Nested Pure Operation-Based CRDTs

Modern distributed applications increasingly replicate data to guarantee high availability and optimal user experience. Conflict-free Replicated Data Types (CRDTs) are a family of data types specially designed for highly available systems that guarantee some form of eventual consistency. Designing CRDTs is very difficult because it requires devising designs that guarantee convergence in the presence of conflicting operations. Even though design patterns and structured frameworks have emerged to aid developers with this problem, they mostly focus on statically structured data; nesting and dynamically changing the structure of a CRDT remains to be an open issue. This paper explores support for nested CRDTs in a structured and systematic way. To this end, we define an approach for building nested CRDTs based on the work of pure operation-based CRDTs, resulting in nested pure operation-based CRDTs. We add constructs to control the nesting of CRDTs into a pure operation-based CRDT framework and show how several well-known CRDT designs can be defined in our framework. We provide an implementation of nested pure operation-based CRDTs as an extension to the Flec, an existing TypeScript-based framework for pure operation-based CRDTs. We validate our approach, 1) by implementing a portfolio of nested data structures, 2) by implementing and verifying our approach in the VeriFx language, and 3) by implementing a real-world application scenario and comparing its network usage against an implementation in the closest related work, Automerge. We show that the framework is general enough to nest well-known CRDT designs like maps and lists, and its performance in terms of network traffic is comparable to the state of the art

Introducing Control in the Gaspard2 Data-Parallel Metamodel: Synchronous Approach

In this document, we study the introduction of control in the Gaspard2 application UML metamodel by using the synchronous reactive system principles. This allows to take the change of running mode into account in the case of data parallel applications, and to study more general ways of mixing control and data parallel processing. Our study is applied to a particular context using two different models, exclusively dedicated to the process of computation or control. The computation part represents the Gaspard2 application metamodels based on the Array-OL language. This Language is often used to specify the data dependencies and the potential parallelism in intensive signal processing applications manipulating multidimensional data. The control part is represented by an automaton structure based on the Mode-Automata concept which makes it possible to clearly identify the different modes of a task and the switching conditions between modes. For this kind of applications, mixing control and data parallel processing, we propose an UML metamodel allowing to better visualize and control the construction of the system by clarifying, at a height abstraction level, the various relations and the possible interactions of this system. The proposed UML metamodel makes it possible to describe and to model the control automata, the different running modes and the link between control and computation parts. It also allows to clearly separate control and data parts by respecting the concurrency, the parallelism, the determinism and the compositionality of the Gaspard2 models

A Multi-Site NFV Testbed for Experimentation With SUAV-Based 5G Vertical Services

[EN] With the advent of 5G technologies, vertical markets have been placed at the forefront, as fundamental drivers and adopters of technical developments and new business models. Small Unmanned Aerial Vehicles (SUAVs) are gaining traction in multiple vertical sectors, as key assets to generate, process, and distribute relevant information for the provision of value-added services. However, the enormous potential of SUAVs to support a exible, rapid, and cost-effective deployment of vertical applications is still to be exploited. In this paper, we leverage our prior work on Network Functions Virtualization (NFV) and SUAVs to design and build a multi-site experimentation testbed based on open-source technologies. The goal of this testbed is to explore synergies among NFV, SUAVs, and vertical services, following a practical approach primarily governed by experimentation. To verify our testbed design, we realized a reference use case where a number of SUAVs, cloud infrastructures, and communication protocols are used to provide a multi-site vertical service. Our experimentation results suggest the potential of NFV and SUAVs to exibly support vertical services. The lessons learned have served to identify missing elements in our NFV platform, as well as challenging aspects for potential improvement. These include the development of speci c mechanisms to limit processing load and delays of service deployment operations.This work was supported in part by the European Commission under the European Union's Horizon 2020 program (5GRANGE Project, grant agreement number 777137), and in part by the 5GCity Project funded by the Spanish Ministry of Economy and Competitiveness under Grant TEC2016-76795-C6-1R, Grant TEC2016-76795-C6-3R, and Grant TEC2016-76795-C6-5R

NoC-based Architectures for Real-Time Applications : Performance Analysis and Design Space Exploration

Monoprocessor architectures have reached their limits in regard to the computing power they offer vs the needs of modern systems. Although multicore architectures partially mitigate this limitation and are commonly used nowadays, they usually rely on intrinsically non-scalable buses to interconnect the cores. The manycore paradigm was proposed to tackle the scalability issue of bus-based multicore processors. It can scale up to hundreds of processing elements (PEs) on a single chip, by organizing them into computing tiles (holding one or several PEs). Intercore communication is usually done using a Network-on-Chip (NoC) that consists of interconnected onchip routers allowing communication between tiles. However, manycore architectures raise numerous challenges, particularly for real-time applications. First, NoC-based communication tends to generate complex blocking patterns when congestion occurs, which complicates the analysis, since computing accurate worst-case delays becomes difficult. Second, running many applications on large Systems-on-Chip such as manycore architectures makes system design particularly crucial and complex. On one hand, it complicates Design Space Exploration, as it multiplies the implementation alternatives that will guarantee the desired functionalities. On the other hand, once a hardware architecture is chosen, mapping the tasks of all applications on the platform is a hard problem, and finding an optimal solution in a reasonable amount of time is not always possible. Therefore, our first contributions address the need for computing tight worst-case delay bounds in wormhole NoCs. We first propose a buffer-aware worst-case timing analysis (BATA) to derive upper bounds on the worst-case end-to-end delays of constant-bit rate data flows transmitted over a NoC on a manycore architecture. We then extend BATA to cover a wider range of traffic types, including bursty traffic flows, and heterogeneous architectures. The introduced method is called G-BATA for Graph-based BATA. In addition to covering a wider range of assumptions, G-BATA improves the computation time; thus increases the scalability of the method. In a second part, we develop a method addressing design and mapping for applications with real-time constraints on manycore platforms. It combines model-based engineering tools (TTool) and simulation with our analytical verification technique (G-BATA) and tools (WoPANets) to provide an efficient design space exploration framework. Finally, we validate our contributions on (a) a serie of experiments on a physical platform and (b) two case studies taken from the real world: an autonomous vehicle control application, and a 5G signal decoder applicatio

Actes du 10ème Atelier en Évaluation de Performances

National audienceL'Atelier en Évaluation de Performances est une réunion destinée à faire s'exprimer et se rencontrer les jeunes chercheurs (doctorants et nouveaux docteurs) dans le domaine de la Modélisation et de l'Évaluation de Performances, une discipline consacrée à l'étude et l'optimisation de systèmes dynamiques stochastiques et/ou temporisés apparaissant en Informatique, Télécommunications, Productique et Robotique entre autres. La présentation informelle de travaux, même en cours, y est encouragée afin de renforcer les interactions entre jeunes chercheurs et préparer des soumissions de nouveaux projets scientifiques. Des exposés de synthèse sur des domaines de recherche d'actualité, donnés par des chercheurs confirmés du domaine renforcent la partie formation de l'atelier

A flow-based multi-agent data exfiltration detection architecture for ultra-low latency networks

This is an accepted manuscript of an article published by ACM in ACM Transactions on Internet Technology on 16/07/2021, available online: https://dl.acm.org/doi/10.1145/3419103 The accepted version of the publication may differ from the final published version.Modern network infrastructures host converged applications that demand rapid elasticity of services, increased security and ultra-fast reaction times. The Tactile Internet promises to facilitate the delivery of these services while enabling new economies of scale for high-fdelity of machine-to-machine and human-to-machine interactions. Unavoidably, critical mission systems served by the Tactile Internet manifest high-demands not only for high speed and reliable communications but equally, the ability to rapidly identify and mitigate threats and vulnerabilities. This paper proposes a novel Multi-Agent Data Exfltration Detector Architecture (MADEX) inspired by the mechanisms and features present in the human immune system. MADEX seeks to identify data exfltration activities performed by evasive and stealthy malware that hides malicious trafc from an infected host in low-latency networks. Our approach uses cross-network trafc information collected by agents to efectively identify unknown illicit connections by an operating system subverted. MADEX does not require prior knowledge of the characteristics or behaviour of the malicious code or a dedicated access to a knowledge repository. We tested the performance of MADEX in terms of its capacity to handle real-time data and the sensitivity of our algorithm’s classifcation when exposed to malicious trafc. Experimental evaluation results show that MADEX achieved 99.97% sensitivity, 98.78% accuracy and an error rate of 1.21% when compared to its best rivals. We created a second version of MADEX, called MADEX level 2 that further improves its overall performance with a slight increase in computational complexity. We argue for the suitability of MADEX level 1 in non-critical environments, while MADEX level 2 can be used to avoid data exfltration in critical mission systems. To the best of our knowledge, this is the frst article in the literature that addresses the detection of rootkits real-time in an agnostic way using an artifcial immune system approach while it satisfes strict latency requirements

Apprentissage permanent par feedback endogène, application à un système robotique

Les applications robotiques sont liées à l'environnement sociotechnique dynamique dans lequel elles sont intégrées. Dans ce contexte, l'auto-adaptation est une préoccupation centrale et la conception d'applications intelligentes dans de tels environnements nécessite de les considérer comme des systèmes complexes. Le domaine de la robotique est très vaste. L'accent est mis sur les systèmes qui s'adaptent aux contraintes de leur environnement et non sur la mécanique ou le traitement du signal. À la lumière de ce contexte, l'objectif de cette thèse est la conception d'un mécanisme d'apprentissage capable d'apprendre de manière continue en utilisant des feedbacks endogènes (i.e. des interactions internes) dans des environnements sociotechniques dynamiques. Ce mécanisme d'apprentissage doit aussi vérifier plusieurs propriétés qui sont essentielles dans ce contexte comme : l'agnosticité, l'apprentissage tout au long de la vie, l'apprentissage en ligne, l'auto-observation, la généralisation des connaissances, le passage à l'échelle, la tolérance au volume de données et l'explicabilité. Les principales contributions consistent en la construction de l'apprentissage endogène par contextes et la conception du mécanisme d'apprentissage ELLSA pour Endogenous Lifelong Learner by Self-Adaptation. Le mécanisme d'apprentissage proposé est basé sur les systèmes multi-agents adaptatifs combinés à l'apprentissage endogène par contextes. La création de l'apprentissage endogène par contextes est motivée par la caractérisation d'imprécisions d'apprentissage qui sont détectées par des négociations locales entre agents. L'apprentissage endogène par contextes comprends aussi un mécanisme de génération de données artificielles pour améliorer les modèles d'apprentissage tout en réduisant la quantité nécessaire de données d'apprentissage. Dans un contexte d'apprentissage tout au long de la vie, ELLSA permet une mise à jour dynamique des modèles d'apprentissage. Il introduit des stratégies d'apprentissage actif et d'auto-apprentissage pour résoudre les imprécisions d'apprentissage. L'utilisation de ces stratégies dépend de la disponibilité des données d'apprentissage. Afin d'évaluer ses contributions, ce mécanisme est appliqué à l'apprentissage de fonctions mathématiques et à un problème réel dans le domaine de la robotique : le problème de la cinématique inverse. Le scénario d'application est l'apprentissage du contrôle de bras robotiques multi-articulés. Les expériences menées montrent que l'apprentissage endogène par contextes permet d'améliorer les performances d'apprentissage grâce à des mécanismes internes. Elles mettent aussi en évidence des propriétés du système selon les objectifs de la thèse : feedback endogènes, agnosticité, apprentissage tout au long de la vie, apprentissage en ligne, auto-observation, généralisation, passage à l'échelle, tolérance au volume de données et explicabilité.Robotic applications are linked to the dynamic sociotechnical environment in which they are embedded. In this scope, self-adaptation is a central concern and the design of intelligent applications in such environments requires to consider them as complex systems. The field of robotics is very broad. The focus is made on systems that adapt to the constraints of their environment and not on mechanics or signal processing. In light of this context, the objective of this thesis is the design of a learning mechanism capable of continuous learning using endogenous feedback (i.e. internal interactions) in dynamic sociotechnical environments. This learning mechanism must also verify several properties that are essential in this context such as: agnosticity, lifelong learning, online learning, self-observation, knowledge generalization, scalability, data volume tolerance and explainability. The main contributions consist of the construction of Endogenous Context Learning and the design of the learning mechanism ELLSA for Endogenous Lifelong Learner by Self-Adaptation. The proposed learning mechanism is based on Adaptive Multi-Agent Systems combined with Context Learning. The creation of Endogenous Context Learning is motivated by the characterization of learning inaccuracies that are detected by local negotiations between agents. Endogenous Context Learning also includes an artificial data generation mechanism to improve learning models while reducing the amount of the required learning data. In a Lifelong Learning setting, ELLSA enables dynamic updating of learning models. It introduces Active Learning and Self-Learning strategies to resolve learning inaccuracies. The use of these strategies depends on the availability of learning data. In order to evaluate its contributions, this mechanism is applied to the learning of mathematical functions and to a real problem in the field of robotics: the Inverse Kinematics problem. The application scenario is the learning of the control of multi-jointed robotic arms. The conducted experiments show that Endogenous Context Learning enables to improve the learning performances thanks to internal mechanisms. They also highlight the properties of the system according to the objectives of the thesis: endogenous feedback, agnosticity, lifelong learning, online learning, self-observation, knowledge generalization, scalability, data volume tolerance and explainability

Actes de l'Ecole d'Eté Temps Réel 2005 - ETR'2005

Pdf des actes disponible à l'URL http://etr05.loria.fr/Le programme de l'Ecole d'été Temps Réel 2005 est construit autour d'exposés de synthèse donnés par des spécialistes du monde industriel et universitaire qui permettront aux participants de l'ETR, et notamment aux doctorants, de se forger une culture scientifique dans le domaine. Cette quatrième édition est centrée autour des grands thèmes d'importance dans la conception des systèmes temps réel : Langages et techniques de description d'architectures, Validation, test et preuve par des approches déterministes et stochastiques, Ordonnancement et systèmes d'exploitation temps réel, Répartition, réseaux temps réel et qualité de service

Domestic and mobile networks Measurements,analyses, and patterns

Cette thèse est structurée autour de contributions dans les domaines des réseaux domestiques et mobiles. Dans le contexte des réseaux domestiques, nous nous occupons à la fois de la caractérisation du trafic et de la dégradation des performances des applications. Dans le cas des réseaux mobiles, nous sommes intéressés par comprendre la relation entre la technologie sans fil et les opportunités de contact entre les nœuds mobiles. Nous résumons les principales contributions de cette thèse dans ce qui suit. Partie I (Optimisation des performances des applications dans les réseaux domestiques). L?augmentation du taux d'accès à Internet à la maison conduit à plus de populations avec des réseaux domestiques. Un réseau domestique connecte plusieurs appareils à l'internet permettant aux différents membres d'un ménage de partager l'accès à Internet et aux ressources du réseau local. Par conséquent, les applications fonctionnant en parallèle peuvent interférer les unes avec les autres. Par exemple, les enfants peuvent jouer à des jeux en ligne ralentissant la navigation sur le web de leurs parents. Le premier objectif de cette thèse est de contrôler l'utilisation des ressources du réseau domestique afin d'optimiser la performance des applications concurrentes. La passerelle domestique est responsable de la connexion du réseau domestique au reste de l'Internet. Parce que la passerelle a une vue d'ensemble de tout le trafic en provenance et vers le réseau domestique, elle est le point de départ idéal pour l'optimisation des applications. Dans cette thèse, nous proposons un système qui fonctionne sur la passerelle domestique pour détecter des dégradations de performances et optimiser l'allocation des ressources pour obtenir les meilleures performances des applications. En même temps, les passerelles résidentielles classiques ne comportent aucun mécanisme pour garantir une performance optimale aux applications. Une autre contribution de cette thèse est donc de proposer une approche d'optimisation des performances des applications pour les réseaux domestiques. En particulier, nous étudions la faisabilité du suivi des performances des applications sur les passerelles résidentielles. Nous montrons que, bien que la passerelle domestique a des ressources limitées, elle a encore la capacité de faire plus que simplement la transmission des paquets. Elle peut recueillir et exporter toutes les informations nécessaires pour effectuer notre méthode d'optimisation des performances. Partie II (Reproduction de traces de mobilité). La meilleure façon d'analyser ou de valider un protocole ou même le choix de conception dans les réseaux tolérants aux perturbations est à travers un déploiement réel. Néanmoins, en raison des difficultés de mise en œuvre et même de coûts financiers, I seulement quelques expérimentations ont été rapportées dans la littérature. En conséquence, plusieurs travaux s'appuient toujours sur des modèles de mobilité synthétiques. Alors que les modèles de mobilité synthétiques sont utiles pour isoler les paramètres spécifiques d'une solution ou aider à enquêter sur l'évolutivité d'un système, ils ne peuvent pas toujours refléter les conditions réelles. D'autre part, les traces de contact sont connues pour mieux représenter la mobilité de la vie réelle, mais aussi d'être difficile à obtenir. Et si une trace réelle était suffisante pour obtenir plusieurs autres, comme si nous avions effectué plusieurs expérimentations ? à cette fin, nous nous appuyons sur la mobilité plausible, un algorithme capable d'inférer un mouvement spatial à partir de traces de contact et nous proposons un système de reproduction de traces de mobilité qui, à partir d'une unique trace de contact réelle, offre de multiples traces de contact inspirées de la trace originale.This thesis is structured around contributions in the areas of domestic and mobile networks. In the context of home networks, we deal with both home traffic characterization and application performance degradation. In the case of mobile networks, we are interested in understanding the relationship between wireless technology and contact opportunities among nodes on the move.PARIS-JUSSIEU-Bib.électronique (751059901) / SudocSudocFranceF

Allocation des ressources et des solutions pour économiser de l'énergie dans les réseaux optiques d'accès

In this thesis, general overview about PON systems is presented and existing PON mechanisms and classification are investigated. After, a novel dynamic bandwidth allocation algorithm for EPON is introduced. This proposed algorithm is named as “Half Cycling Dynamic Bandwidth Allocation-hcDBA” by the inspiration of its half cycling processing mode. Later, an improvement of hcDBA algorithm with early prediction mechanism is presented. As a result statement of the study, hcDBA algorithm performs better than existing mechanism in terms of packet loss ratio and access delays. Beside, simulation traffic behavior of EPON’s upstream channel has been investigated in order to support the decision of selecting suitable traffic generator in further studies. Energy conversation is one of the hot topics in telecommunication networks. Access networks constitute remarkable portion of the total energy consumption in telecommunication networks. ITU-T and IEEE organizations published recommendation for energy conversation in PONs. While, total energy consumption of ONUs is more than other equipment in fix access network the standards and most of the researches focused on saving energy at ONU side. In this thesis I focused on an energy efficiency method based on energy conversation on OLT side. The proposed method save energy by dynamically moving OLT cards to deep sleep mode according to the incoming and outgoing traffic loadsDans ce travail de thèse, un aperçu général sur les systèmes PON est présenté et sont étudiés les mécanismes et classification PON existants. Après, nous introduisons notre première contribution qui est un algorithme d'allocation dynamique de bande passante pour EPON. Cet algorithme proposé est désigné comme «hcDBA». Par la suite, une amélioration de l'algorithme de hcDBA avec mécanisme de prédiction précoce est présentée. Notre simulation montre bien que notre algorithme hcDBA est performant comparé aux mécanismes existants en termes de taux de perte de paquets et de délai d’accès. Dans notre seconde contribution, nous sommes intéressés au problème de consommation d’énergie qui est un sujet d’actualité dans les réseaux de télécommunication. Les études montrent aujourd’hui que les réseaux d'accès constituent une partie remarquable de la consommation totale d'énergie dans les réseaux de télécommunication. Les organisations ITU-T et IEEE ont publié la recommandation pour la conversation de l'énergie pour les réseaux PONs. Bien que, la consommation totale d'énergie des nœuds ONU est plus importantes que d'autres équipements dans le réseau d'accès fixe, les normes et la plupart des travaux de recherches ont porté sur les économies d'énergie du côté de ONU. Dans cette thèse, nous sommes concentrés sur une méthode d'efficacité énergétique basée sur la conservation de l'énergie du côté de l’OLT. La méthode proposée permet d’économiser de l'énergie en déplaçant dynamiquement des cartes d’OLT en mode de sommeil profond en fonction des charges de trafic entrant et sortan