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Laboratoire d’analyse et d’architecture des systèmes
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18425
04/12/2018

Les mécanismes d'incitation à la coopération dans les réseaux tolérants aux délais

T.NGUYEN

SARA

Doctorat : 4 Décembre 2018, 117p., Président: C.BRIAND, Rapporteurs: S.VATON,, Examinateurs: R.EL AZOUZI, Directeurs de thèse: O.BRUN, B.PRABHU , N° 18425

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Résumé

Les réseaux tolérants aux retards (DTN) ont été conçus pour fournir un moyen de communication durable entre terminaux mobiles dans les régions dépourvues d’infrastructure cellulaire. Dans de tels réseaux, l’ensemble des voisins de chaque noeud change au fil du temps en raison de la mobilité des noeuds, ce qui entraîne une connectivité intermittente et des routes instables dans le réseau. Nous analysons la performance d’un système d’incitation pour les DTN à deux sauts dans lequel une source en arriéré offre une récompense fixe aux relais pour délivrer un message. Un seul message à la fois est proposé par la source. Pour un message donné, seul le premier relais à le délivrer reçoit la récompense correspondant à ce message, induisant ainsi une compétition entre les relais. Les relais cherchent à maximiser la récompense attendue pour chaque message alors que l’objectif de la source est de satisfaire une contrainte donnée sur la probabilité de livraison du message. Nous considérons deux réglages différents : l’un dans lequel la source indique aux relais pendant combien de temps un message est en circulation, et l’autre dans lequel la source ne donne pas cette information. Dans le premier paramètre, nous montrons que la politique optimale d’un relais est de type seuil : il accepte un message jusqu’à un premier seuil et le conserve jusqu’à ce qu’il atteigne la destination ou le deuxième seuil. Les formules de calcul des seuils ainsi que de la probabilité de livraison des messages sont dérivées pour une source d’arriérés. Nous étudions ensuite la performance asymptotique de ce réglage dans la limite moyenne du champ. Lorsque le deuxième seuil est infini, nous donnons l’ODE du champ moyen et montrons que tous les messages ont la même probabilité de réussite. Lorsque le deuxième seuil est fini, nous ne donnons qu’une approximation ODE car dans ce cas, la dynamique n’est pas markovienne. Pour le second réglage, nous supposons que la source propose chaque message pour une période de temps fixe et qu’un relais décide d’accepter un message selon une politique randomisée lors d’une rencontre avec la source. S’il accepte le message, un relais le garde jusqu’à ce qu’il atteigne la destination. Nous établissons dans quelle condition la probabilité d’acceptation des relais est strictement positive et montrons que, dans cette condition, il existe un équilibre de Nash symétrique unique, dans lequel aucun relais n’a quelque chose à gagner en changeant unilatéralement sa probabilité d’acceptation. Des expressions explicites pour la probabilité de livraison du message et le temps moyen de livraison d’un message à l’équilibre symétrique de Nash sont dérivées, ainsi qu’une expression de la valeur asymptotique de la livraison du message. Enfin, nous présentons de nombreux résultats de simulations pour comparer les performances de la stratégie de type seuil et de la stratégie randomisée, afin de déterminer dans quelle condition il est rentable pour la source de donner l’information sur l’âge d’un message aux relais.

Abstract

Delay-Tolerant Networks (DTNs) were designed to provide a sustainable means of communication between mobile terminals in regions without cellular infrastructure. In such networks, the set of neighbors of every node changes over time due to the mobility of nodes, resulting in intermittent connectivity and unstable routes in the network. We analyze the performance of an incentive scheme for two-hop DTNs in which a backlogged source proposes a fixed reward to the relays to deliver a message. Only one message at a time is proposed by the source. For a given message, only the first relay to deliver it gets the reward corresponding to this message thereby inducing a competition between the relays. The relays seek to maximize the expected reward for each message whereas the objective of the source is to satisfy a given constraint on the probability of message delivery. We consider two different settings: one in which the source tells the relays for how long a message is in circulation, and one in which the source does not give this information. In the first setting, we show that the optimal policy of a relay is of threshold type: it accepts a message until a first threshold and then keeps the message until it either meets the destination or reaches the second threshold. Formulas for computing the thresholds as well as probability of message delivery are derived for a backlogged source. We then investigate the asymptotic performance of this setting in the mean field limit. When the second threshold in infinite, we give the mean-field ODE and show that all the messages have the same probability of successful delivery. When the second threshold is finite we only give an ODE approximation since in this case the dynamics are not Markovian. For the second setting, we assume that the source proposes each message for a fixed period of time and that a relay decides to accept a message according to a randomized policy upon encounter with the source. If it accepts the message, a relay keeps it until it reaches the destination. We establish under which condition the acceptance probability of the relays is strictly positive and show that, under this condition, there exists a unique symmetric Nash equilibrium, in which no relay has anything to gain by unilaterally changing its acceptance probability. Explicit expressions for the probability of message delivery and the mean time to deliver a message at the symmetric Nash equilibrium are derived, as well as an expression of the asymptotic value of message delivery. Finally, we present numerous simulations results to compare performances of the threshold-type strategy and the randomized strategy, in order to determine under which condition it is profitable for the source to give the information on the age of a message to the relays.

Mots-Clés / Keywords
Stochastic games; Mobile communication networks; Delay tolerant networks; Jeux stochastiques; Réseaux de communication; Réseaux tolérants au retard;

145673
18398
16/11/2018

Towards interoperable IOT systems with a constraint-aware semantic web of things

N.SEYDOUX

SARA

Doctorat : INSA de Toulouse, 16 Novembre 2018, 216p., Président: N.AGOULMINE, Rapporteurs: M.D'AQUIN, Examinateurs: R.GARCIA-CASTRO, C.ROUSSEY, T.MONTEIL, N.HERNANDEZ, M MALESHKOVA, Directeurs de thèse: K.DRIRA , N° 18398

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Résumé

Cette thèse porte sur le Web Sémantique des Objets (WSdO), un domaine de recherche à l'interface de l'Internet des Objets (IdO) et du Web Sémantique (WS). L’intégration des approche du WS à l'IdO permettent de traiter l'importante hétérogénéité des ressources, des technologies et des applications de l'IdO, laquelle est une source de problèmes d'interopérabilité freinant le déploiement de systèmes IdO. Un premier verrou scientifique est lié à la consommation en ressource des technologies du WS, là où l'IdO s’appuie sur des objets aux capacités de calcul et de communication limitées. De plus, les réseaux IdO sont déployés à grande échelle, quand la montée en charge est difficile pour les technologies du WS. Cette thèse a pour objectif de traiter ce double défi, et comporte deux contributions. La première porte sur l'identification de critères de qualité pour les ontologies de l'IdO, et l’élaboration de IoT-O, une ontologie! modulaire pour l'IdO. IoT-O a été implantée pour enrichir les données d'un bâtiment instrumenté, et pour être moteur de semIoTics, notre application de gestion autonomique. La seconde contribution est EDR (Emergent Distributed Reasoning), une approche générique pour distribuer dynamiquement le raisonnement à base de règles. Les règles sont propagées de proche en proche en s'appuyant sur les descriptions échangées entre noeuds. EDR est évaluée dans deux scénario concrets, s'appuyant sur un serveur et des noeuds contraints pour simuler le déploiement.

Abstract

This thesis is situated in the Semantic Web of things (SWoT) domain, at the interface between the Internet of Things (IoT) and the Semantic Web (SW). The integration of SW approaches into the IoT aim at tackling the important heterogeneity of resources, technologies and applications in the IoT, which creates interoperability issues impeding the deployment of IoT systems. A first scientific challenge is risen by the resource consumption of the SW technologies, inadequated to the limites computation and communication capabilities of IoT devices. Moreover, IoT networks are deployed at a large scale, when SW technologies have scalability issues. This thesis addresses this double challenge by two contributions. The first one is the identification of quality criteria for IoT ontologies, leading to the proposition of IoT-O, a modular IoT ontology. IoT-O is deployed to enrich data from a smart building, and drive semIoTics, our autonomic computing application. The second co! ntribution is EDR (Emergent Distributed Reasoning), a generic approach to dynamically distributed rule-based reasoning. Rules are propagated peer-to-peer, guided by descriptions exchanged among nodes. EDR is evaluated in two use-cases, using both a server and some constrained nodes to simulate the deployment.

Mots-Clés / Keywords
Semantic web of things; Semantic fog computing; IoT interoperability; Distributed rule-based reasoning; Web sémantique; Interopérabilité; Internet des objets;

145433
18366
09/11/2018

Environnement décentralisé et protocole de communication pour le calcul intensif sur grille

B.FAKIH

CDA

Doctorat : Université de Toulouse III - Paul Sabatier, Novembre 2018, 133p., Président: N.EMAD, Rapporteurs: J.F.MEHAUT, , Examinateurs: P.BERTHOU, Directeurs de thèse: D.ELBAZ , N° 18366

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Abstract

This thesis aims at designing an environment for the implementation of high performance computing applications on Grid platforms. We are interested in applications like loosely synchronous applications and pleasingly parallel applications. For loosely synchronous applications, we are interested in particular in applications in the domains of numerical simulation that can be solved via parallel or distributed iterative methods, i.e., synchronous, asynchronous and hybrid iterative method; while, for pleasingly parallel applications, we are interested in planning problems. Our thesis work aims at designing the decentralized environment GRIDHPC. GRIDHPC exploits all the computing resources (all the available cores of computing nodes) using OpenMP as well as several types of networks like Ethernet, Infiniband and Myrinet of the grid platform using the reconfigurable multi network protocol RMNP. Note that RMNP can configure itself automatically and dynamically in function of application requirements like schemes of computation, i.e., synchronous or asynchronous iterative schemes, elements of context like network topology and type of network like Ethernet, Infiniband and Myrinet by choosing the best communication mode between computing nodes and the best network. We present and analyze a set of computational results obtained on Grid5000 platform for the obstacle and planning problems.

Résumé

Dans cette thèse nous présentons un environnement décentralisé pour la mise en oeuvre des calcul intensif sur grille. Nous nous intéressons à des applications dans les domaines de la simulation numérique qui font appel à des modèles de type parallélisme de tâches et qui sont résolues par des méthodes itératives parallèles ou distribuées; nous nous intéressons aussi aux problèmes de planification. Mes contributions se situent au niveau de la conception et la réalisation d’un environnement de programmation GRIDHPC. GRIDHPC permet l’utilisation de tous les ressources de calcul, c’est-à-dire de tous les coeurs des processeurs multi-coeurs ainsi que l’utilisation du protocole de communication RMNP pour exploiter simultanément différents réseaux hauts débits comme Infiniband, Myrinet et aussi Ethernet. Notons que RMNP peu se reconfigurer automatiquement et dynamiquement en fonction des exigences de l’application, comme les schémas de calcul, c.-à-d, les schémas itératifs synchrones ou asynchrones, des éléments de contexte comme la topologie du réseau et le type de réseau comme Ethernet, Infiniband et Myrinet en choisissant le meilleur mode de communication entre les noeuds de calcul et le meilleur réseau. Nous présentons et analysons des résultats expérimentaux obtenus sur des grappes de calcul de la grille Grid5000 pour le problème de l’obstacle et le problème de planification.

Mots-Clés / Keywords
Protocole de communication; Calcul sur grille; Calcul haute performance; Calcul parallèle; Planification; Simulation numérique; Communication Protocols; Grid calculation; High performance computing; Numerical simulation;

145157
18254
04/07/2018

Vers les réseaux guidés par et pour les applications hautement dynamiques

A.SIMO TEGUEU

SARA

Doctorat : INSA de Toulouse, 4 Juillet 2018, 162p., Président: C.CHASSOT, Rapporteurs: T.AHMED, N.AGOULMINE, Examinateurs: G.URVOY-KELLER, Directeurs de thèse: T.VILLEMUR, S.ABDELLATIF , N° 18254

Lien : https://hal.laas.fr/tel-01886124

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Abstract

Modern applications are typically composed of lots of software components that tend to implement self-contained specialized functions. These components are often supplied by many software editors and provisioned and accessed via the cloud. As a consequence, the data flows that are exchanged between applications’ components and their QoS requirements vary over time. Moreover, in many situations, it is quite difficult to pre-identify this set of data flows and/or express precisely the associated QoS. Hence, providing a network service that meets application requirements and dynamically evolves with their needs without uselessly wasting network resources poses several challenges to the underlying communication network. Notably, the necessity of a high level of flexibility, far beyond the capabilities of today’s communication networks. The aim of this PhD is to develop the Application Driven Networking (ADN) concept, which is able to provide tailored and dynamic network services to applications. Tailored means that the ADN service captures a fine-grained description of application needs, which can consider elementary flows. These needs can be expressed, either, explicitly by the application or inferred by the network by traffic analysis. The dynamic facet means that the ADN service is reprogrammed and adjusted to fit to evolving application needs. The main contributions of this thesis are the following. First, a general architecture of the ADN network built on top of a Software Defined Network (SDN) infrastructure is proposed. Algorithms related to the ADN functional components are also proposed, in particular two network resource allocation algorithms that calculate the optimal (in terms of network resource utilization) data paths and the required network resources that meet application requirements. Two ADN service migration heuristics are also proposed to efficiently distribute the network load and increase the acceptance of forthcoming network service requests. An ADN network prototype is developed as proof of concept. It provides ADN services to dynamic applications with QoS requirements built on top of the DDS (Data Distribution Service) middleware.

Résumé

Les applications modernes s’appuient sur des architectures qui combinent de plus en plus de composants logiciels émanant de plusieurs éditeurs, implantant des fonctions de plus en plus spécialisées, et très souvent déployés dans le « cloud ». De ce fait, ces applications nécessitent une dynamique et une adaptation certaines vis-à-vis des flux de données que leurs composants échangent et des besoins de qualité de service (QdS) que ces flux requièrent. Pour la majorité des applications, il s’avère difficile d’identifier à l’avance l’ensemble des flux et/ou d’exprimer précisément les besoins de QdS associés. Ainsi, fournir un service de communication réseau capable de répondre et de suivre les besoins de ces applications sans gaspiller, par surdimensionnement, l’utilisation des ressources réseau, pose plusieurs défis aux réseaux de communication supports, notamment un haut degré de flexibilité, largement au-delà des possibilités des réseaux de communication actuels. L’objectif de ce travail de thèse est de développer le concept de réseau guidé par les applications (ADN : Application Driven Networking), réseau capable d’offrir des services de communication personnalisés et dynamiques aux applications. Le qualificatif personnalisé signifie que le service ADN répond à des besoins de communication applicatifs exprimés avec un niveau de granularité très fin pouvant aller jusqu’aux flux élémentaires. Ces besoins peuvent être exprimés explicitement par l’application ou inférés par le réseau par analyse du trafic. L’aspect dynamique signifie que le service ADN est reprogrammé et ajusté pour suivre l’évolution des besoins de l’application dans le temps. Les contributions de ce travail de thèse couvrent plusieurs points. Nous avons défini l’architecture générale d’un réseau ADN bâti sur une infrastructure réseau de type SDN (Software Defined Network) en explicitant ses composants fonctionnels et en spécifiant les interfaces entre composants. Nous avons développé les algorithmes de ses principaux composants, notamment deux algorithmes d’allocation de ressources réseau qui calculent les chemins de données et les ressources réseau à y réserver pour satisfaire les exigences de bande passante et de délai des services ADN, tout en optimisant l’utilisation de ressources. Nous avons mis au point deux heuristiques de migration des services ADN afin de répartir aux mieux la charge du réseau et d’augmenter l’admissibilité des requêtes des services ADN à venir. Nous avons développé un prototype démonstrateur de réseau ADN qui fournit un ensemble de services ADN à des applications dynamiques basées sur le middleware temps réel DDS (Data Distribution Service).

Mots-Clés / Keywords
Applications modernes; Qualité de Service dynamique; Réseaux définis par logiciel; Réseaux guidés par les applications; Modern applications; Dynamic Quality of Service; Software-Defined Networks; Application driven networking;

144473
18151
16/02/2018

A distributed modular self-reconfiguring robotic platform based on simplified electro-permanent magnets

L.ZHU

CDA

Doctorat : Université de Toulouse III - Paul Sabatier, 16 Février 2018, 145p., Président: J.BOURGEOIS, Rapporteurs: N.LE FORT PIAT, Examinateurs: P.DANES, Directeurs de thèse: D.EL BAZ, H.NING , N° 18151

Lien : https://hal.laas.fr/tel-01829962

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Résumé

Un système robotique distribué et reconfigurable (MSRR) est composé de plusieurs modules ayant certaines fonctions de mouvement, de perception et d’action. Ils peuvent s'adapter à l'environnement et aux objectifs en se connectant et en se déconnectant pour obtenir la configuration et la forme désirées. Les MSRR contiennent souvent deux systèmes : l'un constitué d’actionneurs pour le mouvement, l'autre pour la connexion. A l'heure actuelle, de nombreuses institutions travaillent sur les MSRR ; la conception, la miniaturisation, l'économie d'énergie, les algorithmes de contrôle ont fait l'objet de recherches dans ce domaine. Cependant, il existe peu d’études conjointes sur le matériel et les algorithmes correspondants. Cette thèse décrit la conception, la fabrication, les résultats expérimentaux, l’algorithmique distribuée et un simulateur d'une plate-forme MSRR. En nous appuyant sur le calcul et la simulation numérique, nous présentons un aimant électro-permanent simplifié (SEP) qui ne consomme pas d'énergie lorsque le module est connecté à un autre module. Un nouveau concept de moteur linéaire basé sur les SEP est également proposé. Ensuite, nous présentons DILI, un MSRR cubique, de longueur 1,5cm. Le module DILI peut coulisser sur une surface plane, la vitesse maximale pouvant atteindre 20mm/s. Avec le nouvel actionneur, DILI peut réaliser les fonctions de mouvement et de connexion. Un module DILI peut se connecter avec quatre autres modules. Enfin, un algorithme distribué est proposé et un simulateur est conçu pour permettre de simuler le système distribué, de tester et valider les algorithmes distribués.

Abstract

A distributed modular self-reconfiguring robotic (MSRR) system is composed of many repeated basic modules with certain functions of motion, perception, and actuation. They can adapt to environment and goals by connecting and disconnecting to achieve the desired configuration and shape. MSRRs often contain two hardware systems: one is for actuation (motion), another one is for connection. At present time many institutions work on MSRRs; structural design, miniaturization, energy saving, control algorithms have been the focus of research in this area. However, only a few of them work on both the hardware and the corresponding algorithms. This thesis describes the design, fabrication, experimental results, distributed algorithm, and simulator of a MSRR platform. Via theoretical calculation and numerical simulation, we present the simplified electro-permanent (SEP) magnet which can change the magnetic field direction and does not require energy consumption while connected. A new concept of linear motor based on SEP is proposed. Then we construct DILI, a cubical MSRR, the length of each module is 1.5cm. DILI module can slide on a flat surface; the maximum speed can reach 20mm/s. With the new actuator, DILI can achieve the functions of motion and connection with only one system inside. Finally, a distributed algorithm is proposed in order to build a smart conveyor, and a simulator is designed that permits one to perform distributed simulations, test and validate distributed algorithms.

Mots-Clés / Keywords
Distributed computing; Modular robot; Smart system; Calcul distribué; Robot modulaire; Système intelligent;

143833
17659
30/11/2017

Automated and dynamic multi-level negotiation framework applied to an efficient cloud provisioning

A.OMEZZINE

SARA

Doctorat : Université de Toulouse I - Capitole, 30 Novembre 2017, 144p., Président: K.DRIRA, Rapporteurs: D.BEN SLIMANE, A.HADJ KACEM, Examinateurs: H.BEN GHEZALA, G.COPERMAN, M.YOUNAS, Directeurs de thèse: N.BELLAMINE BEN SAOUD, S.TAZI , N° 17659

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Résumé

L'approvisionnement du Cloud est le processus de déploiement et de gestion des applications sur les infrastructures publiques du Cloud. L'approvisionnement du Cloud est de plus en plus utilisé car il permet aux fournisseurs de services métiers de se concentrer sur leurs activités sans avoir à gérer et à investir dans l'infrastructure. L'approvisionnement Cloud comprend deux niveaux d'interaction : (1) entre les utilisateurs finaux et les fournisseurs de services pour l'approvisionnement des applications, et (2) entre les fournisseurs de services et les fournisseurs de ressources pour l'approvisionnement des ressources virtuelles. L'environnement Cloud est devenu un marché complexe où tout fournisseur veut maximiser son profit monétaire et où les utilisateurs finaux recherchent les services les plus efficaces tout en minimisant leurs coûts. Avec la croissance de la concurrence dans le Cloud, les fournisseurs de services métiers doivent assurer un approvisionnement efficace qui maximise la satisfaction de la clientèle et optimise leurs profits. Ainsi, les fournisseurs et les utilisateurs doivent être satisfaits en dépit de leurs besoins contradictoires. La négociation est une solution prometteuse qui permet de résoudre les conflits en comblant le gap entre les capacités des fournisseurs et les besoins des utilisateurs. Intuitivement, la négociation automatique des contrats (SLA) permet d'aboutir à un compromis qui satisfait les deux parties. Cependant, pour être efficace, la négociation automatique doit considérer les propriétés de l'approvisionnement du Cloud et les complexités liées à la dynamicité (dynamicité de la disponibilité des ressources, dynamicité des prix). En fait ces critères ont un impact important sur le succès de la négociation. Les principales contributions de cette thèse répondant au défi de la négociation multi-niveau dans un contexte dynamique sont les suivantes: (1) Nous proposons un modèle de négociateur générique qui considère la nature dynamique de l'approvisionnement du Cloud et son impact potentiel sur les résultats décisionnels. Ensuite, nous construisons un cadre de négociation multicouche fondé sur ce modèle en l'instanciant entre les couches du Cloud. Le cadre comprend des agents négociateurs en communication avec les modules en relation avec la qualité et le prix du service à fournir (le planificateur, le moniteur, le prospecteur de marché). (2) Nous proposons une approche de négociation bilatérale entre les utilisateurs finaux et les fournisseurs de service basée sur une approche d'approvisionnement existante. Les stratégies de négociation sont basées sur la communication avec les modules d'approvisionnement (le planificateur et l'approvisionneur de machines virtuelles) afin d'optimiser les bénéfices du fournisseur de service et de maximiser la satisfaction du client. (3) Afin de maximiser le nombre de clients, nous proposons une approche de négociation adaptative et simultanée comme extension de la négociation bilatérale. Nous proposons d'exploiter les changements de charge de travail en termes de disponibilité et de tarification des ressources afin de renégocier simultanément avec plusieurs utilisateurs non acceptés (c'est-à-dire rejetés lors de la première session de négociation) avant la création du contrat SLA. (4) A n de gérer toute violation possible de SLA, nous proposons une approche proactive de renégociation après l'établissement de SLA. La renégociation est lancée lors de la détection d'un évènement inattendu (par exemple, une panne de ressources) pendant le processus d'approvisionnement. Les stratégies de renégociation proposées visent à minimiser la perte de profit pour le fournisseur et à assurer la continuité du service pour le consommateur. Les approches proposées sont mises en oeuvre et les expériences prouvent les avantages d'ajouter la (re)négociation au processus d'approvisionnement. L'utilisation de la (re)négociation améliore le bénéfice du fournisseur, le nombre de demandes acceptées et la satisfaction du client.

Abstract

Cloud provisioning is the process of deployment and management of applications on public cloud infrastructures. Cloud provisioning is used increasingly because it enables business providers to focus on their business without having to manage and invest in infrastructure. Cloud provisioning includes two levels of interaction: (1) between end-users and business providers for application provisioning; and (2) between business providers and resource providers for virtual resource provisioning. The cloud market nowadays is a complex environment where business providers need to maximize their monetary profit, and where end-users look for the most efficient services with the lowest prices. With the growth of competition in the cloud, business providers must ensure efficient provisioning that maximizes customer satisfaction and optimizes the providers' profit. So, both providers and users must be satisfied in spite of their con icting needs. Negotiation is an appealing solution to solve con icts and bridge the gap between providers' capabilities and users' requirements. Intuitively, automated Service Level Agreement (SLA) negotiation helps in reaching an agreement that satisfies both parties. However, to be efficient, automated negotiation should consider the properties of cloud provisioning mainly the two interaction levels, and complexities related to dynamicity (e.g., dynamically-changing resource availability, dynamic pricing, dynamic market factors related to o ers and demands), which greatly impact the success of the negotiation. The main contributions of this thesis tackling the challenge of multi-level negotiation in a dynamic context are as follows: (1) We propose a generic negotiator model that considers the dynamic nature of cloud provisioning and its potential impact on the decision-making outcome. Then, we build a multi-layer negotiation framework built upon that model by instantiating it among Cloud layers. The framework includes negotiator agents. These agents are in communication with the provisioning modules that have an impact on the quality and the price of the service to be provisioned (e.g, the scheduler, the monitor, the market prospector). (2) We propose a bilateral negotiation approach between end-users and business providers extending an existing provisioning approach. The proposed decision-making strategies for negotiation are based on communication with the provisioning modules (the scheduler and the VM provisioner) in order to optimize the business provider's profit and maximize customer satisfaction. (3) In order to maximize the number of clients, we propose an adaptive and concurrent negotiation approach as an extension of the bilateral negotiation. We propose to harness the workload changes in terms of resource availability and pricing in order to renegotiate simultaneously with multiple non-accepted users (i.e., rejected during the rst negotiation session) before the establishment of the SLA. (4) In order to handle any potential SLA violation, we propose a proactive renegotiation approach after SLA establishment. The renegotiation is launched upon detecting an unexpected event (e.g., resource failure) during the provisioning process. The proposed renegotiation decision-making strategies aim to minimize the loss in profit for the provider and to ensure the continuity of the service for the consumer. The proposed approaches are implemented and experiments prove the benefits of adding (re)negotiation to the provisioning process. The use of (re)negotiation improves the provider's profit, the number of accepted requests, and the client's satisfaction.

145161
17415
24/11/2017

Architecture extensible et autonome pour une couche de transport evolutive. Application aux communications aéronautiques par satellite

M.OULMAHDI

SARA

Doctorat : INSA de Toulouse, Novembre 2017, 141p., Président: C.GHEDIRA GUEGAN, Rapporteurs: A.MELLOUK, M.OUSSALAH, Examinateurs: A.BOUKERRAM, L.SLIMAN, N.VAN WAMBEKE, Directeurs de thèse: C.CHASSOT, A.TARI , N° 17415

Lien : https://hal.laas.fr/tel-01660846

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Résumé

Ces dernières décennies ont été caractérisées par une évolution massive de l’Internet sur tous les plans, couvrant les applications et les technologies réseau. En conséquence, de nouveaux besoins pour les applications et de nouvelles contraintes réseaux apparaissent ; rendant ainsi les protocole (TCP et UDP notamment) de moins en moins efficaces, et plusieurs nouveaux protocoles ont été proposés. Cependant, à cause de plusieurs limites architecturales de la couche Transport, ces nouveaux protocoles n’ont pas été déployés. Partant de ce constat, le travail effectué dans cette thèse porte sur la proposition et la réalisation d’une architecture pour la couche Transport, orientée services et basée composants, dotée de capacités d’extensibilité et d’auto-adaptation vis-à-vis des évolutions du contexte applicatif et réseau. La solution proposée repose, d’une part, sur un faible couplage entre les éléments extérieurs (applications et systèmes) et la couche Transport, ainsi qu’entre les composants internes de l’architecture. D’autre part, elle se base sur des modèles et des algorithmes lui permettant de détecter et de prendre en compte les évolutions du réseau ou des applications, et d’adapter son comportement en conséquence. Une implémentation complète de la solution est proposée et testée dans un cadre de communications aéronautiques par satellite. L’objectif étant la gestion de la transition des protocoles spécifique au monde aéronautique vers les protocoles de l’Internet, ainsi que la gestion, au niveau Transport, des liens physiques hétérogènes. Les tests démontrent la faisabilité d’une telle architecture extensible et autonome, les gains en performance qu’il est possible d’obtenir, et les coûts qui en résultent.

Mots-Clés / Keywords
Transport; Configurabilité; Extensibilité; Autonomie; Aéronautique; Satellite; Configurability; Extensibility; Autonomy; Aeronautic;

141613
17350
29/09/2017

Distributed localization and conflict detection in mobile wireless networks

I.MAHJRI

SARA

Doctorat : INSA de Toulouse, Septembre 2017, 150p., Président: L.A.GRIECO, Rapporteurs: M.BENJEMAA, F.KRIEF, Examinateurs: A.DHRAIEF, I.JEMILI, Directeurs de thèse: K.DRIRA, S.MEDJIAH , N° 17350

Lien : https://hal.laas.fr/tel-01615478

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Résumé

Un réseau sans fil mobile est une collection de noeuds mobiles connectés via des liens sans fil. Le noeud mobile peut être une personne portant un terminal mobile, un animal avec une étiquette électronique, un véhicule ou tout autre appareil mobile doté de capacités de communication sans fil. Cette thèse traite deux importants problèmes dans les réseaux sans fil mobiles : la localisation et la détection des conflits. La localisation est l’estimation des positions absolues ou relatives des noeuds mobiles. La détection des conflits est la prédiction des potentiels futurs conflits entre les noeuds mobiles. Un conflit est une situation dans laquelle deux ou plusieurs noeuds mobiles se trouvent à une distance inférieure à une distance minimale requise. La détection des conflits est particulièrement nécessaire dans les réseaux mobiles où les noeuds risquent de trop se rapprocher les uns des autres et se heurter. La première contribution de cette thèse est un nouvel algorithme de localisation pour les réseaux sans fil mobiles. L’algorithme proposé est distribué et nécessite un faible coût de calcul et de communication permettant son utilisation par des noeuds à ressources limitées. En particulier, un petit ensemble de noeuds avec des positions connues, appelés des noeuds ancres, diffusent périodiquement leurs coordonnées. Chaque noeud mobile avec une position inconnue collecte les coordonnées des noeuds ancres, les attribue des poids en fonction de différentes métriques (par exemple, la qualité de la liaison sans fil, le temps de réception) et enfin estime sa position en tant que la moyenne pondérée de toutes les coordonnées collectées. La deuxième contribution de cette thèse consiste en un algorithme de détection de conflit nommé SLIDE. SLIDE est distribué et à faible complexité: chaque noeuds mobile utilise des simples inégalités mathématiques afin de prédire avec précision et en temps opportun les futurs conflits avec les noeuds voisins. En outre, SLIDE abandonne l’hypothèse restrictive des positions et vitesses précises ainsi que des communications non perturbées afin de garantir son efficacité dans les applications du monde réel. La troisième et dernière contribution de cette thèse est un modèle stochastique qui évalue les risques des conflits dans un réseau sans fil mobile où les noeuds mobiles se déplacent dans le même espace partagé. Contrairement à la plupart des modèles stochastiques existants, le modèle proposé est simple, générique et ne nécessite que deux paramètres d’entrée: le nombre de noeuds mobiles et le paramètre λ caractérisant le temps d’inter-contact entre une paire de noeuds mobiles. Le paramètre λ peut être difficile à estimer expérimentalement. Nous proposons donc une expression générique pour λ et puis nous la spécifions pour deux modèles de mobilité couramment utilisés. Toutes les contributions de cette thèse sont validées en utilisant des simulations basées sur le simulateur d’événements discrets OMNeT ++.

Abstract

A mobile wireless network is a collection of mobile nodes connected via wireless links. The mobile node can be a person carrying a mobile terminal, an animal with an embedded sensor (electronic tag), a vehicle or any other mobile device with wireless communication capabilities. This thesis deals with two fundamental issues in mobile wireless networks: localization and conflict detection. Localization is the estimation of the absolute or relative positions of the mobile nodes. Conflict detection is the prediction of potential future conflicts between the mobile nodes. A conflict is a situation in which two or more mobile nodes are within an unsafe distance from one another. Conflict detection is a crucial requirement for mobile networks where the nodes can get too close to each other and collide. The first contribution of this thesis is a new weighted localization algorithm for mobile wireless networks. The proposed algorithm is distributed and requires low computational and communication overheads enabling its use in resource-limited nodes. In particular, a small set of nodes with known positions, called beacon nodes, are periodically broadcasting their coordinates. A mobile node with an unknown position collects the beacon nodes coordinates, attributes them weights based on different metrics (e.g, link quality, reception time) and finally estimates its position as the weighted average of all the collected coordinates. The second contribution of this thesis consists in a straight line conflict detection algorithm called SLIDE. SLIDE is distributed and lightweight: each mobile node uses simple mathematical inequalities in order to accurately and timely predict future conflicts with the surrounding nodes. Furthermore, SLIDE drops the restrictive assumption of perfect sensing capabilities and perturbation-free environment in order to guarantee its efficiency in real world applications. The third and last contribution of this thesis is a stochastic model that assesses the conflicts risks in a mobile wireless network where the mobile nodes are moving in the same shared space. Unlike most of the existing stochastic models, the proposed model is simple, generic and requires only two input parameters: the number of mobile nodes and the parameter λ characterizing the inter-contact time between a pair of mobile nodes. The parameter λ may be difficult to estimate experimentally. We therefore provide a generic explicit expression for λ and then specify this generic expression for two commonly used mobility models. All the contributions of this thesis are validated through extensive simulations based on the discrete-event simulator OMNeT++.

Mots-Clés / Keywords
Mobile wireless networks; Distributed localization; Distributed conflict detection; Réseaux sans fil mobiles; Localisation distribuée; Détection distribuée des conflits;

141137
17451
27/09/2017

Information-centric networking, A natural design for IoT applications?

M.MEDDEB

SARA

Doctorat : INSA de Toulouse, 27 Septembre 2017, 146p., Président: M.MOSBAH, Rapporteurs: H.CHAOUCHI, L.CHAARI, Examinateurs: T.ABDELLATIF, Directeurs de thèse: K.DRIRA, A.BELGHITH, T.MONTEIL, A.DHRAIEF , N° 17451

Lien : https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-01661301

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Abstract

L'Internet des Objets (IdO) est généralement perçu comme l'extension de l'Internet actuel à notre monde physique. Il interconnecte un grand nombre de capteurs / actionneurs, référencés comme des objets, sur Internet. Face aux importants défis imposés par l'hétérogénéité des dispositifs et l'énorme trafic généré, la pile protocolaire actuelle TCP / IP va atteindre ses limites. Le réseau centré sur l'information (ICN) a récemment reçu beaucoup d'attention comme une nouvelle architecture Internet qui a un grand potentiel pour être adoptée dans un système IdO. Le paradigme ICN forme la future architecture Internet qui s’est contrée sur les données elles-mêmes plutôt que sur leurs emplacements dans le réseau. Il s'agit d'un passage d'un modèle de communication centrée sur l'hôte vers un système centré sur le contenu en se basant sur des noms de contenu uniques et indépendants de la localisation, la mise en cache dans le réseau et le routage basé sur les noms. Grâce à ses avantages pertinents, l'ICN peut être un framework viable pour soutenir l’IdO, interconnectant des milliards d'objets contraints hétérogènes. En effet, ICN permet l'accès facile aux données et réduit à la fois le délai de récupération et la charge des requêtes sur les producteurs de données. Parmi plusieurs architectures ICN, le réseau de données nommées (NDN) est considéré comme l'architecture ICN appropriée pour les systèmes IdO. Néanmoins, de nouveaux problèmes ont apparu et s'opposent aux ambitions visées dans l'utilisation de la philosophie ICN dans les environnements IdO. En fait, nous avons identifié trois défis majeurs. Étant donné que les périphériques IdO sont habituellement limités en termes de ressources avec des limitations sévères de l'énergie, de la mémoire et de la puissance de traitement, les techniques de mise en cache en réseau doivent être optimisées. En outre, les données IdO sont transitoires et sont régulièrement mises à jour par les producteurs, ce qui impose des exigences strictes pour maintenir la cohérence des données mises en cache. Enfin, dans un scénario IdO, les objets sont souvent mobiles et nécessitent des stratégies pour maintenir leurs accessibilités. Dans cette thèse, nous proposons une stratégie de mise en cache optimale qui considère les contraintes des périphériques. Ensuite, nous présentons un nouveau mécanisme de cohérence de cache pour surveiller la validité des contenus mis en cache dans un environnement IdO. En outre, pour améliorer l'efficacité de la mise en cache, nous proposons également une politique de remplacement du cache qui vise à augmenter les performances du système et à maintenir la validité des données. Enfin, nous introduisons un nouveau routage basé sur les noms pour les réseaux NDN / IdO afin de prendre en charge la mobilité des producteurs.Nous simulons et comparons nos propositions à plusieurs propositions pertinentes sous un réseau IdO de trafic réel. Nos contributions présentent de bonnes performances du système en termes de taux de réduction du chemin parcouru par les requêtes, de taux de réduction du nombre des requêtes satisfaites par les serveur, du délai de la réponse et de perte des paquets, de plus, la stratégie de mise en cache offre un faible coût de cache et finalement la validité du contenu est considérablement améliorée grâce au mécanisme de cohérence.

141755
17360
21/09/2017

Gestion autonomique de la QoS au niveau middleware dans l’IoT

Y.BANOUAR

SARA

Doctorat : Université de Toulouse III - Paul Sabatier, 21 Septembre 2017, 175p., Président: T.GAYRAUD, Rapporteurs: G.DIAZ, D.DONSEZ, Examinateurs: O.FOURMAUX, T.MONTEIL, Directeurs de thèse: C.CHASSOT , N° 17360

Lien : https://hal.laas.fr/tel-01624249

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Abstract

The Internet is experiencing a drastic expansion again. In addition to conventional terminals, it now allows to interconnect all kinds of connected objects allowing the capture of events from the considered environment, but also the remote control of this environment. Billions of these objects are thus led in 2020 to contribute to the advent of the Internet of Things (IoT). This paradigm, which extends the Machine-to-Machine (M2M) concept, paves the way for new uses such as home automation, remote monitoring, or even the factories of the future. Several architectures have been proposed to structure the IoT. Their foundation is based on a vision in four levels: (1) Equipment level, which includes the IoT equipment, (2) Network level containing the various technologies for data exchanges, (3) Middleware level, which offers applications an abstraction layer for underlying levels, and finally, (4) Application level, which consists of the set of applications contributing, via their interactions with the connected objects, to the realization of a business activity. Our work is positioned at Middleware level and is based on the architecture defined in the SmartM2M and then oneM2M standards. Several challenges have to be (re)considered in this context. We are mainly interested in the Quality of Service (QoS) issue expressed by some business applications. Proposals addressing this issue essentially target the Network level. For the Middleware level, standards focus mainly on the proposal of architectures and functional services. The non-functional requirements, typically QoS, are little or not considered. Meanwhile, proprietary solutions do not consider the dynamic evolution of the context and requirements. In response to these limitations, we propose a dynamic management approach, i.e. during the execution of the system, and autonomous, i.e. without human intervention. The proposed management, guided by models, focuses on behavioural and structural reconfiguration actions related to application traffic and/or Middleware resources. The first contribution of this thesis deals with the specification, design, implementation and evaluation of QoS management mechanisms. The second contribution is the specification and design of a software architecture for the self-adaptive QoS management at the Middleware level according to one of the SmartM2M and oneM2M standards. This architecture, called IoT-Q, is based on the application of hierarchical policies in the development of adaptation actions, as well as on the paradigm of Autonomic Computing. The third contribution proposes and validates an analytical model, based on the queuing theory, for the OM2M Middleware (open source implementation of the SmartM2M standard). This model allows to estimate the performance of the involved Middleware entities. The application of this model to the monitoring phase is studied under two approaches, reactive and proactive, coupled with Complex Event Processing (CEP) techniques for the first approach, and a ARMA (Auto -Regressive Moving Average) prediction model for the second one. The fourth contribution concerns the planning of resources-oriented mechanisms that we propose to guide following an approach coupling the analytical model with a model of the system based on graphs. This model allows to represent and consider the possible configurations of the involved entities and their interactions. The rules of graphs matching and rewriting that ensure the conformity of the system with the architectural style are also produced. As a fifth contribution, a case study dealing with a crisis situation in an urban transport environment is also proposed to illustrate the application of the proposed models based on graphs.

Résumé

L’Internet connaît à nouveau une expansion drastique. En plus des terminaux classiques, il permet aujourd’hui d'interconnecter toute sorte d’objets connectés permettant la capture d’événements depuis l’environnement considéré, mais également le contrôle à distance de cet environnement. Plusieurs milliards de ces objets sont ainsi amenés à l’horizon 2020 à contribuer à l'avènement de l’Internet des Objets (IoT). Ce paradigme, qui étend le concept de Machine-to-Machine (M2M), ouvre la voie à de nouveaux usages tels que la domotique, la télésurveillance, ou encore les usines du futur. Plusieurs architectures ont été proposées pour structurer l’IoT. Leur fondement est basé sur une vision en quatre niveaux : le niveau Équipement, qui comporte les objets connectés, le niveau Réseau contenant les différentes technologies nécessaires aux échanges, le niveau Intergiciel (ou Middleware) qui offre aux applications une couche d’abstraction des niveaux sous-jacents, et enfin le niveau Application qui consiste en l’ensemble des applications concourant, via leurs interactions avec les objets connectés, à la réalisation d’une activité métier. Nos travaux se positionnent au niveau Middleware sur la base de l’architecture définie dans le cadre des standards SmartM2M puis oneM2M. Plusieurs problématiques sont amenées à être (re)-posées dans ce contexte. Nous nous intéressons essentiellement à celle de la qualité de service (QoS - Quality of Service) exprimée par certaines applications métiers. Les solutions proposées en réponse à cette problématique concernent principalement le niveau Réseau. Au niveau Middleware, les standards se focalisent essentiellement sur la proposition d’architectures et de services fonctionnels. Les besoins non fonctionnels, typiquement orientés QoS, ne sont que peu ou pas considérés. Parallèlement, les solutions propriétaires ne considèrent pas l’évolution dynamique du contexte et des besoins. Face à ces limites, nous proposons une approche de gestion dynamique, i.e. durant l’exécution du système, et autonome induisant un minimum d’intervention humaine. La gestion proposée, guidée par des modèles, porte sur des actions de reconfiguration comportementales et structurelles touchant au trafic applicatif et/ou sur les ressources de niveau Middleware. La première contribution de cette thèse porte sur la spécification, la conception, l’implémentation et l’évaluation de mécanismes de gestion de la QoS. La deuxième contribution consiste en la spécification et la conception d’une architecture logicielle pour la gestion auto-adaptative de la QoS au niveau Middleware suivant l’un ou l’autre des standards SmartM2M et oneM2M. Cette architecture, intitulé IoT-Q, repose sur l’application de politiques hiérarchiques dans l'élaboration des actions d’adaptation, ainsi que sur le paradigme de l’Autonomic Computing. La troisième contribution consiste en la proposition et la validation d’un modèle basé sur la théorie des files d’attente du Middleware OM2M (implémentation open source du standard SmartM2M), permettant d’estimer les performances des entités Middleware impliquées. Son application à la phase de monitoring est étudiée sous deux approches, réactive et proactive, en couplage avec des techniques de CEP (Complex Event Processing) pour la première approche, et d’un modèle de prédiction ARMA (Auto-Regressive Moving Average) pour la deuxième. La quatrième proposition porte sur la planification des mécanismes orientés ressources, que nous proposons de guider par une approche couplant le modèle analytique avec un modèle du système à base de graphes. Ce modèle permet de représenter et de prendre en compte les configurations possibles des entités impliquées et de leurs interactions. Des règles d’appariement et de réécriture de graphes permettant d’assurer la conformité du système avec le style architectural sont également produites. En cinquième contribution, un cas d’étude portant sur une situation de crise dans un environnement de transport urbain est élaboré pour illustrer l’application de ces derniers modèles.

Mots-Clés / Keywords
IoT; Middleware; QoS; Scalabilité; Autonomic computing; Théorie de files d'attente; Théorie des graphes; Réécriture de graphe; Modèles de prédiction; Cloud computing; Queueing theory; Graphs theory; Graph rewriting; Prediction models;

141181
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