Cette thèse s'intéresse à la flexibilité dans les infrastructures informatiques distribuées du point de vue de leurs administrateurs et utilisateurs. Pour les utilisateurs, il s'agit de trouver au moment où ils en ont besoin des ressources matérielles adaptées avec un environnement personnalisé à l'exécution de leur application. Pour les administrateurs, il s'agit de définir les politiques d'allocation des ressources (politiques d'usage et de sécurité) pour les applications des utilisateurs. Nous avons étudié la problématique de la flexibilité dans le contexte des grilles et des centrales numériques (CN). Tout d'abord, nous avons conçu et mis en oeuvre le système Saline qui s'appuie sur la virtualisation pour permettre l'exécution de tout type de tâche en mode préemptif dans les grilles. Nous avons également proposé le système Grillade qui combine les mécanismes de flexibilité offerts par les grilles et les CN pour d'une part, étendre dynamiquement une grille avec des ressources virtuelles fournies par des CN et d'autre part, construire des nuages de type IaaS fédérant les ressources de plusieurs sites. Grillade étend le système de grille XtreemOS. Il permet en outre grâce à la technologie de système à image unique de proposer aux utilisateurs des machines virtuelles exécutées sur une agrégation de nœuds. Enfin, nous proposons un formalisme permettant de classer les systèmes de gestion de ressources offrant de la flexibilité et de définir des règles pour les combiner. Le système Tropicbird qui s'appuie sur ce formalisme met en œuvre, à la demande, des plates-formes virtuelles spécifiées par les utilisateurs sur une infrastructure matérielle.

Le problème étudié dans cette thèse est le contrôle d'un système DOC (Diesel Oxidation Catalyst) tel qu'utilisé dans les systèmes de dépollution des gaz d'échappements des moteurs Diesel automobiles. Ce système est par nature un système à paramètres distribués en raison de sa géométrie allongée parcourue par un flux gazeux en contact avec un catalyseur réparti. Après avoir étudié expérimentalement ce système, nous avons décidé de prendre en compte cette nature répartie, qui comme on le montre, se retrouve également dans les autres systèmes de dépollution (filtres à particules, pièges à NOx, SCR). Une première contribution du manuscrit consiste en un modèle, dit modèle pour le contrôle, du système DOC. Celui-ci est obtenu par des simplifications successives, justifiées expérimentalement (observations, estimations des ordres de grandeurs) ou mathématiquement (développements asymptotiques, changements de variables). Ce modèle permet de rendre compte de la complexité de la réponse de la température de sortie du DOC à des variations des grandeurs d'entrée. En particulier, les effets de réponses inverses et de retards sont bien représentés. Une seconde contribution est un ensemble d'algorithmes de contrôle (feedback, feedforward, et synchronisation) permettant de maîtriser les phénomènes thermiques dans le DOC. Ces deux contributions ont été testées expérimentalement et validées. En conclusion, les performances obtenues sont évaluées. En résumé, en utilisant l'approche présentée dans ce manuscrit, il est possible de contrôler, en conditions réelles, la température de sortie du DOC à +/- 15 degrés.

Le but de cette thèse est l'étude et l'implémentation de routines de base pour aider l'utilisateur de machines parallèles à mémoire distribuée à obtenir les meilleures performances avec un coût de développement moindre. Trois ensembles de routines sont étudiés. Le premier concerne des routines de communication sur réseau réconfigurable. La seconde bibliothèque fournit à l'utilisateur des routines portables de recouvrements calculs/communications transparents. Enfin, le dernier ensemble concerne des routines de calcul comme le produit de matrices, la factorisation LU et la transformée de Fourier bidimensionnelle. Une attention toute particulière est portée aux recouvrements calculs/communications. Enfin, une application des principes présentés tout au long de la thèse est donnée. Elle concerne la simulation d'un front de combustion

De nos jours, les technologies de l'information offrent aux utilisateurs la possibilité de travailler avec n'importe qui, à n'importe quel moment, de n'importe où et avec plusieurs dispositifs hétérogènes. Cette évolution favorise un nouveau modèle distribué de collaboration de confiance où les utilisateurs peuvent travailler sur des documents partagés avec qui ils ont confiance. La collaboration multi-synchrone est largement utilisée pour soutenir le travail collaboratif en maintenant des flux simultanés de l'activité des utilisateurs qui divergent et convergent continuellement. Cependant, ce modèle n'offre pas de support concernant l'expression et la vérification de restriction d'usage des données. Cette thèse présente C-PPC, un modèle de collaboration basé sur les contrats et sur la confiance. Dans ce modèle, des contrats sont utilisés comme des règles d'utilisation des données et les utilisateurs collaborent en fonction des niveaux de confiance qu'ils attribuent aux autres en accord avec le respect des contrats. Nous formalisons les contrats en utilisant des concepts déontiques: permission, obligation et prohibition. Les contrats sont inclus dans les historiques d'opérations des données partagées. Le modèle C-PPC fournit un mécanisme pour la fusion des modifications des données et des contrats. N'importe quel utilisateur peut auditer les historiques à n'importe quel moment et les résultats de l'audit sont utilisés pour actualiser les niveaux de confiance en se basant sur une métrique de confiance. Nous proposons une solution reposant sur des authentificateurs basés sur les chaînes de hachage pour garantir l'intégrité des historiques et la responsabilité des utilisateurs. Nous fournissons des algorithmes pour construire les authentificateurs et vérifier les historiques puis nous prouvons leur correction. Des résultats expérimentaux montrent la faisabilité du modèle C-PPC.

La Thèse a été réalisée en cotutelle entre l’Université Jean Monnet de Saint Etienne (France) et l’université de Palerme (Italie) et en collaboration avec l’Agence nationale pour la gestion des déchets radioactifs (ANDRA). Le travail de recherche concerne l'étude des capteurs répartis à fibres optiques (utilisant la lumière rétrodiffusée Raman et Brillouin) destinés à l’observation et à la surveillance des ouvrages dédiés au stockage géologique de déchets radioactifs de haute activité et moyenne activité à vie longue (projet CIGEO : centre industriel de stockage géologique). Dans ce contexte, les fibres optiques sont envisagées en tant qu’élément sensible de capteurs pour la mesure de paramètres environnementaux tels que la température ou la déformation. Les conditions environnementales extrêmes d’exploitation entrainent la dégradation des propriétés de la fibre optique et des performances du capteur. La réponse des capteurs Brillouin et Raman est influencée par la présence de rayonnement y et d’hydrogène dans l’atmosphère Cigéo. Dans les deux cas, une diminution de la transmission linéique de la fibre optique est observée. Ce phénomène est dû à l’atténuation induite par radiation (RIA) ou par hydrogène (HIA) réduisant ainsi la portée de la mesure. En outre le rayonnement y et l’hydrogène provoquent des erreurs sur la mesure de température ou de déformation pour les deux types de capteurs. L’étude a permis d’établir les lignes directrices pour la sélection et le développement des capteurs repartis à fibre optique appropriés pour travailler dans l’environnement Cigéo / This PhD thesis is conducted in the joint supervision of both the University Jean Monnet of Saint Etienne (France) and the University of Palermo (Italy) in collaboration with the French national agency for the management of radioactive wastes (ANDRA). The aim of the Thesis is to evaluate the performances of distributed optical fiber sensors (based on Raman and Brillouin scattering technologies) that will be employed for monitoring industrial site for deep geological disposal for high and long-lived intermediate level activity radioactive waste (HL-W and LL/IL-W, respectively), called Cigéo. In this context, the distributed optical fiber sensors will provide a time and spatial cartography of the strain and temperature inside the disposal cell. The severe environment of Cigéo requires the sensor evaluation taking into account the resulting degradation of the sensing optical fiber. The sensor response is affected by y-rays and hydrogen presences inside the storage cells. In both cases a decrease of the optical fiber transmission, due to the radiation or hydrogen induced attenuation (RIA or HIA) is observed and limits the sensing distance range of the sensor. Moreover, the two different environment constraints lead to errors in the temperature or strain evaluation for both sensor technologies. This Thesis work establishes the guidelines to select and design distributed optical fiber sensors suitable to operate in radiation environment such as Cigéo one

In this thesis, we propose an approach to achieve autonomous task partitioning in swarms of robots. Task partitioning is the process by which tasks are decomposed into sub-tasks and it is often an advantageous way of organizing work in groups of individuals. Therefore, it is interesting to study its application to swarm robotics, in which groups of robots are deployed to collectively carry out a mission. The capability of partitioning tasks autonomously can enhance the flexibility of swarm robotics systems because the robots can adapt the way they decompose and perform their work depending on specific environmental conditions and goals. So far, few studies have been presented on the topic of task partitioning in the context of swarm robotics. Additionally, in all the existing studies, there is no separation between the task partitioning methods and the behavior of the robots and often task partitioning relies on characteristics of the environments in which the robots operate.<p>This limits the applicability of these methods to the specific contexts for which they have been built. The work presented in this thesis represents the first steps towards a general framework for autonomous task partitioning in swarms of robots. We study task partitioning in foraging, since foraging abstracts practical real-world problems. The approach we propose in this thesis is therefore studied in experiments in which the goal is to achieve autonomous task partitioning in foraging. However, in the proposed approach, the task partitioning process relies upon general, task-independent concepts and we are therefore confident that it is applicable in other contexts. We identify two main capabilities that the robots should have: i) being capable of selecting whether to employ task partitioning and ii) defining the sub-tasks of a given task. We propose and study algorithms that endow a swarm of robots with these capabilities. / Doctorat en Sciences de l'ingénieur / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Un système distribué est un système composé d'éléments de calcul autonomes dotés de capacité de communication. Il s'agit d'un modèle commun pour l'étude des réseaux. L'évolution rapide des réseaux sans fils et/ou mobiles aussi bien dans la vie quotidienne que dans la recherche amène progressivement à intégrer la dynamique (i.e. l'évolution dans le temps de la connectivité) dans les systèmes distribués. Concrètement, cela revient à ajouter l'hypothèse que les capacités de communication des éléments du système peuvent varier dans le temps. De nombreux modèles considèrent ainsi la dynamique comme composante à part entière du système (et non pas comme une faute). De manière récente, une nouvelle approche, appelée graphe variant dans le temps, tente d'unifier tous ces modèles dans un formalisme commun qui permet de classifier les systèmes en fonction de leurs propriétés de connexité temporelle. Dans cette thèse, nous nous intéressons à des systèmes distribués hautement dynamiques dans lesquels les hypothèses de connexité sont minimalistes. Plus précisément, nous concentrons nos efforts sur les systèmes connexes à travers le temps dans lesquels la seule garantie est que tout élément du système peut infiniment souvent envoyer un message à tout autre (sans garantie sur la pérennité de la route utilisée ni sur le délai de communication). Nous nous intéressons plus particulièrement aux problèmes de couverture (par exemple, ensemble dominant minimal, couplage maximal, ensemble indépendant maximal, ...) dans ces systèmes distribués hautement dynamiques. Les contributions de cette thèse dans ce contexte sont les suivantes. Nous proposons tout d'abord une nouvelle définition pour les problèmes de couverture qui est plus adaptée aux systèmes distribués hautement dynamiques que les définitions existantes. Dans un deuxième temps, nous fournissons un outil générique qui permet de faciliter les preuves de résultats d'impossibilité dans les systèmes distribués dynamiques. Nous appliquons cet outil pour prouver plusieurs résultats d'impossibilité à propos de problèmes de couverture. Ensuite, nous proposons une nouvelle mesure de complexité en temps qui permet de comparer équitablement les performances de protocoles dans les systèmes distribués dynamiques. Enfin, nous donnons un algorithme de construction d'un ensemble dominant minimal dans les systèmes distribués hautement dynamiques. / A distributed system is a system of autonomous computing components endowed with communication abilities. This is a common model for the study of networks. The quick evolution of wireless and mobile network both in everyday life and in research gradually leads to take in account the dynamics (i.e. the evolution over time) in distributed systems. Concretely, this means to add the assumption that the communication abilities of the components of the system may vary over time. Many models consider the dynamics as an integral component of the system (and not as a fault). Recently, a new approach, called time-varying graph, attempts to unify all these models in a common formalism which allows the classification systems based on their temporal connectivity properties. In this thesis, we are interested in highly dynamic distributed systems with minimal connectivity assumptions. Specifically, we focus on connected over time systems where the only guarantee is that any element of the system can infinitely often send a message to any other (no guarantee are provided on the sustainability of the used path nor on the time communication). We are particularly interested in covering problems (e.g., minimal dominanting set, maximal matching, maximal independent set, ...) in these highly dynamic distributed systems. The contributions of this thesis in this context are as follows. We first propose a new definition for the covering problems which is more suited to highly dynamic distributed systems that the existing definitions. Secondly, we provide a generic tool to simplify proof of impossibility results in dynamic distributed systems. We use this tool to prove some impossibility results of covering problems. Then, we propose a new time complexity measure to fairly compare the algorithms performance in dynamic distributed systems. Finally, we give an algorithm that compute a minimal dominating set in highly dynamic distributed systems.

Cette thèse s'intéresse à la construction auto-stabilisante de structures couvrantes dans un système réparti. L'auto-stabilisation est un paradigme pour la tolérance aux fautes dans les algorithmes répartis. Plus précisément, elle garantit que le système retrouve un comportement correct en temps fini après avoir été perturbé par des fautes transitoires. Notre modèle de système réparti se base sur des mémoires localement partagées pour la communication, des identifiants uniques pour briser les symétries et un ordonnanceur inéquitable, c'est-à-dire le plus faible des ordonnanceurs. Dans la mesure du possible, nous nous imposons d'utiliser les plus faibles hypothèses, afin d'obtenir les constructions les plus générales de structures couvrantes réparties. Nous présentons quatre algorithmes auto-stabilisants originaux pour le k-partitionnement, la construction d'une (f,g)-alliance et l'indexation. Pour chacun de ces problèmes, nous prouvons la correction de nos solutions. De plus, nous analysons leur complexité en temps et en espace à l'aide de preuves formelles et de simulations. Enfin, pour le problème de (f,g)-alliance, nous prenons en compte la notion de convergence sûre qui vient s'ajouter à celle d'auto-stabilisation. Elle garantit d'abord que le comportement du système assure rapidement un minimum de conditions, puis qu'il continue de converger jusqu'à se conformer à une spécification plus exigeante. / This thesis deals with the self-stabilizing construction of spanning structures over a distributed system. Self-stabilization is a paradigm for fault-tolerance in distributed algorithms. It guarantees that the system eventually satisfies its specification after transient faults hit the system. Our model of distributed system assumes locally shared memories for communicating, unique identifiers for symmetry-breaking, and distributed daemon for execution scheduling, that is, the weakest proper daemon. More generally, we aim for the weakest possible assumptions, such as arbitrary topologies, in order to propose the most versatile constructions of distributed spanning structures. We present four original self-stabilizing algorithms achieving k-clustering, (f,g)-alliance construction, and ranking. For every of these problems, we prove the correctness of our solutions. Moreover, we analyze their time and space complexity using formal proofs and simulations. Finally, for the (f,g)-alliance problem, we consider the notion of safe convergence in addition to self-stabilization. It enforces the system to first quickly satisfy a specification that guarantees a minimum of conditions, and then to converge to a more stringent specification.

De nos jours, les technologies de l'information offrent aux utilisateurs la possibilité de travailler avec n'importe qui, à n'importe quel moment, de n'importe où et avec plusieurs dispositifs hétérogènes. Cette évolution favorise un nouveau modèle distribué de collaboration de confiance où les utilisateurs peuvent travailler sur des documents partagés avec qui ils ont confiance. La collaboration multi-synchrone est largement utilisée pour soutenir le travail collaboratif en maintenant des flux simultanés de l'activité des utilisateurs qui divergent et convergent continuellement. Cependant, ce modèle n'offre pas de support concernant l'expression et la vérification de restriction d'usage des données. Cette thèse présente C-PPC, un modèle de collaboration basé sur les contrats et sur la confiance. Dans ce modèle, des contrats sont utilisés comme des règles d'utilisation des données et les utilisateurs collaborent en fonction des niveaux de confiance qu'ils attribuent aux autres en accord avec le respect des contrats. Nous formalisons les contrats en utilisant des concepts déontiques: permission, obligation et prohibition. Les contrats sont inclus dans les historiques d'opérations des données partagées. Le modèle C-PPC fournit un mécanisme pour la fusion des modifications des données et des contrats. N'importe quel utilisateur peut auditer les historiques à n'importe quel moment et les résultats de l'audit sont utilisés pour actualiser les niveaux de confiance en se basant sur une métrique de confiance. Nous proposons une solution reposant sur des authentificateurs basés sur les chaînes de hachage pour garantir l'intégrité des historiques et la responsabilité des utilisateurs. Nous fournissons des algorithmes pour construire les authentificateurs et vérifier les historiques puis nous prouvons leur correction. Des résultats expérimentaux montrent la faisabilité du modèle C-PPC / Nowadays, information technologies provide users ability to work with anyone, at any time, from everywhere and with several heterogeneous devices. This evolution fosters a new distributed trustworthy collaboration model where users can work on shared documents with whom they trust. Multi-synchronous collaboration is widely used for supporting collaborative work by maintaining simultaneous streams of user activities which continually diverge and converge. However, this model lacks support on how usage restrictions on data can be expressed and checked within the model. This thesis proposes "C-PPC", a multi-synchronous contract-based and trust-aware collaboration model. In this model, contracts are used as usage rules and users collaborate according to trust levels they have on others computed according to contract compliance. We formalize contracts by using deontic concepts: permission, obligation and prohibition. Contracts are enclosed in logs of operations over shared data. The C-PPC model provides a mechanism for merging data changes and contracts. Any user can audit logs at any time and auditing results are used to update user trust levels based on a trust metric. We propose a solution relying on hash-chain based authenticators that ensures integrity of logs and user accountability. We provide algorithms for constructing authenticators and verifying logs and prove their correctness. A set of experimental results shows the feasibility of the C-PPC model

L’évolution technologique du web durant ces dernières années a favorisé l’arrivée d’environnements virtuels collaboratifs pour la modélisation 3D à grande échelle. Alors que la collaboration réunit dans un même espace partagé des utilisateurs distants géographiquement pour un objectif de collaboration commun, les ressources matérielles qu'ils apportent (calcul, stockage, 3D ...) avec leurs connaissances sont encore trop rarement utilisées et cela constitue un défi. Il s'agit en effet de proposer un système simple, performant et transparent pour les utilisateurs afin de permettre une collaboration efficace à la fois sur le volet computationnel mais aussi, bien entendu, sur l'aspect métier lié à la modélisation 3D sur le web. Pour rendre efficace le passage à l’échelle, de nombreux systèmes utilisent une architecture réseau dite "hybride", combinant client serveur et pair-à-pair. La réplication optimiste s'adapte bien aux propriétés de ces environnements répartis : la dynamicité des utilisateurs et leur nombre, le type de donnée traitées (3D) et leur taille. Cette thèse présente un modèle pour les systèmes d’édition collaborative en 3D sur le web. L'architecture cliente (3DEvent) permet de déporter les aspects métiers de la 3D au plus près de l’utilisateur sous la forme d’évènements. Cette architecture orientée événements repose sur le constat d’un fort besoin de traçabilité et d’historique sur les données 3D lors de l’assemblage d’un modèle. Cet aspect est porté intrinsèquement par le patron de conception event-sourcing. Ce modèle est complété par la définition d’un intergiciel en pair-à-pair. Sur ce dernier point, nous proposons d'utiliser la technologie WebRTC qui présente une API familière aux développeurs de services en infonuagique. Une évaluation portant sur deux études utilisateur concernant l’acceptance du modèle proposé a été menée dans le cadre de tâches d’assemblage de modèles 3D sur plusieurs groupes d’utilisateurs. / Web technologies evolutions during last decades fostered the development of collaborative virtual environments for 3D design at large scale. Despite the fact that collaborative environments gather in a same shared space geographically distant users in a common objective, the hardware ressources of their clients (calcul, storage, graphics ...) are often underused because of the challenge it represents. It is indeed a matter of offering an easy-to-use, efficient and transparent collaborative system to the user supporting both computationnal and 3D design visualisation and business logic needs in heterogeneous web environments. To scale well, numerous systems use a network architecture called "hybrid", combining both client-server and peer-to-peer. Optimistic replication is well adapted to distributed application such as 3D collaborative envionments : the dynamicity of users and their numbers, the 3D data type used and the large amount and size of it.This document presents a model for 3D web-based collaborative editing systems. This model integrates 3DEvent, an client-based architecture allowing us to bring 3D business logic closer to the user using events. Indeed, the need of traceability and history awareness is required during 3D design especially when several experts are involved during the process. This aspect is intrinsec to event-sourcing design pattern. This architecture is completed by a peer-to-peer middleware responsible for the synchronisation and the consistency of the system. To implement it, we propose to use the recent web standard API called WebRTC, close to cloud development services know by developers. To evaluate the model, two user studies were conducted on several group of users concerning its responsiveness and the acceptance by users in the frame of cooperative assembly tasks of 3D models.