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Laboratoire d’analyse et d’architecture des systèmes
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39documents trouvés

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
17017
10/01/2017

Plateforme de calcul parallèle "Design for Demise"

B.PLAZOLLES

CDA

Doctorat : Université de Toulouse III - Paul Sabatier, 10 Janvier 2017, 202p., Président: T.GAYRAUD, Rapporteurs: D.DEFOUR, R.MOLINA, Examinateurs: M.BALAT-PICHELIN, P.COCQUEREZ, Directeurs de thèse: D.EL BAZ, M.SPEL , N° 17017

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138893
16476
15/12/2016

Towards autonomic and cognitive IoT systems, application to patients’ treatments management

E.MEZGHANI

SARA

Doctorat : INSA de Toulouse, 15 Décembre 2016, 181p., Président: M.MOSBAH, Rapporteurs: M.LAMOLLE, M.MRISSA, Examinateurs: M.DA SILVEIRA, W.GAALOUL, C.PRUSKI, Directeurs de thèse: K.DRIRA, E.EXPOSITO , N° 16476

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Résumé

La prolifération des objets connectés ainsi que le développement du web et des applications mobiles contribuent à la numérisation de l'univers. Par ailleurs, l’adoption des objets connectés favorise la collecte en temps réel des données du monde physique, ce qui offre des nouvelles opportunités pour les entreprises à prendre des décisions plus précises au bon moment. Par contre, l’intégration des objets connectés engendre un ensemble de défis liés à la complexité des systèmes connectés, à la gestion des big data, ainsi qu’à leur hétérogénéité. Pour gérer la complexité de conception, nous proposons d'automatiser la gestion des systèmes connectés en se basant sur l’informatique autonomique. Cependant, l'informatique autonomique seule ne suffit pas pour le développement des systèmes intelligents permettant de générer les décisions. Par conséquent, nous proposons une méthodologie collaborative pour la conception des systèmes autonomique cognitive intégrant des objets connectés. Cette méthodologie englobe un ensemble de patrons de conception dont nous avons défini pour modéliser la coordination dynamique des processus autonomiques pour gérer l’évolution des besoins du système, et pour enrichir les systèmes avec des propriétés cognitives qui permettent de comprendre les données et de générer des nouvelles connaissances. Notre objectif consiste à aider l'architecte à choisir le patron ou la combinaison des patrons pour concevoir une architecture flexible capable de répondre aux besoins complexes du système. De plus, pour gérer les problèmes liés à la gestion des big data et à la scalabilité du système, nous proposons une plate-forme sémantique supportant le traitement des grandes quantités de données afin d’intégrer des sources de données distribuées et hétérogènes déployées sur le cloud pour générer des connaissances qui seront exposées en tant que service (KaaS). L'architecture proposée étend les architectures de référence proposées par le NIST, décrivant le big data et cloud, avec un modèle sémantique qui permet aux machines de comprendre les données reçues, les préparer et les harmoniser pour une meilleure analyse et visualisation. Plus précisément, nous avons instancié notre KaaS dans le domaine médical pour la gestion de l’évolution de l’état du patient et la détection des anomalies personnalisées au bon moment. Ainsi, nous avons élaboré le Wearable Healthcare Ontology (WH_O) décrivant les caractéristiques des dispositifs utilisés pour mesurer les signes vitaux du patient. En se basant sur des technologies de big data, nous avons proposé une implémentation du KaaS adoptant une combinaison des patrons de conception proposés pour le développement des systèmes intelligents. Nous avons également évalué la performance de la plate-forme sur le cloud en termes de temps de réponse et de scalabilité. Finalement, pour développer des systèmes intelligents, nous proposons d'enrichir notre KaaS avec des nouvelles fonctionnalités cognitives représentant la connaissance médicale et le processus de personnalisation pour automatiser la prise de décision. Ainsi, une méthode pour extraire et formaliser les connaissances médicales en collaborant avec des experts est proposée. L’application de cette méthodologie génère un modèle sémantique flexible nommé Treatment Plan Ontology (TPO) qui décrit les interventions médicales et les règles de décision pour le traitement d’une maladie chronique. Ainsi, nous avons proposé un algorithme de planification qui intègre TPO avec DrugBank afin de fournir des décisions personnalisées par rapport au profil du patient. Nous avons évalué l’algorithme de planification et la flexibilité de TPO en simulant des cas cliniques réels et en comparant les recommandations générées à ce que les experts déclarent. En variant la configuration des ressources allouées (CPU et mémoire), nous avons évalué la performance du système sur le cloud et fourni des recommandations selon les besoins du système.

Abstract

Nowadays, the adoption of the Internet of Things (IoT) drastically witnesses an increase in different domains, and contributes to the fast digitalization of the universe. Henceforth, next generation of IoT-based systems are set to become more complex to design and manage. Collecting real-time IoT generated data unleashes a new wave of opportunities for business to take more precise and accurate decisions at the right time. Nonetheless, a set of challenges including the complexity of IoT-based systems and the management of the ensuing big and heterogeneous data as well as the system scalability; need to be addressed for the development of flexible smart IoT-based systems that drive the business decision-making. With respect to challenge which relates to the complexity of IoT management, we propose to automate the management of IoT-based systems based on an autonomic computing approach. However, autonomic computing alone is not enough for the development of smart IoT-based systems. Indeed, these systems should implement cognitive capabilities that allow them learning and generating decisions at the right time. Consequently, we propose a model-driven methodology for designing smart IoT-based systems. We defined within this methodology a set of autonomic cognitive design patterns that aim at (1) delineating the dynamic coordination of the management processes to deal with the system’s context changeability and requirements evolution at run-time, and (2) adding cognitive abilities to IoT-based systems to understand big data and interact with human through generating new insights. Our ultimate goal was to assist the architect when designing flexible smart IoT-based systems by selecting the right pattern or combination of patterns to solve complex requirements. With respect to challenges which relate to big data and scalability management, we propose a generic semantic big data platform that integrates heterogeneous distributed data sources deployed on the cloud, and generates knowledge that will be exposed as a service (Knowledge as a Service–KaaS). The proposed architecture represents an extension of the NIST Big Data and Cloud Computing reference architectures with a semantic layer that enables the machines collecting and interpreting the received data, curating and harmonizing it for better analytic and visualization. More specifically, we are interested in healthcare as an applicative domain. Thus, based on big data tools for data stream processing, we proposed a cognitive monitoring system implementing a combination of the proposed patterns for managing the patient health based on wearables and promptly detecting personalized anomalies. Hence, we elaborated the Wearable Healthcare Ontology (WH_O) for the integration of heterogeneous wearable data. The proposed system is deployed within the KaaS, and its performance (in terms of response time and scalability) when processing huge amount of heterogeneous data streams has been evaluated following different KaaS configurations. Finally, to provide smart IoT-based systems able to reason and generate recommendations, we enriched the proposed system with new cognitive mechanisms including the medical procedural knowledge and the personalization process. Thus, a methodology for extracting and formalizing the medical knowledge based on the collaboration of medical experts is proposed. The output of this methodology is a flexible semantic model named Treatment Plan Ontology (TPO) that describes the medical interventions. We also defined an Ontology-based planning algorithm that integrates TPO with external existing knowledge sources in order to provide personalized decisions concerning the patient treatment. We evaluated the proposed algorithm through simulating real clinical use cases and comparing the generated recommendations to the experts’ advice. We highlighted also the system performance on the cloud, and provided recommendations for selecting the appropriate IT configuration based on the system requirements.

Mots-Clés / Keywords
Big data; Gestion des systèmes médicaux; Informatique autonomique; Informatique cognitive; Système guidé par ontologie; Web sémantique;

138573
16330
06/07/2016

An outright open source approach for simple and pragmatic Internet exchange

M.BRUYERE

SARA

Doctorat : Université de Toulouse III - Paul Sabatier, 6 Juillet 2016, 109p., Président:, Rapporteurs: O.BONAVENTURE, O.FESTOR, Examinateurs: T.GAYRAUD, S.UHLIG, J.BAYLEY, A.NIPPER, Directeurs de thèse: P.OWEZARSKI , N° 16330

Lien : https://hal.laas.fr/tel-01393222

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Résumé

L’Internet, le réseaux des réseaux, repose, en tant que ressource publique, sur l’inter opérabilité et la confiance. Les points d’échange Internet (IXP), qui interconnectent des opérateurs réseaux de types et tailles différents, jouent à ce titre un rôle majeur en tant que lieux d’échange neutres et indépendants. Le service fondamental offert par un IXP est une fabrique de commutation de niveau 2 partagée. Aujourd’hui, pour fournir ce service de base, les IXP sont obligés d’utiliser des technologies propriétaires qui ne répondent pas correctement à toutes leurs exigences. Cette situation est principalement dûe au fait que les plans de contrôle et de données sont intriqués sans possibilités de programmer finement le plan de commutation. Le "Software Defined Networking" (SDN), nouveau paradigme découplant les plans de contrôle et de données utilise le protocole OpenFlow qui permet de programmer le plan de commutation Ethernet haute performance. Contrairement à tous les projets de recherches qui centralisent la totalité du plan de contrôle au dessus d’OpenFlow, altérant la stabilité des échanges, nous proposons d’utiliser OpenFlow pour gérer le plan de contrôle spécifique à la fabrique de commutation. Dans cette thèse, nous proposons "Umbrella", une fabrique de commutation simple et pragmatique répondant à toutes les exigences des IXPs et en premier lieu à la garantie d’indépendance et de neutralité des échanges. Dans la première partie, nous présentons l’architecture "Umbrella" en détail avec l’ensemble des tests et validations démontrant la claire séparation du plan de contrôle et du plan de données pour augmenter la robustesse, la flexibilité et la fiabilité des IXPs. Dans la second partie nous verrons qu’avant toute mise en oeuvre, il est primordial de tester chaque équipement afin de vérifier qu’il répond aux attentes, mais les solutions utilisées pour cela sont toutes commerciales et propriétaires, et ne répondent donc pas aux besoins techniques d’indépendance et de neutralité. Pour les besoins de tests de validations nécessaires des équipements, nous avons développé l’"Open Source Network Tester" (OSNT), un système entièrement open source "hardware" de génération et de capture de trafic. Avant la mise en oeuvre d’équipement Openflow comme Umbrella, Nous avons rajouté à OSNT l"OpenFLow Operations Per Second Turbo" (OFLOPS Turbo) pour évaluer les commutateurs OpenFlow 10Gbps. Le dernier chapitre présente le déploiement de l’architecture "Umbrella" en production sur un point d’échange régional. Les outils de test que nous avons développés ont été utilisés pour vérifier les équipements déployés en production. Ce point d’échange, stable depuis maintenant un an, est entièrement géré et contrôlé par une seule application Web remplaçant tous les systèmes complexes et propriétaires de gestion utilisés précédemment.

Abstract

The Internet is indispensable for our life today and for our globalized financial economy. The effectiveness of the Internet as a public resource depends upon interoperability and trust. Free and open source software promotes the development of the Internet as a public resource. Physical location Internet eXchange Points (IXP) are highly valuable for the Internet as neutral exchange places where all type and size of networks can exchange traffic. The fundamental service offered by IXP is a shared layer2 switching fabric. IXPs are fastened by using close source technology for their switching fabric. Although this should be a basic functionality, today solutions never address their basic requirements properly. Today’s network solutions are inflexible as proprietary closed implementation of a distributed control plane tight together with the data plane. Software Defined Networking (SDN) is an emerging paradigm decoupling the control and data planes, on opening high performance forwarding plane with OpenFlow. The goal of this thesis is to propose an IXP pragmatic Openflow switching fabric, addressing the critical requirements and affording greater simplicity and flexibility. Few SDN solutions have been presented already but all of them propose fuzzy layer 2 and 3 separation. For a enhanced stability not all control planes functions can be decoupled from the data plane. As an other goal statement, networking testing tools are essential for qualifying networking equipment. Network hardware monitoring and testing being critical for computer networks, current solutions are both very expensive, inflexible and not open source. The experience in deploying Openflow in production networks has highlight significant limitations in the support of the protocol by hardware switches. Open source hardware solutions give total flexibility and reproducibility for testing and selecting suitable hardware equipment to go to production. We present Umbrella, a new SDN-enabled IXP fabric architecture, that aims to promote strengthening the separation of control and data plane to increase robustness, flexibility and reliability of the IXP. Umbrella abolishes broadcasting with a pseudo wire and segment routing approach. We demonstrated for an IXP fabric that not all the control plane can be decoupled from the date plane. We show that Umbrella can scale and recycle legacy non OpenFlow core switch to reduce migration cost. Into the testing tools lacuna we launch the Open Source Network Tester (OSNT), a fully open-source traffic generator and capture system. Additionally, our approach has proved less costly than comparable commercial systems while achieving comparable levels of precision and accuracy; all within an open-source framework extensible with new features to support new applications, while permitting validation and review of the implementation. Furthermore we present the integration of OpenFLow Operations Per Second (OFLOPS), an OpenFlow switch evaluation platform, with the OSNT platform, a hardware-accelerated traffic generation and capturing platform. We demonstrate the real flexibility and benefit of the Umbrella architecture persuading ten Internet operators to migrate the entire Toulouse IXP. The hardware testing tools we have developed have been used to qualify the hardware which has been deployed in production. The TouIX has been running stable for a year. It is fully managed and monitored through a single web application removing all the complex legacy management systems.

137757
16258
04/07/2016

MULUS : un réseau social distribué pour une consommation sélective de contenus composites

A.GUEDHRIB

SARA

Doctorat : INSA de Toulouse, 4 Juillet 2016, 159p., Président: T.VILLEMUR, Rapporteurs: Y.CARDINALE VILLARREAL, M.LAMOLLE, Examinateurs: M.GINESTE, M.JMAIEL, W.LOUATI, Directeurs de thèse: K.DRIRA, E.EXPOSITO , N° 16258

Lien : https://hal.laas.fr/tel-01376046

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Abstract

With the evolution of new technologies, social networks (SN) are extensively used for data sharing between users. They have two major shortcomings. First, much of the shared content does not interest those users, which unnecessary increases the bandwidth consumption and degrades the SN quality of service. Second, these SNs use a centralized infrastructure managed by a service provider. This latter imposes some constraints related to storage capacity and offered services and can also involve fees for using the SN. In this context, we developed a distributed SN (DSN) based on peer-to-peer (DHT) publish/ subscribe system. It deploys the event service on user devices connected in P2P manner. Our DSN ensures selective data sharing where users receive content generated according to their interests, which are specified using the publish/subscribe paradigm. Our DSN expresses user interests with semantic and composites subscriptions. To address the semantic aspect of subscriptions, we proposed to use a structured domain ontology, which is shared between all users. Then, we proposed an indexing method of this ontology based on prime numbers. This method provides a semantic routing on structured P2P topology (DHT) of our system. To preserve the expressivity of composite interest, we have defined a cube structure to index subscriptions on the DHT nodes. This structure provides filtering of composite events by a simple binary research performed on this cube. Although DHT used in our DSN provides self-organizing nodes, handling data loses still remains a challenge with highly dynamic nodes. Then, we proposed a replication strategy based on nodes availability in order to maximize the availability rate desired by the user. Experimental results using the FreePastry simulator demonstrate the outperformance of our DSN over existing SNs, in terms of scalability, latency and network overhead.

Résumé

Avec l’évolution des nouvelles technologies, les réseaux sociaux (RS) sont fréquemment utilisés pour partager des données entre plusieurs utilisateurs. Ces RS présentent deux limitations majeures. D’une part, une grande partie des contenus partagés n’intéresse pas ces utilisateurs, ce qui augmente inutilement la consommation de la bande passante et dégrade la qualité de service de ces RS. D’autre part, ces RS utilisent une infrastructure centralisée gérée par un fournisseur de services. Ce dernier impose des contraintes liées à l’espace de stockage et aux services offerts comme il peut exiger des frais pour l’utilisation du RS. Dans ce contexte, nous avons développé un RS distribué (RSD) en pair-à-pair (DHT) fondé sur un système publier/souscrire. Son service d’évènements est déployé sur les équipements des utilisateurs en les communicant en P2P pour surmonter les contraintes des fournisseurs de services. Notre RSD assure un partage de données sélectif où les utilisateurs reçoivent des contenus selon leurs intérêts exprimés grâce au paradigme publier/souscrire. Notre RSD permet de décrire les intérêts des utilisateurs par des souscriptions sémantiques et composites. Pour le traitement de la sémantique, nous avons utilisé une ontologie de domaine structurée et partagée entre les utilisateurs. Nous avons proposé ensuite une méthode d’indexation de cette ontologie fondée sur les nombres premiers. Cette méthode offre un routage sémantique sur une architecture P2P structurée (DHT) de notre plateforme. Pour exprimer les intérêts composés, nous avons défini une structure de cube pour l’indexation des souscriptions composites sur les noeuds DHT. Cette structure assure le filtrage des évènements composites par une simple recherche binaire dans ce cube. Bien que l’architecture de notre RSD assure l’auto-organisation des noeuds, la disponibilité des données et leur livraison sans perte reste encore un défi pour des noeuds très dynamiques. Nous avons alors proposé une stratégie de réplication selon la disponibilité des noeuds en cherchant à atteindre la disponibilité souhaitée par l’utilisateur. Des expérimentations menées à l’aide du simulateur FreePastry ont montré l’efficacité de notre RSD par rapport aux RS existants, en termes de scalabilité, temps de réponse et trafic sur le réseau.

Mots-Clés / Keywords
Réseau social; Publier/souscrire; Pair-à-pair; Sémantique; Evènement composite; Forte dynamicité; Social network; Publish/subscribe; Peer-to-peer; Semantic; Composite event; Churn;

137373
16571
04/07/2016

Efficient time and QoS-aware selection for service composition

I.GUIDARA

SARA

Doctorat : Université de Toulouse I - Capitole, 4 Juillet 2016, 163p., Président: K.DRIRA, Rapporteurs: F.TOUMANI, I.AMMOUS, Examinateurs: D.BENSLIMANE, G.COOPERMAN, Directeurs de thèse: N.GUERMOUCHE, S.TAZI, M.JMAIEL, T.CHAARI , N° 16571

Lien : https://hal.laas.fr/tel-01504516

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Résumé

Le paradigme de calcul orienté service (Service Oriented Computing SOC) a pour objectif de fournir des supports pour l’intégration d’applications. SOC repose sur des briques appelées services qui peuvent être composés pour produire des services à valeur ajoutée capables de satisfaire des besoins complexes. Souvent, ces besoins sont spécifiés sous forme de processus métiers abstraits qui peuvent être implémentés via la sélection de services pour les différentes tâches des processus. Dans ce contexte, à part les aspects fonctionnels, les paramètres de Qualité de Service (Quality of Service QoS) doivent être aussi considérés. De plus, dans des applications réelles, les services peuvent être soumis à des contraintes de dépendances (i.e., structurelles et temporelles). La sélection des services qui satisfassent les propriétés fonctionnelles et non fonctionnelles (QoS et les propriétés temporelles) est une tâche assez complexe. Ceci est dû principalement à la présence de plusieurs contraintes à respecter et au grand nombre de services candidats offrant différentes valeurs de QoS pour chaque tâche du processus. D’autre part, la sélection des services adéquats au moment de la conception est importante, mais pas suffisante. En effet, au moment de l’exécution, les valeurs des services sélectionnés peuvent dévier par rapport à celles estimées et plusieurs changements de l’environnement peuvent survenir ce qui peut causer la violation d’une ou plusieurs contraintes. Il est donc nécessaire de définir des mécanismes de sélection de services qui tiennent compte des paramètres fonctionnels associés aux paramètres de QoS et temporels aussi bien lors de la conception que lors de l’exécution. C’est dans ce cadre que s’inscrit cette thèse. Les contributions de ce travail peuvent être résumés comme suit : (1) afin de réduire l’espace de recherche et ainsi augmenter la scalabilité de l’approche de sélection, nous proposons une approche de filtrage permettant d’éliminer les services qui ne pourraient pas appartenir à la solution optimale et ce en considérant les paramètres de QoS et les propriétés temporelles. (2) En se basant sur l’ensemble des services filtrés, nous définissons une approche de sélection de la meilleure composition de services qui garantit la satisfaction de toutes les contraintes. (3) La troisième contribution consiste en la proposition d’une approche de sélection approximative. Le but de cette approche est de trouver une composition de services satisfaisante. Ceci permet de réduire le temps d’exécution du processus de sélection et d’améliorer sa scalabilité. (4) La dernière étape de ce travail consiste à définir une approche de re-sélection proactive de services au moment de l’exécution. L’objectif est de réagir d’une manière proactive aux changements liés à l’environnement ou aux déviations des services afin de garantir la satisfaction de l’ensemble des contraintes temporelles et de QoS. Les différentes contributions de l'approche proposée ont été implémentées et validées avec des expérimentations. Les résultats expérimentaux ont montré l'efficacité des algorithmes et des techniques proposés par rapport aux travaux existants.

Abstract

Service-Oriented Computing (SOC) paradigm has emerged in last years to support cooperation between loosely coupled services to build complex applications. It involves the description, discovery, selection, and composition of services to support rapid development of complex applications. Usually, theses applications can be specified as abstract business processes and the goal is to select a service for implementing each abstract task. In addition to the functional requirements that must be accomplished, the QoS (Quality of Service) parameters are of paramount importance. Due to the large number of candidate services with same functionalities but offering different QoS values, the selection of the most suitable services for implementing abstract tasks while fulfilling QoS in a timely manner is not trivial. Moreover, in real-world applications, services can have different dependencies between them (i.e., structural and temporal). Considering these dependencies, the selection problem becomes more complex. Additionally, services usually operate in highly uncertain and dynamic environments, which can cause erroneous behaviors during the execution. In this context, it is crucial to tackle the selection problem while considering functional requirements associated with QoS and temporal constraints at design and run-time. In this thesis, we contribute towards addressing the aforementioned challenges. Specifically, the main contributions of this thesis are as follows: (1) We propose pre-processing techniques to allow a scalable service selection without affecting the optimality of the selected solution. (2) We develop an efficient QoS-aware service selection approach that allows selecting the suitable service composition while fulfilling QoS and temporal constraints. The proposed approach can handle complex service selection problems while considering the aforementioned dependencies between services. (3) We propose a heuristic service selection approach to select a close-to-optimal solution based on clustering and constraints decomposition techniques. (4) To deal with dynamic and uncertain environments, we propose a proactive service selection approach for enforcing service composition adaptation at run time. The aim is to take early re-selection actions in order to reduce the possibility of execution interruption and increase the likelihood of finding a feasible solution. This approach deals with QoS uctuations and changes in execution environments during execution (e.g., the availability of a new better service). The different contributions of the proposed approach are implemented and their eff ciency is demonstrated and validated analytically and empirically through experimental results.

Mots-Clés / Keywords
Service selection; Quality of service; Temporal properties; Constraint optimization; Business process; Sélection de services; Qualité de service; Propriétés temporelles; Optimisation de contraintes; Processus métier;

139433
16009
15/01/2016

Synthèse de commande pour des réseaux de communication énergétiquement performants

W.ZOUAOUI

SARA, MAC

Doctorat : Université de Toulouse III - Paul Sabatier, 15 Janvier 2016, 122p., Président: T.GAYRAUD, Rapporteurs: D.SIMON, A.MELLOUK, Examinateurs: L.GALLON, Directeurs de thèse: C.ALBEA SANCHEZ, Y.LABIT , N° 16009

Lien : https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-01280075

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Abstract

The computer tools (as the routers and calculators among others) present a high energy consumption. This problem has been already included in mobile networks. The question of energy is just beginning to be considered for "fixed" large-scale systems that reach nowadays high sizes. The objective of this thesis is to address the problem of energy consumption in wired communication networks : provide a certain level of quality of service (QoS) with respect to the packet lost, response speed and robustness with respect to different sampling periods while controlling power consumption of the system. The goal is to design a method from the theory of control, which guarantees these QoS. This technique is applied locally to a network equipment (router, switch . . . ) and the control law used to distribute temporally the traffic through a controlled node in the wired communications networks. In this work, we considere that the communication between nodes are performed by routers ALR type. In order to deal with energy reduction problem, we propose an extended ALR energy model adapted to control theory. For this model, we need to choose two parameters ( , ) allowing to choose the queue length reference, qref , and the related update timewindow, Tqref . These parameters have been chosen after performing some simulations with different combinations of parameters ( , ). We have seen that the variation of these two parameters provide an impact over the QoS as well as the energy reduction. The theoretical results are then tested in Matlab-Simulink as well as some experiments under the simulator NS-2. Simulations showed that the energy consumption in communications networks is reduced while ensuring a certain level of QoS.

Résumé

Les outils informatiques (comme les routeurs et calculateurs entre autres) sont des consommateurs accrus d’énergie. Cette problématique a été déjà prise en compte dans les réseaux mobiles. La question de l’énergie commence juste à être prise en compte pour les systèmes «fixes» à grande échelle qui atteignent de nos jours des tailles impressionnantes. L’objectif de cette thèse est de traiter le problème de la consommation de l’énergie dans les réseaux de communication filaires : fournir un certain niveau de qualité de service (QdS) par rapport à la perte des paquets, la vitesse de réponse et la robustesse par rapport aux différentes périodes d’échantillonnages tout en contrôlant la puissance consommée du système. Le but est de concevoir une méthode à partir de la théorie de la commande, qui consiste à garantir un certain nombre de paramètres de QdS. Cette technique est appliquée au niveau local d’un équipement réseau (routeur, switch . . . ). La loi de commande permet de distribuer temporellement le trafic qui traverse un noeud contrôlé dans les réseaux de communication filaires. Dans ce travail, nous avons considéré que les noeuds de communications sont des routeurs de type ALR. Pour traiter le problème de la consommation énergétique dans les réseaux de communication filaires, nous avons proposé un modèle énergétique ALR étendu adapté à la théorie de commande. Pour ce modèle, nous avons besoin de choisir deux paramètres ( , ), permettant de choisir la taille de file d’attente de référence qref et sa fenêtre temporelle d’actualisation Tqref .Ce deux paramètres ont été choisis à partir de plusieurs simulations avec différentes combinaisons des paramètres ( , ). Nous avons vu que la variation de ces deux paramètres permet d’agir énormément sur la QdS ainsi que sur la quantité d’énergie réduite. Les résultats théoriques sont ensuite testés sur Matlab-Simulink, puis sur le simulateur de réseaux NS-2. Les simulations ont montré que la consommation énergétique dans les réseaux de communication est bien réduite tout en garantissant un certain niveau de QdS.

Mots-Clés / Keywords
Réseaux de communication; Contrôleur de flux éco-conscient; Modèle d’énergie; QdS; ADREAM; Théorie de commande; Communication networks; Eco-conscious flow controller; Power model; Control theory;

136097
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