Avec le développement des technologies de communication sans fil, les réseaux de capteur à radio cognitive (CRSNs) représentent une solution efficace pour le déploiement des réseaux électriques intelligents, connus aussi sous le nom de smart grids. La technologie de radio cognitive permet aux nœuds capteurs d’utiliser les bandes de fréquences non utilisées par des utilisateurs avec licence afin de contourner les limitations des bandes de fréquences sans licence. Dans ce contexte, plusieurs problèmes de communication freinent le déploiement des CRSNs pour les smart grids tel que la coexistence de différentes applications électriques ainsi que l’hétérogénéité des disponibilités des bandes de fréquence avec licence entre les nœuds capteurs. Les travaux de recherche menés dans cette thèse se focalisent essentiellement sur l’allocation des ressources spectrales pour les CRSNs déployés pour contrôler des smart grids. Nous proposons des nouvelles techniques d’allocation de ressources spectrales qui prennent en considération des topologies de déploiement possibles des CRSNs dans les smart grids tout en assurant d’une manière distribuée l’équité entre les nœuds capteurs déployés. Tout au long de notre travail, l’allocation des canaux est effectuée sans faire appel à un canal de contrôle en commun pour le partage des messages de contrôle avant chaque accès au spectre. L'évaluation de performances des différentes solutions développées montre qu'elles réalisent effectivement une allocation opportuniste des ressources spectrales d’une manière distribuée et équitable tout en considérant différentes caractéristiques du système sous-jacent aux réseaux électriques intelligents. / With the advances in wireless communication technologies, cognitive radio sensor networks (CRSNs) stand as an efficient spectrum solution in the development of intelligent electrical power networks, the smart grids. The cognitive radio (CR) technology provides the sensors with the ability to use the temporally available licensed spectrum in order to escape the unlicensed spectrum resource scarcity problem. In this context, several challenging communication issues face the CRSN deployment for smart grids such as the coexistence of different electrical applications and the heterogeneous opportunities to access available licensed channels between smart grid sensors. The work conducted in this thesis focuses on spectrum resource allocations for CRSNs in smart grids. We concentrate our efforts on the development of new spectrum resource sharing paradigms for CRSNs in smart grids. The developed solutions focus on distributed and balanced spectrum sharing among smart grid sensors and on eventual CRSN deployment scenarios in smart grid areas. All along the thesis, channels are assigned without relying on a predefined common control channel (CCC) to exchange control messages before each spectrum access trial. All along the thesis, channels are assigned without relying on a predefined common control channel (CCC) to exchange control messages before each spectrum access trial. Performance evaluation of the different proposed channel assignment solutions shows their ability to achieve a distributed and fair opportunistic spectrum assignment in a way to consider different smart grid system characteristics.

L'objectif principal de cette thèse est d'étudier comment la sélection naturelle façonne les traits d'histoire de vie et le comportement des animaux en fonction de l'environnement écologique dans lequel ils évoluent. Ce cadre théorique soulève des hypothèses spécifiques concernant les processus de reproduction, de dispersion et d'approvisionnement chez le parasitoïde Ibalia leucospoides. Les expériences d'écologie comportementale et d'écophysiologie menées sur des parasitoïdes femelles d' Ibalia leucospoides démontrent principalement que (1) la proportion d'oeufs matures que possède la femelle à l'émergence est élevée par rapport à sa fécondité potentielle : I. Leucospoides adopte une stratégie proovigénique ; (2) l'alimentation a un effet négligeable sur les femelles adultes : elle n'influence ni la maturation des oeufs, ni la survie, ni les capacités de vol ; (3) dans nos conditions expérimentales, la capacité de vol dépend des caractéristiques morphologiques du parasitoïde (taille et charge alaire) ; et (4) concernant la recherche d'hôtes, les femelles sont capables de discerner des différences dans la qualité des patchs d'hôtes à distance, sans les échantillonner. D'autre part, le temps d'exploitation d'un patch dépend des informations obtenues des patchs voisins. Le succès reproductif du parasitoïde proovigénique Ibalia leucospoides, n'est pas limité par le manque de nourriture chez l'adulte. La stratégie d'allocation des ressources entre les différentes fonctions biologiques, ainsi que le comportement d'approvisionnement adopté par cette espèce de parasitoïde pourraient vraisemblablement être une réponse aux caractéristiques de l'habitat, telle que la distribution fortement agrégée des Sirex noctilio, l'hôte, ainsi que la disponibilité des ressources (i.e. hôtes et nourriture) / The central aim of this thesis is to explore how natural selection shapes life history traits and behaviuors according to the ecological environment in which an animal exists. This overall framework leads to specific hypotheses concerning the reproductive, dispersal and foraging processes in the parasitoid Ibalia leucospoides. The experiments in behavioural ecology and eco-physiology in female parasitoids of Ibalia leucospoides show as main results, that (1) the proportion of the potential lifetime eggs complement that is mature at female emergence is high; (2) low dependency on adult female feeding, not only for egg maturation but also for survival and flight; (3) under our experimental conditions flight capacity depends on the morphological characteristics of the parasitoid (size and wing loading); and (4) regarding host foraging, females accurately assess differences in host patch quality from a distance without the need of displaying a sampling process; in addition that patch exploitation times depend on the information obtained from the surrounding patches. The reproductive success of I. leucospoides, a proovigenic parasitoid, is not constrained by adult food deprivation. Both the resource allocation strategy toward the different biological functions and the foraging behaviour adopted by this parasitoid species may well be in respond to habitat characteristics, such as a strongly aggregated distribution of Sirex noctilio, the host, as well as to the resources availability (i.e. host and food)

No description available.

Cette thèse s'intéresse aux problèmes d'allocations des ressources et de puissance dans les réseaux cellulaires de quatrième génération (4G). Pour faire face à la demande continuellement croissante en débit des utilisateurs mobiles, les opérateurs n'ont d'autre choix que de densifier leurs infrastructures d'accès au réseau radio (RAN), afin de maximiser l'utilisation de la bande passante disponible dans l'espace. Un des défis de cette nouvelle architecture est la coexistence de nombreuses cellules voisines et la gestion des interférences co-canal qu'elles génèrent entre elles. De telles contraintes ont amené la communauté scientifique à s'intéresser aux réseaux auto-organisés et auto-optimisés (SON), qui permettent aux réseaux de s'optimiser localement via des décisions décentralisées (sans planification statique). L'intérêt principal de tels réseaux est le passage à l'échelle des algorithmes distribués et la possibilité de s'adapter dynamiquement à de nouveaux environnements. Dans cette optique, nous proposons l'étude de deux problèmes d'allocation de ressources. La première partie de cette thèse se concentre sur l'optimisation de l'usage des ressources, dans un contexte de transmission coordonnée par plusieurs stations de base (CoMP). Les performances de la coordination de stations de base sont évaluées, selon le critère de capacité uniforme, ainsi que le compromis entre l'efficacité spectrale et l'équité entre les utilisateurs. Nous proposons également une méthode généralisée et distribuée de sélection de l'ensemble de stations en coopération, afin d'optimiser le compromis efficacité-équité. Dans une seconde partie, nous nous intéressons à l'optimisation de l'allocation des ressources et de puissance, dans le but de minimiser la consommation électrique du réseau. Nous présentons deux algorithmes dont les décisions sont décentralisées. Le premier est basé sur une optimisation stochastique (via l'échantillonneur de Gibbs) et permet une optimisation globale du système. Le second quant à lui est basé sur l'adaptation de la théorie du contrôle et utilise des modèles prédictifs et la poursuite de cibles pour allouer les ressources et les puissances dans un contexte de canaux et d'interférences dynamiques. Dans de nombreux cas, plusieurs objectifs concurrents sont à considérer pour évaluer les performances d'un réseau (capacité totale, équité, consommation électrique, etc.). Dans le cadre de cette thèse, nous nous efforçons à présenter les résultats sous la forme de compromis multi-objectifs.

Les réseaux véhiculaires font l'objet de recherches actives aussi bien dans le domaine des réseaux que dans celui des transports. Le potentiel des réseaux véhiculaires à fournir des services comme l'information sur le trafic en temps réel ou sur les accidents font de cette technologie un domaine de recherche très important. Ces réseaux peuvent comporter des communications véhicule-à-véhicule (V2V), véhicule-à-infrastructure (V2I), ou une combinaison des deux. La norme IEEE 1609.4 est la spécification multicanal pour l'IEEE802.11p/WAVE des réseaux véhiculaires (VANETs). Elle utilise sept canaux, l'un étant un canal de contrôle (CCH) qui est écouté par les équipements de façon périodique, et les six autres canaux sont utilisés comme canaux de service (SCH). Elle définit également une division du temps en alternance entre les intervalles CCH et les intervalles SCH. L'objet de cette thèse de doctorat est d'évaluer les performances des réseaux VANETs dans le cas des communications véhiculaires sans infrastructure, et au niveau des couches inférieures du standard 802.11p. Dans la première partie, nous proposons une approche MAC d'allocation multicanal opportuniste dans un contexte sans infrastructure. Cette approche est conforme à la norme IEEE1609.4 -2010 de l'architecture WAVE pour un fonctionnement multicanal, et elle est conçue pour des applications de services de données (non urgentes), tout en assurant la transmission des messages de sécurité routière et des paquets de contrôle. Pour maintenir la qualité de service des deux types de messages (urgents et non-urgents) en exploitant la capacité du canal, deux solutions sont proposées. Dans la deuxième partie, lorsque le véhicule sélectionne son canal et contrôle son alternance temporelle entre CCH et SCH, il commence à transmettre ses paquets, en particulier sur le canal CCH, lesquels ont une durée de péremption. Nous présentons une approche visant à minimiser les collisions des émetteurs tout en évitant la contention de début d'intervalle, en particulier dans un contexte de densité élevée de véhicules. Même si les mécanismes proposés ci-dessus diminuent le taux de collision, il n'est pas possible de les supprimer complètement. Dans la troisième partie, nous traitons le problème des collisions entre les paquets diffusés sur le CCH, en particulier quand la charge des messages transmis dépasse la capacité du canal. Pour cela, nous proposons un nouveau mécanisme de codage réseau analogique adapté à la modulation QPSK pour les messages diffusés sur le CCH. Dans cette approche des symboles connus sont envoyés avant d'envoyer les paquets pour estimer les paramètres du canal et une solution explicite est utilisée pour inverser le système de la superposition de deux paquets

Le projet de recherche porte sur l'étude des problèmes de conception et de planification d'un réseau optique de longue distance, aussi appelé réseau de coeur (OWAN-Optical Wide Area Network en anglais). Il s'agit d'un réseau qui transporte des flots agrégés en mode commutation de circuits. Un réseau OWAN relie différents sites à l'aide de fibres optiques connectées par des commutateurs/routeurs optiques et/ou électriques. Un réseau OWAN est maillé à l'échelle d'un pays ou d’un continent et permet le transit des données à très haut débit. Dans une première partie du projet de thèse, nous nous intéressons au problème de conception de réseaux optiques agiles. Le problème d'agilité est motivé par la croissance de la demande en bande passante et par la nature dynamique du trafic. Les équipements déployés par les opérateurs de réseaux doivent disposer d'outils de configuration plus performants et plus flexibles pour gérer au mieux la complexité des connexions entre les clients et tenir compte de la nature évolutive du trafic. Souvent, le problème de conception d'un réseau consiste à prévoir la bande passante nécessaire pour écouler un trafic donné. Ici, nous cherchons en plus à choisir la meilleure configuration nodale ayant un niveau d'agilité capable de garantir une affectation optimale des ressources du réseau. Nous étudierons également deux autres types de problèmes auxquels un opérateur de réseau est confronté. Le premier problème est l'affectation de ressources du réseau. Une fois que l'architecture du réseau en termes d'équipements est choisie, la question qui reste est de savoir : comment dimensionner et optimiser cette architecture pour qu'elle rencontre le meilleur niveau possible d'agilité pour satisfaire toute la demande. La définition de la topologie de routage est un problème d'optimisation complexe. Elle consiste à définir un ensemble de chemins optiques logiques, choisir les routes physiques suivies par ces derniers, ainsi que les longueurs d'onde qu'ils utilisent, de manière à optimiser la qualité de la solution obtenue par rapport à un ensemble de métriques pour mesurer la performance du réseau. De plus, nous devons définir la meilleure stratégie de dimensionnement du réseau de façon à ce qu'elle soit adaptée à la nature dynamique du trafic. Le second problème est celui d'optimiser les coûts d'investissement en capital(CAPEX) et d'opération (OPEX) de l'architecture de transport proposée. Dans le cas du type d'architecture de dimensionnement considérée dans cette thèse, le CAPEX inclut les coûts de routage, d'installation et de mise en service de tous les équipements de type réseau installés aux extrémités des connexions et dans les noeuds intermédiaires. Les coûts d'opération OPEX correspondent à tous les frais liés à l'exploitation du réseau de transport. Étant donné la nature symétrique et le nombre exponentiel de variables dans la plupart des formulations mathématiques développées pour ces types de problèmes, nous avons particulièrement exploré des approches de résolution de type génération de colonnes et algorithme glouton qui s'adaptent bien à la résolution des grands problèmes d'optimisation. Une étude comparative de plusieurs stratégies d'allocation de ressources et d'algorithmes de résolution, sur différents jeux de données et de réseaux de transport de type OWAN démontre que le meilleur coût réseau est obtenu dans deux cas : une stratégie de dimensionnement anticipative combinée avec une méthode de résolution de type génération de colonnes dans les cas où nous autorisons/interdisons le dérangement des connexions déjà établies. Aussi, une bonne répartition de l'utilisation des ressources du réseau est observée avec les scénarios utilisant une stratégie de dimensionnement myope combinée à une approche d'allocation de ressources avec une résolution utilisant les techniques de génération de colonnes. Les résultats obtenus à l'issue de ces travaux ont également démontré que des gains considérables sont possibles pour les coûts d'investissement en capital et d'opération. En effet, une répartition intelligente et hétérogène de ressources d’un réseau sur l'ensemble des noeuds permet de réaliser une réduction substantielle des coûts du réseau par rapport à une solution d'allocation de ressources classique qui adopte une architecture homogène utilisant la même configuration nodale dans tous les noeuds. En effet, nous avons démontré qu'il est possible de réduire le nombre de commutateurs photoniques tout en satisfaisant la demande de trafic et en gardant le coût global d'allocation de ressources de réseau inchangé par rapport à l'architecture classique. Cela implique une réduction substantielle des coûts CAPEX et OPEX. Dans nos expériences de calcul, les résultats démontrent que la réduction de coûts peut atteindre jusqu'à 65% dans certaines jeux de données et de réseau. / The research project focuses on the design and planning problems of long distance optical networks also called OWANs (Optical Wide Area Networks) or "backbone". These are networks that carry aggregate flows in circuit switching mode. OWAN networks connect sites with optical fibers, cross-connected by optical and/or electric switches/routers. OWAN networks are meshed throughout a country or continent and allow the transit of data at very high speed. In the first part of the thesis, we are interested in the design problem of agile optical networks. The problem of agility is motivated by the growing of bandwidth demand and by the dynamic pattern of client traffic. Equipment deployed by network operators must allow greater reconfigurability and scalability to manage the complexity of connections among clients and deal with a dynamic traffic pattern. Often, the problem of network design is to provide the required bandwidth to grant a given traffic pattern. Here, we seek to choose the best nodal configuration with the agility level that can guarantee the optimal network resource provisioning. We will also study two other types of problems that can face a network operator. The first problem is the network resource provisioning. Once the network architecture design is chosen, the remaining question is : How to resize and optimize the architecture to meet the agility level required to grant any demand. The definition of the network provisioning scheme is a complex optimization problem. It consists of defining a set of optical paths, choosing the routes followed by them, and their assigned wavelengths, so as to optimize the solution quality with respect to some network metrics. Moreover, we need to define the best design strategy adapted to the dynamic traffic pattern. The second problem is to optimize the capital investment cost (CAPEX) and the operational expenses (OPEX) of the selected optical transport architecture. In the case of the design architecture considered in this thesis, the CAPEX includes the routing cost, the installation cost and the commissioning service cost for all required network equipment in end connections and intermediate nodes. OPEX correspond to expenses related to the operation of the transport network. Given the symmetrical nature and the exponential number of variables in most mathematical formulations developed for these types of problems, we particularly explored solving approaches based on a column generation algorithm and greedy heuristics which adapt well to these types of modeling and large scale mathematical models. A comparative study of several provisioning strategies and solution algorithms on different traffic and OWAN network instances show that the minimum network cost is obtained in two cases : An anticipative dimensioning strategy combined with a column generation solution combined with a rounding off heuristic in the context of no disturbance or possible disturbance of previously granted connections. Also, a good repartition of used network resources (MSPPs, PXC and wavelengths) is observed with the scenarios using a myopic strategy and a column generation solution approach. The results obtained from this thesis also show that a considerable saving in CAPEX and OPEX costs are possible in the case of an intelligent allocation and heteregenous distribution of network resources through network nodes compared with the classical architecture that adopts a uniform architecture using the same configuration in all nodes. Indeed, we demonstrated that it is possible to reduce the number of PXCs (Photonic Switches) while satisfying the traffic matrix and keeping the overall cost of provisioning network unchanged compared to what is happening in a classic architecture. This implies a substantial reduction in network CAPEX and OPEX costs. In our experiments with various network and traffic instances, we show that a careful dimensioning and location of the nodal equipment can save up to 65% of network expenses.

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

Les grilles de calcul et le "cloud computing" permettent de distribuer un ensemble de ressources informatiques, telles que du stockage ou du temps de calcul, à un ensemble d'utilisateurs en fonction de leurs demandes en donnant l'illusion de ressources infinies. Cependant, lorsque l'ensemble de ces ressources est insuffisant pour satisfaire les exigences des utilisateurs, des conflits d'intérêts surgissent. Ainsi, un libre accès à des ressources limitées peut entraîner une utilisation inefficace qui pénalise l'ensemble des participants. Dans de tels environnements, il devient nécessaire d'établir des procédures d'arbitrage afin de résoudre ces conflits en garantissant une distribution équitable aux différents utilisateurs. Nous présentons une nouvelle classe de problèmes : celle des ordonnancements multi-utilisateurs. Cette thèse aborde la notion d'équité au travers de problèmes d'allocation de ressources sous incertitudes et d'ordonnancement de tâches périodiques.

Pour accompagner le développement des fermes urbaines professionnelles et des circuits courts et de proximité dans les grandes métropoles, nous proposons des outils à base de programmes mathématiques d'aide à la conception de fermes maraîchères diversifiées ciblant les demandes de différents types de clients en fruits et légumes frais locaux. Les solutions techniques de culture en ville se développent rapidement, mais compte-tenu des contraintes fortes de la production agricole urbaine (foncier limité, coûts opérationnels élevés), la définition de modèles économiques viables pour des fermes pérennes est un vrai défi pour les maraîchers urbains. Trois modèles en programmation linéaire mixte sont présentés et confrontés aux résultats du terrain : un modèle de dimensionnement stratégique annuel, un modèle de sélection de la meilleure combinaison de clients et un modèle de dimensionnement stratégique pluri-annuel des fermes maraîchères. Des résultats numériques et les performances des modèles sont présentés à partir de cas concrets multi-produits, multi-techniques et multi-périodes. Nos contributions résident dans la prise en compte de la périssabilité des produits frais dans le dimensionnement stratégique des systèmes de production, incluant le dimensionnement de la main d’œuvre agricole. / To support the urban farm emergence trend in large metropolises, we propose decision support tools based on mathematical programs to design market gardening farms targetting the demands of different categories of clients in local fresh fruits and vegetables. Technical solutions develop rapdily, but the strong constraints linked to urban farming, such as limited surface and high operating costs, make difficult to define viable and sustainable business models for urban market gardeners. Three mixed integer linear programming models are presented: An annual strategic sizing model, a client combination selection model and a plurennial strategic sizing model for diversified fruit and vegetable farms. Numerical results and model performances are presented, based on multi-products, multi-techniques and multi-periods real cases. Our main contributions are the consideration of the perishable nature of fruits and vegetables in strategic production systems sizing models, including notably the investments and workforce sizing.

Ce manuscrit présente les fondements dynamiques des jeux de population avec un nombre variable de joueurs ainsi que leurs concepts de solutions et de stabilités. Nous introduisons d'abord les dynamiques de jeux avec retard et étudions leurs stabilités. Nous les appliquons aux réseaux filaires et aux réseaux sans fils. Ensuite nous nous intéressons aux aspects de mobilité et aux distributions spatiales des joueurs sur le réseau. Cela nous conduit à une nouvelle classe de dynamique de jeux à stratégies vectorielles avec des contraintes de migrations, appelée dynamique de jeux d'évolution avec migration. Nous dérivons de telles dynamiques pour les réseaux hybrides et appliquons aux problèmes de contrôle de puissance dans les réseaux hétérogènes, choix entre plusieurs technologies et migration entre plusieurs classes d'utilisateurs. Ensuite nous nous focalisons aux jeux stochastiques de population avec plusieurs classes de joueurs dans lesquels chaque joueur possède son propre état et fait face un vecteur qui évolue dans le temps. Des applications à la gestion d'énergie dans les réseaux sont présentées. Finalement, nous étudions une classe de jeux à champ moyen. Lorsque la taille de la population devient très grande, les asymptotiques du système conduisent à des dynamiques appelées dynamiques de jeux à champ moyen. Cette classe de dynamiques contient les dynamiques standard basées sur des révisions de stratégies. Nous utilisons ce modèle pour analyser les problèmes accès aléatoires à des ressources dans un environnement où les utilisateurs et les ressources sont spatialement distribuées. Nous établissons un lien entre les jeux à champ moyen et les jeux différentiels de population dans lesquels chaque joueur a son état individuel et optimise son paiement à long terme pendant son temps de séjour dans le système sous contraintes que le profil de population évolue selon une dynamique de jeux à champ moyen / His manuscript presents dynamic foundations of population games with variable number of players and their solutions and stability concepts. We first introduce delayed evolutionary game dynamics and study their stability. Applications to both wired and wireless networks are presented. We then introduce mobility and spatial aspects of players distribution into the network dynamics. This leads to a new class of game dynamics with multicomponent strategies and migration constraints called evolutionary game dynamics with migration. We derived such dynamics for hybrid systems such as power control in heterogenous networks, switching between technologies and migration between different classes of users. After that we focus on stochastic population games with multiple classes of players in which each player has its own state and facing to an evolving vector which represents the population profile. We use this model to analyze resource and energy constrained interactions in wireless networks. Finally, we present a class of mean field games. When taking the asymptotics of finite systems, we derive a new class of game dynamics called mean field game dynamics. This class contains the standard evolutionary game dynamics based on revision of pure actions. We apply this model to analyze spatial random access game and dynamic resource competition game with individual states. We establish a link betweenmean field games and differential population games inwhich each player optimizes its long-term objective during its sojourn time in the system subject to the constraint that the population profile evolves according to some mean field game dynamics