En zone dense, la croissance actuelle du trafic sur les lignes ferroviaires suburbaines conduit les exploitants à déployer des systèmes de contrôle-commande avancés des trains, tels que les systèmes dits « CBTC » (Communication Based Train Control) jusque-là réservés aux systèmes de métro. Les systèmes CBTC mettent en œuvre un pilotage automatique des trains et permettent une amélioration significative des performances. Par ailleurs, ils peuvent inclure un module de supervision de la ligne en charge de réguler la marche des trains en cas d’aléa, améliorant ainsi la robustesse du trafic. Face au problème de régulation, la recherche opérationnelle a produit un certain nombre de méthodes permettant de répondre efficacement aux perturbations, d’une part dans le secteur métro et d’autre part dans le secteur ferroviaire lourd. En tirant profit de l’état de l’art et des avancées faites dans les deux secteurs, les travaux présentés dans ce manuscrit cherchent à contribuer à l’adaptation des fonctions de régulation des systèmes CBTC pour l’exploitation de lignes ferroviaires suburbaines. L’approche du problème débute par la construction de l’architecture fonctionnelle d’un module de supervision pour un système CBTC standard. Nous proposons ensuite une méthode de régulation basée sur une stratégie de commande prédictive et sur une optimisation multi-objectif des consignes des trains automatiques. Afin d’être en mesure d’évaluer précisément les performances d’une ligne ferroviaire suburbaine équipée d’un automatisme CBTC, il est nécessaire de s’équiper d’un outil de simulation microscopique adapté. Nous présentons dans ce manuscrit l’outil SNCF nommé SIMONE qui permet une simulation réaliste du point de vue fonctionnel et dynamique d’un système ferroviaire incluant un système CBTC. Les objectifs des travaux de thèse nous ont naturellement conduits à prendre part, avec l’équipe SNCF, à la spécification, à la conception et à l’implémentation de cet outil. Finalement, grâce à l’outil SIMONE, nous avons pu tester la méthode de régulation proposée sur des scénarios impliquant des perturbations. Afin d’évaluer la qualité des solutions, la méthode multi-objectif proposée a été comparée à une méthode de régulation individuelle basée sur une heuristique simple. La méthode de régulation multi-objectif propose de bonnes solutions au problème, dans la majorité des cas plus satisfaisantes que celles proposées par la régulation individuelle, et avec un temps de calcul jugé acceptable. Le manuscrit se termine par des perspectives de recherche intéressantes. / In high-density area, the demand for railway transportation is continuously increasing. Operating companies turn to new intelligent signaling and control systems, such as Communication Based Train Control (CBTC) systems previously deployed on underground systems only. CBTC systems operate trains in automatic pilot and lead to increase the line capacity without expensive modification of infrastructures. They can also include a supervision module in charge of adapting train behavior according to operating objectives and to disturbances, increasing line robustness. In the literature of real-time traffic management, various methods have been proposed to supervise and reschedule trains, on the one hand for underground systems, on the other hand for railway systems. Making the most of the state-of-the-art in both fields, the presented work intend to contribute to the design of supervision and rescheduling functions of CBTC systems operating suburban railway systems. Our approach starts by designing a supervision module for a standard CBTC system. Then, we propose a rescheduling method based on a model predictive control approach and a multi-objective optimization of automatic train commands. In order to evaluate the performances of a railway system, it is necessary to use a microscopic simulation tool including a CBTC model. In this thesis, we present the tool developed by SNCF and named SIMONE. It allows realistic simulation of a railway system and a CBTC system, in terms of functional architecture and dynamics. The presented work has been directly involved in the design and implementation of the tool. Eventually, the proposed rescheduling method was tested with the tool SIMONE on disturbed scenarios. The proposed method was compared to a simple heuristic strategy intending to recover delays. The proposed multi-objective method is able to provide good solutions to the rescheduling problem and over-performs the simple strategy in most cases, with an acceptable process time. We conclude with interesting perspectives for future work.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Cette thèse se concentre sur la problématique suivante : comment assister un utilisateur novice pour l'aider à obtenir un dessin de son graphe qui soit adapté à ses besoins ? En effet, les méthodes de dessins actuelles, très nombreuses, nécessitent une grande expertise pour obtenir un dessin de bonne qualité. Or, par manque d'expertise, les utilisateurs novices ne peuvent pour l'instant pas produire des dessins d'une telle qualité à partir de leurs données. La solution proposée consiste à mettre en place un système interactif proposant à l'utilisateur différents dessins pour un même graphe afin qu'il obtienne un résultat qui réponde correctement à ses besoins. Ce système se base sur un algorithme de force modifié utilisé par un système d'algorithme génétique hautement modulable. L'objectif de la modification apportée à l'algorithme de dessin étant de pouvoir générer plusieurs dessins intéressants pour un même graphe. / The main objective of this thesis is to deal with assisting a novice user in drawinga graph which conforms to his/her needs. Currently, a lot of different methods for graph drawing exist, but they need an high level of expertise to be efficiently used. However, novice users don't have this kind of expertise, and thus they usually use the most common drawing methods. We design a solution to deal with this problem using an interactive system which generate several different drawings for a graph and then let the user choose which best conform to his/her constraints. This system is based on a modified force-directed algorithm controlled by a highly parameterisable genetic algorithm. The aim of the modification applied to the force-directed algorithm is to generate several different and interesting drawings of the same graph, by setting the parameters for each vertex (instead of global graph values).

L’intérêt porté aux algorithmes probabilistes est, entre autres,dû à leur simplicité. Cependant, leur analyse peut devenir très complexeet ce particulièrement dans le domaine du distribué. Nous mettons en évidencedes algorithmes, optimaux en terme de complexité en bits résolvantles problèmes du MIS et du couplage maximal dans les anneaux, qui suiventle même schéma. Nous élaborons une méthode qui unifie les résultatsde bornes inférieures pour la complexité en bits pour les problèmes duMIS, du couplage maximal et de la coloration. La complexité de ces analysespouvant facilement mener à l’erreur et l’existence de nombreux modèlesdépendant d’hypothèses implicites nous ont motivés à modéliserde façon formelle les algorithmes distribués probabilistes correspondant ànotre modèle (par passage de messages, anonyme et synchrone), en vuede prouver formellement des propriétés relatives à leur analyse. Pour cela,nous développons une bibliothèque, RDA, basée sur l’assistant de preuveCoq. / Probabilistic algorithms are simple to formulate. However, theiranalysis can become very complex, especially in the field of distributedcomputing. We present algorithms - optimal in terms of bit complexityand solving the problems of MIS and maximal matching in rings - that followthe same scheme.We develop a method that unifies the bit complexitylower bound results to solve MIS, maximal matching and coloration problems.The complexity of these analyses, which can easily lead to errors,together with the existence of many models depending on implicit assumptionsmotivated us to formally model the probabilistic distributed algorithmscorresponding to our model (message passing, anonymous andsynchronous). Our aim is to formally prove the properties related to theiranalysis. For this purpose, we develop a library, called RDA, based on theCoq proof assistant.

Ce travail est consacré à l'étude des modèles linéaires généralisés à effets aléatoires (GL2M). Dans ces modèles, sous une hypothèse de distribution normale des effets aléatoires, la vraisemblance basée sur la distribution marginale du vecteur à expliquer n'est pas, en général, calculable de façon formelle. Dans la première partie de notre travail, nous revisitons différentes méthodes d'estimation non exactes par le biais d'approximations réalisées à différents niveaux selon les raisonnements. La deuxième partie est consacrée à la mise en place de critères de sélection de modèles au sein des GL2M. Nous revenons sur deux méthodes d'estimation nécessitant la construction de modèles linéarisés et nous proposons des critères basés sur la vraisemblance marginale calculée dans le modèle linéarisé obtenu à la convergence de la procédure d'estimation. La troisième et dernière partie s'inscrit dans le cadre des modèles de mélanges de GL2M. Les composants du mélange sont définis par des GL2M et traduisent différents états possibles des individus. Dans le cadre de la loi exponentielle, nous proposons une méthode d'estimation des paramètres du mélange basée sur une linéarisation spécifique à cette loi. Nous proposons ensuite une méthode plus générale puisque s'appliquant à un mélange de GL2M quelconques. Cette méthode s'appuie sur une étape de Metropolis-Hastings pour construire un algorithme de type MCEM. Les différentes méthodes développées sont testées par simulations.

Cette thèse est consacrée à la présentation d'un algorithme nouveau et à la formalisation et l'amélioration d'algorithmes existants pour le calcul des lois marginales et conditionnelles dans les réseaux bayésiens.<br /> Le chapitre 1 présente la théorie des réseaux bayésiens. Nous introduisons une nouvelle notion, celle de réseau bayésien de niveau deux, utile pour l'introduction de notre algorithme de calcul sur les réseaux bayésiens ; nous donnons également quelques résultats fondamentaux et nous situons dans notre formalisme un exemple d'école de réseau bayésien dit «Visite en Asie» .<br />Dans le second chapitre, nous exposons une propriété graphique appelée «d-séparation» grâce à laquelle on peut déterminer, pour tout couple de variables aléatoires ou de groupes de variables, et tout ensemble de conditionnement, s'il y a nécessairement, ou non, indépendance conditionnelle. Nous présentons également dans ce chapitre des résultats concernant le calcul de probabilités ou probabilités conditionnelles dans les réseaux bayésiens en utilisant les propriétés de la d-séparation. Ces résultats, qui concernent des écritures à notre connaissance originales de la factorisation de la loi jointe et de la loi conditionnée d'une famille de variables aléatoires du réseau bayésien (en liaison avec la notion de réseau bayésien de niveau deux) doivent trouver leur utilité pour les réseaux bayésiens de grande taille.<br />Le troisième chapitre donne la présentation détaillée et la justification d'un des algorithmes connus de calcul dans les réseaux bayésiens : il s'agit de l'algorithme LS (Lauritzen and Spigelhalter), basé sur la méthode de l'arbre de jonction. Pour notre part, après avoir présenté la notion de suite recouvrante propre possédant la propriété d'intersection courante, nous proposons un algorithme en deux versions (dont l'une est originale) qui permet de construire une suite de parties d'un réseau bayésien possédant cette propriété. Cette présentation est accompagnée d'exemples. <br />Dans le chapitre 4, nous donnons une présentation détaillée de l'algorithme des restrictions successives que nous proposons pour le calcul de lois (dans sa première version), et de lois conditionnelles (dans sa deuxième version). Cela est présenté après l'introduction d'une nouvelle notion : il s'agit de la descendance proche. Nous présentons également une application de l'algorithme des restrictions successives sur l'exemple «Visite en Asie» présenté en chapitre 1, et nous comparons le nombre d'opérations élémentaires effectuées avec celui qui intervient dans l'application de l'algorithme LS sur le même exemple. Le gain de calcul qui, à la faveur de cet exemple, apparaît au profit de l'algorithme des restrictions successives, sera comme toujours, d'autant plus marqué que la taille des réseaux et le nombre de valeurs prises par les variables seront plus élevés. C'est ce qui justifie l'insertion de notre algorithme au seins de « ProBT » , un logiciel d'inférence probabiliste, réalisé et diffusé par l'équipe Laplace localisée dans le laboratoire Gravir à INRIA Rhône Alpes. <br />En annexes nous rappelons les propriétés des graphes orientés sans circuits, les notions de base sur l'indépendance conditionnelle et l'équivalence de plusieurs définitions des réseaux bayésiens.

La géométrie de l'information est la théorie mathématique qui applique les méthodes de la géométrie différentielle dans le domaine des statistiques et de la théorie de l'information. C'est une technique très prometteuse pour l'analyse et l'illustration des algorithmes itératifs utilisés en communications numériques. Cette thèse porte sur l'application de cette technique ainsi que d'autre technique d'optimisation bien connue, l'algorithme itératif du point proximal, sur les algorithmes itératifs en général. Nous avons ainsi trouvé des interprétations géométriques (basée sur la géométrie de l'information) et proximales (basée sur l'algorithme du point proximal)intéressantes dans le cas d'un algorithme itératif de calcul de la capacité des canaux discrets sans mémoire, l'algorithme de Blahut-Arimoto. L'idée étant d'étendre cette application sur une classe d'algorithmes itératifs plus complexes. Nous avons ainsi choisi d'analyser l'algorithme de décodage itératif des modulations codées à bits entrelacés afin de trouver quelques interprétations et essayer de proposer des liens existant avec le critère optimal de maximum de vraisemblance et d'autres algorithmes bien connus dans le but d'apporter certaines améliorations par rapport au cas classique de cet algorithme, en particulier l'étude de la convergence.Mots-clefs : Géométrie de l'information, algorithme du point proximal, algorithme de Blahut-Arimoto, décodage itératif, Modulations codées à bits entrelacés, maximum de vraisemblance.

Les travaux présentés dans ce mémoire concernent l'exploration de l'espace de conception des architectures SOC pour des applications orientées télécommunication. L'évolution importante des semi-conducteurs a permis l'implémentation de systèmes complets sur une puce. Cette implémentation a été rendue possible par des méthodologies de conception basées sur la réutilisation des composants existants (IP - Intellectual Property) qui, combinées ensemble, constituent le système. La différentiation des systèmes est obtenue par l'ajout d'IP propriétaires rattachées au système. L'apport des technologies classiques basées sur le modèle en Y (Y-chart) et les techniques de co-design se sont avérées insuffisantes dès lors que ces IPs initialement sous forme dure (hard IP) donc non modifiables ont étés proposées dans leur version paramétrable (Soft IP), pour garantir un meilleur dimensionnement du système. En effet, la modularité des IPs soft par leurs paramétrisations, créent un espace d'exploration qui s'avère extrêmement important et donc inexploitable par des techniques de conception ad hoc ou interactives. Le problème posé est l'optimisation mathématique des paramètres de l'ensemble des IPs soft constituant le SOC. Ce problème multidimensionnel en performance est aggravé, dans le cadre des SOC pour systèmes embarqués, par la prise en compte de la consommation d'énergie et de la surface en silicium. Le problème devient alors une optimisation multiobjectifs. Cette thèse propose une résolution de ce problème en plusieurs étapes : Dans une première étape, des techniques d'exploration pour le dimensionnement d'IP de processeur SuperScalair sont proposées. Ces techniques tiennent compte de trois critères: performance, consommation d'énergie et surface en silicium. Les résultats obtenus par des benchmarks multimédia "MiBench" de taille significative résultent dans un sous ensemble optimal au sens de Pareto, permettant de sélectionner une ou plusieurs solutions efficaces pour les applications cibles. La seconde étape est une extension du cadre précédent par couplage de l'exploration multiobjectifs avec une implémentation matérielle sur circuits FPGA. Elle permet alors une exploration avec matériel dans la boucle. Le principe poursuivi, à l'inverse des explorations effectuées à des niveaux d'abstraction élevés (SystemC), est qu'une exploration est d'autant plus efficace que les valeurs injectées à l'algorithme d'exploration sont proches de la réalité. L'autre aspect est que l'exploration par simulation des SOC reste problématique, ceci étant dû aux temps prohibitifs de la simulation et que l'exécution directe est toujours plus rapide, donc permet des explorations larges et réalistes. Cette approche est appliquée au processeur LEON v2.0 de l' ESA sur des circuits Xilinx Virtex-II qui, de par leur reconfigurabilité, permet le chargement de nouvelles configurations lors de l'exploration. Enfin, l'importance des SOC mixtes analogiques/numériques, nous a poussés à nous intéresser à l'optimisation des circuits analogiques et ce, sur le même principe, mais en utilisant des circuits FPAA (Field Programmable Analog Array) qui permettent la conception et l'implémentation d'applications sur circuits analogiques re-programmables. Cette possibilité permet de répondre à une fonctionnalité donnée en testant et explorant de nombreuses configurations, en les implémentant physiquement dans un circuit programmable et cela à moindre coût. La thèse conclut sur les perspectives pouvant découler des contributions de ce travail sur les méthodologies de conception de SOC dans les environnements SOPC.

Les approximants de Padé et leurs généralisations sont depuis plusieurs années l'objet d'intenses recherches, et leurs applications sont nombreuses. Beaucoup de problèmes théoriques restent cependant en suspens: problèmes tout d'abord d'existence, d'unicité problèmes de convergence, d'accélération de convergence. L'objectif du travail présenté ici était justement d'apporter des réponses à de telles questions. Dans la première partie nous nous sommes intéressés aux approximants de Padé vectoriels de séries de matrices. Des conditions d'existence et d'unicité, des résultats de convergence sont donnés, ainsi que le lien avec la théorie de Lanczos pour la résolution de systèmes linéaires. Nous utilisons aussi les approximants de Padé vectoriels pour l'approximation simultanée d'une fonction et de sa dérivée. Dans la seconde partie une condition suffisante pour la convergence quadratique de l'epsilon algorithme topologique pour la résolution de systèmes non linéaires est donnée. Des résultats d'accélération de la convergence sont démontrés pour la deuxième colonne de l'epsilon algorithme/vectoriel et plus généralement pour des procédés quasi linéaires vectoriels. La troisième partie porte sur certains approximants de type Padé de fonctions entières. Des résultats sur l'accélération sont établis. La dernière partie fait le lien entre biorthogonalité, procédé de Gram-Schmidt, système linéaire et interpolation.