La plupart des publications antérieures portaient particulièrement sur l’utilisation d’un système de protection permettant de garantir le reroutage du trafic en cas d’un défaut d’un lien. Cependant, la conception de la protection contre le défaut d’un lien ne s’avère pas toujours suffisante en termes de survie des réseaux WDM à partir de nombreux cas des autres types de pannes devenant courant de nos jours, tels que les bris d’équipements, les pannes de deux ou trois liens, etc. En outre, il y a des défis considérables pour protéger les grands réseaux optiques multidomaines composés de réseaux associés à un domaine simple, interconnectés par des liens interdomaines, où les détails topologiques internes d’un domaine ne sont généralement pas partagés à l’extérieur. La présente thèse a pour objectif de proposer des modèles d’optimisation de grande taille et des solutions aux problèmes mentionnés ci-dessus. Ces modèles-ci permettent de générer des solutions optimales ou quasi-optimales avec des écarts d’optimalité mathématiquement prouvée. Pour ce faire, nous avons recours à la technique de génération de colonnes afin de résoudre les problèmes inhérents à la programmation linéaire de grande envergure. Concernant la question de l’approvisionnement dans les réseaux optiques, nous proposons un nouveau modèle de programmation linéaire en nombres entiers (ILP - Integer Linear Programming) au problème RWA afin de maximiser le nombre de requêtes acceptées (GoS - Grade of Service). Le modèle résultant constitue celui de l’optimisation d’un ILP de grande taille, ce qui permet d’obtenir la solution exacte des instances RWA assez grandes, en supposant que tous les noeuds soient asymétriques et accompagnés d’une matrice de connectivité de commutation donnée. Ensuite, nous modifions le modèle et proposons une solution au problème RWA afin de trouver la meilleure matrice de commutation pour un nombre donné de ports et de connexions de commutation, tout en satisfaisant/maximisant la qualité d’écoulement du trafic GoS. Relativement à la protection des réseaux d’un domaine simple, nous proposons des solutions favorisant la protection contre les pannes multiples. En effet, nous développons la protection d’un réseau d’un domaine simple contre des pannes multiples, en utilisant les p-cycles de protection avec un chemin indépendant des pannes (FIPP - Failure Independent Path Protecting) et de la protection avec un chemin dépendant des pannes (FDPP - Failure Dependent Path-Protecting). Nous proposons ensuite une nouvelle formulation en termes de modèles de flots pour les p-cycles FDPP soumis à des pannes multiples. Le nouveau modèle soulève un problème de taille, qui a un nombre exponentiel de contraintes en raison de certaines contraintes d’élimination de sous-tour. Par conséquent, afin de résoudre efficacement ce problème, on examine : (i) une décomposition hiérarchique du problème auxiliaire dans le modèle de décomposition, (ii) des heuristiques pour gérer efficacement le grand nombre de contraintes. À propos de la protection dans les réseaux multidomaines, nous proposons des systèmes de protection contre les pannes d’un lien. Tout d’abord, un modèle d’optimisation est proposé pour un système de protection centralisée, en supposant que la gestion du réseau soit au courant de tous les détails des topologies physiques des domaines. Nous proposons ensuite un modèle distribué de l’optimisation de la protection dans les réseaux optiques multidomaines, une formulation beaucoup plus réaliste car elle est basée sur l’hypothèse d’une gestion de réseau distribué. Ensuite, nous ajoutons une bande pasiv sante partagée afin de réduire le coût de la protection. Plus précisément, la bande passante de chaque lien intra-domaine est partagée entre les p-cycles FIPP et les p-cycles dans une première étude, puis entre les chemins pour lien/chemin de protection dans une deuxième étude. Enfin, nous recommandons des stratégies parallèles aux solutions de grands réseaux optiques multidomaines. Les résultats de l’étude permettent d’élaborer une conception efficace d’un système de protection pour un très large réseau multidomaine (45 domaines), le plus large examiné dans la littérature, avec un système à la fois centralisé et distribué. / Recent developments in the wavelength selective switch (WSS) technology enable multi-degree reconfigurable optical add/drop multiplexers (ROADM) architectures with colorless and directionless switching, which is regarded as a very promising enabler for future reconfigurable wavelength division multiplexing (WDM) mesh networks. However, its asymmetric switching property complicates the optimal routing and wavelength assignment (RWA) problem, which is NP-hard. Most of the existing RWA algorithms do not consider such property. Disruption of services through equipment failures on the lightpaths (output of RWA problem) is consequential as it involves the lost of large amounts of data. Therefore, substantial research efforts are needed to ensure the functional survivability of optical networks, i.e., the continuation of services even when equipment failures occur. Most previous publications have focused on using a protection scheme to guarantee the traffic connections in the event of single link failures. However, protection design against single link failures turns out not to be always sufficient to keep the WDM networks away from many downtime cases as other kinds of failures, such as node failures, dual link failures, triple link failures, etc., become common nowadays. Furthermore, there are challenges to protect large multi-domain optical networks which are composed of several singledomain networks, interconnected by inter-domain links, where the internal topological details of a domain are usually not shared externally. The objective of this thesis is to propose scalable models and solution methods for the above problems. The models enable to approach large problem instances while producing optimal or near optimal solutions with mathematically proven optimality gaps. For this, we rely on the column generation technique which is suitable to solve large scale linear programming problems. For the provisioning problem in optical networks, we propose a new ILP (Integer Linear Programming) model for RWA problem with the objective of maximizing the Grade of Service (GoS). The resulting model is a large scale optimization ILP model, which allows the exact solution of quite large RWA instances, assuming all nodes are asymmetric and with a given switching connectivity matrix. Next, we modify the model and propose a solution for the RWA problem with the objective of finding the best switching connectivity matrix for a given number of ports and a given number of switching connections, while satisfying/maximizing the GoS. For protection in single domain networks, we propose solutions for the protection against multiple failures. Indeed, we extent the protection of a single domain network against multiple failures, using FIPP and FDPP p-cycles. We propose a new generic flow formulation for FDPP p-cycles subject to multiple failures. Our new model ends up with a complex pricing problem, which has an exponential number of constraints due to some subtour elimination constraints. Consequently, in order to efficiently solve the pricing problem, we consider: (i) a hierarchical decomposition of the original pricing problem; (ii) heuristics in order to go around the large number of constraints in the pricing problem. For protection in multi-domain networks, we propose protection schemes against single link failures. Firstly, we propose an optimization model for a centralized protection scheme, assuming that the network management is aware of all the details of the physical topologies of the domains. We then propose a distributed optimization model for protection in multi-domain optical networks, a much more realistic formulation as it is based on the assumption of a distributed network management. Then, we add bandwidth sharing in order to reduce the cost of protection. Bandwidth of each intra-domain link is shared among FIPP p-cycles and p-cycles in a first study, and then among paths for link/path protection in a second study. Finally, we propose parallel strategies in order to obtain solutions for very large multi-domain optical networks. The result of this last study allows the efficent design of a protection scheme for a very large multi-domain network (45 domains), the largest one by far considered in the literature, both with a centralized and distributed scheme.

Dans cette thèse, nous nous intéressons à la conception d'algorithmes répartis, de protocoles réseaux et d'applications coopératives avec une approche objet. Cette activité, souvent complexe, nécessite la mise en \oe uvre de nombreux mécanismes systèmes et réseaux. Nous proposons donc différents outils et formalismes permettant de mener à bien cette tâche. L'originalité de notre approche est, d'une part, d'étendre le point de vue local des méthodologies de conception existantes afin d'intégrer les comportements de groupes d'objets distribués, et d'autre part, de proposer les premiers éléments d'une démarche systématique d'algorithmique répartie. Ainsi, nous proposons un processus de développement en trois niveaux méthodologiques : groupe, objet et méthode. Ce processus de type descendant permet d'introduire, par raffinements successifs, de plus en plus de détails dans les modèles de comportements. Ces trois niveaux traitent, respectivement, des aspects liés à la distribution, à la concurrence et aux traitements séquentiels. Dans cette thèse, nous nous intéressons aux deux premiers niveaux. Le niveau groupe concerne la coordination des comportements de groupes d'objets distribués. Nous modélisons les interactions au sein de tels groupes en terme d'échanges de connaissances. Ceux-ci peuvent être vus comme la conséquence d'actions globales entreprises par l'ensemble des objets du groupe. Nous avons mis en évidence quatre actions globales, ou structures de contrôle de groupe, qui apparaissent dans de nombreuses applications distribuées : le schéma de phasage, la conditionnelle distribuée, l'itération distribuée et la récursion distribuée. Elles peuvent être vues comme l'extension, à un niveau réparti, des structures algorithmiques de base que sont, respectivement, la séquence, les instructions de type \em case \em ou \em if\em , les boucles \em while \em et le parcours récursif. Nous utilisons une logique épistémique pour décrire les différents niveaux de connaissance atteints lors de l'exécution de ces structures. Nous proposons une notation appelée programme à base de connaissances de niveau groupe pour exprimer les actions globales et les prédicats épistémiques utilisés par une application. Le niveau objet s'intéresse à la coordination des comportements internes à un objet. C'est un raffinement du niveau précédent, au sens où la coordination inter-objets est implantée par des objets dont les activités concurrentes nécessitent une synchronisation. Pour mener à bien la description de cette coordination intra-objet, nous proposons le langage CAOLAC. Nous en avons réalisé une implantation au-dessus du langage objet du système distribué GUIDE. Le langage CAOLAC se présente sous la forme d'un protocole méta-objet et sépare les aspects de synchronisation des traitements effectifs. Les premiers sont définis dans des méta-classes, tandis que les seconds le sont dans des classes. L'originalité du langage CAOLAC est d'utiliser conjointement un modèle à base d'états et de transitions et du code objet habituel pour l'écriture des méta-classes. Ainsi, chaque objet est associé à un méta-objet qui intercepte les invocations de méthodes et les coordonne avant de les délivrer à l'objet. L'avantage de cette approche est de séparer clairement les différents fonctionnalités et de faciliter la réutilisation des politiques de synchronisation. La sémantique du langage CAOLAC est définie, partiellement, par une logique temporelle, la logique temporelle d'actions de Lamport. Enfin, nous illustrons notre propos par deux études de cas. Nous présentons la conception d'un algorithme réparti de calcul d'arbres couvrants et d'un protocole transactionnel de validation à deux phases.

Dans un monde de plus en plus connecté, le besoin d'interconnecter des systèmes hétérogènes apparait de plus en plus présent. Les Systèmes de Systèmes (SoS) sont une approche de supervision et de contrôle global où les systèmes constituants sont caractérisés comme des sous-systèmes du SoS. Certains de ces sous-systèmes peuvent être sujets à un environnement dynamique leur demandant d'évoluer pour répondre à de nouvelles exigences, voire de s'adapter s'ils doivent répondre à un besoin de disponibilité. La principale difficulté dans la gestion des évolutions possibles est qu'elles peuvent impacter plusieurs sous-systèmes connectés, et par extension, une vision globale comme celle proposée par un système de systèmes. Ainsi, les problèmes d'évolution et d'adaptation d'un SoS se posent. Dans un cadre d'ingénierie logicielle, cette thèse propose l'approche R-* qui soutient l'hypothèse que plus un système est Réflexif, et plus il devient capable de s'adapter, et donc d'évoluer. Trois contributions majeures et un cas d'utilisation évalu ́e sont proposés pour justifier l'intérêt de R-*. R-DDS et R-MOM ajoutent la capacité de réflexivité dans des sous-systèmes de communication asynchrones, et R-EMS ajoute la capacité de réflexivité sur la vision globale d'un SoS, incluant ses sous-syst'emes et son environnement. R-DDS ajoute la réflexivité à l'intergiciel de Service de Distribution de Données dédié aux domaines du temps-réel et de l'embarqué. R-MOM remonte en abstraction pour proposer la réflexivité au niveau des fonctionalités d'un intergiciel asynchrone. R-EMS est un système de gestion d'environnement réflexif en support de l'utilisation d'un SoS. Finalement, le cas d'utilisation est une implémentation d'un sous-modèle du système de systèmes TACTICOS de THALES, qui servira également d'environnement d'évaluation.

Les science-gateways, telles que la Plate-forme d’Imagerie Virtuelle (VIP), permettent l’accès à un grand nombre de ressources de calcul et de stockage de manière transparente. Cependant, la quantité d’informations et de couches intergicielles utilisées créent beaucoup d’échecs et d’erreurs de système. Dans la pratique, ce sont souvent les administrateurs du système qui contrôlent le déroulement des expériences en réalisant des manipulations simples mais cruciales, comme par exemple replanifier une tâche, redémarrer un service, supprimer une exécution défaillante, ou copier des données dans des unités de stockages fiables. De cette manière, la qualité de service fournie est correcte mais demande une intervention humaine importante. Automatiser ces opérations constitue un défi pour deux raisons. Premièrement, la charge de la plate-forme est en ligne, c’est-à-dire que de nouvelles exécutions peuvent se présenter à tout moment. Aucune prédiction sur l’activité des utilisateurs n’est donc possible. De fait, les modèles, décisions et actions considérés doivent rester simples et produire des résultats pendant l’exécution de l’application. Deuxièmement, la plate-forme est non-clairvoyante à cause du manque d’information concernant les applications et ressources en production. Les ressources de calcul sont d’ordinaire fournies dynamiquement par des grappes hétérogènes, des clouds ou des grilles de volontaires, sans estimation fiable de leur disponibilité ou de leur caractéristiques. Les temps d’exécution des applications sont difficilement estimables également, en particulier dans le cas de ressources de calculs hétérogènes. Dans ce manuscrit, nous proposons un mécanisme d’auto-guérison pour la détection autonome et traitement des incidents opérationnels dans les exécutions des chaînes de traitement. Les objets considérés sont modélisés comme des automates finis à états flous (FuSM) où le degré de pertinence d’un incident est déterminé par un processus externe de guérison. Les modèles utilisés pour déterminer le degré de pertinence reposent sur l’hypothèse que les erreurs, par exemple un site ou une invocation se comportant différemment des autres, sont rares. Le mécanisme d’auto-guérison détermine le seuil de gravité des erreurs à partir de l’historique de la plate-forme. Un ensemble d’actions spécifiques est alors sélectionné par règle d’association en fonction du niveau d’erreur. / Science gateways, such as the Virtual Imaging Platform (VIP), enable transparent access to distributed computing and storage resources for scientific computations. However, their large scale and the number of middleware systems involved in these gateways lead to many errors and faults. In practice, science gateways are often backed by substantial support staff who monitors running experiments by performing simple yet crucial actions such as rescheduling tasks, restarting services, killing misbehaving runs or replicating data files to reliable storage facilities. Fair quality of service (QoS) can then be delivered, yet with important human intervention. Automating such operations is challenging for two reasons. First, the problem is online by nature because no reliable user activity prediction can be assumed, and new workloads may arrive at any time. Therefore, the considered metrics, decisions and actions have to remain simple and to yield results while the application is still executing. Second, it is non-clairvoyant due to the lack of information about applications and resources in production conditions. Computing resources are usually dynamically provisioned from heterogeneous clusters, clouds or desktop grids without any reliable estimate of their availability and characteristics. Models of application execution times are hardly available either, in particular on heterogeneous computing resources. In this thesis, we propose a general self-healing process for autonomous detection and handling of operational incidents in workflow executions. Instances are modeled as Fuzzy Finite State Machines (FuSM) where state degrees of membership are determined by an external healing process. Degrees of membership are computed from metrics assuming that incidents have outlier performance, e.g. a site or a particular invocation behaves differently than the others. Based on incident degrees, the healing process identifies incident levels using thresholds determined from the platform history. A specific set of actions is then selected from association rules among incident levels.

Ce mémoire décrit la conception, la modélisation et la commande d’un manipulateur pneumatique,fondé sur un principe de traction aérodynamique original. De puissants jets d’air verticauxpermettent de créer un flux d’air horizontal pour manipuler des objets sans contact. Les objetssont maintenus en constante lévitation sur la surface grâce à un coussin d’air, et peuvent positionnés selon trois degrés de libert´ du plan, grâce à la combinaison adéquate et distribuéede jets d’air verticaux. Nous détaillons la conception d’un prototype original de manipulateurexploitant ce principe fluidique. Ce prototype a été intégré dans une plate-forme expérimentaleafin de valider le principe de manipulation : le système permet de déplacer des objets à unevitesse atteignant 180 mm/s. Nous avons modélisé le fonctionnement de la surface selon plusieursméthodes. Un premier modèle comportemental, fond´e sur des données expérimentales, aété établi. Il permet de simuler l’´evolution de la position d’un objet sur la surface, selon un degréde liberté . Deux modèles de connaissance, fond´es sur une étude aérodynamique fondamentale,donnent l’´evolution de la position de l’objet selon respectivement deux et trois degrés de libertédu plan. Chacun des modèles a été validé expérimentalement. Nous avons synthétisé différentscontrˆoleurs afin d’asservir la position de l’objet : un premier, de type PID, et un second, de typerobuste (méthode H1). La commande de un, puis deux degrés de liberté du système, a permisd’atteindre de bonnes performances : temps de réponse d’environ 2 s et dépassement souventinférieur à 5%. Nous avons également étudié un micro-manipulateur pneumatique permettant ded´eplacer des objets de taille millimétrique selon deux directions, grâce à des jets d’air inclinés.Ces objets peuvent atteindre des vitesses de 123 mm/s. La résolution du positionnement estinférieure à 0.4 μm. / This thesis presents the design, the modeling and the control of a pneumatic manipulatorbased on an original aerodynamic traction principle. An horizontal air flow is induced by strongvertical air jets in order to manipulate objects without contact. The objects are maintained inconstant levitation on an air cushion. Three degrees of freedom positioning of the objects canbe realized thanks to the right combination of distributed air jets. The design of an originalmanipulator using this aerodynamic principle is detailed. The device has been integrated in anexperimental setup in order to validate the manipulation principle : objects can reach velocityof 180 mm/s. Several models of the system have been established. A first model, based on experimentaldata, gives the evolution of the 1 DOF-position of an object on the device. Twoother models, based on a fundamental aerodynamic study, respectively give the evolution of the2- and 3-DOF position of the objet. The three models have been validated experimentally. Inorder to control the position of the object, different controllers have been designed : a PID oneand a robust H1 one. The control of one and two degrees of freedom of the device gives goodperformances : settling time of around 2 s and overshoot less than 5% in most of the cases. Wehave also studied a micro-manipulator that is able to position millimetric sized objects, in twodirections, thanks to inclined air jets. Objects can reach velocity of 123 mm/s, and the resolutionof the positioning is less than 0.4 μm.