Dissertationen zum Thema „Communication hybride“

Cette thèse est centrée sur la réalisation de protocoles d'information quantique utilisant conjointement les approches à variables discrètes et à variables continues de l'information quantique optique. Nous détaillons tout d'abord les protocoles utilisés pour la génération d'états hautement non classiques tels que les photons uniques, les chats de Schrödinger optiques et enfin l'intrication hybride entre variables discrètes et continues. Nous évaluons le potentiel de cette ressource innovante en détaillant son utilisation dans un certain nombre de protocoles. Nous commençons par envisager la réalisation de tests de Bell utilisant l'intrication hybride et rapportons l'observation expérimentale d'une violation d'inégalité de Steering, pour la première fois dans un contexte hybride. Enfin, nous détaillons l'état d'avancement de l'installation d'une nouvelle expérience de téléportation quantique entre variables discrètes et variables continues. Nos résultats prouvent l'intérêt de suivre une approche hybride et ouvrent la possibilité de réaliser des réseaux d'information quantique hybrides liant des systèmes de différentes natures
There are two traditionally-separated approaches to optical quantum information: the continuous- and discrete-variable strategies respectively linked to the wave-like and particle-like nature of light. This thesis work is focused on the novel hybrid approach aiming to join the capabilities of both strategies into single systems. Using hybrid methods, we report on the use of optical parametric oscillators and superconducting-nanowire single-photon detectors to generate highly non-classical non-Gaussian states such as high-purity single-photons, Schr\"odinger cat states and finally hybrid entanglement of light between continuous- and discrete-variable encoding. The potential of this resource is studied in a number of protocols. We first consider non-locality tests with hybrid entanglement such as Bell inequality violation and experimentally demonstrate the violation of Einstein-Podolsky-Rosen steering inequalities. We finally report on the progress made towards the implementation of a new setup for the demonstration of hybrid quantum teleportation between continuous and discrete-variable encodings. Our demonstrations prove the versatility of this hybrid resource and open the possibility of implementing scalable quantum networks linking systems of dissimilar nature

Les avancées des dernières décennies dans le domaine de l'électronique ont permis l'intégration plus facile des dispositifs de commande à base de convertisseur sur un plus grand nombre d'applications. L'utilisation de ces dispositifs de commande offre des avantages importants au niveau du dimensionnement et de l'efficacité énergétique, mais, en contrepartie, leur modèle dynamique présente une complexité accrue en particulier à cause des dynamiques hétérogènes des différents composants. Ainsi, en général, on retrouve une dynamique très rapide liée au changement de fonctionnement des composants et une dynamique du reste du système plus lente par rapport à la première.
Les travaux de cette thèse abordent les problèmes de la modélisation hybride de ce type de systèmes. Un des points importants des travaux effectués est la mise en place d'en ensemble d'outils et de méthodes permettant d'obtenir un modèle automate hybride équivalent d'un système physique avec des interrupteurs. Dans l'approche proposée l'automate hybride est obtenu par la composition des équations du système issues de l'approche bond-graph commuté et des contraintes introduites par les interrupteurs.
La méthodologie proposée est ensuite utilisée pour définir un modèle de simulation sous Simulink.
Le problème de la commande est abordé dans le cadre particulier du démarrage d'un convertisseur à double résonance issu d'une application en imagerie médicale.

Un rôle important des C-ITS est d'élargir la perception des usagers de la route afin d'éviter les accidents de la route. Une telle perception étendue est construite par l'échange d'informations entre les véhicules, les piétons et l'infrastructures à l'aide de différents types de messages, notamment le message CAM et le message de perception collective (CPM). Bien que les données transportées par ces messages soient critiques, elles consomment beaucoup de ressources. Actuellement, les CAM et les CPM sont diffusés périodiquement avec une fréquence minimale de 1 Hz. De plus, leurs fréquences peuvent être adaptées en fonction de la dynamique du véhicule (vitesse, accélération,...) et en outre avec l'état du canal sans fil lorsqu'une fonctionnalité de contrôle de congestion distribué (DCC) est activée. Cependant, il peut être vital pour un véhicule de transmettre ses informations à un débit élevé dans les zones critiques, telles que les intersections, même si cela peut entraîner un taux d'occupation de canal (CBR) plus élevé. Au contraire, les véhicules à faible risque de collision peuvent réduire leur fréquence de transmission pour éviter une charge inutile sur le canal. Par conséquent, la diffusion de tels messages doit être effectuée de manière efficace afin que les exigences d'application de la sécurité routière soient garanties et que l'utilisation des ressources soit optimisée.Cela nécessite que la communication soit contextuelle, capable de contrôler les paramètres de communication en tenant compte des exigences de l'application, de la disponibilité des technologies de communication et des ressources radio ainsi que des conditions environnementales (configuration des routes, densité du trafic, présence d'infrastructures en bordure de route, etc.) . Par conséquent, établir des contextes qui caractérisent les informations collectées environnementales et non environnementales est un défi majeur pour la communication contextuelle.La thèse vise à étudier et à développer une communication contextuelle pour les applications de sécurité routière. L'objectif principal est de concevoir des algorithmes capables d'optimiser la communication V2X sur la base d'une reconnaissance des contextes, notamment la disponibilité des ressources radio, les conditions environnementales et les exigences de l'application. Le travail comprend deux phases. Dans la première phase, nous présentons une architecture de communication contextuelle et nous modélisons des contextes en termes d'exigences applicatives (contexte1) et de contexte environnemental (contexte2). Le premier contexte vise à définir les exigences de l'application et à évaluer les performances des stratégies de diffusion des messages CAM par rapport aux exigences. Le contexte environnemental particulièrement la disponibilité de l'infrastructure permettant une communication I2V qui peut remplacer la communication V2V dans cette zone locale, ce qui améliore la perception collective et réduit la charge du canal grâce à sa plus grande couverture de communication et son plus large champ de vision de capteurs. La deuxième phase vise à concevoir et développer des algorithmes qui contrôlent le contenu des messages en tenant compte des contextes préalablement modélisés tout en assurant un haut niveau de perception/conscience collective
An important role of C-ITS is to extend perception of individual road users so that traffic accidents are avoided. Such an extended perception is built by information exchange among vehicles, pedestrians, and infrastructure using different types of messages including cooperative awareness message (CAM) and Collective Perception Message (CPM). While data carried by these messages are critical, they are resource-consuming. Currently, CAMs and CPMs are broadcasted periodically with a minimum frequency of 1Hz. In addition, their frequencies can be adapted based on vehicle dynamics (speed, acceleration,...) and further with wireless channel condition when a distributed congestion control (DCC) functionality is enabled. However, it might be vital for a vehicle to transmit its beacons at a high rate in critical areas, such as intersections, even if this may result in higher channel busy ratio (CBR). On the contrary, vehicles with a low risk of collision may reduce their transmission frequency to avoid unnecessary load on the channel. Hence, dissemination of such messages must be made in an efficient way so that road safety application requirement is ensured and resource utilization is optimized.This requires the communication be context-aware, being able to control communication parameters by taking into account application requirements, availability of communication technologies and radio resources as well as environmental condition (road layout, traffic density, presence of roadside infrastructure, and etc.). Hence, establishing contexts that characterize environmental and non-environmental collected information is a key challenge for context-aware communication.The thesis targets at studying and developing context aware communication for road safety applications. The main goal is to design algorithms that are able to optimize V2X communication based on a recognition of the contexts particularly radio resource availability, environmental condition and application requirements. The work consists of two phases. In the first phase, we present context aware communication architecture and study/model contexts in terms of application requirement (context1) and environmental context (context2). The first context aims to define application requirement and evaluate performances of Cooperative Awareness Service strategies against requirements. Environmental context consists on infrastructure availability allowing I2V communication that may replace V2V communication in that local area resulting in improved collective perception and reduced channel load thanks to its larger communication coverage and sensor field of view. The second phase intends to design and develop algorithms that control/select message data contents taking into account contexts previously modeled while ensuring a high level of collective perception/awareness

Les systèmes embarqués sont de plus en plus présents dans l'industrie comme dans la vie quotidienne. Une grande partie de ces systèmes comprend des applications effectuant du traitement intensif des données: elles utilisent de nombreux filtres numériques, où les opérations sur les données sont répétitives et ont un contrôle limité. Les graphes "flots de données", grâce à leur déterminisme fonctionnel inhérent, sont très répandus pour modéliser les systèmes embarqués connus sous le nom de "data-driven". L'ordonnancement statique et périodique des graphes flot de données a été largement étudié, surtout pour deux modèles particuliers: SDF et CSDF. Dans cette thèse, on s'intéresse plus particulièrement à l'ordonnancement périodique des graphes CSDF. Le problème consiste à identifier des séquences périodiques infinies d'actionnement des acteurs qui aboutissent à des exécutions complètes à buffers bornés. L'objectif est de pouvoir aborder ce problème sous des angles différents : maximisation de débit, minimisation de la latence et minimisation de la capacité des buffers. La plupart des travaux existants proposent des solutions pour l'optimisation du débit et négligent le problème d'optimisation de la latence et propose même dans certains cas des ordonnancements qui ont un impact négatif sur elle afin de conserver les propriétés de périodicité. On propose dans cette thèse un ordonnancement hybride, nommé Self-Timed Périodique (STP), qui peut conserver les propriétés d'un ordonnancement périodique et à la fois améliorer considérablement sa performance en terme de latence
One of the most important aspects of parallel computing is its close relation to the underlying hardware and programming models. In this PhD thesis, we take dataflow as the basic model of computation, as it fits the streaming application domain. Cyclo-Static Dataflow (CSDF) is particularly interesting because this variant is one of the most expressive dataflow models while still being analyzable at design time. Describing the system at higher levels of abstraction is not sufficient, e.g. dataflow have no direct means to optimize communication channels generally based on shared buffers. Therefore, we need to link the dataflow MoCs used for performance analysis of the programs, the real time task models used for timing analysis and the low-level model used to derive communication times. This thesis proposes a design flow that meets these challenges, while enabling features such as temporal isolation and taking into account other challenges such as predictability and ease of validation. To this end, we propose a new scheduling policy noted Self-Timed Periodic (STP), which is an execution model combining Self-Timed Scheduling (STS) with periodic scheduling. In STP scheduling, actors are no longer strictly periodic but self-timed assigned to periodic levels: the period of each actor under periodic scheduling is replaced by its worst-case execution time. Then, STP retains some of the performance and flexibility of self-timed schedule, in which execution times of actors need only be estimates, and at the same time makes use of the fact that with a periodic schedule we can derive a tight estimation of the required performance metrics

Au coeur de la recherche sur les logiques institutionnelles, l’objectif de cette thèse est d’apporter un nouvel éclairage sur l’identification des logiques et de leur cohabitation dans les organisations hybrides. La question de l’identification est centrale pour comprendre les logiques, leurs interrelations et leurs implications dans les organisations hybrides, soumises à l’influence d’une pluralité de logiques. Grâce à la prise en compte de données à la fois textuelles et visuelles, nous contribuons à l’analyse des informations contenues dans ces données et leur rôle dans la diffusion des logiques. Il en résulte que pour favoriser la cohabitation des logiques, les organisations hybrides utilisent les textes et les visuels au sein de différents supports. Cette recherche se concentre sur une étude de cas, l’organisation des Scouts et Guide de France. Nous y développons plusieurs analyses de contenu, qualitative et quantitative, textuelle et visuelle, pour capturer les logiques et comprendre leurs interactions
The purpose of this thesis is to bring new insights on the identification and cohabitation of institutional logics in a hybrid organization. The question of the identification of logics is the main concern to then be able to understand the inner workings of logics, their relationships and implications in hybrid organisations, under the influence from a plurality of logics. By taking into account both textual and visual data, we contribute to consider the information contained in these data, as their role in the diffusion of logics. To support the cohabitation of logics, hybrid organizations use texts and visuals in different support. Focused on a case study, the organisation of Scouts and Guides of France, we develop several content analyses, qualitative and quantitative, textual and visual, to capture logics and understand their relationships

Les phénomènes d'hybridation en sciences de l'information et de la communication. Analyse discursive des communications de recrutement des armées professionnelles françaises de 1996 à 2012. La décision de suspension du service national en 1996 a contraint les armées professionnelles à communiquer pour recruter. En 2012, cela a fait seize ans que le ministère de la défense diffuse des communications qui ont pour objectif de recruter leurs personnels militaires. À partir d'un travail d'investigation effectué sur les dix-neuf campagnes de recrutement diffusées en 1996 et 2012 par l'Armée de Terre, la Marine Nationale et l'Armée de l'Air, cette thèse se propose d'analyser le discours de recrutement militaire en postulant sa polyphonie énonciative. Quelles sont les différentes formes discursives qui s'enchevêtrent dans le discours de recrutement militaire ? Existe-il des phénomènes de tensions ou de complémentarités dans l'énonciation de ce discours de recrutement ? Comment aménage-t-il une place aux destinataires dans cette hybridation des formes discursives ? En définitive, que nous dit cette hybridation des discours dans la compréhension des communications de recrutement militaire ?
Hybridization occurences in information and communication sciences. Discourse analysis of recruitment communications and campaign for the professional French armies from 1996 to 2012.The suspension of the conscription with its obligatory national service in 1996 has led the professional armies to communicate to recruit their military personnel. In 2012, it has been sixteen years that the Ministry of Defense has released communications for that purpose. Following a work of investigations carried out on the nineteen recruitment campaigns released between 1996 and 2012 by the French Army, the French Navy and the French Air Force, this thesis analyzes military recruitment discourses by postulating their enunciative polyphony. What are the different discursive forms that are entangled in the military recruiting speech? Is there any form of tensions or complementarities in the enunciation of this recruitment speech? How does it make a space for recipients in this hybridization of discursive forms? Ultimately, how does this hybridization of discourses help us with the understanding of military recruitment communications?

Nos travaux de thèse ont pour objectif l'adaptation de la couche transport des systèmes de communications hybrides satellite/terrestre. Les réseaux satellites DVB-S2/RCS représente une solution alternative dans les zones reculés ou non couvertes par les réseaux filaires. Cependant, vu leur coût élevé et les caractéristiques qu'ils présentent, ils doivent être utilisés en complémentarité avec les solutions terrestres, constituants des réseaux intégrées ou hybrides (satellite/terrestre), en support du multiservice, avec ce que cela entraine en termes d'exigences liées aux nouveaux usages (accès généralisé et transparent). La première contribution consiste à l'analyse d'un système réel afin de caractériser le lien satellite. Cette démarche permet une éventuelle configuration d'un système émulé et s'avère le meilleur moyen pour bien paramétrer ce dernier. Par la suite, nous avons procédé à un ensemble de tests d'évaluation de plusieurs versions de TCP en utilisant l'émulateur SATEM. Vu les caractéristiques que représentent ces nouvelles versions de TCP, nous avons abouti à une proposition originale consistant à utiliser sur le segment satellite ces versions sans autre artifice architectural. Nous avons aussi proposé une solution qui permet d'améliorer le contrôle de congestion sur la voie aller DVB-S2 avec l'ACM pour les applications streaming, en utilisant le DCCP. Enfin, nous proposons une solution d'adaptation au niveau transport, qui s'avère efficace pour les handovers dans les réseaux hybrides satellites/terrestres et qui vient étayer nos résultats obtenus sur le segment satellite.

Le contenu de marque désigne des contenus éditoriaux qui sont produits par les marques. Ce format de communication va à l’encontre des codes habituels : le produit n’est pas mis en avant et la marque se montre désintéressée pour mieux séduire son audience. Notre recherche vise à comprendre la nature de la pratique (ses motivations, ses effets, ses acteurs), le processus de formation de la stratégie et les logiques animant ses parties prenantes. Vingt entretiens individuels (annonceurs et publicitaires) et deux études de cas (voyage-sncf.com et Louis Vuitton) ont été menés. Nous proposons une conceptualisation du contenu de marque, ainsi qu’une typologie des pratiques existantes. Nous expliquons le caractère hybride de la stratégie ainsi que sa formation. Nous montrons qu’il existe des stratégies de contenu de marque planifiées (ou délibérées) et des stratégies émergeant d’initiatives non planifiées (émergentes). Nous relevons les tensions survenues au cours de la formation de la stratégie et nous expliquons leur résolution. Nous contribuons ainsi à la fois aux travaux relatifs à la marque et à son management, ainsi qu’au champ de la strategy as practice
Brand content refers to editorial contents that are produced by the brand itself. This form of communication appears to be disruptive compared to traditional advertising as it does never mention the product and thus does not appear to intend to sell anything to the consumer. The objective is more to seduce the audience with an interesting and entertaining content. Our research aims at understanding brand content strategies, as well as its actors and logics.Twenty individual interviews with communication experts and two brand case studies have been implemented.We propose a conceptualization of brand content, as well as a typology of existing practices. We explain the formation of the strategy and the logics of actors participating to the formation. We illustrate the fact that strategy can be formalized (deliberate) or that it can also arise from non-planned initiatives. We finally present the tensions emerging from the strategy formation.Our research contributes to both brand management and strategy as practice literatures

L'optique intégrée est une technique très prometteuse pour une fabrication de masse de circuits optiques pour les télécommunications et/ou l'instrumentation.
La technologie sol-gel a déjà démontré son potentiel. Un nouveau matériau sol-gel hybride à polymérisation cationique de type Epoxy a été développé dans le but de la simplification de la synthèse et de l'amélioration des performances en particulier l'adhérence.
Ce travail a pour objectif le développement d'un banc d'écriture laser UV dans une couche Epoxy et l'établissement du protocole de fabrication associé. Ce procédé de polymérisation locale est une alternative prometteuse aux techniques lithographiques par masque.
Ce nouveau banc utilise un laser pulsé travaillant à faible longueur d'onde pour une meilleure résolution et une meilleure polymérisation.
Ce travail a montré la faisabilité de circuits complexes de type multiplexeurs WDM avec un procédé d'inscription à faible coût. Nous avons réalisé les premiers prototypes de circuits dédiés à la sélection multiple de longueurs d'onde pour le (dé)codage du CDMA optique spectral.

L'optique intégrée est une technique très prometteuse pour une fabrication de masse de circuits optiques pour les télécommunications et/ou l'instrumentation.
La technologie sol-gel a déjà démontré son potentiel. Un nouveau matériau sol-gel hybride à polymérisation cationique de type Epoxy a été développé dans le but de la simplification de la synthèse et de l'amélioration des performances en particulier l'adhérence.
Ce travail a pour objectif le développement d'un banc d'écriture laser UV dans une couche Epoxy et l'établissement du protocole de fabrication associé. Ce procédé de polymérisation locale est une alternative prometteuse aux techniques lithographiques par masque.
Ce nouveau banc utilise un laser pulsé travaillant à faible longueur d'onde pour une meilleure résolution et une meilleure polymérisation.
Ce travail a montré la faisabilité de circuits complexes de type multiplexeurs WDM avec un procédé d'inscription à faible coût. Nous avons réalisé les premiers prototypes de circuits dédiés à la sélection multiple de longueurs d'onde pour le (dé)codage du CDMA optique spectral.

Ces dernières années, la popularité croissante de terminaux mobiles de plus en plus intelligents a provoqué une hausse considérable du trafic supporté par les réseaux de télécommunications cellulaires. Dans ce contexte, le déploiement de réseaux dits de quatrième génération basés sur le standard LTE (Long Term Evolution) et offrant des capacités significativement plus élevées que les réseaux de générations précédentes peut sembler être une solution idéale. Cependant, dans le cas d’un service à délivrer à un très grand nombre d’utilisateurs, ce standard, malgré la disponibilité de la technologie eMBMS (Evolved Multimedia Broadcast Multicast Services), n’est pas forcément le plus adapté. Dans le même temps, la télévision a achevé dans de nombreux pays sa transition vers le numérique. L’abandon de la transmission analogique a permis non seulement d’améliorer la qualité du service mais aussi d’occuper moins de spectre. En France, une partie du spectre libéré a déjà été attribué au déploiement de réseaux LTE. Une autre méthode permettant d’exploiter ce spectre au profit des réseaux de communications mobiles est proposée dans cette thèse : le réseau hybride. Le réseau hybride est constitué d’un réseau cellulaire au standard LTE accompagné d’un émetteur DVB-T2 (Digital Video Broadcasting – Second Generation Terrestrial). Les aires de couverture de ces deux composantes se superposent et un service peut être transmis aux utilisateurs présents dans ces aires indifféremment par l’une ou l’autre des composantes. Ce concept permet de pallier un point faible du standard LTE, c’està- dire la capacité à délivrer efficacement un même service à un grand nombre d’utilisateurs simultanément. Après une étude approfondie des deux standards utilisés, un modèle mathématique du réseau hybride est proposé. Ce modèle se base sur les propriétés géométriques du réseau hybride, les performances des deux types de signaux utilisés, et sur plusieurs types de répartition des utilisateurs pour évaluer les performances du réseau hybride selon différents critères. Le premier critère étudié est un critère énergétique. Le modèle proposé permet de comparer les efficacités énergétiques des deux composantes pour transmettre un service en fonction de son nombre d’utilisateurs. L’efficacité de la composante DVBT2 dépasse celle de la composante LTE à partir d’un seuil dont la valeur varie avec les propriétés géométriques du réseau et le type d’affaiblissement de propagation auquel sont soumis les signaux. Il est de plus possible, dans certaines circonstances, d’améliorer encore l’efficacité énergétique du système en utilisant conjointement les deux composantes. Le second critère étudié est celui de l’encombrement du réseau cellulaire. En effet, un service consommé par un grand nombre d’utilisateurs peut avoir un impact conséquent sur le trafic à transmettre par un réseau LTE. Utiliser la composante DVB-T2 pour distribuer un tel service permet de réduire la charge du réseau cellulaire, et ceci même dans le cas où la composante DVB-T2 ne couvre pas l’ensemble de la zone à desservir globalement. Ces différentes études ont permis de bien mettre en évidence les avantages et inconvénients des deux types de réseaux broadcast et unicast. En particulier, l’intérêt d’une approche reposant sur l’utilisation d’un réseau hybride exploitant la complémentarité des deux composantes broadcast et unicast a été démontré
During the last few years, the growing popularity of smarter and smarter mobile devices has led to a tremendous growth of cellular data traffic. In such a context, the deployment of fourth generation networks based on the LTE (Long Term Evolution) standard and with capacities significantly higher than previous generations networks can be seen as an ideal solution. However, when the number of users requiring a given service is large, this standard, despite the availability of the eMBMS (Evolved Multimedia Broadcast Multicast Services) technology, is not necessarily the most suitable. Meanwhile, television has completed its transition to the digital transmission in many countries. The analog switch-off has not only allowed a better quality of service but has also freed some spectrum. In France, some of this spectrum has already been used for the deployment of LTE networks. This thesis introduces another way to use this spectrum to the benefit of mobile data networks: the hybrid network. The hybrid network consists of a LTE cellular network and a DVB-T2 (Digital Video Broadcasting – Second Generation Terrestrial) transmitter. The coverage areas of the two components are overlapping and a service can be delivered to the users located in these areas by either one or the other of the components. This concept can compensate one weakness of the LTE standard, which is the ability to deliver efficiently the same service to a large number of users simultaneously. After a thorough study of the two standards in use, a mathematical model of the hybrid network is proposed. This model is based on the geometrical properties of the network, the performances of the two types of signal, and different types of users distribution to measure the performances of the hybrid network using different criteria. The first criterion is the energy efficiency. The proposed model allows the comparison of the two components in terms of energy efficiency for one service depending of the number of its users. The DVB-T2 component outperforms the LTE component when the number of users exceeds a given threshold whose value depends on the geometric properties of the network and the type of path loss attenuating the signals. It is possible, in some cases, to further improve the energy efficiency of the system by using both components together. The second criterion is the network congestion. Indeed, a service with a great number of users can induce significant data traffic for the LTE network. Transmitting such a service through the DVB-T2 component can decrease the cellular data traffic even if the DVB-T2 component does not cover the whole area of interest. These studies have brought out the benefits and drawbacks of both broadcast and unicast networks. Especially, the interest of the hybrid network based on the complementarities between the two components has been demonstrated

De nos jours, un intérêt croissant est porté aux applications large bande telles que les réseaux sans fil (WLANs) car les services multimédia actuels nécessitent des débits de plus en plus importants et donc une plus large bande. Ces besoins en bande passante impliquent une montée en fréquence importante. A de telles fréquences et dans un contexte de propagation indoor, certains objets jusqu'alors négligés dans la modélisation du canal de propagation (objets de forme complexes et/ou de l'ordre de la longueur d'onde), peuvent perturber la transmission des signaux. Récemment, les techniques de tracé de rayons, associées à la Théorie Uniforme de la Diffraction (TUD), sont apparues comme étant les techniques les plus utilisées pour prédire le comportement du canal large bande. En effet, ces méthodes asymptotiques sont rapides et non limitées en fréquence. Cependant, dans un environnement de propagation indoor, cette démarche de rayons est insuffisante pour modéliser la diffraction par des objets de forme complexe et de petite taille devant la longueur d'onde. Pour de telles structures, les méthodes rigoureuses telles que la FDTD sont bien adaptées. Cependant, ces méthodes sont limitées en fréquence. Ce sujet de thèse consiste en l'élaboration d'une méthode hybride, combinant les avantages des méthodes TUD et FDTD. Les techniques de tracé de rayons seront utilisées pour modéliser la propagation dans les pièces et bâtiments comportant des objets canoniques grands devant la longueur d'onde. Le mobilier de petite taille et de forme complexe sera modélisé par FDTD. Le but final est de déterminer jusqu'à quel niveau de détail il faut descendre dans la prise en compte de l'environnement pour avoir une bonne représentation électromagnétique de la scène étudiée. De façon globale, ce sujet entre dans la thématique de l'évaluation de l'intérêt d'une modélisation déterministe du canal de propagation dans la simulation système
Nowadays, an increasing interest is devoted to wide-band applications like Wireless Local Area Networks (WLANs), because the present multimedia services require more high bit rate and thus large bandwidth. These needs in bandwidth involve important rise in frequency. At such frequencies and in an indoor propagation context, several objects neglicted in the channel modelisation (objects of wavelength size or with complex shapes), can disturb signal transmission. Recently, ray tracing techniques (RT), associated to the Uniform Theory of Diffraction (UTD), have emerged as the dominant techniques to predict the wide-band channel behaviour. Indeed, these asymptotic methods are fast and not limited in frequency. However, dealing with INDOOR propagation, this classical approach is not sufficient to model object of wavelength size or with complex shapes. For these structures, rigorous methods like the FDTD, consisting in solving Maxwell's equations in discrete time domain, are well-suitable. This subject deals with the elaboration of a hybrid method, combining the advantages of the UTD and the FDTD methods. On the one hand, the RT technique is used to model the wave propagation in rooms and buildings including large objects compared to wavelength. On the other hand, the furniture with small size or complex shape will be modeled by FDTD. The final goal is to determine which accuracy level of description of the environment we have to choose to get a good electromagnetic representation of the studied scene. In global terms, this subject deals with the bringing of a deterministic channel modelisation in systems' simulations

Ce travail de thèse concerne la modélisation du canal de propagation dans les milieux industriels. Dans ce contexte, le canal de propagation a un comportement différent de celui classiquement rencontré en indoor. Cela est dû à l'aménagement des bâtiments qui sont plus grand et ouverts ainsi qu'à la présence de machines, d'objets mobiles et d'autres matériaux métalliques rencontrés dans ces environnements. Ainsi, les modèles de canaux indoor existants ne sont plus valides. L'utilisation de modèles déterministes comme alternative est possible mais limitée en raison du temps de calcul qui en découle.Pour répondre à cette problématique, nous proposons un modèle hybride de canal s'inspirant d'une méthode à tracer de rayons 3D et du modèle WINNER. L'originalité de ce modèle repose sur son caractère hybride consistant, en prétraitement, à partitionner l'environnement en zones de visibilité ou de non-visibilité «faible» et «forte» sur des critères déterministes liés à la propagation des ondes. Un modèle statistique, type WINNER, reprenant le concept de cluster est ensuite "joué" au sein de chacune des ces zones reproduisant ainsi fidèlement l'évolution des paramètres caractéristiques des clusters identifiés. Nous avons validé notre modèle en le comparant d'abord à un modèle déterministe et ensuite à la mesure. Sa robustesse ainsi que celle de WINNER sont testées en les simulant dans trois environnements différents et en les comparant au modèle déterministe à tracer de rayons
This thesis focuses on the modeling of the propagation channel in industrial environments. In this context, the propagation channel has a different behavior than typically encountered in indoor. This is due to the construction of buildings that are larger and open and the presence of machines, moving objects and metal materials encountered in these environments. Thus, the existing indoor channel models are not valid. Using deterministic models as an alternative is possible, but limited by the computing time.To address this problem, we propose a hybrid channel model for communications in industrial environments inspired by a ray tracing method and Winner model. The originality of this model is its hybrid nature consisting, in preprocessing, in partitionning the environment in areas of visibility or non-visibility «weak» and «strong» based on deterministic criteria related to the wave propagation. A statistical model, as WINNER , using the concept of cluster is then played in each of these areas and faithfully reproducing the evolution of the characteristic parameters of the identified clusters. We have validated our model by comparing it firstly to a deterministic model and then to measurement. Its robustness as well that of WINNER are tested by simulating them in three different environments and by comparing them with the deterministic model

Le contexte universitaire de formation hybride, articulant des cours en présentiel et à distance, est appréhendé ici comme un terrain d’étude sur les pratiques de communication et la médiatisation des savoirs entre apprenants. La question principale de notre recherche est la suivante : Comment expliquer l’usage ou le non usage des outils de communication de plateformes d’apprentissage de l’enseignement supérieur ? Est-ce que les activités des apprenants avec les outils de communication de plateforme (forums de discussion) constituent des activités du savoir ? Notre étude privilégie une épistémologie interprétative qui oriente notre attention sur les discours des interviewés (enseignants et étudiants) dans deux contextes socioculturels différents, à l’université de Lorraine en France et aux universités de Tlemcen et de Ouargla en Algérie. Nous examinons la médiatisation des savoirs en convoquant les concepts des activités du savoir (Gérard, 2000) afin d’analyser les discours sur les activités que font les étudiants des outils de communication. Au terme de notre étude empirique, nous montrons que dans un dispositif hybride les outils de communication de plateforme d’apprentissage ouvrent un éventail de possibilités mais ne sélectionne pas d’eux-mêmes le chemin qui sera suivi pour la médiatisation des savoirs entre apprenants. Celui-ci répond à des contraintes sociales et pédagogiques qui pèsent sur les usages. La médiatisation des savoirs est le produit d’interactions entre l’ensemble des possibilités ouvert par les forums de discussion de plateforme d’apprentissage, les autres pratiques de communication, et les contraintes sociales et pédagogiques (rôle de l’enseignant, engagement des étudiants,...) qui caractérisent le contexte d’insertion de ces dispositifs de communication. Dans un tel contexte pédagogique, nous avons constaté qu’il est presque impossible d’imaginer un processus d’appropriation des forums de discussion qui soit exclusivement individuel. Il passe toujours à travers les autres et les rapports sociaux et de même pour le processus de construction des savoirs
The university context of hybrid formation, articulating group lessons and distance is apprehended here as a field of study on communication practices and media coverage of knowledge between learners. The question that guides our research is: How to explain the use or non-use communication tools of learning platforms of higher education? Are the activities of learners with platform communication tools (discussion forums) are knowledge activities? We have been situated in an interpretative epistemology, which oriente our attention on the discourses of interviewees (teachers and students) in two different cultural contexts, the University of Lorraine in France and universities of Tlemcen and Ouargla in Algeria. We examine media coverage of knowledge by convening the concepts of knowledge activities (Gérard, 2000) to analyze the discourse on activities that students are communication tools.At the end of our empirical study, we show that a hybrid device communication tools platform for learning open a range of possibilities but does not select for themselves the path that will monitoring for mediatisation of knowledges among learners. It responds to social and educational constraints facing uses. The mediatisation of knowledges is the product of interactions between all opened by the communication tools of learning platform opportunities, other communication practices, and social and educational constraints (role of the teacher, student engagement, ...) which characterize the context of inserting these communication devices. In this educational context, we found it almost impossible to imagine a process of appropriation discussion forums it is exclusively individual. It always passes through others and social relationships and even the process of knowledge construction

Cette thèse s'intègre dans le cadre du traitement automatique du langage naturel. La problématique du résumé automatique de documents arabes qui a été abordée, dans cette thèse, s'est cristallisée autour de deux points. Le premier point concerne les critères utilisés pour décider du contenu essentiel à extraire. Le deuxième point se focalise sur les moyens qui permettent d'exprimer le contenu essentiel extrait sous la forme d'un texte ciblant les besoins potentiels d'un utilisateur. Afin de montrer la faisabilité de notre approche, nous avons développé le système "L.A.E", basé sur une approche hybride qui combine une analyse symbolique avec un traitement numérique. Les résultats d'évaluation de ce système sont encourageants et prouvent la performance de l'approche hybride proposée. Ces résultats, ont montré, en premier lieu, l'applicabilité de l'approche dans le contexte de documents sans restriction quant à leur thème (Éducation, Sport, Science, Politique, Reportage, etc.), leur contenu et leur volume. Ils ont aussi montré l'importance de l'apprentissage dans la phase de classement et sélection des phrases forment l'extrait final
This thesis falls within the framework of Natural Language Processing. The problems of automatic summarization of Arabic documents which was approached, in this thesis, are based on two points. The first point relates to the criteria used to determine the essential content to extract. The second point focuses on the means to express the essential content extracted in the form of a text targeting the user potential needs.In order to show the feasibility of our approach, we developed the "L.A.E" system, based on a hybrid approach which combines a symbolic analysis with a numerical processing.The evaluation results are encouraging and prove the performance of the proposed hybrid approach.These results showed, initially, the applicability of the approach in the context of mono documents without restriction as for their topics (Education, Sport, Science, Politics, Interaction, etc), their content and their volume. They also showed the importance of the machine learning in the phase of classification and selection of the sentences forming the final extract

Le contexte universitaire de formation hybride, articulant des cours en présentiel et à distance, est appréhendé ici comme un terrain d’étude sur les pratiques de communication et la médiatisation des savoirs entre apprenants. La question principale de notre recherche est la suivante : Comment expliquer l’usage ou le non usage des outils de communication de plateformes d’apprentissage de l’enseignement supérieur ? Est-ce que les activités des apprenants avec les outils de communication de plateforme (forums de discussion) constituent des activités du savoir ? Notre étude privilégie une épistémologie interprétative qui oriente notre attention sur les discours des interviewés (enseignants et étudiants) dans deux contextes socioculturels différents, à l’université de Lorraine en France et aux universités de Tlemcen et de Ouargla en Algérie. Nous examinons la médiatisation des savoirs en convoquant les concepts des activités du savoir (Gérard, 2000) afin d’analyser les discours sur les activités que font les étudiants des outils de communication. Au terme de notre étude empirique, nous montrons que dans un dispositif hybride les outils de communication de plateforme d’apprentissage ouvrent un éventail de possibilités mais ne sélectionne pas d’eux-mêmes le chemin qui sera suivi pour la médiatisation des savoirs entre apprenants. Celui-ci répond à des contraintes sociales et pédagogiques qui pèsent sur les usages. La médiatisation des savoirs est le produit d’interactions entre l’ensemble des possibilités ouvert par les forums de discussion de plateforme d’apprentissage, les autres pratiques de communication, et les contraintes sociales et pédagogiques (rôle de l’enseignant, engagement des étudiants,...) qui caractérisent le contexte d’insertion de ces dispositifs de communication. Dans un tel contexte pédagogique, nous avons constaté qu’il est presque impossible d’imaginer un processus d’appropriation des forums de discussion qui soit exclusivement individuel. Il passe toujours à travers les autres et les rapports sociaux et de même pour le processus de construction des savoirs
The university context of hybrid formation, articulating group lessons and distance is apprehended here as a field of study on communication practices and media coverage of knowledge between learners. The question that guides our research is: How to explain the use or non-use communication tools of learning platforms of higher education? Are the activities of learners with platform communication tools (discussion forums) are knowledge activities? We have been situated in an interpretative epistemology, which oriente our attention on the discourses of interviewees (teachers and students) in two different cultural contexts, the University of Lorraine in France and universities of Tlemcen and Ouargla in Algeria. We examine media coverage of knowledge by convening the concepts of knowledge activities (Gérard, 2000) to analyze the discourse on activities that students are communication tools.At the end of our empirical study, we show that a hybrid device communication tools platform for learning open a range of possibilities but does not select for themselves the path that will monitoring for mediatisation of knowledges among learners. It responds to social and educational constraints facing uses. The mediatisation of knowledges is the product of interactions between all opened by the communication tools of learning platform opportunities, other communication practices, and social and educational constraints (role of the teacher, student engagement, ...) which characterize the context of inserting these communication devices. In this educational context, we found it almost impossible to imagine a process of appropriation discussion forums it is exclusively individual. It always passes through others and social relationships and even the process of knowledge construction

Le bâtiment est un noeud énergétique important et un support idéal pour développer etanalyser les effets d'un système de gestion optimisée d'énergie (SGEB) tant son impactpotentiel sur la demande énergétique globale est important. Cependant, pour que ces objectifssoient atteints, plusieurs verrous doivent être levés. Au-delà des problématiques liées àl'architecture de distribution, aux modèles (y compris ceux relatifs au comportement desusagers), aux outils de dimensionnement, à la formalisation des paramètres, contraintes etcritères, aux systèmes de production et aux modes de connexions au réseau de distribution, lesproblèmes liés à la mise en oeuvre d'un outil de gestion décentralisée et à sa validation sontcentraux centrale. Ces travaux s'inscrivent directement dans cette optique. Ils portent enparticulier sur l'élaboration de modèles énergétiques, de stratégies de gestion d'énergie dansune configuration multi-sources et multi-charges et surtout de mise en oeuvre de méthodes etd'outils de validation au travers de bancs tests variés où certains composants peuvent êtreréels.Ce travail analyse le gestionnaire énergétique " G-homeTech " comprenant plusieursfonctionnalités de gestion testées sur des bancs d'essai virtuels et hybrides qui permettent decombiner à la fois des composants matériels et logiciels dans les simulations. Cela a permisd'insérer des actionneurs communicants pour tester leur pertinence. Les validations menéesmontrent que le gestionnaire énergétique permet l'effacement de pointes de consommation etdes économies sur la facture énergétique globale tout en respectant les contraintes techniqueset réglementaires.Les évènements prédits ne sont pas toujours ceux qui se produisent. Nous avons alorssimulé de telles situations. La radiation solaire et la consommation totale des services noncontrôlables sont différentes de celles prédites. Cette différence a conduit à des dépassementsde puissance électrique souscrite qui a activé le mécanisme de gestion réactive du gestionnaireénergétique. Des ordres de délestage sont alors dynamiquement envoyés à certainséquipements. Ces ordres alimentent directement les modèles des équipements électriques.Selon les importances relatives données au coût et au confort, nous avons montré que legestionnaire énergétique permet de faire des économies substantielles en évitant lesconsommations durant les pics de prix et évitant les dépassements de souscription pareffacement, par modulation du fonctionnement des systèmes de chauffage et par décalage defonctionnement des services temporaires dans les périodes plus intéressante énergétiquement.

Les Réseaux de Capteurs Sans Fils (RCSFs) ont pris beaucoup d'importance dans plusieurs domaines tels que l'industrie, l'armée, la pollution atmosphérique etc. Les capteurs sont alimentés par des batteries qui ne sont pas faciles à remplacer surtout dans les environnements peu accessibles. L'énergie de chaque capteur est considérée comme la source première d'augmentation de la durée de vie des RCSFs. Puisque la transmission de données est plus coûteuse en consommation d'énergie, notre préoccupation première est de proposer une technique efficace de transmission des données de tous les capteurs vers le sink tout en réduisant la consommation en énergie. Nous suggérons trois trois algorithmes d'agrégation de données basé sur la construction d'arbres : Depth-First Search Aggregation (DFSA), Flooding Aggregation (FA) et Well-Connected Dominating Set Aggregation (WCDSA) qui permettront de réduire le nombre de transmissions de chaque capteur vers le sink. L'agrégation des données basée sur la construction d'arbres souffre du délai de délivrance de données parce que les parents doivent attendre de recevoir les données de leurs feuilles. Certains parents pourraient avoir beaucoup de feuilles, et il serait alors assez coûteux pour un parent de stocker toutes les données entrantes dans sa mémoire. Ainsi, nous devons déterminer le temps que chaque parent doit mettre pour agréger et traiter les données de ses feuilles. Nous proposons un algorithme, Efficient Tree-based Aggregation and Processing Time (ETAPT) qui utilise la métrique Appropriate Data Aggregation and Processing Time (ADAPT). Etant donné la durée maximale acceptable, l'algorithme ETAPT prend en compte la position des parents, le nombre de feuilles et la profondeur de l'arbre pour calculer l'ADAPT optimal. A n'importe quel moment pendant l'agrégation des données par les parents, il peut arriver que la quantité de données collectées soit très grande et dépasse la quantité de stockage maximale de données que peut contenir leurs mémoires. Nous proposons l'introduction dans le réseau de plusieurs collecteurs de données appelés Mini-Sinks (MSs). Ces MSs sont mobiles et se déplacent selon un modèle de mobilité aléatoire dans le réseau pour maintenir la connexité afin d'assurer la collecte contrôlée des données basée sur le protocole de routage Mulipath Energy Conserving Routing Protocol (MECRP). Les capteurs peuvent être équipés de plusieurs interfaces radios partageant un seul canal sans fil avec lequel ils peuvent communiquer avec plusieurs voisins. La transmission des données à travers une liaison de communication entre deux parents peut interférer avec les transmissions d'autres liaisons si elles transmettent à travers le même canal. Nous avons besoin de savoir quel canal utiliser en présence de plusieurs canaux pour une transmission donnée. Nous proposons une méthode distribuée appelée: Well Connected Dominating Set Channel Assignement (WCDS-CA), pour calculer le nombre de canaux qui seront alloués à tous les capteurs de telle sorte que les capteurs adjacents se voient attribués des canaux différents
Wireless Sensor Networks (WSNs) have gained much attention in a large range of technical fields such as industrial, military, environmental monitoring etc. Sensors are powered by batteries, which are not easy to replace in harsh environments. The energy stored by each sensor is the greatest impediment for increasing WSN lifetime. Since data transmission consumes more energy, our major concern is how to efficiently transmit the data from all sensors towards a sink. We suggest three tree-based data aggregation algorithms: Depth-First Search Aggregation (DFSA), Flooding Aggregation (FA) and Well-Connected Dominating Set Aggregation (WCDSA) to reduce the number of transmissions from each sensor towards the sink. Tree-based data aggregation suffers from increased data delivery time because the parents must wait for the data from their leaves. Some parents might have many leaves, making it very expensive for a parent to store all incoming data in its buffer. We need to determine the aggregation time each parent in the tree has to spend in aggregating and processing the data from its leaves. We propose an Efficient Tree-based Aggregation and Processing Time (ETAPT) algorithm using Appropriate Data Aggregation and Processing Time (ADAPT) metric. Given the maximum acceptable latency, ETAPT's algorithm takes into account the position of parents, their number of leaves and the depth of the tree, in order to compute an optimal ADAPT time. At any time, the amount of data aggregated by parents may become greater than the amount of data that can be forwarded. We propose the introduction into the network of many data aggregators called Mini-Sinks (MSs). MSs are mobile and move according to a random mobility model inside the sensor field to maintain the fully-connected network in order to aggregate the data based on the controlled Multipath Energy Conserving Routing Protocol (MECRP). Sensors may use many radio interfaces sharing a single wireless channel, which they may use to communicate with several neighbours. Two sensors operating on the same wireless channel may interfere with each other during the transmission of data. We need to know which channel to use in the presence of multiple channels for a given transmission. We propose a distributed Well-Connected Dominating Set Channel Assignment (WCDS-CA) approach, in which the number of channels that are needed over all sensor nodes in the network in such a way that adjacent sensor nodes are assigned to distinct channels

Les Sciences de l’Information et de la Communication ayant nouvellement investi les services en ligne et en particulier le domaine du e learning- largement occupé par les sciences de l’éducation, les sciences cognitives, la psychosociologie ou encore l’informatique- notre objectif est d’aborder cette question selon trois figures de pensée rencontrées dans la recherche en enseignement à distance : la substance, la relation et le mouvement. Après avoir envisagé les médiations à partir de la fonction de la substance qui s’intéresse aux caractéristiques des acteurs/actants par rapport au dispositif ou à la nature de celui-ci, on a porté notre attention sur la relation, car c’est depuis ce « entre » que chaque sujet en lui-même va se construire. Il en va ainsi du modèle de communication, lui-même intermédiaire, un « entre ». Dans cette perspective, la communication médiatisée procède d’abord de la qualité de la relation, des situations comme celles qui se nouent entre les registres, comme la dimension technique et les composantes médiationnelles du e-learning. Enfin, avec la figure du mouvement, on s’est affranchi de la figure de la substance et de la relation en les dépassant, pour penser en termes de dynamique et de processus, soit dans notre cas aux modalités de l’agencement homme-machine ou homme-homme. Le modèle qui en résulte semble ne reposer qu’en partie sur la proposition technologique, voire pédagogique, mais sur des formes persistantes de médiation agissant dans le dispositif. La spatialisation des compétences à distance ramène le curseur autour d’un axe médiationnel dans un domaine que l’on pourrait désormais appeler apprentissage intégré («integrated learning ») et qui renvoie à l’intégration de toutes les dimensions d’un objet de connaissance
The Communication and Information sciences have lately invested on-line services and in particular the field of the e-learning, largely occupied by the sciences of education, cognitive sciences, social psychology or data processing. Our objective is to tackle this question according to the three figures of thought in research in elearning: the substance, the relation and the movement. After having considered the mediations starting from the function of the substance which is interested in the characteristics of the actors/agents compared to the process or nature of this one, we have focused our attention on the relation, because it is from this “between” that each subject in itself will be built. It goes from there thus from the model of communication, in itself intermediary. In this point of view, the mediatized communication proceeds first of all from the quality of the relation, of the situations as those which are tied between the registers, such as technical dimension and the mediational components of the e-learning. Finally, with the figure of movement, we freed ourselves from the figure of substance and relation by exceeding them, by thinking in terms of dynamics and of process. Thus in our case thinking according to the process man-machine or man-man, which calls for an “engineering”. The model which is implied seems to rest only partly on the technological, even pedagogical proposal, but also on persistent forms of mediation acting as a process. The spatialization of e-learning skills brings back the cursor around a mediational axis in a field which we could from now on call “integrated learning” and which sends back to the integration of all dimensions of an object of knowledge

Le renouvellement des pratiques éducatives proposé par les récents travaux en sciences de l’apprentissage, l’implantation du renouveau pédagogique dans le système scolaire québécois et les possibilités nouvelles qu’offrent les technologies de l’information et de la communication pour l’apprentissage collaboratif sont autant de facteurs contribuant à la transformation des environnements d’apprentissage. Désirant que les futurs enseignants soient préparés adéquatement à cette réalité, la présente recherche rend compte de la perception et de l’utilisation de possibilités mises à la disposition de stagiaires en enseignement secondaire dans un environnement d’apprentissage hybride pour soutenir un processus collaboratif d’analyse réflexive. Le concept d’affordance, auquel nous avons attribué une acception sociale au concept forgé initialement par James J. Gibson (1979) et repris par Donald Norman (1983) et William Gaver (1991), a servi d’ancrage à notre cadre d’analyse. L’expérimentation de devis s’est déroulée auprès de neuf groupes d’étudiants sur une période de trois ans et demi, soit de la session d’automne 2002 à celle d’hiver 2005. Leur expérience de terrain a été ancrée dans un contexte de classe, communauté d’apprentissage en réseau où la pédagogie est inspirée du constructivisme et du socioconstructivisme. La participation à ce contexte a été soutenue par diverses possibilités d’interactions, sociales et numériques, visant à accompagner les étudiants tout au long de leur cheminement. Des données quantitatives descriptives et diverses analyses qualitatives ont été utilisées. Nous constatons que la majorité des affordances mises à la disposition des stagiaires ont été perçues selon ce qui avait été envisagé initialement. Elles ont étayé l’intégration et la participation des étudiants au contexte pédagogique renouvelé, et elles ont encouragé une réflexivité de nature délibérative et émancipatrice (Van Manen, 1977). À certains moments, le processus d’analyse réflexive s’est transformé en un processus de coélaboration de connaissances (Bereiter & Scardamalia, 1993). Des changements dans la façon de conceptualiser l’expérience de terrain ont été constatés dans le vocabulaire utilisé par les stagiaires au fur et à mesure que les neuf groupes se sont succédés. D’autre part, les résultats obtenus mettent aussi en lumière le potentiel émergent des affordances socionumériques en matière d’apprentissage en profondeur. À cet effet, nous avons remarqué une complexification du questionnement en lien avec les enjeux du stage. Au terme de la recherche, nous pouvons entrevoir diverses implications pour les concepteurs d’environnements d’apprentissage hybrides et les formateurs de maîtres.
The changes in educational practices proposed by recent works in the learning sciences, the curriculum reform in the Province of Quebec and the possibilities offered by information and communication technologies (ICT) to support collaborative learning are contributing factors to the transformation of learning environments. Aspiring to prepare future teachers adequately to this reality, the study reports accounts of the perception and use of opportunities put forward to enhance and sustain high-school pre-service teachers’ collaborative reflective analysis process. The concept of affordance, to which we attributed a social meaning to the one coined by James J. Gibson (1979) and refined by Donald Norman (1983) and William Gaver (1991), was used as part of our framework. Design experiment was conducted with nine groups of students from the Fall 2002 term to the Winter 2005 term. Field experience was anchored to a networked learning community context where constructivist and social constructivist perspectives are important. Students’ participation to this context was sustained by multiple possibilities of interaction, social and digital, all along their trajectory. Results show that most of the affordances put forward were perceived accordingly to what was designed. They scaffolded integration and participation of students to the networked classroom context and they encouraged deliberative and emancipatory reflectivity (Van Manen, 1977). In some instances, the reflective analysis process was transformed into knowledge building (Bereiter & Scardamalia, 1993). Changes have been noticed in the vocabulary used by pre-service teachers from one group to another. Moreover, results unfold the potential of sociodigital affordances for deep learning. We noticed an increasing level of complexity in the questions addressed by students over time. As we conclude this research, we propose implications for designing learning environment and teaching teachers.

Les Réseaux de Capteurs Sans Fils (RCSFs) ont pris beaucoup d'importance dans plusieurs domaines tels que l'industrie, l'armée, la pollution atmosphérique etc. Les capteurs sont alimentés par des batteries qui ne sont pas faciles à remplacer surtout dans les environnements peu accessibles. L'énergie de chaque capteur est considérée comme la source première d'augmentation de la durée de vie des RCSFs. Puisque la transmission de données est plus coûteuse en consommation d'énergie, notre préoccupation première est de proposer une technique efficace de transmission des données de tous les capteurs vers le sink tout en réduisant la consommation en énergie. Nous suggérons trois trois algorithmes d'agrégation de données basé sur la construction d'arbres : Depth-First Search Aggregation (DFSA), Flooding Aggregation (FA) et Well-Connected Dominating Set Aggregation (WCDSA) qui permettront de réduire le nombre de transmissions de chaque capteur vers le sink. L'agrégation des données basée sur la construction d'arbres souffre du délai de délivrance de données parce que les parents doivent attendre de recevoir les données de leurs feuilles. Certains parents pourraient avoir beaucoup de feuilles, et il serait alors assez coûteux pour un parent de stocker toutes les données entrantes dans sa mémoire. Ainsi, nous devons déterminer le temps que chaque parent doit mettre pour agréger et traiter les données de ses feuilles. Nous proposons un algorithme, Efficient Tree-based Aggregation and Processing Time (ETAPT) qui utilise la métrique Appropriate Data Aggregation and Processing Time (ADAPT). Etant donné la durée maximale acceptable, l'algorithme ETAPT prend en compte la position des parents, le nombre de feuilles et la profondeur de l'arbre pour calculer l'ADAPT optimal. A n'importe quel moment pendant l'agrégation des données par les parents, il peut arriver que la quantité de données collectées soit très grande et dépasse la quantité de stockage maximale de données que peut contenir leurs mémoires. Nous proposons l'introduction dans le réseau de plusieurs collecteurs de données appelés Mini-Sinks (MSs). Ces MSs sont mobiles et se déplacent selon un modèle de mobilité aléatoire dans le réseau pour maintenir la connexité afin d'assurer la collecte contrôlée des données basée sur le protocole de routage Mulipath Energy Conserving Routing Protocol (MECRP). Les capteurs peuvent être équipés de plusieurs interfaces radios partageant un seul canal sans fil avec lequel ils peuvent communiquer avec plusieurs voisins. La transmission des données à travers une liaison de communication entre deux parents peut interférer avec les transmissions d'autres liaisons si elles transmettent à travers le même canal. Nous avons besoin de savoir quel canal utiliser en présence de plusieurs canaux pour une transmission donnée. Nous proposons une méthode distribuée appelée: Well Connected Dominating Set Channel Assignement (WCDS-CA), pour calculer le nombre de canaux qui seront alloués à tous les capteurs de telle sorte que les capteurs adjacents se voient attribués des canaux différents
Wireless Sensor Networks (WSNs) have gained much attention in a large range of technical fields such as industrial, military, environmental monitoring etc. Sensors are powered by batteries, which are not easy to replace in harsh environments. The energy stored by each sensor is the greatest impediment for increasing WSN lifetime. Since data transmission consumes more energy, our major concern is how to efficiently transmit the data from all sensors towards a sink. We suggest three tree-based data aggregation algorithms: Depth-First Search Aggregation (DFSA), Flooding Aggregation (FA) and Well-Connected Dominating Set Aggregation (WCDSA) to reduce the number of transmissions from each sensor towards the sink. Tree-based data aggregation suffers from increased data delivery time because the parents must wait for the data from their leaves. Some parents might have many leaves, making it very expensive for a parent to store all incoming data in its buffer. We need to determine the aggregation time each parent in the tree has to spend in aggregating and processing the data from its leaves. We propose an Efficient Tree-based Aggregation and Processing Time (ETAPT) algorithm using Appropriate Data Aggregation and Processing Time (ADAPT) metric. Given the maximum acceptable latency, ETAPT's algorithm takes into account the position of parents, their number of leaves and the depth of the tree, in order to compute an optimal ADAPT time. At any time, the amount of data aggregated by parents may become greater than the amount of data that can be forwarded. We propose the introduction into the network of many data aggregators called Mini-Sinks (MSs). MSs are mobile and move according to a random mobility model inside the sensor field to maintain the fully-connected network in order to aggregate the data based on the controlled Multipath Energy Conserving Routing Protocol (MECRP). Sensors may use many radio interfaces sharing a single wireless channel, which they may use to communicate with several neighbours. Two sensors operating on the same wireless channel may interfere with each other during the transmission of data. We need to know which channel to use in the presence of multiple channels for a given transmission. We propose a distributed Well-Connected Dominating Set Channel Assignment (WCDS-CA) approach, in which the number of channels that are needed over all sensor nodes in the network in such a way that adjacent sensor nodes are assigned to distinct channels

La photonique sur silicium connaît depuis plusieurs années un fort développement avec la démonstration d’importants résultats concernant les interconnexions optiques. En effet, l’explosion du trafic de données au sein des centres de données a nécessité de trouver une solution annexe aux interconnexions métalliques afin de supporter de très hauts débits de transmission, tout en assurant une faible consommation énergétique et un coût raisonnable. Les applications de la photonique se situent d’une part dans le domaine des communications à longue distance entre équipements dont les standards actuels visent un débit de 400 Gb/s, et d’autre part dans le domaine des calculateurs à haute performance afin de réaliser les interconnexions courte distance entre un processeur et une banque de mémoires.STMicroelectronics s’est lancé depuis 2012 dans le développement d’une plateforme photonique sur silicium sur wafers de 300mm. Les principaux objectifs sont : la conception des composants optiques passifs et actifs pour réaliser un transceiver élémentaire à un débit de 20 Gb/s, l’intégration accrue des dispositifs électro-optiques afin de constituer un interposeur photonique, la capacité à gérer plusieurs longueurs d’onde.Dans ce contexte, le sujet de cette thèse porte sur la mise au point d’un circuit de qualification proposant l’intégration d’un transmetteur électro-optique à l’échelle de la puce.Cette solution tire bénéfice de l’architecture de l’assemblage en trois dimensions des éléments constitutifs au sein de l’interposeur et permet de traiter l’hétérogénéité des composants électriques et optiques.Dans ces travaux, nous proposons dans un premier temps d’étudier le modulateur optique. Celui-ci repose sur l’utilisation d’un anneau résonant dont la bande passante est optimisée afin de permettre des débits jusqu’à 50 Gb/s. Dans un second temps, nous décrivons la conception du driver électrique en technologie CMOS 55nm et expliquons le compromis mis en jeu entre la vitesse et la puissance consommée par le transmetteur. Les deux dispositifs sont fabriqués sur des plateformes distinctes, puis caractérisés et analysés par rapport à leur modèle respectif. Puis, nous réalisons une première intégration du transmetteur complet via un assemblage wire-bonding, ce qui nous permet de valider son fonctionnement et d’identifier les difficultés d’une telle co-intégration. Enfin, la dernière partie de la thèse est consacrée à la préparation d’un démonstrateur intégrant, dans un assemblage 3D à base de micro-piliers en cuivre, un lien électro-optique capable de transmettre 16 canaux à 20 Gb/s. Le multiplexage en longueurs d’onde déployé dans ce lien devrait permettre d’atteindre un débit total de 320 Gb/s. De plus, l’étude énergétique du système permet de s’assurer que l’interconnexion finale respectera les contraintes de consommation de puissance
Stimulated by a series of important breakthrough, silicon photonics has been experiencing a significant development for several years. Indeed, due to exponential growth of data traffic inside datacenters, an alternative solution to metallic interconnects has been proposed to address very high transmission rates while ensuring a low energy consumption and a reasonable cost. Promising applications are in the field of both long- and short-distance optical communications. Long-range interconnects between datacenter equipment currently target an aggregate throughput of 400 Gb/s while short-reach interconnects are involved in high performance computers between a processor and a memory bank.STMicroelectronics has been developing a silicon photonic platform on 300 mm wafers since 2012. The main objectives are: the design of passive and active optical components to achieve an elementary 20 Gb/s transceiver, the increased integration of electro-optic devices to form a photonic interposer, the ability to manage several wavelengths.In this context, this PhD report deals with a testchip development at wafer level, proposing the integration of anelectro-optic transmitter. This solution benefits from the three dimensions assembly architecture of the dies within the photonic interposer and can handle the heterogeneity of electrical and optical components.This work first proposes to study the optical modulator which is based on a ring resonator. The ring bandwidth is optimized to operate up to 50 Gb/s. Secondly, the 55nm CMOS electrical driver design is described and the trade-off between transmitter speed and power consumption is highlighted. Both devices are fabricated on distinct technological platforms, then characterized and analyzed with respect to their respective models. A first integration of the complete transmitter is assembled through wire-bonding method, which enables to validate the transmitter operation. Finally, the last part of the report is devoted to the preparation of a 3D demonstrator based on micro-copper pillars assembly. The demonstrator integrates a wavelength division multiplexed link with 16 channels, which is expected to achieve a total throughput of 320 Gb/s. In addition, the system study enables to ensure that the final interconnect will respect power consumption constraints

Les Technologies de l’Information et de la Communication (TIC) font désormais partie du paysage de nombreux établissements d’enseignement supérieur, secondaire et même primaire en Afrique. Les avantages pour l’Institution, l’enseignant et l’apprenant sont avérés (Mvoto Meyong, 2010). Cependant les expériences, à l’échelle des établissements de formation, sont encore peu nombreuses et peu concluantes. Cette thèse porte sur l’intégration des TIC dans un cours de français pour anglophones à l’université de Buéa au Cameroun. Le cours traditionnel, dans sa version uniquement présentiel en classe, se déroule dans un contexte limitant fortement la satisfaction d’objectifs pédagogiques essentiels. En effet, les effectifs pléthoriques, le peu de temps alloué à la formation, l’hétérogénéité des groupes d’apprenants font que les compétences de production ainsi que les compétences en interaction des intéressés ne peuvent être développées. En réponse à cet existant, cette thèse, de type recherche-action, présente un dispositif hybride articulant travail en classe et dans le centre technologique de l’université. Là sont offertes des activités de communication en petits groupes dans une modalité quasi-synchrone. Cette modalité, peu souvent étudiée dans la littérature de recherche, offre une alternative réaliste aux environnements synchrones peu fiables, compte tenu de l’état des réseaux et de l’Internet dans cette partie du monde. Afin d’étudier si ce nouveau dispositif de formation permet de dépasser les difficultés évoquées et de faciliter l’apprentissage, je l’ai déployé deux années successives, en l’entourant d’un protocole de recherche. Les données recueillies m’ont permis d’analyser les interactions, de mettre en évidence les traces d’apprentissage. Mais cette double expérimentation apporte aussi un nouvel éclairage au travers de l’analyse des obstacles qui ont handicapé la mise en œuvre du dispositif technopédagogique. Je questionne le modèle d’intégration des TIC qui traditionnellement concentre toutes les ressources en un seul endroit, sans tenir compte des contextes technologiquement limités. J’esquisse une voie alternative destinée, grâce à l’apprentissage mobile, à intégrer les TIC dans des dispositifs de formation de langues et un contexte technologique proches de notre situation prototypique
Information and Communication Technologies are now part of the life of many institutions of higher education, secondary education and even primary education. The benefits for these institutions, as well as for teachers and learners are established. However, there are very few cases of experiments carried out in learning Institutions with positive results. This thesis is about integrating ICTs into a French course in the Anglo-Saxon university of Buea in Cameroon. The context in which the course is taught in classrooms makes it difficult for the objectives to be met. Because of the large class size, the little time allocated to the course and the heterogeneous nature of students’ language levels, speaking, writing and interactional skills are not worked out in class. This action research thesis sets out to propose a blended learning set-up that hinges around the university IT Centre. Online classes are articulated with classroom sessions. Thus, students have the opportunity to involve in small groups, in communicative activities and in quasi synchronous mode. These communication modality, very often less studied by CMC researchers, is an efficient alternative to synchronous communication and environments that are very much reliable as far as internet quality is concerned in that part of the world. The general question that has driven the research is: How can a technology instrumented approach help in overcoming difficulties and ease learning? To answer that question, two technology based experiences were carried out. They were guided by a research protocol. Data collected enable me to analyse interactions and determine traces of language acquisition. From the circumstances surrounding the experiments, it is discovered that there are a number of obstacles to the integration of ICT in “low tech context” like that which is studied. The technology-based stet-up pattern is then questioned. This research work goes further to propose mobile learning as an alternative to the ICT integration model that concentrates all the resources in a single location

Le bâtiment est un noeud énergétique important et un support idéal pour développer et analyser les effets d'un système de gestion optimisée d'énergie (SGEB) tant son impact potentiel sur la demande énergétique globale est important. Cependant, pour que ces objectifs soient atteints, plusieurs verrous doivent être levés. Au-delà des problématiques liées à l'architecture de distribution, aux modèles (y compris ceux relatifs au comportement des usagers), aux outils de dimensionnement, à la formalisation des paramètres, contraintes et critères, aux systèmes de production et aux modes de connexions au réseau de distribution, les problèmes liés à la mise en oeuvre d'un outil de gestion décentralisée et à sa validation sont centraux centrale. Ces travaux s'inscrivent directement dans cette optique. Ils portent en particulier sur l'élaboration de modèles énergétiques, de stratégies de gestion d'énergie dans une configuration multi-sources et multi-charges et surtout de mise en oeuvre de méthodes et d'outils de validation au travers de bancs tests variés où certains composants peuvent être réels. Ce travail analyse le gestionnaire énergétique " G-homeTech " comprenant plusieurs fonctionnalités de gestion testées sur des bancs d'essai virtuels et hybrides qui permettent de combiner à la fois des composants matériels et logiciels dans les simulations. Cela a permis d'insérer des actionneurs communicants pour tester leur pertinence. Les validations menées montrent que le gestionnaire énergétique permet l'effacement de pointes de consommation et des économies sur la facture énergétique globale tout en respectant les contraintes techniques et réglementaires. Les évènements prédits ne sont pas toujours ceux qui se produisent. Nous avons alors simulé de telles situations. La radiation solaire et la consommation totale des services non contrôlables sont différentes de celles prédites. Cette différence a conduit à des dépassements de puissance électrique souscrite qui a activé le mécanisme de gestion réactive du gestionnaire énergétique. Des ordres de délestage sont alors dynamiquement envoyés à certains équipements. Ces ordres alimentent directement les modèles des équipements électriques. Selon les importances relatives données au coût et au confort, nous avons montré que le gestionnaire énergétique permet de faire des économies substantielles en évitant les consommations durant les pics de prix et évitant les dépassements de souscription par effacement, par modulation du fonctionnement des systèmes de chauffage et par décalage de fonctionnement des services temporaires dans les périodes plus intéressante énergétiquement.

Hybrid plasmonic (HP) waveguides, a multi-layer waveguide structure supporting a hybrid mode of surface plasmonics and Si photonics, is a compromise way to integrate plasmonic materials into Si or SOI platforms, which can guide optical waves of sub-wavelength size, and with relative low propagation loss. In this thesis, several HP waveguides and devices are developed for the purposes of optical communications and sensing. The single-slot HP ring resonator sensor with 2.6µm radius can give a quality factor (Q factor) of 1300 at the communication wavelength of 1.5µm with a device sensitivity of 102nm/RIU (refractive index unit). The Mach-Zehnder interferometer (MZI) with a 40µm double-slot HP waveguide has a device sensitivity around 474nm/RIU. The partly open silicon side-coupled double-slot HP ring resonator has a device sensitivity of 687.5nm/RIU, with a Q factor over 1000 after optimization. Further, an all-optical switching HP donut resonator with a photothermal plasmonic absorber is developed, utilizing the thermal expansion effect of silicon to shift the resonant peak of the HP resonator. The active area has a radius of 10µm to match the core size of a single-mode fiber. By applying 10mW power of the driving laser to the absorber, the resonator transmitted power can be changed by 15dB, with an average response time of 16µs. Using the same fabrication flow, and removing the oxide materials using hydrogen fluoride wet etching, a hollow HP waveguide is fabricated for liquid sensing applications. The experimentally demonstrated waveguide sensitivity is about 0.68, which is more than twice that of pure Si waveguide device. Microelectromechanical systems (MEMS) can also be integrated into vertical HP waveguides. By tuning the thickness of the air gap, over 20dB transmitted power change was experimentally demonstrated. This can be used for optical switching applications by either changing the absorption or phase of the HP devices.

QC 20170427

Development of light-emitting diode technology is driven mainly by the need for efficient solid-state lighting, but it is also creating opportunities for new applications such as visible light communications (VLC). Here, the solid-state visible light sources are used to transmit data with the added requirement of a short excited-state lifetime so that sources can be modulated at high speed. This research focuses on hybrid optical sources for visible light communications with an emphasis on novel formats of colour-converters for multi-wavelength photoluminescence as well as white-light generation. Such converters include red and green colloidal quantum dots, the organic semiconductor BBEHPV andII-VI / III-V epitaxial structures. Solution-processable and environmentally stable polymeric films based on red and green colloidal quantum dots are demonstrated. Modulation bandwidth up to 24 MHz, photoluminescence quantum yields up to 61% and peak emission tunability across the visible spectrum makes these materials interesting as colour-converters for VLC. Free-space data transmission was demonstrated in this case with data rates up to 400 Mbit/s and 500 Mbit/s using 2-PAM modulation scheme for green and red quantum dots, respectively. Hybrid sources consisting of 450nm InGaN LEDs with capillary-bonded micron-thick ZnCdSe/ZnCdMgSe multi-quantum-well colour-converting membranes with peak emission at 540 nm are reported. After processing, the membrane was capillary bonded onto the sapphire side of the μLED resulting in a maximum converted average power of 37 μW. The -3dB optical modulation bandwidth of the bare LED, hybrid device and II-VI were 79 MHz, 51 MHz and 145 MHz, respectively. Visible light communication using both InGaN LEDs and a InGaN laser diode, down-converted by a red-emitting AlInGaP multi-quantum-well nanomembrane are also reported. Similarly to the previous devices, the AlInGaP nanomembrane was bonded onto the μLED array. For the down-converted laser diode approach, the nanomembrane can be sandwiched between a sapphire lens and optionally onto a distributed feedback reflector. The down-converter structure is remotely excited by the laser diode. Data transmission up to 870 Mb/s using M-PAM andOFDM modulation schemes is demonstrated for the μLED integrated nanomembrane. ODFM transmission at 1.2Gb/s is achieved for the laser diode pumped sample.

Signals in chaotic communication systems can be used in secure communications because they are unstable and aperiodic making them difficult to detect or predict. Receivers for conventional chaotic communication systems are complex as chaotic signals are sensitive initial condition and difficult to synchronize. This research developed a method to create a Generalized Multilevel-Hybrid Chaotic Oscillator and derived its generalized fixed basis function leading to the implementation of a simple matched filter receiver that can be synchronized. The proposed system is not sensitive initial condition and can be used effectively for multi-level and multi-access communication systems.

As a benefit of achieving a diversity gain and/or a multiplexing gain, MIMO techniques are capable of significantly increasing the achievable throughput and/or the network coverage without additional bandwidth or transmit power. For the sake of striking an attractive trade-off between the attainable diversity gain and/or multiplexing gain, in this thesis the novel Space-Time-Frequency Shift Keying (STFSK) concept is proposed for the family of MIMO systems. More specifically, in order to generate space-time-frequency domain codewords, the STFSK encoding schemes activate one out of Q dispersion matrices, and the associated address bits are then combined with a classic time-domain and frequency-domain modulation scheme. The resultant arrangements impose no inter-symbol interference and are capable of eliminating the inter-antenna interference, hence offering a range of benefits over other classic MIMO arrangements. Additionally, a soft-output STFSK demodulator is designed for iterative detection and the complexity of both the hard- as well as soft-decision demodulators is quantified. Furthermore, the STFSK performance is studied in both the single-user and the multipleuser multi-cell environment in order to investigate the effects of these techniques on the performance of the holistically optimized systems. Furthermore, we studied the H-ARQ systems advocated in the context of cooperation-aided wireless networks, where the MIMO elements are constituted by the individual elements of separate network nodes. Both perfect and imperfect coherent detection as well as non-coherent detection aided cooperative H-ARQ schemes are considered. In the perfect coherent detection based pilot symbol assisted scheme, a novel relay-switching aided H-ARQ scheme is proposed for mitigating the effects of correlation in fading wireless channels, followed by a H-ARQ scheme employing systematic Luby transform codes. In contrast to the unrealistic perfect coherent detection, realistic imperfect coherent schemes are studied, where the channel impulse responses are imperfectly estimated. Furthermore, non-coherent differential detection aided cooperative H-ARQ schemes are proposed and compared to their coherent detection assisted counterparts. Finally, a novel cooperative H-ARQ arrangement based on distributed space-time codes is proposed for the sake of improving the attainable system throughput, while reducing the system’s complexity.

L’intégration photonique permet de réduire la taille et la consommation d’énergie des systèmes de communication par fibre optique par rapport aux systèmes assemblés à partir de composants unitaires. Cette technologie a récemment suscité un grand intérêt avec les progrès de l’intégration sur InP et le développement de la photonique sur silicium. Cette dernière challenge la plate-forme d’intégration sur InP car des composants à hautes performances et faibles coûts peuvent être fabriqués dans des fonderies originellement développées pour la microélectronique. Les lasers sont l'une des pièces maitresses des émetteurs-récepteurs pour les communications optiques. Leur intégration sur la plateforme silicium permet de développer des émetteurs-récepteurs comprenant les fonctions critiques d’émission de lumière, de modulation et de détection sur une même puce. L’intégration de matériaux III-V par collage moléculaire sur plaque silicium permet de produire de grands volumes : plusieurs dizaines voire centaines de composants sont réalisés par wafer. Dans cette thèse, j’ai étudié théoriquement et expérimentalement les propriétés des lasers accordables basés sur des résonateurs en anneau en silicium, des lasers à rétroaction distribuée modulés directement et des lasers à haut facteur de qualité qui présentent un faible bruit de phase et d’intensité
Photonic integration reduces the size and energy consumption of fiber optic communication systems compared to systems assembled from discrete components. This technology has recently attracted a great interest with the progress of integration on InP and the development of silicon photonics. The latter challenges the integration platform on InP as high-performance and low-cost components can be manufactured in foundries originally developed for microelectronics. Lasers are one of the main parts of transceivers for optical communications. With their integration on the silicon platform, transceivers that include the critical functions of light emission, modulation and detection on the same chip can be made. In the heterogeneous integration platform, components are manufactured in high volumes: several tens or even hundreds of components are produced per wafer. In this thesis, I studied theoretically and experimentally the properties of tunable lasers based on silicon ring resonators, directly modulated distributed feedback lasers and low noise high-quality factor lasers

Les Réseaux de capteurs sans fil (WSN) sont une technologie émergente avec des applications potentielles dans divers domaines de la vie quotidienne, tels que la surveillance structurelle et environnementale, la médecine, la surveillance militaire, les explorations robotisées, etc. Les nœuds de capteurs doivent fonctionner pendant une longue période avec des batteries capacité limitée, par conséquent le facteur plus important dans les WSN est la consommation d'énergie. Dans cette thèse, nous proposons des techniques d'optimisation algorithmiques dynamiques, et adaptative pour la réduction de l'énergie. Tout d'abord, un modèle énergétique précis est présenté. Ce modèle repose sur des mesures réelles de courant consommé pour différents scénarios qui peuvent se produire lors de la communication entre les nœud. Il en est conclu que la couche MAC joue un rôle essentiel dans la réduction de l'énergie consommée. Ensuite, un protocole MAC dynamique est présenté. Il adapte de manière dynamique l’intervalle de réveil des nœuds de capteurs à partir d’une estimation du trafic. L’algorithme adaptatif modélisé de façon heuristique pour comprendre le comportement de convergence des paramètres algorithmiques. Le protocole est appliqué sur des réseaux de capteurs corporels et il surclasse les autres protocoles MAC en termes de latence ainsi que de consommation d'énergie ce qui permet donc d'augmenter la durée de vie de trois à six fois. Enfin, une technique basée sur l’optimisation adaptative de la puissance d'émission radio est appliquée sur des canaux variant dans le temps. La puissance de sortie est réglée dynamiquement au meilleur niveau de puissance selon l’état du canal, ce qui diminue la consommation d’un facteur deux
Wireless Sensor Networks (WSN) are a fast emerging technology with potential applications in various domains of daily-life, such as structural and environmental monitoring, medicine, military surveillance, robotic explorations etc. WSN devices are required to operate for a long time with limited battery capacity, therefore, the most important constraint in WSN is energy consumption. In this thesis, we propose algorithmic-level dynamic and adaptive optimization techniques for energy reduction in WSN. First, an accurate energy model is presented. This model relies on real-time power measurements of various scenarios that can occur during communication between sensor nodes. It is concluded that MAC layer plays a pivotal role for energy reduction. Then, a traffic-aware dynamic MAC protocol is presented which dynamically adapts the wake-up schedule of sensor nodes through traffic estimation. An adaptive algorithm is designed for this purpose that is heuristically modeled to understand the convergence behavior of algorithmic parameters. The proposed protocol is applied to body area networks and it outperforms other low-power MAC protocols in terms of latency as well as energy consumption and consequently increases the lifetime from three to six times. Finally, an SNR-based adaptive transmit power optimization technique is applied under time-varying channels. The output power is dynamically tuned to best power level under slow varying channel, which results in an average gain by two times

Les réseaux véhiculaires, connus sous le terme VANETs, sont des réseaux impliquant des communications entre deux ou plusieurs véhicules et éventuellement une communication avec des éléments d’infrastructure sur la route. Récemment, le concept de systèmes de transport intelligents (STI) a connu beaucoup d’intérêt. Les STI sont des systèmes utilisant les nouvelles technologies de communication sans fil appliquées au domaine du transport pour améliorer la sécurité routière, la logistique et les services d’information. Des défis majeurs ont besoin cependant d'être abordés pour offrir une communication sur la route sécurisée et fiable dans des environnements anonymes et quelquefois hostiles à la communication. Comme dans tout système de communication, les réseaux véhiculaires doivent opérer en respectant des contraintes en termes de qualité de service. Ces contraintes sont d’autant plus strictes quand il s’agit de fournir des services de sécurité sur la route. Ce projet vise à développer des techniques de communication véhiculaires pour le transfert des informations de manière fiable entre véhicules roulant à grande vitesse tout en contrôlant la surcharge du réseau. Ces techniques visent la prise en compte des contraintes temporelles sur les délais de transfert afin d’envisager leur utilisation dans des applications critiques telle que la sécurité sur la route. Pour ce faire, cette thèse propose d’abord un protocole optimal de dissémination de messages d’urgence pour les VANETs. Il est basé sur une stratégie de diffusion qui exploite les véhicules sur la direction opposée afin d’accélérer la dissémination du message d’urgence tout en réduisant le nombre de transmissions. Ainsi, et dans le but d’assurer une dissémination fiable et à faible surcoût, une technique de retransmission périodique intelligente permettant l’adaptation du protocol proposé à différentes densités du trafic routier est proposée. Dans un second volet, ce projet propose une approche hybride de dissémination de messages d’urgence qui combine alternativement les avantages des deux principales approches de dissémination existantes (Sender-oriented et Receiver-oriented dont notre première proposition fait partie) afin de garantir une transmission fiable des alertes tout en réduisant les délais. Les approches Receiver-Oriented qui sont les plus adaptées pour les applications de sécurité dans les VANETs peuvent minimiser la latence et les limitations des approches Sender-Oriented. Mais, ilsdoivent aussi mieux exploiter les apports des messages hello (beacons) échangés dans la technologie IEEE802.11P. Ainsi, et dans le but de surmonter les limites des approches de retransmissions périodiques et celles de relais- multiples afin d’assurer des échanges fiables de messages de sécurité tout en réduisant la surcharge de la bande passante, nous introduisons un nouveau mécanisme DR/BDR (Designated Relay/Backup Designated Relay). Le BDR, dans ce mécanisme, doit remplacer le DR et assurer sa tâche quand il détecte, à travers les beacons colorés échangés,l’échec de ce dernier dans la dissémination du message d’urgence
Vehicular Ad hoc NETworks (VANETs) have gained considerable attention in the past few years due to their promising applications such as safety warning, transport efficiency or mobile infotainment. Avoiding accidents and traffic jams are two main immediate benefits of vehicular networks. For instance, most drivers would like to receive real-time alerts about accidents happening at a short distance in front of their vehicles since these accidents could lead to collision chains involving tens of vehicles. Also, the ability to receive an alert about a potential traffic jam would allow drivers to take alternate routes, saving both time and fuel. In both cases, warning messages should be broadcasted to all vehicles traveling over a geographical area, and need to be delivered with high reliability, low delay and low overhead. It is therefore important to develop a reliable and efficient safety information dissemination protocol in vehicular networks. Due to the vehicle mobility and lossy wireless channel, highly reliable, scalable and fast multi-hop broadcast protocol is very challenging to design. A number of solutions have been proposed in the past few years. However, the tradeoff between reliability and efficiency in such solutions needs to be carefully considered. This thesis presents an optimal protocol for the broadcast of safety messages in VANETs. Optimality, in terms of delay and transmission count, is achieved using a broadcast strategy that exploits opposite vehicles. To carry out reliable and efficient broadcast coordination, intelligent periodic rebroadcasts, which effectively adapt our protocol to sparse and dense networks, are proposed. Simulations are conducted and results are presented to show that it has a better performance over existing competing protocols. As a second contribution, we propose an alternative Receiver-Sender approach that combines advantages of the two existing dissemination approaches (Sender-oriented and Receiver-oriented to which our first proposal belongs) to ensure low latency and high reliability. The proposal can use any sender or receiver oriented protocol but the same selected one is used during all the dissemination process. In order to overcome the unreliability and broadcast overhead generated by periodic rebroadcasts and multiple relays schemes, we introduce a DR/BDR (Designated Relay/Backup Designated Relay) mechanism where the BDR has to replace the DR when detecting,from exchanged colored beacons, its failure in informing concerned vehicles

Dans cette thèse, nous nous adressons le problème du contrôle de systèmes multi-agents connectés via des modèles réalistes de systèmes de communication. Nous traitons principalement les systèmes de véhicules connectés et automatisés (CAVs) communiquant via des systèmes de communication 5G qui permettent deux types de communication : la communication directe entre les nœuds, connue sous le nom de communication véhicule-à-véhicule (V2V), et la communication à travers l'infrastructure réseau, qui est la manière traditionnelle de communiquer dans les réseaux cellulaires.La thèse traite de trois problèmes : premièrement, nous analysons les propriétés de stabilité et de convergence de l'algorithme du consensus pour agents d'intégrateurs du premier ordre en utilisant un schéma d'accès multiple par répartition temporelle (TDMA) pour partager les ressources du réseau d'un canal de communication partagé. La stabilité exponentielle du système considéré est démontrée, et une borne explicite dépendant des paramètres du système de communication est fournie pour estimer la vitesse de convergence. Ensuite, nous abordons le problème du contrôle de formation d'un groupe de véhicules connectés dans un contexte de communication 5G. Nous proposons un algorithme d'allocation de ressources pour sélectionner les utilisateurs émetteurs afin d'atteindre la formation souhaitée tout en respectant les contraintes imposées par le couche de communication. Enfin, nous étudions les propriétés de stabilité des filtres de Kalman pour les systèmes hybrides, précisément, des systèmes avec une dynamique en temps continu observée à travers des mesures en temps discret. La stabilité d'entrée-à-état (ISS) est démontrée pour de tels systèmes en utilisant une fonction de Lyapunov appropriée. Ce résultat peut être considéré comme une première étape dans l'analyse de la robustesse du système global, car il permet de prendre en compte les effets des erreurs de communication sur la stabilité du système contrôlé
In this thesis, we address the problem of control of multi-agent systems connected over realistic models of communication systems. We mainly focus on systems of connected and automated vehicles (CAVs) that communicate through a 5G communication system, which allows two types of communication: direct communication between nodes, known as Vehicle-to-Vehicle (V2V) communications, and communication through the network infrastructure, which is the traditional way of communication in cellular networks.The thesis discusses three problems: first, we analyze the stability and convergence properties of the consensus algorithm of first-order integrator agents using a time-division multiple access (TDMA) scheme to share the network resources of a broadcast shared communication channel. Exponential stability of the considered system is proved, and an explicit bound depending on the communication system parameters is provided to estimate the convergence rate. Second, we treat the problem of formation control of a float of connected vehicles in a 5G communication context. We propose a resource allocation algorithm to select the transmitting users to achieve the desired formation while satisfying the constraints imposed by the communication system. Finally, we study the stability properties of Kalman filters for hybrid systems, i.e., systems with continuous-time dynamics observed through discrete-time measurements. Input-to-state stability (ISS) is proved for such systems relying on an appropriate Lyapunov function. This result can be considered as a first step in the robustness analysis of the overall system since it allows to treat the effects of communication errors on the controlled system stability

Dans cette thèse de doctorat, nous étudions des algorithmes et des implémentations pour accélérer la résolution de systèmes linéaires denses en utilisant des architectures composées de processeurs multicœurs et d'accélérateurs. Nous nous concentrons sur des méthodes basées sur la factorisation LU. Le développement de notre code s'est fait dans le contexte de la bibliothèque MAGMA. Tout d'abord nous étudions différents solveurs CPU/GPU hybrides basés sur la factorisation LU. Ceux-ci visent à réduire le surcoût de communication dû au pivotage. Le premier est basé sur une stratégie de pivotage dite "communication avoiding" (CALU) alors que le deuxième utilise un préconditionnement aléatoire du système original pour éviter de pivoter (RBT). Nous montrons que ces deux méthodes surpassent le solveur utilisant la factorisation LU avec pivotage partiel quand elles sont utilisées sur des architectures hybrides multicœurs/GPUs. Ensuite nous développons des solveurs utilisant des techniques de randomisation appliquées sur des architectures hybrides utilisant des GPU Nvidia ou des coprocesseurs Intel Xeon Phi. Avec cette méthode, nous pouvons éviter l'important surcoût du pivotage tout en restant stable numériquement dans la plupart des cas. L'architecture hautement parallèle de ces accélérateurs nous permet d'effectuer la randomisation de notre système linéaire à un coût de calcul très faible par rapport à la durée de la factorisation. Finalement, nous étudions l'impact d'accès mémoire non uniformes (NUMA) sur la résolution de systèmes linéaires denses en utilisant un algorithme de factorisation LU. En particulier, nous illustrons comment un placement approprié des processus légers et des données sur une architecture NUMA peut améliorer les performances pour la factorisation du panel et accélérer de manière conséquente la factorisation LU globale. Nous montrons comment ces placements peuvent améliorer les performances quand ils sont appliqués à des solveurs hybrides multicœurs/GPU
In this PhD thesis, we study algorithms and implementations to accelerate the solution of dense linear systems by using hybrid architectures with multicore processors and accelerators. We focus on methods based on the LU factorization and our code development takes place in the context of the MAGMA library. We study different hybrid CPU/GPU solvers based on the LU factorization which aim at reducing the communication overhead due to pivoting. The first one is based on a communication avoiding strategy of pivoting (CALU) while the second uses a random preconditioning of the original system to avoid pivoting (RBT). We show that both of these methods outperform the solver using LU factorization with partial pivoting when implemented on hybrid multicore/GPUs architectures. We also present new solvers based on randomization for hybrid architectures for Nvidia GPU or Intel Xeon Phi coprocessor. With this method, we can avoid the high cost of pivoting while remaining numerically stable in most cases. The highly parallel architecture of these accelerators allow us to perform the randomization of our linear system at a very low computational cost compared to the time of the factorization. Finally we investigate the impact of non-uniform memory accesses (NUMA) on the solution of dense general linear systems using an LU factorization algorithm. In particular we illustrate how an appropriate placement of the threads and data on a NUMA architecture can improve the performance of the panel factorization and consequently accelerate the global LU factorization. We show how these placements can improve the performance when applied to hybrid multicore/GPU solvers

The HF band of radio frequencies, from 3-30 MHz, is unique in its property that it is refracted by the ionosphere. This property allows long distance radio telecommunications around the world without requiring infrastructure. High frequency (HF) communication has been largely superseded by satellite and cellular technologies for day-to-day communications, due to the tight bandwidth constraints and technical difficulties inherent in using it. However there is still a need for HF communications devices where existing infrastructure is not available, such as in remote or polar locations, or in emergency situations due to natural disasters. This research is aimed at the development of an asymmetric HF communications link, with a battery-powered remote unit that transmits a small amount of data to a mains-powered base station. New technologies are identified and evaluated for use in the link, with the aim of reducing the power requirements of the remote unit. Error correction techniques are investigated. Low-density parity check (LDPC) codes, which are powerful codes used for forward error correction, are suggested for use in the link. Quasi-cyclic LDPC codes allow the low-power transmitter unit to use a computationally simple encoder based on feedback shift registers for generating the LDPC block codes cheaply. Semi-blind LDPC turbo equalisation is a powerful technique that can be used at the base station which utilises the structure of the LDPC code to encode the data stream. This equalises a received signal with a minimal amount of training data required, reducing the duty cycle of the remote unit. Hybrid automatic repeat request (HARQ) techniques are also investigated, which increase the throughput of a link when data repeats are required. A novel HARQ techniquewas created and proven to increase throughput in links with noise. As the proposed system may be deployed in remote locations, or locations where it might be difficult or undesirable to erect a proper HF antenna, a selection of buried antennas are characterised. A design for a remote unit is suggested. This unit was manufactured and used to test the capability of inexpensive, low power hardware to implement the proposed remote unit algorithms.

Tesis por compendio
[ES] La presente tesis doctoral se centra en el diseño, síntesis y caracterización de varios nanodispositivos híbridos orgánico-inorgánicos, utilizando como soporte nanopartículas de sílice mesoporosa equipadas con enzimas y puertas moleculares, los cuales muestran capacidades comunicativas además de la evaluación de diferentes estrategias de comunicación. El primer capítulo incluye un resumen de diferentes conceptos sobre los que se fundamentan los estudios realizados tales como nanotecnología, materiales de sílice mesoporosa, materiales con puertas moleculares que reaccionan a estímulos específicos, partículas Janus y biocomputación. Finalmente, se incluyen conceptos básicos acerca de la comunicación química, materiales y estrategias empleados hasta ahora y ejemplos representativos. A continuación, en el segundo capítulo, se presentan los objetivos generales de esta tesis doctoral que son abordados en los siguientes capítulos experimentales. El tercer capítulo muestra un sistema de biocomputación para liberación basado en nanopartículas Janus de oro-sílice mesoporosa capaces de comunicarse con el entorno procesando la información e imitando la función lógica booleana propia de un demultiplexer y que resulta en la liberación controlada de la carga. Se muestra que dicho nanodispositivo puede llevar a cabo sus funciones en medios complejos como en células cancerígenas. En el cuarto capítulo, se presenta un modelo circular de comunicación dentro de una red de tres nanopartículas diferentes basado en el intercambio jerárquicamente programado de mensajes químicos. La parte mesoporosa del nanodispositivo 1 (S1βgal) es cargada con la especie fluorescente [Ru(bpy)3]Cl2 y tapada con cadenas de oligo(etilenglicol) que contienen puentes disulfuro y que funcionan como puertas moleculares, mientras que la enzima β-galactosidasa es unida a la parte del oro. En la nanopartícula 2 (S2galox), la enzima galactosa oxidasa es inmovilizada en la cara del oro mientras que la sílice mesoporosa es cargada con 4-(bromometil)benzoato de metilo y los poros tapados con un derivado de arilboronato autoinmolante sensible a H2O2 que forma un complejo huéspedanfitrión con β-ciclodextrina. Finalmente, el nanodispositivo 3 (S3est) es funcionalizado con la enzima esterasa en la parte del oro, cargada con la especie reductora hidroclururo de tris(2-carboxietil)fosfina (TCEP) en la parte mesoporosa y tapada con una nanoválvula supramolecular que responde a pH (βciclodextrina:benzimidazol). En el quinto capítulo, se muestra un modelo interactivo de comunicación química entre una nanopartícula Janus abiótica y un organismo vivo (Saccharomyces cerevisiae). En particular, el nanodispositivo está basado en nanopartículas funcionalizadas con glucosa oxidasa en la parte del oro, cargadas con el genotóxico fleomicina y tapadas con la puerta molecular sensible a pH (βciclodextrina:benzimidazol). El microorganismo usado en el estudio es una levadura modificada que expresa GFP bajo el control del promotor del gen RNR3; la transcripción de dicho gen es inducida con la exposición a agentes que dañan el ADN. La ruta de comunicación interactiva empieza con la adición de sacarosa (estímulo de entrada) la cual es hidrolizada en glucosa por la invertasa localizada en el espacio periplásmico de las levaduras y que difunde al nanodispositivo donde es trasformada en el correspondiente ácido por la glucosa oxidasa de la parte del oro. La bajada local de pH da lugar a la apertura de la nanoválvula sensible a pH del nanovehículo y con ello a la liberación de fleomicina (mensaje de vuelta) que induce la expresión de GFP (señal de salida) en las levaduras. En el sexto capítulo, proponemos una estrategia para establecer una comunicación lineal entre dos microorganismos diferentes que no interactúan entre ellos mediada por un nanodispositivo que actúa como traductor químico. Finalmente, las conclusiones generales de la presente tesis doctoral son expuestas en el capítulo siete. El estudio de las capacidades comunicativas de los nanodispositivos mesoporosos funcionalizados con enzimas permite la construcción de estrategias de cooperación entre diferentes entidades que permiten funcionalidades que van más allá que aquellas llevadas a cabo por agentes individuales.
[CA] La present tesi doctoral es centra en el disseny, síntesi i caracterització de diversos nanodispositius híbrids orgànic-inorgànics, utilitzant com a suport nanopartícules de sílice mesoporosa equipades amb enzims i portes moleculars, i que mostren capacitats comunicatives a més de l’avaluació de diferents estratègies de comunicació. El primer capítol inclou un resum de diferents conceptes sobre els quals es fonamenten els estudis realitzats com ara nanotecnologia, materials de sílice mesoporosa, materials amb portes moleculars que reaccionen a estímuls específics, partícules Janus i biocomputació. Finalment, s’inclouen conceptes bàsics sobre la comunicació química, materials i estratègies utilitzades fins ara i exemples representatius. A continuació, en el segon capítol, es presenten els objectius generals d’aquesta tesi doctoral que són abordats en els següents capítols experimentals. El tercer capítol mostra un sistema de biocomputació per alliberament basat en nanopartícules Janus d’or-sílice mesoporosa capaços de comunicar-se amb l’entorn processant la informació i imitant la funció lògica booleana pròpia d’un demultiplexer i que resulta en l’alliberament controlat de la càrrega. Es mostra que aquest nanodispositiu pot dur a terme les seves funcions en mitjans complexos com en cèl·lules canceroses. En el quart capítol, es presenta un model circular de comunicació dins d’una xarxa de tres nanopartícules diferents basat en l’intercanvi jeràrquicament programat de missatges químics. La part mesoporosa del nanodispositiu 1 (S1βgal) es carrega amb l’espècie fluorescent [Ru(bpy)3]Cl2 i es tapa amb cadenes d’oligo(etilenglicol) que contenen ponts disulfur i que funcionen com portes moleculars, mentre que l’enzim β-galactosidasa s’immobilitza a la part de l’or. A la nanopartícula 2 (S2galox), l’enzim galactosa oxidasa s’immobilitza a la cara de l’or mentre que la sílice mesoporosa es carrega amb 4-(bromometil)benzoat de metil i els porus són tapats amb un derivat d’arilboronat autoimmolant sensible a H2O2 que forma un complex hoste-amfitrió amb β-ciclodextrina. Finalment, el nanodispositu 3 (S3est) es funcionalitza amb l’enzim esterasa en la part de l’or, es carrega amb l’espècie reductora hidroclurur de tris (2-carboxietil) fosfina (TCEP) a la part mesoporosa i es tapa amb una nanoválvula supramolecular que respon a pH (β-ciclodextrina:benzimidazol). En el cinqué capítol, es mostra un model interactiu de comunicació química entre una nanopartícula Janus abiòtica i un organisme viu (Saccharomyces cerevisiae). En particular, el nanodispositiu està basat en nanopartícules funcionalitzades amb glucosa oxidasa en la part de l’or, carregades amb el genotòxic fleomicina i tapades amb la porta molecular sensible a pH (βciclodextrina:benzimidazol). El microorganisme utilitzat en l’estudi és un rent modificat que expressa GFP sota el control del promotor del gen RNR3; la transcripció d’aquest gen és induïda amb l’exposició a agents que danyen l’ADN. La ruta de comunicació interactiva comença amb l’addició de sacarosa (estímul d’entrada) la qual és hidrolitzada en glucosa per la invertasa localitzada en l’espai periplasmàtic dels rents i que difon al nanodispositiu on és transformada en el corresponent àcid per la glucosa oxidasa de la part de l’or. La baixada local de pH dona lloc a l’obertura de la nanoválvula sensible a pH del nanovehicle i amb això l’alliberament de fleomicina (missatge de tornada) que indueix l’expressió de GFP (senyal de sortida) en el rent. En el sisé capítol, proposem una estratègia per establir una comunicació lineal entre dos microorganismes diferents que no interactuen entre ells facilitada per un nanodispositiu que actua com a traductor químic. Finalment, les conclusions generals de la present tesi doctoral són exposades en el capítol set. L’estudi de les capacitats comunicatives dels nanodispositius mesoporosos funcionalitzats amb enzims permet la construcció d’estratègies de cooperació entre diferents entitats que permeten funcionalitats que van més enllà que aquelles dutes a terme per agents individuals. Esperem que els resultats obtinguts inspiren aplicacions futures en diferents àrees com ara biomedicina, nanorobots, materials que imiten la naturalesa i tecnologies de la informació.
[EN] This PhD Thesis is focused on the design, synthesis and characterization of several hybrid organic-inorganic nanodevices using mesoporous silica nanoparticles equipped with enzymes and molecular gates which display communication capabilities as well as the design and evaluation of different communication strategies. The first chapter includes an overview of the different concepts which lay the foundations of the presented studies such as nanotechnology, mesoporous silica materials, stimuli-responsive gated materials, Janus particles and biocomputing. Basic concepts of chemical communication, materials and enabling technologies employed so far and representative examples in this field are also included. Next, in the second chapter, the general objectives of this PhD Thesis that are addressed in the following experimental chapters are presented. The third chapter shows a biocomputing delivery system based on Janus gold-mesoporous silica nanoparticles capable of chemically communicating with the environment and processing the information mimicking a demultiplexer Boolean logic function which results in a programmed cargo release. Finally, it is shown that such nanodevice is operative in complex media such as cancer cells. In the fourth chapter, it is presented a circular model of communication within a network of three different nanoparticles based on the hierarchically programmed exchange of chemical messages. The mesoporous face of nanodevice 1 (S1βgal) is loaded with the fluorescent dye [Ru(bpy)3]Cl2 and capped with disulfidecontaining oligo(ethylene glycol) chains acting as gatekeepers, whereas the enzyme β-galactosidase is attached to the gold face. In nanoparticle 2 (S2galox), the enzyme galactose oxidase is immobilized on the Au face, while the mesoporous silica is loaded with methyl 4-(bromomethyl)benzoate and the mesopores capped with a H2O2-sensitive self-immolative arylboronate derivative which forms a host-guest complex with β-cyclodextrin. Finally, the nanodevice 3 (S3est) is functionalized with the enzyme esterase on the Au face, loaded with the reductive species tris(2- carboxyethyl)phosphine hydrochloride (TCEP) in the mesoporous face and capped with a pH-responsive supramolecular nanovalve (β-cyclodextrin:benzimidazole). In the fifth chapter, it is showed an interactive model of chemical communication between an abiotic Janus nanoparticle and a living organism (Saccharomyces cerevisiae). In particular, the nanodevice is based on Janus goldmesoporous silica nanoparticles functionalized with glucose oxidase on the Au face, loaded with the genotoxin phleomycin and capped with a pH-responsive (βcyclodextrin:benzimidazole) gatekeeper. The microorganism used in the studies is an engineered budding yeast that expresses GFP under the control of the RNR3 promoter; RNR3 gene transcription is induced upon exposure to DNA-damaging agents. The interactive communication pathway starts with the addition of sucrose (input) which is hydrolyzed into glucose by invertase located in periplasmic space of yeasts and diffuses to the nanodevice where it is transformed into the corresponding acid by glucose oxidase on the Au face. The local drop in pH leads to uncapping of the pH-sensitive nanovalve in the nanocarrier and the release of phleomycin (feedback messenger) that induces GFP expression (output) in yeasts. In the sixth chapter, we propose a strategy to establish linear communication between two different non-interacting microorganisms mediated by a nanodevice which acts as a chemical “nanotranslator”. Finally, the general conclusions from this PhD Thesis are presented in chapter seven. The study of communication capabilities of enzyme-functionalized mesoporous nanodevices enables the construction of strategies of cooperation between different entities allowing sophisticated functionalities that go beyond those carried out by individual agents. We hope that the obtained results inspire future applications in different areas such as biomedicine, nanorobots, life-like materials and information technologies.
The authors wish to thank the Spanish Government (projects RTI2018-100910-B-C41 and RTI2018-101599-B-C22 (MCUI/AEI/FEDER, UE), CTQ2017-87954-P), the Generalitat Valenciana (PROMETEO 2018/024), the Comunidad de Madrid (IND2017/BMD7642) and CIBER-BBN (NANOCOMMUNITY project) for support.
De Luis Fernández, B. (2021). Development of enzyme-functionalized hybrid mesoporous nanodevices for advanced chemical communication [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/171506
TESIS
Compendio

Les réseaux véhiculaires, connus sous le terme VANETs, sont des réseaux impliquant des communications entre deux ou plusieurs véhicules et éventuellement une communication avec des éléments d’infrastructure sur la route. Récemment, le concept de systèmes de transport intelligents (STI) a connu beaucoup d’intérêt. Les STI sont des systèmes utilisant les nouvelles technologies de communication sans fil appliquées au domaine du transport pour améliorer la sécurité routière, la logistique et les services d’information. Des défis majeurs ont besoin cependant d'être abordés pour offrir une communication sur la route sécurisée et fiable dans des environnements anonymes et quelquefois hostiles à la communication. Comme dans tout système de communication, les réseaux véhiculaires doivent opérer en respectant des contraintes en termes de qualité de service. Ces contraintes sont d’autant plus strictes quand il s’agit de fournir des services de sécurité sur la route. Ce projet vise à développer des techniques de communication véhiculaires pour le transfert des informations de manière fiable entre véhicules roulant à grande vitesse tout en contrôlant la surcharge du réseau. Ces techniques visent la prise en compte des contraintes temporelles sur les délais de transfert afin d’envisager leur utilisation dans des applications critiques telle que la sécurité sur la route. Pour ce faire, cette thèse propose d’abord un protocole optimal de dissémination de messages d’urgence pour les VANETs. Il est basé sur une stratégie de diffusion qui exploite les véhicules sur la direction opposée afin d’accélérer la dissémination du message d’urgence tout en réduisant le nombre de transmissions. Ainsi, et dans le but d’assurer une dissémination fiable et à faible surcoût, une technique de retransmission périodique intelligente permettant l’adaptation du protocol proposé à différentes densités du trafic routier est proposée. Dans un second volet, ce projet propose une approche hybride de dissémination de messages d’urgence qui combine alternativement les avantages des deux principales approches de dissémination existantes (Sender-oriented et Receiver-oriented dont notre première proposition fait partie) afin de garantir une transmission fiable des alertes tout en réduisant les délais. Les approches Receiver-Oriented qui sont les plus adaptées pour les applications de sécurité dans les VANETs peuvent minimiser la latence et les limitations des approches Sender-Oriented. Mais, ilsdoivent aussi mieux exploiter les apports des messages hello (beacons) échangés dans la technologie IEEE802.11P. Ainsi, et dans le but de surmonter les limites des approches de retransmissions périodiques et celles de relais- multiples afin d’assurer des échanges fiables de messages de sécurité tout en réduisant la surcharge de la bande passante, nous introduisons un nouveau mécanisme DR/BDR (Designated Relay/Backup Designated Relay). Le BDR, dans ce mécanisme, doit remplacer le DR et assurer sa tâche quand il détecte, à travers les beacons colorés échangés,l’échec de ce dernier dans la dissémination du message d’urgence
Vehicular Ad hoc NETworks (VANETs) have gained considerable attention in the past few years due to their promising applications such as safety warning, transport efficiency or mobile infotainment. Avoiding accidents and traffic jams are two main immediate benefits of vehicular networks. For instance, most drivers would like to receive real-time alerts about accidents happening at a short distance in front of their vehicles since these accidents could lead to collision chains involving tens of vehicles. Also, the ability to receive an alert about a potential traffic jam would allow drivers to take alternate routes, saving both time and fuel. In both cases, warning messages should be broadcasted to all vehicles traveling over a geographical area, and need to be delivered with high reliability, low delay and low overhead. It is therefore important to develop a reliable and efficient safety information dissemination protocol in vehicular networks. Due to the vehicle mobility and lossy wireless channel, highly reliable, scalable and fast multi-hop broadcast protocol is very challenging to design. A number of solutions have been proposed in the past few years. However, the tradeoff between reliability and efficiency in such solutions needs to be carefully considered. This thesis presents an optimal protocol for the broadcast of safety messages in VANETs. Optimality, in terms of delay and transmission count, is achieved using a broadcast strategy that exploits opposite vehicles. To carry out reliable and efficient broadcast coordination, intelligent periodic rebroadcasts, which effectively adapt our protocol to sparse and dense networks, are proposed. Simulations are conducted and results are presented to show that it has a better performance over existing competing protocols. As a second contribution, we propose an alternative Receiver-Sender approach that combines advantages of the two existing dissemination approaches (Sender-oriented and Receiver-oriented to which our first proposal belongs) to ensure low latency and high reliability. The proposal can use any sender or receiver oriented protocol but the same selected one is used during all the dissemination process. In order to overcome the unreliability and broadcast overhead generated by periodic rebroadcasts and multiple relays schemes, we introduce a DR/BDR (Designated Relay/Backup Designated Relay) mechanism where the BDR has to replace the DR when detecting,from exchanged colored beacons, its failure in informing concerned vehicles

Mestrado em Engenharia Electrónica e Telecomunicações
A proliferação massiva das comunicações sem os faz prever que o número de utilizadores aumente exponencialmente até 2020, o que tornar a necessário um suporte de tráfego milhares de vezes superior e com ligações na ordem dos Gigabit por segundo. Este incremento exigir a um aumento significativo da e ciência espectral e energética. Impõe-se portanto, uma mudança de paradigma dos sistemas de comunicação sem os convencionais, imposta pela introdução da 5a geração. Para o efeito, e necessário desenvolver novas e promissoras técnicas de transmissão, nomeadamente a utilização de ondas milimétricas em sistemas com um número massivo de antenas. No entanto, consideráveis desafios emergem ao adotar estas técnicas. Por um lado, este tipo de ondas sofre grandes dificuldades em termos de propagação. Por outro lado, a adoção de arquiteturas convencionais para sistemas com um número massivo de antenas e absolutamente inviável, devido ao custo e ao nível de complexidade inerentes. Isto acontece porque o processamento de sinal ao nível da camada f sica e maioritariamente feito em banda base, ou seja, no domínio digital requerendo uma cadeia RF por cada antena. Neste contexto as arquiteturas híbridas são uma proposta relativamente recente que visa simplificar a utilização de um grande número de antenas, dividindo o processamento entre os domínios analógico e digital. Para além disso, o número de cadeias RF necessárias e bastante inferior ao número total de antenas do sistema, contribuindo para obvias melhorias em termos de complexidade, custo e energia consumida. Nesta dissertação e implementada uma arquitetura híbrida para ondas milimétricas, onde cada cadeia RF está apenas conectada a um pequeno conjunto de antenas. E considerado um sistema contendo um transmissor e um recetor ambos equipados com um grande número de antenas e onde, o número de cadeias RF e bastante inferior ao número total de antenas. Pré-codificadores híbridos analógico/digital, recentemente propostos na literatura são utilizados e novos equalizadores híbridos analógico/digital são projetados. E feita uma avaliação de performance à arquitetura implementada e posteriormente comparada com uma outra arquitetura, onde todas as antenas estão conectadas a todas as cadeias RF.
The expected massive proliferation of wireless systems points out an exponential increase in the number of users until 2020, which is needed to support up to one thousand times more tra c and connections in order of Gigabit per second. However, these goals require a signi cantly improvement in the spectral and energy e ciency. As a result, it is essential to make a paradigm shift in conventional wireless systems, imposed by the introduction of fth generation (5G). For this purpose, new and promising transmission techniques will be needed, namely the use of millimeter Waves (mmWave) in systems with a massive number of antenna elements. Nevertheless, considerable challenges emerge in the adoption of these techniques. On one hand, mmWave su er great di culties in terms of propagation. On the other hand, the using of conventional architectures for systems with a large number of antennas is absolutely impracticable because of the costs and the level of complexity. This happens because the signal processing in physical layer is mostly done in baseband, which means, that one RF chain for each antenna is required. In this context the hybrid architectures are a relatively recent proposal where the aim is to simplify the use of a large number of antenna elements, dividing the processing between the analog and digital domains. Moreover, the number of RF chains needed are much lower than the total number of antenna elements of the system, which contribute to obvious improvements in terms of complexity, costs and energy consumption. In this Dissertation a hybrid mmWave based architecture, where each RF chain is only connected to a small set of antennas, is implemented. It is considered a system comprising a transmitter and a receiver both equipped with a massive number of antennas and where the number of RF chains is much lower than the number of antennas. Hybrid analog/digital precoders recently proposed in the literature are used and a new hybrid analog/digital equalizer is designed. The implemented architecture is then evaluated and compared with other architecture, where all the antennas are connected to all RF chains.

Due to its extensive applications, VANETs had emerged as one of the important research areas in wireless networks. The main motto of vehicular technologies is to enhance traffic management by improving safety and also provide a reliable data exchange and information services among vehicles.   Vehicular communications is a co-operative technology that enables communication among different vehicles, infrastructure and other devices. V2V, V2I communication models are commonly used in vehicular networks. Recently, extensive research is being performed on hybrid model which integrates both V2V and V2I models. The main goal of this research is to study the nature of these communication models in an urban and highway traffic environment and suggest a simulated model which helps to which provide reliable vehicular communication.   Literature study helps to gain knowledge on the background of vehicular networks. Later, a simulated model is designed with the help of SUMO and NS-3 which implements all these communication models. The simulated model which is developed is classified into different phases and each phase represents a different communication model. Each phase is completely different from one another. All these phases are incorporated in both urban and highway traffic environments.   Performance metrics are evaluated and analyzed to study the behavior of these models. Throughput, PDR, Packet-Drop and Propagation-Delay are the performance metrics considered.   Simulation analysis shows that hybrid model exhibits a stable communication behavior when compared with V2V and V2I in both urban and highway traffic environments.

Chaos-based communication piqued interest of several researchers due to the aperiodic and low cross-correlated waveforms used for modulation at the transmitter. Because of their wideband nature, they were first used as spreading sequences in traditional spread-spectrum communication systems. Later, these techniques were followed by coherent and noncoherent schemes. Noncoherent schemes unlike coherent schemes do not require chaos synchronization.

Through the years, many methods have been proposed in this category. However, increasing data rates in these schemes posed a challenge. Therefore, multidimensional signaling schemes were proposed. Orthogonal chaotic vector shift keying is one such multidimensional signaling scheme proposed by Wren and Yang. However, the chaotic system which was used to generate signaling basis in their scheme was the Lorenz system. This system forms a weak signaling basis due to the pseudo-repetitive behavior of its chaotic waveforms. Hence, the bit error rate performance of this communication scheme deteriorates in higher dimensions. In this thesis, we design and implement a hybrid hyperchaotic sequence generator for improving the performance of the orthogonal chaotic vector shift keying for higher dimensions. The analysis in this thesis is performed through computer simulations.

The C and Ku bands that have been the backbone of satellite telephony and data networks in the past are limited in the amount of bandwidth they provide. Consequently, some broadband Internet services have started to move into the Ka band in order to utilise the bandwidth at these higher frequencies. The use of higher frequencies led to fade mitigation design considerations that had not previously been necessary, as fixed power margins had been sufficient to guarantee high availability. This thesis reviews the majority of fade mitigation techniques that are available and simulates a scenario with several combined in a hybrid scheme. The simulations were made possible by several innovative components, including a near-optimum short-term fade predictor, a procedure capable of simulating the effect of site diversity with a single time series of attenuation and a dual-channel protocol structure that is able to increase availability of control information at V band. The near-optimum short-term fade predictor is compared with several other short-term fade predictors and is shown to perform better in terms of the root-mean-square error and by the cumulative distribution of over-predictions. Also noteworthy is the fact that predictors based on fade slope perform very poorly when compared with signal processing and statistical methods of prediction. The procedure capable of producing the effects of site diversity on a single time series of attenuation is described. The results of this procedure are compared with the ITU-R model for site diversity improvement and an acceptable fit is shown. A dual-channel protocol structure capable of increasing control information availability at V band is presented and the availability of this scheme is compared to the availability of current fixed-margin C and Ku band satellite links. While the availability at V band improves via this technique, it does not improve enough to compare favourably with that found in the lower frequency bands. A software turbo decoder capable of decoding the DVB-RCS turbo code is also described in this work since this was not available through other means. The fade dynamics at V band are reviewed and compared with the ITU-R models. The fade slope model gives a good visual fit but the fade duration model is very inaccurate. Finally, the simulation results show that high availability satellite communication is possible at V band, critically, if both site diversity and frequency diversity are available to mitigate the hub and VSAT fading respectively. Signal processing and power control are also found to be complementary techniques.