Parmi les évolutions majeures de l'informatique, nous distinguons l'émergence des technologies mobiles sans fil. Le développement actuel de ces technologies permet de réaliser des communications ad-hoc directes entre de nombreux types d'entités mobiles, comme des véhicules, des robots terrestres ou des drones. Dans un réseau de tels équipements, l'ensemble des liens de communication qui existe à un instant donné dépend des distances entre les entités et la topologie du réseau change continuellement lorsque les entités se déplacent. Les hypothèses habituelles sur la connexité du réseau n'ont pas leur place ici, néanmoins, une autre forme de connexité appelée connexité temporelle est souvent disponible à travers le temps et l'espace. L'objectif de cette thèse a été de développer des algorithmes pour les flottes d'appareils dans le cas des réseaux tolérant aux délais (DTN). De manière simplifiée, les réseaux tolérants aux délais sont des réseaux pour lesquels certaines parties peuvent se retrouver isolées pendant un moment sans que cela pose problème. Nous nous intéressons, en particulier, au cas où ces appareils sont organisés sous la forme de groupes, et où la notion de groupe elle même survit à ces déconnexions transitoires. Ainsi, une grande partie de la thèse s'articule autour de la notion des groupes tolérant aux délais (groupe DTN). Dans notre cas cet éloignement est limité dans le temps et nous parlons alors de "diamètre temporel borné" au sein du groupe. Le fait de borner le diamètre temporel du groupe lui permet de distinguer entre l'éloignement temporaire d'un noeud et sa perte définitive (crash ou autre). / Among the major developments in computer science, we distinguish the emergence of mobile wireless technologies. The current development of these technologies allows for direct ad-hoc communications between many types of mobile entities, such as vehicles, land robots or drones. In a network of such devices, the set of communication links that exists at a given instant depends upon the distances between the entities. As a result, the topology of the network changes continuously as the entities move. The common assumption on connectivity may not be relevant in this case, but another kind of connectivity called temporal connectivity is often alvailable over time and space. The goal of this thesis has been the development of algorithms for fleets of mobile devices in the case of delay-tolerant networks. In a simpler way, the delay-tolerant networks are networks where some parts can be isolated during a certain time without problems. We are interested, in particular, in the case where the devices are organised as groups, and where the notion of group itself survives to these deconnections. Hence, a big part of this thesis relates to the notion of delay-tolerant groups (DTN groups). In our case, these deconnections are limited in time and we speak of a "bounded temporal diameter" within the group. The fact of limiting the temporal diameter of the group enables it to distinguish between temporary deconnections and final loss (crash or other) of some nodes.

La certification des réseaux avioniques requiert une maîtrise des délais de transmission des données. Cepednant, le multiplexage et le partage des ressource de communications dans des réseaux tels que l'AFDX (Avionics Full Duplex Switched Ethernet) rendent difficile le calcul d'un délai de bout en bout pire cas pour chaque flux. Des outils comme le calcul réseau fournissent une borne supérieure (pessimiste) de ce délai pire cas. Les besoins de communication des avions civils modernes ne cessent d'augmenter et un nombre croissant de flux aux contraintes et aux caractéristiques différentes doivent partager les ressources existantes. Le réseau AFDX actuel ne permet pas de différentier plusieurs classes de trafic : les messages sont traités dans les files des commutateurs selon leur ordre d'arrivée (politique de service FIFO). L'objet de cette thèse est de montrer qu'il est possible de calculer des bornes pire cas des délais de bout en bout avec des politiques de service plus évoluées, à base de priorités statiques (Priority Queueing) ou à répartition équitable de service (Fair Queueing). Nous montrons comment l'approche par trajectoires, issue de la théorie de l'ordonnancement dans des systèmes asynchrones distribués peut s'appliquer au domaine de l'AFDX actuel et futur (intégration de politiques de service plus évoluées permettant la différentiation de flux). Nous comparons les performances de cette approche avec les outils de référence lorsque cela est possible et étudions le pessimisme des bornes ainsi obtenues. / The certification process for avionics network requires guaranties on data transmission delays. However, calculating the worst case delay can be complex in the case of industrial AFDX (Avionics Full Duplex Switched Ethernet) networks. Tools such as Network Calculus provide a pessimistic upper bound of this worst case delay. Communication needs of modern commercial aircraft are expanding and a growing number of flows with various constraints and characteristics must share already existing resources. Currently deployed AFDX networks do not differentiate multiple classes of traffic: messages are processed in their arrival order in the output ports of the switches (FIFO servicing policy). The purpose of this thesis is to show that it is possible to provide upper bounds of end to end transmission delays in networks that implement more advanced servicing policies, based on static priorities (Priority Queuing) or on fairness (Fair Queuing). We show how the trajectory approach, based on scheduling theory in asynchronous distributed systems can be applied to current and future AFDX networks (supporting advanced servicing policies with flow differentiation capabilities). We compare the performance of this approach with the reference tools whenever it is possible and we study the pessimism of the computed upper bounds.

Les réseaux de régulation biologiques sont des systèmes complexes dans lesquels les entités biologiques interagissent entre elles, faisant ainsi émerger des comportements particuliers. Dans cette thèse, nous proposons une méthodologie générale afin de mieux comprendre les mécanismes en jeux dans ces réseaux de régulation et tout particulièrement dans ceux ayant un comportement oscillatoire. De façon générale, les différentes parties de cette méthodologie ont pour but, soit d'analyser des systèmes biologiques de plus en plus grands, soit de raffiner les analyses sur des modèles moins conséquents. Ces travaux utilisent les propriétés temporelles des modèles biologiques qui sont souvent abondantes mais encore relativement peu exploitées. Pour parvenir à intégrer les données temporelles, nous avons développé des modélisations hybrides qui combinent dans leurs comportements des aspects purement qualitatifs ainsi que des aspects continus (dans les notions temporelles quantitatives). La première partie de cette méthodologie générale consiste à utiliser une modélisation hybride nommée TEM (pour modélisation d'évolution temporelle) qui permet une pré-analyse du système biologique. L'avantage de cette modélisation est qu'elle utilise des paramètres qui sont très proches des données biologiques et qu'elle peut fournir des résultats d'intérêt à partir d'un nombre réduit d'hypothèses simples. Néanmoins, plus nous fournissons de données sur le modèle biologique dans l'approche TEM et plus les résultats obtenus sont précis. La seconde partie de notre méthodologie générale consiste à reprendre des modélisations existantes et couramment utilisées (la modélisation par équations différentielles par morceaux (PLDE) et la modélisation discrète de R. Thomas) et d'y ajouter de nouvelles méthodes conjointes. La première méthode permet d'obtenir l'ensemble des contraintes nécessaires et suffisantes pour le paramétrage d'un modèle d'après des spécifications. Ceci peut permettre de découvrir des caractéristiques communes à l'ensemble des paramétrages validant les spécifications du modèle mais également d'obtenir l'ensemble de ces paramétrages grâce à un solveur de contraintes. La seconde méthode permet de décomposer les dynamiques obtenues à partir du paramétrage d'un modèle. Cette méthode peut servir à mieux comprendre les dynamiques ainsi obtenues en sachant si un comportement correspond à un ensemble de sous-comportements et si oui lesquels. La méthode peut également servir à travailler sur un sous-ensemble de la dynamique en ne prenant en compte que les sous-comportements intéressants, par rapport à certaines préoccupations. Enfin, la dernière partie de cette thèse consiste en une modélisation nommée modélisation TDD (pour modélisation par décomposition des domaines temporels) et permettant de raffiner les analyses précédentes. Cette modélisation est basée sur la modélisation PLDE et la modélisation discrète de R. Thomas afin de profiter pleinement des méthodes que nous avons développées. En fait, cette modélisation, tout comme dans la première modélisation présentée dans cette thèse, est une modélisation hybride qui utilise également la notion de temps via des paramètres temporels.

Cet ouvrage se concentre sur la valorisation et la couverture d'options financières non traitées sur les marchés, les options réelles, qui servent à évaluer des décisions optimales d'investissement en capital pour des entreprises. L'existence pour une entreprise d'un projet d'investissement s'apparente en effet à la possession d'une option financière: l'entreprise possède l'option d'attendre le moment le plus favorable pour lancer son projet. Pour valoriser l'intérêt économique d'un projet, il convient alors de calculer la valeur de l'option d'investir. L'objectif de cette thèse est de montrer comment la théorie des options réelles peut bénéficier des apports des méthodes habituellement employées pour les options exotiques. A la différence de l'approche classique dans le domaine des options réelles, qui privilégie l'utilisation de techniques d'équations différentielles, nous proposons dans cette thèse d'évaluer des projets d'investissement en appliquant des méthodes très probabilistes. Cette distinction de méthode permet non seulement de généraliser l'approche classique du problème, mais encore d'obtenir des résultats analytiques dans des situations ou une technique d'équation différentielle ne permettrait pas de résoudre le problème. Dans cette thèse, nous abordons spécifiquement des problèmes de valorisation de projets d'investissement sous certaines contraintes particulières : lorsqu'il existe un délai incompressible entre la prise de décision et sa mise en oeuvre, lorsqu'il existe une compétition entre deux acteurs économiques de caractéristiques différentes, et lorsque l'information sur le marché de l'entreprise est imparfaite. Egalement, nous étudions des problèmes de couverture de ces projets d'investissement : comment couvrir des options réelles qui sont un peu complexes de la manière la plus efficace lorsqu'il existe des coûts de transaction sur les actifs financiers, et comment une nouvelle classe de produits dérivés qui s'apparentent aux options barrières permet de couvrir le risque lié à l'exercice des options réelles. Finalement, nous nous penchons sur la décision optimale d'investissement lorsque l'on peut manipuler le marché : un agent économique qui possède une information privilégiée sur la valeur d'une entreprise peut intervenir sur le marché afin de l'utiliser, et par la même occasion influencer la valeur des titres émis par l'entreprise. Quelle est sa stratégie optimale ? Les outils mathématiques utilisés sont surtout probabilistes, essentiellement la théorie des excursions, les temps locaux et le contrôle stochastique. Plusieurs nouveaux résultants sont démontrés, concernant en particulier les temps de passage du Brownien et la théorie des excursions.

Cette thèse propose une série de techniques dont l'objectif est l'amélioration de la couverture et de l'organisation des réseaux mobiles sans fil dans le contexte des Réseaux de Sécurité Publique (RSPs). Ces derniers sont des réseaux établis par les autorités pour d'une part, avertir la population d'une catastrophe imminente, et d'autre part pour coordonner les équipes de secours durant les phases de crise et de normalisation suite à une catastrophe. Une catastrophe peut être définie comme un événement extrême causant des dégâts extrêmes ou une perte profonde pour les populations affectées. Les RSPs ont le rôle fondamental d'assurer la communication et la coordination au cours des opérations d'urgence. Les contributions de cette thèse se concentrent principalement dans les phases d'alerte et de gestion de la crise. La solution proposée dans cette thèse pour aider durant la phase d'alerte est basée sur les réseaux opportunistes et utilise les moyens de communication disponibles sur les personnes sur place, et qui bientôt seront également disponibles dans les véhicules, pour pallier le problème de l'absence de couverture de réseau suite aux dégâts causés. Cette technique, que nous appelons Virtual Access Points (VAP), crée un 'cache' coopératif et distribué entre les nœuds mobiles dans la zone touchée par la catastrophe. Les problèmes que nous adressons relatifs à la phase de gestion de crise sont ceux du contrôle de la topologie et d'admission au réseau. Nous fournissons des solutions pour fournir des structures stables et fiables, qui sont essentiels à la coordination des équipes de secours pendant les situations les plus difficiles et défavorables.

Les industriels des semi-conducteurs cherchent à simplifier les processus de conception, de production, qui aujourd'hui, pour des raisons de complexité, sont relativement onéreux. L'objectif de cette thèse est d'étudier l'opportunité de concevoir des synthétiseurs de fréquences basés sur les boucles à verrouillage de délais pour des applications analogiques (oscillateur local, horloge pour convertisseurs analogique-numérique et numérique-analogique). Ceux-ci ont l'avantage entre autres, d'être complètement intégrables dans un procédé MOS. Ce travail propose l'étude théorique et le compte rendu de l'expérimentation de deux types de synthétiseurs de fréquences différents. Le premier des synthétiseurs multiplie la fréquence d'un signal de référence par un nombre entier. Si le principe utilisé est déjà étudié depuis quelques années, nous proposons une formulation plus fine de ses performances en bruit et en particulier, nous précisons le spectre de bruit de phase du signal de sortie attendu. Et, nous proposons son application comme oscillateur local de fréquence intermédiaire fixe dans une structure hétérodyne pour GSM. Le second synthétiseur de fréquences est d'une architecture originale. Il permet d'obtenir une horloge dont la fréquence est programmable et équivaut à la fréquence du signal de référence multipliée par un nombre rationnel. La formulation de la théorie de cette nouvelle fonction est établie, et les résultats des tests d'un circuit prototype, commentés. Ses performances lui permettent d'être utilisé comme horloge dans des systèmes de communications mobiles comme cela a pu être démontrer pour une application Bluetooth.

Dans cette thèse, nous présentons plusieurs contributions pour le routage dans les réseaux tolérants aux délais (DTN). D'abord, nous démontrons, à l'aide d'une analyse de traces réelles, la présence d'hétérogénéité dans les interactions entre les noeuds et que celle-ci peut être prise en compte pour proposer le routage. Deuxièmement, nous proposons l'utilisation d'un formalisme générique basé sur un espace virtuel euclidien, appelé MobySpace, construit à partir d'informations sur les habitudes de mobilité des noeuds. Nous démontrons, avec le rejeux de traces de mobilité réelles, que ce formalisme peut s'appliquer au routage DTN et qu'il permet de créer des stratégies performantes en terme de taux de livraison et de coût de communication. Enfin, nous étudions une architecture de distribution de contenu en environnement urbain à l'aide de bornes courte portée Bluetooth. Nous étudions plusieurs stratégies de distribution en rejouant des traces collectées lors d'une expérience inédite.

Dans cette thèse, nous exploitons la mobilité des véhicules pour créer un médium de communication ad hoc utile pour déployer des services connectés. Notre objectif est de tirer partie des trajets quotidiens effectués en voiture ou en transport en commun pour surmonter les limitations des réseaux de données tels que l’Internet. Dans une première partie, nous profitons de la bande passante que génèrent les déplacements de véhicules équipés de capacités de stockage pour délester en masse l’Internet d’une partie de son trafic. Les données sont détournées vers des équipements de stockage appelés points de délestage installés aux abords de zones où les véhicules s’arrêtent habituellement, permettant ainsi de relayer les données entre véhicules jusqu'au point de délestage suivant où elles pourront éventuellement être déchargées. Nous proposons ensuite deux extensions étendant le concept de point de délestage selon deux directions dans le contexte de services reposant toujours la mobilité des véhicules. Dans la première extension, nous exploitons les capacités de stockage des points de délestage pour concevoir un service de stockage et partage de fichiers offert aux passagers de véhicules. Dans la seconde extension, nous dématérialisons les points de délestage en zones géographiques pré-définies où un grand nombre de véhicules se rencontrent suffisamment longtemps pour transférer de grandes quantités de données. L’évaluation des performances des différents travaux menés au cours de cette thèse montrent que la mobilité inhérente aux entités du quotidien permet la fourniture de services innovants avec une dépendance limitée vis-à-vis des réseaux de données traditionnels. / In this thesis, we exploit the daily mobility of vehicles to create an alternative transmission medium. Our objective is to draw on the many vehicular trips taken by cars or public transports to overcome the limitations of conventional data networks such as the Internet. In the first part, we take advantage of the bandwidth resulting from the mobility of vehicles equipped with storage capabilities to offload large amounts of delay-tolerant traffic from the Internet. Data is transloaded to data storage devices we refer to as offloading spots, located where vehicles stop often and long enough to transfer large amounts of data. Those devices act as data relays, i.e., they store data it is until loaded on and carried by a vehicle to the next offloading spot where it can be dropped off for later pick-up and delivery by another vehicle. We further extend the concept of offloading spots according to two directions in the context of vehicular cloud services. In the first extension, we exploit the storage capabilities of the offloading spots to design a cloud-like storage and sharing system for vehicle passengers. In the second extension, we dematerialize the offloading spots into pre-defined areas with high densities of vehicles that meet long enough to transfer large amounts of data. The performance evaluation of the various works conducted in this thesis shows that everyday mobility of entities surrounding us enables innovative services with limited reliance on conventional data networks.

L'imagerie moléculaire est un domaine permettant d'observer et d'analyser in vivo le fonctionnement cellulaire et tissulaire. Elle permet une meilleure compréhension des bioprocessus et par ricochet, le diagnostic, le traitement et le suivi de plusieurs maladies telles que les maladies neurologiques, cardiovasculaires ou les tumeurs cancéreuses. Le LabPET[indice supérieurTM] II, un scanner d'imagerie médicale TEP en développement au sein du Groupe de Recherche en Appareillage Médical de Sherbrooke (GRAMS), vise à atteindre une résolution spatiale submillimétrique. Ceci demande une densité de détecteurs de l'ordre de 37 000, répartis sur un anneau de 15 cm de diamètre par 12 cm de longueur axiale. Le but ultime est de pouvoir jumeler la tomodensitométrie (TDM) durant la même séance, et de combiner ainsi les informations métaboliques et les informations anatomiques tout en assurant une réduction par un facteur 1,5 à 5 la dose de rayon X par rapport aux doses actuelles en TDM. Ce défi est réparti sur plusieurs axes, parmi lesquels se trouve la chaîne de détection frontale analogique. Un circuit intégré (ASIC) a été développé pour atteindre les performances attendues en TEP et initier des travaux en TDM par comptage de photons individuels. La conception se base sur l'approche de mesures au-dessus d'un seuil (Time Over Threshold (TOT)). Ce choix impose un soin particulier au niveau de l'extraction de l'information temporelle des événements détectés. Ainsi, un convertisseur temps numérique a été conçu à partir d'une boucle à verrouillage de délai (DLL). Le convertisseur comporte deux composantes dont un compteur grossier synchronisé sur l'horloge de référence de 100 MHz (10 ns) et un autre compteur d'une résolution de 312.5 ps.

Cette thèse traite de la dissémination de messages dans les réseaux tolérants aux délais (DTNs). Ce type d'environnements très contraints ouvre de nombreux défis parmi lesquels le routage qui exploite au mieux les critères de mobilité des noeuds, le routage utilisant un nombre réduit de copies du message à disséminer, le routage de messages respectant la vie privée des noeuds, le routage en présence de nœuds égoïstes. Ce sont ces défis que nous adressons dans le cadre de cette thèse. La première contribution de cette thèse consiste en un protocole de routage adaptatif pour les DTNs exploitant au mieux les critères de mobilité des nœuds. En particulier, ce protocole permet de déterminer à chaque fois qu'une décision de routage doit être prise, quel critère de mobilité augmente la probabilité que le message soit délivré à sa destination. Cette décision est prise grâce à une fonction d'utilité calculée par les nœuds après normalisation des valeurs décrivant les différents critères de mobilité. Le protocole est validé par des simulations faites en utilisant des traces de mobilité réelles et en comparaison avec des protocoles de l'état de l'art. Les résultats montrent de meilleures performances en terme de taux de délivrance de messages mais à coût plus élevé. La seconde contribution de cette thèse consiste en un protocole dont le but est d'adapter dynamiquement le nombre de copies de messages disséminés dans le réseau. Le protocole proposé dans cette thèse résout ce problème en pré-calculant un nombre de copies nécessaire pour atteindre une certaine probabilité de délivrance, puis en augmentant dynamiquement ce nombre au fur et à mesure que le délai d'expiration du message approche. Les résultats montrent que le protocole proposé offre un taux de délivrance équivalent aux protocoles les plus performants à un cout bien inférieur. La troisième contribution de cette thèse consiste en un protocole de routage dans les DTNs qui protège la vie privée des nœuds. En particulier, ce protocole protège les informations relatives à la mobilité des nœuds. Ceci est fait en se basant sur l'organisation des nœuds en communautés. En particulier, au lieu de comparer leur propres probabilités de rencontrer la destination d'un message donné, dans le protocole proposé, les nœuds comparent la probabilité qu'un nœud de leur communauté rencontre la destination. Afin de calculer cette probabilité au sein de la communauté de manière à préserver les valeurs individuelle, le protocole se base sur des algorithmes de cryptographie afin de calculer des produits de probabilité de manière à protéger les valeurs individuelles. Les résultats montrent que le protocole exhibe des performances équivalentes aux protocoles existants tout en étant le seul à respecter les informations confidentielles des usagers. / Mobile Delay Tolerant Networks (MDTNs) are wireless mobile networks in which a complete routing path between two nodes that wish to communicate cannot be guaranteed. A number of networking scenarios have been categorized as MDTNs, such as vehicular ad hoc networks, pocket switched networks, etc. The network asynchrony, coupled with the limited resources of mobile devices make message dissemination (also called routing) one of the fundamental challenges in MDTNs. In the literature, a large body of work has been done to deal with routing in MDTNs. However, most of the existing routing protocols are based on at least one of the following three assumptions: (1) all messages can be routed by relying on a single mobility property; (2) all messages can be routed using a single message allocation strategy; (3) users are willing to disclose their mobility information and relationships to others in order to improve the quality of the routing. We argue that the above three assumptions are not realistic because: (1) users can exhibit various social behaviors and consequently various mobility properties (e.g., they can have regular movements during week-days and exhibit non-predictable movements during week-ends); (2) some messages might need more or less copies to be delivered according to the localization of the source and the destination and to the urgency of the message; and (3) users mobility data can disclose sensitive information about the users. In this thesis, we relieve MDTN routing from the above three restrictive assumptions. Firstly, we propose an adaptive routing protocol for mobile delay tolerant networks. The proposed protocol can dynamically learn the social properties of nodes based on their mobility patterns, and exploit the most appropriate routing strategy each time an intermediate node is encountered. Simulations performed on real mobility traces show that our protocol achieves a better delivery ratio than existing state-of-the-art routing protocols that rely on a single mobility property. Secondly, we present a delay and cost balancing protocol for efficient routing in mobile delay tolerant networks. The presented protocol reasons on the remaining time-to-live of a message to dynamically allocate the minimum number of copies that are necessary to achieve a given delivery probability. Evaluation results show that the protocol can achieve a good balance between message delivery delay and delivery cost, compared with most of the existing routing protocols in the literature. Lastly, we propose an efficient privacy preserving prediction-based routing protocol for mobile delay tolerant networks. This protocol preserves the mobility patterns of a node from being disclosed by exploiting the mobility pattern of communities that node belongs to. Evaluation results demonstrate that this protocol can obtain comparable routing performance to prediction-based protocols while preserving the mobility pattern of nodes.