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Quelques problèmes dans l’analyse et la commande des réseaux électriques avec des charges à puissance constante

Monsieur Juan E. Machado
Soutenance de thèse de doctorat le 22 Novembre 2019, 15h00 à CentraleSupelec (Gif-sur-Yvette) Salle des séminaires du L2S

Composition du jury proposé:

Mr. Romeo Ortega L2S (CNRS, UMR 8506) Directeur de thèse
Mr. Luca Greco Université Paris-Sud (UMR8506) Examinateur
Mr. Robert Griñó Universitat Politècnica de Catalunya Examinateur
Mme Françoise Lamnabhi-Lagarrigue L2S (CNRS, UMR 8506) Examinateur
Mr. John W. Simpson-Porco University of Waterloo Rapporteur
Mr. Aleksandar Stankovic Tufts University Rapporteur

 

Resumé: La croissante demande d’énergie électrique a conduit à la conception de systèmes électriques de grande complexité où les combustibles fossiles constituent la principale source d’énergie. Néanmoins, les préoccupations environnementales poussent à un changement majeur dans les pratiques de production d’électricité, avec un passage marqué des énergies fossiles aux énergies renouvelables et des architectures centralisées à distribuées. Les problèmes de stabilité dus à la présence de ce qu’on appelle les Charges à Puissance Constante (CPLs) constituent l’un des principaux défis auxquels sont confrontés les systèmes électriques distribués. On sait que ces charges, que l’on trouve couramment dans les installations de technologie de l’information et de la communication, réduisent l’amortissement effectif des circuits qui les alimentent, ce qui peut provoquer des oscillations de tension, voire une chute. Dans cette thèse, les principales contributions sont centrées sur la compréhension et la résolution de divers problèmes rencontrés dans l’analyse et le contrôle de systèmes électriques contenant des CPLs. Les contributions sont énumérées comme suit. (i) Des conditions simplement vérifiables sont proposées pour certifier la non existence d’états en régime permanent pour des réseaux multi-ports, à courant alternatif avec une distribution de CPLs. Ces conditions, qui reposent sur les inégalités matricielles linéaires, permettent d’écarter les valeurs des puissances des charges qui produiraient certainement un effondrement de la tension sur l’ensemble du réseau. (ii) Pour des modèles généraux de certains systèmes électriques modernes, y compris les réseaux de transmission à courant continu haute tension et les microréseaux, il est montré que, si des équilibres existent, il existe un équilibre caractéristique à haute tension qui domine tous les autres. En outre, dans le cas des systèmes d’alimentation en courant alternatif sous l’hypothèse de découplage standard, cet équilibre caractéristique s’avère stable à long terme. (iii) Une classe de systèmes port-Hamiltoniens, dans laquelle les variables de contrôle agissent directement sur l’équation de puissance, est explorée. Il est démontré que ces systèmes sont décalés de manière passive lorsque leurs trajectoires sont contraintes à des ensembles facilement définissables. Ces dernières propriétés sont exploitées pour analyser la stabilité de leurs équilibres intrinsèquement non nuls. Il a également été montré que la stabilité des réseaux électriques à courant continu multiports et des générateurs synchrones, tous deux connectés à des CPLs, peuvent naturellement être étudiée dans le cadre proposé. (iv) Le problème de la régulation de la tension de sortie du convertisseur buck-boost alimentant une CPL non connu est résolu. L’un des principaux obstacles à la conception de commandes linéaires classiques provient du fait que le modèle du système est de phase non minimale par rapport à chacune de ses variables d’état. Cette thèse rapporte un contrôleur adaptatif non linéaire capable de rendre un équilibre souhaité asymptotiquement stable; de plus, une estimation de la région d’attraction peut être calculée. (v) La dernière contribution concerne l’amortissement actif d’un système d’alimentation de petite taille à courant continu avec une CPL. Au lieu de connecter des éléments passifs peu pratiques et énergétiquement inefficaces au réseau existant, l’ajout d’un convertisseur de puissance contrôlé est exploré. La contribution principale rapportée ici est la conception d’une loi de contrôle non linéaire basée sur l’observateur pour le convertisseur. La nouveauté de la proposition réside dans le fait qu’il n’est pas nécessaire de mesurer le courant électrique du réseau ni la valeur de la CPL, soulignant ainsi son applicabilité pratique. L’efficacité du schéma de contrôle est ensuite validée par des expériences sur un réseau à courant continu réel.

Abstract: The continuously increasing demand of electrical energy has led to the conception of power systems of great complexity that may extend even through entire countries. In the vast majority of large-scale power systems the main primary source of energy are fossil fuels. Nonetheless, environmental concerns are pushing a major change in electric energy production practices, with a marked shift from fossil fuels to renewables and from centralized architectures to more distributed ones. One of the main challenges that distributed power systems face are the stability problems arising from the presence of the so-called Constant Power Loads (CPLs). These loads, which are commonly found in information and communication technology facilities, are known to reduce the effective damping of the circuits that energize them, which can cause voltage oscillations or even voltage collapse. In this thesis, the main contributions are focused in understanding and solving diverse problems found in the analysis and control of electrical power systems containing CPLs. The contributions are listed as follows. (i) Simply verifiable conditions are proposed to certify the non existence of steady states in general, multi-port, alternating current (AC) networks with a distributed array of CPLs. These conditions, which are based on Linear Matrix Inequalities, allow to discard the values of the loads’ powers that would certainly produce a voltage collapse in the whole network. (ii) For general models of some modern power systems, including High-Voltage Direct Current transmission networks and microgrids, it is shown that if equilibria exist, then there is a characteristic high-voltage equilibrium that dominates, entry-wise, all the other ones. Furthermore, for the case of AC power systems under the standard decoupling assumption, this characteristic equilibrium is shown to be long-term stable. (iii) A class of port-Hamiltonian systems, in which the control variables act directly on the power balance equation, is explored. These systems are shown to be shifted passive when their trajectories are constrained to easily definable sets. The latter properties are exploited to analyze the stability of their intrinsically non zero equilibria. It is also shown that the stability of multi-port DC electrical networks and synchronous generators, both with CPLs, can be naturally studied with the proposed framework. (iv) The problem of regulating the output voltage of the versatile DC buck-boost converter feeding an unknown CPL is addressed. One of the main obstacles for conventional linear control design stems from the fact that the system’s model is nonminimum phase with respect to each of its state variables. As a possible solution to this problem, this thesis reports a nonlinear, adaptive controller that is able to render a desired equilibrium asymptotically stable; furthermore an estimate of the region of attraction can be computed. (v) The last contribution concerns the active damping of a DC small-scale power system with a CPL. Instead of connecting impractical, energetically inefficient passive elements to the existing network, the addition of a controlled DC-DC power converter is explored. The main contribution reported here is the design of a nonlinear, observer-based control law for the converter. The novelty of the proposal lies in the non necessity of measuring the network’s electrical current nor the value of the CPL, highlighting its practical applicability. The effectiveness of the control scheme is further validated through experiments on a real DC network.

Mots clés: Réseaux électriques, Charges à Puissance Constante, Analyse, Commande

Keywords: Power systems, Constant Power Loads (CPLs), Analysis, Control

Direct sampling method in inverse electromagnetic scattering problem

Sangwoo KANG
Soutenance de thèse de doctorat le 14 Novembre 2019, 10h00 à CentraleSupelec (Gif-sur-Yvette)

Lieu: Bâtiment Breguet - D2.07 (Petit Conseil) - 3 rue Joliot Curie - 91190 Gif-sur-Yvette

Composition du jury:

Mr.Marc Lambert Chargé de recherche CNRS GeePs Directeur de thèse
Mr.Houssem Haddar Directeur de recherche INRIA CMAP Examinateur
Mr.Dominique Lesselier Directeur de recherche CNRS L2S Examinateur
Mr.Mikyoung Lim Professeur Korean Advanced Institute of Science and Technology Examinateur
Mme Amélie Litman Maître de Conférence Université de Marseille Rapporteur
Mr.Matteo Pastorino Professeur Université de Gênes Rapporteur

 

Résumé: Le problème de l'imagerie non itérative dans le cadre de la diffraction électromagnétique inverse utilisant la méthode d'échantillonnage direct (DSM) est considéré. Grâce à une combinaison de l'expression asymptotique du champ proche ou du champ lointain diffracté et de l'hypothèse de petits obstacles, les expressions analytiques de la fonction d'indicateur DSM sont présentées dans diverses configurations telles que des configurations 2D/3D, mono-/multi-configurations statiques,  à vue limitée/complète et fréquence unique/ diversité en fréquence. Une fois l'expression analytique obtenue, sa structure est analysée et des améliorations proposées. Notre approche est validée à l’aide de données de simulation, et d’expériences le cas échéant. Premièrement, la structure mathématique du DSM à fréquence fixe en 2D dans divers problèmes de diffusion est établie, permettant une analyse théorique de son efficacité et de ses limites. Pour surmonter les limitations connues, une méthode alternative d'échantillonnage direct (DSMA) est proposée. Puis le cas multi-fréquence est investigué en introduisant et en analysant le DSM multi-fréquence (MDSM) et le DSMA multi-fréquence (MDSMA).Enfin, notre approche est étendue aux problèmes de diffraction électromagnétique inverse 3D pour lesquels le choix de la polarisation du dipôle de test est un paramètre clé. De par notre approche analytique, ce choix peut être effectué sur la base de la polarisation du champ incident.

Abstract: The non iterative imaging problem within the inverse electromagnetic scattering framework using the direct sampling method (DSM) is considered. Thanks to the combination of the asymptotic expression of  the scattered near-field or far-field and of the small obstacle hypothesis the analytical expressions of the DSM indicator function are presented in various configurations such as 2D/3D configurations and/or mono-/multi-static configurations and/or limited-/full-view case and/or mono-/multi-frequency case. Once the analytical expression obtained, its structure is analyzed and  improvements  proposed.  Our approach is validated using  synthetic data and experimental  ones when available. First, the mathematical structure of DSM at fixed frequency in 2D various scattering problems is established allowing a theoretical analysis of its efficiency and limitations. To overcome the known limitations an alternative direct sampling method (DSMA) is proposed. Next, the multi-frequency case is investigated by introducing and analyzing  the multi-frequency DSM (MDSM) and the multi-frequency DSMA (MDSMA). Finally,  our approach is extended to 3D inverse electromagnetic scattering problems for which the choice of the polarization of the test dipole is a key parameter. Thanks to our analytical analysis it can be made based on  the polarization of the incident field.

Contribution à l'estimation d'état par méthodes ensemblistes ellipsoidales et zonotopiques

Dory MERHY
Soutenance de thèse de doctorat le 24 Octobre 2019, 14h00 à CentraleSupelec (Gif-sur-Yvette) Amphi F3-06

Membres du jury :

Mme Cristina STOICA MANIU          CentraleSupélec - L2S          Directrice de thèse
M. Teodoro ALAMO                         Université de Séville            Co-encadrant
M. Eduardo F. CAMACHO                  Université de Séville         Co-encadrant
M. Antoine GIRARD                            CNRS - L2S                          Examinateur
M. Christophe COMBASTEL                Université de Bordeaux      Examinateur
M. Dan SELISTEANU                       Université de Craiova             Rapporteur
M. José Manuel CARO BRAVO               Université de Huelva              Rapporteur
M. Nacim RAMDANI                        Université d'Orléans            Rapporteur

 

Résumé : Dans le contexte des systèmes dynamiques, cette thèse développe des techniques d'estimation d'état ensemblistes pour des différentes classes de systèmes. On considère pour cela le cas d'un système standard linéaire invariant dans le temps soumis à des perturbations, des bruits de mesure et des incertitudes inconnus, mais bornés. Dans une première étape, une technique d'estimation d'état ellipsoïdale est étendue, puis appliquée sur un modèle d'octorotor utilisé dans un contexte radar. Une extension de cette approche ellipsoïdale d'estimation d'état est proposée pour des systèmes descripteurs. Dans la deuxième partie, nous proposons une méthode fondée sur la minimization du P-rayon d'un zonotope, appliquée à un modèle d'octorotor. Cette méthode est ensuite étendue pour traiter les systèmes affines par morceaux. Dans la continuité des approches précédentes, un nouveau filtre de Kalman sous contraintes zonotopiques est proposé dans la dernière partie de cette thèse. En utilisant la forme duale d'un problème d'optimisation, l'algorithme projète l'état sur un zonotope qui forme l'envelope de l'ensemble des contraintes auxquelles l'état est soumis. La complexité de l'algorithme est ensuite améliorée en remplaçant le zonotope initial par une forme réduite en limitant son nombre de générateurs.

Title : Contribution to ellipsoidal and zonotopic set-membership state estimation

Abstract : In the context of dynamical systems, this thesis focuses on the development of robust set-membership state estimation procedures for different classes of systems. We consider the case of standard linear time-invariant systems, subject to unknown but bounded perturbations and measurement noises. The first part of this thesis builds upon previous results on ellipsoidal set-membership approaches. An extended ellipsoidal set-membership state estimation technique is applied to a model of an octorotor used for radar applications. Then, an extension of this ellipsoidal state estimation approach is proposed for descriptor systems. In the second part, we propose a state estimation technique based on the minimization of the P-radius of a zonotope, applied to the same model of the octorotor. This approach is further extended to deal with piecewise affine systems. In the continuity of the previous approaches, a new zonotopic constrained Kalman filter is proposed in the last part of this thesis. By solving a dual form of an optimization problem, the algorithm projects the state on a zonotope forming the envelope of the set of constraints that the state is subject to. Then, the computational complexity of the algorithm is improved by replacing the original possibly large-scale zonotope with a reduced form, by limiting its number of generators.

Mots-clés : Estimation d'état ensembliste, inégalité matrice linéaire, zonotopes, ellipsoides

Keywords : Set-membership state estimation, linear matrix inequality, zonotopes, ellipsoids

 

«Trajectoires optimales et commande prédictive d'un quadricoptère pour la réalisation de plans de vol cinématographiques » « Optimal trajectory planning and predictive control for cinematographic flight plans with quadrotors »

Gauthier ROUSSEAU
Soutenance de thèse de doctorat le 18 Octobre 2019, 10h00 à

  CentraleSupélec (Gif-sur-Yvette) - Bâtiment Bouygues - Amphi SC.071

 

Membres du jury:

Mme Cristina STOICA MANIU            L2S/CentraleSupélec Directrice de thèse
M. Mathieu BABEL  Parrot Drones Co-encadrant
Mme Sihem TEBBANI L2S/CentraleSupélec Co-encadrante
M. Nicolas MARTIN Parrot Drones Co-encadrant - invité
M. Sylvain BERTRAND ONERA Examinateur
M. Pedro CASTILLO-GARCIA Université de Technologie de Compiègne Examinateur
M. Nicolas LANGLOIS ESIGELEC/IRSEEM Examinateur
M. Nicolas PETIT  Mines ParisTech Rapporteur
M. Didier THEILLIOL Université de Lorraine Rapporteur

 

Résumé: Cette thèse s'intéresse à la réalisation autonome de plans de vol cinématographiques par un quadrotor équipé d'une caméra. Ces plans de vol consistent en une série de points de passage à rejoindre successivement, en adoptant diverses méthodes de prise de vue et en respectant des références de vitesse ainsi que des couloirs de vols. Une étude approfondie de la dynamique du quadrotor est tout d'abord proposée, et utilisée pour construire un modèle linéarisé du drone autour de l'équilibre de vol stationnaire. L'analyse de ce modèle linéaire permet de mettre en évidence l'impact de l'inertie des rotors du drone dans sa dynamique, notamment l'apparition d'un comportement à non minimum de phase en roulis ou tangage, lorsque les moteurs sont inclinés. Dans un second temps, deux algorithmes de génération de trajectoires lisses, faisables et adaptées à la cinématographie sont proposés. La faisabilité de la trajectoire est garantie par le respect de contraintes sur ses dérivées temporelles, adaptées pour la cinématographie et obtenues grâce à l'étude du modèle non linéaire du drone. Le premier repose sur une optimisation bi-niveaux d'une trajectoire polynomiale par morceaux, dans le but de trouver la plus rapide des trajectoires à minimum de jerk permettant d'accomplir la mission. Le second algorithme consiste en la génération de trajectoires B-spline non-uniformes à durée minimale. Pour les deux solutions, une étude de l’initialisation du problème d'optimisation est présentée, de même qu'une analyse de leurs avantages et limitations. Pour ce faire, elles sont notamment confrontées à des simulations et vols extérieurs. Enfin, une loi de commande prédictive est proposée pour asservir les mouvements de la caméra embarquée de manière douce mais précise.

Abstract: This thesis deals with the autonomous performance of cinematographic flight plans with camera equipped quadrotors. These flight plans consists in a series of waypoints to join while adopting various camera behaviors, along with speed references and flight corridors. First, an in depth study of the nonlinear dynamics of the drone is proposed, which is then used to derive a linear model of the system near the hovering equilibrium. An analysis of this linear model allows us to emphasize the impact of the inertia of the propellers when the latter are tilted, such as the apparition of a non minimum phase behavior of the pitch or dynamics. Then, two algorithms are proposed to generate smooth and feasible trajectories suited for cinematography. The feasibility of the trajectory is ensured by constraints on its time derivatives, suited for cinematography and obtained with the use of the nonlinear model of the drone. The first algorithm proposed in this work is based on a bi-level optimization of a piecewise polynomial trajectory and try to find the fastest feasible minimum jerk trajectory to perform the flight plan. The second algorithm consists in the generation of feasible, minimum time, non uniform B-spline. For both solutions, a study of the initialization of the optimization problem is proposed, as well as a discussion about their advantages and limitations. To this aim, they are notably confronted to simulations and outdoor flight experiments. Finally, a predictive control law is propose to smoothly but accurately control the on-board camera.

 

 

 

 

Synthèse compositionnelle et efficace de contrôleurs pour les systèmes cyber-physiques

Adnane SAOUD
Soutenance de thèse de doctorat le 7 Octobre 2019, 15h00 à CentraleSupelec (Gif-sur-Yvette)

Lieu :  Bâtiment Eiffel - Amphi V

3, rue Joliot Curie - 91190 GIF-SUR-YVETTE

 

Composition du jury proposé : 

M. Antoine GIRARD CNRS Directeur de thèse
M. Laurent FRIBOURG ENS Paris-Saclay Co-directeur de thèse
M. Nacim RAMDANI Université d'Orléans Rapporteur
M. Murat ARCAK University of California, Berkeley Rapporteur
Mme Sophie TARBOURIECH CNRS - LAAS Examinateur
M. Sorin OLARU CentraleSupélec Examinateur
Mme Necmiye OZAY University of Michigan Examinateur
Mme Jana TUMOVA KTH Royal Institute of Technology Examinateur

 

Résumé : 

              Cette thèse porte sur le développement d'approches compositionnelles et efficaces de synthèse de contrôleurs pour les systèmes cyber-physiques (CPS). En effet, alors que les techniques de conception des CPS basées sur des modèles ont fait l'objet de nombreuses études au cours de la dernière décennie, leur scalabilité reste problématique. Dans cette thèse, nous contribuons à rendre de telles approches plus évolutives. La première partie est axée sur les approches compositionnelles. Un cadre général  pour le raisonnement compositionnel  en  utilisant  des  contrats  d’hypothèse-garantie est proposé. Ce cadre est ensuite combiné avec des techniques de contrôle symbolique et appliqué à un problème de synthèse de contrôleur pour des systèmes échantillonnés, distribués et multipériodiques, où l'approche symbolique est utilisé pour synthétiser un contrôleur imposant un contrat donné. Ensuite, une nouvelle approche de calcul compositionnel des abstractions symboliques est proposée, basée sur la notion de composition approchée et permettant de traiter des abstractions hétérogènes. La deuxième partie de la thèse porte sur des techniques efficaces d'abstraction et de synthèse de contrôleurs. Deux nouvelles techniques de calcul d’abstractions sont proposées pour les systèmes à commutation incrémentalement stables. La première approche est basée sur l'échantillonnage multi- niveaux où nous avons établi l'existence d'un paramètre optimal d'échantillonnage qui aboutit à un modèle  symbolique avec un  nombre minimal de transitions. La deuxième approche  est basée sur  un échantillonnage événementiel, où la durée  des transitions dans le modèle symbolique est  déterminée par  un  mécanisme  déclencheur, ce  qui   permet  de  réduire le conservatisme  par  rapport   au  cas périodique. La combinaison avec des techniques de  synthèse  de contrôleurs paresseux  est  proposée permettant  la  synthèse   à  un  coût  de  calcul   réduit.

              Enfin,   une   nouvelle   approche de synthèse paresseuse  a  été  développée   pour  les  systèmes  de transition monotones et  les
spécifications   de sécurité  dirigées.  Plusieurs études  de cas sont considérées  dans cette  thèse, telles que la régulation de la température  dans  les bâtiments, le  contrôle   des  convertisseurs  de  puissance,   le  pilotage   des véhicules et le contrôle  de la tension dans les micro-réseaux DC.

Mots-clés : méthodes compositionnelles, commande basée sur l'abstraction, contrats d'hypothèse garantie.

 

Statistique des estimateurs robustes pour le traitement du signal et des images

Madame Gordana DRASKOVIC
Soutenance de thèse de doctorat le 27 Septembre 2019, 10h00 à CentraleSupelec (Gif-sur-Yvette)

Lieu :

CentraleSupelec-Bâtiment Bouygues-3 rue Joliot Curie-91190 Gif-sur-Yvette-Salle : E.070 (Théâtre)

 

Composition du jury proposé :

M. Frédéric PASCAL CentraleSupélec Directeur de thèse
Mme Florence TUPIN Télécom Paris Co-directeur de thèse
M. Cédric RICHARD Université de Nice Sophia-Antipolis Rapporteur
M. Olivier MICHEL Grenoble INP Rapporteur
M. Patrick FLANDRIN CNRS-Ecole Normale Supérieure de Lyon Examinateur
M. Jean-Yves TOURNERET INP-ENSEIHHT Examinateur
Mme Michele SEBAG CNRS - Université Paris Sud Examinateur
M. Matthieu JONCKHEERE Universidad de Buenos Aires Invité

Résumé :
Un des défis majeurs en traitement radar consiste à identifier une cible cachée dans un environnement bruité. Pour ce faire, il est nécessaire de caractériser finement les propriétés statistiques du bruit, en particulier sa matrice de covariance. Sous l'hypothèse gaussienne, cette dernière est estimée par la matrice de covariance empirique (SCM) dont le comportement est parfaitement connu. Cependant, dans de nombreuses applications actuelles, tels les systèmes radar modernes à haute résolution par exemple, les données collectées sont de nature hétérogène, et ne peuvent être proprement décrites par un processus gaussien. Pour pallier ce problème, les distributions symétriques elliptiques complexes, caractérisant mieux ces phénomènes physiques complexes, ont été proposées. Dans ce cas, les performances de la SCM sont très médiocres et les M-estimateurs apparaissent comme une bonne alternative, principalement en raison de leur flexibilité par rapport au modèle statistique et de leur robustesse aux données aberrantes et/ou aux données manquantes. Cependant, le comportement de tels estimateurs reste encore mal compris. Dans ce contexte, les contributions de cette thèse sont multiples.
D'abord, une approche originale pour analyser les propriétés statistiques des M-estimateurs est proposée, révélant que les propriétés statistiques des M-estimateurs peuvent être bien approximées par une distribution de Wishart. Grâce à ces résultats, nous analysons la décomposition de la matrice de covariance en éléments propres. Selon l'application, la matrice de covariance peut posséder une structure particulière impliquant valeurs propres multiples contenant les informations d'intérêt. Nous abordons ainsi divers scénarii rencontrés dans la pratique et proposons des procédures robustes basées sur des Mestimateurs.
De plus, nous étudions le problème de la détection robuste du signal. Les propriétés statistiques de diverses statistiques de détection adaptative construites avec des M-estimateurs sont analysées. Enfin, la dernière partie de ces travaux est consacrée au traitement des images radar à synthèse d'ouverture polarimétriques (PolSAR). En imagerie PolSAR, un effet particulier appelé speckle dégrade considérablement la qualité de l'image. Dans cette thèse, nous montrons comment les nouvelles propriétés statistiques des M-estimateurs peuvent être exploitées afin de construire de nouvelles techniques pour la réduction du speckle.

 

Mots clés :
Estimation robuste, distributions CES, distribution de Wishart, détection du signal, images PolSAR, décomposition en éléments propres.

Cooperative Wireless Communications in the Presence of Limited Feedback

Stefan CEROVIC
Soutenance de thèse de doctorat le 25 Septembre 2019, 10h00 à CentraleSupelec (Gif-sur-Yvette)

Cette soutenance aura lieu à CENTRALESUPELEC, Gif-sur-Yvette, Bâtiment Bouygues -Amphi sc.071 

Composition du jury:

Antoine BERTHET          CentraleSupélec                           Directeur de thèse

Raphaël VISOZ               Orange Labs                                 Encadrant de thèse

Karine AMIS                    IMT Atlantique Bretagne               Rapporteur

Didier LE RUYET            CEDRIC/LAETITIA CNAM            Rapporteur

Raymond KNOPP           EURECOM                                   Examinateur

Samson LASAULCE       CNRS                                           Examinateur

 

 

Abstract : 

A constant need for improved quality of wireless services has pushed the wireless technology and development of wireless networks to the point where they have became an integral part of our modern society. Exploiting an innovative concept such as cooperative communications is one possible avenue for answering the increasingly challenging demands from users, which is the main subject of this thesis. Its principle idea is to allow devices to share their available resources in power and/or bandwidth in order to mutually improve their transmission and reception.

Cooperation techniques have been studied for Multiple Access Multiple Relay Channel (MAMRC), consisted of at least two sources which communicate with a single destination with the help of at least two nodes which perform relaying functions (relaying nodes). A relaying node can be either a dedicated relay, which does not have its own message to transmit, or a source itself, which does have its own message and that can relay the messages of the other sources in some cases. All relaying nodes are assumed to operate in half-duplex mode, while all the channels experience slow (quasi-static) fading. Time Division Multiplexing (TDM) is assumed. First, the link adaptation algorithm is performed at the scheduler which is located at the destination. Sources transmit in turns in consecutive time slots during the first transmission phase. The second phase consists of a limited number of time slots for retransmissions. In each time slot, the destination schedules a node (being a source or a relay) to transmit redundancies, implementing a cooperative Hybrid Automatic Repeat reQuest (HARQ) protocol. Bidirectional limited control channels are available from sources and relays towards the destination to implement the necessary control signaling of HARQ protocols.

In the first part of the thesis, the focus is on design of centralized scheduling (node selection) strategies for the second phase. The scheduling decisions are made based on the knowledge of the correctly decoded source sets of each node, with the goal to maximize the average spectral efficiency under the given constraint of fairness. A scheduled node uses Joint Network and Channel Coding (JNCC) on its decoded source set. An information outage analysis is conducted and Monte-Carlo (MC) simulations are performed, which show that these strategies outperform the state of the art one based on the minimization of the probability of the common outage event after each time-slot.

In the second part of the thesis, a slow-link adaptation algorithm is proposed which aims at maximizing the average spectral efficiency under individual QoS targets for a given modulation and coding scheme (MCS) family. The defined utility metric is conditional on the node selection strategy that is used in the second phase. Channel Distribution Information (CDI) is reported to the destination in order to derive the source rates on a long-term basis, which is adapted to the scenario of fast changing radio conditions. Two variants of the algorithm are proposed, one where CDI, and the other where Channel State Information (CSI) of each link is reported to the destination in order to derive the source rates. They are adapted to scenarios with fast and slow changing radio conditions, respectively.

Discrete source rates are first determined using the ``Genie-Aided'' assumption, which is followed by an iterative rate correction algorithm. The resulting scheduling and link adaptation algorithm yields performance close to the exhaustive search approach as demonstrated by MC simulations. In addition, a fast-link adaptation algorithm is proposed, adapted to the scenario where the CSI of all links is reported to the destination.

In the third part of the thesis, performances of three different cooperative HARQ protocols are compared, with the goal to identify the one which offers the best trade-off between performance and complexity. Incremental Redundancy (IR) HARQ with single-user and multiuser encoding are considered, as well as the Chase Combining HARQ with single-user encoding. MC simulations demonstrate that IR-HARQ with single-user encoding offers the best trade-off between performance and complexity for a small number of sources in our setting. Additionally, a practical encoding and decoding scheme is proposed for a scenario where relaying nodes implement single-user encoding, and its performance has been evaluated using MC simulations. The encoding/decoding scheme is based on a turbo code in conjunction with the proposed link adaptation algorithm. The algorithm operates with a family of practical MCSs, where circular buffer is implemented to form transmission messages with desired coding rate.

Keywords: Relay-assisted cooperative communications, multi-source multi-relay wireless networks, centralized scheduling, node selection, slow-link adaptation, iterative rate correction, spectral efficiency, chase combining, incremental redundancy, HARQ, turbo codes.

Commande de systèmes plats avec contraintes et Applications de la Commande sans Modèle aux quadrotors et au Cloud Computing

Madame Maria BEKCHEVA
Soutenance de thèse de doctorat le 11 Juillet 2019, 14h30 à

   CentraleSupélec, 3 rue Joliot Curie, 91192, Gif-sur-Yvette 
Salle : Amphi II, Bât. Eiffel

 

Composition du jury proposé :

M. Hugues MOUNIER Université Paris-Sud Directeur de thèse
M. Luca GRECO Université Paris-Sud Co-directeur de thèse
M. Emmanuel DELALEAU ENIB Rapporteur
M. Didier THEILLIOL CRAN Rapporteur
Mme Mireille BAYART CRISTAL Examinateur
M. Michel FLIESS Laboratoire LIX - Ecole Polytechnique Examinateur
M. Cédric JOIN CRAN Examinateur
M. Silviu Iulian NICULESCU CNRS- L2S-CentraleSupelec Examinateur

Résumé : 

La première partie de la thèse est consacrée à la commande avec contraintes de systèmes différentiellement plats. Deux types de systèmes sont étudiés : les systèmes non linéaires de dimension finie et les systèmes linéaires à retards. Nous présentons une approche unifiée pour intégrer les contraintes d'entrée/état/sortie dans la planification des trajectoires. Pour cela, nous spécialisons les sorties plates (ou les trajectoires de référence) sous forme de courbes de Bézier. En utilisant la propriété de platitude, les entrées/états du système peuvent être exprimés sous la forme d'une combinaison de sorties plates (courbes de Bézier) et de leurs dérivées. Par conséquent, nous obtenons explicitement les expressions des points de contrôle des courbes de Bézier d'entrées/états comme une combinaison des points de contrôle des sorties plates. En appliquant les contraintes souhaitées à ces derniers points de contrôle, nous trouvons les régions faisables pour les points de contrôle de Bézier de sortie, c'est-à-dire un ensemble de trajectoires de référence faisables. Ce cadre permet d’éviter le recours, en général fort coûteux d’un point de vue informatique, aux schémas d’optimisation.     Pour résoudre les incertitudes liées à l'imprécision de l'identification et modélisation des modèles et les perturbations, nous utilisons la commande sans modèle (Model Free Control-MFC) et dans la deuxième partie de la thèse, nous présentons deux applications démontrant l'efficacité de notre approche : Nous proposons une conception de contrôleur qui évite les procédures d'identification du système du quadrotor tout en restant robuste par rapport aux perturbations endogènes (la performance de contrôle est indépendante de tout changement de masse, inertie, effets gyroscopiques ou aérodynamiques) et aux perturbations exogènes (vent, bruit de mesure). Pour atteindre notre objectif en se basant sur la structure en cascade d'un quadrotor, nous divisons le système en deux sous-systèmes de position et d'attitude contrôlés chacun indépendamment par la commande sans modèle de deuxième ordre dynamique. Nous validons notre approche de contrôle avec trois scénarios réalistes : en présence d'un bruit inconnu, en présence d’un vent variant dans le temps et en présence des variations inconnues de masse, tout en suivant des manœuvres agressives. Nous utilisons la commande sans modèle et les correcteurs « intelligents » associés, pour contrôler (maintenir) l'élasticité horizontale d'un système de Cloud Computing. Comparée aux algorithmes commerciaux d’Auto-Scaling, notre approche facilement implémentable se comporte mieux, même avec de fluctuations aigües de charge. Ceci est confirmé par des expériences sur le cloud public Amazon Web Services (AWS).

Mots-clés :

Platitude différentielle, Commande sans modèle, Commande des systèmes avec contraintes, Quadrotors, Cloud Computing.

Quelques problèmes de commande et d'estimation liés aux systèmes d'antiblocage des roues

Madame Missie AGUADO ROJAS
Soutenance de thèse de doctorat le 14 Juin 2019, 14h00 à


  CentraleSupélec 3 rue Joliot-Curie 91192 Gif-sur-Yvette
Salle : Amphi VI,  Bât. Eiffel

Composition du jury proposé:

M. William PASILLAS-LEPINE CNRS Directeur de thèse
M. Antonio LORÍA CNRS Co-directeur de thèse
M. Ilya KOLMANOVSKY University of Michigan Rapporteur
Mme Françoise LAMNABHI-LAGARRIGUE CNRS Examinateur
Mme Christine CHEVALLEREAU CNRS Examinateur
M. Jean-Claude VIVALDA INRIA Examinateur
M. Qinghua ZHANG INRIA Examinateur

Résumé : 
Cette thèse aborde trois problèmes liés à l’ABS dans le cadre de la dynamique de la roue : l’estimation de la rigidité de freinage étendue (XBS) des pneus lors du freinage d’urgence, la commande de l’ABS basée sur l’estimation de l’XBS, et l’estimation de la vitesse et de l’accélération angulaires de la roue à partir des mesures provenant d’un codeur avec des imperfections. L’objectif général de ce travail est de développer des outils visant à améliorer la performance des systèmes de freinage, en utilisant des techniques adaptées de l'automatique non linéaire. La première partie de la thèse est consacrée à la construction d’un observateur adaptatif commuté pour l’XBS, c’est-à-dire un observateur adaptatif dont les gains d’estimation commutent entre deux valeurs possibles en fonction du signe de la sortie mesurée du système. La stabilité de l’observateur est analysée en utilisant des outils pour des systèmes commutés et en cascade, ainsi que des concepts tels qu’excitation permanente et transformations singulières d’échelle de temps. La deuxième partie de la thèse est dédiée à la conception d’une loi de commande pour l’ABS. L’objectif de contrôle est formulé en termes de l’XBS et une loi de commande hybride est conçue afin de faire en sorte que les trajectoires du système satisfassent les conditions requises pour l’estimation de l’XBS. La stabilité du contrôleur est analysée en utilisant l'application de Poincaré. La troisième partie de la thèse aborde la construction d’un algorithme pour estimer la vitesse et l’accélération angulaires de la roue et éliminer des perturbations qui sont introduites par les imperfections du codeur, et dont l’amplitude et la fréquence sont une fonction de la position, la vitesse, et l’accélération angulaires (réelles) de la roue. L’algorithme est basé sur la méthode connue comme « time-stamping algorithm », ainsi que sur des techniques de filtrage est d’estimation de paramètres. Des essais expérimentaux et des simulations numériques illustrent la performance des algorithmes d’estimation et de contrôle présentés dans cette thèse. Dans tous les cas nos résultats sont comparés par rapport à l’état de l’art.

Mots-clés :  ABS,rigidité de freinage étendue,codeurs incrémentaux,systèmes commutés,observateur adaptatif,contrôleur hybride

Traitement du signal et des images

Monsieur Guillaume REVILLON
Soutenance de thèse de doctorat le 18 Avril 2019, 14h00 à CentraleSupelec (Gif-sur-Yvette) Amphi F3-06

dirigés par

Monsieur Charles SOUSSEN

 

Composition du jury:

M. Charles SOUSSEN  CentraleSupélec  Directeur de thèse
Mme Nathalie PEYRARD INRA Toulouse, Unité de Mathématique et Informatique Rapporteur
M. Charles BOUVEYRON Université Côte d'Azur Rapporteur
M. Paul HONEINE Université de Rouen Normandie Examinateur
M. Cyrille ENDERLI Thales DMS Examinateur
M. Arthur TENENHAUS CentraleSupélec Examinateur
M. Jean-François GRANDIN Thales DMS Invité
M. Ali MOHAMMAD-DJAFARI   Invité

 

Résumé : En Guerre Electronique, l’identification des signaux radar est un atout majeur de la prise de décisions tactiques liées au théâtre d’opérations militaires. En fournissant des informations sur la présence de menaces, la classification et le partitionnement des signaux radar ont alors un rôle crucial assurant un choix adapté des contre-mesures dédiées à ces menaces et permettant la détection de signaux radar inconnus pour la mise à jour des bases de données. Les systèmes de Mesures de Soutien Electronique enregistrent la plupart du temps des mélanges de signaux radar provenant de différents émetteurs présents dans l’environnement électromagnétique. Le signal radar, descrit par un motif de modulationsimpulsionnelles, est alors souvent partiellement observé du fait de mesures manquantes et aberrantes Le processus d’identification se fonde sur l’analyse statistique des paramètres mesurables du signal radar qui le caractérisent tant quantitativement que qualitativement. De nombreuses approches mêlant des techniques de fusion de données et d’apprentissage statistique ont été développées. Cependant, ces algorithmes ne peuvent pas gérer les données manquantes et des méthodes de substitution de données sont requises afin d’utiliser ces derniers. L’objectif principal de cette thèse est alors de définir un modèle de classification et partitionnement intégrant la gestion des valeurs aberrantes et manquantes présentes dans tout type de données. Une approche fondée sur les modèles de mélange de lois de probabilités est proposée dans cette thèse. Les modèles de mélange fournissent un formalisme mathématique flexible favorisant l’introduction de variables latentes permettant la gestion des données aberrantes et la modélisation des données manquantes dans les problèmes de classification et de partionnement. L’apprentissage du modèle ainsi que la classification et le partitionnement sont réalisés dans un cadre d’inférence bayésienne où une méthode d’approximation variationnelle est introduite afin d’estimer la loi jointe a posteriori des variables latentes et des paramètres. Des expériences sur diverses données montrent que la méthode proposée fournit de meilleurs résultats que les algorithmes standards.

Mots-clés : Traitement du signal en radar,méthodes bayésiennes,Incertitude

Vous êtes cordialement conviés au pot qui suivra

Méthodes bayésiennes de reconstruction itérative pour la tomographie 3D à rayons X

Camille CHAPDELAINE
Soutenance de thèse de doctorat le 12 Avril 2019, 14h00 à CentraleSupelec (Gif-sur-Yvette) Amphi F3-06

dirigés par

Monsieur Charles SOUSSEN

Composition du jury:

M. Charles SOUSSEN CentraleSupélec Directeur de thèse
M. Jeffrey A. FESSLER University of Michigan Rapporteur
M. Jean-François GIOVANNELLI Université de Bordeaux Rapporteur
M. Simon RIT CNRS Examinateur
M. Thomas RODET ENS Cachan Examinateur
Mme Sabine ROLLAND DU ROSCOAT Université Grenoble Alpes Examinateur
M. Nicolas GAC Université Paris-Sud Examinateur
Mme Estelle PARRA Safran Tech Examinateur
M. Ali MOHAMMAD-DJAFARI Anciennement CNRS Invité

 

Résumé : Dans un contexte industriel, la tomographie 3D par rayons X vise à imager virtuellement une pièce afin d'en contrôler l'intérieur. Le volume virtuel de la pièce est obtenu par un algorithme de reconstruction, prenant en entrées les projections de rayons X qui ont été envoyés à travers la pièce. Beaucoup d'incertitudes résident dans ces projections à cause de phénomènes non contrôlés tels que la diffusion et le durcissement de faisceau, causes d'artefacts dans les reconstructions conventionnelles par rétroprojection filtrée. Afin de compenser ces incertitudes, les méthodes de reconstruction dites itératives tentent de faire correspondre la reconstruction à un modèle a priori, ce qui, combiné à l'information apportée par les projections, permet d'améliorer la qualité de reconstruction. Dans ce contexte, cette thèse propose de nouvelles méthodes de reconstruction itératives pour le contrôle de pièces produites par le groupe SAFRAN. Compte tenu de nombreuses opérations de projection et de rétroprojection modélisant le processus d'acquisition, les méthodes de reconstruction itératives peuvent être accélérées grâce au calcul parallèle haute performance sur processeur graphique (GPU). Dans cette thèse, les implémentations sur GPU de plusieurs paires de projecteur-rétroprojecteur sont décrites. En particulier, une nouvelle implémentation pour la paire duale dite à empreinte séparable est proposée. Beaucoup de pièces produites par SAFRAN pouvant être vues comme des volumes constants par morceaux, un modèle a priori de Gauss-Markov-Potts est introduit, à partir duquel est déduit un algorithme de reconstruction et de segmentation conjointes. Cet algorithme repose sur une approche bayésienne permettant d'expliquer le rôle de chacun des paramètres. Le caractère polychromatique des rayons X par lequel s'expliquent la diffusion et le durcissement de faisceau est pris en compte par l'introduction d'un modèle direct séparant les incertitudes sur les projections. Allié à un modèle de Gauss-Markov-Potts sur le volume, il est montré expérimentalement que ce nouveau modèle direct apporte un gain en précision et en robustesse. Enfin, l'estimation des incertitudes sur la reconstruction est traitée via l'approche bayésienne variationnelle. Pour obtenir cette estimation en un temps de calcul raisonnable, il est montré qu'il est nécessaire d'utiliser une paire duale de projecteur-rétroprojecteur.

Abstract : In industry, 3D X-ray Computed Tomography aims at virtually imaging a volume in order to inspect its interior. The virtual volume is obtained thanks to a reconstruction algorithm based on projections of X-rays sent through the industrial part to inspect. In order to compensate uncertainties in the projections such as scattering or beam-hardening, which are cause of many artifacts in conventional filtered backprojection methods, iterative reconstruction methods bring further information by enforcing a prior model on the volume to reconstruct, and actually enhance the reconstruction quality. In this context, this thesis proposes new iterative reconstruction methods for the inspection of aeronautical parts made by SAFRAN group. In order to alleviate the computational cost due to repeated projection and backprojection operations which model the acquisition process, iterative reconstruction methods can take benefit from the use of high-parallel computing on Graphical Processor Unit (GPU). In this thesis, the implementation on GPU of several pairs of projector and backprojector is detailed. In particular, a new GPU implementation of the matched Separable Footprint pair is proposed. Since many of SAFRAN's industrial parts are piecewise-constant volumes, a Gauss-Markov-Potts prior model is introduced, from which a joint reconstruction and segmentation algorithm is derived. This algorithm is based on a Bayesian approach which enables to explain the role of each parameter. The actual polychromacy of X-rays, which is responsible for scattering and beam-hardening, is taken into account by proposing an error-splitting forward model. Combined with Gauss-Markov-Potts prior on the volume, this new forward model is experimentally shown to bring more accuracy and robustness. At last, the  estimation of the uncertainties on the reconstruction is investigated by variational Bayesian approach. In order to have a reasonable computation time, it is highlighted that the use of a matched pair of projector and backprojector is necessary.

Mots-clés : tomographie à rayons X, reconstruction 3D, inférence bayésienne, calcul parallèle, GPU.

Vous êtes cordialement conviés au pot qui suivra en salle du conseil du L2S (B4.40)

Control de Microgrids OC pour l'intégration des énergies renouvelables

Madame Sabah BENAMANE
Soutenance de thèse de doctorat le 5 Avril 2019, 14h00 à

au site  PELVOUX- UFR Sciences  et Technologies accès étudiant au 36, Rue du Pelvoux  CE1455
Courcouronnes 91020  Evry
Salle  : Amphi  Bx30

Composition du jury proposé:

M. Gilney  DAMM Université d'Evry-Val-d'Essonne Directeur de thèse
Mme Lilla GALA!DOL Efficacity lnstitute Co-directeur de thèse
M. Seddik  BACHA Université de grenoble Alpes Rapporteur
M. Jean-Pierre BARBOT Université cergy  pontoise Rapporteur
M. Jean-Luc  THOMAS Cnam  de Paris Examinateur
Mme Françoise  LAMNABHI-LAGARRIGUE CentraleSupelec Examinateur
M. Abdelkrim   BENCHAIB SuperGrid Institute Examinateur
M. Luiz  LOPES Université Concordia Examinateur

 

Résumé:

La  forte  pénétration  des  sources   d'énergie  intermittentes  présente de  nouveaux  défis   pour   la stabilité et la fiabilité des réseaux électriques. Dans  ce travail nous  considérons la connexion de ces sources  avec  et  un  système de  stockage hybride via  un  MicroGrid à  courant continu (DC)  afin  de satisfaire les  contraintes de  connexion au  réseau {les  Grid-Codes). L'objectif  principal  ici  est  de concevoir  un   système  pouvant  répondre  à   ces   exigences  et   nous   permettant  d'obtenir  un comportement Plug  and  Play;  cette  approche est  basée  sur  la  "philosophie System of  Systems ". utilisant des méthodologies de contrôle distribué. Cette  thèse  constitue une  contribution au contrôle DC MicroGrid et  introduit une  analyse rigoureuse de  la  dynamique du  system. La stabilisation du système repose   sur  des  dispositifs  de  stockage:  les  batteries pour   l'équilibre  énergétique et  la réponse à  long  terme des  variations des  flux  d'énergie tandis  que  les  supercondensateurs traitent l'équilibre des  puissances et  des  variations rapide  du  system. Nous  présenterons d'abord l'analyse du  MicroGrid DC dont  le contrôle est  conçu  à  partir des modèles détaillés des  sources  d'énergie et des   systèmes  de   stockage.  Ce   réseau  peut    présenter  un   comportement   instable  créé   par intermittence de la  source, les commutation des  convertisseurs et  leurs  électroniques puissance et les  courants oscillatoires produits  par   certains types de  charges. Par  conséquent, le  système est sujet  à   des   variations  rapides  et   lentes.  .   La  stabilisation  de   tels     fonctionnement de  différentes  technologies de  stockage, telles  que  la reposera  sur   le batterie et  les supercondensateurs, qui  opèrent dans  différentes échelles de  temps. Nous  proposons un  schéma de contrôle hiérarchique, basé  sur  la  théorie du  contrôle non  linéaire, en  particulier de  Lyapunov, le backstraping et  d'entrée 1 sortie de  feedback linéarisation.  Le DC MicroGrid proposé et  son  contrôle sont  vérifiés  à   la  fois   par   simulations et   par   expérimentation  Les  résultats montrent  la  bonne performance du  système sous  des  variations de production et  de consommation.

Mots­ clés: Energie  renouvelable,Contrôle non linéaires,Microgrids DC,Stockage d'énergie,Stabilité,convertisseur  DC/DC

 

Vous êtes cordialement conviés au pot qui suivra

Modeling and performance evaluation of spatial/y-correlated cellular networks

Madame Shanshan WANG
Soutenance de thèse de doctorat le 14 Mars 2019, 10h30 à CentraleSupelec (Gif-sur-Yvette)

CentraleSupelec , bâtiment Bréguet, L2S, 3, rue Joliot-Curie, 91190 Gif-sur-Yvette,salle D2.06

Soutiendra publiquement ses travaux de thèse intitulés

Modeling and performance evaluation of spatial/y-correlated cellular networks

dirigés par

Monsieur Marco DIRENZO

 

Composition du jury:

M. Marco DIRENZO L2S, CNRS Directeur de thèse
M. Marcelo DIAS DE AMORIM Sorbonne Université, LIP6 Rapporteur
M. Philippe MARY NSA Rennes, Laboratoire IETR Rapporteur
M. Marceau COUPECHOUX LTCI, Telecom ParisTech Examinateur
Mme Inbar  FIJALKOW ENSEA, Laboratoire ETIS Examinateur
M. Philippe MARTINS Telecom ParisTech Examinateur
Mme Lina MROUEH ISEP Examinateur

 

 

Résumé:

In the modeling and performance evaluation of wireless cellular networks, stochastic geometry is widely applied  to provide efficient and accurate solutions. Homogeneous Poisson point process (H-PPP) is the most widely used point process to model the spatial locations of base stations (BSs) due to its mathematical tractability and simplicity. For BSs with spatial correlations, only non-Poisson point processes can help. However, the long simulation time and weak mathematical tractability make non­ Poisson PPs not suitable. Therefore, to overcome mentioned problems, we have the following contributions in this thesis: First, we introduce a new methodology for modeling and analyzing downlink cellular networks, where the BSs constitute a motion-invariant point process that exhibits correlations among the points, i.e., spatial repulsion or spatial clustering. The proposed approach is based on the theory of inhomogeneous Poisson PPs (I-PPPs) and is referred to as inhomogeneous double thinning (IDT) approach. The proposed approach consists of approximating the original motion­ invariant PP with an equivalent PP that is made of the superposition of two conditionally independent 1- PPPs. A tractable expression of the coverage probability is obtained. Sufficient conditions on the parameters of the thinning functions that guarantee better or worse coverage compared with the baseline homogeneous PPP model are identified. Then, based on the IDT approach, a new tractable analytical expression of MISR of cellular networks where BSs exhibits spatial correlations is introduced. For homogeneous PPP, MISR is proved to be constant under network densification. For non-Poisson PPs, we apply proposed IDT approach to approximate the performance of non-Poisson point process. Taking beta-Ginibre point process (beta-GPP) as an example, we successfully prove that MISR for beta-GPP is constant under network densification with our proposed approximation functions. We prove that of MISR performance for beta-GPP case only depends on the degree of spatial repulsion, i.e., beta, regardless of different BS densities. Third, following the extension and application of !DT approach, we further study meta distribution of the SIR, which is the distribution of the conditional success probability given the point process. We derive and compare the closed-form expressions of the b-th moment function for homogeneous PPP and IDT approach. We propose a simple and accurate numerical method based on numerical inversion of Laplace transforms to compute CCDF through moments. The proposed method is more efficient and stable than the conventional approach. Furthermore, the proposed method is compared be more accurate than sorne other approximations and bounds.  Ali the proposed approaches are substantiated with the aid of empirical data for the spatial distribution of the BSs.

Mots-clés: HetNets, stochastic geometry, point processes,

 

Vous êtes cordialement conviés au pot qui suivra en salle du conseil du L2S (B4.40)

Conception d'observateurs pour différentes classes de systèmes retardés non linéaires

Mohamed KAHELRAS
Soutenance de thèse de doctorat le 18 Janvier 2019, 14h00 à CentraleSupelec (Gif-sur-Yvette) Salle du conseil du L2S - B4.40

 

a le plaisir de vous inviter à sa soutenance de thèse  

dirigés par

Madame Françoise LAMNABHI-LAGARRIGUE

 

Composition du jury:

Mme Françoise LAMNABHI-LAGARRIGUE CNRS, Université Paris-Saclay (L2S) Directeur de thèse
M. Tarek  AHMED-ALI École Nationale Supérieure d’Ingénieurs de Caen-ENSICAEN Co-directeur de thèse
M. Gildas BESANÇON Grenoble-INP (GIPSA-lab) Rapporteur
M. Alexandre  SEURET INSA Toulouse (LAAS) Rapporteur
M. Fouad GIRI Université de Caen Normandie (LAC) Examinateur
M. Iasson  KARAFYLLIS NTUA, Dept. of Mathematics, Grèce Examinateur
M. Frederic  MAZENC INRIA, Université de Paris-Saclay (L2S) Examinateur

 

Résumé :
Le retard est un phénomène naturel présent dans la majorité des systèmes physiques et dans les applications d’ingénierie, ainsi, les systèmes à retard ont été un domaine de recherche très actif en automatique durant les 60 dernières années. La conception d’observateur est un des sujets les plus importants qui a été étudié, ceci est dû à l’importance des observateurs en automatique et dans les systèmes de commande en absence de  capteur  pour  mesurer  une  variable.  Dans  ce  travail,  l’objectif  principal  est  de  concevoir  des  observateurs pour différentes classes de systèmes  à retard  avec  un retard  arbitrairement  large,  et  ce  en  utilisant  différentes  approches.  Dans  la  première  partie de cette thèse, la conception d’un observateur a été réalisée pour une classe de systèmes non linéaires triangulaires avec une sortie échantillonnée et un retard arbitraire. Une l’autre difficulté majeure avec cette classe de systèmes est le fait que la matrice d’état dépend du signal de sortie non-retardé qui  est  immesurable.  Un  nouvel  observateur  en  chaine,  composé  de  sous -observateurs  en  série  est  conçu  pour compenser les retards arbitrairement  larges.  Dans la seconde partie de ce travail, un nouvel observateur  a été conçu  pour un autre type de systèmes non linéaires triangulaires, où le retard a été considéré, cette fois-ci, comme une équation aux dérivées partielles de type hyperbolique du premier ordre. La transformation inverse en backstepping et le concept de l’observateur en chaine ont été utilisés lors de la conception de cet observateur afin d’assurer son efficacité  en cas de grands retards. Dans la dernière partie de cette thèse, la conception d’un nouvel observateur a été réalisée pour un type de système modélisé par des équations paraboliques  non linéaires  où les mesures sont issues  d’un nombre fini de points du domaine spatial. Cet observateur est constitué d’une série de sous -observateurs en chaine. Chaque sous -observateur compense une fraction du retard global. L'analyse  de la stabilité  des systèmes d’erreur a été fondée sur différentes  fonctionnelles Lyapunov-Krasovskii. Par ailleurs, différents  instruments  mathématiques  ont  été  employés  au  cours  des  différentes  preuves  présentées.  Les  résultats  de  simulation  ont été présentés dans le but de confirmer l'exactitude des résultats théoriques.

Mots- clés :
Observateurs échantillonnés et retardés, Inégalités matricielles linéaires, Systèmes à retard, Equations aux dérivées partielles, Méthode de Lyapunov, Systèmes à paramètres distribués

Vous êtes cordialement invités au pot qui suivra en salle B5.7 du L2S

Mécanismes auto-organisants pour connexions bout en bout

Monsieur Julien FLOQUET
Soutenance de thèse de doctorat le 19 Décembre 2018, 14h00 à CentraleSupelec (Gif-sur-Yvette) Amphi Janet

Réseaux, information et communications

Soutiendra publiquement ses travaux de thèse intitulés

« Mécanismes auto-organisants pour connexions bout en bout »

dirigés par

Messieurs Zwi ALTMAN et Richard COMBES

 

Composition du jury:

M. Zwi ALTMAN Orange Lab Directeur de thèse
M. Richard COMBES Centralesupelec Co-Directeur de thèse
M. Tijani CHAHED Telecom Sud Paris Examinateur
Mme Inbar FIJALKOW ENSEA Examinateur
M. Yesekael HAYEL Université d'Avignon  Rapporteur

 

Résumé :

Les réseaux de cinquième génération sont en cours de définition et leurs différentes composantes commencent à émerger: nouvelles technologies d'accès à la radio, convergence fixe et mobile des réseaux et virtualisation. Le contrôle et la gestion de bout en bout (E2E) du réseau ont une importance particulière pour les performances du réseau. Cela étant, nous segmentons le travail de thèse en deux parties: le réseau d’accès radio (RAN) axé sur la technologie MIMO Massif (M-MIMO) et la connexion E2E du point de vue de la couche transport. Dans la première partie, nous considérons la formation de faisceaux focalisés avec un structure hiérarchique dans les réseaux sans fil. Pour un ensemble de flots donnée, nous proposons des algorithmes efficaces en terme de complexité pour une allocation avec alpha-équité. Nous proposons ensuite des formules exactes pour la performance au niveau du flot, à la fois pour le trafic élastique (avec une équité proportionnelle et équité max-min) et le trafic en continu. Nous validons les résultats analytiques par des simulations. La seconde partie de la thèse vise à développer une fonction de réseau auto-organisant (SON) qui améliore la qualité d'expérience (QoE) des connexions en bout-en-bout. Nous considérons un service de type vidéo streaming et développons une fonctionnalité SON qui adapte la QoE de bout-en-bout entre le serveur vidéo et l'utilisateur. La mémoire-tampon reçoit les données d'un serveur avec une connexion E2E en suivant le protocole TCP. Nous proposons un modèle qui décrit ce comportement et nous comparons les formules analytiques obtenues avec les simulations. Enfin, nous proposons un SON qui donne la qualité vidéo de sorte que la probabilité de famine soit égale à une valeur cible fixée au préalable.

Mots-clés : Évaluation de performances,Starvation,TCP,E2E SON,MIMO Massif,Allocation de ressources

Sur la Commande des Robots Manipulateurs Industriels en Co-Manipulation Robotique

Monsieur Abdelkrim BAHLOUL
Soutenance de thèse de doctorat le 7 Décembre 2018, 14h00 à CentraleSupelec (Gif-sur-Yvette) Amphi F3-06

Automatique

Soutiendra publiquement ses travaux de thèse intitulés

Sur la Commande des Robots Manipulateurs Industriels en Co-Manipulation Robotique.

dirigés par

Monsieur Yacine CHITOUR

 

Composition du jury:

M. Yacine CHITOUR Université Paris-Sud Directeur de thèse
M. Sami TLIBA Université Paris-Sud Co-Directeur de thèse
Mme Catherine BONNET CentraleSupélec-Gif Examinateur
M. Yassine HADDAB Université de Montpellier Examinateur
Mme Maria MAKAROV CentraleSupélec-Gif Examinateur
M. Mario SIGALOTTI INRIA, Université Pierre Marie Curie Examinateur
M. Salah LAGHROUCHE Université de Technologie de Belfort-Montbéliard Rapporteur
M. Ali ZEMOUCHE Université de Lorraine Rapporteur

 

Résumé :

Durant ce travail de thèse, nous nous sommes intéressés à la commande d'un robot manipulateur industriel, configuré pour une co-manipulation avec un opérateur humain, en vue de la manutention de charges lourdes. Dans un premier temps, nous avons présenté une vue d'ensemble des études qui ont été menées dans ce cadre. Ensuite, nous avons abordé la modélisation et l'identification des paramètres dynamiques du robot Denso VP-6242G. Nous avons utilisé le logiciel OpenSYMORO pour calculer son modèle dynamique. Après une présentation détaillée de la méthode d'identification des paramètres de robots manipulateurs, nous l'avons appliqué au cas de notre robot. Cela nous a permis d'obtenir un vecteur des paramètres qui garantit une matrice d'inertie définie positive pour n'importe quelle configuration

articulaire du robot, tout en assurant une bonne qualité de reconstruction des couples pour des vitesses articulaires constantes, ou variables au cours du temps. Par la suite, nous avons détaillé les nouvelles fonctionnalités proposées pour le générateur de trajectoire en temps réel, sur lequel repose notre schéma de commande. Nous avons présenté une méthode d'estimation de la force de l'opérateur à partir des mesures de la force d'interaction entre le robot et l'opérateur, tout en tenant compte de la pénalisation de la force de l'opérateur afin d'avoir une image de cette dernière permettant de générer une trajectoire qui respecte les limites de l'espace de travail. Des tests du générateur de trajectoire simulant différents cas de figure possibles nous ont permis de vérifier l'efficacité des nouvelles fonctionnalités proposées. Le générateur permet de produire une trajectoire dans l'espace de travail tridimensionnel selon la direction de l'effort appliqué par l'opérateur, ce qui contribue à l'exigence de transparence recherchée en co-manipulation robotique. Dans la dernière partie, nous avons présenté et validé en simulation une commande en impédance dont les trajectoires de référence sont issues du générateur développé. Les résultats obtenus ont donné lieu à une bonne qualité de poursuite des trajectoires désirées. D'autre part, le respect des limites virtuelles de l'espace de travail a également été pris en compte. Cependant, les trajectoires articulaires correspondantes peuvent franchir les limites définies pour préserver l'intégrité du robot.

Mots-clés : Identification, Co-manipulation robotique, Commande en impédance, Robot manipulateur industriel

Vous êtes cordialement conviés au pot qui suivra en salle du conseil du L2S (B4.40)

Caractérisation des limites fondamentales de l'erreur quadratique moyenne pour l'estimation de signaux comportant des points de rupture

Monsieur Lucien BACHARACH
Soutenance de thèse de doctorat le 28 Septembre 2018, 10h00 à CentraleSupelec (Gif-sur-Yvette)

a le plaisir de vous inviter à sa soutenance de Thèse de doctorat dirigés par Monsieur Alexandre RENAUX et Monsieur Mohammed Nabil EL KORSO

Cette soutenance aura lieu à CENTRALESUPÉLEC, Bâtiment Bouygues (9 rue Joliot-Curie, 91190 Gif-sur-Yvette),

Vendredi 28 Septembre 2018, à 10h00

Théâtre Joël Rousseau (salle e.070)

Vous êtes cordialement invités au pot qui suivra en Salle du conseil du L2S (Bâtiment Bréguet, salle B4.40).

 

Composition du jury :

M. Alexandre RENAUX Maître de Conférences L2S, Université Paris-Sud Directeur de thèse
M. Mohammed Nabil EL KORSO Maître de Conférences LEME, Université Paris Nanterre Co-Directeur de thèse
M. Claude DELPHA Maître de Conférences L2S, Université Paris-Sud Examinateur
M. André FERRARI Professeur Laboratoire Lagrange, Université de Nice Sophia Antipolis Examinateur
Mme Anne GéGOUT-PETIT Professeure IECL, Université de Lorraine Examinatrice
M. Olivier MICHEL Professeur GIPSA-Lab/DIS, INP de Grenoble Examinateur
M. David BRIE Professeur CRAN, Université de Lorraine Rapporteur
M. Nicolas DOBIGEON Professeur IRIT/INP-ENSEEIHT, Université de Toulouse Rapporteur

 

Résumé : 
Cette thèse porte sur l'analyse des performances d'estimateurs en traitement du signal, à travers l'étude des bornes inférieures de l'erreur quadratique moyenne (EQM) pour l'estimation de points de rupture. Ces outils permettent de caractériser le comportement d'estimateurs, tels que celui du maximum de vraisemblance (dans le contexte fréquentiste), ou ceux du maximum a posteriori et de la moyenne conditionnelle (dans le contexte bayésien). La difficulté majeure provient du fait que, pour un signal échantillonné, les paramètres d'intérêt (à savoir les points de rupture) appartiennent à un espace discret. En conséquence, les résultats asymptotiques classiques (comme la normalité asymptotique du maximum de vraisemblance) ou la borne de Cramér-Rao ne s'appliquent plus. Quelques résultats sur la distribution asymptotique du maximum de vraisemblance provenant de la communauté mathématique sont actuellement disponibles, mais leur applicabilité à des problèmes pratiques de traitement du signal n'est pas immédiate. En revanche, si l'on se concentre sur les moments d'ordre 2 des estimateurs, les bornes inférieures de l'EQM forment des outils pertinents, qui ont fait l'objet d'importants travaux ces dernières années. Ceux-ci ont notamment abouti à des inégalités plus précises que la borne de Cramér-Rao, qui jouissent en outre de conditions de régularité plus faibles, et ce, même en régime non asymptotique, permettant ainsi de délimiter la plage de fonctionnement optimal des estimateurs. Le but de cette thèse est, d'une part, de compléter la caractérisation de la zone asymptotique (en particulier lorsque le rapport signal sur bruit est élevé et/ou pour un nombre d'observations infini) pour des problèmes d'estimation de points de rupture. D'autre part, le but est de donner les limites fondamentales de l'EQM d'un estimateur dans la plage non asymptotique. Les outils utilisés ici sont les bornes inférieures de l'EQM de la famille Weiss-Weinstein, qui est déjà connue pour être plus précise que la borne de Cramér-Rao dans les contextes, entre autres, de l'analyse spectrale et du traitement d'antenne. Nous fournissons une forme compacte de cette famille dans le cas d'un seul et de plusieurs points de ruptures, puis nous étendons notre analyse aux cas où les paramètres des distributions sont inconnus. Nous fournissons également une analyse de la robustesse de cette famille vis-à-vis de la distribution a priori sur la localisation des ruptures. Enfin, nous appliquons ces bornes à plusieurs problèmes pratiques : données gaussiennes, poissonniennes et processus exponentiels.

Mots-clés :  bornes inférieures de l'erreur quadratique moyenne,borne de Weiss-Weinstein,borne de Cramér-Rao,estimation de paramètres,estimateurs du maximum de vraisemblance et du maximum a posteriori,estimation de points de rupture multiples

Abstract : 
This thesis deals with the study of estimation performance in signal processing, and focuses on the analysis of lower bounds on the Mean Squared Error (MSE) for abrupt change-point estimation. Those tools contribute to characterizing the estimation behavior for estimators such as the maximum likelihood estimator (in the frequentist context), as well as the maximum a posteriori and the conditional mean estimators (in the Bayesian context). The main difficulty comes from the fact that, when dealing with sampled signals, the parameters of interest (i.e., the change-point locations) lie on a discrete space. Consequently, the classical large sample theory results (e.g., the asymptotic normality of the maximum likelihood estimator) or the Cramér-Rao bound do not apply. Some results concerning the asymptotic distribution of the maximum likelihood estimator are available in the mathematical literature but are currently of limited interest for practical signal processing problems. Focusing on the 2nd-order moments of the estimators, lower bounds on the MSE make up essential tools, which have been the subject of many studies in the last years. As a result, new inequalities have been proposed, leading to tighter lower bounds in comparison with the Cramér-Rao bound. These new lower bounds have less regularity conditions and enable the prediction of estimators' behavior in terms of MSE, both in asymptotic and non-asymptotic regimes. The goal of this thesis is to complete previous results on lower bounds in the asymptotic area (i.e. when the number of samples and/or the signal-to-noise ratio is high) for change-point estimation, as well as to provide an analysis in the non-asymptotic region. The tools used here are the lower bounds of the Weiss-Weinstein family, which are already known in signal processing to outperform the Cramér-Rao bound in applications such as spectral analysis or array processing. A closed-form expression of this family is provided for a single and multiple change-points, and some extensions are given when the distribution parameters are unknown. An analysis in terms of robustness regarding the prior distribution on the change locations is also provided. Finally, we apply our results to specific problems, such as Gaussian data, Poisson data and exponentially distributed data.

Keywords :  lower bounds on the mean squared error,Weiss-Weinstein bound,Cramér-Rao bound,parameter estimation,maximum likelihood estimators,maximum a posteriori estimators,asymptotic and non-asymptotic performance,change-point estimation

 

Optimisation de la conception de bioprocédés : vers une approche intégrée biologie de synthèse et conduite du procédé

Monsieur Guillaume JEANNE
Soutenance de thèse de doctorat le 27 Septembre 2018, 14h00 à CentraleSupelec (Gif-sur-Yvette) Amphi F3-05

Lieu : Centralesupelec, L2S – 3, rue Joliot Curie- Plateau de Moulon, Bâtiment Bréguet - 91192 GIF-SUR-YVETTE

Vous êtes cordialement invités au pot qui suivra en salle de réunion du Département Automatique (C3.20)

Membres du jury :

M. Didier DUMUR Professeur CentraleSupélec Directeur de thèse
M. Vincent FROMION Directeur de recherche INRA Jouy en Josas Co-encadrant
Mme Anne GOELZER Ingénieur de recherche INRA Jouy en Josas Co-encadrante
Mme Sihem TEBBANI Professeure CentraleSupélec Co-encadrante
M. Paul-Henry COURNEDE Professeur CentraleSupélec Examinateur
Mme Stéphanie HEUX Chargée de recherche INRA Toulouse Examinatrice
M. Olivier BERNARD Directeur de recherche INRIA Sophia-Antipolis Rapporteur
M. Denis DOCHAIN Professeur Université catholique de Louvain Rapporteur
M. Pierre MARTINON Chercheur INRIA Paris-Saclay Invité

 

Résumé :

La conception de souches efficaces pour la production de composés d’intérêt offre des potentiels immenses qui restent trop peu exploités par manque de lien entre les étapes d'optimisation de la conception de souche et celle de la conduite du bioprocédé.

Pour combler ce manque, cette thèse propose une description des bioprocédés intégrant pleinement le fonctionnement interne des micro-organismes impliqués dans la production de composés d'intérêt. Cette description permet d’optimiser simultanément la souche et le procédé pour maximiser la production d’un composé d’intérêt en respectant les contraintes attachées à ces deux étapes.

Dans un premier temps, une nouvelle classe de modélisation de bioprocédés est développée, à l'interface entre les modèles intracellulaires de gestion de ressources et les modèles macroscopiques usuellement utilisés dans la commande de bioprocédés en bioréacteurs. Dans un second temps, des contraintes liées à l’implémentation biologique de la stratégie de contrôle sont intégrées au problème. Ceci permet d’obtenir une conception plus réaliste du point de vue de l’ingénierie des génomes. Enfin, la dernière partie de la thèse montre que la méthodologie présentée jusqu’alors sur un modèle agrégé peut être étendue à des représentations détaillées du comportement des micro-organismes.

Mots-clés :

Bioprocédé, Optimisation, Conduite du procédé, Conception de souche

Problèmes inverses de déconvolution appliqués aux Géosciences et à la Planétologie

Alina-Georgiana MERESESCU
Soutenance de thèse de doctorat le 25 Septembre 2018, 14h00 à

 l'Universite Paris-Sud, 91400, Orsay - Batiment 510 - salle Amphitheatre Blandin

Devant le jury composé de :

Frédéric SCHMIDT Professeur Université Paris-Sud, Paris-Saclay Directeur de thèse
Matthieu KOWALSKI Maître de Conférences CentraleSupelec-CNRS-Univ Paris-Sud, Paris-Saclay Co Directeur de thèse
Bortolino SAGGIN Professeur Dipartimento di Meccanica, Politecnico di Milano Examinateur
Sébastien BOURGUIGNON Maître de Conférences IRCCyN Examinateur
Hermann ZEYEN Professeur Laboratoire de Geosciences, Université Paris-Sud, Paris-Saclay Examinateur
Émilie CHOUZENOUX Maître de Conférences Laboratoire d'informatique Gaspard-Monge, Université Paris-Est Marne-la-Vallée Rapporteur
Saïd MOUSSAOUI Professeur Ecole Centrale de Nantes Rapporteur

 

Résumé: Le domaine des problèmes inverses est une discipline qui se trouve à la frontière des mathématiques appliquées et de la physique et qui réunit les différentes solutions pour résoudre les problèmes d'optimisation mathématique. Dans le cas de la déconvolution 1D, ce domaine apporte un formalisme pour proposer des solutions avec deux grands types d'approche: les problèmes inverses avec régularisation et les problèmes inverses bayésiens. Sous l'effet du déluge de données, les géosciences et la planétologie nécessitent des algorithmes de plus en plus plus complexe pour obtenir des informations pertinentes. Dans le cadre de cette thèse, nous proposons d'apporter des connaissances dans trois problèmes de déconvolution 1D sous contrainte avec régularisation dans le domaines de l'hydrologie, la sismologie et de la spectroscopie. Pour chaque problème nous posons le modèle direct, le modèle inverse, et nous proposons un algorithme spécifique pour atteindre la solution. Les algorithmes sont définis ainsi que les différentes stratégies pour déterminer les hyper-paramètres. Aussi, des tests sur des données synthétiques et sur des données réelles sont exposés et discuté du point de vue de l'optimisation mathématique et du point de vue du domaine de l'application choisi. Finalement, les algorithmes proposés ont l'objectif de mettre à portée de main l'utilisation des méthodes des problèmes inverses pour la communauté des Géosciences.

Abstract: The inverse problem field is a domain at the border between applied mathematics and physics that encompasses the solutions for solving mathematical optimization problems. In the case of 1D deconvolution, the discipline provides a formalism to designing solutions in the frames of its two main approaches: regularization based inverse problems and bayesian based inverse problems. Under the data deluge, geosciences and planetary sciences require more and more complex algorithms for obtaining pertinent information. In this thesis, we solve three 1D deconvolution problems under constraints with regularization based inverse problem methodology: in hydrology, in seismology and in spectroscopy. For every of the three problems, we pose the direct problem, the inverse problem, and we propose a specific algorithm to reach the solution. Algorithms are defined but also the different strategies to determine the hyper-parameters. Furthermore, tests on synthetic data and on real data are presented and commented from the point of view of the inverse problem formulation and that of the application field. Finally, the proposed algorithms aim at making approachable the use of inverse problem methodology for the Geoscience community.

Mots clés: Mars, régularisation, déconvolution aveugle, hydrologie, sismologie, déconvolution

Key words: Mars, regularisation, blind deconvolution, hydrology, seismology, deconvolution

Allocation des Ressources pour la Gestion Dynamique du Spectre dans les Réseaux Ad hoc Clustérisés

Monsieur Jérôme GAVEAU
Soutenance de thèse de doctorat le 11 Juillet 2018, 14h00 à CentraleSupelec (Gif-sur-Yvette) Amphi Janet

Composition du jury proposé:

 

M. Mohamad ASSAAD CentraleSupélec Directeur de thèse
M. Christophe LE MARTRET Thales Communication and Security Directeur de thèse
M. Xavier LAGRANGE IMT Atlantique Rapporteur
M. Stefano SECCI Sorbonne Université Rapporteur
M. Tijani CHAHED Télécom SudParis Examinateur
M. Philippe CIBLAT Télécom ParisTech Examinateur
M. Thierry DEFAIX DGA maîtrise de l'information Examinateur
Mme Berna SAYRAC Orange Labs Examinateur

Résumé : 
L'objectif de cette thèse concerne l'allocation des canaux fréquentiels dans les réseaux ad hoc organisés en clusters. Les terminaux du réseau sont assemblés localement en cluster afin de garder les avantages des réseaux ad hoc tout en réduisant la quantité de signalisation nécessaire à son fonctionnement. Dans chaque cluster, un chef de cluster (CH en anglais) est désigné parmi les terminaux dont le rôle est de gérer localement les ressources ainsi que les communications. Un des problèmes concerne l'allocation des bandes de fréquence à chaque cluster pour leur permettre d'opérer correctement. Les fréquences sont une ressource rare ce qui implique que plusieurs clusters sont amenés à utiliser les mêmes et donc à interférer entre eux. De plus, l'allocation de fréquence doit se faire de manière dynamique pour pouvoir s'adapter à la mobilité et aux variations du trafic. Le caractère décentralisé des réseaux ad hoc implique que l'allocation des fréquences doit se faire de manière distribuée. C'est pourquoi, au niveau de chaque cluster le CH décide à chaque instant la bande de fréquence à utiliser et cela sans échanger d'information avec les autres clusters. Le CH base ses décisions sur une fonction d'utilité qui prend en compte des mesures de performance des communications. Ces dernières peuvent être perturbées à cause des diverses variations dynamiques auxquels sont soumis les réseaux ad hoc. Parmi les algorithmes d'apprentissage distribués, nous avons identifié des méthodes basées sur le paradigme ``d'essais erreur'' (TE en anglais) comme des solutions potentielles au problème d'allocation des fréquences. Ces algorithmes ont la particularité d'avoir des propriétés de convergence globale bien que le problème soit non coopératif. Les preuves de convergence de ces algorithmes reposent sur l'analyse de chaînes de Markov dont la dimension croît de manière exponentielle avec la taille du problème. C'est pourquoi l'analyse de leurs performances est un enjeu important que l'on propose de résoudre en réalisant des approximations de ces chaînes dans des cas particuliers. Cela permet de réduire de manière importante la complexité du problème et d'approcher précisément les performances de ces algorithmes. Nous avons montrés théoriquement et numériquement que le principal défaut des approches TE est leur sensibilité aux variations aléatoires de la mesure d'utilité. Dans les systèmes de communication, il est usuel de considérer des phénomènes aléatoires liés aux canaux de propagation (e.g. évanouissements petite et moyenne échelle). Nous avons donc proposé des solutions pour adapter ces algorithmes aux cas où l'utilité serait perturbée par des phénomènes aléatoires. De plus, nous présentons une méthode permettant l'adaptation autonome et dynamique de la solution afin que les algorithmes opèrent dans différents contextes de perturbations. Enfin, dans cette thèse, on étudie de manière plus spécifique l'impact des évanouissements de Rayleigh sur l'utilité en calculant sa densité de probabilité (pdf en anglais). Dans le cas de transmissions OFDM et d'un évanouissement sélectif en fréquence, la forme complexe des fonctions impliquées dans la mesure de l'utilité ne nous permet pas de calculer sa pdf. Par conséquent, nous avons proposé d'approcher le canal par un modèle permettant de poursuivre les calculs numériques nécessaires pour obtenir la pdf. Cette approche permet également de prédire les performances d'une transmission OFDM.

Mots-clés : allocation des ressources,réseau clusturisé,gestion du spectre,,

 

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