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L'optimisation de l'utilisation des liens satellites est un enjeu majeur pour augmenter la rentabilité des systèmes satellites. L'augmentation de la réutilisation des fréquences est une des approches les plus prometteuses. La réutilisation des fréquences permet de transmettre plus d'informations sur une même fréquence, pour peu que les interférences entre les deux signaux ne soient pas trop importantes. Il est donc capital de contrôler l'impact de ces interférences, que ce soit via l'utilisation de schémas de réutilisation de fréquences, ou encore via des techniques de coordination dynamique des interférences, où la sélection des utilisateurs qui peuvent transmettre sur les mêmes fréquences est faite en prenant les interférences en compte

Optimizing satellite links is a major challenge to increase satellite systems profitability. Increasing the frequency reuse is one of the most promising approaches. Reusing multiple times the same frequency enables to transmit more information on the same frequency, as long as the two or more signals do not generate too high mutual interferences. It is therefore of capital importance to control these interference impacts, be it through the use of frequency reuse scheme or through the use of advanced dynamic interference coordination techniques, where the user selection is done with the knowledge of interference levels.

Advisors/Committee Members: Beylot, André-Luc (thesis director).

▼ La communication mobile est considérée comme l'un des piliers des villes intelligentes, où les citoyens devraient pouvoir bénéficier des services de télécommunications partout et quand ils les souhaitent, d'une manière sûre et peu coûteuse. Cela est possible grâce à un déploiement dense des réseaux mobiles à large bande de dernière génération. Ce déploiement dense entraînera une consommation énergétique plus élevée et donc plus d'émissions de gaz et de pollution. Par conséquent, il est crucial d'un point de vue environnemental de réduire la consommation d'énergie. Dans le cadre de cette thèse, nous introduisons des méthodes dynamiques de gestion de ressources permettant d'augmenter le débit et l'efficacité énergétique, et réduisant ainsi la pollution. Ainsi, nous ciblons les réseaux multicellulaires verts où l'augmentation de l'efficacité énergétique doit tenir en compte de l'accroissement de la demande de débit par les utilisateurs mobiles. Cette augmentation, exponentielle en terme de débit, a poussé les opérateurs à utiliser la totalité du spectre fréquentiel dans toutes les cellules des réseaux mobiles de dernière génération. Par conséquence, l'interférence intercellulaire (ICI : Inter-Cell Interference) devient prépondérante et dégrade la performance des utilisateurs, en particulier ceux ayant de mauvaises conditions radios. Dans cette thèse, nous nous focalisons sur la technique du contrôle de puissance considérée comme une des méthodes clé de la coordination d'interférence Intercellulaire (ICIC : Inter-Cell Interference Coordination), tout en mettant l'accent sur des méthodes efficaces énergétiquement. Nous formulons ce problème d'allocation de la puissance, sur le lien descendant en mettant en œuvre des méthodes centralisées et décentralisées: les méthodes centralisées ayant recours à l'optimisation convexe alors que les méthodes décentralisées se basant sur la théorie des jeux non-coopératifs. Par ailleurs nous proposons ensuite une heuristique de contrôle de puissance qui a l'avantage d'être stable et basée sur des messages de signalisation déjà existant dans le système. Cette heuristique permet d'éviter le gaspillage de la bande passante par des signalisations intercellulaires et de réduire le ICI. De plus, le problème de contrôle de puissance a un impact important sur l'allocation des ressources radios et sur l'association des utilisateurs mobiles à une station de base. Ainsi, dans la deuxième partie de la thèse, nous avons formulé un problème globale englobant le contrôle de puissance, le contrôle d'allocation de ressources radios, et le contrôle de l'association des utilisateurs à une station de base, cela afin d'obtenir une solution globalement efficace. Ces trois sous problèmes sont traités itérativement jusqu'à convergence de la solution globale. En particulier nous proposons pour la problématique d'association des utilisateurs trois algorithmes: un algorithme centralisé, un algorithme semi-distribué et finalement un algorithme complètement distribué se basant sur l'apprentissage par renforcement.… Advisors/Committee Members: Tohmé, Samir (thesis director), Khawam, Kinda (thesis director).

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Aujourd'hui, l'extension des exigences du trafic de données sans fil dépasse le taux de croissance de la capacité des nouvelles technologies d'accès sans fil. Par conséquent, les réseaux sans fil mobiles de la future génération proposent des architectures hétérogènes, généralement appelées réseaux sans fil hétérogènes (HWN). HWN se caractérisent par l'intégration des réseaux cellulaires et des réseaux locaux sans fil (WLAN) pour répondre aux besoins des utilisateurs et améliorer la capacité du système. En fait, l'intégration de différents types de technologies d'accès sans fil dans HWN offre des choix flexibles pour que les utilisateurs soient associés au réseau qui répond le mieux à leurs besoins. Dans ce contexte, cette thèse traite le problème d'association d'utilisateurs et le problème d'allocation de ressources dans un système sans fil hétérogène basé sur des points d'accès Wi-Fi intégrés et des stations de base L TE. Les contributions de cette thèse pourraient être divisées en trois parties principales. Dans la première partie, un nouveau problème d'association d'utilisateurs et d'optimisation de l'allocation des ressources est formulé pour maximiser la satisfaction globale des utilisateurs dans le système. La satisfaction de l'utilisateur est basée sur une fonction de profit pondérée qui vise à améliorer la puissance relative du signal reçu et la diminution de la consommation d'énergie des terminaux mobiles (MT). Étant donné qu'un MT n'est autorisé à être associé qu'à un seul réseau à la fois, le problème d'optimisation formulé est binaire avec une complexité NP complète. Ensuite, plusieurs solutions centralisées avec une complexité à temps polynomial sont proposées pour résoudre le problème formulé. Les solutions proposées sont basées sur des approches heuristiques et sur la relaxation continue du problème d'optimisation binaire formulé. La deuxième partie de la thèse vise à fournir une solution distribuée pour le problème formulé. La solution distribuée proposée déploie la technique de détente lagrangienne pour convertir le problème global formulé en plusieurs problèmes de Knapsack distribués, chaque réseau traite son problème Knapsack correspondant. La méthode de sous gradient est utilisée pour trouver les multiplicateurs lagrangiens optimaux ou sous optimaux. Enfin, la troisième partie de la thèse étudie de nouvelles perspectives de la formulation du problème d'optimisation et ses solutions centralisées et distribuées correspondantes. Un problème d'association d'utilisateurs et d'allocation de ressources basé sur la priorité est formulé. Le problème est ensuite réduit en plusieurs problèmes résolus à l'aide des solutions proposées réparties et centralisées. En outre, une nouvelle solution de maximisation de l'efficacité énergétique est proposée en modifiant les objectifs du problème d'optimisation originalement formulé.

It is indicated that the expansion of the wireless data traffic requirements exceeds the capacity growth rate of new wireless access technologies. Therefore, next-generation mobile…

Advisors/Committee Members: Hélard, Jean-François (thesis director).

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Les grilles de calcul et le “cloud computing” permettent de distribuer un ensemble de ressources informatiques, telles que du stockage ou du temps de calcul, à un ensemble d’utilisateurs en fonction de leurs demandes en donnant l’illusion de ressources infinies. Cependant, lorsque l’ensemble de ces ressources est insuffisant pour satisfaire les exigences des utilisateurs, des conflits d’intérêts surgissent. Ainsi, un libre accès à des ressources limitées peut entraîner une utilisation inefficace qui pénalise l’ensemble des participants. Dans de tels environnements, il devient nécessaire d’établir des procédures d’arbitrage afin de résoudre ces conflits en garantissant une distribution équitable aux différents utilisateurs. Nous présentons une nouvelle classe de problèmes : celle des ordonnancements multi-utilisateurs. Cette thèse aborde la notion d’équité au travers de problèmes d’allocation de ressources sous incertitudes et d’ordonnancement de tâches périodiques.

Grid and Cloud computing make possible the sharing of computer system resources, such as storage or computation time, among a set of users, according to their requests, thereby creating an illusion of infinite resources. However, as soon as those resources are insufficient to meet users’s expectations, conflicts of interest arise. Therefore, unlimited access to limited resources may lead to inefficient usage which penalizes the whole set of users. In such environments, arbitration becomes necessary in order to settle those conflicts and ensure a fair allocation to all users. We present two classes of problems : multi-user resource allocation under uncertainty and multi-user periodic task scheduling. We tackle these problems from the point of view of fairness.

Advisors/Committee Members: Breton, Vincent (thesis director).

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Le trafic de données a connu une croissance incessante, en particulier dans les réseaux urbains sans fil. Les opérateurs doivent donc fournir des services de haute qualité tout en ayant des coûts bas. Deux solutions intéressantes peuvent être envisagées : le déploiement de réseaux maillés sans fil ou le déploiement de petites cellules. De nouveaux schémas d'attribution de ressources et de gestion des interférences sont proposés dans cette thèse. Pour les réseaux Mesh, nous proposons un nouvel algorithme basé sur la théorie du jeu, appelé IGCA, permettant de gérer les canaux afin de réduire l'interférence entre les routeurs maillés en utilisant un jeu potentiel. Dans une deuxième partie, nous nous concentrons sur les problèmes d’allocation des ressources et de contrôle de la puissance dans les réseaux denses de petites cellules. Nos objectifs sont de réduire les interférences dans les communications en liaison descendante et de profiter efficacement du spectre lorsque le réseau est saturé. L'idée principale est de trouver un compromis entre la réduction de la puissance des cellules et la maximisation de l'affectation des ressources par rapport à un seuil de SINR. Ainsi, nous proposons d’abord un algorithme d’allocation de ressources et de puissance appelé TCRPA, qui prend en compte les demandes des utilisateurs de petites cellules. Nous formulons le problème d'optimisation dans MILP et le résolvons en utilisant une approche par cluster. Deuxièmement, nous considérerons les utilisateurs de la macro et ceux des petites cellules. Nous proposons TORPA, un système semi-centralisé visant à résoudre le problème étendu. Nos résultats de simulation répondent à nos attentes.

Data traffic has been witnessing an incessant growth especially in urban wireless networks. Thus, operators need to provide high quality services with good coverage and low costs. Two interesting solutions can be considered to overcome this issue: the deployment of Multi-Radio Multi-Channel Wireless Mesh Networks or Smallcell deployment. New resource allocation and interference management schemes adapted for networks are proposed in this thesis. For MR-MC WMNs, we propose a new interference-aware game-theoretic algorithm called IGCA to manage the limited number of channels in order to alleviate the "a priori" interference between mesh routers by using a potential game. In the second part of this research work, we focus on resource allocation and power control problems in dense smallcell networks. Our ultimate goals are to alleviate the interference in downlink communications and make an efficient spectrum reuse when the urban mobile network is quite congested. The key idea is to find a trade-off between minimizing the transmit power of cells and maximizing the resource allocation with respect to an SINR threshold. To do so, we first propose a resource and power allocation algorithm called TCRPA that considers only smallcell users' demands. We formulate the optimization problem as a MILP and solve it using a cluster-based approach. Second, we extend this…

Advisors/Committee Members: Langar, Rami (thesis director), Azzouz Saïdane, Leïla (thesis director).

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Avec la croissance rapide de la demande de trafic de données des clients, l'amélioration de la capacité du système et l'augmentation du débit des utilisateurs sont devenues des préoccupations essentielles pour le futur réseau de communication sans fil de cinquième génération. Dans ce contexte, la communication terminal-à-terminal (Device-to-Device D2D) et le Full Duplex (FD) sont proposés comme solutions potentielles pour augmenter l’efficacité spectrale et le débit des utilisateurs dans un réseau cellulaire. Le D2D permet à deux périphériques proches de communiquer sans participation de la station de base ou avec une participation limitée. D'autre part, la communication en FD permet une transmission et une réception simultanées dans la même bande de fréquence. En raison de la propriété de distance courte des liaisons D2D, exploiter la technologie FD dans la communication D2D est un excellent choix pour améliorer encore plus l’efficacité spectrale cellulaire et le débit des utilisateurs. Cependant, les émetteurs-récepteurs FD constituent de nouveau défis pour la communication D2D. Par exemple, en FD les émetteurs-récepteurs ne peuvent pas supprimer d’une manière parfaite l’auto-interférence (SI) générée au niveau des récepteurs lors de la transmission des données (par le propre émetteur du dispositif cellulaire). Ainsi, l’auto-interférence résiduelle qui est étroitement liée à la valeur de la puissance de l’émetteur affecte fortement les performances de la transmission FD. De plus, la technique en FD crée des interférences supplémentaires dans le réseau, ce qui peut dégrader ses performances par rapport à la transmission en semi-duplex (Half-duplex HD). Ainsi, une bonne gestion des ressources radio est nécessaire pour exploiter les avantages de la FD et garantir la qualité de service (QoS) des utilisateurs. Les travaux de cette thèse portent sur l'allocation de puissance et l'attribution de canaux d'un réseau FD-D2D. En particulier, cette thèse aborde d’abord le problème de l’allocation de puissance et propose une méthode d'allocation de puissance (PA) optimale centralisée simple mais efficace, puis développe le schéma optimal conjoint d’AP et d’AC pour un réseau FD-D2D. Un algorithme de complexité réduite CATPA, basé sur une allocation CA suivie d'une allocation PA, est aussi développée et proposé. La thèse présente à la fin une stratégie efficace d'AP décentralisée en utilisant les outils de la théorie des jeux.

With the rapidly growing of the customers' data traffic demand, improving the system capacity and increasing the user throughput have become essential concerns for the future 5G wireless communication network. In this context, D2D communication and FD are proposed as potential solutions to increase the spatial spectrum utilization and the user rate in a cellular network. D2D allows two nearby devices to communicate without BS participation or with limited participation. On the other hand, FD communication enables simultaneous transmission and reception in the same frequency band. Due to the short…

Advisors/Committee Members: Bader, Faouzi Carlos (thesis director), Bazzi, Oussama (thesis director).

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Dans cette thèse, nous étudions le problème de l'allocation de ressources dans le cadre des réseaux 4G LTE. La méthode d'accès OFDMA qui est utilisée partage les ressources radios à la fois dans le domaine fréquentiel et temporel. En raison des déficiences du canal, les utilisateurs ne bénéficient pas toujours des mêmes débits d'émission/réception sur chacune des ressources. Dans ce cadre, notre problème consiste à distribuer ces ressources radios aux mobiles afin de leur permettre de transmettre/recevoir des données. L'algorithme utilisé pour allouer les ressources a une importance fondamentale sur les performances du système. La norme LTE ajoute des contraintes supplémentaires à ce problème et rend l'exploitation de la diversité fréquentielle et de la diversité multi-utilisateurs plus difficile. En effet, sous ces contraintes, nous montrons que le problème de l'allocation de ressources fait alors partie de la classe des problèmes « difficiles ». Par conséquent, les algorithmes classiques de la littérature sont souvent inadaptés à un réseau LTE réel. Nous proposons des algorithmes d'allocation de ressources à la fois pour le sens montant et descendant de LTE. Les contraintes de la norme sont rigoureusement prises en compte afin de construire des solutions efficaces. De plus, les algorithmes proposés sont génériques et peuvent donc s'adapter à une grande variété d'objectifs. En particulier, nous nous attachons à prendre en charge les trafics multimédias dont les débits et les besoins en qualité de service sont très hétérogènes (taux d’erreurs binaires, retard, gigue, etc.). En effet, l'augmentation progressive des débits et la forte popularité des équipements mobiles intelligents amènent à une utilisation toujours plus massive des applications multimédias. Tous nos algorithmes sont validés par simulation. Par ce biais, nous montrons que la prise en compte des contraintes de LTE est essentielle à l'obtention de performances élevées.

In this thesis, we study the resource allocation problem within the framework of 4G LTE networks. The OFDMA access method divides the radio resources both in the frequency and time domains. Due to channel impairments, users do not always have the same transmit/receive rates on each resource. In this context, our problem is to share the radio resources between users and enable them to transmit/receive data. The algorithm used to allocate resources is of fundamental importance on system performance. The LTE standard adds constraints to this problem and makes harder the exploitation of the frequency and the multi-user diversity. Indeed, under these constraints, we show that the resource allocation problem becomes part of the « most difficult » problems. Therefore, the conventional algorithms are often not adapted to a real LTE network. We provide resource allocation algorithms for both the uplink and downlink of LTE. The constraints of the standard are rigorously taken into account in order to build effective solutions. In addition, the proposed algorithms are generic and can adapt to a…

Advisors/Committee Members: Fladenmuller, Anne (thesis director).

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Récemment, il y a eu une hausse massive du trafic dans les réseaux mobiles à cause de nouveaux services et applications. Les architectures actuelles des réseaux cellulaires ne sont plus capables de gérer de façon satisfaisante ce trafic. Les Réseaux de Petites Cellules (RPC), basées sur un déploiement dense de stations de bases portables, autoorganisantes et efficaces en termes d’énergie apparait comme une solution prometteuse à ce problème. Les RPC augmentent la capacité du réseau, réduisent sa consommation énergétique et améliorent sa couverture. Par contre, elles posent des défis importants en termes de design optimal. Dans cette thèse, des aspects liés au design cellulaire et à l’allocation de ressources dans les RPC sont traités. La thèse se compose de deux parties. Dans la première partie, le design cellulaire est étudié : une population statique d’utilisateurs est considérée, et la taille optimale de cellule maximisant le débit spatial est donnée en fonction du modèle de récepteur, des conditions radio et des partitions indoor/outdoor. En considérant des utilisateurs mobiles, la taille de cellule optimale est étudiée afin de minimiser le temps de service, et minimiser le blocage et la déconnexion en cours de communication, en fonction de la vitesse des utilisateurs et du type de trafic. Le problème de placement des stations de base optimal est traité en fonction de différents critères de qualité (maximisation de débit total, équité proportionnelle, minimisation de délai, équité max-min) pour différentes distributions d’utilisateurs et partitions de cellules. Le problème de scaling de capacité dans un RPC limité par l’interférence avec pré-codage est étudié, et la quantité optimale d’antennes par utilisateurs en fonction de l’interférence inter-cellules est dérivée. Dans le cadre d’un réseau “green”, pour une charge du réseau donnée, on étudie les politiques optimales en boucle ouverte, afin de maximiser soit une fonction coût du système (contrôle centralisé) soit des fonctions de coût de chacune des stations de base (contrôle distribué). Dans la seconde partie, nous étudions l’allocation de ressources, nous introduisons les concepts de d’équité T-échelle et équité multi-échelle. Ces concepts permettent de distribuer les ressources équitablement pour les différentes classes de trafic. Ces concepts sont illustrés par des applications au partage de spectre et à l’allocation de ressources dans les femto-cellules indoor/outdoor. L’allocation de puissance pour satisfaire les demandes de trafic des utilisateurs avec un grand nombre d’interféreurs est une tâche difficile. Ce problème est abordé, et nous proposons un algorithme universel qui converge vers une configuration de puissance optimale qui satisfait les demandes des utilisateurs dans toutes les stations de base. Les performances de l’algorithme sont illustrées pour différentes configurations du système et différents niveaux de coopération entre les stations de base.

An ever increasing demand for mobile broadband applications and services is leading to a…

Advisors/Committee Members: Altman, Eitan (thesis director), Debbah, Mérouane (thesis director).

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En cas de catastrophes importantes, telles qu’un tremblement de terre ou un incendie, l’efficacité des forces de la sécurité civile nécessite une bonne coordination des différents groupes d’intervention. Suivant la nature et l’importance du sinistre, l’infrastructure des moyens de communications classique peut être détruite. Les forces d’intervention ont donc besoin de nouveaux outils de communication dits réseaux de circonstance. Ces réseaux posent de nouveaux problèmes de routage, pour maintenir la connectivité, mais aussi d’allocation de ressources, particulièrement importante dans un contexte de sécurité où les communications doivent être garanties. Dans une première partie, nous avons abordé la problématique de l’allocation de ressources dans les réseaux de circonstance utilisant le partage TDMA. Nos solutions visent une répartition équitable des canaux et prennent en compte une zone d’interférence double de celle de transmission.Evaluer de nouvelles politiques dans des réseaux déployés sur des scènes de catastrophe nécessite de nouveaux modèles de mobilité. Nous avons donc également développé un nouveau modèle de mobilité spécifique au déplacement des équipes de la sécurité civile.

When a major disaster occurs, such as an earthquake or fire, the efficiency of the rescue workers depends of the coordination between the different emergency teams. This coordination needs reliable communication equipments. In such a situation, however, the infrastructure for wireless communication is generally destroyed or unusable. It is therefore necessary to find adapted communication tools for the rescue workers known as opportunistic networks. These networks pose new challenging problems such as, for instance, resource allocation which is particularly important for the QoS satisfaction. In the first part of our thesis, we addressed the problem of resource allocation in ad hoc networks using the TDMA access mechanism. Our solutions aim to perform a fair distribution of channels and take into account an interference area twice as large as the transmission range. Evaluation of new policies for opportunistic networks deployed in disaster areas requires new mobility models. We developed a novel mobility model dedicated to the movement of rescue workers. Our model includes the group mobility and some characteristics of human mobility. It also incorporates a mechanism to circumvent obstacles presents in the simulation area.

Advisors/Committee Members: Vèque, Véronique (thesis director), Busson, Anthony Claude (thesis director), Tomasik, Joanna (thesis director).

▼ Cette thèse examine la façon dont les choix stratégique des firmes multi-établissements affectent la performance de leurs filiales et contribuent aux débats récurrents liés à la pertinence et l’importance de la stratégie d’entreprise. Dans le premier chapitre, nous nous intéressons à savoir le poids relatif des décisions stratégiques des sièges sociaux sur la performance de leurs établissements. Nous montrons l’incapacité des méthodes traditionnelles à rendre compte efficacement des effets entreprises. Nous soutenons en effet que les études précédentes sous-estiment systématiquement les effets entreprises car elles ne tiennent pas compte de l’hétérogénéité de l’impact des décisions des sièges sociaux sur leurs filiales. Une filiale peut recevoir une part très différente des ressources de l’entreprise. Par conséquent, le fait d’étudier toutes les filiales comme s’il s’agissait d’un seul groupe sous-estime systématiquement les effets entrepris. Nous soutenons plutôt qu’il est important de tenir compte de la variance induite par l’entreprise sur la performance des filiales. Nous appelons cette variance induite « effet entreprise variant », et montrons qu’elle est tout aussi importante que la valeur des effets entreprise standards, à savoir « les effets entreprise invariants ». Dans le deuxième chapitre nous nous sommes intéressés au débat relatif à l’efficacité des marchés de capitaux internes, comme une des sources essentielles d’hétérogénéité de la performance des filiales. La question centrale du débat consiste à discuter les modalités d’allocation optimale du capital. Les études empiriques mettent en évidence des montants d’allocation très au-dessus des niveaux optimaux dans des filiales qui ont des niveaux de croissance apparemment relativement faibles. Tenant compte à la fois du degré d’incertitude auquel une firme est confrontée lorsqu’elle décide d’allouer son capital et du niveau d’interdépendance de ses filiales, nous distinguons « les déviations inefficaces » des « déviations non nécessairement inefficaces ». Nous expliquons que les déviations par rapport à la logique de sélection des gagnants dans les décisions d’allocation de capital peuvent simplement refléter des intentions stratégiques différentes plutôt que des inefficacités d’allocation. De plus, nous soulignons le rôle de l’ampleur de l’expérience antérieure des dirigeants dans le domaine des filiales, en tant que source de compétences en allocation de capital des firmes, dans l’atténuation des déviations inefficaces et l’augmentation de la valeur de la corporation grâce à de meilleures pratiques d’allocation du capital. Le troisième chapitre incorpore les ressources financières à la théorie de redéploiement des ressources. La théorie standard a exclu les ressources financières qui, par définition, peut être allouée et ré-allouées à tout type d’investissement sans contrainte. Nous soutenons toutefois que, lors de l’affectation vers l’une de ses filiales de ressources financières à des investissements imparfaitement fongibles ou divisibles, telles que… Advisors/Committee Members: Musso, Patrick (thesis director), Dibiaggio, Ludovic (thesis director).

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Les demandes de haut débit, faible latence et grande fiabilité augmentent dans les nouvelles générations de systèmes de radiocommunications. Par conséquent, on propose de combiner la transmission non orthogonale avec les retransmissions HARQ afin de combattre les fluctuations de canal de transmission à haut débit. Dans la première partie de la thèse, on propose des protocoles de retransmissions HARQ avec l'aide d'un relai afin d'améliorer le débit et la fiabilité du système. Une version renforcée du protocole HARQ qui prend en compte le délai de retour est proposée dans la seconde partie de la thèse.

HARQ has become an important research field in the wireless digital communications area during the last years. In this thesis, we improve the HARQ mechanisms in terms of throughput and/or latency which are the bottleneck of next generation wireless communication systems. More precisely, we improve the time-slotted HARQ systems by mimicking NOMA, which means using superposed packets in a single-user context. In the first part of the thesis, we propose HARQ protocols using the help of a relay to improve the transmission rate and reliability. An enhanced HARQ protocol adapted to delayed feedback is proposed in the second part. In this new multi-layer HARQ protocol, additional redundant packets are sent preemptively before receiving the acknowledgement, and in superposition to other HARQ processes.

Advisors/Committee Members: Ciblat, Philippe (thesis director), Duhamel, Pierre (thesis director).

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Cette thèse traite le problème de l’allocation des ressources physiques dans les réseaux ad hoc mobiles en contexte multi-utilisateurs. Nous considérons qu’un noeud du réseau, appelé gestionnaire des ressources (GR) a pour tâche d’effectuer cette allocation de ressources, et que pour ce faire, les autres noeuds lui communiquent des informations relatives aux canaux de propagations de leurs liens de communications. Ce modèle de réseaux induit un délai entre le moment où les noeuds envoient leurs informations au GR et le moment où le GR leur envoie leur allocation de ressource, ce qui rend impossible l’utilisation d’informations de canal instantanées pour effectuer l’allocation. Ainsi, nous considérons que le GR ne dispose que d’informations statistiques relatives aux canaux des différents liens de communications. De plus, nous supposons que chaque lien utilise le mécanisme de l’ARQ Hybride (HARQ). Dans ce contexte, la thèse comporte deux objectifs principaux: i) Proposer des procédures d’estimation de la statistique du canal de propagation, et plus particulièrement du facteur K du canal de Rice avec et sans effet de masquage. ii) Proposer et étudier des algorithmes d’allocation de ressources basés sur les statistiques du canal et prenant en compte l’utilisation de l’HARQ ainsi que de schéma de modulation et de codage pratique. En particulier, on cherche à maximiser des grandeurs relatives à l’efficacité énergétique du système. Les ressources à allouer à chaque lien sont une énergie de transmission et une proportion de la bande de fréquence.

This thesis addresses the Resource Allocation (RA) problem in multiuser mobile ad hoc networks. We assume that there is a node in the network, called the resource manager (RM), whose task is to allocate the resource and thus the other nodes send him there channel state information (CSI). This network model induces a delay between the time the nodes send the RM their CSI and the time the RM sends them their RA, which renders impossible the use of instantaneous CSI. Thus, we assume that only statistical CSI is available to perform the RA. Moreover, we assume that an Hybrid ARQ (HARQ) mechanism is used on all the links. In this context, the objective of the thesis is twofold: i) Propose procedures to estimate the statistical CSI, and more precisely to estimate the Rician K factor with and without shadowing. ii) Propose and analyse new RA algorithms using statistical CSI and taking into account the use of HARQ and practical modulation and coding schemes. We aim to maximize energy efficiency related metrics. The resource to allocate are per-link transmit energy and bandwidth proportion.

Advisors/Committee Members: Ciblat, Philippe (thesis director), Le Martret, Christophe (thesis director).

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Le Cloud Radio Access Network (C-RAN) est une future direction dans les réseaux de communications sans fils pour déployer des systèmes cellulaires 4G et renforcer la migration des opérateurs vers la nouvelle génération 5G. En comparaison avec l'architecture traditionnelle des stations de base distribuées, l'architecture C-RAN apporte un lot d'avantages à l'opérateur: meilleure utilisation des ressources radio, flexibilité du réseau, minimisation de la puissance consommée et amenuisement des coûts de déploiement. Dans cette thèse, nous adressons le problème d'allocation dynamique des ressources et minimisation de la puissance des communications à liaison descendante dans le C-RAN. Notre recherche vise à allouer les ressources radio à des flux dynamiques d'utilisateurs, tout en trouvant les meilleures combinaisons entre points d'accès et unités de calculs, pour satisfaire la demande de trafic. Il s'agit en outre, d'un problème d'optimisation non linéaire et NP-difficile, comprenant plusieurs contraintes relatives aux demandes de ressources des utilisateurs, gestion d'interférences, capacités fixes des unités de calcul dans le Cloud et des liaisons de transport ainsi que la limitation de la puissance transmise maximale. Afin de surmonter la complexité inhérente à cette problématique du C-RAN, nous présentons différentes approches pour l'allocation dynamique des ressources en trois principales contributions. Les résultats de nos simulations prouvent l'efficacité de nos méthodes, comparé à celles existantes dans la littérature, en termes de taux de débit de satisfaction, nombre d'antennes actives, puissance consommée dans le Cloud, résilience et coût opérationnel du C-RAN.

Cloud Radio Access Network (C-RAN) is a future direction in wireless communications for deploying cellular radio access subsystems in current 4G and next-generation 5G networks. In the C-RAN architecture, BaseBand Units (BBUs) are located in a pool of virtual base stations, which are connected via a high-bandwidth low latency fronthaul network to Radio Remote Heads (RRHs). In comparison to standalone clusters of distributed radio base stations, C-RAN architecture provides significant benefits in terms of centralized resource pooling, network flexibility and cost savings. In this thesis, we address the problem of dynamic resource allocation and power minimization in downlink communications for C-RAN. Our research aims to allocate baseband resources to dynamic flows of mobile users, while properly assigning RRHs to BBUs to accommodate the traffic and network demands. This is a non-linear NP-hard optimization problem, which encompasses many constraints such as mobile users' resources demands, interference management, BBU pool and fronthaul links capacities, as well as maximum transmission power limitation. To overcome the high complexity involved in this problem, we present several approaches for resource allocation strategies and tackle this issue in three stages. Obtained results prove the efficiency of our proposed strategies in terms of throughput…

Advisors/Committee Members: Langar, Rami (thesis director), Ait Saadi, Nadjib (thesis director).

▼ La juste valeur maintient un lien théorique fort avec l'allocation des ressources étant donné qu'elle permet une vision financière plus collée à la réalité économique que le coût historique notamment pour les instruments financiers. La transparence envers la réalité économique est la déclinaison comptable de la condition d'information parfaite formulée par Pareto dans une allocation des ressources qui serait alors pareto-optimale. L'allocation optimale des ressources étant le but ultime de tout système économique, notre travail de recherche examine le lien entre juste valeur et allocation efficace des ressources. Notre travail teste l'effet de la juste valeur sur l'allocation des ressources en deux points. En tenant compte des variations de valeur des instruments financiers, interdites dans l'ancien modèle comptable au coût historique, la juste valeur peut inciter les dirigeants à substituer une partie de l'investissement productif par des placements financiers. Le danger sur une allocation efficace des ressources dans les sociétés non financières est alors le redéploiement des actifs de la société suivant une stratégie financière et non dans une logique industrielle. Nous nous questionnons alors sur le rôle de la juste valeur dans la financiarisation des entreprises. De plus, nous tentons de comprendre dans quelle mesure la violation du principe de prudence qui dérive de l'application de la juste valeur influence l'efficience de l'investissement. L'application de la juste valeur amène une constatation symétrique des plus et moins-values latentes. La réalisation de ces valeurs est toutefois subordonnée aux mouvements du marché. Les investisseurs et autres parties prenantes peuvent considérer ces valeurs avec précaution parce qu'elles risquent de n'être que de simples estimations qui optimisent l'image financière de l'entreprise. La réaction des investisseurs qui ont dévalué les titres, suite à la suppression des bénéfices issus d'une constatation audacieuse des revenus en application du SAB 101, témoigne de cette aversion contre l'incertitude. Nous mettons alors l'accent sur le comportement d'investissement en fonction de l'aversion au relâchement de la prudence dans la mesure du résultat. Cette question est d'importance majeure vu que les investisseurs perdent leur confiance dans les marchés financiers lorsqu'ils s'aperçoivent que ces perspectives de gains ou pertes ne sont pas réelles (Enron, Lehman Brothers). Sur un échantillon de firmes canadiennes appartenant à l'indice TSX Composite pour la période entre 2007 et 2011, nos résultats indiquent d'une part que la rentabilité financière des instruments financiers n'intervient pas dans la stratégie d'investissement financier des entreprises et d'autre part ils confirment l'effet modérateur de l'audace sur la relation entre l'information comptable en juste valeur et l'efficience d'investissement. Ce résultat demeure même après avoir contrôlé pour différentes estimations de l'efficience d'investissement. Notre travail contribue, d'une part, à éclairer le débat sur la…

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La plupart des infrastructures de cloud efficace en énergie proposées dans la littérature ne tiennent pas compte de la disponibilité électrique et des énergies renouvelables dans leurs modèles. L’intégration des énergies renouvelables dans les centres de données réduit considérablement leur consommation d’énergie et leur empreinte carbone. Étant donné que l’énergie renouvelable est intermittente et fluctue en fonction du temps, elle est habituellement sous-utilisée. Nous abordons le problème de l’amélioration de l’utilisation des énergies renouvelables dans un centre de données unique et étudions deux approches : la planification opportuniste et le stockage de l’énergie. Nos résultats démontrent que les deux approches permettent de réduire la consommation d’énergie non-renouvelable sous différentes configurations. Nous étendons ce travail au contexte des Edge Clouds et de l’Internet des Objets dans le cas de l’analyse de flux de données. Nous montrons comment rendre les Edge Clouds plus verts avec une production d’énergie renouvelable sur site combinée à un stockage d’énergie et à une dégradation de performance des applications des utilisateurs.

Most of the energy-efficient Cloud frameworks proposed in literature do not consider electricity availability and renewable energy in their models. Integrating renewable energy into data centers significantly reduces the traditional energy consumption and carbon footprint of these energy-hungry infrastructures. As renewable energy is intermittent and fluctuates with time-varying, it is usually under-utilized. We address the problem of improving the utilization of renewable energy for a single data center and investigate two approaches: opportunistic scheduling and energy storage. Our results demonstrate that both approaches are able to reduce the brown energy consumption under different configurations. We extend this work to the context of Edge Clouds and Internet of Things on the use case of data stream analysis. We show how to make Edge Clouds greener with on-site renewable energy production combined with energy storage and performance degradation of the users’ applications.

Advisors/Committee Members: Menaud, Jean-Marc (thesis director), Orgerie, Anne-Cécile (thesis director).

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Les télécommunications par satellite ont connu ces dernières années un regain d'intérêt important, du fait de leur capacité à permettre la réduction de la fracture numérique. En effet, un satellite en orbite géostationnaire peut s'appuyer sur une très grande couverture et une capacité importante pour atteindre des zones où le déploiement des réseaux terrestres n'est pas envisageable, comme les transports (bateau, avion), ou bien les zones blanches, où il serait difficilement rentable. Traditionnellement concentrés sur la diffusion de télévision numérique, les dernières générations de standards reflètent cet engouement en faisant une place de choix à la transmission de données bidirectionnelle, notamment en permettant une prise en charge simple des protocoles de l'Internet. Le problème de l'ordonnancement dans ces systèmes devient alors particulièrement important, puisqu'il doit prendre en compte deux processus évoluant de manière totalement décorrélée. D'un côté, l'évolution de la demande des utilisateurs, dépendante des applications (vidéo, voix, données). De l'autre, l'évolution de la capacité du système, celle-ci étant tributaire des conditions de transmission : les fréquences utilisées dans ces systèmes sont particulièrement sensibles à l'atténuation due à l'eau dans l'atmosphère. Cette thèse s'intéresse au problème de l'ordonnancement et de l'allocation de ressources, dans le but de fournir un service comparable aux réseaux terrestres en termes de services, en présentant les meilleures performances possibles. Si un certain nombre de propositions ont été faites sur le sujet, aucune ne prend en compte l'ensemble des contraintes d'un tel système. Outre le caractère variable de la capacité, la variabilité de la demande, conjuguée avec les contraintes de qualité de service constitue une difficulté supplémentaire. Enfin, il nous faut considérer la faisabilité de notre solution dans un contexte temps réel, nécessaire dans l'optique d'une implantation dans un système réel. Nous avons ainsi développé une architecture d'ordonnanceur pour la voie Aller, reposant sur des fonctions d'utilité, permettant ainsi une formulation simple du compromis entre demande et capacité. Nous montrons comment cet algorithme pourrait être utilisable dans un système complet, à travers une implantation détaillée, de faible complexité, ainsi que des simulations de cas réels. Nous portons ensuite notre attention sur la voie Retour, où nous proposons une méthode d'allocation de ressources prenant en compte de manière conjointe la qualité de service et la qualité du support pour délivrer une allocation à la fois conforme et performante. Les simulations montrent que notre algorithme obtient une efficacité et une meilleure gestion du trafic que des solutions de référence présentées dans la littérature.

Satellite telecommunications have seen a tremendous increase in interest, due to its ability to reduce the digital divide. In fact, a geostationary satellite can take advantage of its very wide coverage and high capacity to reach areas where…

Advisors/Committee Members: Beylot, André-Luc (thesis director).

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Le changement climatique exerce une pression croissante sur les forêts du monde entier, et ses impacts potentiels sur la fécondité des arbres sont encore mal compris. De nombreuses espèces d’arbres forestiers se reproduisent suivant des patrons de fructification intermittente et synchronisée entre les individus, dits de masting, dont les déterminants complexes doivent être identifiés pour comprendre l’effet du climat sur la fécondité des arbres forestiers. Cette thèse a comme objectif général d’approfondir notre connaissance des déterminants environnementaux de la fécondité des arbres forestiers et de leurs interactions, en se focalisant sur le chêne vert, une espèce très répandue en milieu méditerranéen. Elle a aussi pour objectif de déterminer comment la fécondité du chêne vert pourrait être affectée par le changement climatique, et de développer un modèle basé sur les processus capable de prédire cet impact. Ce travail de thèse a donc combiné des analyses de suivis à long terme dans une forêt de chêne vert soumise à une manipulation des précipitations, des expérimentations de manipulation des relations sources-puits pour l’allocation des ressources à la reproduction à l’échelle individuelle, et de la modélisation. J’ai montré que la reproduction était fortement régulée par les conditions météorologiques durant le cycle reproducteur, et en particulier par la disponibilité en eau en été-automne, et dans une moindre mesure par la disponibilité en carbone et nutriments ainsi que par la compétition entre fruits et nouveaux bourgeons. Mes résultats expérimentaux montrent que l’allocation de ressources à la reproduction peut être modifiée en cas de limitation des ressources par une défoliation ; et que les fruits en développement ont un impact négatif sur les dynamiques des réserves en azote et en zinc dans les branches ainsi que sur la production des fleurs femelles l’année suivante. Les observations en forêt indiquent qu’une réduction continue des précipitations sur plusieurs années induit une diminution du nombre de fruits produits, indépendamment des effets de la variabilité interannuelle et sans que les arbres semblent être capables de s’y acclimater. Enfin, j’ai développé, au sein du modèle de fonctionnement de l’arbre PHENOFIT, un modèle de fécondité se basant sur les hypothèses et résultats issus de mes travaux et de la littérature.

Climate change is placing increasing pressure on forests around the world, and its potential impacts on the reproductive capacity of individuals are yet poorly understood. Many forest tree species reproduce following so-called masting patterns, in which seed production is intermittent and synchronized among individuals, whose drivers need to be identified in order to better understand the impact of climate on the fecundity of forest trees. The general objective of this thesis is to deepen our knowledge of the environmental drivers of the fecundity of forest trees and their interactions, by focusing on the holm oak, a widespread species in the Mediterranean basin. It also aimed to…

Advisors/Committee Members: Chuine, Isabelle (thesis director).

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Cette thèse porte sur le problème d'allocation de ressource décentralisée, sans argent, où les agents n'ont qu'une connaissance partielle sur le système. L'approche de la thèse sera d'utiliser des échanges locaux, plus exactement des swaps, c'est-à-dire des échanges bilatéraux où chaque agent donne une ressource en échange d'un autre. Le travail se divise en deux parties. La première se concentre sur les problèmes de house market, avec une approche très simple et les agents travaillent sans les connaissances. Le but sera de montrer qu'elle a quand même une performance honorable. Je mettrais en valeur notamment que l'algorithme s'en sort bien par rapport à ceux de la littérature. Et je montrerais même que dans le domaine unimodal, l'algorithme est Pareto-optimal. La deuxième se présente dans une situation plus générale, et où le mécanisme présenté est divisée en 3 parties : protocole de contact, protocole de négociation, et conditions d'arrêt. chaque partie a plusieurs variantes. Je les décrirais et je les testerais expérimentalement.

This thesis covers distributed resources allocation setting, without money balance, where agents have limited knowledge of the system. This thesis will use local swaps, i.e. bilateral deals, where one resource is exchanged for another. This work is divided in two parts. The first part focus the house market, with a very simple mechanism and agents don't use knowledge. The aim will to show that it has however good performances. For this, I will compare the algorithm with those of literature. I will also prove that in the single-peaked domains, this mechanism is Pareto-optimal. The second part examines a general framework. The mechanism contains three sub-protocols : contact protocol, negotiation protocols, and stop conditions. Each protocol will be described and experimented.

Advisors/Committee Members: Maudet, Nicolas (thesis director).

▼ Les réseaux mobiles de la cinquième génération (5G) sont conçus pour introduire de nouveaux services nécessitant des débits de données extrêmement hauts et une faible latence. 5G sera un changement de paradigme qui comprend des réseaux hétérogènes densifiés, des réseaux d'accès radio virtualisés, des fréquences porteuses à ondes millimétrées et des densités de périphériques très élevées. Cependant, contrairement aux générations précédentes, 5G sera un réseau holistique, intégrant n'importe quelle nouvelle technologie radio avec les technologies LTE et WiFi existant. Dans ce contexte, on se concentre sur de nouvelles stratégies d'allocation de ressources capables de bénéficier du multihoming dans le cas d'accès double au réseau. On modélise ces algorithmes au niveau du flux et analyse leurs performances en termes de débit, de stabilité du système et d'équité entre différentes catégories d'utilisateurs. On se concentre tout d'abord sur le multihoming dans les réseaux hétérogènes LTE/WiFi. On considère les allocations centrées sur le réseau où un planificateur central effectue des allocations d'équité proportionnelle (PF) locale et globale pour différentes classes d'utilisateurs, utilisateurs individuels (single-homed) et multi-domiciliés (multihomed). Par rapport à un modèle de référence sans multihoming, on montre que les deux stratégies améliorent la performance et la stabilité du système, au détriment d'une plus grande complexité pour la stratégie PF globale. On étudie également les stratégies d'allocation centrées sur l'utilisateur, dans lesquelles les utilisateurs multihomed décident la partition de la demande d'un fichier en utilisant soit la maximisation du débit crête, soit la stratégie assistée par réseau. On montre que cette dernière stratégie maximise le débit moyen dans l'ensemble du réseau. On montre également que les stratégies centrées sur le réseau permettent d'obtenir des débits de données plus élevés que ceux centrés sur l'utilisateur. Ensuite, on se concentre sur les réseaux d'accès radio virtuels (V-RAN) et en particulier sur l'allocation de multi-ressources. On étudie la faisabilité de la virtualisation sans diminuer ni la performance des utilisateurs, ni la stabilité du système. On considère un réseau hétérogène 5G composé de cellules LTE et mm-wave afin d'étudier comment les réseaux hauts fréquence peuvent augmenter la capacité du système. On montre que la virtualisation du réseau est réalisable sans perte de performance lors de l'utilisation de la stratégie « dominant resource fairness » (DRF). On propose une stratégie d'allocation en deux phases (TPA) qui montre un indice d'équité plus élevé que DRF et une stabilité du système plus élevée que PF. On montre également des gains importants apportés par l'adoption des fréquences mm-wave au lieu de WiFi. Finalement, on considère l'efficacité énergétique et compare les stratégies DRF et TPA avec une stratégie éconergétique basée sur l'algorithme de Dinklebach. Les résultats montrent que la stratégie éconergétique dépasse légèrement DRF et TPA à… Advisors/Committee Members: Chahed, Tijani (thesis director), El Fawal, Ziad (thesis director).

▼ L'émergence des progiciels de gestion intégrée (PGI) a permis d'optimiser les processus d'affaires et la gestion de l'information des organisations à compter des années 90. Les organisations font maintenant face à de nouveaux défis, soit la nécessité de gérer les activités de la phase post-implantation de leurs systèmes intégrés dans le but de maximiser la rentabilité de leur investissement. La gestion de l'évolution des progiciels de gestion intégrée est liée à l'approche de la gestion de portefeuille de projet qui permet d'analyser, sélectionner et prioriser les projets à réaliser d'une organisation. Cette recherche a donc pour objectif de comprendre comment les organisations identifient et gèrent les projets d'évolution des PGI dans leur processus de gestion de portefeuille. Une approche qualitative basée sur des entrevues réalisées au sein de deux organisations en phase post-implantation de leur PGI a été utilisée. Les données processuelles recueillies ont permis d'identifier un processus commun de gestion de l'évolution du PGI en 5 étapes : la génération d'idées, l'analyse individuelle, l'ordonnancement, la planification et les suivis et les contrôles. Ce modèle pratique compte deux processus principaux : le processus de gestion des demandes de changement et le processus de gestion des projets de technologies de l'information (TI). Ainsi, en raison de l'effort et de l'investissement requis, les organisations distinguent les activités courantes liées au budget opérationnel TI, des activités uniques liées à un budget distinct capitalisable. La structure de gouvernance de chacun de ces processus est adaptée à cette réalité et les projets TI à grande envergure sont inclus dans le processus organisationnel de gestion des projets d'envergure. Finalement, l'analyse des résultats a permis d'identifier des inefficacités au niveau de l'allocation des ressources, en raison de la duplication ou l'omission de l'activité d'analyse de la capacité en ressources TI entre les différents processus en raison de leur cycle d'optimisation différents. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Processus de gestion de portefeuille de projet, gestion de projet TI, allocation des ressources, gestion des dépenses en capital

▼ L'émergence des progiciels de gestion intégrée (PGI) a permis d'optimiser les processus d'affaires et la gestion de l'information des organisations à compter des années 90. Les organisations font maintenant face à de nouveaux défis, soit la nécessité de gérer les activités de la phase post-implantation de leurs systèmes intégrés dans le but de maximiser la rentabilité de leur investissement. La gestion de l'évolution des progiciels de gestion intégrée est liée à l'approche de la gestion de portefeuille de projet qui permet d'analyser, sélectionner et prioriser les projets à réaliser d'une organisation. Cette recherche a donc pour objectif de comprendre comment les organisations identifient et gèrent les projets d'évolution des PGI dans leur processus de gestion de portefeuille. Une approche qualitative basée sur des entrevues réalisées au sein de deux organisations en phase post-implantation de leur PGI a été utilisée. Les données processuelles recueillies ont permis d'identifier un processus commun de gestion de l'évolution du PGI en 5 étapes : la génération d'idées, l'analyse individuelle, l'ordonnancement, la planification et les suivis et les contrôles. Ce modèle pratique compte deux processus principaux : le processus de gestion des demandes de changement et le processus de gestion des projets de technologies de l'information (TI). Ainsi, en raison de l'effort et de l'investissement requis, les organisations distinguent les activités courantes liées au budget opérationnel TI, des activités uniques liées à un budget distinct capitalisable. La structure de gouvernance de chacun de ces processus est adaptée à cette réalité et les projets TI à grande envergure sont inclus dans le processus organisationnel de gestion des projets d'envergure. Finalement, l'analyse des résultats a permis d'identifier des inefficacités au niveau de l'allocation des ressources, en raison de la duplication ou l'omission de l'activité d'analyse de la capacité en ressources TI entre les différents processus en raison de leur cycle d'optimisation différents. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Processus de gestion de portefeuille de projet, gestion de projet TI, allocation des ressources, gestion des dépenses en capital

▼ Les réseaux de transport optiques constituent aujourd'hui l'infrastructure de base des systèmes de communications modernes. Etant donné les investissements colossaux nécessaires au déploiement de ces réseaux, liés en particulier aux coûts des équipements (fibres optiques, cartes, transpondeurs,...), l'optimisation du routage et de l'allocation de ressources est indispensable pour maitriser les coûts d'exploitation. Dans ce contexte, ces travaux de thèse étudient un ensemble de problèmes d'allocation de ressources qui se posent lors de la planification des réseaux SDH (Synchronous Digital Hierarchy) et WDM (Wavelength Division Multiplexing), mais aussi lors de celle des réseaux multicouches basés sur une couche de transport optique. Dans un premier temps, nous étudions le problème du routage des circuits dans les réseaux SDH avec pour objectif principal de minimiser la fragmentation de la bande passante. Nous formulons ce problème comme un programme linéaire en nombres entiers intégrant un ensemble de contraintes réalistes de routage, de transmission et de brassage et utilisant des coûts de ressources granulaires. Un algorithme exact et deux heuristiques sont proposés pour résoudre ce problème. Nous abordons également le problème du reroutage des circuits SDH qui se pose aux opérateurs lorsqu'il devient indispensable de réduire la fragmentation de la bande passante. Nous montrons sur des instances réelles des problèmes étudiés que les méthodes proposées permettent des gains économiques considérables. Dans un deuxième temps, nous étudions deux problèmes de planification pour l'optimisation des réseaux WDM. Le premier problème est celui du design de la topologie logique, c'est à dire celui de la définition des circuits (chemins) optiques permettant de router un ensemble de demandes en trafic avec un coût de transpondeurs minimal. Le second problème est celui du routage et de l'affectation de longueurs d'onde: comment router les circuits optiques définis précédemment pour minimiser le nombre de longueurs d'onde utilisées tout en respectant un ensemble de contraintes technologiques? Nous formulons ces deux problèmes comme des programmes linéaires en nombres entiers et proposons des heuristiques efficaces, de type approximation successive pour le premier problème et utilisant une approche par décomposition pour le second problème. Là encore, les résultats expérimentaux montrent que les méthodes proposées permettent d'obtenir des approximations de qualité pour des instances de très grandes tailles. Enfin, nous abordons l'allocation de ressources dans les réseaux multicouches de nouvelle génération IP/MPLS sur OTN (Optical Transport Network) sur DWDM (Dense WDM). Dans ce cas, la question à laquelle la majorité des opérateurs cherchent une réponse est celle du routage des demandes en trafic de niveau 3 permettant d'optimiser l'allocation des ressources non seulement dans la couche IP/MPLS mais aussi dans les couches sous-jacentes OTN et DWDM. Pour répondre à cette question, nous proposons un nouveau modèle d'optimisation… Advisors/Committee Members: Garcia, Jean-Marie (thesis director), Brun, Olivier (thesis director).

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Les terminaux à conteneurs utilisent les nouvelles technologies (EDI, RFID et GPS) pour échanger des données avec leurs partenaires, pour localiser les conteneurs et leurs équipements dans le terminal, et pour automatiser des tâches. Dans cette thèse, nous montrons comment ces informations peuvent être utilisées dans la gestion des opérations.La première partie utilise les informations sur les volumes annoncés pour affecter des ressources internes dans le but de minimiser le retard global au terminal. Nous représentons cette problématique à l'aide d'un problème de flot que nous implémentons comme programme linéaire mixte. Une étude de cas est réalisée pour un terminal du Grand Port Maritime de Marseille. En outre, nous combinons le problème d'affectation de ressources avec le dimensionnement d'un système de rendez-vous. Ceci permet de minimiser le retard global.La deuxième partie utilise les informations sur les conteneurs à retirer et leurs emplacements pour optimiser le déstockage. Le but est de retirer tous les conteneurs d'une rangée en minimisant le nombre de repositionnements parasites. Nous améliorons un modèle binaire, proposons une approche exacte de type branch and price - avec un sous-problème binaire et deux variantes d'un sous-problème énumératif - et en dérivons une approche heuristique - avec un sous-problème heuristique. L'approche exacte ne résout que les petites instances ; l'approche heuristique obtient des résultats satisfaisants mais devra être améliorée. Nous nous intéressons aussi à la version dynamique du problème où les informations sur les conteneurs à retirer arrivent petit à petit et comparons différentes stratégies de repositionnement.

Container terminals use intelligent freight technologies (e.g., EDI, RFID and GPS) to exchange data with their partners, to locate containers and equipment within the terminal, and to automate tasks. This thesis illustrated, via two examples, how this data may be used to optimize operations at the terminal.The first part uses information on announced volumes to allocate internal handling equipment. The objective is to minimize overall delays at the terminal. The problem is represented as a network flow problem and implemented as a linear mixed integer programming model. A case study for a terminal at the Grand Port Maritime de Marseille is carried out. We also showed that combining the allocation problem with the dimensioning of a truck appointment system may reduce overall delays at the terminal. The second part uses information on announced container retrievals and container positions to improve retrieval operations. The objective is to retrieve containers from a bay in a given sequence with a minimum number of parasite relocations. We improve an existing binary programming model and introduce an exact branch and price approach - with a binary subproblem and two variants of an enumerative subproblem - and a heuristic branch and price approach - with a heuristic subproblem. The exact approach solves only small instances; the heuristic approach performs…

Advisors/Committee Members: Feillet, Dominique (thesis director).

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Avec le développement rapide de l'Internet des objets et de l'économie mondiale basée sur Internet, les relations entre les différents concepteurs du monde entier sont de plus en plus importantes et sont façonnées par de nombreux nouveaux défis, telles que la multiplication des données et des informations, la personnalisation de masse, la collaboration mondiale, la pénurie de ressources, une technologie dynamique, etc. La réussite du processus de conception dépend de l'efficacité de la communication entre les acteurs du processus de conception. Cela conduit à une allocation de plus en plus complexe des ressources humaines et à une gestion des risques de plus en plus difficile dans les projets de conception. De nombreuses entreprises et instituts ont mis au point leur propre méthode d’allocation des ressources humaines et de gestion des risques pour le processus de conception. Cependant, ces méthodologies prennent en compte les compétences et l'expertise du concepteur, mais ne pensent que rarement à l'interaction de groupe, à l'expérience de collaboration et à l'analyse de la personnalité du concepteur. Par conséquent, dans ce travail, nous proposons une allocation de ressources humaines prenant en compte les idées ci-dessus pour gérer efficacement le processus de conception.

With the rapid development of internet of things and the internet driven global economy, the relationship among various designers from all over the world are getting closer, and the relationships among them in the project are shaped by many new challenges such as multiplication of data and information, mass customization, global collaboration, scarcity of resources, dynamic technology, etc. The engineering design depends on the efficiency of communication between actors in the design process. This leads to an increasingly complex of the human resource allocation and a more and more difficult risk management in design project. Many companies and institutes have developed their own human resource allocation and risk management method to the design process. However, these methodologies consider about the skills and expertise of the designer, but rarely think about the group interaction, experience working together ability and the personality analysis of the designer. Therefore, in this work, we propose human resource allocation which consider about the ideas above to effectively managing the design process.

Advisors/Committee Members: Merlo, Christophe (thesis director), Girard, Philippe (thesis director).

▼ Les réseaux sans fil ont connu au cours des deux dernières décennies des avancées technologiques considérables. Les équipements qui constituent les réseaux actuels implémentent diverses applications inconcevables dans le passé. Cette nouvelle génération de réseaux ainsi que les générations futures reposent principalement sur l'utilisation de plusieurs technologies émergentes, à savoir la technologie MIMO multi-usager et la radio-cognitive. L'utilisation de ces technologies permet une amélioration de la qualité des communications sans fil. Toutefois, cette amélioration ne peut être obtenue sans la conception d'algorithmes qui permettent d'effectuer une allocation des ressources très limitées d'une manière efficace. En effet, la technologie MIMO permet au réseau de disposer d'une nouvelle ressource, à savoir la ressource spatiale (plusieurs antennes), qui doit être gérée efficacement. Tandis que la technologie radio-cognitive pousse les concepteurs des techniques d'allocation des ressources à repenser la gestion du spectre radio. Dans la présente thèse, nous proposons plusieurs algorithmes d'allocation des ressources pour les réseaux sans fil de la prochaine génération. Nous nous intéressons au début aux réseaux sans fil MIMO-CDMA qui combinent le gain de multiplexage et de diversité multi-usager des systèmes MIMO multi-usagers à la robustesse de la technique d'accès CDMA. Nous proposons un algorithme permettant d'allouer efficacement les ressources fréquentielles, temporelles ainsi que les codes et les puissances aux différents équipements du réseau. En se basant sur la théorie des graphes et la métaheuristique de la recherche tabou, l'algorithme proposé réalise un bon compromis complexité/débit. De plus, nous étudions l'impact de deux types d'imperfections sur les performances de l'allocation des ressources. Pour le même type de réseaux, nous proposons trois algorithmes basés sur une conception trans-couche qui permettent de réaliser différents degrés de qualité de service et d'équité. En second lieu, nous proposons deux algorithmes d'allocation des ressources pour les réseaux à radios cognitives. Le système étudié est un réseau sans infrastructure dans lequel plusieurs liens secondaires coexistent avec des liens primaires. Le premier algorithme utilise une approche gloutonne qui possède une complexité algorithmique très réduite. Il se base sur la théorie des graphes pour effectuer le partage du spectre et une technique très simple pour le contrôle des puissances. Le deuxième algorithme est basé sur la métaheuristique génétique et résout une variante des problèmes du sac à dos. Ce deuxième algorithme permet d'atteindre des débits quasi-optimaux avec une complexité très réduite. Finalement, nous abordons le problème d'allocation des ressources pour les réseaux à radios cognitives multi-antennes. Le système étudié dans cette dernière partie est composé d'un réseau secondaire avec infrastructure qui coexiste avec un ou plusieurs réseaux primaires. Nous proposons de nouveaux algorithmes d'allocation des ressources pour…

▼ L'effet de la biodiversité sur la croissance dans les communautés végétales est largement accepté. Cependant les mécanismes qui gouvernent cet effet sont peu connus, en particulier dans les écosystèmes forestiers. La complémentarité dans l'utilisation des ressources disponibles, qu'elles soient aériennes ou souterraines, est souvent avancée comme l'un des mécanismes hypothétiques. La lumière et la croissance racinaire étant d'une grande importance dans la dynamique forestière, leur rôle dans ces mécanismes a ici été étudié. Dans une expérience de biodiversité comprenant 12 espèces d'arbres de la forêt tempérée et ayant deux gradients indépendants de richesse spécifique et de diversité fonctionnelle, les observations de la lumière capturée et du ratio biomasse souterraine : biomasse aérienne dans les mélanges ont été comparées avec celles des monocultures. Les effets de diversité obtenus avec et sans la biomasse souterraine ont aussi été comparés. Il a été trouvé : (1) qu'il y avait plus de capture de lumière dans les mélanges que ce qui était attendu selon les monocultures; (2) que cela n'influençait pas les futurs effets sur la biomasse; (3) que l'allocation de la biomasse entre parties aérienne et souterraine ne changeait pas en réponse à la diversité; (4) et que l'importance de l'effet de complémentarité était sous-estimée lorsque la biomasse racinaire était ignorée. Ce dernier résultat provenait de la corrélation négative entre la dominance des espèces en mélange et leur ratio biomasse souterraine : biomasse aérienne. Effectivement, cela surestimait la contribution des espèces dominantes en absence de racines, c'est-à-dire l'effet de sélection. Cette corrélation serait très probable dans les expériences de diversité, même pour les herbacées, et d'une grande importance pour l'interprétation des mécanismes sous-jacents. Au-delà de cette nuance dans l'interprétation des études sur la relation entre biodiversité et fonctionnement de l'écosystème, ce travail représente un ajout significatif et unique aux évidences qui s'accumulent sur les mécanismes expliquant cette relation. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : biodiversité et fonctionnement de l'écosystème, diversité fonctionnelle, expérience de biodiversité, partitionnement des niches aériennes, effet de complémentarité et de sélection, IDENT, capture de lumière, allocation de biomasse

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Aujourd'hui, beaucoup de techniques de cloud computing et de bases de données dans le cloud sont adoptées dans l'industrie et le monde universitaire pour faire face à l'arrivée de l'ère du big data. Parallèlement, l'efficacité énergétique et les économies d'énergie deviennent une préoccupation majeure pour les centres de données, qui sont en charge de grands systèmes distribués et de bases de données dans le cloud. Toutefois, l'efficacité énergétique et l'accord de niveau de service des bases de données dans le cloud souffrent d'un problème d'allocation en ressources, de sur-allocation et de sous-allocation, c'est-à-dire qu'il y a un écart entre les ressources fournies et les ressources requises. Comme l'utilisation des bases de données dans le cloud est dynamique, les ressources du système devraient être fournies en fonction de sa charge de travail. Dans cette thèse, nous présentons nos recherches sur l'allocation de ressources efficace en énergie pour les bases de données dans le cloud, utilisant des techniques d'ajustement dynamique de la tension et de la fréquence (dynamic voltage and frequency scaling, DVFS for short) pour résoudre les problèmes d'allocation en ressources. De plus, une approche de migration est introduite pour améliorer davantage l'efficacité énergétique des systèmes de bases de données dans le cloud. Notre contribution peut se résumer comme suit : Dans un premier temps, le comportement de l'efficacité énergétique du système de base de données dans le cloud utilisant des techniques DVFS est analysé. En fonction des résultats du benchmark, deux approches de sélection des fréquences sont proposées. Ensuite, une approche de type problème borné est introduite pour la sélection de la fréquence. Avec cette approche, la consommation d'énergie et le coût de migration sont traités séparément. Un programme linéaire et un algorithme multi-phases sont proposés. Puisque l'espace de solution est très grand, les deux algorithmes sont comparés avec un petit cas, tandis que l'algorithme multi-phases est évalué avec des cas plus grands. En outre, une approche de type problème d'optimisation est introduite pour la sélection de la fréquence. Avec cette approche, la consommation d'énergie et le coût de migration sont traités comme un tout. Un algorithme génétique ainsi qu'un algorithme fondé sur la recherche arborescente Monte-Carlo sont proposés. Chacun des deux algorithmes présente des avantages et des inconvénients. Enfin, une approche de migration est introduite pour migrer les données en fonction des fréquences données et de leur disposition actuelle. Un plan de migration peut être obtenu en temps polynomial grâce à l'algorithme Constrictif MTHM proposé.

Today a lot of cloud computing and cloud database techniques are adopted both in industry and academia to face the arrival of the big data era. Meanwhile, energy efficiency and energy saving become a major concern in data centers, which are in charge of large distributed systems and cloud databases. However, energy efficiency and service-level agreement of…

Advisors/Committee Members: Pierson, Jean-Marc (thesis director).

▼ La synthèse de protéines recombinantes chez les microorganismes est d'un intérêt majeur pour la production de produits biopharmaceutiques, thérapeutiques et enzymatiques industriels. Cependant, la surproduction de protéines a un effet néfaste sur la physiologie cellulaire. Les ressources cellulaires (métabolites, énergie, machinerie moléculaire, espace cytosolique, etc.) sont en effet partagées entre les protéines de l'hôte et la protéine "gratuite". Cette surcharge non naturelle entraîne une croissance plus lente et des rendements en protéines plus faibles, un phénomène connu sous le nom de "burden". Dans mon projet de doctorat, il s'agissait (1) de déchiffrer les conséquences de la surproduction de protéines gratuites sur la physiologie cellulaire, (2) d'identifier le type de ressources limitantes, et (3) de surmonter cette limitation pour améliorer la production de protéines. Afin de déchiffrer les conséquences de la surproduction de protéines (1), nous avons analysé le taux de croissance, la production de protéines d'intérêt et le protéome de souches de Bacillus subtilis surproduisant divers niveaux de protéines rapportrices. Les protéines rapportrices ont été choisies de manière à être facilement quantifiables par fluorescence et par des tests d'activité (i.e. GFP, mKate2, LacZ, etc.). Pour obtenir les différents niveaux d'expression, nous avons construit des séquences synthétiques par assemblage de promoteurs constitutifs et inductibles et de régions d'initiation de traduction (TIR, RBS) variés. Nous avons ainsi montré que plus la quantité (et la taille) de la protéine produite était élevée, plus les taux de croissance étaient faibles et plus la taille des cellules était élevée. Par exemple, le taux de croissance a diminué de plus de 20 % lorsque la GFP était surproduite à plus de 5 % de la quantité totale de protéines solubles, selon des quantifications biochimiques et de fluorescence. Pour identifier le type de ressources limitantes (2), nous avons effectué une quantification relative des protéines sur les souches surproductrices de GFP et montré que certaines protéines non essentielles étaient moins abondantes dans ces souches. Nous avons ensuite dégradé spécifiquement les protéines rapportrices à l'aide d'un outil de biologie de synthèse précédemment mis au point pour B. subtilis, afin que les acides aminés puissent être recyclés dans le pool de ressources cellulaires. Avec une dégradation de 50-60% de GFP et mKate2, nous avons observé une restauration de 50% du taux de croissance. Ces résultats suggèrent que la quantité d'acides aminés (et par conséquent leur utilisation dans la synthèse des protéines) est le principal type de ressources limitantes. Pour améliorer la production de protéines (3), nous avons cherché à développer un système synthétique de recyclage des acides aminés basé sur le système de dégradation mentionné ci-dessus en surproduisant les protéases d'E. coli et B. subtilis (ClpXP) avec une protéine adaptatrice (SspB) d'E. coli. Cet outil pourrait permettre de dégrader spécifiquement des… Advisors/Committee Members: Jules, Matthieu (thesis director).

▼ L'effet de la biodiversité sur la croissance dans les communautés végétales est largement accepté. Cependant les mécanismes qui gouvernent cet effet sont peu connus, en particulier dans les écosystèmes forestiers. La complémentarité dans l'utilisation des ressources disponibles, qu'elles soient aériennes ou souterraines, est souvent avancée comme l'un des mécanismes hypothétiques. La lumière et la croissance racinaire étant d'une grande importance dans la dynamique forestière, leur rôle dans ces mécanismes a ici été étudié. Dans une expérience de biodiversité comprenant 12 espèces d'arbres de la forêt tempérée et ayant deux gradients indépendants de richesse spécifique et de diversité fonctionnelle, les observations de la lumière capturée et du ratio biomasse souterraine : biomasse aérienne dans les mélanges ont été comparées avec celles des monocultures. Les effets de diversité obtenus avec et sans la biomasse souterraine ont aussi été comparés. Il a été trouvé : (1) qu'il y avait plus de capture de lumière dans les mélanges que ce qui était attendu selon les monocultures; (2) que cela n'influençait pas les futurs effets sur la biomasse; (3) que l'allocation de la biomasse entre parties aérienne et souterraine ne changeait pas en réponse à la diversité; (4) et que l'importance de l'effet de complémentarité était sous-estimée lorsque la biomasse racinaire était ignorée. Ce dernier résultat provenait de la corrélation négative entre la dominance des espèces en mélange et leur ratio biomasse souterraine : biomasse aérienne. Effectivement, cela surestimait la contribution des espèces dominantes en absence de racines, c'est-à-dire l'effet de sélection. Cette corrélation serait très probable dans les expériences de diversité, même pour les herbacées, et d'une grande importance pour l'interprétation des mécanismes sous-jacents. Au-delà de cette nuance dans l'interprétation des études sur la relation entre biodiversité et fonctionnement de l'écosystème, ce travail représente un ajout significatif et unique aux évidences qui s'accumulent sur les mécanismes expliquant cette relation. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : biodiversité et fonctionnement de l'écosystème, diversité fonctionnelle, expérience de biodiversité, partitionnement des niches aériennes, effet de complémentarité et de sélection, IDENT, capture de lumière, allocation de biomasse

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Avec les préoccupations environnementales croissantes liées aux émissions de carbone et la chute rapide des prix des batteries, la part de marché des véhicules électriques (EV) augmente rapidement. Le nombre croissant de EV ainsi que les progrès sans précédent dans la capacité de la batterie et de la technologie entraîne une augmentation drastique de la demande totale d'énergie destinée aux véhicules électriques. Cette forte demande de charge rend complexe le problème de planification de la charge. Même en prenant avantage de la propriété reportable des demandes de charge et d'une planification adéquate, la demande globale pourrait dépasser le taux de charge tolérable des stations, étant donné les contraintes physiques des dispositifs de charge et des transformateurs. Le principal défi est la nécessité de concevoir des solutions en ligne puisque, dans la pratique, l'ordonnanceur ne dispose d'aucune information sur les arrivées futures d'EV. Cette thèse étudie le problème d'ordonnancement des EV en ligne et fournit trois contributions principales. Premièrement, nous démontrons que le problème classique de la programmation en ligne des tâches sensibles aux échéances avec des valeurs partielles est similaire au problème d'ordonnancement EV et étudions l'extension de la programmation des charges EV en prenant en compte de la limite de traitement des travaux. Le problème réside dans la catégorie des problèmes d'ordonnancement en ligne couplés dans le temps sans disponibilité d'informations futures. Le premier algorithme proposé est déterministe, tandis que le second est randomisé et bénéficie d'une complexité de calcul plus faible. Deuxièmement, nous formulons un problème de maximisation du bien-être social pour la planification de la charge des EV avec une contrainte de capacité de charge. Nous avons conçu des algorithmes d'ordonnancement de charge qui non seulement fonctionnent dans un scénario en ligne, mais aussi qui répondent aux deux principaux défis suivants : (i) fournir un engagement à l'arrivée ; (ii) garantir la résistance aux stratégies (de groupe). Des simulations approfondies utilisant des traces réelles démontrent l'efficacité de nos algorithmes d'ordonnancement en ligne par rapport à la solution hors-ligne optimale non-engagée. La troisième contribution concerne la planification en ligne des véhicules électriques dans un réseau de recharge adaptatif (ACN) avec des contraintes de pics locaux et globaux. Nous avons conçu un algorithme d'ordonnancement primal-dual de faible complexité qui atteint un rapport d'approximation borné. Des résultats expérimentaux détaillés basés sur des traces montrent que les performances des algorithmes en ligne proposés sont proches de l'optimum hors ligne et surpassent les solutions existantes

With the increased environmental concerns related to carbon emission, and rapid drop in battery prices (e.g., 35% drop in 2017), the market share of Electric Vehicles (EVs) is rapidly growing. The growing number of EVs along with the unprecedented advances in battery capacity and…

Advisors/Committee Members: Crespi, Noël (thesis director).