L’objectif de la thèse est d’étudier la gestion de bout en bout des architectures à la SDN, et comment nos briques OSS (Operation Support System) doivent évoluer: cela implique d’étudier les processus métier associés, leurs implémentations ainsi que l’outillage nécessaire. Les objectifs de la thèse sont donc de répondre aux verrous suivants:1. Identifier les changements impliqués par l’émergence de ces réseaux programmables sur les architectures de gestions en termes d’exigences ou "requirements". L’étude peut être focalisée sur un type de réseau, mobile par exemple. 2. Identifier l’évolution à apporter aux interfaces de gestions actuelles: quelles alternatives aux FCAPS (fault, configuration, accounting, performance, and security) ? Quels changements à apporter aux couches de gestions allant du gestionnaire d’équipement ou "Element Management System" jusqu’au OSS ? / The main goal of the PhD activities is to define and develop architecture and mechanisms to ensure consistency and continuity of the operations and behaviors in mixed physical/virtual environments, characterized by a high level of dynamicity, elasticity and heterogeneity by applying a cognitive approach to the architecture where applicable. The target is then to avoid the "build it first, manage it later" paradigm. The research questions targeted by the PhD are the following: 1. Identify the changes on Network Operation Support Systems implementation when using SDN as a design approach for future networks. The study could be restricted to mobile networks for example, or sub-part of it (CORE networks, RAN, data centers, etc); 2.Identify the needed evolution at the management interfaces level: a. Shall we need alternative to the well-known FCAPS and do we still need the element management system? b. What will change to provision an SDN based service? c. How to ensure resiliency of SDN based networks?

La première thématique développée dans ce mémoire vise à développer de nouveaux algorithmes pour la commande des éoliennes reposant sur une machine asynchrone à double alimentation et des convertisseurs multi niveaux. Deux stratégies de contrôle direct du courant, basées sur l'Hystérésis à Zones Carrées et l'Hystérésis à Zones Circulaires (HZCi) ont été proposées. Celles-ci consistent à appliquer des vecteurs de tension appropriés pour contrôler les puissances actives et réactive générées et permettent également d'équilibrer les tensions du bus continu interne des convertisseurs. Des résultats de simulation et d'expérimentation montrent que la stratégie basée sur l'HZCi est meilleure en termes de forme d'onde et de contenu harmonique des tensions de sortie.La seconde concerne la supervision et la gestion des puissances active et réactive dans une ferme éolienne au vu de son intégration dans un réseau électrique. Cette supervision centralisée est assurée par un algorithme qui distribue les consignes de puissance aux éoliennes de la ferme de manière proportionnelle. Ces références sont fonction de la capacité maximale de production de l'éolienne. Pour cela, une analyse des transits de puissance dans le système éolien à base de la machine asynchrone à double alimentation a été effectuée. Elle a permis de déterminer la caractéristique (P, Q) du générateur et de calculer ses limites de compensation en termes de puissance réactive. Une gestion locale des puissances de chaque éolienne a été développée permettant ainsi une répartition des puissances entre le stator de la machine et le convertisseur coté réseau en considérant plusieurs modes de fonctionnement du système éolien.

La performance et l'efficacité de la gestion sont devenues une préoccupation au sein de la communauté de gestion de réseaux et de services depuis maintenant. Cette préoccupation est due ssentiellement aux dimensions grandissantes de réseaux et de services, à l'intégration de plan de gestion dans le plan fonctionnel de ses réseaux et ses services et la précision qu'elle doit offrir la gestion afin d'accomplir ses tâches convenablement avec des délais raisonnables. Les études existantes qui ont tentées de quantifier la performance de la gestion présentent plusieurs limites au niveau des métriques et des méthodes employées. En effet, les principales lacunes de ces études sont l'absence de métriques standards et les caractères non comparables, non reproductibles et non représentatives de leurs méthodologies de mesure.<br /><br />Etant donné ce cadre, nous avons travaillé sur la définition d'un ensemble de métriques primaires et secondaires pour mesurer la performance d'une approche de gestion. Les métriques primaires sont regroupées en trois familles : rapidité, coût et qualité. Les métriques secondaires proposées reposent sur ces dernières et permettent de quantifier l'efficacité, le passage à l'échelle et l'incidence de la gestion. Nous avons élaboré une méthodologie pour mesurer ces métriques primaires. Afin de valider cette proposition, nous avons conçu et implanté un banc de mesure dédié à l'évaluation de performances de l'approche de gestion JMX.<br /><br /><br />La seconde partie de notre travail a porté sur l'élaboration de fines campagnes de mesures de performances de JMX. Les résultats de ces mesures, nous ont permis de caractériser le passage à l'échelle, l'incidence de la gestion sur la performance d'un système géré et les délais de l'approche JMX sous différents scénarios. Nous avons trouvé que les délais que subissent les opérations JMX suivent approximativement une distribution statistique de Weibull. Grâce à ce rapprochement, nous avons pu identifier l'effet des délais sur le comportement d'un algorithme de supervision, notamment la distorsion temporelle de la vue observée par le gestionnaire par rapport à la vue réelle du système géré.

Cette thèse s’intéresse au problème du renouvellement des infrastructures des services de distribution d’eau potable. Nous observons aujourd’hui dans les pays développés qu’une grande partie des canalisations atteint un état d’obsolescence avancé.  La principale conséquence de cette obsolescence est l’apparition de fuites importantes. L’eau perdue dans ces fuites entraîne des pertes économiques liées au gaspillage des ressources investies dans la production d’eau potable, une baisse de qualité de l’eau et des pertes financière. Dans cette thèse j’explore les raisons pour lesquelles le taux de renouvellement des réseaux de distribution d’eau est si faible comparé aux besoins manifestes. Cette thèse est composée de trois chapitres. Dans le premier chapitre, je présente un modèle statique de minimisation des coûts pour obtenir un indice de qualité qui est « cost-efficient ». Cet indice est défini comme une proportion des canalisations de « bonne qualité » par rapport à la longueur totale du réseau. La solution optimale dépend de l’arbitrage entre le coût des pertes en eau par rapport au coût des canalisations de bonne qualité. Lorsque des économies d’échelle liées à la densité du réseau existent, comme dans les services urbains, les pertes en eau représentent un coût important et la réduction des pertes en eau par une augmentation de la qualité du réseau est une solution bénéfique pour les services d’eau. Cependant, nous montrons que les services d’eau dans les milieux ruraux font face à de plus grandes difficultés, à la fois pour pouvoir assurer une réduction des pertes en eau et pour répercuter le coût de renouvellement dans les prix.Dans le deuxième chapitre, je présente un modèle de « optimal switching time » qui étudie la date optimale de renouvellement des infrastructures déterminée à partir d’un modèle de maximisation des profits des services d’eau. Dans ce modèle, nous analysons le choix entre la réhabilitation et le remplacement des canalisations. Cela signifie que les services d’eau peuvent choisir une option moins coûteuse caractérisée par la réhabilitation des vielles canalisations ou le remplacement immédiat qui entraîne un coût nettement supérieur. Les résultats nous montrent que le remplacement direct est un choix plus raisonnable puisque les gains associés à la réduction temporaire des pertes en eau et au prolongement de la durée de vie des canalisations ne compensent pas le coût supplémentaire associé à la réhabilitation. Ceci est particulièrement visible dans le cas des services d’eau en milieux urbain.Dans le troisième chapitre, je présente une étude empirique concernant le taux de remplacement des canalisations dans les services d’eau en France. Les résultats nous montrent que les taux de remplacement sont en moyenne plus élevés dans les services gérés par des régies qu’en affermage. Ceci peut s’expliquer par le fait que les services en régie sont majoritairement présents dans les services de petites tailles. Par conséquent, des taux de remplacement élevés sont souvent associés à des réseaux de petite taille (faible kilométrage de canalisations). De plus, dans les petits services ruraux, les travaux de remplacement sont souvent réalisés en parallèle d’autres travaux. Néanmoins nous observons également dans les services de grande taille des taux de remplacement plus élevés dans les services en régie que dans les services en affermage. Ceci peut s’expliquer par une différence d’objectif défini par les services en régie et les services en affermage : les services en affermage ne sont pas responsables du renouvellement des canalisations à moins que ceci soit spécifié dans leurs contrats. De plus, nos résultats montrent que même s’il existe un effet négatif de la taille des services sur les taux de remplacement, dans les très grandes villes, les taux de remplacement sont plus élevés. Ceci est cohérent avec les résultats théoriques obtenus dans les deux premiers chapitres. / This dissertation focuses on the issue of water infrastructure renewal in potable water distribution networks. I investigate the reasons why water infrastructure in certain water utilities are not renewed. This dissertation is divided into three chapters. The first chapter is based on theoretical models that solve for the optimal water main network quality index. The second chapter studies the optimal timing of water mains replacement. And finally, the third chapter is based on an empirical study on the factors that influence the water main replacement rates in French utilities.In the first chapter I present a static cost minimisation model to solve for the cost-efficient water main quality index. This quality index is defined as the proportion of ``new" mains (which we denote as ''good quality mains'') to the total length of mains. The solution depends on the arbitrage between the cost of water loss and the cost of good quality mains. Where economies of network density are present such as urban utilities, water loss represents a cost burden to the water utility; hence water loss reduction (high network quality) is beneficial. Furthermore, we show that rural utilities face the largest difficulty in achieving both water loss reduction and cost recovery of network renewal.In the second chapter I present a two-stage optimal switching timing model that solves for the profit-maximising timing of water mains replacement. This model considers the option between rehabilitation and replacement. Water utilities may be inclined to rehabilitate old mains to extend their longevity since rehabilitation costs are much lower than replacement costs. We show that it is beneficial for the utilities to replace mains that are already obsolete than to rehabilitate since the generated benefit from temporary water loss reduction and the postponement of replacement is not worth the cost of rehabilitation. This is particularly noticeable in large urban utilities that face large costs of water loss.In the third chapter, I present an empirical study on the water mains replacement rates observed in French water utilities. The empirical results based on cross sectional data show that publicly operated utilities on average have higher replacement rates than outsourced utilities. This is because most of the public utilities have short total network length (very high replacement rates are associated with small network length). Moreover, small rural networks tend to conduct replacement of mains alongside other roadworks. However results also show that public utilities have higher replacement rates over outsourced ones in very large urban utilities. This result reflects the difference of priorities defined by in-house operated utilities and outsourced utilities. This difference does not imply that outsource utilities neglect network renewal; instead it reveals the nature of the structure of outsourced utilities. The responsibility of outsourced utilities are defined in the contract signed with the local authority. If network renewal is not specified, there is no incentive for replacing mains. Moreover, in practice, outsourced utilities often manifest higher prices which are accompanied by higher water quality. Furthermore, the results show that the size of the network has a large impact on replacement rates. The longer the length, the proportion of replaced mains are smaller; however, for very large utilities the negative effect disappears. The results show that replacement rates are indeed greater in very large urban utilities. This result is coherent with the theoretical models presented in the first chapter that shows the urgent need for high network quality in large urban utilities.

L’évolution de l’équipement des réseaux d’eau potable a considérablement amélioré le pilotage de ces derniers. Le telérelevé des compteurs d’eau est sans doute la technologie qui a créé la plus grande avancée ces dernières années dans la gestion de l’eau, tant pour l’opérateur que pour l’usager. Cette technologie a permis de passer d’une information le plus souvent annuelle sur les consommations (suite à la relève manuelle des compteurs d’eau) à une information infra-journalière. Mais le télérelevé, aussi performant soit-il, a un inconvénient : son coût. L’instrumentation complète d’un réseau engendre des investissements que certains opérateurs ne peuvent se permettre. Ainsi la création d’un échantillon de compteurs à équiper permet d’estimer la consommation totale d’un réseau tout en minimisant les coûts d’investissement. Cet échantillon doit être construit de façon intelligente de sorte que l’imprécision liée à l’estimation ne nuise pas à l’évaluation des consommations. Une connaissance précise sur les consommations d’eau permet de quantifier les volumes perdus en réseau. Mais, même dans le cas d’une évaluation exacte des pertes, cela ne peut pas suffire à éliminer toutes les fuites sur le réseau. En effet, si le réseau de distribution d’eau potable est majoritairement enterré, donc invisible, il en va de même pour les fuites. Une fraction des fuites est invisible et même indétectable par les techniques actuelles de recherche de fuites, et donc irréparable. La construction d’un modèle de fuite multi-états permet de décomposer le débit de fuite suivant les différents stades d’apparition d’une fuite : invisible et indétectable, invisible mais détectable par la recherche de fuite et enfin visible en surface. Ce modèle, de type semi-markovien, prend en compte les contraintes opérationnelles, notamment le fait que nous disposons de données de panel. La décomposition du débit de fuite permet de fait une meilleure gestion du réseau en ciblant et adaptant les actions de lutte contre les fuites à mettre en place en fonction de l’état de dégradation du réseau. / The evolution of equipment on drinking water networks has considerably bettered the monitoring of these lasts. Automatic meter reading (AMR) is clearly the technology which has brought the major progress these last years in water management, as for the operator and the end-users. This technology has allowed passing from an annual information on water consumption (thanks to the manual meter reading) toan infra-daily information. But as efficient as AMR can be, it has one main inconvenient : its cost. A complete network instrumentation generates capital expenditures that some operators can’t allowed themselves. The constitution of a sample of meters to equip enables then to estimate the network total consumption while minimizing the investments. This sample has to be built smartly so the inaccuracy of the estimator shouldn’t be harmful to the consumption estimation. A precise knowledge on water consumption allowsquantifying the water lost volumes on the network. But even an exact assessment of losses is still not enough to eliminate all the leaks on the network. Indeed, if the water distribution network is buried, and so invisible, so do the leaks. A fraction of leaks are invisible and even undetectable by the current technologies of leakage control, and so these leaks are un-reparable. The construction of a multi-state model enables us to decompose the leakage flow according to the different stages of appearance of a leak : invisible and undetectable, invisible but detectable with leakage control and finally detectable. This semi-Markovian model takes into account operational constrains, in particular the fact that we dispose of panel data. The leakage flow decomposition allows a better network monitoring but targeting and adapting the action of leakage reduction to set up according to the degradation state of the network.

Ce travail a pour but d'analyser les effets de la tarification sur l'évolution des demandes résidentielles en eau fournie par les réseaux publics de distribution et d'assainissement, le cadre d'étude pratique concernant une économie en transition, la République Slovaque. Les autorités slovaques ont choisi de remettre en cause le mode de gestion des réseaux, jusque là caractérisé par une politique de gestion d'un monopole naturel au coût marginal, entraînant des déficits, et dont la tarification, via l'existence de subventions croisées entre groupes d'usagers, cherchait jusque là justement à protéger les consommateurs résidentiels des effets de la transition. L'analyse économétrique de la demande résidentielle slovaque, menée sur deux échantillons différents (1994-1998 et 1999-2001), et utilisant des méthodes spécifiques de traitement des données de panel, fait apparaître un coefficient d'élasticité-prix faible pour chacun d'eux (respectivement -0,21 et -0,41), toutefois en hausse dans le temps. Le premier échantillon fait néanmoins apparaître un surprenant coefficient d'élasticité-revenu, également négatif, et beaucoup plus important (-0,53), dont l'origine pourrait résider dans le fait que l'élévation rapide du niveau de vie général aurait permis aux ménages de renouveler un stock d'appareils utilisateurs d'eau beaucoup plus économes. L'analyse, également menée en termes de classe de revenu, fait apparaître, sur les deux échantillons, que l'élasticité-prix de la demande aurait tendance à diminuer avec le niveau de revenu, indiquant ainsi que ce sont les consommateurs les plus modestes qui seraient les plus réceptifs aux fortes variations de tarifs visant à équilibrer les comptes déficitaires de la compagnie nationale de gestion des réseaux publics. Ces résultats infirment ainsi ceux tirés de l'analyse théorique des réactions de la demande des biens multifonctions, mais qui s'inspiraient des comportements des individus au sein d'une économie traditionnelle de marché. Les changements dans la tarification sont alors susceptibles de renforcer les inégalités sociales, sans pour autant permettre de gérer plus durablement la ressource et de développer les infrastructures dans les zones les plus délaissées.

Avec l'utilisation grandissante des technologies distribuées sans fil pour la modernisation des services, les déploiements d'infrastructures radio dédiées ne permettent plus de garantir des communications fiables, à grande échelle et pour un bas coût. Cette thèse vise à permettre à un opérateur de déployer une infrastructure de réseau radio pour plusieurs applications clientes de l'Internet des Objets (IoT). Nous étudions la mutualisation d'une architecture pour différents flux de trafic afin de rentabiliser le déploiement du réseau en partageant la capacité des nœuds et une large couverture. Nous devons alors garantir une Qualité de Service (QoS) différenciée pour les flux de chaque application. Nous proposons de spécifier des contrats de QoS nommés Service Level Agreements (SLA) dans le domaine de l'IoT. Ceux-ci définissent les indicateurs clés de performance (KPI) de délai de transit et de taux de livraison pour le trafic provenant d'objets connectés distribués géographiquement. Dans un second temps, nous détaillons les fonctionnalités nécessaires à la mise en œuvre des SLA sur le réseau opéré, sous la forme d'une architecture de gestion de SLA. Nous envisageons l'admission de nouveaux flux, l'analyse des performances courantes et la configuration des relais de l'opérateur. Sur la base d'une technologie robuste, multi-saut, IEEE Std 802.15.4-2015 mode TSCH, nous proposons un mécanisme d'observation de réseau permettant de vérifier les différents KPI. Nous utilisons les trames de données existantes comme support de collecte afin de réduire le surcoût en termes de ressources de communication. Nous comparons différentes stratégies de piggybacking afin de trouver un compromis entre la performance et l'efficacité de l'observation. Puis nous détaillons KAUSA, un algorithme d'allocation de ressources sous contraintes de QoS multi-flux. Nous dédions des ressources temps-fréquences ajustées saut-par-saut pour chaque message. KAUSA prend en compte les interférences, la fiabilité des liens radio et la charge attendue afin d'améliorer la répartition des ressources allouées et ainsi prolonger la durée de vie du réseau. Nous montrons les gains et la validité de nos contributions par simulation, sur la base de scénarios réalistes de trafic et d'exigences. / With the growing use of distributed wireless technologies for modern services, the deployments of dedicated radio infrastructures do not enable to ensure large-scale, low-cost and reliable communications. This PhD research work aims at enabling an operator to deploy a radio network infrastructure for several client applications, hence forming the Internet of Things (IoT). We evaluate the benefits earned by sharing an architecture among different traffic flows, in order to reduce the costs of deployment, obtaining a wide coverage through efficient use of the capacity on the network nodes. We thus need to ensure a differentiated Quality of Service (QoS) for the flows of each application. We propose to specify QoS contracts, namely Service Level Agreements (SLAs), in the context of the IoT. SLAs include specific Key Performance Indicators (KPIs), such as the transit time and the delivery ratio, concerning connected devices that are geographically distributed in the environment. The operator agrees with each client on the sources and amount of traffic for which the performance is guaranteed. Secondly, we describe the features needed to implement SLAs on the operated network, and we organize them into an SLA management architecture. We consider the admission of new flows, the analysis of current performance and the configuration of the operator's relays. Based on a robust, multi-hop technology, IEEE Std 802.15.4-2015 on TSCH mode, we provide two essential elements to implement the SLAs: a mechanism for the monitoring of the KPIs, and KAUSA, a resource allocation algorithm with multi-flow QoS constraints. The former uses existing data frames as a transport medium to reduce the overhead in terms of communication resources. We compare different piggybacking strategies to find a tradeoff between the performance and the efficiency of the monitoring. With the latter, KAUSA, we dedicate adjusted time-frequency resources for each message, hop by hop. KAUSA takes into account the interference, the reliability of radio links and the expected load to improve the distribution of allocated resources and prolong the network lifetime. We show the gains and the validity of our contributions with a simulation based on realistic traffic scenarios and requirements.

La première thématique développée dans ce mémoire vise à développer de nouveaux algorithmes pour la commande des éoliennes reposant sur une machine asynchrone à double alimentation et des convertisseurs multi niveaux. Deux stratégies de contrôle direct du courant, basées sur l’Hystérésis à Zones Carrées et l’Hystérésis à Zones Circulaires (HZCi) ont été proposées. Celles-ci consistent à appliquer des vecteurs de tension appropriés pour contrôler les puissances actives et réactive générées et permettent également d’équilibrer les tensions du bus continu interne des convertisseurs. Des résultats de simulation et d’expérimentation montrent que la stratégie basée sur l’HZCi est meilleure en termes de forme d’onde et de contenu harmonique des tensions de sortie.La seconde concerne la supervision et la gestion des puissances active et réactive dans une ferme éolienne au vu de son intégration dans un réseau électrique. Cette supervision centralisée est assurée par un algorithme qui distribue les consignes de puissance aux éoliennes de la ferme de manière proportionnelle. Ces références sont fonction de la capacité maximale de production de l’éolienne. Pour cela, une analyse des transits de puissance dans le système éolien à base de la machine asynchrone à double alimentation a été effectuée. Elle a permis de déterminer la caractéristique (P, Q) du générateur et de calculer ses limites de compensation en termes de puissance réactive. Une gestion locale des puissances de chaque éolienne a été développée permettant ainsi une répartition des puissances entre le stator de la machine et le convertisseur coté réseau en considérant plusieurs modes de fonctionnement du système éolien / This research work deals with two topics conditioning the large scale development of wind turbines into electrical grids. The first is devoted to the development of new algorithms for the control of Doubly Fed Induction Machine (DFIM) based wind energy conversion systems. Two direct current control strategies have been proposed and are based on the hysteresis square areas (HZCA) and hysteresis circular areas (HZCI). Both strategies apply an appropriate voltage vector to control the active and reactive powers delivered to the grid, and also, to balance the voltages of the inner DC bus converter. Simulation and experimental results show that the HZCI strategy is better than HZCA in terms of output voltage waveforms and harmonic contain.The second topic is dedicated to the active and reactive powers supervision in a wind farm in order to supply prescribed power references from the grid operator. This supervision is ensured by a centralized algorithm that distributes power references between wind turbines in a proportional way. These references are calculated according to the maximum production capacity of wind turbines. An analysis of the power flow in the DFIM based wind energy system has been made to identify the (P, Q) characteristic and to calculate limits in terms of reactive power compensation. The local power management of each wind system has been developed allowing the powers distribution between the stator of the DFIM and the grid side converter by considering several operating modes of the wind generator

The all-over trend for an universal access and ubiquitous access to the Internet is driving a revolution in our societies. In order to support this era of nomadic applications, new flexible network architectures have emerged. They are referred to as “wireless ad-hoc networks.” <p><p>Since human-operated devices will more likely be used indoor, it leads to many issues related to the strength of the fading in this environment. Recently, it has been suggested that a possible interaction might exist between various parameters of the ad-hoc networks and, more precisely, between the propagation model and the routing protocol. <p><p>To address this question, we present in this dissertation a cross-layer perspective of the analysis of these indoor ad-hoc networks. Our reasoning is made of four stages. First, the cross-layer interactions are analyzed by the means of multivariate statistical techniques. Since a cross-layering between the physical layer and the routing protocol has been proven to be significant, we further investigate the possible development a physical layer-constrained routing algorithm. <p><p>Second, fundamental equations governing the wireless telecommunications systems are developed in order to provide insightful informations on how a reliable routing strategy should be implemented in a strongly-faded environment. After that, and in order to allow a better spatial reuse, the routing protocol we propose is further enhanced by the adjonction of a power control algorithm. This last feature is extensively analyzed and a closed-form expression of the link probability of outage in presence of non-homogeneous transmission powers is given. Numerous simulations corroborate the applicability and the performance of the derived protocol. Also, we evaluate the gain, in terms of radio channel ressources, that has been achieved by the means of the power control algorithm. <p><p>Third, an architecture for the interconnection with a cellular network is investigated. A closed-form expression of the relaying stability of a node is given. This equation expresses the minimal requirement that a relaying node from the ad-hoc network must fullfil in order to bridge properly the connections to the base-station. <p><p>Finally, a real-life implementation is provided as a validation of the applicability of this novel ad-hoc routing protocol. It is concluded that, both from the performance and the spatial re-use point-of-views, it can be taken advantage from the cross-layering between the physical and the routing layers to positively enhance the networking architectures deployed in an indoor environment. / Doctorat en sciences appliquées / info:eu-repo/semantics/nonPublished