Maintenance et simulation de graphes aléatoires dynamiques

We study the problem of maintaining a given distribution of randomgraphs under an arbitrary sequence of vertex insertions and deletions. Keeping inmind our objective to model the evolution of dynamic logical networks, we work ina local model where we do not have direct access to the list of all vertices. Instead,we assume access to a global primitive that returns a random vertex, chosen uniformlyfrom the whole vertex set. The maintenance problem has been explored onseveral simple random graph models (Erdos–Rényi random graphs, pairing modelbased random graphs, uniform k-out graphs). For each model, one or several updatealgorithms for the maintenance task have been described and analyzed ; the mostelaborate of them are asymptically optimal. The maintenance task rise several simulationissues linked to our distributed context. In particular, we have focused onmaintenability of random graph distributions and simulability of families of probabilitydistributions over integers in our local random model. Special attention hasbeen paid to efficient simulation of particular distributions we were interested in(certain binomial distributions). The latter has been obtained through the use ofproperties of a new generation tree for permutations, which has been introducedalong the wayNous étudions le problème de maintenir une distribution donnée de graphes aléatoires après une séquence arbitraire d’insertions et de suppressions de sommets. Dans l’objectif de modéliser l’évolution de réseaux logiques dynamiques,nous travaillons dans un modèle local où l’accès à la liste des sommets est restreint. À la place, nous faisons l’hypothèse d’un accès à une primitive globale qui retourne un sommet aléatoire, choisi uniformément dans l’ensemble total des sommets. Le problème de maintenance a été exploré sur plusieurs modèles simples de graphes aléatoires (graphes d’Erdos–Rényi, graphes basés sur le modèle par paires, graphes k-sortants uniformes). Pour chacun des modèles, un ou plusieurs algorithmes pour la tâche de maintenance ont été décris et analysés ; les plus élaborés de ces algorithmes sont asymptotiquement optimaux. Le problème de maintenance soulève plusieurs problèmes de simulation liés à notre contexte distribué. Nous nous sommes intéressé en particulier à la maintenabilité de distributions de graphes et à la simulabilité de familles de distributions de probabilité sur les entiers, dans le modèle d’aléa présenté.Une attention particulière a été portée sur la simulation efficace de lois spécifiques nous intéressant (certaines lois binomiales). Cette dernière a pu être obtenue en exploitant les propriétés d’un nouvel arbre de génération pour les permutations, que nous avons introduit

Algorithmes de routage (de la réduction des coûts de communication à la dynamique)

Répondre à des requêtes de routage requiert que les entités du réseau, nommées routeurs, aient une connaissance à jour sur la topologie de celui-ci, cette connaissance est appelée table de routage. Le réseau est modélisé par un graphe dans lequel les noeuds représentent les routeurs, et les arêtes les liens de communication entre ceux ci.Cette thèse s intéresse au calcul des tables de routage dans un modèle distribué.Dans ce modèle, les calculs sont effectués par un ensemble de processus placés sur les noeuds. Chaque processus a pour objectif de calculer la table de routage du noeud sur lequel il se trouve. Pour effectuer ce calcul les processus doivent communiquer entre eux. Dans des réseaux de grande taille, et dans le cadre d un calcul distribué, le maintien à jour des tables de routage peut être coûteux en terme de communication. L un des thèmes principaux abordés et celui de la réduction des coûts de communication lors de ce calcul. L une des solutions apportées consisteà réduire la taille des tables de routage, permettant ainsi de réduire les coûts de communication. Cette stratégie classique dans le modèle centralisé est connue sous le nom de routage compact. Cette thèse présente notamment un algorithme de routage compact distribué permettant de réduire significativement les coûts de communication dans les réseaux tels que le réseau internet, i.e. le réseau des systèmes autonomes ainsi que dans des réseaux sans-échelle. Ce document contient également une étude expérimentale de différents algorithmes de routage compact distribués.Enfin, les problèmes liés à la dynamique du réseau sont également abordés. Plusprécisément le reste de l étude porte sur un algorithme auto-stabilisant de calcul d arbre de plus court chemin, ainsi que sur l impact de la suppression de noeuds ou d arêtes sur les tables de routage stockées aux routeurs.In order to respond to routing queries, the entities of the network, nammedrouters, require to have a knowledge concerning the topology of the network, thisknowledge is called routing table. The network is modeled by a graph in whichnodes represent routers and edges represent communication links between nodes.This thesis focuses on routing tables computation in a distributed model. In thismodel, computations are done by a set of process placed on nodes. Every processhas for objective to compute the routing table of the node on which he is placed.To perform this computation, processes have to communicate with each other. Inlarge scale network, in the case of a distributed computation, maintaining routingtables up to date can be costly in terms of communication. This thesis focuses mainlyon the problem of communication cost reduction. One of the solution we proposeis to reduce routing tables size which allow to reduce communication cost. In thecentralised model this strategy is well known under the name of compact routing.This thesis presents in particular a distributed compact routing algorithm that allowsto reduce significantly the communication costs in networks like Internet, i.e. theautonomous systems network and others networks that present scale-free properties.This thesis also contains an experimental study of several distributed compact routingalgorithms. Finally, some problems linked to network dynamicity are addressed.More precisely, the problem of network deconnexion during a shortest path treecomputation with auto-stabilisation guaranties, together with a study of the impactof several edges or nodes deletion on the state of the routing tables.BORDEAUX1-Bib.electronique (335229901) / SudocSudocFranceF

Définition d'une fonction de pronostic des systèmes techniques multi composants prenant en compte les incertitudes à partir des pronostics de leurs composants

Face au défi des entreprises pour le maintien de leurs équipements au maximum de leur fiabilité, de leur disponibilité, de leur rentabilité et de leur sécurité au coût de maintenance minimum, des stratégies de maintenance telles que le CBM et le PHM ont été développées. Pour mettre en œuvre ces stratégies, comme pour la planification des activités de production il est nécessaire de connaître l’aptitude des systèmes à réaliser les futures tâches afin de réaliser le séquencement des opérations de production et de maintenance. Cette thèse présente les éléments d'une fonction générique qui évalue la capacité des systèmes techniques multi-composants à exécuter les tâches de production de biens ou de services assignées. Ce manuscrit présente une proposition de modélisation de systèmes techniques multi-composants représentant les différentes entités qui les composent, leurs états et leurs relations. Plusieurs types d’entités ont été identifiés. Pour chacun d’eux, des inférences sont proposées pour définir à l’intérieur du système l’aptitude de l’entité à accomplir les futures tâches de production à partir des évaluations de son état présent et futur et des évaluations des états présents et futurs des autres entités avec lesquelles elle est en relation. Ces évaluations des états présents et futurs sont basées sur l’exploitation de pronostics locaux des composants. Ces pronostics sont des prévisions qui intrinsèquement comportent des incertitudes pouvant être aléatoires ou épistémiques. La fonction proposée et les inférences prennent en compte ces deux formes d’incertitudes. Pour cela, les traitements et la fonction proposée exploite des éléments de la théorie de Dempster-Shafer. La modélisation des systèmes multi-composants pouvant être représentée sous la forme de graphes dont les états des nœuds dépendent de données comportant des incertitudes, des éléments des réseaux bayésiens sont également utilisés. Cette fonction fournit des indicateurs, sur l’aptitude de chaque entité du système à accomplir les futures tâches de production mais aussi indique les composants nécessitant une intervention afin d’améliorer cette aptitude. Ainsi, ces indicateurs constituent les éléments d'aide à la décision pour la planification des opérations de maintenance de façon conditionnelle et préventive, mais aussi pour la planification des opérations de production

Architecture autonome et distribuée d'adressage et de routage pour la flexibilité des communications dans l'internet

Les schémas de routage locaux basés sur des coordonnées prises dans le plan hyperbolique ont attiré un intérêt croissant depuis quelques années. Cependant, les solutions proposées sont toutes appliquées à des réseaux au topologie aléatoire et au nombre de nœuds limités. Dans le même temps, plusieurs travaux se sont concentrés sur la création de modèle topologique basé sur les lois de la géométrie hyperbolique. Dans ce cas, Il est montré que les graphes ont des topologies semblables à Internet et qu'un routage local hyperbolique atteint une efficacité proche de la perfection. Cependant, ces graphes ne garantissent pas le taux de réussite du routage même si aucune panne ne se produit. Dans cette thèse, l'objectif est de construire un système passant à l'échelle pour la création de réseau recouvrant capable de fournir à ses membres un service d'adressage et de routage résilient dans un environnement dynamique. Ensuite, nous étudions de quelle manière les réseaux P2PTV pourraient supporter un nombre d'utilisateur croissant. Dans cette thèse, nous essayons de répondre à cette question en étudiant les facteurs d'efficacité et de passage à l'échelle dans un système de diffusion vidéo P2P typique. Au travers des données fournies par Zattoo, producteur de réseau P2PTV, nous réalisons des simulations dont les résultats montrent qu'il y a encore des obstacles à surmonter avant que les réseaux P2P de diffusion vidéo puissent dépendre uniquement de leurs utilisateurs.Local routing schemes based on virtual coordinates taken from the hyperbolic plane have attracted considerable interest in recent years.However, solutions have been applied to ad-hoc and sensor networks having a random topology and a limited number of nodes. In other hand, some research has focused on the creation of network topology models based on hyperbolic geometric laws. In this case, it has been shown that these graphs have an Internet-like topology and that local hyperbolic routing achieves a near perfect efficiency. However, with these graphs, routing success is not guaranteed even if no failures happen. In this thesis, we aim at building a scalable system for creating overlay networks on top of the Internet that would provide reliable addressing and routing service to its members in a dynamic environment.Next, we investigate how well P2PTV networks would support a growing number of users. In this thesis, we try to address this question by studying scalability and efficiency factors in a typical P2P based live streaming network. Through the use of the data provided by Zattoo a production P2PTV network, we carry out simulations whose results show that there are still hurdles to overcome before P2P based live streaming could depend uniquely of their users.BORDEAUX1-Bib.electronique (335229901) / SudocSudocFranceF

Architecture autonome et distribuée d'adressage et de routage pour la flexibilité des communications dans l'Internet

Local routing schemes based on virtual coordinates taken from the hyperbolic plane have attracted considerable interest in recent years. However, solutions have been applied to ad-hoc and sensor networks having a random topology and a limited number of nodes. In other hand, some research has focused on the creation of network topology models basedon hyperbolic geometric laws. In this case, it has been shown that these graphs have an Internet-like topology and that local hyperbolic routing achieves a near perfect efficiency. However, with these graphs, routing success is not guaranteed even if no failures happen. In this thesis, we aim at building a scalable system for creating overlay networks on top ofthe Internet that would provide reliable addressing and routing service to its members in a dynamic environment. Next, we investigate how well P2PTV networks would support a growing number of users. In this thesis, we try to address this question by studying scalability and efficiency factors in a typical P2P based live streaming network. Throughthe use of the data provided by Zattoo a production P2PTV network, we carry out simulations whose results show that there are still hurdles to overcome before P2P based live streaming could depend uniquely of their users.Les schémas de routage locaux basés sur des coordonnées prises dans le plan hyperbolique ont attiré un intérêt croissant depuis quelques années. Cependant, les solutions proposées sont toutes appliquées à des réseaux aux topologies aléatoires et au nombre de noeuds limité. Dans le même temps, plusieurs travaux se sont concentrés sur la création de modèle topologique basé sur les lois de la géométrie hyperbolique. Dans ce cas, Il est montré que les graphes ont des topologies semblables à Internet et qu’un routage local hyperbolique atteint une efficacité proche de la perfection. Cependant, ces graphes ne garantissent pas le taux de réussite du routage même si aucune panne ne se produit. Dans cette thèse, l’objectif est de construire un système passant à l’échelle pour la création de réseau recouvrant capable de fournir à ses membres un service d’adressage et de routage résilient dans un environnement dynamique. Ensuite, nous étudions de quelle manière les réseaux P2PTV pourraient supporter un nombre d’utilisateur croissant. Dans cette thèse, nous essayons de répondre à cette question en étudiant les facteurs de l’efficacité et du passage à l’échelle dans un système de diffusion vidéo P2P typique. Au travers des données fournies par Zattoo, producteur de réseau P2PTV, nous réalisons des simulations dont les résultats montrent qu’il y a encore des obstacles à surmonter avant que les réseaux P2P de diffusion vidéo puissent dépendre uniquement de leurs utilisateurs

Analyse de réseaux temporels par des méthodes de traitement du signal : application au système de vélos en libre-service à Lyon

Bike-sharing systems have become essential elements in urban transportation systems of many world's big cities. Thanks to the data generated by these systems, it is possible to obtain a precise characterization of urban cycling, both in terms of transportation and socio-economic aspects. Taking advantage of the recent abundance of data allowed by the current technology, the challenges lie in the development of efficient data analysis method, adapted to these systems. This PhD thesis proposes some answers to this issue, first by methodological developments and second by studying real-world data obtained from the bike-sharing system in Lyon, called Vélo'v.The Vélo'v system can be represented as a network, describing a set of relations between the stations spread over the city. This representation, used for many systems, enables the use of tools from network theory to measure the network structure and understand the underlying mechanisms. Nevertheless, taking into account the dynamic evolution of the structure requires an extension of the classical tools to the temporal case. Parallels between this problem and the field of signal processing can be done, and opens the way to the consideration of connections between the description of the dynamics of temporal networks and those of signals. This work introduces a duality between temporal networks and signals, such that the analysis of the signals using the classical tools of signal processing helps to the characterization of the structure of the corresponding network.This methodology, at the juncture between signal processing and network analysis, is first justified by the study of the Vélo'v network, by comparing different data analysis method and the representation of the system as a temporal network. Then, a method to relabel the vertices of the graph according to the topology of the network is discussed, opening up a duality between networks and signals. This duality is then extended to temporal networks: The analysis of the spectral properties of the signals are studied through a fully automated extraction method, enabling the decomposition of relevant network structure over time.Les systèmes de vélos en libre-service sont devenus des éléments indispensables dans les offres de transport urbain des grandes villes mondiales. À partir des données que ces systèmes génèrent, il est possible d'avoir une caractérisation fine de l'utilisation du vélo en milieu urbain, tant sur des problématiques traitant du domaine des transports que des aspects socio-économiques. Comme pour de nombreux domaines profitant de la récente abondance en données permises par les technologies actuelles de communication et de stockage de l'information, les enjeux actuels résident dans le développement de méthodes d'analyse de données efficaces et adaptées aux systèmes étudiés. Cette thèse se propose de répondre à cette problématique, à la fois par des développements méthodologiques et par une application à des données réelles issues du système de vélos en libre-service Vélo'v à Lyon.Le système Vélo'v peut se représenter sous la forme d'un réseau, décrivant un ensemble de relations entre les différentes stations. Cette représentation, valable également pour de nombreux systèmes, permet l'utilisation d'outils pour décrire la structure du réseau basés sur la théorie des graphes. Néanmoins, la prise en compte d'une dynamique temporelle dans l'évolution des systèmes nécessite d'étendre l'analyse à des réseaux temporels, dont la structure évolue au cours du temps. Le parallèle avec le domaine du traitement du signal, dont le but est l'analyse de signaux temporels, amène à considérer des connexions entre la description de l'évolution d'un réseau temporel et celle d'un signal. Ces travaux proposent de considérer une dualité entre les réseaux temporels et les signaux, de sorte que l'analyse dans le domaine des signaux, à l'aide des outils du traitement du signal, permet de caractériser le réseau temporel correspondant.Cette méthodologie, à la frontière entre le traitement du signal et l'analyse des réseaux, est tout d'abord justifiée par l'étude du système Vélo'v, en comparant différentes approches d'analyse de données et les apports de la représentation sous la forme de réseau temporel. Une méthode d'étiquetage des noeuds d'un graphe est ensuite discutée, permettant d'ouvrir la voie vers une dualité entre réseaux et signaux. Cette dualité est étendue aux réseaux temporels, pour lesquels une méthode d'extraction automatique des structures pertinentes au cours du temps est proposée, à travers la décomposition des signaux correspondants

Édition collaborative décentralisée dans les navigateurs

Collaborative editors allow users to distribute the writing of a document across space and time. Thanks to their ease of use, real-time collaborative editors working in Web browsers vastly contributed to the adoption of such tools. However, current editors are centralized: a service provider's server hosts an editing session. It raises privacy and scalability issues.Recently, the enabling of browser-to-browser connection establishments opened new opportunities in favor of a decentralized Web. Decentralized real-time collaborative editors working in Web browsers must efficiently handle highly dynamic groups of different size.Contributions of this thesis are threefold:(i) To represent the document, we propose a replicated data structure for sequences using metadata the size of which scales sub-linearly compared to the number of inserted characters.(ii) To efficiently propagate the changes to all editors involved in the collaborative writing, we propose a random peer sampling protocol that supports Web browsers constraints and self-adjusts its functioning to the variations of network membership.(iii) To demonstrate the feasibility of a decentralized real-time collaborative editors running in Web browsers, we propose an editor using (i) and (ii), and we highlight its scalability.Un éditeur collaboratif permet de répartir la tâche de rédaction d'un document à travers le temps et l'espace. Par leur simplicité d'utilisation, les éditeurs collaboratifs temps réel du Web ont contribué à l'adoption massive de ces outils par le grand public. Cependant, les éditeurs actuels sont centralisés : un serveur appartenant à un fournisseur de services gère une session d'édition. En résultent des problèmes de confidentialité, de censure, de propriété, de passage à l'échelle et de tolérance aux pannes.Récemment, la possibilité d'établir des communications d'un navigateur Web à l'autre a ouvert de nouvelles opportunités en faveur d'un Web décentralisé. Un éditeur collaboratif temps réel décentralisé fonctionnant dans les navigateurs Web doit gérer efficacement des groupes de taille variable et hautement dynamiques.Cette thèse comporte trois contributions :(i) Pour représenter le document, nous proposons une structure de données répliquée dont la taille des métadonnées croît de manière sous-linéaire par rapport au nombre de caractères insérés dans le document.(ii) Pour propager efficacement les changements à tous les éditeurs participant à l'édition, nous proposons un protocole d'échantillonnage aléatoire de pairs adapté aux contraintes des navigateurs Web et s'ajustant automatiquement au logarithme de la taille de la session d'édition.(iii) Pour démontrer la faisabilité d'un éditeur collaboratif temps réel décentralisé fonctionnant dans les navigateurs Web, nous proposons un éditeur réunissant (i) et (ii), et dont les performances passent à l'échelle

Modélisation graphique probabiliste pour la maîtrise des risques, la fiabilité et la synthèse de lois de commande des systèmes complexes

Mes travaux de recherche sont menés au Centre de Recherche en Automatique de Nancy (CRAN), dans le département Ingénierie des Systèmes Eco-Techniques (ISET) sous la responsabilité de B. Iung et de A. Thomas et le département Contrôle - Identification - Diagnostic (CID) sous la responsabilité de D. Maquin et de G. Millerioux.L’objectif principal de mes recherches est de formaliser des méthodes de construction de modèles probabilistes représentant les bons fonctionnements et les dysfonctionnements d’un système industriel. Ces modèles ont pour but de permettre l’évaluation des objectifs de fonctionnement du système (exigences opérationnelles, performances) et les conséquences en termes de fiabilité et de maîtrise des risques (exigences de sûreté). Ceci nécessite de modéliser les impacts de l’environnement sur le système et sur ses performances, mais aussi l’impact des stratégies de commande et des stratégies de maintenance sur l’état de santé du système.Pour plus de détails.A travers les différents travaux de thèses et collaborations, j’ai exploité différents formalismes de modélisation probabilistes. Les apports majeurs de nos contributions se déclinent en 3 points :• La modélisation des conséquences fonctionnelles des défaillances, structurée à partir des connaissances métiers. Nous avons développés les principes de modélisation par Réseau Bayésien (RB) permettant de relier la fiabilité et les effets des états de dégradation des composants à l’architecture fonctionnelle du système. Les composants et les modes de défaillances sont alors décrits naturellement par des variables multi-états ce qui est difficile à modéliser par les méthodes classiques de sûreté de fonctionnement. Nous proposons de représenter le modèle selon différents niveaux d'abstraction en relation avec l’analyse fonctionnelle. La modélisation par un modèle probabiliste relationnel (PRM) permet de capitaliser la connaissance par la création des classes génériques instanciées sur un système avec le principe des composants pris sur étagère.• Une modélisation dynamique de la fiabilité des systèmes pris dans leur environnement. Nous avons contribué lors de notre collaboration avec Bayesia à la modélisation de la fiabilité des systèmes par Réseau Bayésien Dynamique (RBD). Un RBD permet, grâce à la factorisation de la loi jointe, une complexité inférieure à une Chaîne de Markov ainsi qu’un paramétrage plus facile. La collaboration avec Bayesia a permis l’intégration dans Bayesialab (outil de modélisation) de ces extensions et notamment l’utilisation de paramètres variables dans le temps élargissant la modélisation des RBD à des processus Markoviens non homogènes.• La synthèse de la loi de commande pour l’optimisation de la fiabilité du système. Nous travaillons sur l’intégration de la fiabilité dans les objectifs de commande des systèmes sous contrainte de défaillances ou de défauts. Nous posons aujourd’hui le problème dans un contexte général de commande. Nous proposons une structuration du système de commande intégrant des fonctions d’optimisation et des fonctions d’évaluation de grandeurs probabilistes liées à la fiabilité du système. Nos travaux récents sont focalisés sur l’intégration, dans la boucle d’optimisation de la commande, des facteurs issues d’une analyse de sensibilité de la fiabilité du système par rapport aux composants

Coordination et robustesse des systèmes dynamiques multi-agents

This thesis presents a study on multi-agent systems. Such systems find numerous applications such as multi-vehicle control in robotics, the design of smart distributed energy networks and the modeling of opinion dynamics. In a first part, we present new results regarding consensus theory which extend the recent work from Hendrickx and Tsitsiklis on cut-balanced consensus. Then, we apply the consensus system to the control of a fleet of vehicles. We present several results regarding velocity alignment (flocking). This study is based upon a graph robustness analysis in order to preserve the connectivity of the interaction network. This concept is of main importance in this study. In the last part, we state results froma collaborative work with a sociologist regarding the social network linked to the controversy concerning o-road motorized leisure in France. We study the link between the national and local scenes. To do so, we use large graph visualization tools and actor centrality measures.Nous nous intéressons à l'étude de la dynamique des réseaux composés d'une multitude d'agents. Les motivations de ce travail trouvent leurs sources dans de nombreux domaines et notamment la biologie avec l'étude de l'émergence de comportements collectifs cohérents chez les animaux (vol en formation d'oiseaux migrateurs). Considérons un certain nombre d’agents (animaux) dont le comportement dynamique individuel peut être modélisé par une équation différentielle. Les agents communiquent : les liens sont représentés sous la forme d’un graphe dont les sommets sont les agents du système. Chaque agent a la connaissance de l’état des agents auxquels il est connecté et ajuste sa dynamique à l’aide de cette information. Des comportements collectifs peuvent alors émerger comme par exemple le phénomène de flocking (tous les agents se déplacent dans la même direction). Plusieurs modèles d'interaction ont été proposés, les plus connus étant le modèle de Viscek (1995) ou le modèle de Cucker-Smale (2007). L'étude de ces modèles repose généralement sur des méthodes d'analyse de stabilité des systèmes dynamiques ou des systèmes hybrides, lorsque le graphe de communication évolue dans le temps. Nous souhaitons dans cette thèse évaluer la robustesse de l'émergence de ces comportements collectifs en étudiant l'influence de divers facteurs: paramètres du modèle, topologie du graphe, nombre d'agents, présences de perturbations. Nous nous intéresserons notamment au phénomène de scission du groupe d'agents en plusieurs groupes d'agents coordonnés