La problématique de la qualité de service dans les réseaux locaux sans fils IEEE 802.11 demeure l'un des défis délicats à surmonter par la communauté scientifique. L'étude et l'évaluation des approches apportés pour le support de QoS dans ce type de réseaux que ce soit par des simulations, des modèles analytiques ou des mesures réelles montrent que ces approches sont toujours insuffisantes pour apporter des vraies garanties de qualité de services aux utilisateurs sans fils. Suite à des travaux effectués au CRAN qui ont porté sur l'équilibrage des charges dans les réseaux Ethernet industriels nous avons opté pour une méthode d'équilibrage de charges dans le contexte des réseaux Hotspots 802.11. L'objectif de cette approche est d'équilibrer les charges des points d'accès pour satisfaire aux besoins en termes de qualité de service de l'ensemble des applications sans fils. Ces besoins sont exprimés en termes de disponibilité, de délais, de bande passante, etc. Nous avons alors définis un algorithme d'équilibrage de charges pouvant établir dynamiquement des associations optimales entre les utilisateurs présents dans un Hotspot et les points d'accès en service. Un protocole d'échanges entre les stations sans fils et les points d'accès et entre ces derniers et le serveur d'équilibrage de charges a été établi. Le fonctionnement de ce protocole a été vérifié et simulé en utilisant les outils SDL et MSC. Pour l'évaluation de la performance de l'approche d'équilibrage par rapport à la méthode d'accès de base du protocole, nous avons effectué une ensemble de simulations sur OPNET et montré que cette approche permet d'améliorer un ensemble de paramètres de qualité de service perçu par les utilisateurs d'un réseau Hotspot. Dans le futur, nous continuerons à travailler sur l'évaluation de cette approche couplée avec les nouvelles recommandations du standard IEEE 802.11e et à trouver les solutions techniques nécessaires à son implémentation. / The issue of quality of service in IEEE 802.11 Wireless LAN remains a delicate challenge to be overcome by the scientific community. The performance evaluation of actual approaches made to support QoS in these networks, also through simulations, analytical models or real measurements shows that these approaches are still insufficient to give real guarantees of quality of services to wireless users. Following the work being done by CRAN which focused on balancing loads in industrial Ethernet networks we opted for a method of load balancing in the hotspots 802.11. Our objective is to balance access points loads to meet the needs in terms of quality of service of wireless users application’s. These requirements are expressed in terms of availability, delays, bandwidth ... We defined a load balancing algorithm to dynamically establish optimal associations between users in a hotspot and access points in service. A protocol exchanges between wireless stations and access points and between access points and a load balancing server has been established. The operation of the protocol was verified and simulated using SDL and MSC tools. To evaluate the performance of the balancing approach over the 802.11 standard method, a set of simulations were carried out. Those OPNET simulations show that the proposed approach can improve a set of quality of service parameters by the wireless users. In the future, we continue to work on the evaluation of this approach coupled with the new recommendations of the IEEE 802.11e standard and to find technical solutions necessary for its implementation in real networks.

Un double constat motive ce travail: la demande en calcul haute performance des chercheurs et la faible utilisation moyenne de la puissance des ressources pédagogiques. Le problème a été de répondre à cette demande, tout en préservant les ressources pédagogiques pour les enseignements. Une solution simple et transparente pour les utilisateurs finaux a été recherchée. Les besoins des utilisateurs ont mené à un cahier des charges dont la plupart des contraintes sont satisfaites par l'utilisation d'une pile logicielle judicieuse. D'autres ne peuvent être résolues par la seule utilisation de solutions existantes et définissent un problème d'ordonnancement, où il faut répartir les processus soumis sur les ressources des salles de TPs. Plusieurs heuristiques ont été proposées pour le résoudre. Elles ont été comparées à l'aide d'un simulateur, puis implémentée sur une plateforme expérimentale. / Two facts are motivating this work: the demand for High Performance Computing of researchers and the low usage of the computing power of the pedagogic ressources. This thesis aims at giving an answer to the demand for HPC, while preserving the pedagogic ressources for the teaching. This work looked for a solution that would be simple and straightforward for the final users. Their needs and wishes lead to the definition of some specifications, in which most of the constraints could be satisfied with the use of a well designed software stack. Some others, however, cannot be satisfied with the use of existing solutions only, they define a new scheduling problem, in which the goal is to schedule the processes on the available ressources. This problem was studied and solved with various heurisitcs, which performances were compared with a simulator before being implemented in an experimental setup.

La simulation de systèmes complexes a pour objectif d'offrir une observation de la dynamique des systèmes étudiés dans un temps adapté à une interprétation scientifique. La simulation orientée agent permet de plus une observation multi-échelle du système considéré car elle s'appuie sur la description des entités granulaires composant celui-ci et leurs interactions. Le grand nombre d'entités nécessaires à la modélisation de systèmes large-échelle grêve cependant les performances en simulation. Ces travaux de recherche visent l'exécution de telles simulations en proposant de les appuyer sur un réseau de plates-formes de simulation. Après avoir identifié les exigences d'une telle approche, nous proposons une architecture agent pour la gestion de la cohérence de la simulation distribuée sur une infrastructure d'exécution flexible. Le système multi-agent formé par les agents répartis sur les plates-formes établit une plate-forme virtuelle exécutant la simulation sans adaptation du modèle simulé. Pour optimiser les performances, nous considérons la représentation du temps dans les simulations et les mécanismes agents d'interaction, notamment le modèle perception/influence sur l'environnement, afin d'établir un ordonnancement parallèle de la simulation. Nous complétons cette exécution parallèle en considérant l'équilibrage de charges dynamique. Ce dernier s'appuie lui aussi sur les informations incluent dans le modèle simulé et vise autant à maximiser l'exploitation de chacune des plates-formes qu'à assurer la flexibilité de la simulation vis à vis de la dynamique de l'infrastructure d'exécution. Ces concepts et algorithmes sont mis en œuvre dans la plate-forme GEAMAS-NG.

La conception d’un entrepôt de données parallèle consiste à choisir l’architecture matérielle,à fragmenter le schéma d’entrepôt de données, à allouer les fragments générés, à répliquer les fragments pour assurer une haute performance du système et à définir la stratégie de traitement et d’équilibrage de charges. L’inconvénient majeur de ce cycle de conception est son ignorance de l’interdépendance entre les sous-problèmes liés à la conception d’un EDP et l’utilisation des métriques hétérogènes pour atteindre le même objectif. Notre première proposition définie un modèle de coût analytique pour le traitement parallèle des requêtes OLAP dans un environnement cluster. Notre deuxième proposition prend en considération l’interdépendance existante entre la fragmentation et l’allocation. Dans ce contexte, nous avons proposé une nouvelle approche de conception d’un EDP sur un cluster de machine. Durant le processus de fragmentation, notre approche décide si le schéma de fragmentation généré est pertinent pour le processus d’allocation. Les résultats obtenus sont très encourageant et une validation est faite sur Teradata. Notre troisième proposition consiste à présenter une méthode de conception qui est une extension de notre travail. Dans cette phase, une méthode de réplication originale, basée sur la logique floue, est intégrée. / Designing a parallel data warehouse consists of choosing the hardware architecture, fragmenting the data warehouse schema, allocating the generated fragments, replicating fragments to ensure high system performance and defining the treatment strategy and load balancing.The major drawback of this design cycle is its ignorance of the interdependence between subproblems related to the design of PDW and the use of heterogeneous metrics to achieve thesame goal. Our first proposal defines an analytical cost model for parallel processing of OLAP queries in a cluster environment. Our second takes into account the interdependence existing between fragmentation and allocation. In this context, we proposed a new approach to designa PDW on a cluster machine. During the fragmentation process, our approach determines whether the fragmentation pattern generated is relevant to the allocation process or not. The results are very encouraging and validation is done on Teradata. For our third proposition, we presented a design method which is an extension of our work. In this phase, an original method of replication, based on fuzzy logic is integrated.

Les principaux critères de comparaison des convertisseurs sont le rendement, la masse, le volume, le coût et la fiabilité. Le contexte environnemental et économique et le développement des applications nomades ouvrent à l’électronique de puissance un domaine d’application de plus en plus vaste. Mais pour imposer cette technologie, il faut sans cesse améliorer ces performances et les compromis entre celles qui sont antagonistes (augmentation du rendement et diminution de la masse par exemple…) ce qui amène naturellement à la problématique de conception et d’optimisation. Le cas spécifique de l’aéronautique n’échappe pas à la règle et les contraintes y semblent encore plus fortes. La réduction de la masse, du volume et l’augmentation du rendement et de la fiabilité sont parmi les défis principaux actuels, et la transition de systèmes hydrauliques ou pneumatique vers des systèmes électriques laisse espérer à une amélioration des performances globales de l’avion. Les architectures des convertisseurs sont un moyen efficace d’améliorer les convertisseurs parce qu’ils permettent de réduire les contraintes au sein des convertisseurs tout en améliorant les formes d’onde en entrée et/ou en sortie. Parallèlement, les composants classiques en silicium ont bénéficié de larges avancés au cours de ces dernières décennies et approchent de leurs limites théoriques. Pour espérer une amélioration, des technologies en rupture sont désormais nécessaires. Au cours de ces dernières années, les technologies de semi-conducteurs dit « à grand gap », essentiellement à base de Nitrure de Gallium ou de Carbure de Silicium (resp. GaN et SiC) se sont considérablement amélioré et sont d’ores et déjà plus performant que les composants Si dans de nombreux cas. Les semi-conducteurs étant généralement plus performants lorsqu’ils ont une tenue en tension plus faible, on envisage ici de cumuler plusieurs avantages en envisageant la mise en série de composants GaN basse-tension pour améliorer l’intégration des convertisseurs de puissance. Dans un premier temps, un convertisseur multi-niveaux élémentaire de type Flying Capacitor (FlyCap) est mis en oeuvre. Des condensateurs de puissance intégrés sont utilisés, ce qui pourrait permettre de réduire l’empreinte de ces composants et de proposer une dissipation thermique commune par le dessus des composants. L’utilisation de composant au temps de commutation réduit est critique pour la fiabilité des convertisseurs. Une étude de l’influence des paramètres physique du circuit électrique sur les inductances parasites de la maille de puissance et de commande est menée permettant de mettre en évidence des règles de conception dans le but d’améliorer la fiabilité des convertisseurs. Dans un second temps, l’équilibrage dynamique de la topologie FlyCap qui est critique pour les formes d’onde et la sureté de fonctionnement est étudié. La prise en compte des pertes dans les semi-conducteurs permet d’améliorer l’estimation de la dynamique d’équilibrage. Une base de réflexion sur le dimensionnement d’un équilibreur passif est également proposée pour optimiser sa dynamique et les pertes associées. Un prototype expérimental à 5 cellules de commutation est présenté permettant d’atteindre une tension d’entrée de 270 V avec des composants 100V.

Les structures de conversion multi-niveaux parallèles permettent de faire transiter de fortscourants tout en gardant une bonne puissance massique ; celles-ci sont réalisées en parallélisantdes cellules de commutation. Cette parallélisation permet de réduire le courant dans chaquecellule et ainsi de revenir dans des gammes plus standard de composants de puissance. Laparallélisation, en utilisant une commande adaptée, améliore les formes d’onde en sortie duconvertisseur. Ce manuscrit se focalisera sur une structure de conversion multiniveaux parallèlespécifique constituée de bras de hacheur dévolteur en parallèles couplés magnétiquement. Eneffet du fait de la commande entrelacée mise en place, l’ondulation du courant de sortie se voitréduite mais en contrepartie l’utilisation d’inductances séparées sur chaque bras entraine uneaugmentation de l’ondulation des courants de bras, directement liée au nombre de cellules decommutation, en fonction de l’ondulation du courant de sortie. Afin de palier à ce problème cesinductances sont remplacées par un (ou plusieurs) coupleur(s) magnétique(s) qui permet(tent) deréduire l’ondulation de courant dans chaque bras. Cependant dans le but de garantir la nonsaturation ainsi qu’une bonne intégration des coupleurs il est nécessaire de s’assurer del’équilibrage des courants de chaque bras malgré une différence entre les paramètres. Ainsi cemanuscrit s’est axé vers la détermination de différentes méthodes de modélisation découplant lesystème permettant le maintien de l’égale répartition des courants en utilisant des différences derapports cycliques. Ces méthodes de modélisation ont été généralisées afin de réaliser unalgorithme permettant de générer des lois de commande quel que soit le nombre de cellules enparallèle. Dans une dernière partie ces lois de commande ont été testées sur un prototype en lesimplémentant sur FPGA afin de procéder à une vérification expérimentale

Architectures hétérogènes sont largement utilisées dans le domaine de calcul haute performance. Cependant, le développement d'applications sur des architectures hétérogènes est indéniablement fastidieuse et sujette à erreur pour un programmeur même expérimenté. Pour passer une application aux architectures multi-cœurs hétérogènes, les développeurs doivent décomposer les données de l'entrée, gérer les échanges de valeur intermédiaire au moment d’exécution et garantir l'équilibre de charge de système. L'objectif de cette thèse est de proposer une solution de programmation parallèle pour les programmeurs novices, qui permet de faciliter le processus de codage et garantir la qualité de code. Nous avons comparé et analysé les défauts de solutions existantes, puis nous proposons un nouvel outil de programmation STEPOCL avec un nouveau langage de domaine spécifique qui est conçu pour simplifier la programmation sur les architectures hétérogènes. Nous avons évalué la performance de STEPOCL sur trois cas d'application classiques : un stencil 2D, une multiplication de matrices et un problème à N corps. Le résultat montre que : (i) avec l'aide de STEPOCL, la performance d'application varie linéairement selon le nombre d'accélérateurs, (ii) la performance de code généré par STEPOCL est comparable à celle de la version manuscrite. (iii) les charges de travail, qui sont trop grandes pour la mémoire d'un seul accélérateur, peuvent être exécutées en utilisant plusieurs accélérateurs. (iv) grâce à STEPOCL, le nombre de lignes de code manuscrite est considérablement réduit. / Heterogeneous architectures have been widely used in the domain of high performance computing. However developing applications on heterogeneous architectures is time consuming and error-prone because going from a single accelerator to multiple ones indeed requires to deal with potentially non-uniform domain decomposition, inter-accelerator data movements, and dynamic load balancing. The aim of this thesis is to propose a solution of parallel programming for novice developers, to ease the complex coding process and guarantee the quality of code. We lighted and analysed the shortcomings of existing solutions and proposed a new programming tool called STEPOCL along with a new domain specific language designed to simplify the development of an application for heterogeneous architectures. We evaluated both the performance and the usefulness of STEPOCL. The result show that: (i) the performance of an application written with STEPOCL scales linearly with the number of accelerators, (ii) the performance of an application written using STEPOCL competes with an handwritten version, (iii) larger workloads run on multiple devices that do not fit in the memory of a single device, (iv) thanks to STEPOCL, the number of lines of code required to write an application for multiple accelerators is roughly divided by ten.

L'équilibrage de charge est une étape importante conditionnant les performances des applications parallèles. Dans le cas où la charge varie au cours de la simulation, il est important de redistribuer régulièrement la charge entre les différents processeurs. Dans ce contexte, il peut s'avérer pertinent d'adapter le nombre de processeurs au cours d'une simulation afin d'obtenir une meilleure efficacité, ou de continuer l'exécution quand toute la mémoire des ressources courantes est utilisée. Contrairement au cas où le nombre de processeurs ne varie pas, le rééquilibrage dynamique avec un nombre variable de processeurs est un problème peu étudié que nous abordons ici.Cette thèse propose différentes méthodes basées sur le repartitionnement de graphe pour rééquilibrer la charge tout en changeant le nombre de processeurs. Nous appelons ce problème « repartitionnement M x N ». Ces méthodes se décomposent en deux grandes étapes. Dans un premier temps, nous étudions la phase de migration et nous construisons une « bonne » matrice de migration minimisant plusieurs critères objectifs comme le volume total de migration et le nombre total de messages échangés. Puis, dans un second temps, nous utilisons des heuristiques de partitionnement de graphe pour calculer une nouvelle distribution optimisant la migration en s'appuyant sur les résultats de l'étape précédente. En outre, nous proposons un algorithme de partitionnement k-aire direct permettant d'améliorer le partitionnement biaisé. Finalement, nous validons cette thèse par une étude expérimentale en comparant nos méthodes aux partitionneursactuels. / Load balancing is an important step conditioning the performance of parallel programs. If the workload varies drastically during the simulation, the load must be redistributed regularly among the processors. Dynamic load balancing is a well studied subject but most studies are limited to an initially fixed number of processors. Adjusting the number of processors at runtime allows to preserve the parallel code efficiency or to keep running the simulation when the memory of the current resources is exceeded.In this thesis, we propose some methods based on graph repartitioning in order to rebalance the load while changing the number of processors. We call this problem \M x N repartitioning". These methods are split in two main steps. Firstly, we study the migration phase and we build a \good" migration matrix minimizing several metrics like the migration volume or the number of exchanged messages. Secondly, we use graph partitioning heuristics to compute a new distribution optimizing the migration according to the previous step results. Besides, we propose a direct k-way partitioning algorithm that allows us to improve our biased partitioning. Finally, an experimental study validates our algorithms against state-of-the-art partitioning tools.

Les travaux de cette thèse concernent la conception et l'optimisation de lignes de transfert reconfigurables. L'objectif principal est de concevoir une ligne d'usinage à moindre coût tout en respectant les contraintes techniques, technologiques et économiques du problème. Le problème d'optimisation correspondant est un problème d'équilibrage de lignes d'usinage sujet à des contraintes spécifiques. Il consiste à affecter les opérations aux stations de travail en minimisant les coûts d'installation. En plus des contraintes habituelles de ce type de problème, à savoir, les contraintes de précédence, d'inclusion et d'exclusion, nous avons dû considérer des contraintes d'accessibilité. De plus, la spécificité principale des lignes reconfigurables par rapport aux lignes de transfert dédiées, vient de la réalisation en série des opérations. Celle-ci rend souvent nécessaire la mise en place de stations équipées de plusieurs centres d'usinage travaillant en parallèle pour obtenir les volumes de production souhaités. Enfin, l'utilisation d'une tête d'usinage mono-broche induit la prise en compte de temps inter-opératoire de déplacements et de changement d'outils qui dépendent de la séquence d'opérations. Dans un premier temps, nous avons proposé une modélisation mathématique du problème à l'aide d'un programme linéaire en nombres mixtes. Nous avons aussi développé des méthodes de calcul de bornes inférieures ainsi qu'une procédure de prétraitement. Cependant, les contraintes additionnelles rendent la résolution du problème d'équilibrage plus difficile que dans le cas des lignes dédiées, et l'approche proposée ne permet généralement pas de résoudre des instances de taille industrielle. Pour répondre à ce besoin, nous avons donc développé plusieurs méthodes de résolution approchées du problème en nous inspirant de métaheuristiques efficaces sur des problèmes d'optimisation combinatoire.

Les machines tournantes sont présentes dans bien de domaines de nos industries et de nos sociétés et jouent un rôle primordial dans le transport et l'énergie. Le contexte actuel d'épuisement de ressources fossiles et la demande continuellement en augmentation d'énergie, font du domaine de la production de l'énergie (qu'elle soit électrique, thermique, éolienne, hydraulique ou nucléaire) un secteur qui concentre une part importante de l'innovation et de l'investissement des institutions et des industriels. Les tendances actuelles concernent l'augmentation du rendement et de la fiabilité, la diminution des dimensions, des coûts d'exploitation et des impacts environnementaux. Les machines doivent donc opérer dans des conditions respectant les normes de sécurité, de sûreté, de confort et d'environnement. La maîtrise et l'optimisation de ces conditions ont constitué le fil conducteur des recherches menées. L'ensemble de cette recherche concerne le suivi du comportement, l'équilibrage et le contrôle actif des machines tournantes. Trois thèmes qui ont un point commun la définition et l'identification d'un modèle de la machine ensuite, connaissant les réponses identifier les perturbations et les forces extérieures. Ces recherches constituent la base vers le développement de machines avec une capacité de réagir, sans interventions extérieures, en présence d'une défaillance ou lors de passage des zones de vitesses critiques ou des zones d'instabilités, de modifier ses caractéristiques afin d'avoir toujours un comportement respectant les normes de sécurité, de sûreté, de confort et d'environnement. La base vers un développement d'une Eco machine tournante réactive: une Smart machine tournante. Les premières recherches traitent du suivi de comportement et du diagnostic des boites de transmission de puissance par engrenages. L'objectif est la mise en place d'une approche de maintenance préventive de machines tournantes en présence de défauts combinés d'engrenages et de roulements. L'approche scientifique est à la fois numérique et expérimentale. Dans les deux approches, les défauts critiques étudiés ont été choisis suite à une étude AMDEC (Analyse de Modes de Défaillance, de leurs Effets et leurs Criticités). Les approches pour réduire les nuisances et d'assurer la sécurité de fonctionnement se déclinent, selon les possibilités et les moyens d'intervention, en deux solutions; équilibrage et contrôle actif. En équilibrage les recherches permettront d'une part le développement de méthodes basées sur des modèles identifiés expérimentalement prenant en compte des non linéarités dues à la très grande flexibilité des structures étudiées ou à la dépendance de certaines caractéristiques aux fréquences; elles permettront d'autre part l'optimisation de la répartition des masses de correction à la fois en position et en valeur en considérant des perturbations stochastiques des mesures. Le thème contrôle actif des machines tournantes porte sur le développement et la mise en place de stratégies de contrôle permettant la modification du comportement dynamique des rotors en flexion, en régime transitoire, par l'utilisation d'actionneurs. Le contrôleur peut être dans le domaine physique ou modal avec une commande floue ou neuro-floue. Concernant la technologie d'actionneurs, des travaux ont déjà été réalisés en utilisant des actionneurs piézoélectriques. Le contrôle est efficace et robuste, le seul inconvénient concerne la liaison entre l'actionneur et la machine. Nos recherches actuelles portent sur la conception et le dimensionnement d'actionneurs électromagnétiques qui présentent l'avantage d'être sans contact et offrent la possibilité de contrôler à la fois l'arbre du rotor et un de ces composants (paliers hydrodynamiques). Les activités et thèmes de recherches sont présentés en trois chapitres sans prendre en compte l'aspect chronologique. Chaque chapitre présente la recherche déjà réalisée, celle en cours puis future. Un chapitre est consacré au projet de recherche concernant les études initiées dans un souci d'appliquer et d'adapter les acquis dans des contextes particuliers de complexité des nouvelles machines ou tout simplement la volonté de considérer les besoins environnementaux et le développement d'Eco- Machines Tournantes.