Depuis plusieurs années, l'utilisation et le déploiement de systèmes embarqués est en plein essor. Ces systèmes complexes, autrefois isolés les uns des autres, peuvent aujourd'hui communiquer entre eux afin de répondre à de nouveaux besoins. L'échange de données entre ces dispositifs et la facilité de les administrer à distance présentent deux avancées technologiques importantes. Par contre, d'un point de vue de la sécurité, cela les rend plus susceptibles de subir les attaques de pirates informatiques et de voir l'intégrité de leur micrologiciel compromise. Cette réalité est particulièrement vraie pour les systèmes embarqués réseautés domestiques qui sont en général moins bien protégés que leurs homologues en milieux industriels. L'objectif de ce travail de recherche consiste à identifier et éliminer les failles de sécurité dans les systèmes embarqués réseautés domestiques. La phase d'analyse est primordiale, puisque les vulnérabilités dans ces systèmes ne peuvent être contrôlées et éliminées que si elles sont bien identifiées. Cette analyse permettra ensuite de mieux comprendre le déroulement ainsi que l'ampleur de telles attaques afin de mieux s'en prémunir. Une fois cette phase complétée, une exploration de diverses technologies pouvant mener à la protection et à l'intégrité de ces systèmes sera réalisée. Quelques-unes de ces technologies de protection seront finalement employées lors d'une tentative de sécurisation d'un système embarqué réseauté domestique.

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

La responsabilité des routeurs s'engage lorsque les machines hôtes envoient leurs paquets dans le réseau. Les routeurs auront donc la fonction de transmettre ces paquets sur les liens pour les acheminer vers la destination déterminée. Cependant, comme le routeur traite les paquets séparément, la performance du routeur dépend donc du temps de traitement pour chaque paquet. Avec une charge de trafic, il est possible d'optimiser efficacement le traitement des paquets dans le routeur. Notre attention sera portée sur l'évaluation du délai de bout-en-bout dans le réseau End-to-End. Ce mémoire propose donc un modèle qui consiste à évaluer et vérifier les délais des paquets dans les routeurs par la méthode de vérification de modèles (Model-Checking). ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : vérification de modèles, Model-Checking, réseaux, routeur, délai.

La croissance des unités de distribution des ressources énergétiques ainsi que l'intégration des nouvelles technologies dans la production et le stockage d'énergie, ont imposé un contrôle nouveau et de nouvelles stratégies opérationnelles. Grâce à sa capacité de stockage et étant considérée comme une énergie propre; la pile à combustible (Pac) est l'une des technologies les plus prometteuse en tant que source d'énergie stationnaire dans les réseaux micro et aussi dans les applications de transport. Par conséquent, deux sujets principaux sont abordés dans cet ouvrage, la conception et l'installation d'un banc d'essai complet instrumenté a membrane échangeuse de polymère (PEM) Pac et de conception et l'essai expérimental d'une nouvelle stratégie de contrôle dynamique d'échange de l'énergie pour les systèmes multi - source et multi - charge. Pour définir le test instruments banc exigences, un examen complet de modèle dynamique est donné dans la première partie. Dans la prochaine section seront inclues, les renseignements concernant la configuration de la conception et la mise en œuvre de banc d'essai de Pac, i.e., critères de spécification des instruments, acquisition, et affichage des données du système. Des résultats expérimentaux sont réalisés afin de démontrer les potentialités de l'installation. Dans le chapitre suivant, une nouvelle stratégie de contrôle dynamique de l'énergie d'échange (DSER) sera introduite et testée par simulation et expérimentalement dans un système à deux ports. Afin d'établir une comparaison et d'intégrer la DSER dans une application Pac, un système à trois ports - y compris un modèle statique de Pac - et deux différentes approches de contrôle, seront testés par simulation dans le cinquième chapitre. La thèse s’achèvera par quelques conclusions et quelques thèmes de recherche potentiels générés à partir de ce travail. / The growth of distributed energy resources together with the incorporation of new technologies in the generation and storage of energy are imposing new control and operational strategies. Due to its storage capability and that it is considered to be clean energy; fuel cell (FC) is one of the most promissory technologies as a stationary energy source in micro grids and also in transportation applications. Therefore, two main issues are addressed in this work; the conception, design, and setup of a fully instrumented test bench for proton exchange membrane (PEM) FC stacks and the design and experimental test of a new dynamic energy-exchange control strategy for multi source and multi load systems. To define the test bench instrument requirements, in the first part a complete dynamic model review is given. In the next section, relevant information regarding the setup of the FC test bench design and implementation is included, i.e., specification criteria of the instruments and acquisition and data display system. Some experimental results are performed in order to demonstrate the potentialities of the setup. In the following chapter, a new dynamic energy exchange control strategy (DSER) is introduced and tested in a two port system via simulation and experimentation. In order to establish a comparison and integrate the DSER in a FC application, in the fifth chapter a three port system – including a static model of FC – and two different control approaches, are tested via simulation. The thesis is closed with some concluding remarks and some potential research topics generated from this work.

Développer des applications réseaux pour des routeurs programmables basés sur les Network Processors (NPs) implique l'utilisation de langages de bas-niveau et d'outils propriétaires fortement dépendants des architectures matérielles sous-jacentes. Le code source, généralement écrit en langage assembleur, n'est pas facile à écrire et cause des problèmes de maintenance. Les applications résultantes sont également difficiles à déboguer. Dans ce mémoire nous proposons NETLANG, un nouveau langage de programmation de haut-niveau dédié aux NPs. De plus d'être un langage simple et élégant, de réduire les coûts de développement et de la maintenance, et d'améliorer la réutilisation du code, NETLANG a pour objectif essentiel de décrire le comportement des paquets dans un NP. NETLANG est un langage qui permet de développer des applications de traitement de paquets. Il établit deux niveaux. Le premier niveau du langage offre une abstraction et une description du routeur à travers un pipeline de tables OpenFlow et des règles de forwarding ayant l'aptitude d'être modifiées dynamiquement et donc de permettre de changer le comportement du routeur à la volée. La sémantique du langage est inspirée du protocole OpenFlow qui a permis d'exprimer les principales tâches de traitement de paquets telles que le parsing, le lookup et la modification. Le langage est bâti en respectant le modèle des Software Defined Networks (SDNs) qui définit un nouveau plan de séparation entre le control plane et le data plane. Le deuxième niveau de NETLANG est traduit en matériel et permet l'adaptabilité du langage à plusieurs plateformes. Des adaptateurs spécifiques à des plateformes différentes sont intégrés au compilateur de NETLANG et permettent de rendre le langage portable. En effet, nous avons utilisé deux environnements pour l'implémentation de NETLANG ; le NP4 d'EZchip caractérisé par sa structure de TOPs (Task Optimized Processors) en pipeline et le NFP-3240 de Netronome connu pour son parallélisme et l'exploitation du multithreading. La validation de NETLANG s'est basée sur un ensemble d'applications réseau ayant des complexités et des domaines différents. A travers ce mémoire nous avons démontré qu'on est capable d'avoir aujourd'hui un langage pour les routeurs programmables. La sémantique d'OpenFlow, sur laquelle nous avons basé notre langage NETLANG, est suffisante et même pertinente en termes de description de comportement des paquets dans un NP. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : langages à domaine spécifique, réseaux programmables, processeurs de réseau.

L'utilisation de la troisième dimension peut entraîner une réduction significative de la puissance et de la latence moyenne du trafic dans les réseaux sur puce (Network-on-Chip). La technologie des vias à travers le substrat (ou Through-Silicon Via) est la technologie la plus prometteuse pour l'intégration 3D, car elle offre des liens verticaux courts qui remédient au problème des longs fils dans les NoCs-2D. Les TSVs sont cependant énormes et les processus de fabrication sont immatures, ce qui réduit le rendement des systèmes sur puce à base de NoC-3D. Par conséquent, l'idée de réseaux sur puce 3D partiellement connectés verticalement a été introduite pour bénéficier de la technologie 3D tout en conservant un haut rendement. En outre, de tels réseaux sont flexibles, car le nombre, l'emplacement et l'affectation des liens verticaux dans chaque couche peuvent être décidés en fonction des exigences de l'application. Cependant, ce type de réseaux pose un certain nombre de défis : Le routage est le problème majeur, car l'élimination de certains liens verticaux fait que l'on ne peut utiliser les algorithmes classiques qui suivent l'ordre des dimensions. Pour répondre à cette question nous expliquons et évaluons un algorithme de routage déterministe appelé "Elevator First", qui garanti d'une part que si un chemin existe, alors on le trouve, et que d'autre part il n'y aura pas d'interblocages. Fondamentalement, la performance du NoC est affecté par a) la micro architecture des routeurs et b) l'architecture d'interconnexion. L'architecture du routeur a un effet significatif sur la performance du NoC, à cause de la latence qu'il induit. Nous présentons la conception et la mise en œuvre de la micro-architecture d'un routeur à faible latence implantant​​l'algorithme de routage Elevator First, qui consomme une quantité raisonnable de surface et de puissance. Du point de vue de l'architecture, le nombre et le placement des liens verticaux ont un rôle important dans la performance des réseaux 3D partiellement connectés verticalement, car ils affectent le nombre moyen de sauts et le taux d'utilisation des FIFOs dans le réseau. En outre, l'affectation des liens verticaux vers les routeurs qui n'ont pas de ports vers le haut ou/et le bas est une question importante qui influe fortement sur les performances. Par conséquent, l'exploration architecturale des réseaux sur puce 3D partiellement connectés verticalement est importante. Nous définissons, étudions et évaluons des paramètres qui décrivent le comportement du réseau, de manière à déterminer le placement et l'affectation des liens verticaux dans les couches de manière simple et efficace. Nous proposons une méthode d'estimation quadratique visantà anticiper le seuil de saturation basée sur ces paramètres.

L'utilisation de la troisième dimension peut entraîner une réduction significative de la puissance et de la latence moyenne du trafic dans les réseaux sur puce (Network-on-Chip). La technologie des vias à travers le substrat (ou Through-Silicon Via) est la technologie la plus prometteuse pour l'intégration 3D, car elle offre des liens verticaux courts qui remédient au problème des longs fils dans les NoCs-2D. Les TSVs sont cependant énormes et les processus de fabrication sont immatures, ce qui réduit le rendement des systèmes sur puce à base de NoC-3D. Par conséquent, l'idée de réseaux sur puce 3D partiellement connectés verticalement a été introduite pour bénéficier de la technologie 3D tout en conservant un haut rendement. En outre, de tels réseaux sont flexibles, car le nombre, l'emplacement et l'affectation des liens verticaux dans chaque couche peuvent être décidés en fonction des exigences de l'application. Cependant, ce type de réseaux pose un certain nombre de défis : Le routage est le problème majeur, car l'élimination de certains liens verticaux fait que l'on ne peut utiliser les algorithmes classiques qui suivent l'ordre des dimensions. Pour répondre à cette question nous expliquons et évaluons un algorithme de routage déterministe appelé “Elevator First”, qui garanti d'une part que si un chemin existe, alors on le trouve, et que d'autre part il n'y aura pas d'interblocages. Fondamentalement, la performance du NoC est affecté par a) la micro architecture des routeurs et b) l'architecture d'interconnexion. L'architecture du routeur a un effet significatif sur la performance du NoC, à cause de la latence qu'il induit. Nous présentons la conception et la mise en œuvre de la micro-architecture d'un routeur à faible latence implantant​​l'algorithme de routage Elevator First, qui consomme une quantité raisonnable de surface et de puissance. Du point de vue de l'architecture, le nombre et le placement des liens verticaux ont un rôle important dans la performance des réseaux 3D partiellement connectés verticalement, car ils affectent le nombre moyen de sauts et le taux d'utilisation des FIFOs dans le réseau. En outre, l'affectation des liens verticaux vers les routeurs qui n'ont pas de ports vers le haut ou/et le bas est une question importante qui influe fortement sur les performances. Par conséquent, l'exploration architecturale des réseaux sur puce 3D partiellement connectés verticalement est importante. Nous définissons, étudions et évaluons des paramètres qui décrivent le comportement du réseau, de manière à déterminer le placement et l'affectation des liens verticaux dans les couches de manière simple et efficace. Nous proposons une méthode d'estimation quadratique visantà anticiper le seuil de saturation basée sur ces paramètres. / Utilization of the third dimension can lead to a significant reduction in power and average hop-count in Networks- on-Chip (NoC). TSV technology, as the most promising technology in 3D integration, offers short and fast vertical links which copes with the long wire problem in 2D NoCs. Nonetheless, TSVs are huge and their manufacturing process is still immature, which reduces the yield of 3D NoC based SoC. Therefore, Vertically-Partially-Connected 3D-NoC has been introduced to benefit from both 3D technology and high yield. Moreover, Vertically-Partially-Connected 3D-NoC is flexible, due to the fact that the number, placement, and assignment of the vertical links in each layer can be decided based on the limitations and requirements of the design. However, there are challenges to present a feasible and high-performance Vertically-Partially-Connected Mesh-based 3D-NoC due to the removed vertical links between the layers. This thesis addresses the challenges of Vertically-Partially-Connected Mesh-based 3D-NoC: Routing is the major problem of the Vertically-Partially-Connected 3D-NoC. Since some vertical links are removed, some of the routers do not have up or/and down ports. Therefore, there should be a path to send a packet to upper or lower layer which obviously has to be determined by a routing algorithm. The suggested paths should not cause deadlock through the network. To cope with this problem we explain and evaluate a deadlock- and livelock-free routing algorithm called Elevator First. Fundamentally, the NoC performance is affected by both 1) micro-architecture of routers and 2) architecture of interconnection. The router architecture has a significant effect on the performance of NoC, as it is a part of transportation delay. Therefore, the simplicity and efficiency of the design of NoC router micro architecture are the critical issues, especially in Vertically-Partially-Connected 3D-NoC which has already suffered from high average latency due to some removed vertical links. Therefore, we present the design and implementation the micro-architecture of a router which not only exactly and quickly transfers the packets based on the Elevator First routing algorithm, but it also consumes a reasonable amount of area and power. From the architecture point of view, the number and placement of vertical links have a key role in the performance of the Vertically-Partially-Connected Mesh-based 3D-NoC, since they affect the average hop-count and link and buffer utilization in the network. Furthermore, the assignment of the vertical links to the routers which do not have up or/and down port(s) is an important issue which influences the performance of the 3D routers. Therefore, the architectural exploration of Vertically-Partially-Connected Mesh-based 3D-NoC is both important and non-trivial. We define, study, and evaluate the parameters which describe the behavior of the network. The parameters can be helpful to place and assign the vertical links in the layers effectively. Finally, we propose a quadratic-based estimation method to anticipate the saturation threshold of the network's average latency.

Cette thèse porte sur l'autofocalisation de faisceaux et la propagation solitonique optique. Les résultats présentés s'appuient sur l'utilisation de deux milieux aux propriétés non linéaires complémentaires, un milieu Kerr en configuration planaire offrant une réponse ultrarapide et un milieu photoréfractif siège d'une autofocalisation stable bidimensionnelle opérationnelle à très basse puissance. Les analyses présentées sont basées sur des modélisations analytiques et numériques vérifiées par de nombreuses expériences. Nous nous intéressons en particulier au potentiel des guides autoinduits par les solitons pour des applications de routage optique et d'interconnexions reconfigurables.<br /><br />La première partie présente des résultats sur les solitons Kerr, aux longueurs d'onde des télécommunications, formés dans des guides plans basés sur le semiconducteur AlGaAs. Nous avons montré que les absorptions non linéaires, bien que faibles, influencent de manière déterminante l'autofocalisation des faisceaux. Par ailleurs, nous avons déterminé expérimentalement les durées d'impulsions compatibles avec la génération de<br />solitons. Une propagation solitonique a été obtenue sur une distance de 17 longueurs de diffraction.<br /><br />Dans une seconde partie, nous avons étudié un nouveau type de soliton brillant bidimensionnel, le soliton photoréfractif-photovoltaïque avec champ appliqué dans le LiNbO3. Ce soliton est caractérisé par l'application d'un champ électrique qui s'oppose à l'effet photovoltaïque intrinsèque au matériau afin de produire un effet non linéaire focalisant. En accord avec le modèle semi-analytique et les simulations numériques développés, les expériences réalisées montrent que ces solitons constituent une technique simple pour générer des guides à symétrie circulaire, droits ou courbes, utilisables aux longueurs d'onde du visible mais également dans l'infrarouge.<br /><br />Enfin, nous avons testé les potentialités des solitons<br />pour l'adressage optique à travers deux applications. La première a permis de vérifier les capacités des solitons Kerr dans AlGaAs pour des interconnexions rapidement reconfigurables. Dans une seconde configuration, un composant d'optique intégrée 3-D remplissant la fonction de routage 1 vers 4 a été réalisé dans le LiNbO3 à l'aide de solitons photoréfractifs.

Cette thèse porte sur l'autofocalisation de faisceaux et la propagation solitonique optique. Les résultats présentés s'appuient sur l'utilisation de deux milieux aux propriétés non linéaires complémentaires, un milieu Kerr en configuration planaire offrant une réponse ultrarapide et un milieu photoréfractif siège d'une autofocalisation stable bidimensionnelle opérationnelle à très basse puissance. Les analyses présentées sont basées sur des modélisations analytiques et numériques vérifiées par de nombreuses expériences. Nous nous intéressons en particulier au potentiel des guides autoinduits par les solitons pour des applications de routage optique et d'interconnexions reconfigurables. La première partie présente des résultats sur les solitons Kerr, aux longueurs d'onde des télécommunications, formés dans des guides plans basés sur le semiconducteur AlGaAs. Nous avonsmontré que les absorptions non linéaires, bien que faibles, influencent de manière déterminante l'autofocalisation des faisceaux. Par ailleurs, nous avons déterminé expérimentalement les durées d'impulsions compatibles avec la génération de solitons. Une propagation solitonique a été obtenue sur une distance de 17 longueurs de diffraction. Dans une seconde partie, nous avons étudié un nouveau type de soliton brillant bidimensionnel, le soliton photoréfractif-photovoltaïque avec champ appliqué dans le LiNbO3. Ce soliton est caractérisé par l'application d'un champ électrique qui s'oppose à l'effet photovoltaïque intrinsèque au matériau afin de produire un effet non linéaire focalisant. En accord avec le modèle semi-analytique et les simulations numériques développés, les expériences réalisées montrent que ces solitons constituent une technique simple pour générer des guides à symétrie circulaire, droits ou courbes, utilisables aux longueurs d'onde du visible mais également dans l'infrarouge. Enfin, nous avons testé les potentialités des solitons pour l'adressage optique à travers deux applications. La première a permis de vérifier les capacités des solitons Kerr dans AlGaAs pour des interconnexions rapidement reconfigurables. Dans une seconde configuration, un composant d'optique intégrée 3-D remplissant la fonction de routage 1 vers 4 a été réalisé dans le LiNbO3 à l'aide de solitons photoréfractifs.

Ce travail de thèse porte sur la conception de l'interconnexion entre les nombreux composants IP (Intellectual Property) d'un système électronique sur puce (SoC pour System on Chip).<br />Notre étude repose sur une solution émergente qui est celle des réseaux sur puce (NoC pour Network-on-chip), celle-ci est inspirée des réseaux de communication entre ordinateurs.<br />Un NoC offre de nombreuses possibilités et un large espace de conception. La maîtrise des choix des paramètres d'un NoC vis à vis des contraintes d'une application n'est pas triviale et nécessite de la méthode.<br />Cette thèse propose un flot de conception afin de déterminer ces paramètres automatiquement.<br />Le problème de l'horloge dans les circuits de grande taille, ainsi que l'aspect sécurité sont également traités.<br />Ce travail a conduit au développement de l'outil µSpider, qui est un environnement de conception composé d'outils de décisions et d'un générateur de code (VHDL synthétisable).<br />Ce travail a été validé avec des applications dans les domaines du traitement du signal, de l'image et des télécommunications.