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  • Rural Digital Europe
  • 2017-2021
  • Doctoral thesis
  • Hal-Diderot
  • HAL-Inserm

Relevance
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  • Authors: Rosendo, Juan Luis;

    This work seeks to mitigate the effects of constraints on mobile robotic systems. To this end, auxiliary control loops and robust tuning techniques are proposed. The former are proposed to mitigate the effects of constraints on the input and output of the systems through the modification of the motion parameter in path following applications.Then, PID controllers are considered as a structural constraint, given its wide use in robotics particularly at low control level. A robust tuning methodology considering this constraint is proposed which achieves good performancelevels even when facing disturbances. Finally, to deal with robustness in presence of robots nonlinearity constraints, an analysis and tuning tool for sliding mode controllers is proposed. The particularity of this tuning method, based on global optimization and interval techniques,is that it allows generating tuning maps of the parameter regions where the desired performance criterion is fulfilled. All the proposed strategies are put into practice, through real experimentation or invalidated simulators, over the AUV Ciscrea available at ENSTA Bretagne.; Ce travail vise à atténuer les effets des contraintes sur les systèmes robotiques mobiles. À cette fin, des structures de commande auxiliaire et des techniques de réglage robuste sont proposées. Les structures sont proposées dans le cadre du suivi de chemin pour atténuer les effets des contraintes sur les entrées et les sorties des systèmes. Ensuite, étant donnée leur utilisation répandue en robotique, les contrôleurs de type PID sont considérés comme une contrainte structurelle. Une méthode de réglage robuste, tenant compte de cette contrainte, est proposée permettant d’atteindre de bons niveaux de performance même en présence de perturbations. Enfin, pour faire face à la robustesse en présence des contraintes de non-linéarité sur robots, un outil d’analyse et de réglage pour les contrôleurs de mode glissant est proposé. La particularité de cette méthode de réglage, basée sur des techniques d’optimisation globale et de calculs par intervalles, est qu’elle permet de générer des cartographies de réglage des paramètres pour lesquels le critère de performance souhaité est rempli.Toutes les stratégies proposées sont mises en pratique par des expérimentations réelles ou sur des simulateurs validés (AUV Ciscrea disponible à l’ENSTA Bretagne).

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  • Authors: Kounades-Bastian, Dionyssos;

    In this thesis we address the problem of multichannel audio source separa- tion (MASS) for underdetermined convolutive mixtures through probabilistic modeling. We focus on three aspects of the problem and make three contri- butions. Firstly, inspired from the empirically well validated representation of an audio signal, that is know as local Gaussian signal model (LGM) with non-negative matrix factorization (NMF), we propose a Bayesian extension to this, that overcomes some of the limitations of the NMF. We incorporate this representation in a MASS framework and compare it with the state of the art in MASS, yielding promising results. Secondly, we study how to separate mix- tures of moving sources and/or of moving microphones. Movements make the acoustic path between sources and microphones become time-varying. Ad- dressing time-varying audio mixtures appears is not so popular in the MASS literature. Thus, we begin from a state of the art LGM-with-NMF method designed for separating time-invariant audio mixtures and propose an exten- sion that uses a Kalman smoother to track the acoustic path across time. The proposed method is benchmarked against a block-wise adaptation of that state of the art (ran on time segments), and delivers competitive results on both simulated and real-world mixtures. Lastly, we investigate the link between MASS and the task of audio diarisation. Audio diarisation is the detection of the time intervals where each speaker/source is active or silent. Most state of the art MASS methods consider the sources to emit continuously; A hypothe- sis that can result in spurious signal estimates for a source, in intervals where that source was silent. Our aim is that diarisation can aid MASS by indicat- ing the emitting sources at each time frame. To that extent we design a joint framework for simultaneous diarisation and MASS, that incorporates a hidden Markov model (HMM) to track the temporal activity of the sources, within a state of the art LGM-with-NMF MASS framework. We compare the proposed method with the state of the art in MASS and audio diarisation tasks. We ob- tain performances comparable, with the state of the art, in terms of separation while winning in terms of diarisation.; Dans cette thèse nous abordons le problème de la séparation de sources audio dans des mélanges convolutifs multicanaux et sous-déterminés, en utilisant une modélisation probabiliste. Nous nous concentrons sur trois aspects, et nous apportons trois contributions. D’abord, nous nous inspirons du modèle Gaussien local par factorisation en matrices non-négatives (LGM-with-NMF), qui est un modèle empiriquement validé pour représenter un signal audio. Nous proposons une extension Bayésienne de ce modèle, qui permet de sur- passer certaines limitations du modèle NMF. Nous incorporons cette représentation dans un cadre de separation audio multicanaux, et le comparons avec l’état de l’art sur des tâches de séparation. Nous obtenons des résultats prometteurs. Deuxièment, nous étudions comment séparer des mélanges audio de sources et/ou des capteurs en mouvement. Ces déplacements rendent le chemin acoustique entre les sources et les microphones variant en cours du temps. L’adressage des mélanges convolutifs variant au cours du temps est peu exploré dans la littérature. Ainsi, nous partons d’une méthode de l’état de l’art développée pour la séparation de mélanges invariant (sources et microphones statiques) et utilisant LGM-with-NMF. Nous proposons à ceci une extension qui utilise un filtre de Kalman pour suivre le chemin acoustique au cours du temps. La technique proposée est comparée à une adaptation block-par-block d’une technique de l’état de l’art appliquée sur des intervalles de temps, et a donné des résultats exceptionels sur les mélanges simulés et les mélanges du monde réel. Enfin, nous investiguons les similitudes entre la séparation et la journalisation audio. La journalisation est le problème de détection des intervalles auxquels chaque locuteur/source est émettant. La plupart des méthodes de séparation supposent toutes les sources émettent continuellement. Cette hypothèe peut donner lieu à de fausses estimations durant les intervalles au cours desquels cette source n’a pas émis. Notre objectif est que la journalisation puisse aider à résoudre la séparation, en indiquant les sources qui émettent à chaque intervalle de temps. Dans cette mesure, nous concevons une cadre commun pour traiter simultanément la journalisation et la séparation du mélange audio. Ce cadre incorpore un modèle de Markov caché pour suivre les activités des sources au sein d’une technique de séparation LGM-with-NMF. Nous comparons l’algorithme proposé à l’état de l’art sur des tâches de séparation et de journalisation. Nous obtenons des performances comparables avec l’état de l’art pour la séparation, et supériures pour la journalisation.

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  • Authors: Brun, Fanny;

    High Mountain Asia (HMA) hosts the largest glacierized area outside the polar regions. Approximately 15 % of the ~100 000 km² of HMA glaciers is covered by a debris layer of various thickness. The influence of this debris on the HMA glacier response to climate change remains debated. In principle, the presence of a thick layer of debris reduces the melt of the ice beneath it, due to the insulating effect. However, other processes such as ablation of bare ice cliff faces, subaqueous melt of supraglacial ponds and internal ablation due to englacial hydrology could substantially contribute to enhance the debris-covered glacier mass losses. The aim of this PhD work is to assess the impact of the debris on glacier mass balance in HMA. Up to now, the influence of the debris cover has been assessed through glacier front position changes or on a restricted sample of glaciers, and no large scale study of the influence of the debris cover on the glacier-wide mass balance is available.As a starting point, we derived glacier mass changes for the period 2000-2016 for the entire HMA, with an unprecedented resolution, using time series of digital elevation models (DEMs) derived from Advanced Spaceborne Thermal Emission and Reflection Radiometer (ASTER) optical satellite imagery. We calculated a total mass loss of -16.3 ± 3.5 Gt yr-1 (-0.18 ± 0.04 m w.e. yr-1) with contrasted rates of regionally-averaged mass changes ranging from -0.62 ± 0.23 m w.e. yr-1 for the eastern Nyainqentanglha to +0.14 ± 0.08 m w.e. yr-1 for the western Kunlun Shan.At the scale of HMA, the pattern of glacier mass changes is not related to the presence of debris, but is linked with the climatology. Consequently, we studied the influence of the debris-cover on mass balance within climatically homogeneous regions. Based on the mass balances of individual glaciers larger than 2 km² (more than 6 500 glaciers, which represent 54% of the total glacierized area), we found that debris-covered glaciers have significantly more negative mass balances for four regions out of twelve, a significantly less negative mass balance for one region and non-significantly different mass balances for the remaining seven regions. The debris-cover is generally a less significant predictor of the mass balance than the slope of the glacier tongue or the glacier mean elevation. The influence of the debris is not completely clear and complicated to untangle from the effect of the other morphological parameters, because heavily debris-covered tongues are situated at lower elevations than debris-free tongues, where ablation is higher.However, such a statistical analysis of the influence of the debris-cover on the glacier-wide mass balance variability is not very informative in terms of glaciological processes. In order to better constrain the contribution of the different ablation processes on debris-covered tongues, work at a finer scale is required. For the debris-covered tongue of Changri Nup Glacier, Everest region, Nepal, we quantified the contribution of ice cliffs to the ablation budget. Using a combination of very high resolution DEMs derived from Pléiades images and an unmanned aerial vehicle, we found that ice cliffs contributed to ~23 ± 5 % of the total net ablation of the tongue, over two contrasted years, although they occupy only 7 to 8 % of its area. Ice cliffs are large contributors to the ablation of a debris-covered tongue, but they cannot alone explain the so-called debris cover anomaly, i.e. the fact that debris free and debris covered tongues have similar thinning rates. This anomaly is probably due to smaller emergence velocity over debris-covered tongues than over debris-free tongues, resulting in similar thinning rates, despite less negative surface mass balance rates. We advocate for more measurements of ice thickness of debris-covered tongues in order to better understand their dynamics.; Les Hautes Montagnes d’Asie (HMA) abritent la plus grande superficie de glaciers en dehors des régions polaires. Environ 15 % des ~100 000 km² de glaciers des HMA sont couverts de débris d’épaisseur variable. L’influence de cette couverture détritique sur la réponse des glaciers au changement climatique reste méconnue. Au-delà d’une épaisseur critique (quelques cm), les débris protègent les glaciers de la fonte par effet isolant. Mais ces glaciers présentent des structures qui pourraient sensiblement accentuer leur fonte : en surface ce sont les falaises où la glace est à nue et les lacs supra-glaciaires, alors qu’au cœur des glaciers c’est leur réseau hydrologique intra-glaciaire complexe. L’objectif de cette thèse est d’évaluer l’influence de la couverture détritique sur le bilan de masse des glaciers des HMA. Jusqu’à présent, cette influence a été évaluée à partir de changements de longueurs ou sur des échantillons de glaciers restreints, et aucune étude n’a quantifié l’influence de la couverture détritique sur le bilan de masse des glaciers à grande échelle.Nous avons d’abord traité plus de 50 000 couples stéréoscopiques du capteur ASTER (Advanced Spaceborne Thermal Emission and Reflection Radiometer) pour dériver des modèles numériques de terrain (MNTs) sur la quasi-totalité des glaciers des HMA. Nous avons mesuré ainsi le bilan de masse régional entre 2000 et 2016 avec une résolution jamais atteinte auparavant. La perte totale est de 16.3 ± 3.5 Gt a-1 soit un bilan de masse moyen de -0.18 ± 0.04 m équivalent (éq.) eau a-1, très variable spatialement, avec une perte de masse record pour le Nyainqentanglha (-0.62 ± 0.23 m éq. eau a-1) et un léger gain pour le Kunlun (+0.14 ± 0.08 m éq. eau a-1).Cette variabilité spatiale des bilans de masse reflète au premier ordre la variabilité des climats, différents d’un bout à l’autre des HMA. Pour s’en affranchir, nous avons découpé cette région en 12 sous-régions supposées homogènes climatiquement, où nous avons étudié l’influence de la couverture détritique sur le bilan de masse des glaciers de plus de 2 km² (>6 500 glaciers soit 54 % de la surface englacée totale). Statistiquement, la couverture de débris n’est pas un bon prédicteur du bilan de masse. Dans quatre sous-régions, les glaciers couverts ont des bilans de masse plus négatifs que les glaciers blancs, c’est l’opposé dans le Tien Shan alors que pour les sept sous-régions restantes, les bilans ne sont pas différents statistiquement entre glaciers blancs et couverts. Souvent, la couverture détritique a une influence plus faible que la pente de la langue ou l’altitude moyenne du glacier, car les langues couvertes de débris descendent plus bas en altitude, là où l’ablation est la plus forte.Ce type d’étude statistique est intéressant pour se forger une intuition, mais reste peu informatif en termes de compréhension des processus glaciologiques. Pour mieux contraindre les contributions des processus responsables de la fonte, nous avons travaillé en parallèle à une échelle plus fine en nous intéressant au glacier du Changri Nup (2.7 km²) situé non loin de l’Everest au Népal. A partir de MNTs haute résolution dérivés d’images des satellites Pléiades ou acquises avec un drone, nous avons montré que les falaises de glace, bien qu’elles n’occupent que 7 à 8 % de la surface de la langue de ce glacier, ont contribué à ~23 ± 5 % de l’ablation nette totale au cours de deux années contrastées. Ces falaises sont donc des zones d’ablation préférentielle mais couvrent des surfaces trop faibles pour compenser la réduction d’ablation induite par la couverture détritique environnante. Si l’on observe des taux d’amincissement similaires sur les langues couvertes ou non de débris, c’est que la vitesse d’émergence est plus faible sur les langues couvertes ce qui compense un bilan de masse de surface moins négatif que sur les glaciers blancs. Il est néanmoins nécessaire de mieux comprendre la dynamique des langues couvertes de débris.

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    Authors: Ritz, Simon;

    Depuis une quinzaine d’années, l’agglomération antique de Senon-Amel fait l’objet de nouvelles recherches pluri¬disciplinaires associant des techniques d’investigation non destructives (prospections pédestres, aériennes, géophysiques, LiDAR) et des opérations de fouilles (préventives et programmées). Ces nouvelles données montrent que le site se déve¬loppe sous la forme de deux pôles de vestiges à caractère urbain, distants de 1,5 km et occupés simultanément pendant la majeure partie de l’Antiquité romaine, du milieu du Ier siècle apr. J.-C. au milieu du IVe siècle apr. J.-C. au moins. Cette configuration bipolaire présente un caractère exceptionnel dans l’urbanisme du nord de la Gaule romaine, qu’il faut ten¬ter d’expliquer. Son expression la plus frappante réside sans doute dans la duplication des édifices publics : chaque pôle urbain est équipé d’une panoplie monumentale complète, comprenant plusieurs temples, des thermes et un théâtre. Dès lors, l’étude des processus qui sont à l’origine de cette composition urbaine particulière, puis des modalités selon lesquelles elle a évolué jusqu’au début du Moyen Âge, s’est imposée comme la problématique structurante de l’enquête. Elle est abordée au travers d’une analyse détaillée des formes et des dynamiques d’occupation de chaque pôle urbain sur le temps long, cherchant à mettre en évidence d’éventuelles spécificités fonctionnelles et à caractériser la nature de leurs relations aux différentes étapes de leur histoire. L’agglomération est également replacée dans son environnement microrégional, entendu au double sens de paysage anthropique et naturel, en partant du principe que les relations qu’entretient la ville avec son « pays d’alentour » participent à la compréhension de l’un et l’autre de ces espaces. Cette approche fondée sur la caractérisation des différentes composantes du système de peuplement microrégional forme le socle de la discussion sur l’origine et l’évolution du schéma urbain bipolaire. Elle met notamment en exergue le rôle de l’intégration politique des cités gauloises au cadre administratif romain, ainsi que l’incidence de l’économie du culte dans la bipolarisation de l’urba¬nisme. La trajectoire très originale de Senon-Amel contribue à enrichir notre connaissance de la diversité des processus de formation et d’évolution du fait urbain dans le nord de Gaule. Cependant, l’intérêt du site va au-delà de l’étude d’une forme urbaine singulière et somme toute anecdotique : la juxtaposition des deux pôles urbains fait ressortir leurs spécificités mieux qu’ailleurs, parce qu’on a ici la possibilité de les comparer dans le détail, en minimisant l’incidence d’états documentaires différents ou de spécificités régionales, qui peuvent biaiser les comparaisons à plus large échelle. On voit ainsi apparaître deux trajectoires urbaines complètement différentes, opposant schématiquement un habitat groupé d’origine laténienne qui a prospéré à l’époque romaine grâce à une économie orientée vers des activités artisanales et commerciales diversifiées, et un grand sanctuaire, plus vraisemblablement fondé au début de l’Empire qu’à La Tène, dont l’attractivité économique n’a que tardivement agrégé un habitat groupé. Si le voisinage de ces deux entités urbaines est très inhabituel, les processus qui président à leur formation et à leur évolution sont sans doute à l’oeuvre dans beaucoup d’autres agglomérations, et peuvent à ce titre être de plus ample enseignement que la seule histoire de Senon-Amel. Interdisciplinary investigations combining prospection techniques (field survey, aerial photography, geophysics, Li¬DAR) and excavations (preventive and university-led excavations) have been carried out for almost 15 years on the ar¬chaeological site of Senon-Amel. They have revealed the bipolarity of this roman town, which is split into two urban cen¬tres located 1.5 km apart, simultaneously inhabited during most of the Antiquity, from the middle of the 1st century A.D. to the middle of the 4th century at least. This urban layout is very unusual among the roman towns of northern Gaul and thus needs to be explained. Its most striking feature is the duplication of public monuments: both urban centres include temples, public baths and a theatre. This thesis discusses the origin and evolution of the bipolar frame. It highlights the role of the integration of Gallic civitates into the roman provincial administration, and the impact of a religious economy in the shap¬ing of the city. These processes obviously have an interest per se – they contribute to illustrate the varied origins of urban features in norther Gaul –, but they also have broader implications. Indeed, the closeness of the two urban centres allows us to study quite precisely their specific features and their origins, thanks to the consistency of the documentation. This comparison reveals two very different urban trajectories: broadly speaking, evidence suggests that Senon was preceded by an Iron Age settlement, which stayed occupied during the roman period and expanded thanks to the existence of a wide range of crafts and trade activities. On the other hand, Amel seems to have been created at the beginning of the Empire as a sanctuary, which only later aggregated dwelling houses and other private facilities. The juxtaposition of these two urban entities is very unusual, but the mechanisms that drove their setting-up and further evolution are certainly common to many other roman towns. As a result, the case study of Senon-Amel evidences processes that are of more general significance.

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  • Authors: JALLOULI, Ons;

    Nowadays, due to the rapid growth of Internet ofThings (IoT) towards technologies, the protection oftransmitted data becomes an important challenge.The devices of the IoT are very constrained resourcein terms of computing capabilities, energy andmemory capacities. Thus, the design of secure,efficient and lightweight crypto-systems becomesmore and more crucial. In this thesis, we have studiedthe problem of chaos based data security underreal-time and energy constraints. First, we havedesigned and implemented three pseudo-chaoticnumber generators (PCNGs). These PCNGs use aweak coupling matrix or a high diffusion binarycoupling matrix between chaotic maps and a chaoticmultiplexing technique. Then, we have realized threestream ciphers based on the proposed PCNGs.Security performance of the proposed stream cipherswere analysed and several cryptanalytic and statisticaltests were applied. Experimental results highlightrobustness as well as efficiency in terms ofcomputation time. The performance obtained incomputational complexity indicates their use inreal-time applications. Then, we integrated thesechaotic stream ciphers within the real-time operatingsystem Xenomai. Finally, we have measured theenergy and power consumption of the three proposedchaotic systems, and the average computingperformance. The obtained results show that theproposed stream ciphers can be used in practical IoTapplications.; De nos jours, la croissance rapide des technologiesde l’Internet des Objets (IoT) rend la protection desdonnées transmises un enjeu important. Lesdispositifs de l’IoT sont intrinsèquement contraints à lamémoire, à la puissance de traitement et à l’énergiedisponible. Ceci implique que la conception detechniques cryptographiques sécurisées, efficaces etlégères est cruciale. Dans cette thèse, nous avonsétudié la problématique de la sécurité de l’informationbasée chaos sous contraintes temps réel et d’énergie.À ce sujet, nous avons conçu et implémenté dans unpremier temps, trois générateurs de nombrespseudo-chaotiques (PCNGs). Ces PCNGs utilisentune matrice de couplage faible ou une matrice decouplage binaire à forte diffusion entre des carteschaotiques, et une technique de multiplexagechaotique. Puis, nous avons réalisé trois systèmes dechiffrement/déchiffrement par flux basés sur lesPCNGs proposés. L’analyse cryptographique dessystèmes chaotiques réalisés a montré leurrobustesse contre des attaques connues. Laperformance obtenue en complexité de calcul metbien en évidence leur utilisation dans des applicationstemps réel. Dans un second temps, nous avonsintégré ces systèmes de chiffrement/déchiffrementchaotiques au sein du système d’exploitation tempsréel Xenomai. Enfin, nous avons mesuré laconsommation d’énergie et de puissance des troissystèmes chaotiques réalisés ainsi que le tempsmoyen de chiffrement/déchiffrement.

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  • Authors: Navas, Renzo Efraín;

    Internet of Things (IoT) systems are increasingly being deployed in the real world, but their security lags behind the state of the art of non-IoT systems. Moving Target Defense (MTD) is a cyberdefense paradigm that proposes to randomize components of systems, with the intention of thwarting cyberattacks that previously relied in the static nature of systems. Attackers are now constrained by time. MTD has been successfully implemented in conventional systems, but its use to improve IoT security is still lacking in the literature. Over the course of this thesis, we validated MTD as a cybersecurity paradigm suitable for IoT systems. We identified and synthesized existing MTD techniques for IoT using a systematic literature review method,and defined and used four novel entropy related metrics to measure MTD techniques qualitative properties. Secondly, we proposed a generic distributed MTD framework that allows the instantiation of concrete MTD strategies suitable for the constraints of the IoT. Finally, we designed an secure time synchronization protocol, and instantiated three particular MTD techniques: two at the upper network layers (e.g. port-hopping, and application RESTful interfaces) -and validated one of them in real hardware-, and the third one at the physical layer to achieve IoT systems resilient to insider attacks/jamming by using Direct Sequence Spread-Spectrum techniques with cryptographically-strong pseudo-random sequences.; Les systèmes de l’Internet des Objets (IoT) sont de plus en plus déployés dans le monde réel, mais leur sécurité est en retard par rapport à l’état de l’art des systèmes non IoT. La Défense par Cible Mouvante (MTD) est un paradigme de cyberdéfense qui propose de randomiser les composants des systèmes, dans l’intention de faire échec aux cyberattaquants qui s’appuyaient auparavant sur la nature statique des systèmes. Les attaquants sont désormais limités par le temps. Le MTD a été mis en œuvre avec succès dans les systèmes conventionnels, mais son utilisation pour améliorer la sécurité des IoT fait encore défaut dans la littérature. Au cours de cette thèse, nous avons validé le MTD comme paradigme de cybersécurité adapté aux systèmes IoT. Nous avons identifié et synthétisé les techniques MTD existantes pour l’IoT en utilisant une méthode d’examen systématique de la littérature, et nous avons défini et utilisé quatre nouvelles mesures liées à l’entropie pour mesurer les propriétés qualitatives des techniques MTD. Ensuite, nous avons proposé un framework générique de MTD distribué qui permet l’instanciation de stratégies MTD concrètes adaptées aux contraintes de l’IoT. Enfin, nous avons avons conçu un protocole de synchronisation du temps authentifié, et instancié trois techniques MTD particulières : deux dans les couches supérieures du réseau (portant sur le saut de port et sur des interfaces RESTful d’applications) -et validé l’une d’entre elles dans du matériel réel-, et la troisième dans la couche physique pour obtenir des systèmes IoT résistants aux brouillages par des nœuds internes en utilisant des techniques d’étalement du spectre par séquence directe avec des séquences pseudo aléatoires cryptographiquement fortes.

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  • Authors: Ali, Nader Mahmoud Elshahat Elsayed;

    Recovering dense 3D information from intra-operative endoscopic images together with the relative endoscope camera pose are fundamental blocks for accurate guidance and navigation in image-guided surgery. They have several important applications, e.g., augmented reality overlay of pre-operative models. This thesis provides a systematic approach for estimating these two pieces of information based on a pure vision Simultaneous Localization And Mapping (SLAM). We decouple the dense reconstruction from the camera trajectory estimation, resulting in a system that combines the accuracy and robustness of feature-based SLAM with the more complete reconstruction of direct SLAM methods. The proposed solutions in this thesis have been validated on real porcine sequences from different datasets and proved to be fast and do not need any external tracking hardware nor significant intervention from medical staff. The sole input is video frames of a standard monocular endoscope.; La création d'informations 3D denses à partir d'images endoscopiques intraopératoires, ainsi que le calcul de la position relative de la caméra endoscopique, sont des éléments fondamentaux pour un guidage de qualité durant la chirurgie guidée par l'image. Par exemple, cela permet de superposer modèle pré-opératoire via la réalité augmentée. Cette thèse présente une approche pour l'estimation de ces deux information basées sur une approche de localisation et cartographie simultanées (SLAM). Nous découplons la reconstruction dense de l'estimation de la trajectoire de la caméra, aboutissant à un système qui combine la précision du SLAM, et une reconstruction plus complète. Les solutions proposées dans cette thèse ont été validées sur de séquences porcines provenant de différents ensembles de données. Ces solutions n'ont pas besoin de matériel de suivi externe ni d'intervention. Les seules entrées nécessaires sont les trames vidéo d'un endoscope monoculaire.

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    Authors: Bury, Diane;

    Les robots parallèles à câbles présentent l'intérêt d'un grand espace de travail comparativement à des robots manipulateurs classiques. En contrepartie, la présence des câbles induit des collisions possibles supplémentaires, et des contraintes de positivité sur les tensions des câbles. La plateforme logicielle HPP développée dans l'équipe GEPETTO du LAAS permet de planifier des mouvements et des tâches de manipulation pour des systèmes articulés dans des environnements encombrés par des obstacles.Le travail réalisé au cours de cette thèse a permis d'appliquer les algorithmes existant dans la plateforme HPP aux robots parallèles à câbles. Le travail de recherche de cette thèse apporte des solutions au problème de validation continue de trajectoires pour les robots parallèles à câbles. Dans un premier temps, un algorithme de validation continue de collision est étendu pour prendre en compte toutes les paires de collisions contenant des câbles. Cet algorithme se base sur le calcul d'un majorant de la vitesse relative de deux corps afin de valider successivement des portions du chemin. Dans un deuxième temps, ce même algorithme de validation continue est étendu afin de valider les conditions de tensions des câbles.Ensemble, la validation continue de collision et la validation continue de tensions forment une méthode de validation continue globale pour robots parallèles à câbles. Cette méthode est utilisée au sein d'algorithmes de planification probabilistespour effectuer de la planification de mouvement pour robots à câbles. Des scénarios représentant des tâches de logistiques ou des tâches industrielles sont testés en simulation ainsi qu'en réel sur le robot CoGiRo. Cable-driven parallel robots have large workspaces compared to standard manipulator robots. In return, the presence of cables creates additionnal possible collisions, as well as positivity contraints on the cables tensions. The software platform HPP was developped by the GEPETTO team from the LAAS laboratory for motion planning and manipulation planning for articulated systems in cluttered environement.This thesis extends the algorithms within HPP to cable-driven parallel robots. The present research work provides solutions to the continuous trajectory validation for cable-driven parallel robots. First, a continuous collision detection algorithm is extended to take into account all the collisions pairs which include cables. This algorithm is based on the computation of an upper bound on the relative velocity between two bodies in order to succesively validate intervals of the trajectory. Secondly, this same continuous validation algorithm is extended to handle the validation of the cable tensions.Together, the continuous collision detection and the continous tension validation form a global continuous validation method for cable-driven parallel robots. This method is used within probabilistic planning algorithm to plan manipulation movements for cable robots. Several scenarios representing industrial tasks are tested with the robot CoGiRo both in simulation as well as on the real robot.

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    Hyper Article en Ligne
    Other literature type . 2020
    Hal-Diderot
    Doctoral thesis . 2020
    Data sources: Hal-Diderot
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    Authors: Jusot, Maud;

    Les petits peptides cycliques représentent une classe émergente et prometteuse de molécules thérapeutiques. Cependant le manque de connaissance de leur espace conformationnel rend difficile leur conception et la prédiction de leur structure. Afin de pouvoir améliorer les connaissances sur ces molécules aux propriétés uniques, nous avons voulu développer une approche alternative à celles existantes permettant la caractérisation la plus précise possible de leur espace conformationnel. Pour cela, nous avons développé une méthode EGSCyP, s'appuyant sur une représentation multi-niveaux du peptide : une représentation mécanique et l'utilisation d'algorithme issus du domaine de la robotique permettant une approche globale puis une amélioration de la précision en modèle tout atome. EGSCyP a été développé pour gérer les résidus modifiés tels que les résidus de forme D et N-méthylés. Cette méthode a été comparée à des simulations de dynamique moléculaire par échange de répliques et des données expérimentales pour la valider. Elle a été appliquée à un ensemble de pentapeptides cycliques RGD dérivés de la Cilengitide, un anticancéreux. Notre approche a montré de bonnes performances notamment en ce qui concerne la complétude de l'espace conformationnel de ces peptides et a permis d'évaluer l'impact des modifications chimiques telles que les résidus en forme D ou N-méthylés sur ce paysage conformationnel. Small cyclic peptides represent an emerging and promising class of therapeutic molecules. However, the lack of knowledge on their conformational space makes their design difficult as well as the prediction of their structure. In order to improve knowledge on these molecules with unique properties, we wanted to develop an alternative approach to those existing allowing the most exhaustive characterization of their conformational space. For that, we have developed EGSCyP method, based on a multi-level representation of the peptide: a mechanical representation and the use of robotics inspired algorithms allowing a global search and then a refinement in an all atom model. EGSCyP was developped to deal with D-amino acids and N-methylated residues. This method has been compared to replica exchange molecular dynamics simulations and experimental data to validate the approach. It has been applied to a set of cyclic pentapeptides RGD derived from Cilengitide, an anticancer drug. Our method has shown good performances, particularly with regard to the completeness of the conformational space of these peptides, and has made possible to evaluate the impact of the chemical modifications like the D-amino acids or N-methylated ones on this conformational landscape.

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  • Authors: Patrigeon, Guillaume;

    The Internet of Things is an infrastructure enabling advanced services by interconnecting things. Although the large variety of Internet of Things applications involve many kinds of technical solutions, many of those are based on a typical architecture that can be divided in three layers: the perception layer, the transport layer and the services layer. The dispositive that composed the perception layer, called “sensor nodes”, are subject to technical requirements: size, security, reliability, autonomy, and long lifetime. Sensor nodes’ energy efficiency is the most critical point where traditional technologies show their limitations. New strategies and solutions are proposed to overcome this technical challenge; however, how can those be evaluated, with which tools and at which level? How emerging technologies can be optimized and integrated inside microcontrollers for Internet of Things applications? Which are the new strategies for energy management to adopt with technologies such as 28 nm FD-SOI and non-volatiles memories? What are their limitations? Will they be sufficient?To evaluate the integration of emerging technologies inside low power microcontrollers, we propose a new methodology using an FPGA-based sensor node prototyping platform. Able to operate in already deployed wireless sensor networks, we use it to perform fast and precise evaluations, taking account of the application context. We studied and evaluated multiple memory architecture configurations based on STT magnetic memories as a replacement of traditional solutions, and showed that the non-volatile STT memory technology can improve a microcontroller’s energy efficiency for embedded applications.; L’Internet des Objets est une infrastructure permettant d’interconnecter des objets pour la réalisation de services évolués. Utilisée pour des applications très variées, les solutions engagées sont très diverses. On retrouve cependant une architecture typique décomposée en trois couches : la couche de perception, la couche de transport et la couche de services. Les dispositifs de la couche de perception, appelés « noeuds capteurs », répondent à des contraintes de taille, de sécurité, de fiabilité, d’autonomie et de longue durée de vie. L’efficacité énergétique des noeuds est cependant la contrainte majeure à laquelle les solutions technologiques actuelles trouvent leurs limites. De nouvelles solutions et stratégies sont proposées pour répondre à ce défi, mais comment les évaluer, avec quels outils et à quelle échelle ? Comment utiliser efficacement les technologies émergentes et optimiser leur intégration dans les microcontrôleurs pour les applications de l’Internet des Objets ? Quelles nouvelles stratégies de gestion de l’énergie nous apportent des technologies telles que la FD-SOI 28 nm et les mémoires non-volatiles, et quelles sont leurs limites ? Sont-elles suffisantes et adaptées ?Pour étudier l’intégration de technologies émergentes dans les microcontrôleurs, nous avons mis en place une méthodologie d’évaluation, à partir d’une plateforme de prototypage de noeud capteur réalisée autour d’un FPGA. Capable d’opérer dans des réseaux déjà déployés, elle nous permet une évaluation rapide, fine, dans un contexte applicatif. Nous avons étudié le remplacement de l’architecture mémoire traditionnelle par différentes solutions intégrant des mémoires magnétiques non-volatiles de type STT, et constaté en intégrant cette technologie une amélioration significative de l’efficacité énergétique du microcontrôleur pour les applications embarquées.

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  • Authors: Rosendo, Juan Luis;

    This work seeks to mitigate the effects of constraints on mobile robotic systems. To this end, auxiliary control loops and robust tuning techniques are proposed. The former are proposed to mitigate the effects of constraints on the input and output of the systems through the modification of the motion parameter in path following applications.Then, PID controllers are considered as a structural constraint, given its wide use in robotics particularly at low control level. A robust tuning methodology considering this constraint is proposed which achieves good performancelevels even when facing disturbances. Finally, to deal with robustness in presence of robots nonlinearity constraints, an analysis and tuning tool for sliding mode controllers is proposed. The particularity of this tuning method, based on global optimization and interval techniques,is that it allows generating tuning maps of the parameter regions where the desired performance criterion is fulfilled. All the proposed strategies are put into practice, through real experimentation or invalidated simulators, over the AUV Ciscrea available at ENSTA Bretagne.; Ce travail vise à atténuer les effets des contraintes sur les systèmes robotiques mobiles. À cette fin, des structures de commande auxiliaire et des techniques de réglage robuste sont proposées. Les structures sont proposées dans le cadre du suivi de chemin pour atténuer les effets des contraintes sur les entrées et les sorties des systèmes. Ensuite, étant donnée leur utilisation répandue en robotique, les contrôleurs de type PID sont considérés comme une contrainte structurelle. Une méthode de réglage robuste, tenant compte de cette contrainte, est proposée permettant d’atteindre de bons niveaux de performance même en présence de perturbations. Enfin, pour faire face à la robustesse en présence des contraintes de non-linéarité sur robots, un outil d’analyse et de réglage pour les contrôleurs de mode glissant est proposé. La particularité de cette méthode de réglage, basée sur des techniques d’optimisation globale et de calculs par intervalles, est qu’elle permet de générer des cartographies de réglage des paramètres pour lesquels le critère de performance souhaité est rempli.Toutes les stratégies proposées sont mises en pratique par des expérimentations réelles ou sur des simulateurs validés (AUV Ciscrea disponible à l’ENSTA Bretagne).

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  • Authors: Kounades-Bastian, Dionyssos;

    In this thesis we address the problem of multichannel audio source separa- tion (MASS) for underdetermined convolutive mixtures through probabilistic modeling. We focus on three aspects of the problem and make three contri- butions. Firstly, inspired from the empirically well validated representation of an audio signal, that is know as local Gaussian signal model (LGM) with non-negative matrix factorization (NMF), we propose a Bayesian extension to this, that overcomes some of the limitations of the NMF. We incorporate this representation in a MASS framework and compare it with the state of the art in MASS, yielding promising results. Secondly, we study how to separate mix- tures of moving sources and/or of moving microphones. Movements make the acoustic path between sources and microphones become time-varying. Ad- dressing time-varying audio mixtures appears is not so popular in the MASS literature. Thus, we begin from a state of the art LGM-with-NMF method designed for separating time-invariant audio mixtures and propose an exten- sion that uses a Kalman smoother to track the acoustic path across time. The proposed method is benchmarked against a block-wise adaptation of that state of the art (ran on time segments), and delivers competitive results on both simulated and real-world mixtures. Lastly, we investigate the link between MASS and the task of audio diarisation. Audio diarisation is the detection of the time intervals where each speaker/source is active or silent. Most state of the art MASS methods consider the sources to emit continuously; A hypothe- sis that can result in spurious signal estimates for a source, in intervals where that source was silent. Our aim is that diarisation can aid MASS by indicat- ing the emitting sources at each time frame. To that extent we design a joint framework for simultaneous diarisation and MASS, that incorporates a hidden Markov model (HMM) to track the temporal activity of the sources, within a state of the art LGM-with-NMF MASS framework. We compare the proposed method with the state of the art in MASS and audio diarisation tasks. We ob- tain performances comparable, with the state of the art, in terms of separation while winning in terms of diarisation.; Dans cette thèse nous abordons le problème de la séparation de sources audio dans des mélanges convolutifs multicanaux et sous-déterminés, en utilisant une modélisation probabiliste. Nous nous concentrons sur trois aspects, et nous apportons trois contributions. D’abord, nous nous inspirons du modèle Gaussien local par factorisation en matrices non-négatives (LGM-with-NMF), qui est un modèle empiriquement validé pour représenter un signal audio. Nous proposons une extension Bayésienne de ce modèle, qui permet de sur- passer certaines limitations du modèle NMF. Nous incorporons cette représentation dans un cadre de separation audio multicanaux, et le comparons avec l’état de l’art sur des tâches de séparation. Nous obtenons des résultats prometteurs. Deuxièment, nous étudions comment séparer des mélanges audio de sources et/ou des capteurs en mouvement. Ces déplacements rendent le chemin acoustique entre les sources et les microphones variant en cours du temps. L’adressage des mélanges convolutifs variant au cours du temps est peu exploré dans la littérature. Ainsi, nous partons d’une méthode de l’état de l’art développée pour la séparation de mélanges invariant (sources et microphones statiques) et utilisant LGM-with-NMF. Nous proposons à ceci une extension qui utilise un filtre de Kalman pour suivre le chemin acoustique au cours du temps. La technique proposée est comparée à une adaptation block-par-block d’une technique de l’état de l’art appliquée sur des intervalles de temps, et a donné des résultats exceptionels sur les mélanges simulés et les mélanges du monde réel. Enfin, nous investiguons les similitudes entre la séparation et la journalisation audio. La journalisation est le problème de détection des intervalles auxquels chaque locuteur/source est émettant. La plupart des méthodes de séparation supposent toutes les sources émettent continuellement. Cette hypothèe peut donner lieu à de fausses estimations durant les intervalles au cours desquels cette source n’a pas émis. Notre objectif est que la journalisation puisse aider à résoudre la séparation, en indiquant les sources qui émettent à chaque intervalle de temps. Dans cette mesure, nous concevons une cadre commun pour traiter simultanément la journalisation et la séparation du mélange audio. Ce cadre incorpore un modèle de Markov caché pour suivre les activités des sources au sein d’une technique de séparation LGM-with-NMF. Nous comparons l’algorithme proposé à l’état de l’art sur des tâches de séparation et de journalisation. Nous obtenons des performances comparables avec l’état de l’art pour la séparation, et supériures pour la journalisation.

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  • Authors: Brun, Fanny;

    High Mountain Asia (HMA) hosts the largest glacierized area outside the polar regions. Approximately 15 % of the ~100 000 km² of HMA glaciers is covered by a debris layer of various thickness. The influence of this debris on the HMA glacier response to climate change remains debated. In principle, the presence of a thick layer of debris reduces the melt of the ice beneath it, due to the insulating effect. However, other processes such as ablation of bare ice cliff faces, subaqueous melt of supraglacial ponds and internal ablation due to englacial hydrology could substantially contribute to enhance the debris-covered glacier mass losses. The aim of this PhD work is to assess the impact of the debris on glacier mass balance in HMA. Up to now, the influence of the debris cover has been assessed through glacier front position changes or on a restricted sample of glaciers, and no large scale study of the influence of the debris cover on the glacier-wide mass balance is available.As a starting point, we derived glacier mass changes for the period 2000-2016 for the entire HMA, with an unprecedented resolution, using time series of digital elevation models (DEMs) derived from Advanced Spaceborne Thermal Emission and Reflection Radiometer (ASTER) optical satellite imagery. We calculated a total mass loss of -16.3 ± 3.5 Gt yr-1 (-0.18 ± 0.04 m w.e. yr-1) with contrasted rates of regionally-averaged mass changes ranging from -0.62 ± 0.23 m w.e. yr-1 for the eastern Nyainqentanglha to +0.14 ± 0.08 m w.e. yr-1 for the western Kunlun Shan.At the scale of HMA, the pattern of glacier mass changes is not related to the presence of debris, but is linked with the climatology. Consequently, we studied the influence of the debris-cover on mass balance within climatically homogeneous regions. Based on the mass balances of individual glaciers larger than 2 km² (more than 6 500 glaciers, which represent 54% of the total glacierized area), we found that debris-covered glaciers have significantly more negative mass balances for four regions out of twelve, a significantly less negative mass balance for one region and non-significantly different mass balances for the remaining seven regions. The debris-cover is generally a less significant predictor of the mass balance than the slope of the glacier tongue or the glacier mean elevation. The influence of the debris is not completely clear and complicated to untangle from the effect of the other morphological parameters, because heavily debris-covered tongues are situated at lower elevations than debris-free tongues, where ablation is higher.However, such a statistical analysis of the influence of the debris-cover on the glacier-wide mass balance variability is not very informative in terms of glaciological processes. In order to better constrain the contribution of the different ablation processes on debris-covered tongues, work at a finer scale is required. For the debris-covered tongue of Changri Nup Glacier, Everest region, Nepal, we quantified the contribution of ice cliffs to the ablation budget. Using a combination of very high resolution DEMs derived from Pléiades images and an unmanned aerial vehicle, we found that ice cliffs contributed to ~23 ± 5 % of the total net ablation of the tongue, over two contrasted years, although they occupy only 7 to 8 % of its area. Ice cliffs are large contributors to the ablation of a debris-covered tongue, but they cannot alone explain the so-called debris cover anomaly, i.e. the fact that debris free and debris covered tongues have similar thinning rates. This anomaly is probably due to smaller emergence velocity over debris-covered tongues than over debris-free tongues, resulting in similar thinning rates, despite less negative surface mass balance rates. We advocate for more measurements of ice thickness of debris-covered tongues in order to better understand their dynamics.; Les Hautes Montagnes d’Asie (HMA) abritent la plus grande superficie de glaciers en dehors des régions polaires. Environ 15 % des ~100 000 km² de glaciers des HMA sont couverts de débris d’épaisseur variable. L’influence de cette couverture détritique sur la réponse des glaciers au changement climatique reste méconnue. Au-delà d’une épaisseur critique (quelques cm), les débris protègent les glaciers de la fonte par effet isolant. Mais ces glaciers présentent des structures qui pourraient sensiblement accentuer leur fonte : en surface ce sont les falaises où la glace est à nue et les lacs supra-glaciaires, alors qu’au cœur des glaciers c’est leur réseau hydrologique intra-glaciaire complexe. L’objectif de cette thèse est d’évaluer l’influence de la couverture détritique sur le bilan de masse des glaciers des HMA. Jusqu’à présent, cette influence a été évaluée à partir de changements de longueurs ou sur des échantillons de glaciers restreints, et aucune étude n’a quantifié l’influence de la couverture détritique sur le bilan de masse des glaciers à grande échelle.Nous avons d’abord traité plus de 50 000 couples stéréoscopiques du capteur ASTER (Advanced Spaceborne Thermal Emission and Reflection Radiometer) pour dériver des modèles numériques de terrain (MNTs) sur la quasi-totalité des glaciers des HMA. Nous avons mesuré ainsi le bilan de masse régional entre 2000 et 2016 avec une résolution jamais atteinte auparavant. La perte totale est de 16.3 ± 3.5 Gt a-1 soit un bilan de masse moyen de -0.18 ± 0.04 m équivalent (éq.) eau a-1, très variable spatialement, avec une perte de masse record pour le Nyainqentanglha (-0.62 ± 0.23 m éq. eau a-1) et un léger gain pour le Kunlun (+0.14 ± 0.08 m éq. eau a-1).Cette variabilité spatiale des bilans de masse reflète au premier ordre la variabilité des climats, différents d’un bout à l’autre des HMA. Pour s’en affranchir, nous avons découpé cette région en 12 sous-régions supposées homogènes climatiquement, où nous avons étudié l’influence de la couverture détritique sur le bilan de masse des glaciers de plus de 2 km² (>6 500 glaciers soit 54 % de la surface englacée totale). Statistiquement, la couverture de débris n’est pas un bon prédicteur du bilan de masse. Dans quatre sous-régions, les glaciers couverts ont des bilans de masse plus négatifs que les glaciers blancs, c’est l’opposé dans le Tien Shan alors que pour les sept sous-régions restantes, les bilans ne sont pas différents statistiquement entre glaciers blancs et couverts. Souvent, la couverture détritique a une influence plus faible que la pente de la langue ou l’altitude moyenne du glacier, car les langues couvertes de débris descendent plus bas en altitude, là où l’ablation est la plus forte.Ce type d’étude statistique est intéressant pour se forger une intuition, mais reste peu informatif en termes de compréhension des processus glaciologiques. Pour mieux contraindre les contributions des processus responsables de la fonte, nous avons travaillé en parallèle à une échelle plus fine en nous intéressant au glacier du Changri Nup (2.7 km²) situé non loin de l’Everest au Népal. A partir de MNTs haute résolution dérivés d’images des satellites Pléiades ou acquises avec un drone, nous avons montré que les falaises de glace, bien qu’elles n’occupent que 7 à 8 % de la surface de la langue de ce glacier, ont contribué à ~23 ± 5 % de l’ablation nette totale au cours de deux années contrastées. Ces falaises sont donc des zones d’ablation préférentielle mais couvrent des surfaces trop faibles pour compenser la réduction d’ablation induite par la couverture détritique environnante. Si l’on observe des taux d’amincissement similaires sur les langues couvertes ou non de débris, c’est que la vitesse d’émergence est plus faible sur les langues couvertes ce qui compense un bilan de masse de surface moins négatif que sur les glaciers blancs. Il est néanmoins nécessaire de mieux comprendre la dynamique des langues couvertes de débris.

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    Authors: Ritz, Simon;

    Depuis une quinzaine d’années, l’agglomération antique de Senon-Amel fait l’objet de nouvelles recherches pluri¬disciplinaires associant des techniques d’investigation non destructives (prospections pédestres, aériennes, géophysiques, LiDAR) et des opérations de fouilles (préventives et programmées). Ces nouvelles données montrent que le site se déve¬loppe sous la forme de deux pôles de vestiges à caractère urbain, distants de 1,5 km et occupés simultanément pendant la majeure partie de l’Antiquité romaine, du milieu du Ier siècle apr. J.-C. au milieu du IVe siècle apr. J.-C. au moins. Cette configuration bipolaire présente un caractère exceptionnel dans l’urbanisme du nord de la Gaule romaine, qu’il faut ten¬ter d’expliquer. Son expression la plus frappante réside sans doute dans la duplication des édifices publics : chaque pôle urbain est équipé d’une panoplie monumentale complète, comprenant plusieurs temples, des thermes et un théâtre. Dès lors, l’étude des processus qui sont à l’origine de cette composition urbaine particulière, puis des modalités selon lesquelles elle a évolué jusqu’au début du Moyen Âge, s’est imposée comme la problématique structurante de l’enquête. Elle est abordée au travers d’une analyse détaillée des formes et des dynamiques d’occupation de chaque pôle urbain sur le temps long, cherchant à mettre en évidence d’éventuelles spécificités fonctionnelles et à caractériser la nature de leurs relations aux différentes étapes de leur histoire. L’agglomération est également replacée dans son environnement microrégional, entendu au double sens de paysage anthropique et naturel, en partant du principe que les relations qu’entretient la ville avec son « pays d’alentour » participent à la compréhension de l’un et l’autre de ces espaces. Cette approche fondée sur la caractérisation des différentes composantes du système de peuplement microrégional forme le socle de la discussion sur l’origine et l’évolution du schéma urbain bipolaire. Elle met notamment en exergue le rôle de l’intégration politique des cités gauloises au cadre administratif romain, ainsi que l’incidence de l’économie du culte dans la bipolarisation de l’urba¬nisme. La trajectoire très originale de Senon-Amel contribue à enrichir notre connaissance de la diversité des processus de formation et d’évolution du fait urbain dans le nord de Gaule. Cependant, l’intérêt du site va au-delà de l’étude d’une forme urbaine singulière et somme toute anecdotique : la juxtaposition des deux pôles urbains fait ressortir leurs spécificités mieux qu’ailleurs, parce qu’on a ici la possibilité de les comparer dans le détail, en minimisant l’incidence d’états documentaires différents ou de spécificités régionales, qui peuvent biaiser les comparaisons à plus large échelle. On voit ainsi apparaître deux trajectoires urbaines complètement différentes, opposant schématiquement un habitat groupé d’origine laténienne qui a prospéré à l’époque romaine grâce à une économie orientée vers des activités artisanales et commerciales diversifiées, et un grand sanctuaire, plus vraisemblablement fondé au début de l’Empire qu’à La Tène, dont l’attractivité économique n’a que tardivement agrégé un habitat groupé. Si le voisinage de ces deux entités urbaines est très inhabituel, les processus qui président à leur formation et à leur évolution sont sans doute à l’oeuvre dans beaucoup d’autres agglomérations, et peuvent à ce titre être de plus ample enseignement que la seule histoire de Senon-Amel. Interdisciplinary investigations combining prospection techniques (field survey, aerial photography, geophysics, Li¬DAR) and excavations (preventive and university-led excavations) have been carried out for almost 15 years on the ar¬chaeological site of Senon-Amel. They have revealed the bipolarity of this roman town, which is split into two urban cen¬tres located 1.5 km apart, simultaneously inhabited during most of the Antiquity, from the middle of the 1st century A.D. to the middle of the 4th century at least. This urban layout is very unusual among the roman towns of northern Gaul and thus needs to be explained. Its most striking feature is the duplication of public monuments: both urban centres include temples, public baths and a theatre. This thesis discusses the origin and evolution of the bipolar frame. It highlights the role of the integration of Gallic civitates into the roman provincial administration, and the impact of a religious economy in the shap¬ing of the city. These processes obviously have an interest per se – they contribute to illustrate the varied origins of urban features in norther Gaul –, but they also have broader implications. Indeed, the closeness of the two urban centres allows us to study quite precisely their specific features and their origins, thanks to the consistency of the documentation. This comparison reveals two very different urban trajectories: broadly speaking, evidence suggests that Senon was preceded by an Iron Age settlement, which stayed occupied during the roman period and expanded thanks to the existence of a wide range of crafts and trade activities. On the other hand, Amel seems to have been created at the beginning of the Empire as a sanctuary, which only later aggregated dwelling houses and other private facilities. The juxtaposition of these two urban entities is very unusual, but the mechanisms that drove their setting-up and further evolution are certainly common to many other roman towns. As a result, the case study of Senon-Amel evidences processes that are of more general significance.

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  • Authors: JALLOULI, Ons;

    Nowadays, due to the rapid growth of Internet ofThings (IoT) towards technologies, the protection oftransmitted data becomes an important challenge.The devices of the IoT are very constrained resourcein terms of computing capabilities, energy andmemory capacities. Thus, the design of secure,efficient and lightweight crypto-systems becomesmore and more crucial. In this thesis, we have studiedthe problem of chaos based data security underreal-time and energy constraints. First, we havedesigned and implemented three pseudo-chaoticnumber generators (PCNGs). These PCNGs use aweak coupling matrix or a high diffusion binarycoupling matrix between chaotic maps and a chaoticmultiplexing technique. Then, we have realized threestream ciphers based on the proposed PCNGs.Security performance of the proposed stream cipherswere analysed and several cryptanalytic and statisticaltests were applied. Experimental results highlightrobustness as well as efficiency in terms ofcomputation time. The performance obtained incomputational complexity indicates their use inreal-time applications. Then, we integrated thesechaotic stream ciphers within the real-time operatingsystem Xenomai. Finally, we have measured theenergy and power consumption of the three proposedchaotic systems, and the average computingperformance. The obtained results show that theproposed stream ciphers can be used in practical IoTapplications.; De nos jours, la croissance rapide des technologiesde l’Internet des Objets (IoT) rend la protection desdonnées transmises un enjeu important. Lesdispositifs de l’IoT sont intrinsèquement contraints à lamémoire, à la puissance de traitement et à l’énergiedisponible. Ceci implique que la conception detechniques cryptographiques sécurisées, efficaces etlégères est cruciale. Dans cette thèse, nous avonsétudié la problématique de la sécurité de l’informationbasée chaos sous contraintes temps réel et d’énergie.À ce sujet, nous avons conçu et implémenté dans unpremier temps, trois générateurs de nombrespseudo-chaotiques (PCNGs). Ces PCNGs utilisentune matrice de couplage faible ou une matrice decouplage binaire à forte diffusion entre des carteschaotiques, et une technique de multiplexagechaotique. Puis, nous avons réalisé trois systèmes dechiffrement/déchiffrement par flux basés sur lesPCNGs proposés. L’analyse cryptographique dessystèmes chaotiques réalisés a montré leurrobustesse contre des attaques connues. Laperformance obtenue en complexité de calcul metbien en évidence leur utilisation dans des applicationstemps réel. Dans un second temps, nous avonsintégré ces systèmes de chiffrement/déchiffrementchaotiques au sein du système d’exploitation tempsréel Xenomai. Enfin, nous avons mesuré laconsommation d’énergie et de puissance des troissystèmes chaotiques réalisés ainsi que le tempsmoyen de chiffrement/déchiffrement.

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  • Authors: Navas, Renzo Efraín;

    Internet of Things (IoT) systems are increasingly being deployed in the real world, but their security lags behind the state of the art of non-IoT systems. Moving Target Defense (MTD) is a cyberdefense paradigm that proposes to randomize components of systems, with the intention of thwarting cyberattacks that previously relied in the static nature of systems. Attackers are now constrained by time. MTD has been successfully implemented in conventional systems, but its use to improve IoT security is still lacking in the literature. Over the course of this thesis, we validated MTD as a cybersecurity paradigm suitable for IoT systems. We identified and synthesized existing MTD techniques for IoT using a systematic literature review method,and defined and used four novel entropy related metrics to measure MTD techniques qualitative properties. Secondly, we proposed a generic distributed MTD framework that allows the instantiation of concrete MTD strategies suitable for the constraints of the IoT. Finally, we designed an secure time synchronization protocol, and instantiated three particular MTD techniques: two at the upper network layers (e.g. port-hopping, and application RESTful interfaces) -and validated one of them in real hardware-, and the third one at the physical layer to achieve IoT systems resilient to insider attacks/jamming by using Direct Sequence Spread-Spectrum techniques with cryptographically-strong pseudo-random sequences.; Les systèmes de l’Internet des Objets (IoT) sont de plus en plus déployés dans le monde réel, mais leur sécurité est en retard par rapport à l’état de l’art des systèmes non IoT. La Défense par Cible Mouvante (MTD) est un paradigme de cyberdéfense qui propose de randomiser les composants des systèmes, dans l’intention de faire échec aux cyberattaquants qui s’appuyaient auparavant sur la nature statique des systèmes. Les attaquants sont désormais limités par le temps. Le MTD a été mis en œuvre avec succès dans les systèmes conventionnels, mais son utilisation pour améliorer la sécurité des IoT fait encore défaut dans la littérature. Au cours de cette thèse, nous avons validé le MTD comme paradigme de cybersécurité adapté aux systèmes IoT. Nous avons identifié et synthétisé les techniques MTD existantes pour l’IoT en utilisant une méthode d’examen systématique de la littérature, et nous avons défini et utilisé quatre nouvelles mesures liées à l’entropie pour mesurer les propriétés qualitatives des techniques MTD. Ensuite, nous avons proposé un framework générique de MTD distribué qui permet l’instanciation de stratégies MTD concrètes adaptées aux contraintes de l’IoT. Enfin, nous avons avons conçu un protocole de synchronisation du temps authentifié, et instancié trois techniques MTD particulières : deux dans les couches supérieures du réseau (portant sur le saut de port et sur des interfaces RESTful d’applications) -et validé l’une d’entre elles dans du matériel réel-, et la troisième dans la couche physique pour obtenir des systèmes IoT résistants aux brouillages par des nœuds internes en utilisant des techniques d’étalement du spectre par séquence directe avec des séquences pseudo aléatoires cryptographiquement fortes.

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  • Authors: Ali, Nader Mahmoud Elshahat Elsayed;

    Recovering dense 3D information from intra-operative endoscopic images together with the relative endoscope camera pose are fundamental blocks for accurate guidance and navigation in image-guided surgery. They have several important applications, e.g., augmented reality overlay of pre-operative models. This thesis provides a systematic approach for estimating these two pieces of information based on a pure vision Simultaneous Localization And Mapping (SLAM). We decouple the dense reconstruction from the camera trajectory estimation, resulting in a system that combines the accuracy and robustness of feature-based SLAM with the more complete reconstruction of direct SLAM methods. The proposed solutions in this thesis have been validated on real porcine sequences from different datasets and proved to be fast and do not need any external tracking hardware nor significant intervention from medical staff. The sole input is video frames of a standard monocular endoscope.; La création d'informations 3D denses à partir d'images endoscopiques intraopératoires, ainsi que le calcul de la position relative de la caméra endoscopique, sont des éléments fondamentaux pour un guidage de qualité durant la chirurgie guidée par l'image. Par exemple, cela permet de superposer modèle pré-opératoire via la réalité augmentée. Cette thèse présente une approche pour l'estimation de ces deux information basées sur une approche de localisation et cartographie simultanées (SLAM). Nous découplons la reconstruction dense de l'estimation de la trajectoire de la caméra, aboutissant à un système qui combine la précision du SLAM, et une reconstruction plus complète. Les solutions proposées dans cette thèse ont été validées sur de séquences porcines provenant de différents ensembles de données. Ces solutions n'ont pas besoin de matériel de suivi externe ni d'intervention. Les seules entrées nécessaires sont les trames vidéo d'un endoscope monoculaire.

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    Authors: Bury, Diane;

    Les robots parallèles à câbles présentent l'intérêt d'un grand espace de travail comparativement à des robots manipulateurs classiques. En contrepartie, la présence des câbles induit des collisions possibles supplémentaires, et des contraintes de positivité sur les tensions des câbles. La plateforme logicielle HPP développée dans l'équipe GEPETTO du LAAS permet de planifier des mouvements et des tâches de manipulation pour des systèmes articulés dans des environnements encombrés par des obstacles.Le travail réalisé au cours de cette thèse a permis d'appliquer les algorithmes existant dans la plateforme HPP aux robots parallèles à câbles. Le travail de recherche de cette thèse apporte des solutions au problème de validation continue de trajectoires pour les robots parallèles à câbles. Dans un premier temps, un algorithme de validation continue de collision est étendu pour prendre en compte toutes les paires de collisions contenant des câbles. Cet algorithme se base sur le calcul d'un majorant de la vitesse relative de deux corps afin de valider successivement des portions du chemin. Dans un deuxième temps, ce même algorithme de validation continue est étendu afin de valider les conditions de tensions des câbles.Ensemble, la validation continue de collision et la validation continue de tensions forment une méthode de validation continue globale pour robots parallèles à câbles. Cette méthode est utilisée au sein d'algorithmes de planification probabilistespour effectuer de la planification de mouvement pour robots à câbles. Des scénarios représentant des tâches de logistiques ou des tâches industrielles sont testés en simulation ainsi qu'en réel sur le robot CoGiRo. Cable-driven parallel robots have large workspaces compared to standard manipulator robots. In return, the presence of cables creates additionnal possible collisions, as well as positivity contraints on the cables tensions. The software platform HPP was developped by the GEPETTO team from the LAAS laboratory for motion planning and manipulation planning for articulated systems in cluttered environement.This thesis extends the algorithms within HPP to cable-driven parallel robots. The present research work provides solutions to the continuous trajectory validation for cable-driven parallel robots. First, a continuous collision detection algorithm is extended to take into account all the collisions pairs which include cables. This algorithm is based on the computation of an upper bound on the relative velocity between two bodies in order to succesively validate intervals of the trajectory. Secondly, this same continuous validation algorithm is extended to handle the validation of the cable tensions.Together, the continuous collision detection and the continous tension validation form a global continuous validation method for cable-driven parallel robots. This method is used within probabilistic planning algorithm to plan manipulation movements for cable robots. Several scenarios representing industrial tasks are tested with the robot CoGiRo both in simulation as well as on the real robot.

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    Other literature type . 2020
    Hal-Diderot
    Doctoral thesis . 2020
    Data sources: Hal-Diderot
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    Authors: Jusot, Maud;

    Les petits peptides cycliques représentent une classe émergente et prometteuse de molécules thérapeutiques. Cependant le manque de connaissance de leur espace conformationnel rend difficile leur conception et la prédiction de leur structure. Afin de pouvoir améliorer les connaissances sur ces molécules aux propriétés uniques, nous avons voulu développer une approche alternative à celles existantes permettant la caractérisation la plus précise possible de leur espace conformationnel. Pour cela, nous avons développé une méthode EGSCyP, s'appuyant sur une représentation multi-niveaux du peptide : une représentation mécanique et l'utilisation d'algorithme issus du domaine de la robotique permettant une approche globale puis une amélioration de la précision en modèle tout atome. EGSCyP a été développé pour gérer les résidus modifiés tels que les résidus de forme D et N-méthylés. Cette méthode a été comparée à des simulations de dynamique moléculaire par échange de répliques et des données expérimentales pour la valider. Elle a été appliquée à un ensemble de pentapeptides cycliques RGD dérivés de la Cilengitide, un anticancéreux. Notre approche a montré de bonnes performances notamment en ce qui concerne la complétude de l'espace conformationnel de ces peptides et a permis d'évaluer l'impact des modifications chimiques telles que les résidus en forme D ou N-méthylés sur ce paysage conformationnel. Small cyclic peptides represent an emerging and promising class of therapeutic molecules. However, the lack of knowledge on their conformational space makes their design difficult as well as the prediction of their structure. In order to improve knowledge on these molecules with unique properties, we wanted to develop an alternative approach to those existing allowing the most exhaustive characterization of their conformational space. For that, we have developed EGSCyP method, based on a multi-level representation of the peptide: a mechanical representation and the use of robotics inspired algorithms allowing a global search and then a refinement in an all atom model. EGSCyP was developped to deal with D-amino acids and N-methylated residues. This method has been compared to replica exchange molecular dynamics simulations and experimental data to validate the approach. It has been applied to a set of cyclic pentapeptides RGD derived from Cilengitide, an anticancer drug. Our method has shown good performances, particularly with regard to the completeness of the conformational space of these peptides, and has made possible to evaluate the impact of the chemical modifications like the D-amino acids or N-methylated ones on this conformational landscape.

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    Other literature type . 2018
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  • Authors: Patrigeon, Guillaume;

    The Internet of Things is an infrastructure enabling advanced services by interconnecting things. Although the large variety of Internet of Things applications involve many kinds of technical solutions, many of those are based on a typical architecture that can be divided in three layers: the perception layer, the transport layer and the services layer. The dispositive that composed the perception layer, called “sensor nodes”, are subject to technical requirements: size, security, reliability, autonomy, and long lifetime. Sensor nodes’ energy efficiency is the most critical point where traditional technologies show their limitations. New strategies and solutions are proposed to overcome this technical challenge; however, how can those be evaluated, with which tools and at which level? How emerging technologies can be optimized and integrated inside microcontrollers for Internet of Things applications? Which are the new strategies for energy management to adopt with technologies such as 28 nm FD-SOI and non-volatiles memories? What are their limitations? Will they be sufficient?To evaluate the integration of emerging technologies inside low power microcontrollers, we propose a new methodology using an FPGA-based sensor node prototyping platform. Able to operate in already deployed wireless sensor networks, we use it to perform fast and precise evaluations, taking account of the application context. We studied and evaluated multiple memory architecture configurations based on STT magnetic memories as a replacement of traditional solutions, and showed that the non-volatile STT memory technology can improve a microcontroller’s energy efficiency for embedded applications.; L’Internet des Objets est une infrastructure permettant d’interconnecter des objets pour la réalisation de services évolués. Utilisée pour des applications très variées, les solutions engagées sont très diverses. On retrouve cependant une architecture typique décomposée en trois couches : la couche de perception, la couche de transport et la couche de services. Les dispositifs de la couche de perception, appelés « noeuds capteurs », répondent à des contraintes de taille, de sécurité, de fiabilité, d’autonomie et de longue durée de vie. L’efficacité énergétique des noeuds est cependant la contrainte majeure à laquelle les solutions technologiques actuelles trouvent leurs limites. De nouvelles solutions et stratégies sont proposées pour répondre à ce défi, mais comment les évaluer, avec quels outils et à quelle échelle ? Comment utiliser efficacement les technologies émergentes et optimiser leur intégration dans les microcontrôleurs pour les applications de l’Internet des Objets ? Quelles nouvelles stratégies de gestion de l’énergie nous apportent des technologies telles que la FD-SOI 28 nm et les mémoires non-volatiles, et quelles sont leurs limites ? Sont-elles suffisantes et adaptées ?Pour étudier l’intégration de technologies émergentes dans les microcontrôleurs, nous avons mis en place une méthodologie d’évaluation, à partir d’une plateforme de prototypage de noeud capteur réalisée autour d’un FPGA. Capable d’opérer dans des réseaux déjà déployés, elle nous permet une évaluation rapide, fine, dans un contexte applicatif. Nous avons étudié le remplacement de l’architecture mémoire traditionnelle par différentes solutions intégrant des mémoires magnétiques non-volatiles de type STT, et constaté en intégrant cette technologie une amélioration significative de l’efficacité énergétique du microcontrôleur pour les applications embarquées.

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