A crucial element of a smart structure is the computer system that processes data collected by sensors and determines an appropriate response. Multicomputers possess many capabilities that are required in computer systems for smart structures. This research examines the implementation and use of multicomputers for distributed processing in smart structures. The research begins by examining previous research and showing the suitability of multicomputers for distributed processing in smart structures. Appropriate cost and performance metrics for evaluating multicomputer architectures are defined. The cost metrics are the number of processors, the number of communication links, and the length of fiber required to embed the network in the structure. The performance measures are the algorithm cycle time and the mean and standard deviation of message latency in the network. The scalability of these metrics is also examined. A key issue in the examination of these metrics is how their application to smart structures differs from their application in traditional systems. The research continues by using a three-processor testbed network to identify general characteristics of algorithms that may be executed in smart structures. The testbed network uses fiber optic sensing, the MIL-STD-1773 communication protocol, and several different assignments for partitioning the necessary computations among the processing nodes to determine the shape of a triangular structure. The effects of math coprocessing on performance and the viability of hybrid links, in which a single optical fiber is used simultaneously for sensing and communication, are also demonstrated. Simulation models of a damage detection, location, and estimation algorithm implemented in VHDL, a hardware description language, are used to examine and compare the performance of multicomputer interconnection network topologies. The topologies examined in this research are a binary hypercube, a custom planar topology, and a custom hierarchical topology. The ability of hierarchical architectures to limit cost while providing acceptable performance is demonstrated. The simulations also examine the effects of background message traffic and the ratio of communication time to processing time on performance. The combined results of the testbed and simulation experiments show the importance of process assignment and scheduling. / Ph. D.

Dans une machine sans mémoire commune, les processeurs communiquent par échanges de messages via des liaisons point à point. Les machines à connectique fixe utilisent des liaisons permanentes organisées selon un graphe d'interconnexion régulier tel qu'une grille ou un hypercube. Les messages qui ne beneficient pas d'une liaison directe doivent être routés de voisin en voisin jusqu'à leur destination. Les performances de ces machines sont tributaires de l'adéquation entre le graphe des communications entre tâches et le graphe d'interconnexion<br />physique des processeurs.<br />Cette thèse examine les possibilités offertes par les machines<br />à réseau d'interconnexion programmable, dites reconfigurables, et<br />deux modes de fonctionnement seront étudiés. La reconfiguration synchrone programme le réseau d'interconnexion en une seule fois avant l'exécution de l'application. Le routage des messages n'est pas totalement éliminé et l'utilisation possible de topologies irrégulières en complique la mise en oeuvre. Le réseau peut au contraire être reprogrammé systématiquement pour chaque message de telle sorte qu'il bénéficie d'une liaison directe le temps de son transfert. Ce mode de reconfiguration, dit asynchrone, impose<br />de fortes contraintes sur la vitesse de commande du réseau.<br />Cette thèse a été entreprise dans le cadre du projet de recherche<br />européen ESPRIT "supernode" ; le but de celui-ci étant la construction de multiprocesseurs reconfigurables à base de transputers.

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Ce travail a pour objet l'étude d'une méthode de décomposition de domaines: la méthode des éléments avec joints. L'un des atouts de la méthode des él\éments avec joints, et une de ses premières motivations, est qu'elle offre la possibilité de traiter des géométries complexes et de raccorder des maillages non conformes. La méthode des éléments avec joints est une méthode sans recouvrement, parallélisable. De manière générale, une fois le domaine divisé en sous-domaines, on utilise sur chacun de ces sous-domaines une discrétisation en é\éments finis avec des maillages qui ne coincident pas aux interfaces. La méthode des éléments avec joints utilise une formulation hybride des équations du problème de départ qui repose sur l'introduction de multiplicateurs de Lagrange $\lambda$ pour traiter la contrainte de continuité aux interfaces entre les sous-domaines. Le problème hybride est résolu par la méthode du gradient conjugué. Afin de faciliter la convergence de ce solveur, différents préconditionneurs ont été étudiés. Le premier est une extension au cas non conforme du préconditionneur condensé, le deuxième est basé sur la construction de bases hiérarchiques de l'espace des multiplicateurs de Lagrange, le troisième est un préconditionneur par blocs. Finalement, une étude approfondie de l'extension de la méthode des éléments avec joints aux modèles de plaques D.K.T. a été réalis\ée du point de vue de l'analyse numérique (étude de la convergence) et de l'implémentation.

Cette thèse contient quelques applications des chaînes de Markov et des processus de décision markoviens pour la contrôle de congestion et de puissance. D´abord nous étudions le comportement de la taille de la fenêtre d´une source qui utilise l´algorithme MIMD. Nous montrons que le logarithme de la taille de la fenêtre suit une récurrence stochastique additive, et est une chaîne de Markov. Nous montrons aussi que le débit obtenu par une source est proportionnel à l´inverse de la probabilité de perte d´un paquet. Ensuite, nous analysons le processus de la taille de la fenêtre d´un algorithme de contrôle de congestion en temps continu. Nous pourvoyons des conditions sous lesquelles deux algorithmes ont le même comportement. Puis, nous étudions le processus de rapport de deux sources qui utilisent l´algorithme MIMD et qui partagent la capacité d´un goulot d´étranglement. Pour les sources hétérogènes, nous montrons que l´intensité du processus de perte de paquet doit être supérieure à une constante qui dépend des paramètres des algorithmes pour que l´indice d´équité s´améliore. Ensuite, nous présentons un modèle stochastique pour obtenir la distribution jointe du nombre instantané de paquets et sa moyenne mobile. Ensuite, nous étudions un problème de commande optimale en temps discret. Un appareil mobile veut transmettre des paquets et conserver son énergie en même temps. Nous montrons que la politique optimale est un contrôle à seuil. Enfin, par simulations, nous étudions le délai des flots TCP sur la voie descendante de l´UMTS lorsque deux politiques différentes de commutation de canaux sont utilisées.

The parallel version of precondition iterative techniques is developed for matrices arising from the panel boundary element method for three-dimensional simple connected domains with Dirichlet boundary conditions. Results were obtained on an nCUBE-2 parallel computer showing that iterative solution methods are very well suited also in three-dimensional case for implementation on a MIMD computer and that they are much more efficient than usual direct solution techniques.

The parallel version of precondition iterative techniques is developed for matrices arising from the panel boundary element method for three-dimensional simple connected domains with Dirichlet boundary conditions. Results were obtained on an nCUBE-2 parallel computer showing that iterative solution methods are very well suited also in three-dimensional case for implementation on a MIMD computer and that they are much more efficient than usual direct solution techniques.

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