Dans cette thèse, nous nous sommes intéressés à l'analyse et la conception de réseaux étudiés sont les réseaux de fibres optiques et les réseaux de capteurs. Les problématiques étudiées sont: pour les réseaux de fibres optiques, minimiser le coût de déploiement et assurer la qualité de service; dans les réseaux de capteurs, garantir la sécurité des transmissions et l'énergie consommée par le routage des communications. Pour résoudre ces problèmes nous utilisons des techniques de théorie des graphes, de complexité, de programmation linéaire. Le premier problème consiste à concevoir un plan d'installation de fibres optiques de coût minimal permettant de connecter un ensemble de clients à un noeud de raccordement via un ensemble de coupleurs en respectant les contraintes technologiques imposées par la norme. Nous proposons une modélisation de ce problème ainsi qu'une méthode de résolution. Le deuxième problème est un problème de flot avec contrainte de délai où le délai pour traverser une liaison est proportionnel à la quantité de flot quicircule sur celle-ci. Nous proposons une preuve de NP-complétude dans le cas général, un algorithme d'approximation facteur 2 dans le cas où le graphe support est un chemin et une heuristique évaluée de façon expérimentale qui calcule en un temps raisonnable de bonnes solutions pour des instances de tailles réelles. Enfin, nous proposons deux protocoles concernant les réseaux de capteurs. Le premier, basé sur un algorithme distribué, calcule un ensemble de chemins disjoints entre les terminaux. Le second maximise la durée de vie d'un réseau de capteurs alimentés par batteries. Des résultats s'expérimentations numériques sont présentés. / In this thesis, we study some optimization problem applied to telecommunication networks. We study fiber optical networks and sensor networks. We are interested to analysis and design for these types of networks. The issues studied are: for fiber optic networks, minimize the cost of deployement and ensure quality of service; for sensors network, ensure the safety of transmissions and the energy consumed. To solve these problems we use techniques as graphs theory, complexity, linearprogramming, generalized flows and paths with resource constraints. The first problem is to minimize the cost to deploy a fiber optical network which connect a set of customers to a connection node through a set of splitter and deal about technological constraints imposed by the standard. We propose a model and a method of resolution for this problem. The second problem is a flow problem with delay constraint where time to cross a edge is proportional to the amount of flow that flows thereon. We offer a proof of NP-completeness in the general case, an approximation algorithm factor 2 in the case where the support graph is a path and an estimated experimentally an heuristic that calculates good solutions for instances of real sizes. Finally, we propose two protocols for sensor networks, which resulted in two patents. The first, based on a distributed algorithm, calculates a set of disjoint paths between terminals. The second maximizing the lifetime of sensors powered by batteries. The results of numerical experiments are also presented.

Cette thèse s'intéresse au développement de stratégies de décalage de charge pouvant être appliquées à un parc de chauffe-eau Joule (CEJ).On propose une modélisation entrée-sortie du système que constitue le CEJ. L'idée est de concevoir un modèle précis et peu coûteux numériquement, qui pourrait être intégré dans un CEJ intelligent. On présente notamment un modèle phénoménologique multi-période d'évolution du profil de température dans le CEJ ainsi qu'un modèle de la demande en eau chaude. On étudie des stratégies d'optimisation pour un parc de CEJ dont la résistance peut être pilotée par un gestionnaire central. Trois cas de figures sont étudiés. Le premier concerne un petit nombre de ballons intelligents et présente une méthode de résolution d'un problème d'optimisation en temps discret. Puis, on s'intéresse à un parc de taille moyenne. Une heuristique gardant indivisibles les périodes de chauffe (pour minimiser les aléas thermo-hydrauliques) est présentée. Enfin, un modèle de comportement d'un nombre infini de ballon est présenté sous la forme d'une équation de Fokker-Planck. / This thesis focuses on the development of advanced strategies for load shifting of large groups of electric hot water tanks (EHWT).The first part of this thesis is dedicated to representing an EHWT as an input-output system. The idea is to design a simple, tractable and relatively accurate model that can be implemented inside a low-power computing unit embedded in a smart EHWT, for practical applications of optimization strategies. It includes in particular a phenomenological multi-period model of the temperature profile in the tank and a realistic domestic hot water consumption model.The second part focuses on the design of optimal control strategies for a group of tanks. Three use-cases are studied. The first one deals with a small number of smart and controllable EHWT for which we propose a discrete-time optimal resolution method. The second use-case adresses a medium-scale group of controllable tanks and proposes a heuristic which keeps the heating period undivided to minimize thermo-hydraulic hazards. Finally, we present the modelling of the behavior of a infinite population of tanks under the form of a Fokker-Planck equation.

Maitriser les coûts de fabrication des circuits intégrés tout en augmentant leur densité est d'une importance primordiale pour maintenir une certaine rentabilité dans l’industrie du semi-conducteur. Parmi les différents composants d’un circuit, nous nous intéressons aux connections verticales et métalliques, connues sous le nom de « vias ». Durant la fabrication, un processus de lithographie complexe est utilisé pour former une disposition de vias est formée sur une plaque de silicium, à l’aide d’un un masque optique. Pour des raisons de fabrication, une distance minimum entre les vias doit être respectée. Lorsque cette distance n’est pas respectée, nous parlons de « conflit ». Afin de supprimer ces conflits, l’industrie utilise une technique qui permet de décomposer une disposition de vias cible en plusieurs sous-ensembles, où les contraintes de distance minimum sont respectées : la formation des sous-ensembles individuels se fait en séquence sur la plaque de silicium en utilisant un masque optique par sous-ensemble. Cette technique est appelée Multiple Patterning (MP). Il y a de nombreuses façons de décomposer une disposition de vias et le but est d’assigner les vias à un nombre minimum de masques, car les masques sont coûteux. Minimiser le nombre de masques est équivalent à minimiser le nombre de couleurs dans un graphe disque unitaire. Ce problème est NP-difficile, mais un certain nombre de « bonnes » heuristiques existent. Une technique récente et prometteuse basée sur l’auto-assemblage et direction des molécules, aussi connue sous le nom Directed Self Assembly (DSA), permet de grouper les vias en conflits à condition de respecter certaines contraintes. L’objectif est de trouver la meilleure façon de grouper les vias afin de minimiser le nombre de masques tout en respectant les contraintes liées à DSA. Ce problème est un problème de coloration de graphes où les sommets de chaque couleurs définissent un ensemble de chemins « indépendants » de longueurs au plus k que nous appelons aussi le problème de coloration par k-chemins. Durant la modélisation, nous avons distingué deux problèmes de coloration par k-chemins pertinents: le problème général et le problème induit. Les deux problèmes sont connus pour être NP-difficile, ce qui explique l’utilisation d’heuristiques dans l’industrie pour trouver une décomposition valide en sous-ensembles. Dans cette étude, nous nous intéressons à des méthodes exactes afin de concevoir des solutions optimales et d’évaluer la qualité de l’heuristique développée en industrie (chez Mentor Graphics). Nous présentons différentes méthodes: une approche par programmation linéaire en nombre entier (ILP) où nous étudions plusieurs formulations, une approche par programmation dynamique pour résoudre le cas induit quand k=1 ou k=2 et lorsque les graphes ont une petite longueur arborescente ; enfin, nous étudions le cas particulier des graphes lignes. Les résultats des différentes études numériques montrent que les formulations ILP « naïves » sont les meilleures. Elles listent tous les chemins possibles de longueur au plus k. Les tests sur des données industrielles ayant au plus 2000 sommets (plus grande composante connexe parmi celles qui constituent une instance) ont montré que les deux problèmes, général et induit, sont résolus en moins de 6 secondes, pour k=1 et k=2. La programmation dynamique, appliquée au problème induit de coloration par k-chemins quand k=1 et k=2, montre des résultats équivalents à ceux de la formulation ILP naïve. Cependant, nous nous attendons à de meilleurs résultats par programmation dynamique quand la valeur de k augmente. Enfin, nous montrons qu’un cas particuliers des graphes lignes peut être résolu en temps polynomial en exploitant les propriétés de l’algorithme d'Edmonds et des couplages dans les graphes bipartis. / Controlling the manufacturing costs of integrated circuits while increasing their density is of a paramount importance to maintain a certain degree of profitability in the semi-conductor industry. Among various components of a circuit, we are interested in vertical metallic connections known as “vias”. During manufacturing, a complex lithography process is used to form an arrangement of vias on a silicon wafer support, using an optical mask. For manufacturing reasons, a minimum distance between the vias must be respected. Whenever this is not the case, we are talking about a “conflict”. In order to eliminate these conflicts, the industry uses a technique that decomposes an arrangement of vias in several subsets, where minimum distance constraints are respected: the formation of the individual subsets is done, in sequence, on a silicon wafer using one optical mask per subset. This technique is called Multiple Patterning (MP). There are several ways to decompose an arrangement of vias, the goal being to assign the vias to a minimum number of masks, since the masks are expensive. Minimizing the number of masks is equivalent to minimizing the number of colors in a unit disk graph. This is a NP-hard problem however, a number of “good” heuristics exist. A recent and promising technique is based on the direction and self-assembly of the molecules called Directed Self Assembly (DSA), allows to group vias in conflict according to certain conditions. The main challenge is to find the best way of grouping vias to minimize the number of masks while respecting the constraints related to DSA. This problem is a graph coloring problem where the vertices within each color define a set of independent paths of length at most k also called a k-path coloring problem. During the graph modeling, we distinguished two k-path coloring problems: a general problem and an induced problem. Both problems are known to be NP-hard, which explains the use of heuristics in the industry to find a valid decomposition into subsets. In this study, we are interested in exact methods to design optimal solutions and evaluate the quality of heuristics developed in the industry (at Mentor Graphics). We present different methods: an integer linear programming (ILP) approach where we study several formulations, a dynamic programming approach to solve the induced case when k=1 or k=2 and when the graphs have small tree-width; finally, we study a particular case of line graphs. The results of the various numerical studies show that the naïve ILP formulations are the best, they list all possible paths of length at most k. Tests on a snippet of industrial instances of at most 2000 vertices (a largest connected component among those constituting an instance) have shown that the two problems, general and induced, are solved in less than 6 seconds, for k=1 and k=2. Dynamic programming, applied to the induced k-path coloring when k=1 and k=2, shows results equivalent to those of the naïve ILP formulation, but we expect better results by dynamic programming when the value of k increases. Finally, we show that the particular case of line graphs can be solved in polynomial time by exploiting the properties of Edmonds’ algorithm and bipartite matching.

Les réseaux de capteurs sans fil (RCSFs), sont composés d'un ensemble de nœuds avec des capteurs, transmetteur/récepteur, d'un système de traitement et d'une réserve d'énergie. Au regard d'applications, de travaux de recherche sont développés sur l'utilisation de ce réseau leur performance, fiabilité ou durée de vie. La durée de vie RCSFs correspond à la période à travers laquelle le RCSF fonctionne parfaitement. Cette durée de vie est très affectée par de nombreux facteurs comme la quantité d'énergie disponible, la probabilité de défaillance et les dégradations des composants. L'énergie disponible devient le facteur prépondérant dans les cas d'applications avec des composants difficilement rechargeables ou non renouvelables. Différents algorithmes, stratégies et techniques d'optimisation ont été élaborées et mises en œuvre à cet effet sur la possibilité d'activer un sous-ensemble de capteurs qui satisfont à la contrainte de surveillance et de garder les autres capteurs en mode veille pour pouvoir être mis en œuvre ultérieurement. Ainsi, c'est un problème de type NP complet de maximisation qui peut être résolu en considérant des Ensembles Disjoints de capteurs de Couverture (EDC). Mais la solution obtenue à l'aide des EDCs ne conduit pas toujours à une extension significative de la durée de vie des RCSFs. Le présent travail vise à rechercher une meilleure solution basée sur des capteurs regroupés dans des ensembles nondisjoints de couverture (ECND). Cette approche permet à un capteur de participer à une ou plusieurs ensembles de capteurs de couvertures. Nous avons alors étudié un modèle de représentation binaire des ECNDs pour déterminer un ordonnancement optimum permettant de maximiser la vie d'un RCSF. De plus, nous avons développé une heuristique basée sur un algorithme génétique, pour trouver une solution proche de l'optimal dans un délai raisonnable. Ainsi, pour un ensemble de m capteurs utilisés pour surveiller un ensemble de n cibles, cette heuristique permet construire un nombre maximum q d'ensembles ECNDs. Des efforts supplémentaires sont donc nécessaires pour trouver le meilleur ordonnancement pour la mise en œuvre des ECNDs, qui maximise la durée de vie globale du RCSF, compte tenu de l'énergie initialement disponible dans chaque capteur. Ce problème est formulé à l'aide d'un modèle mathématique de programmation linéaire en nombres entiers (PLE). La fonction objective de ce problème est la somme de toutes les périodes de surveillance pour les q ECNDs programmés, et la contrainte est la consommation d'énergie de tous les capteurs constituant les ECNDs. La possibilité de trouver la solution à ce problème par PLE dans une période de temps donnée dépend de la complexité du modèle et des instances utilisées. Pour trouver la solution dans un délai raisonnable, nous avons développé un algorithme génétique (AG) basé sur les ECNDs. Les solutions potentielles sont représentées dans des chromosomes composés d'un certain nombre de gènes correspondant aux ECNDs, et chaque gène est caractérisé par la période de surveillance d'un ECND. Nous avons ensuite développé un AG qui combine quatre opérateurs de croisement et quatre opérateurs de mutation. La méthode basée cet AG a été codée dans le langage de programmation C pour obtenir une solution satisfaisante et le logiciel Cplex a été utilisé de déterminer la solution exacte correspondant. Une comparaison des solutions obtenues sur de petites instances en utilisant la PLE par rapport aux solutions obtenues par notre AG montre que la méthode basée sur les AG peut trouver une solution proche de l'optimale dans un délai raisonnable. Ensuite, en comparant les solutions en utilisant l'AG ECNDs à l'AG EDCs de la littérature, nous montrons que l'AG avec ECND peut prolonger la durée de vie des RCSFs plus que les AG avec EDCs pour les mêmes instances. Notre approche combine ainsi les principes d'ordonnancement et les techniques d'optimisation pour maximiser la durée de vie des RCSFs / Wireless sensor networks (WSNs), as a collection of sensing nodes with limited processing, limited energy reserve and radio communication capabilities, are widely implemented in many areas of applications such as industry, environment, healthcare, etc. Regarding this large range of applications, many research issues are introduced including the applications, performance, reliability, lifetime, etc. The WSNs lifetime considered in this work is the period of time through which theWSN is perfectly completing its function. This lifetime is affected by many factors including the amount of energy available, failure probability and components degradation. The amount of energy available become the most important factor in case of non renewable components applications. Different algorithms, strategies and optimization techniques were developed and implemented for this purpose based on the possibility of activating a subset of sensors that satisfied the monitoring constraint, while keeping the others in sleep mode to be implemented later. This is an NP complete maximization problem that can be solved using disjoint set covers (DSCs). But the solution obtained using DSCs does not extend always significantly the WSNs lifetime. So, the present work aims to search for a better solution using non-disjoint set covers (NDSCs). This approach gives the opportunity for a sensor to be implemented in one or more subset covers. For that purpose, we studied a binary representation based model to maximize the number of NDSCs. Also, we developed a genetic algorithm based heuristic based on this model to find out the maximum number of NDSCs in a reasonable time. Thus, for a set of m sensors used to monitor a set of n targets or a field, this heuristic allows to construct a maximum number q of NDSCs. Additional effort is required to find the best scheduling for implementing the NDSCs so as to maximize the lifetime of the sensors involved in the WSNs, considering their limited available energy. This problem is formulated using integer linear programming (ILP) mathematical model. The objective function of this problem is the sum of all monitoring seasons on which all q NDSCs scheduled, and the constraint is the energy consumption in all sensors included in all NDSCs. Solving this problem using ILP in a period of time depends on the complexity of the model and the instances used. To find the solution in reasonable time, we have developed a NDSCs based genetic algorithm (NDSC-GA). The candidate solutions are represented in chromosomes composed of a number of genes equal to the number q of NDSCs, and each gene is the number of monitoring seasons on which a NDSC is scheduled. We have then developed a GA that combines the four crossover operators and four mutation operators. The GA based methods are coded in C programming language to obtain a satisfying solution and the Cplex software was used to obtain the corresponding exact solution. Comparing the optimal solution obtained using the ILP on small instances, to the solutions obtained using our GA based method explained that our methods can find a solution near the optimal in reasonable time. Then, comparing the solution obtained using our NDSCs GA based methods, to the DSCs GA based method in the literature, we showed that the NDSCs GA can prolong the WSNs lifetime better than DSCs GA for the same instances. Our approach combines together the scheduling principles and the optimization techniques to maximizing the WSNs lifetime

Les systèmes adaptatifs basés sur les architectures FPGA (Field-Programmable Gate Arrays) peuvent bénéficier grandement de la grande flexibilité offerte par la reconfiguration partielle dynamique (DPR). Grâce au DPR, les tâches matérielles composant un système adaptatif peuvent être allouées et re-allouées à la demande ou en fonction de l'environnement dynamique. Les flots de conceptions disponibles et les outils commerciaux ont évolué pour répondre aux exigences des architectures reconfigurables qui sont toutefois limitées dans leurs fonctionnalités. Ces outils ne permettent pas un placement et une relocation efficaces de tâches matérielles de tailles variables. L'objectif principal de ces travaux de thèse consiste à proposer des nouvelles méthodologies et de nouvelles approches pour faciliter au concepteur la phase de conception d'un système adaptatif reconfigurable opérationnelle, valide, optimisé et adapté aux changements dynamiques de l'environnement. La première contribution de cette thèse porte sur la problématique de la relocation des tâches matérielles de tailles différentes. Une méthodologie de conception est proposée pour répondre à un problème majeur des mécanismes de relogement : le stockage d'une unique bitstream de configuration pour réduire les besoins de la mémoire et pour accroître la réutilisable des modules matériels générés. Une technique de partitionnement de la région reconfigurable est appliquée dans la méthodologie de relogement proposée pour augmenter l'efficacité d'utilisation des ressources matérielles dans le cas des tâches reconfigurables de tailles variables. Cette méthodologie prend en compte aussi la communication entre différentes régions reconfigurables et la région statique. Pour valider la méthode, plusieurs études de cas sont implémentées. Cette validation montre une utilisation efficace des ressources matérielles ainsi une réduction importante du temps de reconfiguration. La deuxième partie de cette thèse présente et détaille une formulation mathématique afin d'automatiser le floorplanning des zones reconfigurables dans les FPGAs. Les algorithmes de recherche présentés dans cette thèse sont basés sur la technique d'optimisation PLMNE (programmation linéaire mixte en nombres entiers). Ces algorithmes permettent de définir automatiquement l'emplacement, la taille et la forme de la zone reconfigurable dynamique. Nous nous intéressons principalement dans cette recherche à la satisfaction des contraintes de placement des zones reconfigurables et celles liées à la relocation. De plus, nous considérons l’optimisation des ressources matérielles dans le FPGA en tenant compte des tâches de tailles variables. Finalement, une évaluation de l'approche proposée est présentée / Adaptive systems based on Field-Programmable Gate Arrays (FPGA) architectures can benefit greatly from the high degree of flexibility offered by dynamic partial reconfiguration (DPR). Thanks to DPR, hardware tasks composing an adaptive system can be allocated and relocated on demand or depending on the dynamically changing environment. Existing design flows and commercial tools have evolved to meet the requirements of reconfigurables architectures, but that are limited in functionality. These tools do not allow an efficient placement and relocation of variable-sized hardware tasks. The main objective of this thesis is to propose a new methodology and a new approaches to facilitate to the designers the design phase of an adaptive and reconfigurable system and to make it operational, valid, optimized and adapted to dynamic changes in the environment. The first contribution of this thesis deals with the issues of relocation of variable-sized hardware tasks. A design methodology is proposed to address a major problem of relocation mechanisms: storing a single configuration bitstream to reduce memory requirements and increasing the reusability of generating hardware modules. A reconfigurable region partitioning technique is applied in this proposed relocation methodology to increase the efficiency of use of hardware resources in the case of reconfigurable tasks of variable sizes. This methodology also takes into account communication between different reconfigurable regions and the static region. To validate the design method, several cases studies are implemented. This validation shows an efficient use of hardware resources and a significant reduction in reconfiguration time. The second part of this thesis presents and details a mathematical formulations in order to automate the floorplanning of the reconfigurable regions in the FPGAs. The algorithms presented in this thesis are based on the optimization technique MILP (mixed integer linear programming). These algorithms allow to define automatically the location, the size and the shape of the dynamic reconfigurable region. We are mainly interested in this research to satisfy the constraints of placement of the reconfigurable zones and those related to the relocation. In addition, we consider the optimization of the hardware resources in the FPGA taking into account the tasks of variable sizes. Finally, an evaluation of the proposed approach is presented

Le domaine de l'embarqué connaît depuis quelques années un essor important avec le développement d'applications de plus en plus exigeantes en calcul auxquels les architectures traditionnelles à base de processeurs (mono/multi cœur) ne peuvent pas toujours répondre en termes de performances. Si les architectures multiprocesseurs ou multi cœurs sont aujourd'hui généralisées, il est souvent nécessaire de leur adjoindre des circuits de traitement dédiés, reposant notamment sur des circuits reconfigurables, permettant de répondre à des besoins spécifiques et à des contraintes fortes particulièrement lorsqu'un traitement temps-réel est requis. Ce travail présente l'étude des problèmes d'ordonnancement dans les architectures hétérogènes reconfigurables basées sur des processeurs généraux (CPUs) et des circuits programmables (FPGAs). L'objectif principal est d'exécuter une application présentée sous la forme d'un graphe de précédence sur une architecture hétérogène CPU/FPGA, afin de minimiser le critère de temps d'exécution total ou makespan (Cmax). Dans cette thèse, nous avons considéré deux cas d'étude : un cas d'ordonnancement qui tient compte des délais d'intercommunication entre les unités de calcul CPU et FPGA, pouvant exécuter une seule tâche à la fois, et un autre cas prenant en compte le parallélisme dans le FPGA, qui peut exécuter plusieurs tâches en parallèle tout en respectant la contrainte surfacique. Dans un premier temps, pour le premier cas d'étude, nous proposons deux nouvelles approches d'optimisation, GAA (Genetic Algorithm Approach) et MGAA (Modified Genetic Algorithm Approach), basées sur des algorithmes génétiques. Nous proposons également de tester un algorithme par séparation et évaluation (méthode Branch & Bound). Les approches GAA et MGAA proposées offrent un très bon compromis entre la qualité des solutions obtenues (critère d'optimisation de makespan) et le temps de calcul nécessaire à leur obtention pour résoudre des problèmes à grande échelle, en comparant à la méthode par séparation et évaluation (Branch & Bound) proposée et l'autre méthode exacte proposée dans la littérature. Dans un second temps, pour le second cas d'étude, nous avons proposé et implémenté une méthode basée sur les algorithmes génétiques pour résoudre le problème du partitionnement temporel dans un circuit FPGA en utilisant la reconfiguration dynamique. Cette méthode fournit de bonnes solutions avec des temps de calcul raisonnables. Nous avons ensuite amélioré notre précédente approche MGAA afin d'obtenir une nouvelle approche intitulée MGA (Multithreaded Genetic Algorithm), permettent d'apporter des solutions au problème de partitionnement. De plus, nous avons également proposé un algorithme basé sur le recuit simulé, appelé MSA (Multithreaded Simulated Annealing). Ces deux approches proposées, basées sur les méthodes métaheuristiques, permettent de fournir des solutions approchées dans un intervalle de temps très raisonnable aux problèmes d'ordonnancement et de partitionnement sur système de calcul hétérogène / The domain of the embedded systems becomes more and more attractive in recent years with the development of increasing computationally demanding applications to which the traditional processor-based architectures (either single or multi-core) cannot always respond in terms of performance. While multiprocessor or multicore architectures have now become generalized, it is often necessary to add to them dedicated processing circuits, based in particular on reconfigurable circuits, to meet specific needs and strong constraints, especially when real-time processing is required. This work presents the study of scheduling problems into the reconfigurable heterogeneous architectures based on general processors (CPUs) and programmable circuits (FPGAs). The main objective is to run an application presented in the form of a Data Flow Graph (DFG) on a heterogeneous CPU/FPGA architecture in order to minimize the total running time or makespan criterion (Cmax). In this thesis, we have considered two case studies: a scheduling case taking into account the intercommunication delays and where the FPGA device can perform a single task at a time, and another case taking into account parallelism in the FPGA, which can perform several tasks in parallel while respecting the constraint surface. First, in the first case, we propose two new optimization approaches GAA (Genetic Algorithm Approach) and MGAA (Modified Genetic Algorithm Approach) based on genetic algorithms. We also propose to compare these algorithms to a Branch & Bound method. The proposed approaches (GAA and MGAA) offer a very good compromise between the quality of the solutions obtained (optimization makespan criterion) and the computational time required to perform large-scale problems, unlike to the proposed Branch & Bound and the other exact methods found in the literature. Second, we first implemented an updated method based on genetic algorithms to solve the temporal partitioning problem in an FPGA circuit using dynamic reconfiguration. This method provides good solutions in a reasonable running time. Then, we improved our previous MGAA approach to obtain a new approach called MGA (Multithreaded Genetic Algorithm), which allows us to provide solutions to the partitioning problem. In addition, we have also proposed an algorithm based on simulated annealing, called MSA (Multithreaded Simulated Annealing). These two proposed approaches which are based on metaheuristic methods provide approximate solutions within a reasonable time period to the scheduling and partitioning problems on a heterogeneous computing system

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Cette thèse a pour objectif de modéliser et résoudre des problèmes d’optimisation d’un système d’auto-partage avec des voitures électriques dit « à un seul sens », où les utilisateurs peuvent prendre une voiture dans une station et la laisser ensuite dans une autre. Ce fonctionnement conduit généralement à une situation de déséquilibre dans la répartition des voitures avec certaines stations pleines et d’autres vides. Une des solutions utilisées par les opérateurs d’autopartage pour pallier ce problème est le recours à des agents pour déplacer les voitures selon le besoin. Identifier et répondre à ce besoin est un problème d’optimisation non trivial, notamment à cause de l’usage de véhicules électriques, ce qui engendre des contraintes de rechargement de batteries et d’autonomie. Le problème d’optimisation est décomposé en deux sous-problèmes : le premier est le problème d’affectation des voitures aux clients, ainsi que leurs routages, que nous nommons ROCSP pour Recharging One way Car Sharing Problem ; le second problème est celui du planning des agents et leurs routages que nous nommons ESRP pour Employee Scheduling Routing Problem. 1. Résolution du ROCSP : deux modélisations en Programmation Linéaire en Nombres Entiers (PLNE) sont proposées, la première basée sur les flots et la deuxième sur les chemins, ce qui fait que les deux modèles intègrent de manière différente les contraintes de recharge électrique. Comme la résolution exacte à travers les modèles PLNE s’avère très gourmande en temps de calcul et non adaptée aux instances d’auto-partage de taille réelle, nous proposons des heuristiques qui permettent dans un temps raisonnable d’optimiser la redistribution des voitures et la gestion du service. Ces heuristiques permettent de calculer le nombre de voitures et les différentes opérations de relocalisation (redistribution des voitures) à réaliser sur une journée donnée. 2. Résolution du ESRP : un modèle PLNE est proposé pour la résolution exacte du ESRP, et, en complément, des heuristiques sont proposées pour une résolution approchée et relativement rapide. L’objectif est la détermination du nombre minimal d’agents nécessaire pour effectuer les opérations de relocalisation qui découlent du premier problème, le ROCSP. Dans une partie prospective, et une fois les ROCSP et ESRP résolus dans leur version statique, nous nous focaliserons sur une autre variante du problème avec réservation dynamique. Nous proposons également d’explorer un nouveau concept - l’auto-copartage - qui se veut une hybridation entre autopartage et covoiturage. Les algorithmes proposés ont été validés sur le réseau Auto Bleue de la ville de Nice essentiellement, qui gère une flotte de véhicules électriques, en s’appuyant sur des modèles de génération de flux pour estimer la demande, mais aussi d’autres instances que nous avons générées pour simuler d’autres villes, au sein d’un Système d’Information Géographique. / This thesis aims at modelling and solving optimization problems related to the management of one-way-electric-car-sharing systems, where users can take a car from a station, use it, and then return it to another station. This generally leads to an imbalanced distribution of cars, with some full stations and other empty ones. A solution to this problem, implemented by car-sharing operators, is to employ staff agents to move cars as needed. However, identifying this need is a non-trivial optimization problem, especially since the system may be more constrained when the vehicles used are electric, which generates battery recharging and autonomy constraints. The global optimization problem addressed is then divided into two sub-problems. The first one is assigning the cars to customers, as well as their routing; it is denoted by ROCSP (Recharging OneWay Car Sharing Problem). The second problem involves agents planning and routing; it is denoted by ESRP (Employee Scheduling Routing Problem). 1. For the ROCSP, we propose two Mixed-integer linear programming (MILP) modelizations of the problem: One based on flows and the other based on paths. This means that the two models include the battery-recharging constraints in two different ways. As the exact resolution through the MILP models is quite expensive in terms of computational time and is not adapted for the resolution of real-size car-sharing instances, we introduce heuristics that enable the optimization of cars-redistribution and service management of the service within a reasonable amount of time. These heuristics allows the calculation of the number of cars and the various redistribution operations to be performed on a given day. 2. For the ESRP, this second problem is also addressed with MILP models for the exact resolution, and some heuristics are suggested for an approximate resolution. This process has reasonable calculation time and aims at finding the minimum number of agents to perform the necessary relocation operations that stem from the first problem, namely, the ROCSP. Once the ROCSP and ESRP solved in their static versions, we then focus on the ROCSP by exploring another variant of the problem : ROCSP with dynamic reservation. We also suggest to explore a new concept : Auto-CoPartage, which is a hybridization of car-sharing and carpooling. The stated algorithms are validated on the Auto Bleue electrical vehicles fleet in the network of the city of Nice, essentially by relying on flow generation models to estimate the demand, but also using other instances that we have generated for other cities. All the data are handled using a Geographical Information System.

Nous analysons un type W de système de l’Assemble-à-commande avec des délais de livraison aléatoires, l'arrivée aléatoire de la demande et des ventes perdues, en temps continu. Nous formulons le problème en tant que processus de décision Markov à l'horizon infini. Nous nous éloignons de l'approche standard en caractérisant une région de l'espace d'état où toutes les propriétés de la fonction de coût tiennent. Nous caractérisons la politique optimale dans cette région. En particulier, nous montrons que, dans l'intérieur de la région récurrente, les composants sont toujours produits. Nous caractérisons également la politique d'allocation de composants optimale qui spécifie si une demande de produit arrivant devrait être remplie. Notre analyse révèle que la politique d'allocation optimale est contre-intuitive. Par exemple, même lorsqu'un produit domine l'autre, en termes de coût/taux de vente perdue, sa demande peut ne pas avoir une priorité absolue par rapport à la demande de l'autre produit. Une telle caractéristique n'a pas été observée dans de nombreux paramètres intégrés de production/inventaire où l'allocation d'inventaire suit une priorité fixe pour satisfaire les exigences. Nous montrons également que la structure de la politique optimale reste la même pour les systèmes à production par lots, les temps de production répartis par Erlang et la demande de produits non unitaire. Enfin, nous proposons des heuristiques efficaces qui peuvent être utilisées comme substitut à la politique optimale ou peuvent être utilisées comme une politique de départ pour les algorithmes communs utilisés pour obtenir une politique optimale dans le but de réduire leur temps de calcul. / We analyze a W-configuration assemble-to-order system with random lead times, random arrival of demand, and lost sales, in continuous time. We formulate the problem as an infinite-horizon Markov decision process. We deviate from the standard approach by first characterizing a region (the recurrent region) of the state space where all properties of the cost function hold. We then characterize the optimal policy within this region. In particular, we show that within the interior of the recurrent region components are always produced. We also characterize the optimal component allocation policy which specifies whether an arriving product demand should be fulfilled. Our analysis reveals that the optimal allocation policy is counter-intuitive. For instance, even when one product dominates the other, in terms of lost sale cost and lost sale cost rate (i.e., demand rate times the lost sale cost), its demand may not have absolute priority over the other product’s demand. Such a feature has not been observed in many integrated production/inventory settings where inventory allocation follows a fixed priority in satisfying demands. We also show that the structure of the optimal policy remains the same for systems with batch production, Erlang distributed production times, and non-unitary product demand. Finally, we propose efficient heuristics that can be either used as a substitute for the optimal policy or can be used as a starting policy for the common algorithms that are used to obtain the optimal policy in an effort to reduce their computational time

La présente thèse se déroule dans le cadre du projet ANR PRODIGE et est axée sur la recherche de stratégies permettant l’optimisation du transport en général et du transport routier de marchandises en particulier. Le problème de transport support de cette étude est le problème de collecte et livraison avec transbordement. Ce problème généralise plusieurs problèmes de transports classiques. Le transbordement y est utilisé comme levier de flexibilité et d’optimisation. Pour analyser et résoudre ce problème, les analyses sont effectuées suivant trois axes : le premier axe concerne l’élaboration d’un modèle analytique plus précisément d’un modèle mathématique en variables mixtes. Ce modèle permet de fournir dessolutions optimales au décisionnaire du transport mais présente l’inconvénient de nécessiter un temps de résolution qui croit exponentiellement avec la taille du problème. Cette limitation est levée par le deuxième axe d’étude qui permet de résoudre le problème de transport étudié par une méthode d’optimisation approchée tout en garantissant des solutions satisfaisantes.La méthode utilisée est une métaheuristique inspirée de la recherche à voisinages variables (VNS). Dans le troisième axe, l’ensemble des résultats obtenus dans la thèse sont testés en situation de transports réels via le projet PRODIGE. / The thesis is conducted under the ANR project PRODIGE and it is focused on seeking strategies allowing the optimization of transport in general and road freight transport in particular. The transportation problem support for this study is the pickup and delivery problem with transshipment.This problem generalizes several classical transportation problems.Transshipment is used as optimization and flexibility leverage. To study and solve this problem, analyzes are performed along three axes :the first objective concerns the development of an analytical model, more accurately a mathematical model with mixed variables. This model allows providing optimal solution to the decision maker, but has the disadvantage of requiring a time resolution that grows exponentially with the size of the problem. This limitation is overcome by the second line of the study that solves the transportation problem studied by an approximate optimization method while ensuring satisfactory solutions. The method used is a mataheuristic broadly followed the variables neighborhoods research principles. In the third objective, the overall results obtained in the thesis are tested in real transport situation via the PRODIGE project.