A stochastic model for the dynamics of a limit order book is evaluated and tested on empirical data. Arrival of limit, market and cancellation orders are described in terms of a Markovian queuing system with exponentially distributed occurrences. In this model, several key quantities can be analytically calculated, such as the distribution of times between price moves, price volatility and the probability of an upward price move, all conditional on the state of the order book. We show that the exponential distribution poorly fits the occurrences of order book events and further show that little resemblance exists between the analytical formulas in this model and the empirical data. The log-normal and Weibull distribution are suggested as replacements as they appear to fit the empirical data better.

Microservice architecture, which involves breaking down applications into smaller and loosely coupled components, is becoming increasingly common in the development of modern systems. Connections between these components can be established in various ways. One of these approaches is event-driven architecture, where components in the system communicate asynchronously with each other through message queues.  AWS, Amazon Web Services, the largest provider of cloud-based services, offers such a messaging queue: SQS, Amazon Simple Queue Service, which can be integrated with SNS, Amazon Simple Notification Service, to enable "one-to-many" asynchronous communication.  An alternative tool is Apache Kafka, created by LinkedIn and later open-sourced under the Apache Software Foundation. Apache Kafka is an event logging and streaming platform that can also function as a message queue in an event-driven architecture.  The authors of this thesis have been commissioned by Scania to compare and evaluate the performance of these two tools and investigate whether there are use cases where one might be more suitable than the other. To achieve this, two prototypes were developed, each prototype consisting of a producer microservice and a consumer microservice. These prototypes were then used to conduct latency and load tests by producing messages and measuring the time interval until they were consumed.  The results of the tests show that Apache Kafka has a lower average latency than SNS/SQS and scales more efficiently with increasing data volumes, making it more suitable for use cases involving real-time data streaming. Its potential as a message bus for loosely coupled components in the system is also evident. In this context, SNS/SQS is equally valuable, as it operates as a dedicated message bus with good latency and offers a user-friendly and straightforward setup process. / Mikrotjänstarkitektur, som innebär att applikationer bryts ned till mindre och löst kopplade komponenter, är något som blir allt vanligare vid utvecklingen av moderna system. Kopplingar mellan dessa komponenter kan etableras på olika sätt. Ett av dessa tillvägagångssätt är händelsedriven arkitektur, där komponenterna i systemet kommunicerar asynkront med varandra genom meddelandeköer.  AWS, Amazon Web Services, som är den största leverantören av molnbaserade tjänster, tillhandahåller en sådan meddelandekö: SQS, Amazon Simple Queue Service, som kan integreras med SNS, Amazon Simple Notification Service för att möjliggöra ”en-till-många” asynkron kommunikation.  Ett alternativt verktyg är Apache Kafka, skapat av Linkedin och senare öppen källkodspublicerad under Apache Software Foundation. Apache Kafka är en händelselogg och strömningsplattform som även kan fungera som en meddelandekö i en händelsedriven arkitektur.  Författarna av detta arbete har på uppdrag av Scania blivit ombedda att jämföra och utvärdera prestandan hos de två verktygen samt undersöka om det finns användningsfall där det ena kan vara mer lämpligt än det andra. För att uppnå detta utvecklades två prototyper, där varje prototyp består av en producent- och en konsumentmikrotjänst. Dessa prototyper användes sedan för att genomföra latens- och lasttester genom att producera meddelanden och mäta tidsintervallet till dess att de konsumerades.  Resultatet från testerna visar att Apache Kafka har lägre genomsnittlig latens än SNS/SQS och skalar mer effektivt vid ökande datamängder, vilket gör det mer lämpat för användningsfall med realtidsströmning av data. Dess potential som meddelandebuss för löst kopplade komponenter i systemet är också tydlig. I detta sammanhang är SNS/SQS lika användbart, då det fungerar som en dedikerad meddelandebuss med god latens och en användarvänlig och enkel startprocess.

Along with playing an ever-increasing role in the integration of other communication networks and expanding in application diversities, the current Internet suffers from serious overuse and congestion bottlenecks. Efficient congestion control is fundamental to ensure the Internet reliability, satisfy the specified Quality-of-Service (QoS) constraints and achieve desirable performance in response to varying application scenarios. Active Queue Management (AQM) is a promising scheme to support end-to-end Transmission Control Protocol (TCP) congestion control because it enables the sender to react appropriately to the real network situation. Analytical performance models are powerful tools which can be adopted to investigate optimal setting of AQM parameters. Among the existing research efforts in this field, however, there is a current lack of analytical models that can be viewed as a cost-effective performance evaluation tool for AQM in the presence of heterogeneous traffic, generated by various network applications. This thesis aims to provide a generic and extensible analytical framework for analyzing AQM congestion control for various traffic types, such as non-bursty Poisson and bursty Markov-Modulated Poisson Process (MMPP) traffic. Specifically, the Markov analytical models are developed for AQM congestion control scheme coupled with queue thresholds and then are adopted to derive expressions for important QoS metrics. The main contributions of this thesis are listed as follows: • Study the queueing systems for modeling AQM scheme subject to single-class and multiple-classes Poisson traffic, respectively. Analyze the effects of the varying threshold, mean traffic arrival rate, service rate and buffer capacity on the key performance metrics. • Propose an analytical model for AQM scheme with single class bursty traffic and investigate how burstiness and correlations affect the performance metrics. The analytical results reveal that high burstiness and correlation can result in significant degradation of AQM performance, such as increased queueing delay and packet loss probability, and reduced throughput and utlization. • Develop an analytical model for a single server queueing system with AQM in the presence of heterogeneous traffic and evaluate the aggregate and marginal performance subject to different threshold values, burstiness degree and correlation. • Conduct stochastic analysis of a single-server system with single-queue and multiple-queues, respectively, for AQM scheme in the presence of multiple priority traffic classes scheduled by the Priority Resume (PR) policy. • Carry out the performance comparison of AQM with PR and First-In First-Out (FIFO) scheme and compare the performance of AQM with single PR priority queue and multiple priority queues, respectively.

La Barge à queue noire Limosa limosa est un oiseau limicole communément rencontré tout au long de l’année sur le territoire Français. Les individus présents sur la partie ouest de l’Europe sont représentés par deux sous-espèces : la sous-espèce L. l. limosa, dite barge à queue noire « continentale », est principalement observée pendant les phases de migration et en très faibles effectifs reproducteurs sur les marais ouest Atlantique; la sous-espèce L. l. islandica, dite « islandaise », est quant à elle, exclusivement présente en hivernage le long des côtes atlantiques et de la Manche. L’étude menée au cours de ces travaux de thèse porte principalement sur la barge « islandaise » en dehors de la période de reproduction sur les sites d’hivernage le long de la façade atlantique Française. Contrairement à L. l. limosa, la population de L. l. islandica connaît sur l’ensemble de son aire de répartition, une expansion aussi bien en termes d’effectif qu’en nombre de sites fréquentés. La synthèse des effectifs nationaux hivernants montre que la population hivernante en France suit cette même tendance, avec une progression de 1350 à 27000 individus au cours des vingt dernières années. Actuellement, la France accueille environ 30 % de la population sur un nombre de sites grandissant mais néanmoins restreint, principalement représentés par les Réserves Naturelles littorales abritant des vasières intertidales utilisés comme zone d’alimentation. À partir de données biométriques, génétiques ou encore des historiques de vie des oiseaux équipés de bagues couleurs, les périodes de présence des deux populations sur le territoire Français ont pu être mis à jour. De plus, au sein de la sous-espèce islandaise, plusieurs durées d’hivernage en France ont été avancées, pouvant varier de 2 à 8 mois selon les individus. La phénologie des effectifs étudiée sur chacun des sites suggère une utilisation très variée des sites ainsi que de nombreux échanges entre ces sites au cours d’un même hiver. Couramment utilisée dans la compréhension de la distribution des populations d’oiseaux, la disponibilité de la ressource trophique a également été étudiée au regard du régime alimentaire de la Barge queue noire à partir d’échantillonnages de macrofaune, de collecte de fèces mais aussi d’analyses d’isotopes stables. Au cours de l’hiver, à l’échelle des Pertuis Charentais, les barges montrent deux régimes distincts mais néanmoins monospécifiques. Elles s’alimentent de rhizomes de zostères (Zostera noltii) sur les herbiers des vasières de l’Ile de Ré et de bivalves (Macoma balthica) sur les vasières nues. Au cours de l’hiver, il est supposé que la déplétion de ces ressources conduit à une redistribution des effectifs de barges sur de nouvelles zones d’alimentation voire de nouveaux reposoirs. Les deux régimes alimentaires sont majoritairement retrouvés à l’échelle de la distribution nationale des barges. Néanmoins, leurs distributions au sein des sites français dépend des caractéristiques sédimentaires, des interactions intra et interspécifiques, de la disponibilité de reposoirs de marée haute et des dérangements tels que la chasse. Ce travail a permis d’établir de solides connaissances et aboutit à la collecte de données détaillées et complémentaires qui vont permettre de tester les modèles théoriques de distribution spatiale des organismes à l’échelle d’une région de leur aire de distribution. / The Black-tailed godwit Limosa limosa is a shorebird species commonly observed in France throughout the year. Two sub-species are dissociated in West European. The so called “continental” Godwit L. l. limosa is observed in France during migration cycles and some pairs breed in marshes on the Atlantic coast; the so called “Icelandic” Godwit winters exclusively along coast of the Western Europe. This present work mainly investigates the wintering ecology of Icelandic–godwit in coastal mudflats of France. Contrarily to the continental sub-species, the whole Icelandic-godwit L. l. islandica population increased quantitatively as long as the number of sites used. In France, national counts pointed out that wintering population follows this trend and have increased from 1350 to 27000 individuals during the last twenty years. This population represents now around 30% of the whole islandica population but individuals stage in large flocks in a very limited number of sites, mainly included in Nature Reserves. From standard biometrics, molecular analyses and resighting data, phenologies of the both sub-species can then be specified for France. Furthermore, this study allowed to define how long the wintering period lasts in France for Icelandic-Godwits, between 2 and 8 months depending on individuals. Phenology at site scale suggested that godwits used several sites throughout the winter. As currently used for understanding the distribution of bird populations, trophic resource availability was studied in regard to the diet of the Black-tailed godwit from macrofauna sampling, droppings collection and stable isotope analyses. At the Pertuis Charentais scale, two feeding behaviors were clearly distinguished: seagrass grazing (Zostera notlii) or bivalve probing (Macoma balthica). Food depletion along the winter is expected to lead to the decrease of local populations, and to the selection of new feeding area or roost. Considering the distribution of the species at the national level, the diets were recorded depending on the mudflats’ characteristics. Even if food distribution is commonly used to understand at first the bird population distribution, our observations point out that, here at a local level, more parameters may influence the wintering distribution such as sediment characteristics, intra and inter-specific interactions, high tide roosts availability and human disturbances as the hunt. This work allowed to establish a solid knowledge and to collect many complementary data to test the distribution theories on the Black-tailed Godwit population wintering in France.

La thèse est composée de trois parties. La première présente un certain nombre de mesures de dépendance extrême. Une application sur les actions et les obligations de 49 pays montre que la théorie des valeurs extrêmes multivariées conduit aux résultats différents de ceux issus du coefficient de corrélation, mais relativement proches de ceux obtenus du rho de Spearman conditionnel multivarié. Cette partie évalue aussi le risque de pertes importantes simultanées. La deuxième partie examine les déterminants des co-mouvements extrêmes entre 5 pays core et 49 pays non core. Les mécanismes de transmission des chocs varient de la période moins récente à la période récente, des pays développés aux pays émergents, des chocs normaux aux chocs extrêmes. La troisième partie étudie le rôle de valeur refuge de l’or sur la période 1986-2012. Les gains positifs extrêmes de l'or peuvent être liés aux pertes extrêmes du S&P. Cependant, ce lien n'est pas toujours valable, il évolue dans le temps et serait conditionné par d'autres facteurs. / The thesis consists of three parts. The first part introduces a number of measures of extreme dependency. An application on stock and bond markets of 49 countries shows the multivariate extreme value theory leads to results which are different from those from the correlation coefficient, but relatively close to those obtained from multivariate conditional Spearman's rho. This part also assesses the risk of simultaneous losses. The second part examines the determinants of extreme co-movements between 5 core countries and 49 non-core countries. Transmission mechanisms of shocks vary from less recent to recent period, from developed to emerging markets, from normal to extreme shocks. The third part examines the role of safe haven of gold over the period 1986-2012. Extreme positive gains of gold can be linked to extreme losses of S&P. However, this relationship is not always valid, it evolves over time and could be determined by other factors.

Le virus de l'immunodéficience humaine (VIH) est responsable du syndrome d'immunodéficience humaine acquise (SIDA). Le virus est très variable et est classé en divers sous-types dont le sous-type B qui est le plus étudié et le C qui est le plus répandu. L'enveloppe (Env) à la surface du virus lui permet d'infecter des cellules du système immunitaire, parmi lesquelles les lymphocytes T CD4 (LT CD4) et les macrophages sont des cibles privilégiées. Nous avons étudié le rôle de variations de séquences dans la partie de Env qui n'est pas exposée à la surface du virus (la queue intravirale (gp41CT)). Nos résultats montrent que ce domaine contribue à la réplication du virus dans les LT CD4 et que des variations dans ce domaine entravent l'assemblage des protéines de structure du virus, diminuant la production de nouveaux virus. Ce défaut n'est pas observé dans les macrophages, suggérant qu'un facteur cellulaire est impliqué. Identifier ce facteur pourrait fournir de nouvelles cibles antivirales / The human immunodeficiency virus (HIV) is responsible for the pandemic of acquired immunodeficiency syndrome (AIDS). Being highly variable, the virus has been subdivided into viral subtypes. Subtype B is the most studied, while subtype C is the most spread. The envelope (Env) expressed at the surface of the virion enables infection of cells involved in the immune system, like CD4 cells (CD4 TL) and macrophages. We studied the Env region not exposed at the viral surface (intraviral tail, gp41CT), which also harbors sequence characteristics linked to viral subtype. Viruses with subtype C gp41CT had lower replication capacities in CD4 TL. Microscopy analysis showed a defect in clustering of the viral structural protein Gag, revealing that changes in gp41CT affect assembly of all viral components. This defect was seen in CD4 TL but not in macrophages, suggesting the involvement of a cellular factor. Identifying this factor could open new therapeutic leads

La plupart des réseaux de capteurs sans fill d’aujourd’hui fonctionne sur le protocole CSMA/CA. Fournir la qualité de service (QdS) dans un tel réseau est un problème difficile compte tenu de la dynamique du réseau et des contraintes en termes de ressources (énergie et mémoire). Dans cette thèse, sans changer le socle commun du CSMA/CA, nous avons proposé des mécanismes auto-adaptatifs qui permettent de gérer la QdS "best-effort" pour des applications nécessitant de la différenciation de services. Trois mécanismes sont proposés : CoSenS pour "Collecting then Sending burst Scheme", P-CoSenS qui a joute la gestion de priorités à CoSenS, et S-CoSenS qui a joute la dimension énergie à CoSenS. La dynamique du réseau est prise en compte grâce à l’auto-adaptation de périodes de collecte et de transmission en rafale. Il est à souligner que le mécanisme CoSenS permet non seulement d’améliorer les performances de CSMA/CA mais aussi de surmonter la difficulté d’ordonnancer les trafics entrant dans un nœud (routeur) car chaque paquet entrant est immédiatement retransmis vers la sortie. En effet, grâce à la pério de de collecte, les paquets entrants sont mis en file d’attente, rendant ainsi possible d’ordonnancer différemment les paquets selon leur priorité (P-CoSenS). Enfin, le compromis énergie/performance est pris en compte dans S-CoSenS. Selon l’état de l’environnement surveillé, le réseau peut se trouver dans une période où circule un trafic non urgent et souvent faible pendant laquelle il est judicieux de minimiser la consommation d’énergie et une pério de de trafic important pendant laquelle le réseau doit transporter des données urgentes pour suivre une situation alarmante de plus près. Comme CoSenS, S-CoSenS permet de s’auto-adapter dynamiquement en fonction de ces situations. L’ensemble de nos propositions est validé par simulations et CoSenS est implémenté sur une plateforme de réseau de capteurs. / Nowadays, most of wireless sensor networks use CSMA/CA protocol. Providing quality of service (QoS) support in such networks is a difficult problem because of the network dynamics and the high constraints in terms of resources like energy and memory. In this thesis and without changing the basic access protocol, CSMA/CA, we developed auto-adaptive mechanisms for best-effort QoS targeted to applications requiring differentiation services. Three mechanisms are proposed; CoSenS for "Collecting then Sending burst Scheme" which enhances the performances of CSMA/CA, P-CoSenS for "Priority CoSenS" which adds priority management to CoSenS and S-CoSenS for "S-CoSenS" which tackles energy efficiency using CoSenS. We emphasize that CoSenS mechanism not only enhances the performance of CSMA/CA in terms of throughput, end-to-end delay and successful transmission rates but enables also the implementation of scheduling policies; since the router collects and queues paquets before retransmitting them, it has a complete knowledge about them and can then schedule them efficiently (P-CoSenS). S-CoSenS tackles the energy/throughput tradeoff. In fact, the state of a network varies according to the monitored environment. The network may be at some times lightly loaded with non urgent traffic and at other times highly loaded with urgent traffic generated by nodes in order to monitor a happening phenomenon more closely and hence take the best decision. In the former case, the network must save energy. In the latter case, it must provide bandwidth. S-CoSenS auto-adapts its sleeping and active periods according the incoming traffic. Our propositions are validated by simulations and CoSenS is implemented on a wireless sensor platform

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Dans le cadre des recherches de la qualité des ressources en eau, l'étude du processus de transfert de masse du sol vers la nappe phréatique constitue un élément primordial pour la compréhension de la pollution de cette dernière. En effet, les éléments polluants solubles à la surface (produits liés aux activités humaines tels engrais, pesticides...) peuvent transiter vers la nappe à travers le milieu poreux qu'est le sol. Ce scénario de transfert de pollution repose sur deux phénomènes : la pluie qui génère la masse d'eau à la surface et la dispersion de celle-ci à travers le milieu poreux. La dispersion de masse dans un milieu poreux naturel comme le sol forme un sujet de recherche vaste et difficile aussi bien au plan expérimental que théorique. Sa modélisation constitue une préoccupation du laboratoire EMMAH, en particulier dans le cadre du projet Sol Virtuel dans lequel un modèle de transfert (modèle PASTIS) a été développé. Le couplage de ce modèle de transfert avec en entrée un modèle décrivant la dynamique aléatoire de la pluie est un des objectifs de la présente thèse. Ce travail de thèse aborde cet objectif en s'appuyant d'une part sur des résultats d'observations expérimentaux et d'autre part sur de la modélisation inspirée par l'analyse des données d'observation. La première partie du travail est consacrée à l'élaboration d'un modèle stochastique de pluie. Le choix et la nature du modèle sont basés sur les caractéristiques obtenus à partir de l'analyse de données de hauteur de pluie recueillies sur 40 ans (1968-2008) sur le Centre de Recherche de l'INRA d'Avignon. Pour cela, la représentation cumulée des précipitations sera assimilée à une marche aléatoire dans laquelle les sauts et les temps d'attente entre les sauts sont respectivement les amplitudes et les durées aléatoires entre deux occurrences d'événements de pluie. Ainsi, la loi de probabilité des sauts (loi log-normale) et celle des temps d'attente entre les sauts (loi alpha-stable) sont obtenus en analysant les lois de probabilité des amplitudes et des occurrences des événements de pluie. Nous montrons alors que ce modèle de marche aléatoire tend vers un mouvement brownien géométrique subordonné en temps (quand les pas d'espace et de temps de la marche tendent simultanément vers zéro tout en gardant un rapport constant) dont la loi de densité de probabilité est régie par une équation de Fokker Planck fractionnaire (FFPE). Deux approches sont ensuite utilisées pour la mise en œuvre du modèle. La première approche est de type stochastique et repose sur le lien existant entre le processus stochastique issu de l'équation différentielle d'Itô et la FFPE. La deuxième approche utilise une résolution numérique directe par discrétisation de la FFPE. Conformément à l'objectif principal de la thèse, la seconde partie du travail est consacrée à l'analyse de la contribution de la pluie aux fluctuations de la nappe phréatique. Cette analyse est faite sur la base de deux relevés simultanées d'observations de hauteurs de pluie et de la nappe phréatique sur 14 mois (février 2005-mars 2006). Une étude statistique des liens entre les signaux de pluie et de fluctuations de la nappe est menée comme suit : Les données de variations de hauteur de nappe sont analysées et traitées pour isoler les fluctuations cohérentes avec les événements de pluie. Par ailleurs, afin de tenir compte de la dispersion de masse dans le sol, le transport de la masse d'eau pluviale dans le sol sera modélisé par un code de calcul de transfert (modèle PASTIS) auquel nous appliquons en entrée les données de hauteurs de pluie mesurées. Les résultats du modèle permettent entre autre d'estimer l'état hydrique du sol à une profondeur donnée (ici fixée à 1.6m). Une étude de la corrélation entre cet état hydrique et les fluctuations de la nappe sera ensuite effectuée en complément à celle décrite ci-dessus pour illustrer la possibilité de modéliser l'impact de la pluie sur les fluctuations de la nappe

An investigation into the impact of generalised maximum entropy solutions on the study of queues with or without arrival balking and their applications to congestion management in communication networks Keywords: Queues, Balking, Maximum Entropy (ME) Principle, Global Balance (GB), Queue Length Distribution (QLD), Generalised Geometric (GGeo), Generalised Exponential (GE), Generalised Discrete Half Normal (GdHN), Congestion Management, Packet Dropping Policy (PDP) Generalisations to links between discrete least biased (i.e. maximum entropy (ME)) distribution inferences and Markov chains are conjectured towards the performance modelling, analysis and prediction of general, single server queues with or without arrival balking. New ME solutions, namely the generalised discrete Half Normal (GdHN) and truncated GdHN (GdHNT) distributions are characterised, subject to appropriate mean value constraints, for inferences of stationary discrete state probability distributions. Moreover, a closed form global balance (GB) solution is derived for the queue length distribution (QLD) of the M/GE/1/K queue subject to extended Morse balking, characterised by a Poisson prospective arrival process, i.i.d. generalised exponential (GE) service times and finite capacity, K. In this context, based on comprehensive numerical experimentation, the latter GB solution is conjectured to be a special case of the GdHNT ME distribution. ii Owing to the appropriate operational properties of the M/GE/1/K queue subject to extended Morse balking, this queueing system is applied as an ME performance model of Internet Protocol (IP)-based communication network nodes featuring static or dynamic packet dropping congestion management schemes. A performance evaluation study in terms of the model’s delay is carried out. Subsequently, the QLD’s of the GE/GE/1/K censored queue subject to extended Morse balking under three different composite batch balking and batch blocking policies are solved via the technique of GB. Following comprehensive numerical experimentation, the latter QLD’s are also conjectured to be special cases of the GdHNT. Limitations of this work and open problems which have arisen are included after the conclusions.