Description d'un outil d'aide à la conception et à la vérification de systèmes communicants qui est basé sur le calcul CCS de Milner.

Dans le cadre de la télécommunication, les entreprises développent des protocoles gérant le transfert de données entre machines. Ces protocoles fonctionnent sur le principe d'envoi de messages entre deux parties par l'intermédiaire de canaux non fiables. Pour s'assurer que tous les messages ont bien été reçus, les techniques employées consistent à réémettre les messages perdus et/ou à attendre un laps de temps déterminé avant de conclure à l'échec de la transmission. De plus, les systèmes sont souvent modélisés en fonction de paramètres. Nous avons travaillé sur un modèle mathématique permettant la vérification de spécifications (comportements attendus des systèmes) pour des protocoles manipulant à la fois des compteurs, des files d'attente ou des horloges, ainsi que des paramètres. Le but de l'analyse est de calculer l'ensemble des comportements possibles du système puis de vérifier qu'aucun d'eux ne viole une spécification attendue. Le problème ici est que cet ensemble est infini. En effet, un comportement est fonction des valeurs prises par les variables du système au cours de l'exécution et certaines sont définies sur un domaine infini. Il faut alors pouvoir représenter ces comportements de façon finie et aussi trouver des méthodes pour calculer en un temps fini un ensemble infini. Plus formellement, nous nous sommes placés dans le cadre de l'analyse automatique des systèmes (model-checking). La représentation choisie pour les modèles à compteurs et horloges paramétrés est une extension des matrices de bornes pour laquelle nous avons une méthode exacte d'accélération (calcul en un temps fini d'ensembles de comportements infinis). Du côté pratique, nous avons implanté ces méthodes dans un outil TReX qui est, à notre connaissance, le seul pouvant manipuler de manière exacte des compteurs, des horloges et des files d'attente. Nous avons pu vérifier des exemples conséquents tels que le protocole de retransmission bornée.

Ce travail est fondé sur l'étude de nouveaux outils de télémédecine ; l'accent est mis sur la création d'un système d'auscultation. Trois points ont été développés : - la conception d'une plateforme innovante pour un meilleur suivit du patient et des échanges simplifiés entre professionnels de santé. Le système d'auscultation proposé permet notamment de réaliser des enregistrements et visualisations d'auscultations antérieures, des télé-auscultations, des envois de données auscultatoires à un expert, de demander un second avis temps réel, d'apporter une aide pédagogique pour l'enseignement de l'auscultation. - l'étude et la réalisation d'un prototype de stéthoscope électronique. En effet, nos travaux ont mis en lumière la nécessité de disposer d'un outil de capture du son performant et adapté à une analyse automatique. Cet outil doit disposer de caractéristiques particulières en termes de courbe de réponse, de bande de fréquence, de filtrage... mais également d'ergonomie. - l'étude d'un format d'échange des données auscultatoires. Aujourd'hui, il n'existe pas de standard pour transmettre de telles données. Nous avons mis en lumière l'intérêt de permettre cet échange d'informations, défini la nature des données devant être transportées (son mais également données patient, médico-légales, sémiologie...) et le moyen de les transmettre.

Cette thèse s'intéresse aux processus liés à la localisation et la consommation d'énergie dans les réseaux de capteurs sans fil (Wireless Sensor Networks WSN). Dans les WSN, Durant le processus global de localisation, les communications radio représentent la principale source de consommation d'énergie. Nous étudions trois formes de coopération entre les nœuds qui exploitent de manière différente les nombreuses transmissions radio. En particulier, le "Radio broadcasting" qui est souvent perçu comme un inconvénient dans WSN est utilisé dans les protocoles que nous proposons comme un élément clé pour améliorer la consommation d'énergie de la localisation. Nous étudions leurs conditions de convergence, leur vitesse de propagation et leur coût de communication avec des modèles de simulation. Nous montrons que l'implémentation qui utilise le "Over-hearing" -corollaire du broadcasting- dans une approche positive surpasse les deux autres protocoles en termes de vitesse de convergence et de coût de communication.

La diversité croissante des différents agents constituant les réseaux de communication actuels ainsi que la capacité accrue des technologies concurrentes dans l'environnement réseau a conduit à la prise en compte d'une nouvelle approche distribuée de la gestion du réseau. Dans cet environnement réseau évolué, le besoin en accroissement de la bande passante et en ressources rares, s'oppose à la réduction de la consommation énergétique globale.Dans notre travail nous nous intéressons à l'application de mécanismes distribués et de méthodes d'apprentissages visant à introduire d'avantage d'autonomie dans les réseaux hétérogènes, mobiles en particulier, tout en améliorant les performances par rapport aux débits et à la qualité de service. Notre étude se concentre principalement sur l'élaboration de mécanismes distribués stochastiques et énergétiquement efficaces en profitant des capacités de calcul de tous les agents et entités du réseau. Divers outils de la théorie des jeux nous permettent de modéliser et d'étudier différents types de systèmes dont la complexité est induite par la grande taille, l'hétérogénéité et le caractère dynamique des interconnexions. Plus spécifiquement, nous utilisons des outils d'apprentissage par renforcement pour aborder des questions telles que l'attachement distribué des utilisateurs permettant une gestion dynamique, décentralisée et efficace des ressources radio. Nous combinons ensuite les procédures de sélection d'accès à des méthodes d'optimisation distribuées du type gradient stochastique, pour adresser le problème de coordination des interférences intercellulaires (ICIC) dans les réseaux LTE-A. Cette approche se base sur un contrôle de puissance dynamique conduisant à une réutilisation fractionnaire des fréquences radios. Par ailleurs nous adressons dans les réseaux décentralisés non-hiérarchiques, plus précisément les réseaux tolérants aux délais (DTNs), des méthodes décentralisées liées à la minimisation du délai de transmission de bout en bout. Dans ce cadre nous nous intéressons, en outre des équilibres de Nash, à la notion d'équilibre évolutionnairement stables dans différents contextes de jeux évolutionnaires, jeux évolutionnaires décisionnels markoviens et jeux de minorité. Enfin, la majeure partie du travail effectué se rattachant aux tests et validations par simulations,nous présentons plusieurs éléments d'implémentations et d'intégrations liés à la mise en place de plateformes de simulations et d'expérimentations.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Le cadre général de la thèse concerne les réseaux de capteurs et la sécurisation des communications sans fil pour la mise en œuvre de systèmes fiables de surveillance orienté santé. Plus précisément, ce travail de thèse présente un nouveau système de surveillance biomédical à base de réseau de capteurs sans fil, pour la mesure de l'activité électrique du cerveau. Un réseau de capteurs sans fil de type EEG (électroencéphalogramme) permet de surveiller les ondes cérébrales spontanées, y compris les ondes normales et anormales, des patients souffrant de différents types d'épilepsie. Un capteur sans fil enregistre les signaux du patient (via le cuir chevelu) et filtre ces signaux et leurs données en parallèle selon un traitement approprié des ondes cérébrales. Il est dès lors possible de prédire la gravité d'une attaque épileptique à venir. Une première approche est proposée pour analyser les anomalies des ondes cérébrales et déclencher des alertes le cas échéant. De tels systèmes peuvent permettre de sauver de nombreux patients en prédisant l’arrivée les crises avant qu'elles ne surviennent et éviter ainsi les accidents et les comportements à risque lors d'une crise d'épilepsie. De plus, l’approche peut être utiliser pour d'autres mesures de diagnostic médical. Une autre approche basé sur l’apprentissage pour la prédiction en utilisant les réseaux de neurones de type FFNN (Feed Forward Neural Network ) est également présentée. Par ailleurs, Les approches de prédiction, exploitent la norme IEEE802.11n pour la transmission des données avec un protocole de confidentialité pour la sécurisation des communications. La mise en œuvre de la sécurité peut réduire considérablement le temps de la prédiction et retarder les signaux d’alerte des crises. Les mesures effectuées permettent la calibration des algorithmes de prédiction pour tenir compte des délais introduits par la sécurisation des communications. / The general framework of the thesis concerns sensor networks and the privacy protocols for wireless communications in the implementation of reliable healthcare systems. More precisely, it presents a novel biomedical wireless sensor Network monitoring system, as a predictor and advance sensitive portable electroencephalogram (EEG). The EEG wireless sensor network proposed to monitor spontaneous brain waves, including normal and abnormal waves, for the patients suffering from different types of epilepsy. The biomedical epilepsy wireless sensor Network monitoring system (WSN-EEG) read’s signals from a wireless sensor network on the patient scalp, and filter these signals to run parallel data processing for the brain waves. However, the predicting procedure for the severity of the forthcoming epileptic attack based on, a proposed mathematical model, which analyses the abnormality in the brain waves and alerts by giving signals for the patient. This method can save many patients by predicting the seizure before it occurs and helps them from different injuries and risky behavior arising during epilepsy attack. In addition, the proposed approaches can use the patient data for further medical diagnosis measures. Another approach is proposed as a learning-based approach for prediction using Feed Forward Neural Network (FFNN) for the alert system. The research used the IEEE802.11n as a communication method for the wireless sensor networks and measure the IEEE802.11n security performances as privacy protocol for data transmission of the proposed systems. The measurements indicated the calibration of the prediction algorithms to take account of the delays introduced by the security of the communications in the data transmission and seizure prediction which might significantly reduce prediction time and delay the alert signals.

Nos travaux abordent le problème de l'efficacité des techniques d'implémentation hautes performances du système de communication. Car si les principes généraux sont désormais bien connus, il n'en va pas toujours de même de leur application. Des résultats obtenus sur notre plate-forme expérimentale, nous tirons des conclusions quant aux aspects machine hôte, système, et protocoles. Pour l'aspect machine hôte nous montrons que la parallélisation des piles de communication est décevante et grandement limitée par les contentions d'origine système. Nous montrons également comment la technique ILP, destinée à limiter les accès mémoire, peut être intégrée à la méthode d'accès d'une pile TCP/IP. Les bénéfices de cette technique restent largement dépendants des conditions d'utilisation, de la nature de l'application, et des manipulations de données. Du point de vue système, l'étude de deux environnements d'exécution de protocoles opposés, BSD et Streams, a permis d'identifier leurs faiblesses, et notamment pourquoi l'environnement Streams actuel n'est pas adapté aux hautes performances. Nous en déduisons un ensemble de principes qu'un environnement performant se doit de respecter. L'architecture de la pile de communication est essentielle. Nous montrons qu'une architecture démultiplexée, avec des chemins de données directs entre applications et drivers réseaux, permet un excellent support du contrôle de flux local et des mécanismes systèmes de QoS. En revanche, les implémentations de niveau utilisateur souffrent de nombreuses limitations. Elles sont cependant indispensables à certaines techniques. Du point de vue protocoles, nous montrons que la présence d'options dans les en-têtes de paquets n'est pas contraire à l'obtention de bonnes performances. A la notion trop rigide d'en-têtes de taille fixe nous substituons celle d'en-tétes de taille prédictible. Enfin, il ressort deux notions clés de ces travaux, la simplicité et la flexibilité, dont dépendent les performances et les fonctionnalités du système de communication.

Le travail coopératif est un domaine qui étudie le travail de groupes d'utilisateurs de façon générale. Sa finalité est la conception de collecticiels, ensembles logiciels qui contiennent les outils, les applications, et les plate-formes qui supportent les activités de groupes d'utilisateurs. La gestion de ces groupes et les échanges d'information entre leurs membres nécessitent la définition de nouveaux services de communication adaptés aux besoins des agents en coopération. Les travaux menés dans ce mémoire ont consisté à définir, à concevoir et à gérer la structuration des groupes coopératifs. Un modèle à base de graphes a été proposé à partir du partage de données, pour représenter les relations entre les divers membres d'un groupe coopératif. A partir de ce modèle, un service pour l'entrée et la sortie en coopération des agents coopérants a été défini. Un protocole de communication sous-jacent a été spécifié en utilisant le langage de description formelle Estelle. Le protocole proposé a été vérifié en utilisant l'environnement à base de réseaux de Petri VAL, puis a été implanté en langage C sous UNIX à partir du code Estelle généré. Une extension de ce travail permet la formation d'apartés qui sont des sous-groupes très dynamiques créés à l'intérieur de la coopération. Un autre protocole spécifié en Estelle a été proposé pour gérer la formation de ces apartés et leur évolution au sein de la coopération. En plus de la structuration des groupes, une étude des données qui peuvent être échangées entre des agents coopérants a mené à la définition d'un service de gestion des dépendances de données. Ce service, spécifié également en Estelle, permet de créer, supprimer ou modifier des dépendances entre données, et répercute les modifications de valeurs vers l'ensemble des données dépendantes.

Les Wireless Body Area (WBAN) sont une technologie de réseau sans fil basée sur les radio-fréquences qui consiste à interconnecter sur, autour ou dans le corps humain de minuscules dispositifs pouvant effectuer des mesures (capteurs). Ces réseaux sont considérés comme les plus critiques dans les réseaux de capteurs sans fil. Ils sont basés sur des architectures de réseaux auto-organisés. Chacun des capteurs corporels reçoit ou envoie des paquets du ou au coordinateur du réseau. Ce dernier est responsable de l'ordonnancement des tâches pour l'ensemble des noeuds fils. L'ordonnancement dans les WBAN nécessite un mécanisme dynamique et adaptatif pour gérer les cas d'urgence qui peuvent se produire et permet ainsi d'améliorer les paramètres les plus importants comme la qualité de la transmission, le temps de réponse, le débit, le taux de paquets délivres, etc.Dans ces travaux de thèse, nous avons proposé trois techniques d'ordonnancement qui sont : la méthode semi-dynamique; la méthode dynamique et la méthode basée sur la priorité. De plus, une étude sur les plateformes WBAN est présentée. Dans cette étude, nous avons proposé une classification et une évaluation qualitative des plateformes déjà existantes. Nous avons aussi étudier les modèles de mobilité en proposant une architecture permettant de les décrire. Nous avons aussi mis en place une procédure de diagnostique afin de détecter rapidement des maladies épidémiques dangereuses. Par la suite, ces différentes propositions ont été validées en utilisant deux méthodes afin de vérifier leur faisabilité. Ces méthodes sont la simulation avec OPNET et l'implémentation réelle sur des capteurs TelosB et TinyOS. / The Wireless Body Area Network (WBAN) is the most critical field when considering Wireless Sensor Networks (WSN). It must be a self-organizing network architecture, meaning that it should be able to efficiently manage all network architecture requirements. The WBAN usually contains at least two or more body sensors. Each body sensor sends packets to or receives packets from the Personal Area Network Coordinator (PANC). The PANC is responsible for scheduling its child nodes' tasks. Scheduling tasks in the WBAN requires a dynamic and an adaptive process in order to handle cases of emergency that can occur with a given patient. To improve the most important parameters of a WBAN, such as quality link, response time, throughput, the duty-cycle, and packet delivery, we propose three scheduling processes: the semi-dynamic, dynamic, and priority-based dynamic scheduling approaches.In this thesis, we propose three task scheduling techniques, Semi-Dynamic Scheduling (SDS), Efficient Dynamic Scheduling (EDS) and High Priority Scheduling (HPS) approaches. Moreover, a comprehensive study has been performed for the WBAN platforms by classifying and evaluating them. We also investigate the mobility model for the WBANs by designing an architecture that describe this model. In addition, we detail a diagnosis procedure by using classification methods in order to solve very sensitive epidemic diseases. Then, our proposals have been validated using two techniques to check out the feasibility of our proposals. These techniques are simulation scenarios using the well-known network simulator OPNET and real implementations over TelosB motes under the TinyOS system.