Découverte et allocation des ressources pour le traitement de requêtes dans les systèmes grilles

De nos jours, les systèmes Grille, grâce à leur importante capacité de calcul et de stockage ainsi que leur disponibilité, constituent l'un des plus intéressants environnements informatiques. Dans beaucoup de différents domaines, on constate l'utilisation fréquente des facilités que les environnements Grille procurent. Le traitement des requêtes distribuées est l'un de ces domaines où il existe de grandes activités de recherche en cours, pour transférer l'environnement sous-jacent des systèmes distribués et parallèles à l'environnement Grille. Dans le cadre de cette thèse, nous nous concentrons sur la découverte des ressources et des algorithmes d'allocation de ressources pour le traitement des requêtes dans les environnements Grille. Pour ce faire, nous proposons un algorithme de découverte des ressources pour le traitement des requêtes dans les systèmes Grille en introduisant le contrôle de topologie auto-stabilisant et l'algorithme de découverte des ressources dirigé par l'élection convergente. Ensuite, nous présentons un algorithme d'allocation des ressources, qui réalise l'allocation des ressources pour les requêtes d'opérateur de jointure simple par la génération d'un espace de recherche réduit pour les nœuds candidats et en tenant compte des proximités des candidats aux sources de données. Nous présentons également un autre algorithme d'allocation des ressources pour les requêtes d'opérateurs de jointure multiple. Enfin, on propose un algorithme d'allocation de ressources, qui apporte une tolérance aux pannes lors de l'exécution de la requête par l'utilisation de la réplication passive d'opérateurs à état. La contribution générale de cette thèse est double. Premièrement, nous proposons un nouvel algorithme de découverte de ressource en tenant compte des caractéristiques des environnements Grille. Nous nous adressons également aux problèmes d'extensibilité et de dynamicité en construisant une topologie efficace sur l'environnement Grille et en utilisant le concept d'auto-stabilisation, et par la suite nous adressons le problème de l'hétérogénéité en proposant l'algorithme de découverte de ressources dirigé par l'élection convergente. La deuxième contribution de cette thèse est la proposition d'un nouvel algorithme d'allocation des ressources en tenant compte des caractéristiques de l'environnement Grille. Nous abordons les problèmes causés par la grande échelle caractéristique en réduisant l'espace de recherche pour les ressources candidats. De ce fait nous réduisons les coûts de communication au cours de l'exécution de la requête en allouant des nœuds au plus près des sources de données. Et enfin nous traitons la dynamicité des nœuds, du point de vue de leur existence dans le système, en proposant un algorithme d'affectation des ressources avec une tolérance aux pannes.Grid systems are today's one of the most interesting computing environments because of their large computing and storage capabilities and their availability. Many different domains profit the facilities of grid environments. Distributed query processing is one of these domains in which there exists large amounts of ongoing research to port the underlying environment from distributed and parallel systems to the grid environment. In this thesis, we focus on resource discovery and resource allocation algorithms for query processing in grid environments. For this, we propose resource discovery algorithm for query processing in grid systems by introducing self-stabilizing topology control and converge-cast based resource discovery algorithms. Then, we propose a resource allocation algorithm, which realizes allocation of resources for single join operator queries by generating a reduced search space for the candidate nodes and by considering proximities of candidates to the data sources. We also propose another resource allocation algorithm for queries with multiple join operators. Lastly, we propose a fault-tolerant resource allocation algorithm, which provides fault-tolerance during the execution of the query by the use of passive replication of stateful operators. The general contribution of this thesis is twofold. First, we propose a new resource discovery algorithm by considering the characteristics of the grid environments. We address scalability and dynamicity problems by constructing an efficient topology over the grid environment using the self-stabilization concept; and we deal with the heterogeneity problem by proposing the converge-cast based resource discovery algorithm. The second main contribution of this thesis is the proposition of a new resource allocation algorithm considering the characteristics of the grid environment. We tackle the scalability problem by reducing the search space for candidate resources. We decrease the communication costs during the query execution by allocating nodes closer to the data sources. And finally we deal with the dynamicity of nodes, in terms of their existence in the system, by proposing the fault-tolerant resource allocation algorithm

A Semantic Agent Framework for Cyber-Physical Systems

The development of accurate models for cyber-physical systems (CPSs) is hampered by the complexity of these systems, fundamental differences in the operation of cyber and physical components, and significant interdependencies among these components. Agent-based modeling shows promise in overcoming these challenges, due to the flexibility of software agents as autonomous and intelligent decision-making components. Semantic agent systems are even more capable, as the structure they provide facilitates the extraction of meaningful content from the data provided to the software agents. In this book chapter, we present a multi-agent model for a CPS, where the semantic capabilities are underpinned by sensor networks that provide information about the physical operation to the cyber infrastructure. As a specific example of the semantic interpretation of raw sensor data streams, we present a failure detection ontology for an intelligent water distribution network as a model CPS. The ontology represents physical entities in the CPS, as well as the information extraction, analysis and processing that takes place in relation to these entities. The chapter concludes with introduction of a semantic agent framework for CPS, and presentation of a sample implementation of the framework using C++

Perception-aware Tag Placement Planning for Robust Localization of UAVs in Indoor Construction Environments

Tag-based visual-inertial localization is a lightweight method for enabling autonomous data collection missions of low-cost unmanned aerial vehicles (UAVs) in indoor construction environments. However, finding the optimal tag configuration (i.e., number, size, and location) on dynamic construction sites remains challenging. This paper proposes a perception-aware genetic algorithm-based tag placement planner (PGA-TaPP) to determine the optimal tag configuration using 4D-BIM, considering the project progress, safety requirements, and UAV's localizability. The proposed method provides a 4D plan for tag placement by maximizing the localizability in user-specified regions of interest (ROIs) while limiting the installation costs. Localizability is quantified using the Fisher information matrix (FIM) and encapsulated in navigable grids. The experimental results show the effectiveness of our method in finding an optimal 4D tag placement plan for the robust localization of UAVs on under-construction indoor sites.Comment: [Final draft] This material may be downloaded for personal use only. Any other use requires prior permission of the American Society of Civil Engineers and the Journal of Computing in Civil Engineerin

Modélisation formelle des systèmes de détection d'intrusions

L’écosystème de la cybersécurité évolue en permanence en termes du nombre, de la diversité, et de la complexité des attaques. De ce fait, les outils de détection deviennent inefficaces face à certaines attaques. On distingue généralement trois types de systèmes de détection d’intrusions : détection par anomalies, détection par signatures et détection hybride. La détection par anomalies est fondée sur la caractérisation du comportement habituel du système, typiquement de manière statistique. Elle permet de détecter des attaques connues ou inconnues, mais génère aussi un très grand nombre de faux positifs. La détection par signatures permet de détecter des attaques connues en définissant des règles qui décrivent le comportement connu d’un attaquant. Cela demande une bonne connaissance du comportement de l’attaquant. La détection hybride repose sur plusieurs méthodes de détection incluant celles sus-citées. Elle présente l’avantage d’être plus précise pendant la détection. Des outils tels que Snort et Zeek offrent des langages de bas niveau pour l’expression de règles de reconnaissance d’attaques. Le nombre d’attaques potentielles étant très grand, ces bases de règles deviennent rapidement difficiles à gérer et à maintenir. De plus, l’expression de règles avec état dit stateful est particulièrement ardue pour reconnaître une séquence d’événements. Dans cette thèse, nous proposons une approche stateful basée sur les diagrammes d’état-transition algébriques (ASTDs) afin d’identifier des attaques complexes. Les ASTDs permettent de représenter de façon graphique et modulaire une spécification, ce qui facilite la maintenance et la compréhension des règles. Nous étendons la notation ASTD avec de nouvelles fonctionnalités pour représenter des attaques complexes. Ensuite, nous spécifions plusieurs attaques avec la notation étendue et exécutons les spécifications obtenues sur des flots d’événements à l’aide d’un interpréteur pour identifier des attaques. Nous évaluons aussi les performances de l’interpréteur avec des outils industriels tels que Snort et Zeek. Puis, nous réalisons un compilateur afin de générer du code exécutable à partir d’une spécification ASTD, capable d’identifier de façon efficiente les séquences d’événements.Abstract : The cybersecurity ecosystem continuously evolves with the number, the diversity, and the complexity of cyber attacks. Generally, we have three types of Intrusion Detection System (IDS) : anomaly-based detection, signature-based detection, and hybrid detection. Anomaly detection is based on the usual behavior description of the system, typically in a static manner. It enables detecting known or unknown attacks but also generating a large number of false positives. Signature based detection enables detecting known attacks by defining rules that describe known attacker’s behavior. It needs a good knowledge of attacker behavior. Hybrid detection relies on several detection methods including the previous ones. It has the advantage of being more precise during detection. Tools like Snort and Zeek offer low level languages to represent rules for detecting attacks. The number of potential attacks being large, these rule bases become quickly hard to manage and maintain. Moreover, the representation of stateful rules to recognize a sequence of events is particularly arduous. In this thesis, we propose a stateful approach based on algebraic state-transition diagrams (ASTDs) to identify complex attacks. ASTDs allow a graphical and modular representation of a specification, that facilitates maintenance and understanding of rules. We extend the ASTD notation with new features to represent complex attacks. Next, we specify several attacks with the extended notation and run the resulting specifications on event streams using an interpreter to identify attacks. We also evaluate the performance of the interpreter with industrial tools such as Snort and Zeek. Then, we build a compiler in order to generate executable code from an ASTD specification, able to efficiently identify sequences of events