Dissertations / Theses on the topic 'Réplication de la machine d'état'

De nombreux protocoles Total Order Broadcast uniformes ont été conçus au cours des 30 dernières années. Ils peuvent être classés en deux catégories: ceux qui visent une faible latence, et ceux qui visent à haut débit. Latence mesure le temps nécessaire pour effectuer un seul message diffusé sans prétention, alors que le débit mesure le nombre d'émissions que les processus peuvent compléter par unité de temps quand il y a discorde. Tous les protocoles qui ont été conçus pour autant faire l'hypothèse que le réseau sous-jacent ne sont pas partagées par d'autres applications en cours d'exécution. Ceci est une préoccupation majeure à condition que dans les centres de données modernes (aka Clouds), l'infrastructure de mise en réseau est partagée par plusieurs applications. La conséquence est que, dans de tels environnements, le total des protocoles afin de diffusion uniformes présentent des comportements instables.Dans cette thèse, j'ai conçu et mis en œuvre un nouveau protocole pour la Total Order Broadcast uniforme qui optimise la performance lorsqu'il est exécuté dans des environnements multi-Data Centers et le comparer avec plusieurs algorithmes de l'état de l'art.Dans cette thèse, je présente deux contributions. La première contribution est MDC-Cast un nouveau protocole pour Total Order Broadcast dans lesquelles il optimise les performances des systèmes distribués lorsqu'ils sont exécutés dans des environnements multi-centres de données. MDC-Cast combine les avantages de la multidiffusion IP dans les environnements de cluster et unicast TCP/IP pour obtenir un algorithme hybride qui fonctionne parfaitement entre les centres de données.La deuxième contribution est un algorithme conçu pour déboguer les performances dans les systèmes distribués en boîte noire. L'algorithme n'est pas encore publié car il nécessite plus de tests pour une meilleure généralisation
Many uniform total order broadcast protocols have been designed in the last 30 years. They can be classified into two categories: those targeting low latency, and those targeting high throughput. Latency measures the time required to complete a single message broadcast without contention, whereas throughput measures the number of broadcasts that the processes can complete per time unit when there is contention. All the protocols that have been designed so far make the assumption that the underlying network is not shared by other applications running. This is a major concern provided that in modern data centers (aka Clouds), the networking infrastructure is shared by several applications. The consequence is that, in such environments, uniform total order broadcast protocols exhibit unstable behaviors.In this thesis, I provide two contributions. The first contribution is MDC-Cast a new protocol for total order broadcasts in which it optimizes the performance of distributed systems when executed in multi-data center environments. MDC-Cast combines the benefits of IP-multicast in cluster environments and TCP/IP unicast to get a hybrid algorithm that works perfectly in between datacenters.The second contribution is an algorithm designed for debugging performance in black-box distributed systems. The algorithm is not published yet due to the fact that it needs more tests for a better generalization

Dans cette thèse, nous abordons trois défis majeurs dans la conception des systèmes de blockchain en particulier et des systèmes distribués tolérants aux pannes à grande échelle en général. Ce travail vise à améliorer directement la performance de tels systèmes, ainsi qu'à fournir des outils utiles pour le développement futur d'algorithmes distribués.Premièrement, nous explorons les limites de ce qui peut être réalisé avec une synchronisation minimale en concevant CryptoConcurrency—un système de transfert d'actifs qui, au lieu d'ordonner totalement toutes les requêtes des utilisateurs, traite les requêtes concurrentes en parallèle autant que possible. Contrairement à d'autres systèmes similaires, dans CryptoConcurrency, nous permettons aux utilisateurs d'avoir des comptes partagés et ne faisons pas l'hypothèse irréaliste qu'un compte d'utilisateur honnête n'est jamais accédé simultanément depuis deux dispositifs. CryptoConcurrency explore de nouveaux terrains théoriques en abordant les conflits de transactions de manière dynamique et non par paires, permettant aux propriétaires de chaque compte de choisir indépendamment leur mécanisme préféré de résolution de conflits.Ensuite, nous améliorons la performance du consensus—le problème de synchronisation au cœur de la plupart des systèmes distribués pratiques. Nous construisons le premier protocole de consensus qui parvient à combiner deux propriétés souhaitables : une terminaison extrêmement rapide dans des condi- tions favorables et une récupération élégante lorsque ces conditions ne sont pas remplies. La conception implique un nouveau type de preuves cryptographiques, avec une implémentation pratique et efficace.Enfin, nous nous attaquons au problème de la conception de protocoles distribués efficaces avec une participation pondérée. À cette fin, nous définissons plusieurs nouveaux problèmes d'optimisation, liés à la réduction ou, en d'autres termes, à la quantification des poids des participants d'une manière qui préserve d'importantes propriétés structurelles. Nous montrons comment les appliquer pour créer des variantes pondérées d'un large éventail de protocoles distribués avec très peu de surcharge par rapport à leurs homologues dans le modèle non pondéré plus simple. Pour ces problèmes d'optimisation, nous prouvons des bornes supérieures, fournissons un solveur pratique open-source approximatif qui satisfait ces bornes, et effectuons une étude empirique sur les distributions de poids provenant de systèmes de blockchain réels
In this dissertation, we address three major challenges in the design of blockchain systems in particular and large-scale fault-tolerant distributed systems in general. This work aims at improving the performance of such systems directly, as well as providing useful tools for future development of distributed algorithms.First, we explore the limits of what can be done with minimal synchronization by designing CryptoConcurrency—an asset transfer system that, instead of totally ordering all users' requests, processes concurrent requests in parallel as much as possible. Unlike other similar systems, in CryptoConcurrency, we allow the users to have shared accounts and do not make the unrealistic assumption that an honest user's account is never accessed from two devices concurrently. CryptoConcurrency explores novel theoretical grounds by addressing transaction conflicts in a dynamic, non-pairwise manner, allowing the owners of each account to independently choose their preferred mechanism for conflict resolution. Then, we improve the performance of consensus—the synchronization problem at the heart of most practical distributed systems. We build the first consensus protocol that manages to combine two desirable properties: extremely fast termination in favorable conditions and graceful recovery when such conditions are not met. The design involves a novel type of cryptographic proofs, with an efficient practical implementation.Finally, we set out to tackle the problem of designing efficient distributed protocols with weighted participation. To this end, we define several new optimization problems, related to reducing or, in other words, quantizing the weights of the participants in a way that preserves important structural properties. We show how to apply them to make weighted-model variants of a large class of distributed protocols with very little overhead compared to their counterparts in the simpler non-weighted model. For these optimization problems, we prove upper bounds, provide a practical open-source approximate solver that satisfies these upper bounds, and perform an empirical study on the weight distributions from real-world blockchain systems

Le travail présenté dans cette thèse apporte, entre autres, une contribution aux méthodes d'analyse et de synthèse de la commande robuste des Machines Asynchrones à Double Alimentation (MADA) alimentées par deux onduleurs de tension avec deux bus continus distincts. Nous introduisons, dans un premier chapitre, la commande vectorielle classique de la MADA munie de capteurs mécaniques. Ce chapitre se distingue par une nouvelle approche pour assurer le découplage des courants de la MADA dans un repère (d-q) conduisant à des fonctions de transfert simples, et par conséquent, un calcul simplifié des correcteurs. Ce chapitre se termine par une étude prouvant la robustesse du découplage et de la commande vis-à-vis des variations paramétriques de la machine. La commande robuste de la MADA, par l'approche H∞, est ensuite abordée en faisant une comparaison entre quatre stratégies de contrôle : la sensibilité mixte, une variante de la sensibilité mixte, le loop-shaping et la m-synthèse. Une étude par m-analyse de la robustesse en stabilité et en performance offre un critère de choix du correcteur. La réalisabilité du correcteur sera à son tour un critère déterminant du choix de la méthode de correction. Dans une dernière partie, nous centrons notre intérêt sur la commande robuste de la MADA sans capteurs mécaniques en travaillant sur des méthodes d'estimation de la vitesse et de l'angle mécanique. Nous limitons cette étude à l'introduction de deux méthodes d'estimation : La MRAS, éventuellement associée à un filtre de KALMAN, et l'injection d'une composante haute fréquence associée à un traitement numérique (FFT – STFT) pour en déduire la vitesse. La première approche est simple à implanter mais elle est très sensible aux variations paramétriques, surtout la résistance statorique, tandis que la deuxième est complètement insensible à ces variations mais très lourde en calcul. Dans cette partie, nous nous intéressons aussi à la commande numérique de la MADA.

Dans ce travail, l'auteur met au point une strategie de controle de vitesse d'une machine asynchrone. L'objectif poursuivi est de s'affranchir de certaines hypotheses emises dans les commandes classiques de tels processus: utilisation d'un capteur mecanique, separation des modes electriques et mecaniques, et flux stationnaire. La prise en compte du couplage des modes conduit alors a une modelisation non lineaire du processus. L'absence de capteur de vitesse necessite l'observation de celle-ci et du couple de charge. Dans ce contexte, la definition de la strategie de commande a demande au prealable une etude des reperes de modelisation, une comparaison des methodes d'observation deterministes et stochastiques, ainsi qu'une analyse detaillee de l'observabilite. La commande proposee est constituee d'un filtre de kalman etendu et d'une regulation non lineaire basee sur la methode du decouplage entree-sortie. Le filtre etendu permet l'estimation robuste des courants, des flux, de la vitesse et du couple de charge pour un fonctionnement avec ou sans capteur de vitesse. La regulation non lineaire garantit une commande precise de la vitesse en presence d'un flux variable. Ces etudes ont abouti a la realisation d'un variateur asynchrone, dont la commande a ete implantee sur un microprocesseur a structure risc (dsp32c). Les resultats obtenus montrent de tres bonnes performances statiques et dynamiques du variateur et confirment la robustesse de la commande sur toute la plage de vitesse meme en l'absence d'un capteur de vitesse

State machine replication (SMR) is a software technique for tolerating failures using commodity hardware. The critical service to be made fault-tolerant is modeled by a state machine. Several, possibly different, copies of the state machine are then deployed on different nodes. Clients of the service access the replicas through a SMR protocol which ensures that, despite concurrency and failures, replicas perform client requests in the same order. Two objectives underly the design and implementation of a SMR protocol: robustness and performance. Robustness conveys the ability to ensure availability (liveness) and one-copy semantics (safety) despite failures and asynchrony. On the other hand, performance measures the time it takes to respond to a request (latency) and the number of requests that can be processed per time unit (throughput). In this thesis, we present two contributions to state machine replication. The first contri- bution is LCR, a uniform total order broadcast (UTO-broadcast) protocol that is throughput optimal in failure-free periods. LCR can be used to totally order the requests received by a replicated state machine. LCR has been designed for small clusters of homogeneous machines interconnected by a local area network. It relies on a perfect failure detector and tolerates the crash failures of all but one replicas. It is based on a ring topology and only relies on point-to-point inter-process communication. We benchmark an implementation of LCR against two of the most widely used group communication packages and show that LCR provides higher throughput than them, over a large number of setups. The second contribution is Abstract, a new abstraction to simplify the design, proof and implementation of SMR protocols. Abstract focuses on the most robust class of SMR protocols, i.e. those tolerating arbitrary (client and replica) failures. Such protocols are called Byzantine Fault Tolerant (BFT) protocols. We treat a BFT protocol as a composition of instances of our abstraction. Each instance is developed and analyzed independently. To illustrate our approach, we first show how, with our abstraction, the benefits of a BFT protocol like Zyzzyva could have been developed using less than 24% of the actual code of Zyzzyva. We then present Aliph, a new BFT protocol that outperforms previous BFT protocols both in terms of latency (by up to 30%) and throughput (by up to 360%).

Les machines électriques sont omniprésentes dans nos vies. Il y en a dans nos ordinateurs et appareils ménagers, elles entraînent les machines-outils et les robots dans nos usines et déplacent trains et navires. Suite aux progrès importants en électronique de puissance ces dernières années, les entraînements à vitesse variable ont aussi connu une popularité croissante. Cependant, leur utilisation à grande échelle pollue le réseau électrique avec des harmoniques indésirables qui troublent le fonctionnement d'équipements sensibles, tels les ordinateurs et les systèmes de télécommunications. L'impact des entraînements à vitesse variable sur le réseau électrique qui les alimente doit donc être analysé à l'aide d'outils de simulation. De plus, la conception des entraînements de grande puissance bénéficierait aussi d'un outil permettant de développer les prototypes des contrôleurs associés à ces entraînements. Le but de cette thèse est donc de développer l'outil en question, soit un simulateur d'entraînements électriques entièrement numérique en temps réel. Ce simulateur permettrait aux ingénieurs chargés de la conception des entraînements d'effectuer des batteries de tests sur un prototype de contrôleur, sans avoir besoin dès le départ du véritable convertisseur et de la véritable machine. Ces premiers essais pourraient donc se faire dans des installations beaucoup plus modestes et de façon plus sécuritaire. Notre travail est basé sur la modélisation des entraînements électriques à l'aide de l'approche par variables d'état. Nous décrivons d'abord une méthode permettant d'obtenir automatiquement les équations d'état de tout système électrique linéaire, les composantes non-linéaires étant simulées à l'extérieur de la représentation d'état. La méthode est basée sur la théorie des graphes linéaires et comporte beaucoup de calcul matriciel, lequel est réalisé efficacement dans l'environnement Matlab. Une technique originale de mise à jour des équations d'état suite à un changement d'état d'interrupteurs est utilisée, ainsi qu'une méthode permettant d'obtenir une représentation d'état unique de tout l'étage de puissance. Cette dernière méthode permet une solution simultanée de toutes les équations dynamiques du système. Une implantation de la discrétisation trapézoïdale adaptée aux systèmes variant dans le temps est ensuite décrite et comparée à une méhtode d'intégration récemment développée pour la simulation en temps réel des systèmes rigides. Enfin, les diverses techniques exposées sont implantées afin de permettre la simulation en temps réel d'un entraînement industriel sur un ordinateur parallèle. D'excellents résultats sont obtenus avec un pas de calcul de l'ordre de 60µs, incluant les communications interprocesseur et les acquisitions des entrées et sorties.

Lustre est un langage de programmation spécialement conçu pour la réalisation des systèmes réactifs. Le besoin de garantir que ces systèmes ont un comportement conforme a celui attendu nécessite de définir et de mettre en œuvre des méthodes de vérification formelle des programmes lustre, qui sont relatées dans cette thèse. La vérification d'un système consiste a contrôler que tous ses comportements sont corrects vis-a-vis de ses spécifications. Les comportements d'un programme lustre peuvent classiquement être représentés par une machine d'états finis, dont la génération permet de vérifier ses spécifications. La methode standard mettant en œuvre ce principe est limitée par le probleme d'explosion de la machine générée, qui n'est pas minimale. Un nouvel algorithme évitant ce probleme est présenté. Son implémentation nécessite l'emploi d'une technique de représentation et de manipulation symbolique de la machine (bdds), dont le cout d'utilisation est largement abaisse grâce a de nombreuses optimisations. Basées sur cette technique, deux autres implémentations originales de la methode standard et de la nouvelle methode proposée ci-dessus sont décrites. Les aspects de diagnostic correspondant au cas ou les programmes sont incorrects vis-a-vis de leurs spécifications sont aussi abordes

Le travail de recherche effectu'e dans cette thèse a été principalement consacré aux problèmes d'observation et de commande des moteurs asynchrones sans capteurs mécaniques. Deux contributions principale ont été faites en exploitant judicieusement le concept de grand gain. La première contribution est un observateur du type grand gain qui permet de réaliser une estimation relativement pr'ecise des variables d'état mécaniques et magnétiques des moteurs asynchrones à partir des mesures disponibles des courants et tensions statoriques. Le gain d'observation a été judicieusement modifié pour des considérations de faisabilité des calculs lorsque le moteur est amené à fonctionner dans des conditions incompatibles avec sa condition d'observabilité. Cet observateur a été particulièrement utilisé pour concevoir un asservissement des moteurs asynchrones sans capteur mécaniques à partir d'un système de commande avec retour d'état du type grand gain. La seconde contribution est une synthèse d'observateurs adaptatifs du type grand gain qui permettent d'estimer conjointement les variables d'état et un ensemble de combinaisons des paramètres d'un moteur asynchrone à partir des mesures des courants et tentions statoriques avec et sans mesure de la vitesse mécanique. Un observateur adaptatif a été particulièrement combiné avec un système de commande avec retour d'état du type grand gain pour concevoir un système de commande adaptative permettant de préserver les performances requises en asservissement des moteurs asynchrones sans capteurs magnétiques en dépit d'une méconnaissance de leurs paramètres.

Les travaux développés dans ce rapport traitent de la modélisation, de l'observation et de la commande avec et sans capteur de vitesse de la machine asynchrone. Tout d'abord, un observateur non linéaire de type grand gain a été synthétisé en vue de l'estimation de quelques grandeurs électriques et mécaniques de la machine. Ensuite, nous proposons une nouvelle loi de commande avec retour d'état incorporant un observateur du type grand gain pour deux classes de systèmes non linéaires uniformément observables et commandables incluant le modèle du moteur asynchrone. La synthèse de cette loi de commande, du type grand gain, exploite le concept de dualité observabilité/commande. Dans le but de réaliser une compensation robuste des perturbations d'état et de sortie de type échelon, une action intégrale filtrée y a été incorporée. Enfin, la loi de commande proposée a été validée en simulation sur le modèle du moteur puis expérimentalement sur un banc d'essais de moteurs asynchrones monté autour d'un processeur numérique de signal DSpace 1104.

Ce manuscrit décrit la modélisation et la régulation de la température au sein d’un dispositif expérimental développé initialement pour valider les principes de conception adoptés pour une nouvelle machine de mesure de cylindricité au Laboratoire Commun de Métrologie du Laboratoire national de métrologie et d’essais – Conservatoire national des arts et métiers.L’appareil a été équipé de 19 sondes à résistance de platine raccordées à une référence nationale afin d’étudier l’influence sur son comportement des perturbations thermiques générées par des sources de chaleur internes et externes. L’investigation de l’influence de ces perturbations sur les mesures réalisées avec des capteurs de déplacement capacitifs a également été menée. Les perturbations thermiques internes simulant les puissances dissipées par les éléments de guidage mécaniques ont été générées par l’intermédiaire de trois films chauffants. Une modélisation par éléments finis du dispositif expérimental a été réalisée et les résultats numériques comparés à des résultats expérimentaux réalisés dans les mêmes conditions. Les écarts obtenus, de l’ordre de 0,1 °C, sont trop élevés pour que ce modèle soit adopté pour l’élaboration d’une régulation thermique en temps réel. Dans la suite, un modèle réduit a été développé à partir des données expérimentales à l’aide de la méthode d’identification modale (MIM). Le résidu obtenu lors de la comparaison des résultats issus de ce modèle et expérimentalement est inférieur à 0,003 °C. Finalement, une régulation thermique à mieux que le centième de degré a été mise en oeuvre en utilisant une commande prédictive associée à un filtre de Kalman
This thesis describes the modelling and real-time regulation of the temperature inside an apparatus developed to validate the design principles of a cylindricity measurement machine at the Laboratoire Commun de Métrologie du Laboratoire national de métrologie et d’essais – Conservatoire national des arts et métiers. To study the effect of internal and external perturbations on the behaviour of the system, the apparatus is equipped with 19 platinum resistance thermometers calibrated with respect to the national standard. The effect of perturbations on the behaviour of capacitive displacement sensors has also been studied. The effect of internal perturbations generated by the mechanical guide rails was simulated using three film resistive heaters. Finite element modeling of the system temperature was carried out and the numerical results compared with experiment. The offsets about 0.1°C are too large for the model to be used for real-time temperature control. Subsequently, a reduced model wasdeveloped based on experimental data using the modal identification method (MIM). The residual obtained when its results are compared with experiment is 0.003°C. Finally, a temperature servo implemented using predictive control combined with a Kalman filter

Cette these est consacree au controle en position de la machine synchrone autopilotee, avec prise en compte des perturbations de couple et des variations parametriques. Une loi de commande par retour d'etat avec compensation directe du couple de perturbation est d'abord presentee. Cette compensation est rendue possible par l'utilisation d'un observateur de perturbation base sur la theorie de luenberger. Differentes structures d'observation sont envisagees en fonction de leur ordre (reduit ou complet), et donc des variables observees (couple de perturbation, vitesse, et position). Dans chaque cas, la fonction de transfert qui lie le couple observe au couple de perturbation est determinee analytiquement, tout comme l'erreur d'observation des autres variables d'etat. Cette etude analytique est ensuite completee par une etude de robustesse menee en simulation. Ces travaux aboutissent finalement a la definition de regles de dimensionnement portant sur le placement des poles et sur la structure d'observation. Une loi de commande adaptative indirecte basee sur un regulateur r. S. T. Associe a un algorithme d'identification est ensuite abordee. Apres avoir presente le regulateur r. S. T. , la structure d'adaptation parametrique est etudiee. La supervision de la procedure de mise a jour du regulateur en fonction des parametres identifies fait l'objet d'un soin particulier car la stabilite de l'actionneur en depend. Ces deux types de commande sont finalement compares dans des conditions experimentales avec un actionneur synchrone de 1,5 kva accouple a un generateur de couple variable. Les essais experimentaux sont menes avec plusieurs scenarios portant sur le rejet de perturbation et sur des variations parametriques (inertie et frottements).

Au cours de la dernière décennie, l'informatique en nuage (Cloud Computing) suscita un important changement de paradigme dans de nombreux systèmes d'information. Ce nouveau paradigme s'illustre principalement par la délocalisation de l'infrastructure informatique hors du parc des entreprises, permettant ainsi une utilisation des ressources à la demande. La prise en charge de serveurs locaux s'est donc vue peu à peu remplacée par la location de serveurs distants, auprès de fournisseurs spécialisés tels que Google, Amazon, Microsoft. Afin d'assurer la pérennité d'un tel modèle économique, il apparaît nécessaire de fournir aux utilisateurs diverses garanties relatives à la sécurité, la disponibilité, ou encore la fiabilité des ressources mises à disposition. Ces facteurs de qualité de service (QoS pour Quality of Service) permettent aux fournisseurs et aux utilisateurs de s'accorder sur le niveau de prestation escompté. En pratique, les serveurs mis à disposition des utilisateurs doivent épisodiquement faire face à des fautes arbitraires (ou byzantines). Il s'agit par exemple de ruptures temporaires du réseau, du traitement de messages corrompus, ou encore d’arrêts inopinés. Le contexte d'informatique en nuage s'est vu néanmoins propice à l'émergence de technologies telles que la virtualisation ou la réplication de machines à états. De telles technologies permettent de pallier efficacement à l’occurrence de pannes via l'implémentation de protocoles de tolérance aux pannes.La tolérance aux fautes byzantines (BFT pour Byzantine Fault Tolerance) est un domaine de recherche implémentant les concepts de réplication de machines à états, qui vise à assurer la continuité et la fiabilité des services en présence de comportements arbitraires. Afin de répondre à cette problématique, de nombreux protocoles furent proposés. Ceux-ci se doivent d'être efficaces afin de masquer le surcoût lié à la réplication, mais également robustes afin de maintenir un niveau de performance élevé en présence de fautes. Nous constatons d'abord qu'il est délicat de relever ces deux défis à la fois: les protocoles actuels sont soit conçus pour être efficaces au détriment de leur robustesse, soit pour être robustes au détriment de leur efficacité. Cette thèse se focalise autour de cette problématique, l'objectif étant de fournir les instruments nécessaires à la conception de protocoles à la fois robustes et efficaces.Notre intérêt se porte principalement vers deux types de dénis de service liés à la gestion des requêtes. Le premier de ces dénis de service est causé par la corruption partielle d'une requête lors de son émission par un client. Le deuxième est causé par l'abandon intentionnel d'une requête lors de sa réception par un réplica. Afin de faire face efficacement à ces deux comportements byzantins, plusieurs mécanismes dédiés furent implémentés dans les protocoles de BFT robustes. En pratique, ces mécanismes engendrent d'importants surcoûts, ce qui nous permet d'introduire notre première contribution: la définition de plusieurs principes de conception génériques destinés à réduire ces surcoûts tout en assurant un niveau de robustesse équivalent.La seconde contribution de cette thèse illustre ER-PBFT, un nouveau protocole implémentant ces principes de conception sur PBFT, la référence en matière de tolérance aux fautes byzantines. Nous démontrons l'efficacité de notre nouvelle politique de robustesse, à la fois en présence de comportements byzantins mais également lors de scénarios sans faute.La troisième contribution illustre ER-COP, un nouveau protocole orienté à la fois vers l’efficacité et la robustesse, implémentant nos principes de conception sur COP, le protocole de BFT fournissant les meilleures performances à l'heure actuelle dans un environnement sans faute. Nous évaluons le surcoût engendré par l'intégration de notre politique de robustesse, et nous démontrons la capacité de ER-COP à tolérer l'occurrence de comportements byzantins
Over the last decade, Cloud computing instigated an important switch of paradigm in numerous information systems. This new paradigm is mainly illustrated by the re-location of the whole IT infrastructures out of companies’ warehouses. The use of local servers has thus being replaced by remote ones, rented from dedicated providers such as Google, Amazon, Microsoft.In order to ensure the sustainability of this economic model, it appears necessary to provide several guarantees to users, related to the security, availability, or even reliability of the proposed resources. Such quality of service (QoS) factors allow providers and users to reach an agreement on the expected level of dependability. Practically, the proposed servers must episodically cope with arbitrary faults (also called byzantine faults), such as incorrect/corrupted messages, servers crashes, or even network failures. Nevertheless, the Cloud computing environment encouraged the emergence of technologies such as virtualization or state machine replication. These technologies allow cloud providers to efficiently face the occurrences of faults through the implementation of fault tolerance protocols.Byzantine Fault Tolerance (BFT) is a research area involving state machine replication concepts, and aiming at ensuring continuity and reliability of hosted services in presence of any kind of arbitrary behaviors. In order to handle such threat, numerous protocols were proposed. These protocols must be efficient in order to counterbalance the extra cost of replication, and robust in order to lower the impact of byzantine behaviors on the system performance. We first noticed that tackling both these concerns at the same time is difficult: current protocols are either designed to be efficient at the expense of their robustness, or robust at the expense of their efficiency. We tackle this specific problem in this thesis, our goal being to provide the required tools to design both efficient and robust BFT protocols.Our focus is mainly dedicated to two types of denial-of-service attacks involving requests management. The first one is caused by the partial corruption of a request transmitted by a client. The second one is caused by the intentional drop of a request upon receipt. In order to face efficiently both these byzantine behaviors, several mechanisms were integrated in robust BFT protocols. In practice, these mecanisms involve high overheads, and thus lead to the significant performance drop of robust protocols compared to efficien ones. This assessment allows us to introduce our first contribution: the definition of several generic design principles, applicable to numerous existing BFT protocols, and aiming at reducing these overheads while maintaining the same level of robustness.The second contribution introduces ER-PBFT, a new protocol implementing these design principles on PBFT, the reference in terms of byzantine fault tolerance. We demonstrate the efficiency of our new robustness policy, both in fault-free scenarios and in presence of byzantine behaviors.The third contribution highlights ER-COP, a new BFT protocol dedicated to both efficiency and robustness, implementing our design principles on COP, the BFT protocol providing for now the best performances in a fault-free environment. We evaluate the additional cost introduced by our robustness policy, and we demonstrate ER-COP's ability to handle byzantine behaviors

Dans la première partie de ce mémoire, nous étudions le modèle des protocoles de population, introduit dans\cite{DBLP:conf/podc/BeauquierBCK10}. Ce modèle permet de représenter les grands réseaux de capteurs (ou agents) mobiles anonymes dotés de faibles ressources. Les contraintes de ce modèle sont si sévères que la plupart des problèmes classiques d'algorithmique répartie, tels que la collecte de données, le consensus ou l'élection d'un leader, sont difficiles à analyser, sinon impossibles à résoudre.Nous commençons notre étude par le problème de collecte de données. Celui-ci consiste principalement à transférer des valeurs réparties dans la population d'agents mobiles vers une station de base en un minimum de temps (temps de convergence). En utilisant un hypothèse d'équité, dite hypothèse de temps couvertures et introduite dans \cite{DBLP:conf/podc/BeauquierBCK10}, nous calculons des bornes optimales sur le temps de convergences de différents protocoles concrets. Ensuite, nous étudions le problème du consensus et d'élection de leader. Il a été montré que ces problèmes sont impossibles à résoudre dans le modèle original des protocoles de population. Pour contourner cette impossibilité, il est possible d'adjoindre au modèle certaines hypothèses sous la forme d'oracles. Nous proposons ensuite divers oracles permettant de résoudre le problème du consensus et d'élection de leader dans divers environnements, et nous étudions leurs puissances relatives. Ce faisant, nous développons un cadre formel permettant de représenter toutes les variétés d'oracles introduites, ainsi que leur possibles relations.Dans la seconde partie de ce mémoire, nous étudions le problème de la réplication de machine à états finis dans le modèle (classique) de communications asynchrones à passage de message. L'algorithme Paxos, introduit dans \cite{lamportPartTimeParliament,lamport01paxos} est une solution (partielle) bien connue au problème de la réplication capable de tolérer des pannes crash. Notre contribution, dans cette partie,consiste à améliorer Paxos afin qu'il puisse également tolérer des défaillances transitoires. Ce faisant, nous définissons la notions de machine répliquée pratiquement autostable
In the first part of this thesis, we focus on a recent model, calledpopulation protocols, which describes large networksof tiny wireless mobile anonymous agents with very limited resources.The harsh constraints of the original model makes most of theclassical problems of distributed algorithmics, such as datacollection, consensus and leader election, either difficult to analyzeor impossible to solve.We first study the data collection problem, which mainly consists intransferring some values to a base station. By using a fairnessassumption, known as cover times, we compute tight bounds on theconvergence time of concrete protocols. Next, we focus on theproblems of consensus and leader election. It is shown that theseproblems are impossible in the original model. To circumvent theseissues, we augment the original model with oracles, and study theirrelative power. We develop by the way a formal framework generalenough to encompass various sorts of oracles, as well as theirrelations.In the second part of the thesis, we study the problem ofstate-machine replication in the more classical model of asynchronousmessage-passing communication. The Paxos algorithm is a famous(partial) solution to the state-machine replication problem whichtolerates crash failures. Our contribution is the enhancement of Paxosin order to tolerate transient faults as well. Doing so, we define thenotion of practically self-stabilizing replicated state-machine

L’application de quotas d’émissions de gaz à effet de serre a amené les constructeurs automobiles à augmenter le niveau d’électrification de leurs véhicules. En parallèle des véhicules tout électrique, se sont développées les solutions hybrides, tel le mild-hybrid autorisant l’association d’une chaîne de traction électrique avec le moteur à combustion dans le but d’absorber les pics de consommation de carburant. Afin de rester compétitif, les coûts de production d’un véhicule doivent être optimisés autant que possible, ainsi l’étude réalisée de commande de machine synchrone à griffes sans capteur de courant permet la suppression des capteurs du stator de la machine et donc de s’affranchir de leur coût. Une commande vectorielle de la machine est nécessaire afin d’optimiser les courants statoriques pour un couple donné. L’utilisation d’observateurs d’état permettant l’estimation des courants manquants a donc été privilégiée. Ainsi différentes topologies d’observateurs ont été développées : le filtre de Kalman étendu ainsi qu’un observateur d’état et deux déclinaisons dont la conception est basée sur une analyse de convergence à l'aide de fonctions de Lyapunov. Afin d’améliorer la précision de l’observation des courants statoriques, une étude approfondie du modèle électrique de la machine a été réalisée. Elle permet de minimiser les erreurs dues aux variations paramétriques, liées notamment à la saturation magnétique de la machine et des incertitudes liées aux phénomènes non modélisés de la chaîne de conversion électromécanique. Une méthode de cartographie de la machine a ainsi été proposée à l’aide d’un estimateur paramétrique. Les résultats expérimentaux, obtenus sur un banc de test réalisé en laboratoire, sont concluants en régime établi : les courants non mesurés sont estimés avec une précision satisfaisante pour une application automobile et permettent le contrôle sans capteur de courant de la machine
The application of greenhouse gases quotas has led the automotive manufacturers to increase the electrification level of their vehicles. In parallel with Battery Electric Vehicles (BEV), hybridization solutions have been developed. Among them, mild-hybrid technology allows the connection of an electric powertrain with an Internal Combustion Engine (ICE) with the aim of absorbing peaks of fuel consumption. In order to remain competitive, the manufacturing costs of a vehicle need to be optimized. In that regard, removing the stator currents sensors allows avoiding their inherent costs. However, within the vector control framework, a feedback on these currents is required to optimize their value for a given torque. For this reason, it has been decided to use state observers to estimate the missing currents. Different state observer solutions have thus been developed: the Extended Kalman Filter (EKF) and a state observer with two extensions whose design is based on a convergence analysis using Lyapunov functions. With the aim of improving the precision of the stator currents estimation, an in-depth study of the machine's electrical model was carried out. It allows minimizing errors due to parametric variations, related in particular to the magnetic saturation of the machine and uncertainties due to unmodeled phenomena in the whole drive. A method for mapping the machine was proposed using a parametric estimator. The experimental results, obtained on a test bench built in the laboratory, are conclusive in steady-state: the real currents are estimated with a satisfying precision for an automotive application and allow performing a current sensorless control of the machine

Dans un monde où les gens sont constamment en mouvement et ou la mobilité personnelle est préférée, le nombre de voitures personnelles sur la route ne cesse d'augmenter. Cela a induit plus de risque d'accidents de route, des conditions de circulation et de pollution de l'air plus dégradées. Par conséquent, les chercheurs travaillent depuis des décennies pour une transition vers la conduite autonome. Cette dernière a la capacité de remodeler la mobilité en diminuant les accidents de route, les embouteillages et la pollution de l'air, ce qui se traduirait par plus d'efficacité énergétique et de productivité, oû le temps de conduite pourra plutôt être utilisé pour d'autres activités. Les véhicules autonomes sont des systèmes complexes constitués de plusieurs modules qui effectuent la perception, la prise de décision, la planification et le contrôle. Le module de commande, composé d'un contrôle longitudinal et d'un contrôle latéral, est essentiel pour obtenir une conduite automatique. En raison de la nature hautement dynamique et en constante évolution des environnements routiers, le module de commande des systèmes de conduite autonome doit apprendre et s'adapter à ces environnements dynamiques en exploitant les données disponibles et en utilisant différentes techniques d'apprentissage. Cette thèse apporte quelques contributions à l'état de l'art des stratégies de contrôle amélioré et appliquées à la conduite autonome. Les contributions abordent les tâches de contrôle longitudinal et latéral séparément, puis le contrôle latéral et longitudinal coordonné et couplé. Pour le contrôle longitudinal, nous proposons l'approche PID adaptatif en utilisant deux techniques différentes : l'optimisation et l'adaptation hors ligne à l'aide d'algorithmes génétiques (GA-PID) puis l'apprentissage et l'adaptation en ligne avec les réseaux de neurones (NNPID). Pour le contrôle latéral, nous introduisons une technique de contrôle prédictif MPC adaptatif améliorée avec un nouvel algorithme PSO amélioré. Ensuite, nous réalisons l'adaptation en ligne des paramètres du contrôleur en utilisant les réseaux de neurones (NN-MPC) et les systèmes d'inférence neuro-flou adaptatif (ANFIS-MPC), qui apprennent à adapter le contrôleur aux conditions de fonctionnement et aux perturbations externes. Pour le contrôle latéral et longitudinal coordonné, nous proposons un PSO-PID pour la régulation de la vitesse, et un contrôleur prédictif de type LPV-MPC pour contrôler la dynamique latérale. Le LPV-MPC est développé avec une fonction de coût améliorée pour obtenir de meilleures performances et stabilité, il est aussi formulé avec un modèle LPV adaptatif, dans lequel les coefficients de rigidité de glissement latéral des pneus sont estimés par un estimateur récursif. Ensuite, nous abordons le contrôle couplé de la vitesse et de la direction en développant un contrôleur LPV-MPC plus élaboré et capable de gérer simultanément les dynamiques latérales et longitudinales du véhicule. De plus, le modèle de prédiction du LPV-MPC est adapté en temps réel par un réseau de neurones, et sa fonction de coût est encore optimisée par un algorithme génétique amélioré. Enfin, nous nous abordons le problème de course autonome où le véhicule roule à ses limites de maniabilité. Nous introduisons un contrôleur prédictif de modèle nonlinéaire en temps réel (NMPC) couplé avec un estimateur d'état de type (MHE). Nous résolvons le problème de course optimale par un planificateur de trajectoire hors ligne basé sur la méthode NMPC qui calcule la meilleure trajectoire tout en tenant compte des limites physiques du véhicule et des contraintes du circuit. Ensuite, nous améliorons encore la stratégie de contrôle en ajoutant une extension d'apprentissage basée sur la régression par processus de Gauss. Ce dernier améliore les prédictions NMPC en apprenant et en corrigeant le décalage entre la véritable dynamique du véhicule et le modèle de prédiction NMPC
In a world where everyone is constantly on the move and has more preferences for personal mobility, the number of cars on the road is constantly increasing. This has induced higher risks for road accidents, degraded traffic conditions, and further aggravated air pollution. Consequently, the research community has been working toward a shift to autonomous driving for decades. The latter can reshape mobility and transportation by reducing road accidents, traffic jams, and air pollution, yielding energy efficiency, convenience, and more productivity as significant driving time will be used for other activities instead. Autonomous vehicles are complex systems consisting of several modules that perform perception, decision-making, planning, and control. The control module, consisting of longitudinal control for speed tracking and lateral control for path tracking, is essential for achieving automatic driving. Due to the highly dynamic and constantly changing nature of road environments, the control module in autonomous driving systems needs to learn and adapt to these dynamic environments by exploiting available data and using different learning techniques. This thesis contributes to the state-of-the-art enhanced control strategies applied to autonomous driving. The contributions address the longitudinal and the lateral control tasks separately and then the combined coordinated and coupled lateral and longitudinal control. For the longitudinal control, we propose the adaptive PID approach using two techniques : offline optimization and adaptation using genetic algorithms (GA-PID) and online learning and adaptation with neural networks (NNPID). We introduce an adaptive MPC technique enhanced with a new, improved PSO algorithm for steering control. Then we achieve MPC online parameter adaption by using neural networks (NNMPC) and adaptive neuro-fuzzy inference systems (ANFIS-MPC), which learn to adapt the controller to the changing working conditions and external disturbances. For the combined coordinated lateral and longitudinal control, we propose a PSO-PID to handle the task of speed tracking and an enhanced linear parameter varying model predictive controller (LPV-MPC) to control lateral dynamics. The LPV-MPC is enhanced with an improved cost function to provide better performance and stability and formulated with an adaptive LPV model, in which a recursive estimator estimates the tire cornering stiffness coefficients. Then, we address the coupled speed and steering control by developing a more elaborate LPV-MPC capable of simultaneously handling both lateral and longitudinal vehicle dynamics. Furthermore, a neural network adapts the controller's prediction model online, and an improved genetic algorithm further optimizes its cost function. Finally, we tackle a more challenging autonomous driving problem where the vehicle drives at its handling limits, namely autonomous racing. We introduce a real-time nonlinear model predictive controller (NMPC) coupled with a moving horizon estimator (MHE). We solve the optimal racing problem with an NMPC-based offline trajectory planner that computes the best trajectory while considering the physical limits of the vehicle and circuit constraints. Then, we further enhance the control strategy by adding a learning extension based on Gaussian process regression. The latter improves the NMPC predictions by learning and correcting the mismatch between the actual vehicle dynamics and the NMPC prediction model

Le but de cette thèse CIFRE est de construire un portefeuille de stratégies de trading algorithmique intraday. Au lieu de considérer les prix comme une fonction du temps et d'un aléa généralement modélisé par un mouvement brownien, notre approche consiste à identifier les principaux signaux auxquels sont sensibles les donneurs d'ordres dans leurs prises de décision puis alors de proposer un modèle de prix afin de construire des stratégies dynamiques d'allocation de portefeuille. Dans une seconde partie plus académique, nous présentons des travaux de pricing d'options européennes et asiatiques
The aim of this CIFRE thesis is to build a portfolio of intraday algorithmic trading strategies. Instead of considering stock prices as a function of time and a brownian motion, our approach is to identify the main signals affecting market participants when they operate on the market so we can set up a prices model and then build dynamical strategies for portfolio allocation. In a second part, we introduce several works dealing with asian and european option pricing

Les systèmes réels sont généralement de nature non-linéaire, et leurs modélisations etsurveillance restent une tâche difficile à accomplir. Néanmoins, avec les progrès technologiqueson dispose maintenant d'un atout de taille sur ces systèmes qui est les données.Ce travail présente une technique de diagnostic de défaut et de modélisation basée en grandepartie sur la méthode d'apprentissage automatique " Les Machines à Vecteurs de Support,SVM " qui est basée sur les données. La méthodologie proposée est appliquée à différentessystèmes multivariables et non linéaires, à savoir : un procédé de traitement des eaux usées, unsystème éolien et un réacteur chimique parfaitement agité.L'objectif de cette thèse de doctorat est d'examiner la possibilité d'extraire le maximumd'information à partir de données afin de surveiller efficacement le comportement de systèmesréels et de détecter rapidement tout défaut qui peut compromettre leur bon fonctionnement. Lamême méthode est utilisée pour la modélisation des différents systèmes. Plusieurs défis ont étérelevés tels que la complexité du comportement des systèmes, le grand nombre de mesuresvariant à différentes échelles de temps, la présence de bruit et les perturbations. Une méthodegénérique de diagnostic de défauts est proposée par la génération des caractéristiques de chaquedéfaut suivie d'une étape d'évaluation de ces caractéristiques avec une amélioration du transfertde connaissances en modélisation.Dans cette thèse ont a démontré l'utilité de l'outil Machines à Vecteurs de Support, enclassification par la construction de modèles de décision SVM dédiés à l'évaluation descaractéristiques de défaut, et aussi en tant qu'estimateur non linéaire/ou pour la modélisation parl'utilisation des machines à vecteurs de support dédiés pour la régression (SVR).La combinaison de SVM et d'une méthode basée sur le modèle "observateur" a été aussi étudiéeet a été nécessaire dans certains cas pour garantir un bon diagnostic de défauts.