La quête de performance a été une constante à travers l'histoire des systèmes informatiques.Il y a plus d'une décennie maintenant, le modèle de traitement séquentiel montrait ses premiers signes d'épuisement pour satisfaire les exigences de performance.Les barrières du calcul séquentiel ont poussé à un changement de paradigme et ont établi le traitement parallèle comme standard dans les systèmes informatiques modernes.Avec l'adoption généralisée d'ordinateurs parallèles, de nombreux algorithmes et applications ont été développés pour s'adapter à ces nouvelles architectures.Cependant, dans des applications non conventionnelles, avec des exigences d'interactivité et de temps réel, la parallélisation efficace est encore un défi majeur.L'exigence de performance en temps réel apparaît, par exemple, dans les simulations interactives où le système doit prendre en compte l'entrée de l'utilisateur dans une itération de calcul de la boucle de simulation.Le même type de contrainte apparaît dans les applications d'analyse de données en continu.Par exemple, lorsque des donnes issues de capteurs de trafic ou de messages de réseaux sociaux sont produites en flux continu, le système d'analyse doit être capable de traiter ces données à la volée rapidement sur ce flux tout en conservant un budget de mémoire contrôlé.La caractéristique dynamique des données soulève plusieurs problèmes de performance tel que la décomposition du problème pour le traitement en parallèle et la maintenance de la localité mémoire pour une utilisation efficace du cache.Les optimisations classiques qui reposent sur des modèles pré-calculés ou sur l'indexation statique des données ne conduisent pas aux performances souhaitées.Dans cette thèse, nous abordons les problèmes dépendants de données sur deux applications différentes: la première dans le domaine de la simulation physique interactive et la seconde sur l'analyse des données en continu.Pour le problème de simulation, nous présentons un algorithme GPU parallèle pour calculer les multiples plus courts chemins et des diagrammes de Voronoi sur un graphe en forme de grille.Pour le problème d'analyse de données en continu, nous présentons une structure de données parallélisable, basée sur des Packed Memory Arrays, pour indexer des données dynamiques géo-référencées tout en conservant une bonne localité de mémoire. / The quest for performance has been a constant through the history of computing systems. It has been more than a decade now since the sequential processing model had shown its first signs of exhaustion to keep performance improvements.Walls to the sequential computation pushed a paradigm shift and established the parallel processing as the standard in modern computing systems. With the widespread adoption of parallel computers, many algorithms and applications have been ported to fit these new architectures. However, in unconventional applications, with interactivity and real-time requirements, achieving efficient parallelizations is still a major challenge.Real-time performance requirement shows-up, for instance, in user-interactive simulations where the system must be able to react to the user's input within a computation time-step of the simulation loop. The same kind of constraint appears in streaming data monitoring applications. For instance, when an external source of data, such as traffic sensors or social media posts, provides a continuous flow of information to be consumed by an on-line analysis system. The consumer system has to keep a controlled memory budget and delivery fast processed information about the stream.Common optimizations relying on pre-computed models or static index of data are not possible in these highly dynamic scenarios. The dynamic nature of the data brings up several performance issues originated from the problem decomposition for parallel processing and from the data locality maintenance for efficient cache utilization.In this thesis we address data-dependent problems on two different application: one in physics-based simulation and other on streaming data analysis. To the simulation problem, we present a parallel GPU algorithm for computing multiple shortest paths and Voronoi diagrams on a grid-like graph. To the streaming data analysis problem we present a parallelizable data structure, based on packed memory arrays, for indexing dynamic geo-located data while keeping good memory locality.

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La néphropathie à BK virus (BKV) est l'une des complications les plus fréquentes de la transplantation rénale. La prise en charge consiste en la réduction préemptive de l'immunosuppression basée sur le suivi de la charge virale, mais cette stratégie n’est pas complètement efficace et augmente le risque de rejet. Dans un premier volet, nous avons évalué la mesure de la charge virale par PCR quantitative en temps réel, permettant de mettre en évidence des facteurs de variabilité comme le polymorphisme du BKV et de valider la technique utilisée pour le suivi de notre cohorte. L’intérêt des anticorps neutralisants (AcNs) anti-BKV en tant que marqueur prédictif de la réplication BKV a ensuite été évalué dans une cohorte de 168 transplantés rénaux. Nous avons montré i) que le virus responsable de l’infection provenait du donneur ; ii) que les AcNs jouent un rôle dans la prévention de la réactivation et le contrôle de la réplication virale et iii) qu’un seuil d’AcNs de 4 log10 permettait de stratifier le risque de réplication BKV. Ce travail ouvre la voie à un suivi personnalisé en fonction du risque de réplication BKV et à de nouvelles approches immunothérapeutiques. / BK virus (BKV)-associated nephropathy is one of the major causes of graft dysfunction and loss in kidney transplant recipients. Since no BKV-specific antiviral therapies are available, management relies on preemptive immunosuppression reduction based on viral load monitoring. However, this strategy does not fully eliminate the risk of nephropathy and can increase the risk of graft rejection. In this work, we evaluated viral load measurement by quantitative real-time PCR in an interlaboratory comparison. Variability factors such as BKV polymorphism or pre-PCR steps have been highlighted and the method used for monitoring our cohort has been validated. The role of anti-BKV neutralizing antibodies (NAbs) as a predictive marker of BKV replication has been investigated in a cohort of 168 kidney transplant recipients. We showed that i) viral infection is caused by the donor strain; ii) NAbs play an essential role in viral replication prevention and control and iii) a NAbs cutoff of 4 log10 allows to stratify BKV replication risk. This work paves the way for personalized monitoring according to BKV replication risk and for new preventive or therapeutic strategies.

Ces travaux de thèse s’intéressent aux outils de simulation rapide de la fabrication d’un pneumatique. L'objectif est de prédire le mouvement et la position des éléments constitutifs du pneumatique, lors de leur mise en conformation, en prenant en compte les déformations induites par les actions mécaniques associées. Ces travaux s’appuient sur la mise en place d’un algorithme visant à modéliser le gonflement d’un outillage et la mise en place d’un modèle de déformation d’un système de formes géométriques aux caractéristiques mécaniques différentes. L'algorithme de gonflement de l’outillage se base sur la théorie des membranes inextensibles et son industrialisation est validée pour des dimensions standards de pneumatiques. La méthode Masse-Ressort est retenue pour réaliser la déformation de formes géométriques afin d’obtenir des résultats de déformation en temps réel. Dans ces travaux, cette méthode est adaptée aux matériaux d’un pneumatique à partir de travaux de caractérisations géométrique et mécanique validés par comparaison aux Éléments Finis. En conclusion, la modélisation développée permet une description à chaque étape du procédé de fabrication. / This thesis deals with fast simulation tools used to manufacture of a tire. The goal is to predict the displacement and position of the components of a tire taking into account the deformations induced by the associated mechanical actions. This work is based on the implementation of an algorithm for modeling the inflation of a tool and the development of a deformation model in order to compute the deformation of geometric shapes taking into account different mechanical properties. The algorithm to model the inflation of the tool is based on the theory of inextensible membranes and its industrialization is validated for standard sizes of tires. Mass-Spring method is used to achieve the deformation of geometric shapes in order to compute deformation in real time. In this work, this method is suitable for materials of a tire from geometric and mechanical characterizations validated by comparison with FEM. To conclude, the developed modelization allows a description for each step of the manufacturing process.

La recherche d'une borne supérieure au temps d'exécution d'un programme est une partie essentielle du processus de vérification de systèmes temps-réel critiques. Les programmes de tels systèmes ont généralement des temps d'exécution variables et il est difficile, voire impossible, de prédire l'ensemble de ces temps possibles. Au lieu de cela, il est préférable de rechercher une approximation du temps d'exécution pire-cas ou Worst-Case Execution Time (WCET). Une propriété cruciale de cette approximation est qu'elle doit être sûre, c'est-à-dire qu'elle doit être garantie de majorer le WCET. Parce que nous cherchons à prouver que le système en question se termine en un temps raisonnable, une surapproximation est le seul type d'approximation acceptable. La garantie de cette propriété de sûreté ne saurait raisonnablement se faire sans analyse statique, un résultat se basant sur une série de tests ne pouvant être sûr sans un traitement exhaustif des cas d'exécution. De plus, en l'absence de certification du processus de compilation (et de transfert des propriétés vers le binaire), l'extraction de propriétés doit se faire directement sur le code binaire pour garantir leur fiabilité. Toutefois, cette approximation a un coût : un pessimisme - écart entre le WCET estimé et le WCET réel - important entraîne des surcoûts superflus de matériel pour que le système respecte les contraintes temporelles qui lui sont imposées. Il s'agit donc ensuite, tout en maintenant la garantie de sécurité de l'estimation du WCET, d'améliorer sa précision en réduisant cet écart de telle sorte qu'il soit suffisamment faible pour ne pas entraîner des coûts supplémentaires démesurés. Un des principaux facteurs de surestimation est la prise en compte de chemins d'exécution sémantiquement impossibles, dits infaisables, dans le calcul du WCET. Ceci est dû à l'analyse par énumération implicite des chemins ou Implicit Path Enumeration Technique (IPET) qui raisonne sur un surensemble des chemins d'exécution. Lorsque le chemin d'exécution pire-cas ou Worst-Case Execution Path (WCEP), correspondant au WCET estimé, porte sur un chemin infaisable, la précision de cette estimation est négativement affectée. Afin de parer à cette perte de précision, cette thèse propose une technique de détection de chemins infaisables, permettant l'amélioration de la précision des analyses statiques (dont celles pour le WCET) en les informant de l'infaisabilité de certains chemins du programme. Cette information est passée sous la forme de propriétés de flot de données formatées dans un langage d'annotation portable, FFX, permettant la communication des résultats de notre analyse de chemins infaisables vers d'autres analyses. Les méthodes présentées dans cette thèse sont inclues dans le framework OTAWA, développé au sein de l'équipe TRACES à l'IRIT. Elles usent elles-mêmes d'approximations pour représenter les états possibles de la machine en différents points du programme. / The search for an upper bound of the execution time of a program is an essential part of the verification of real-time critical systems. The execution times of the programs of such systems generally vary a lot, and it is difficult, or impossible, to predict the range of the possible times. Instead, it is better to look for an approximation of the Worst-Case Execution Time (WCET). A crucial requirement of this estimate is that it must be safe, that is, it must be guaranteed above the real WCET. Because we are looking to prove that the system in question terminates reasonably quickly, an overapproximation is the only acceptable form of approximation. The guarantee of such a safety property could not sensibly be done without static analysis, as a result based on a battery of tests could not be safe without an exhaustive handling of test cases. Furthermore, in the absence of a certified compiler (and tech- nique for the safe transfer of properties to the binaries), the extraction of properties must be done directly on binary code to warrant their soundness. However, this approximation comes with a cost : an important pessimism, the gap between the estimated WCET and the real WCET, would lead to superfluous extra costs in hardware in order for the system to respect the imposed timing requirements. It is therefore important to improve the precision of the WCET by reducing this gap, while maintaining the safety property, as such that it is low enough to not lead to immoderate costs. A major cause of overestimation is the inclusion of semantically impossible paths, said infeasible paths, in the WCET computation. This is due to the use of the Implicit Path Enumeration Technique (IPET), which works on an superset of the possible execution paths. When the Worst-Case Execution Path (WCEP), corresponding to the estimated WCET, is infeasible, the precision of that estimation is negatively affected. In order to deal with this loss of precision, this thesis proposes an infeasible paths detection technique, enabling the improvement of the precision of static analyses (namely for WCET estimation) by notifying them of the infeasibility of some paths of the program. This information is then passed as data flow properties, formatted in the FFX portable annotation language, and allowing the communication of the results of our infeasible path analysis to other analyses.

Dans le domaine des systèmes critiques, l'analyse des temps d'exécution des programmes est nécessaire pour planifier et ordonnancer au mieux différentes tâches et par extension pour dimensionner les systèmes. La durée d'exécution d'un programme dépend de divers facteurs comme ses entrées ou le matériel utilisé. Or cette variation temporelle pose problème dans les systèmes temps-réel dans lesquels il est nécessaire de dimensionner précisément les temps processeur alloués à chaque tâche, et pour cela, connaître leur temps d'exécution au pire cas. Au sein de l'équipe TRACES à l'IRIT, nous cherchons à calculer une borne supérieure à ce temps d'exécution au pire cas qui soit la plus précise possible. Pour cela, nous travaillons sur le graphe de flot de contrôle d'un programme qui représente un sur-ensemble des ses exécutions possibles, que nous accompagnons d'annotations sur des comportements spécifiques du programme susceptibles de réduire la sur-approximation de notre estimation. Dans les outils destinés au calcul du temps d'exécution au pire cas des programmes, les annotations sont habituellement exprimées et intégrées grâce à des langages d'annotation spécifiques. Nous proposons d'utiliser des automates appelés automates d'annotation de flot en lieu et place de ces langages, afin de fonder non seulement l'expression, mais également l'intégration d'annotations dans l'analyse sur des bases formelles. Nous présentons ces automates enrichis de contraintes, de variables et d'une hiérarchie et nous montrons comment ils supportent les divers types d'annotations utilisés dans le domaine de l'analyse du temps d'exécution au pire cas. Par ailleurs, l'intégration des annotations dans une analyse se fait habituellement par l'association de contraintes numériques au graphe de flot de contrôle. Les automates que nous présentons supportent cette méthode mais leur expressivité offre également de nouvelles possibilités d'intégration basées sur le dépliage du graphe de flot de contrôle. Nous présentons des résultats expérimentaux issus de la comparaison de ces deux méthodes qui montrent comment le dépliage de graphe peut améliorer la précision de l'analyse. A terme, ce gain de précision dans l'estimation du temps d'exécution au pire cas permettra de mieux exploiter le matériel sans faire courir de risques à l'utilisateur ou au système. / In the domain of critical systems, the analysis of execution times of programs is needed to schedule various task at best and by extension to dimension the whole system. The execution time of a program depends on multiple factors such as entries of the program or the targeted hardware. Yet this time variation is an issue in real-time systems where the duration is required to allow correct processor time to each task, and in this purpose, we need to know their worst-case execution time. In the TRACES team at IRIT, we try to compute a safe upper bound of this worst-case execution time that would be as precise as possible. In order to do so, we work on the control flow graph of a program that represents an over-set of its possible executions and we combine this structure with annotations on specific behaviours of the program that might reduce the over-approximation of our estimation. Tools designed to compute worst-case execution times of programmes usually support the expression and the integration of annotations thanks to specific annotation languages. Our proposal is to replace these languages with a type of automata named flow fact automata so that not only the expression but also the integration of annotations in the analysis inherit from the formal basis of automata. Based on these automata enriched with constraints, variables and a hierarchy, we show how they support the various annotation types used in the worst-case execution time domain. Additionally, the integration of annotations in an analysis usually lead to associate numerical constraint to the control flow graph. The automata presented here support this method but their expressiveness offers new integration possibilities based on the partial unfolding of control flow graph. We present experimental results from the comparison of these two methods that show how the graph unfolding can improve the analysis precision. In the end, this precision gain in the worst-case execution time will ensure a better usage of the hardware as well as the absence of risks for the user or the system itself.

Une large quantité de données personnelles sont partagées en temps réel par des utilisateurs en ligne, utilisant de plus en plus des terminaux mobiles avec connexion sans-fil. L'industrie s'efforce d'accumuler et d'analyser ces données pour fournir de nouveaux services ou des améliorations. La recherche fournit un effort équivalent pour permettre de traiter ces données de façon sécurisée et protectrice de la vie privée. Les problèmes de performance des communications temps réels sur terminaux mobiles sur un canal sans-fil sont aussi étudiés. Les codes à effacement sont un moyen courant d'améliorer ces performances. Le secret sharing est un mécanisme permettant de partager des données privées, ne les révélant qu'à un groupe d'utilisateur choisi. Dans cette thèse, nous lions théoriquement les secret sharing schemes et les codes à effacement, pour fournir une source plus riche de solutions aux deux problèmes. Notre objectif est de fournir des solutions ayant le niveau de sécurité souhaité, tout en restant efficace et implémentable. Les contributions de cette thèse sont les suivantes. Nous évaluons l'applicabilité d'une nouvelle classe de codes à effacements à Maximum Distance Séparable (MDS) pour transférer du contenu temps réel à des terminaux mobiles, et nous démontrons que le code systématique réduit grandement la complexité d'exécution et la taille nécessaire des tampons en comparaison du code non systématique, faisant de lui un bon candidat pour une application mobile. Nous proposons un nouveau Layered secret sharing scheme pour le partage en temps réel de données sur des réseaux sociaux (OSNs pour Online Social Network). Le procédé permet de partager automatiquement un profile dans un groupe défini dans un OSN, en utilisant un multi-secret sharing scheme formé de multiples couches. Le procédé ne dépend nullement d'un tiers de confiance. Comparé à un partage simple de chaque attributs (pouvant être un texte, une image ou une vidéo), le procédé ne divulgue aucune information à propos de ce qui est partagé, pas même le nombre de ceux-ci, et il induit une augmentation relativement faible du temps de calcul et des données à envoyer. Finalement, nous étudions les liens entre les codes MDS et les secret sharing schemes, ayant pour motivation l'inefficacité du très populaire Shamir secret sharing scheme. Nous établissons les liens théoriques entre les deux domaines et nous proposons une nouvelle construction de strong ramp schemes à partir de codes MDS. Ceci permet d'utiliser les codes MDS existants et efficaces pour des applications de partage de secret et de calculs distribués et sécurisés. Nous évaluons et montrons une réduction significative de temps de calcul et du coût de communication en utilisant un strong ramp scheme, en comparaison avec le procédé de Shamir. / Data from both individuals and companies is increasingly aggregated and analysed to provide new and improved services. There is a corresponding research effort to enable processing of such data in a secure and privacy preserving way, in line with the increasing public concerns and more stringent regulatory requirements for the protection of such data. Secure Multi-Party Computation (MPC) and secret sharing are mechanisms that can enable both secure distribution and computations on private data. In this thesis, we address the inefficiencies of these mechanisms by utilising results from a theoretically related rich area, erasure codes. We derive links between erasure codes and secret sharing, and use Maximum Distance Separable (MDS) codes as a basis to provide real-time applications relying on private user's data, revealing this data only to the selected group (which can be empty). The thesis has three contributions. A new class of erasure code called on-the-fly coding, have been introduced for their improvements in terms of recovery delay and achievable capacity. However little is known about the complexity of the systematic and non-systematic variants of this code, notably for live multicast transmission of multimedia content which is their ideal use case. The evaluation of both variants demonstrate that the systematic code outperforms the non-systematic one in regard to both the buffer sizes and the computation complexity. Then, we propose a new Layered secret sharing scheme and its application to Online Social Network (OSN). In current OSN, access to the user's profile information is managed by the service provider based on a limited set of rules. The proposed scheme enables automated profile sharing in OSN's groups with fine grained privacy control, via a multi-secret sharing scheme comprising of layered shares, without relying on a trusted third party. We evaluate the security of the scheme and the resulting profile's level of protection in an OSN scenario. Finally, after showing that erasure codes are efficient for real-time applications and that the security offered by secret sharing schemes can be applied to real-case applications, we derive the theoretical links between MDS codes and secret sharing to enable the implementation of efficient secret sharing scheme built from MDS codes. To illustrate this efficiency, we implement two of these schemes and evaluate their benefits in regard to computation and communication costs in an MPC application.

Les systèmes temps réel (STR) sont au coeur de machines souvent jugés critiques pour lasécurité : ils en contrôlent l’exécution afin que celles-ci se comportent de manière sûre dans le contexte d’un environnement dont l’évolution peut être imprévisible. Un STR n’a d’autre alternative que de s’adapter à son environnement : sa correction dépend des temps de réponses aux stimuli de ce dernier.Il est couramment admis que le formalisme des réseaux de Petri temporels (RdPT) est adapté àla description des STR. Cependant, la modélisation de systèmes simples, ne possédant que quelquestˆaches périodiques ordonnancées de façon basique se révèle être un exercice souvent complexe.En premier lieu, la modélisation efficace d’une gamme étendue de politiques d’ordonnancementsse heurte à l’incapacité des RdPT à imposer un ordre d’apparition à des évènements concurrentssurvenant au même instant. D’autre part, les STR ont une nette tendance à être constitués de caractéristiques récurrentes, autorisant une modélisation par composants. Or les RdPT ne sont guèreadaptés à une utilisation compositionnelle un tant soit peu générale. Afin de résoudre ces deuxproblèmes, nous proposons dans cette thèse Cifre – en partenariat entre Airbus et le Laas-Cnrs– d’étendre les RdPT à l’aide de deux nouvelles relations, les relations d’inhibition et de permission,permettant de spécifier de manière plus fine les contraintes de temps.Afin de cerner un périmètre clair d’adéquation de cette nouvelle extension à la modélisation dessystèmes temps réel, nous avons défini Pola, un langage spécifique poursuivant deux objectifs :déterminer un sous-ensemble des systèmes temps réel modélisables par les réseaux de Petri temporelsà inhibitions/permissions et fournir un langage simple à la communauté temps réel dont lavérification, idéalement automatique, est assurée par construction. Sa sémantique est donnée par traduction en réseaux de Petri temporels à inhibitions/permissions. L’explorateur d’espace d’états de laboite à outils Tina a été étendu afin de permettre la vérification des descriptions Pola / Real time systems (RTS) are at the core of safety critical devices : they control thedevices’ behavior in such a way that they remain safe with regard to an unpredictable environment. ARTS has no other choices than to adapt to its environment : its correctness depends upon its responsetime to the stimuli stemming from the environment.It is widely accepted that the Time Petri nets (TPN) formalism is adapted to the description ofRTS. However, the modeling of simple systems with only a few periodic tasks scheduled according toa basic policy remains a challenge in the worst case and can be very tedious in the most favorable one.First, we put forward some limitations of TPN regarding the modeling of a wide variety of schedulingpolicies, coming from the fact that this formalism is not always capable to impose a givenorder on events whenever they happen at the same time. Moreover, RTS are usually constituted of thesame recurring features, implying a compositional modeling, but TPN are not well adapted to sucha compositional use. To solve those problems we propose in this Cifre thesis – in partnership withAirbus and the Laas-Cnrs – to extend the formalism with two new dual relations, the forbid andallow relations so that time constraints can be finely tuned.Then, to assess this new extension for modeling of real time systems, we define Pola, a specificlanguage aimed at two goals : to determine a subset of RTS which can be modeled with forbid/allowtime Petri nets and to provide a simple language to the real time community which, ideally, can bechecked automatically. Its semantics is given by translation into forbid/allow Time Petri nets. Thestate space exploration tool of the Tina toolbox have been extended so that it can model check Poladescriptions.

SpaceWire est un standard de réseau embarqué promu par l'Agence Spatiale Européenne qui envisage de l'utiliser comme réseau bord unique dans ses futures satellites. SpaceWire utilise un mécanisme de routage Wormhole pour réduire la consommation mémoire des routeurs et les coûts associés. Cependant,le routage Wormhole peut engendrer des blocages en cascade dans les routeurs et, par conséquent,d'importantes variations des délais de livraison des paquets.Comme le réseau doit être partagé par des flux critiques et non-critiques, les concepteurs réseau ont besoin d'un outil leur permettant de vérifier le respect des contraintes temporelles des messages critiques. Pour réaliser cet outil, nous avons choisi comme métrique une borne supérieure sur le délai pire-cas de bout en bout d'un paquet traversant un réseau SpaceWire. Au cours de la thèse, nous avons proposé trois méthodes permettant de calculer cette borne. Les trois méthodes utilisent des hypothèses différentes et ont chacune des avantages et des inconvénients. D'une part, les deux premières méthodes sont très générales et ne nécessitent pas d'hypothèses restrictives sur le trafic en entrée du réseau. D'autre part, la troisième méthode nécessite des hypothèses plus précises sur le trafic en entrée. Elle est donc moins générale mais donne la plupart du temps des bornes plus serrées que les deux autres méthodes. Dans cette thèse, nous avons appliqué ces différentes méthodes à une architecture de référence fournie par Thales Alenia Space afin d'en comparer les résultats. Nous avons également appliqué ces méthodes à des exemples plus simples afin de déterminer l'influence de différents paramètres sur les bornes fournies par nos méthodes. / The SpaceWire network standard is promoted by the ESA and is scheduled to be used as the sole onboard network for future satellites. SpaceWire uses a wormhole routing mechanism to reduce memoryconsumption and the associated costs. However, wormhole routing can lead to packet blocking in routerswhich creates large variations in end-to-end delays. As the network will be shared by real-time and nonreal-time traffic, network designers require a tool to check that temporal constraints are verified for allthe critical messages. The metric we chose for this tool is an upper-bound on the worst-case end-to-enddelay of a packet traversing a SpaceWire network. This metric is simpler to compute than the exact delayof each packet and provide enough guarantee to the network designers. During the thesis, we designed three methods to compute this upper-bound. The three methods use different assumptions and have different advantages and drawbacks. On the one hand, the first two methods are very general and do not require strong assumptions on the input traffic. On the other hand, the third method requires more specific assumptions on the input traffic. Thus, it is less general but usually gives tighter bounds than the two other methods. In the thesis, we apply those methods to a case study provided by Thales Alenia Space and compare the results. We also compare the three methods on several smaller networks to study the impact of various parameters on their results.

Avec l’apparition des nouvelles technologies de communication, le nombre des systèmes embarqués avionique et automobile est en constante augmentation. La gestion des communications entre ces systèmes devient alors de plus en plus complexe à mettre en oeuvre dans un contexte où les contraintes temporelles et environnementales sont très fortes et où le taux d’échanges de messages en augmentation continuelle. L’utilisation optimale des réseaux pour acheminer les données tout en respectant les contraintes temporelles imposées est essentielle du point de vue de la sûreté de fonctionnement. Historiquement, pour répondre aux problématiques d’efficacité et de sûreté, les industriels ont développé une palette de réseaux embarqués dédiés à leurs applications cibles (CAN, LIN, . . . ). Ces réseaux présentaient des débits relativement faibles à un moment où un besoin croissant en bande passante se faisait ressentir. le choix d’utiliser le concept de composants dit ‘sur étagères’ (off the shelf COTS) permettait alors de pallier à ce nouveau besoin. Dans un souci de conservation des capacités des réseaux à garantir les contraintes temporelles imposées par les systèmes embarqués temps réel, les industriels ont dû adapter ce concept de composants sur étagères aux systèmes embarqués. L’intérêt de l’utilisation de ces composants est un gain non négligeable en bande passante et en poids pour des coûts de développements relativement faibles. L’introduction de ces composants nouveaux s’est faite de telle sorte que leur impact sur les standards préexistants et les systèmes connectés soit minimal. C’est ainsi que les réseaux dit ‘hétérogènes’ ont vu leur apparition. Ces réseaux constituent une hybridation entre les technologies embarquées historiques et les composants sur étagère. Ils consistent en des réseaux d’extrémité utilisant des technologies éprouvées (telles que le CAN) interconnectés via des passerelles à un réseau fédérateur (backbone) utilisant des composants sur étagères. Dès lors, le défi majeur à relever lors de l’utilisation d’un réseau fédérateur est de respecter les contraintes temporelles des applications sollicitant les différents réseaux. L’objectif est mis à mal sur les points d’interconnexion des réseaux hétérogènes (Passerelles). Ainsi l’approche principale utilisée pour le passage d’un réseau à un autre est l’encapsulation de trames. Pour atteindre l’optimalité de performance de cette technique plusieurs paramètres sont à prendre en compte tels que le nombre de trames à encapsuler, les ordonnancements utilisés, le coût en bande passante ainsi que l’impact sur les distributions de délais (gigue). Dans l’optique de préservation des performances des réseaux, l’objet de nos travaux porte sur l’étude, la comparaison et la proposition de techniques permettant l’interconnexion de réseaux hétérogènes temps réels à la fois pour des applications à faibles et à fortes contraintes temporelles. Après un état de l’art sur les réseaux temps réel, nous spécifions différentes techniques d’interconnexion de réseaux hétérogènes, puis, nous présentons une étude de cas basée sur une architecture réseau interconnectant différents bus CAN via un réseau fédérateur sans fil Wi-Fi. L’étude que nous avons menée montre, par le biais de différentes simulations, que cette architecture réseau est une bonne candidate pour la transmission de flux à contraintes temporelles faibles. Une architecture réseau interconnectant différents bus CAN via un réseau fédérateur Ethernet commuté est ensuite considérée dans une seconde étude de cas ciblant les applications à fortes contraintes temporelles. Dans un premier temps, nous prenons en compte le cas d’un réseau fédérateur Ethernet-PQSE et, dans un second temps, le cas d’Ethernet-AVB. Cette étude nous permet de montrer l’impact des différentes techniques d’interconnexion sur les délais des flux du réseau. / With the emergence of new communication technologies, the number of avionics and automotive embedded systems is constantly increasing. The management of communications between these systems becomes increasingly complex to implement in a context where temporal and environmental constraints are very strong and where messages exchange rate is continuously increasing. The optimal use of networks to transmit data while fulfilling the imposed temporal constraints is essential from a safety point of view. Historically, in order to address safety and efficiency issues, manufacturers have developed a range of embedded networks dedicated to their target applications (CAN, LIN, . . . ). These networks have relatively low bit rates at a point of time where a growing need for bandwidth was felt. To overcome this new need, the choice of using the concept of so-called ’off-theshelf’ components (COTS) has been made. In order to preserve the networks abilities to guarantee the temporal constraints imposed by the real time embedded systems, manufacturers had to adapt the concept of off-the-shelf components to embedded systems. The benefits of using these components is a non-negligible gain in bandwidth and weight for relatively low development costs. The introduction of these new components has been made in such a way that their impact on pre-existing standards and connected systems is minimal. thereby, so-called ’heterogeneous’ networks have emerged. These networks are a hybridization of historical embedded technologies and off-the-shelf components. They consist of stub networks using proven technologies (such as CAN) interconnected via gateways to a backbone network using off-the-shelf components. Thus, the major challenge while using a heterogeneous network is to respect the temporal constraints of the applications requesting the different parts of the networks. This objective can be damaged at the interconnection points of the heterogeneous networks (Gateways). The main used approach to pass frames from one network to another is the encapsulation. To achieve the optimum performances of this technique, several parameters have to be considered such as the number of frames encapsulated, the used scheduling policy, the bandwidth cost as well as the impact on delay distributions (jitter). In order to preserve networks performances, the aim of our work is to study, compare and propose techniques ennabling the interconnection of real-time heterogeneous networks for application with both soft and hard temporal constraints. After a state of the art on real-time networks, we have specified different techniques for the interconnection of heterogeneous networks, then we have presented a case study based on a network architecture interconnecting different CAN buses via a wireless backbone network (Wi-Fi ). The study we conducted shows, through various simulations, that this network architecture is a good contender for the transmission of flows with soft temporal constraints. A network architecture interconnecting different CAN busses via a switched Ethernet backbone is considered in a second case study targeting applications with hard temporal constraints. Two different Ethernet backbone networks are taken into account. We studied first, the case of a switched Ethernet-PQSE backbone network. Then the case of a switched Ethernet-AVB backbone is considered. This study enabled us to highlight the impact of the different used interconnection techniques on network flows delays.