Le transport est devenu fondamental dans les villes pour le bon fonctionnement de l'économie et le bien-être de la population urbaine. Depuis plusieurs années, le transport est confronté à de nombreux problèmes tels que l'embouteillage, le taux élevé d'accidents, la vie malsaine due à la fumée et à la poussière, la pollution atmosphérique due aux émissions de carbone, etc. Pour faire face à ces problèmes, les recherches intègrent les technologies numériques au transport terrestre, connu sous le nom de système de transport intelligent (ITS). Les ITS peuvent détecter, analyser, collecter, contrôler et communiquer différentes données. Cette thèse étudie et propose un nouveau protocole pour les applications de collecte de données dans un environnement urbain. Nous faisons trois contributions principales. Tout d'abord, nous proposons un nouveau protocole dénommé le protocole "Internet of Bikes" IoB-DTN qui applique le paradigme DTN (Réseau tolérant aux délais) aux applications de l'Internet des objets (IoT) exécutant une application de collecte de données sur un système de partage de vélo urbain basé sur un réseau de capteurs. Le protocole est évalué sur un scénario réaliste en évaluant les politiques de gestion des buffers, le nombre de copies pulvérisé dans le réseau ainsi que le nombre des vélos utilisés. Deuxiément, une évaluation comparative des performances du protocole IoB-DTN multi-sauts avec une technologie de réseau étendu à basse consommation (LPWAN), de type LoRa/LoRaWAN est étudiée. LPWAN a été conçu pour fournir une connectivité à grande distance et rentable pour les applications IoT à faible débit: durée de vie de plusieurs années et une portée de multikilomètres pour les appareils mobiles alimentés par des batteries. Cette partie de notre travail vise à fournir aux concepteurs et aux managers de réseaux des idées sur la technologie la plus pertinente pour leurs applications urbaines pouvant fonctionner sur des systèmes de partage de vélos. Enfin, nous proposons un protocole efficace, IoB-DTN basé sur un mécanisme d’agrégation de données. Nous proposons trois variantes de IoB-DTN: IoB basé sur l'agrégation spatiale (IoB-SA), IoB basé sur l'agrégation temporelle (IoB-TA) et IoB basé sur l'agrégation spatio-temporelle (IoB-STA). Nous comparons les trois variantes avec le protocole multi-saut IoB-DTN sans agrégation et la technologie à faible puissance et longue portée, de type LoRa. Les résultats de la comparaison permettent de vérifier que les trois variantes de l’IoB-DTN basées sur l’agrégation de données améliorent plusieurs paramètres tels que le taux de livraison, la consommation d’énergie et le débit. / Transport has become fundamental in the cities to the well functioning of the economy and the welfare of the city population. For several years, transportation faces many issues such as traffic jamming, high accidents rate, unhealthy life due to smoke and dust, air pollution as a result of carbon emission, etc. To deal with these matters, researches integrate digital technologies to ground transportation which is known as Intelligent Transport System (ITS). ITS can sense, analyze, collect, control and communicate different data. This thesis investigates and proposes a new protocol for data collection applications in an urban environment. We make three main contributions: firstly, we propose a new protocol denoted the "Internet of Bikes" IoB-DTN protocol which applies Delay/Disruption Tolerant Network (DTN) paradigm to the Internet of Things (IoT) applications running a data collection application on urban bike sharing system based sensor network. The protocol is evaluated on a realistic scenario by assessing the buffer management policies, the number of copies sprayed in the network as well as the number of bicycles used. Secondly, a comparative evaluation of the performance of the multi-hop IoB-DTN protocol with a low-power wide-area network (LPWAN) technology, LoRa/LoRaWAN type is investigated. LPWAN have been designed to provide cost-effective wide area connectivity for small throughput IoT applications: multiyear lifetime and multikilometer range for battery-operated mobile devices. This part of our work aims at providing network designers and managers insights on the most relevant technology for their urban applications that could run on bike sharing systems. Finally, we propose an efficient IoB-DTN protocol based on data aggregation mechanism. We propose three variants of IoB-DTN: IoB based on spatial aggregation (IoB-SA), IoB based on temporal aggregation (IoB-TA) and IoB based on spatio-temporal aggregation (IoB-STA). We compare the three variants with the multi-hop IoB-DTN protocol without aggregation and the low-power long-range technology, LoRa type. Comparison results verify that the three variants of IoB-DTN based on data aggregation improve several metrics such as the delivery rate, energy consumption and throughput.

L'évolution des architectures de systèmes d'information n'a de cesse depuis l'avènement des télécommunications. Pour s'adapter aux nouvelles dimensions en nombre d'utilisateurs et taille des données, les systèmes d'information modernes sont répartis et hétérogènes. Ce constat ouvre de nouveaux enjeux de sûreté de fonctionnement pour les systèmes d'information, il s'agit de garantir disponibilité, fiabilité, innocuité, confidentialité, intégrité et maintenabilité tout au long du cycle de vie du système. C'est dans ce contexte que cette thèse a été conduite, les fruits des travaux de recherche gravitent autour de plusieurs notions de la sûreté de fonctionnement : – La confidentialité et l'intégrité avec le design, l'implémentation et l'étude de robustesse des chiffres symétriques par bloc. Les chiffres DES, AES et CS-Cipher ont été étudiés dans un spectre large rassemblant les implémentations logicielles et matérielles et leurs performances, la maléabilité des structures de diffusion, la cryptographie conventionnelle et les attaques par canaux auxiliaires. – La fiabilité avec le développement d'algorithmes auto-tolérants aux fautes et la certification de résultats. Cette étude est dédiée aux systèmes distribués de calcul tels que les clusters, les grilles ou encore les réseaux pair-à-pairs utilisés pour des calculs d'algèbre linéaires.

Le travail présenté dans ce mémoire de thèse porte sur les systèmes tolérants aux défauts, plus<br />précisément la synthèse d'une méthode de reconfiguration et/ou de restructuration intégrant<br />la fiabilité des composants. La tâche de reconfiguration permet d'amener le système dans un<br />état de fonctionnement permettant d'assurer des performances désirées tout en préservant la<br />stabilité. Sous l'hypothèse qu'il existe plusieurs structures de fonctionnement résultant de la<br />déconnexion des sous systèmes défaillants, chaque structure impose des nouvelles conditions<br />de fonctionnement et par conséquent une nouvelle valeur de la fiabilité et du coût. Parmi<br />ces structures, une structure optimale doit être choisie. Dans un contexte multicritères, ce<br />travail propose de déterminer la structure optimale en intégrant les performances du système,<br />la fiabilité et le coût.<br />– La première méthode proposée traite uniquement les performances statiques conduisant à<br />considérer la fiabilité et le coût des composants. La détermination de la structure optimale<br />se fonde sur une estimation en ligne de la fiabilité et des coûts des composants.<br />– Une seconde méthode utilisant les performances des régulateurs est ensuite développée. La<br />méthode pseudo inverse PIM est utilisée pour synthétiser les régulateurs. Des modifications<br />de la méthode PIM sont proposées afin d'assurer la stabilité du système et d'atteindre des<br />objectifs dynamiques définis. Un indice de performances dynamiques est intégré dans le critère<br />de choix de la structure optimale.<br />– Les deux méthodes développées sont intégrées afin de définir une stratégie tolérante aux défauts.<br />Elle est appliquée sur un système hydraulique et thermique à 3 cuves.

La problématique de recherche abordée dans ce mémoire de thèse découle de l'étude approfondie d'une association convertisseur-machine dédiée aux modes traction et recharge d'un véhicule électrique. Il s'agit d'un onduleur triphasé constitué de trois onduleurs monophasés connectés à une machine triphasée à phases indépendantes.Dans le chapitre II, une étude comparative entre deux solutions industrielles montre que l'architecture étudiée offre des caractéristiques compétitives notamment en termes de rendement global du convertisseur, performances mécaniques, et surface de silicium nécessaire.Par ailleurs, outre la possibilité de mutualiser les trois fonctions du véhicule que sont la traction, la recharge (rapide ou lente) et l'assistance du réseau électrique, cette topologie offre plusieurs atouts : des possibilités variées d'alimentation et donc un potentiel intéressant de reconfiguration en marche dégradée. La thématique abordée dans les chapitres III et IV est donc centrée sur l'optimisation des stratégies de contrôle de cette structure vis-à-vis de deux types de défauts : les imperfections intrinsèques du système d'une part et les défaillances accidentelles d'autre part.Dans un premier temps, un travail approfondi sur les méthodes de modulation de largeur d'impulsion a permis de synthétiser une stratégie offrant une faible sensibilité vis-à-vis des imperfections de la commande et de la non-linéarité du convertisseur. Dans un second temps, il a été montré qu'en cas de défaillance d'un composant à semi-conducteur, il était obligatoire de recourir à la reconfiguration matérielle de la topologie. L'architecture permettant la continuité de service a été étudiée du point de vue de sa commande. Son analyse nous a amenés à proposer une structure de contrôle basée sur des solutions automatiques simples et efficaces. Finalement, le principe du fonctionnement en marche dégradée a été étendu au fonctionnement normal dans le but d'en améliorer le rendement sur cycle.

Dans les systèmes répartis asynchrones, l'horloge logique et le vecteur d'horloges sont deux outils fondamentaux pour gérer la communication et le partage de données entre les entités constitutives de ces systèmes. L'objectif de cette thèse est d'exploiter ces outils avec une perspective d'implantation. Dans une première partie, nous nous concentrons sur la communication de données et contribuons au domaine de la diffusion uniforme à ordre total. Nous proposons le protocole des trains : des jetons (appelés trains) circulent en parallèle entre les processus participants répartis sur un anneau virtuel. Chaque train est équipé d'une horloge logique utilisée pour retrouver les train(s) perdu(s) en cas de défaillance de processus. Nous prouvons que le protocole des trains est un protocole de diffusion uniforme à ordre total. Puis, nous créons une nouvelle métrique : le rendement en termes de débit. Cette métrique nous permet de montrer que le protocole des trains a un rendement supérieur au meilleur, en termes de débit, des protocoles présentés dans la littérature. Par ailleurs, cette métrique fournit une limite théorique du débit maximum atteignable en implantant un protocole de diffusion donné. Il est ainsi possible d'évaluer la qualité d'une implantation de protocole. Les performances en termes de débit du protocole des trains, notamment pour les messages de petites tailles, en font un candidat remarquable pour le partage de données entre coeurs d'un même processeur. De plus, sa sobriété en termes de surcoût réseau en font un candidat privilégié pour la réplication de données entre serveurs dans le cloud. Une partie de ces travaux a été implantée dans un système de contrôle-commande et de supervision déployé sur plusieurs dizaines de sites industriels. Dans une seconde partie, nous nous concentrons sur le partage de données et contribuons au domaine de la RFID. Nous proposons une mémoire répartie partagée basée sur des étiquettes RFID. Cette mémoire permet de s'affranchir d'un réseau informatique global. Pour ce faire, elle s'appuie sur des vecteurs d'horloges et exploite le réseau formé par les utilisateurs mobiles de l'application répartie. Ainsi, ces derniers peuvent lire le contenu d'étiquettes RFID distantes. Notre mémoire répartie partagée à base de RFID apporte une alternative aux trois architectures à base de RFID disponibles dans la littérature. Notre mémoire répartie partagée a été implantée dans un jeu pervasif qui a été expérimenté par un millier de personnes.

Deux situations de comportement égoïste des agents dans les réseaux de communication sont considérées dans le cadre de la théorie des jeux.La première situation concerne les réseaux de communication utilisant un routage décentralisé basé sur des agents autonomes. Nous étudions les propriétés de convergence des dynamiques de meilleures réponses dans un jeu de routage sur des liens parallèles. Le jeu implique un nombre fini d'agents, chacun décidant comment son trafic est routé sur les liens de manière à minimiser son propre coût. Nous proposons l'utilisation du rayon spectral généralisé des matrices Jacobiennes de l'opérateur de meilleure réponse pour démontrer la convergence.La seconde situation apparaît dans les réseaux tolérants aux délais dont l'objectif est de permettre la communication dans des environnements où la connectivité n'est qu'intermittente et où les délais de communication peuvent être très longs. Nous proposons tout d'abord un mécanisme d'incitation basé sur une récompense pour convaincre les noeuds mobiles de relayer les messages, et analysons l'influence de l'information donnée par la source (nombre de copies du message, âge de ces copies) aux relais sur le prix à payer pour transmettre le message. Nous considérons ensuite un modèle dans lequel la source propose une récompense fixe. Les noeuds mobiles peuvent alors décider d'accepter ou non le message, et s'ils l'acceptent, peuvent ensuite à tout moment décider de l'abandonner. Nous modélisons l'interaction entre les noeuds mobiles sous la forme d'un jeu stochastique partiellement observable et analysons les politiques optimales pour les relais. / This thesis focuses on the issues related to the selfish behavior of the agents in the communication networks. We are particularly interested in two situations in which these issues arise and we address game-theoretical framework to study them.The first situation relates to communication networks using a distributed routing based on autonomous agents. Compared to a centralized routing, this type of routing offers significant advantages in terms of scalability, ease of deployment or robustness to failures and environmental disturbances. We investigate the convergence properties of the sequential best-response dynamics in a routing game over parallel links. The game involves a finite number of routing agents each of which decides how much flow to route on each of the links with the objective of minimizing its own costs. For some particular cases (e.g., two players), the convergence of the best-response dynamics can be proved by showing that this game has a potential function. For other cases, a potential function has remained elusive. We propose the use of non-linear spectral radius of the Jacobian of the best-response dynamics as an alternative approach to proving its convergence.The second situation occurs in Delay Tolerant Networks (DTNs) that have been the subject of intensive research over the past decade. DTN has an idea to support communication in environments where connectivity is intermittent and where communication delays can be very long. We focus on game-theoretic models for DTNs. First, we propose an incentive mechanism to persuade selfish mobile nodes to participate in relaying messages, and investigate the influence of the information given by the source (number of existing copies of the message, age of these copies) to the relays on the rewards proposed. For static information polices, that is the same type of information given to all the relays, it is shown that the expected reward paid by the source is independent of the policy. However, the source can reduce the reward by dynamically adapting the type of information based on the meeting times with the relays. For the particular cases, we give some structural results of the optimal adaptive policy. Next, we consider the model where the source proposes a fixed reward. The mobile relays can decide to accept or not the packet and then to drop the packet in the future. This game can be modelled as a partially-observable stochastic game. For two relays, we have shown that the optimal policies for the relays relates to the threshold type.

La problématique de recherche abordée dans ce mémoire de thèse découle de l’étude approfondie d’une association convertisseur-machine dédiée aux modes traction et recharge d’un véhicule électrique. Il s’agit d’un onduleur triphasé constitué de trois onduleurs monophasés connectés à une machine triphasée à phases indépendantes.Dans le chapitre II, une étude comparative entre deux solutions industrielles montre que l’architecture étudiée offre des caractéristiques compétitives notamment en termes de rendement global du convertisseur, performances mécaniques, et surface de silicium nécessaire.Par ailleurs, outre la possibilité de mutualiser les trois fonctions du véhicule que sont la traction, la recharge (rapide ou lente) et l’assistance du réseau électrique, cette topologie offre plusieurs atouts : des possibilités variées d’alimentation et donc un potentiel intéressant de reconfiguration en marche dégradée. La thématique abordée dans les chapitres III et IV est donc centrée sur l’optimisation des stratégies de contrôle de cette structure vis-à-vis de deux types de défauts : les imperfections intrinsèques du système d’une part et les défaillances accidentelles d’autre part.Dans un premier temps, un travail approfondi sur les méthodes de modulation de largeur d’impulsion a permis de synthétiser une stratégie offrant une faible sensibilité vis-à-vis des imperfections de la commande et de la non-linéarité du convertisseur. Dans un second temps, il a été montré qu’en cas de défaillance d’un composant à semi-conducteur, il était obligatoire de recourir à la reconfiguration matérielle de la topologie. L’architecture permettant la continuité de service a été étudiée du point de vue de sa commande. Son analyse nous a amenés à proposer une structure de contrôle basée sur des solutions automatiques simples et efficaces. Finalement, le principe du fonctionnement en marche dégradée a été étendu au fonctionnement normal dans le but d’en améliorer le rendement sur cycle. / This Ph.D. thesis focuses on a novel combination of a frequency converter and an electric machine specially dedicated to traction drive and battery recharging modes of an electric vehicle (EV). This power architecture is composed of a six legs voltage inverter connected to a three-phase open-end winding machine. Chapter II details a quantitative comparison between two industrial power architectures and concludes that the SOFRACI powertrain is a competitive solution in terms of power converter efficiency, drive mechanical performances, and required silicon area.This architecture offers the attractive possibility of combining three important functions: traction and braking, battery charging and connecting the energy storage to a smart grid. In addition, this topology offers several advantages such as various motor feeding possibilities and a high degree of reconfiguration in degraded operating mode. The third and fourth chapters of this thesis concern the optimization of control strategies with regard to two types of faults: firstly the inherent imperfections in the converter itself (non modeled non-linearity and ineffective synchronization of control values) and secondly accidental failures. In the first case, an analysis of the pulse width modulation (PWM) methods enables the creation of a PWM strategy with a very low sensitivity to PWM uncertainties and the non-linear behavior of the power converter.In the second case, in the event of a faulty semiconductor device, it is shown that a hardware reconfiguration is required to enable an emergency traction mode. The sustainability of the traction mode is then examined with respect to the control strategy. This analysis leads to an innovative control structure based on basic and easy to implement solutions. Finally, the degraded mode operation principles have been extended to normal mode operation for the purpose of enhancing the cycle efficiency.

Le sujet de cette thèse s'inscrit dans le cadre des systèmes tolérants aux défauts sous contraintes avec prise en considération de la dégradation des performances. L'objectif principal de ce travail consiste à considérer la gestion des références comme une partie intégrante du système de commande tolérant aux défauts. Dans la littérature, la plupart des méthodes actives de tolérance aux défauts supposent que le recouvrement du système nominal est toujours possible et que les performances nominales sont toujours atteignables. Cette condition est peu réaliste dans la pratique puisque plusieurs éléments empêchent le système reconfiguré de revenir à son mode de fonctionnement nominal. Dans le domaine industriel, l'ensemble des contraintes du système est un handicap majeur qui limite le fonctionnement nominal d'un système à des plages fonctionnelles bien définies. Ces plages fonctionnelles sont énormément réduites après l'apparition de certains défauts dits sévères et qui affectent généralement les actionneurs. Par conséquent, cette hypothèse de recouvrement des performances nominales dans le cas des systèmes sous contraintes limite l'ensemble des défauts traités par ces méthodes classiques à quelques défauts dits mineurs. Afin de remédier a ce problème, une architecture de reconfiguration structurée en deux niveaux est proposée. Le premier concerne les algorithmes classiques de reconfiguration en agissant sur un contrôleur reconfigurable, et le deuxième agit sur le module de gestion des références conçu à base d'un gouverneur de référence avec offset. La connaissance exacte du modèle en post-défaut nécessite un système de détection et diagnostic de défaut qui permet d'estimer l'amplitude de défaut, ce qui conduit à la synthèse d'un observateur adaptatif d'estimation de défaut à base de LMI. Afin de synchroniser le déroulement du processus FTC, deux indices ont été conçus. Le premier indice porte sur le mécanisme de décision permettant de sélectionner le/les niveau(x) de reconfiguration nécessaire(s) à l'accommodation du défaut. Le deuxième indice permet d'évaluer le niveau de dégradation du système « post-défaut ». Une dégradation de performance est toujours admise tant que les consignes de sécurité sont respectées / The subject of this thesis is part of fault tolerant control systems under constraints with consideration of performance degradation. The main objective of this work is to consider the reference management as an integral part of the fault tolerant control system. In the literature, the most active methods of fault tolerance imply that recovery of the nominal system is always possible and that performance ratings are still achievable. This requirement is unrealistic in practice because several factors prevent the system reconfigured back to its nominal operating mode. In industry, the set of system constraints is a major problem which limits the nominal operating of the system to defined functional ranges. These functional ranges are reduced dramatically after the occurrence of some faults known as severe faults that generally affect the capacity of actuators. Therefore, this assumption of nominal performance recovery in the case of systems under constraints limits the set of faults treated with these conventional methods to a few minor faults. To remedy this problem, architecture of reconfiguration structured in two levels is proposed. The first level concerns the conventional reconfiguration algorithms acting on a reconfigurable controller, and the second acts on the module of reference management based on a reference-offset governor. The exact knowledge of the post-fault model requires a fault detection and diagnosis system to estimate the magnitude of fault, which led to the synthesis of an adaptive observer based LMI for estimating fault. To synchronize the FTC process flow, two indices have been designed. The first index refers to the decision mechanism for selecting the reconfiguration level required for the accommodation of the fault. The second index used to evaluate the level of the degradation of the system "post-fault". The performance degradation is still allowed as long as safety instructions are respected

Cette thèse s´intéresse à la conception et l´évaluation des protocoles de routage et d´accès au canal pour les réseaux sans fils. La première partie de la thèse focalise principalement sur l´évaluation de protocoles de routage pour les réseaux tolérants aux perturbations quand ces réseaux incluent des relais fixes, appelées boîtes. Dans un premier temps, nous montrons que les instants successifs de rencontre entre une boîte et un noeud mobile qui se déplace selon un modèle de mobilité aléatoire sont bien approximés par un processus de Poisson. Nous donnons une formule explicite approchée pour l´intensité de ce processus qui dépend notamment de la densité de probabilité spatiale du modèle de mobilité considérée ainsi que celle des boîtes. Dans un deuxième temps, nous étudions l´impact d´ajouter des boîtes sur les performances de deux protocoles de routage classiques, le protocole épidémique et le protocole de routage à deux sauts. Nous développons des expressions explicites pour quantifier la distribution et la moyenne du délai de livraison d´un paquet, ainsi que le nombre des copies générées lors de cette transmission. Ensuite, nous proposons cinq stratégies qui s´appuient sur la présence des boîtes pour réaliser le routage des copies. Par ailleurs, nous introduisons une plateforme basée sur un modèle markovien qui permet de calculer et de comparer analytiquement les diverses métriques de performance pour ces cinq stratégies. Dans la deuxième partie de la thèse, nous intéressons à l´algorithme de backoff du standard IEEE 802.11. Nous proposons une extension de cet algorithme dont l´objectif est d´améliorer ses performances dans le cas où le réseau possède un grand nombre d´utilisateurs.

La problématique de recherche abordée dans ce mémoire de thèse découle de l'étude approfondie d'une association convertisseur-machine dédiée aux modes traction et recharge d'un véhicule électrique. Il s'agit d'un onduleur triphasé constitué de trois onduleurs monophasés connectés à une machine triphasée à phases indépendantes. Dans le chapitre II, une étude comparative entre deux solutions industrielles montre que l'architecture étudiée offre des caractéristiques compétitives notamment en termes de rendement global du convertisseur, performances mécaniques, et surface de silicium nécessaire. Par ailleurs, outre la possibilité de mutualiser les trois fonctions du véhicule que sont la traction, la recharge (rapide ou lente) et l'assistance du réseau électrique, cette topologie offre plusieurs atouts : des possibilités variées d'alimentation et donc un potentiel intéressant de reconfiguration en marche dégradée. La thématique abordée dans les chapitres III et IV est donc centrée sur l'optimisation des stratégies de contrôle de cette structure vis-à-vis de deux types de défauts : les imperfections intrinsèques du système d'une part et les défaillances accidentelles d'autre part. Dans un premier temps, un travail approfondi sur les méthodes de modulation de largeur d'impulsion a permis de synthétiser une stratégie offrant une faible sensibilité vis-à-vis des imperfections de la commande et de la non-linéarité du convertisseur. Dans un second temps, il a été montré qu'en cas de défaillance d'un composant à semi-conducteur, il était obligatoire de recourir à la reconfiguration matérielle de la topologie. L'architecture permettant la continuité de service a été étudiée du point de vue de sa commande. Son analyse nous a amenés à proposer une structure de contrôle basée sur des solutions automatiques simples et efficaces. Finalement, le principe du fonctionnement en marche dégradée a été étendu au fonctionnement normal dans le but d'en améliorer le rendement sur cycle.