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Laboratoire d’analyse et d’architecture des systèmes
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50documents trouvés

19016
18/01/2019

Algorithmes génétiques parallèles pour résoudre des problèmes d'ordonnancement de tâches dynamiques de manière efficace en prenant en compte l'énergie. Parallel genetic algorithms for solving energy efficient dynamic shop scheduling problems

J.LUO

CDA

Doctorat : Université de Toulouse III - Paul Sabatier, 18 Janvier 2019, 137p., Président: C.ARTIGUES, Rapporteurs: E.ALBA, L.JOURDAN, Examinateurs: D.DEFOUR, Directeurs de thèse: D.EL BAZ , N° 19016

Lien : https://hal.archives-ouvertes.fr/tel-02009769

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Résumé

Du fait de nouvelles législations gouvernementales et de la prise de conscience environnementale des consommateurs ainsi que de la hausse du coût de l’énergie, l’efficacité énergétique est devenue un paramètre essentiel des processus industriels ces dernières années. La plupart des avancées en ce qui concerne les économies d’énergie dans les problèmes d’ordonnancement se sont focalisées sur l’ordonnancement statique. Mais en fait, ces problèmes sont dynamiques dans le monde réel. Dans cette thèse, deux problèmes d’ordonnancement dynamique efficace énergiquement sont étudiés. Le Modèle I analyse le retard total et la durée de production avec une limite de puissance tout en tenant compte d’un flux dynamique de nouvelles tâches. Un rééchelonnement complet périodique est adopté. Le Modèle II vise à réduire au minimum le retard total et la consommation d’énergie totale dans le traitement des tâches en tenant compte de nouvelles tâches prioritaires. Une approche basée sur la réparation de la planification des événements est utilisée pour traiter la mise à jour de l’ordonnancement. Comme un nouveau plan d’ordonnancement adéquat doit être obtenu dans un temps de réponse court dans un environnement dynamique, deux Algorithmes Génétiques parallèles (AG) sont proposés pour résoudre ces deux modèles. L’algorithme parallèle AG I est une méthode hybride basée sur CUDA consistant en un modèle AG insulaire au niveau supérieur et un modèle AG fin, au niveau inférieur. Il combine les métriques de deux couches hiérarchiques et tire pleinement parti des capacités de calcul de la plateforme CUDA. L’algorithme AG II est conçu avec une double hétérogénéité qui résulte de l’utilisation d’un AG cellulaire parallèle et d’un pseudo AG parallèle. Avec ces deux structures différentes, les ilots augmentent la diversité de la population et peuvent être simultanément parallélisés sur des GPU et un processeur multi-coeur. Enfin, des solutions numériques sont présentées et analysées ; elles montrent que nos approches peuvent non seulement résoudre les problèmes de manière flexible, mais également obtenir des solutions avantageuses et réduire les temps de calcul.

Abstract

Due to new government legislation, customers’ environmental concerns and continuously rising cost of energy, energy efficiency is becoming an essential parameter of industrial manufacturing processes in recent years. Most efforts considering energy issues in scheduling problems have focused on static scheduling. But in fact, scheduling problems are dynamic in the real world with uncertain new arrival jobs after the execution time. In this thesis, two energy efficient dynamic scheduling problems are studied. Model I analyzes the total tardiness and the makespan with a peak power limitation while considering the flexible flow shop with new arrival jobs. A periodic complete rescheduling approach is adopted to represent the optimization problem. Model II concerns an investigation into minimizing total tardiness and total energy consumption in the job shop with new urgent arrival jobs. An event driven schedule repair approach is utilized to deal with the updated schedule. As an adequate renewed scheduling plan needs to be obtained in a short response time in dynamic environment, two parallel Genetic Algorithms (GAs) are proposed to solve these two models respectively. The parallel GA I is a CUDA-based hybrid model consisting of an island GA at the upper level and a fine-grained GA at the lower level. It combines metrics of two hierarchical layers and takes full advantage of CUDA’s compute capability. The parallel GA II is a dual heterogeneous design composed of a cellular GA and a pseudo GA. The islands with these two different structures increase the population diversity and can be well parallelized on GPUs simultaneously with multi-core CPU. Finally, numerical experiments are conducted and show that our approaches can not only solve the problems flexibly, but also gain competitive results and reduce time requirements.

Mots-Clés / Keywords
Shop scheduling; Energy efficiency; Dynamic scheduling; Parallel Genetic Algorithms; GPUs; Multi-core CPU; Ordonnancement des tâches; Efficacité énergétique; Ordonnancement dynamique; Algorithmes génétiques parallèles; GPU; CPU multi-coeur;

146253
18425
04/12/2018

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

T.NGUYEN

SARA

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

Lien : https://hal.laas.fr/tel-01975595

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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
18511
30/11/2018

Approche de gestion orientée service pour l'internet des objets (IoT) considérant la qualité de service (QoS)

G.GARZONE

SARA

Doctorat : INSA de Toulouse, 30 Novembre 2018, 155p., Président: J.M.PIERSON, Rapporteurs: F.CHAROY, M.MRISSA, Examinateurs: P.PEREZ, Directeurs de thèse: T.MONTEIL, N.GUERMOUCHE , N° 18511

Lien : https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-02003697

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Abstract

The Internet of Things (IoT) is already everywhere today : home automation, connected buildings or smart city, many initiatives and innovations are ongoing and yet to come. The number of connected objects continues to grow to the point that billions of objects are expected in the near future. The approach of this thesis sets up an autonomic management architecture for systems based on connected objects, combining them with other services such as weather services accessible on the Internet. The proposed models enable an autonomous decision making based on the analysis of events and the planning of actions executed automatically. Parameters such as execution time or consumed energy are also considered in order to optimize the choices of actions to be performed and of services used. A concrete prototype was realized in a smart city scenario with connected buses in the S2C2 project.

Résumé

L’Internet des Objets (IoT) est déjà omniprésent aujourd’hui : domotique, bâtiments connectés ou ville intelligente, beaucoup d’initiatives et d’innovations sont en cours et à venir. Le nombre d’objets connectés ne cesse de croître à tel point que des milliards d’objets sont attendus dans un futur proche. L’approche de cette thèse met en place un système de gestion autonomique pour des systèmes à base d’objets connectés, en les combinant avec d’autres services comme par exemple des services météo accessibles sur internet. Les modèles proposés permettent une prise de décision autonome basée sur l’analyse d’évènements et la planification d’actions exécutées automatiquement. Des paramètres comme le temps d’exécution ou l’énergie consommée sont aussi considérés afin d’optimiser les choix d’actions à effectuer et de services utilisés. Un prototype concret a été réalisé dans un scénario de ville intelligente et de bus connectés dans le projet investissement d’avenir S2C2.

Mots-Clés / Keywords
Internet des objets; Approche orientée service; Informatique autonomique; Web sémantique; Grammaire de graphes; Qualité de service; Internet of things; Service oriented approach; Autonomic computing; Semantic Web; Graph grammars; Quality of service;

146173
18528
28/11/2018

Autonomic Approach based on Semantics and Checkpointing for IoT System Management

F.AISSAOUI

SARA

Doctorat : Université de Toulouse I - Capitole, 28 Novembre 2018, 107p., Président: D.CHIADMI, Rapporteurs: J.C.LAPAYRE, D.DONSEZ, Examinateurs: G.COOPERMAN, Directeurs de thèse: T.MONTEIL, S.TAZI , N° 18528

Lien : https://hal.laas.fr/tel-02007331

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Résumé

L’Internet des Objets intègre de plus en plus d’objets connectés, communicants et mobiles. L’infrastructure logicielle qui doit être déployée pour connecter ces objets et traiter leurs données doit répondre à différents critères. La nature dynamique de l’IoT nécessite une adaptation et une reconfiguration de cette infrastructure logicielle en cas de changement. Dans ce travail de thèse, nous proposons l’utilisation du mécanisme de « checkpointing » permettant aussi de conserver l’état des processus lors du déplacement. La problématique abordée dans cette thèse est comment utiliser ce mécanisme de checkpointing de manière efficace et autonome pour conserver les propriétés de l’infrastructure logicielle. Une première contribution concerne l’optimisation du checkpointing pour les équipements de l’Internet des Objets. La deuxième contribution concerne l’utilisation d’une approche autonomique et sémantique pour orchestrer les mécanismes de checkpointing. La troisième contribution concerne l’optimisation de la répartition des précessus par un algorithme de meta-heuristique. L’ensemble de ces contributions est validé dans différents cas d’usage de l’IoT tel que l’optimisation du déploiement des processus sous des contraintes de capacité de calcul des équipements, de mémoire ou de consommation énergétique dans un scénario de logistique.

Abstract

The Internet of Things (IoT) has to handle more and more connected, communicating and moving devices. The software infrastructure needs to insure a set of parameters to keep the system in a correct state. This infrastructure comprises a set of software processes executed on complex hardware platforms such as servers, gateways or things. The dynamic property of the IoT requires a perpetual adaptation and reconfiguration of the software infrastructure. In this thesis, we propose the usage of another migration mechanism: the “checkpointing” mechanism on both the servers and the gateways. This mechanism is light and able to store the software process state during the migration. The problem addressed by the thesis is to use this checkpointing mechanism in an efficient and autonomous way to preserve the properties expected from an IoT software infrastructure. A first contribution discusses the optimization of the checkpointing mechanism on an IoT gateway. A second contribution provides an autonomic and semantic approach to orchestrate the checkpointing mechanism. A third contribution discusses the optimization performed by a meta-heuristic algorithm on the software distribution. The contributions presented have been validated on several use cases for the IoT including optimization of software processes placement depending on the computing and energy capacity of IoT equipment in a logistic scenario.

Mots-Clés / Keywords
Internet of things; Semantics; Ontology; Software process migration; Checkpointing mechanism; Genetic algorithms; Autonomic management; Internet des objets; Sémantique; Ontologies; Migration de processus; Mécanisme de Checkpointing; Algorithme génétique; Gestion autonomique;

146313
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

Lien : https://hal.laas.fr/tel-02093952

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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
18256
07/09/2018

Détection d’attaques sur les équipements d’accès à Internet

G.ROUDIERE

SARA

Doctorat : INSA de Toulouse, 7 Septembre 2018, 115p., Président: F.DEVIENNE, Rapporteurs: K.SALAMATIAN, S.VATON, Examinateurs: P.CASAS, P.ABRY, V.NICOMETTE, Directeurs de thèse: P.OWEZARSKI , N° 18256

Lien : https://hal.laas.fr/tel-01886092

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Résumé

Les anomalies réseaux, et en particulier les attaques par déni de service distribuées, restent une menace considérable pour les acteurs de l’Internet. La détection de ces anomalies requiert des outils adaptés, capables non seulement d’opérer une détection correcte, mais aussi de répondre aux nombreuses contraintes liées à un fonctionnement dans un contexte industriel. Entre autres, la capacité d’un détecteur à opérer de manière autonome, ainsi qu’à fonctionner sur du trafic échantillonné sont des critères importants. Au contraire des approches supervisées ou par signatures, la détection non-supervisée des attaques ne requiert aucune forme de connaissance préalable sur les propriétés du trafic ou des anomalies. Cette approche repose sur une caractérisation autonome du trafic en production, et ne nécessite l’intervention de l’administrateur qu’à postériori, lorsque une déviation du trafic habituel est détectée. Le problème avec de telle approches reste que construire une telle caractérisation est algorithmiquement complexe, et peut donc nécessiter des ressources de calculs conséquentes. Cette exigence, notamment lorsque la détection doit fonctionner sur des équipements réseaux aux charges fonctionnelles déjà lourdes, est dissuasive quant à l’adoption de telles approches. Ce constat nous amène à proposer un nouvel algorithme de détection non-supervisé plus économe en ressources de calcul, visant en priorité les attaques par déni de service distribuées. Sa détection repose sur la création à intervalles réguliers d’instantanés du trafic, et produit des résultats simples à interpréter, aidant le diagnostic de l’administrateur. Nous évaluons les performances de notre algorithme sur deux jeux de données pour vérifier à la fois sa capacité à détecter correctement les anomalies sans lever de faux-positifs et sa capacité à fonctionner en temps réel avec des ressources de calcul limitées, ainsi que sur du trafic échantillonné. Les résultats obtenus sont comparés à ceux de deux autres détecteurs, FastNetMon et UNADA.

Mots-Clés / Keywords
Réseaux; Sécurité; Data mining; Machine learning; Network; Security;

144495
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-01963167

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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.

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