S³ seminar: High dimensional sampling with the Unadjusted Langevin Algorithm

Séminaire le 23 Novembre 2016, 10h30 à CentraleSupelec (Gif-sur-Yvette) Salle du conseil du L2S - B4.40
Alain Durmus (LTCI, Telecom ParisTech)

Recently, the problem of designing MCMC sampler adapted to high-dimensional distributions and with sensible theoretical guarantees has received a lot of interest. The applications are numerous, including large-scale inference in machine learning,  Bayesian nonparametrics, Bayesian inverse problem, aggregation of experts among others. When the density is L-smooth (the log-density is continuously differentiable and its derivative is Lipshitz), we will advocate the use of a “rejection-free” algorithm, based on the discretization of the  Euler diffusion with either constant or decreasing stepsizes. We will present several new results allowing convergence to stationarity under different conditions for the log-density (from the  weakest, bounded oscillations on a compact set and super-exponential in the tails to the log concave).
When the density is strongly log-concave, the convergence of an appropriately weighted empirical measure is also investigated and bounds for the mean square error and exponential deviation inequality for Lipschitz functions will be reported.
Finally, based on optimzation techniques we will propose new methods to sample from high dimensional distributions. In particular, we will be interested  in densities which are not continuously differentiable. Some Monte Carlo experiments will be presented to support our findings.

Séminaire d'Automatique du Plateau de Saclay : Extending spacecraft operational life: Challenges and opportunities for control

Séminaire le 15 Novembre 2016, 11h00 à CentraleSupelec (Gif-sur-Yvette) Salle du conseil du L2S - B4.40
Prof. Ilya Kolmanovsky (University of Michigan)

To extend spacecraft operational life, control techniques that can accommodate actuator failures, reduce the use of fuel and avoid collisions with debris are of interest. Such techniques may need to exploit “higher order” physical effects, such as forces and torques normally considered as disturbances, approaches that can take advantage of nonlinearities in spacecraft kinematics and dynamics, and handle stationary and moving obstacle avoidance requirements. Hence spacecraft operational life extension problems create many potential opportunities for the application of nonlinear, optimal and constrained/predictive control.

After general remarks on control challenges and opportunities in spacecraft operational life extension problems, the presentation will focus on related recent case studies. 

In particular, it will be shown that for a spacecraft with only two functioning reaction wheels linear controllability of attitude dynamics can be regained, under appropriate assumptions, if solar radiation pressure torques are included in the analysis. This conclusion can be exploited for handling reaction wheel failures based on conventional linear controllers.  Alternative approaches that do not rely on the solar radiation pressure torques but exploit nonlinearities in the spacecraft kinematics and dynamics will also be discussed. Furthermore, an intriguing capability of model predictive controllers to achieve discontinuous stabilization in underactuated spacecraft attitude control problems will be highlighted. We will also touch upon coupled translational and rotational relative motion dynamics of a rigid spacecraft in central gravity field and potential opportunities to move translationally in space by employing attitude control only.  In the final part of the presentation, drift counteraction optimal control problems for systems with drift and/or large disturbances will be introduced, in which the objective is to maximize the time for a system to violate prescribed constraints. Potential applications of drift counteraction optimal control, including for geostationary satellite orbit maintenance and drag induced orbit decay compensation, will be discussed.

Distributed Information Gathering and Estimation in Wireless Sensor Networks

Wenjie LI
Soutenance de thèse de doctorat le 15 Novembre 2016, 10h00 à CentraleSupelec (Gif-sur-Yvette) Amphi F3-06

Wireless sensor networks (WSNs) have attracted much interests in the last decade. The first part of this thesis considers sparse random linear network coding is for data gathering and compression in WSNs. An information-theoretic approach is applied to demonstrate the necessary and sufficient conditions to realize the asymptotically perfect reconstruction under MAP estimation. The second part of the thesis concerns the distributed self-rating (DSR) problem, for WSNs with nodes that have different ability of performing some task (sensing, detection...). The main assumption is that each node does not know and needs to estimate its ability. Depending on the number of ability levels and the communication conditions, three sub-problems have been addressed: i) distributed faulty node detection (DFD) to identify the nodes equipped with defective sensors in dense WSNs; ii) DFD in delay tolerant networks (DTNs) with sparse and intermittent connectivity; iii) DSR using pairwise comparison. Distributed algorithms have been proposed and analyzed. Theoretical results assess the effectiveness of the proposed solution and give guidelines in the design of the algorithm.

Membres du jury :

M. Cédric RICHARD, Professeur (Université de Nice Sophia Antipolis),  Rapporteur
M. Jean-Marie GORCE, Professeur (INSA Lyon), Rapporteur
Mme. Béatrice LAROCHE,  Directeur de recherche (INRA), Examinatrice
M. Fabio FAGNANI,  Professor (Politecnico di Torino), Examinateur
M. Davide DARDARI, Associate Professor (University of Bologna), Examinateur
M. Michel KIEFFER,  Professeur (Université Paris-Sud), Directeur de thèse
Mme. Francesca BASSI, Enseignant-Chercheur (ESME-Sudria), Co-encadrant de thèse

Contributions à l’étude des systèmes non linéaires incertains : Application à la commande de systèmes biotechnologiques

Habilitation à Diriger des Recherches (HDR) le 7 Novembre 2016, 14h00 à

L’étude des systèmes non linéaires, et plus particulièrement leur commande, peut être complexe. De plus, les incertitudes sur leurs modèles engendrent généralement une détérioration des performances des lois de commande développées. Cet exposé présentera nos contributions dans cette thématique en termes de modélisation, estimation et commande de systèmes non linéaires incertains. En considérant les incertitudes paramétriques du modèle, nous avons proposé des stratégies robustes vis-à-vis de ces incertitudes. Les principales approches étudiées pour l’estimation sont les observateurs par intervalles et à horizon glissant, et pour la commande, la commande prédictive non linéaire.

Plus spécifiquement, l’exposé mettra l’accent sur nos contributions à la commande de la culture de microorganismes, principalement pour des applications pour le développement durable. Dans tous les cas de culture de microalgues et de bactéries étudiées, nous avons proposé des stratégies efficaces, permettant de maximiser soit la croissance du microorganisme ou la production d’un composé à forte valeur ajoutée, et validées expérimentalement dans certains cas.

Membres du Jury :

M. Olivier BERNARD, INRIA, rapporteur

M. Didier DUMUR, CentraleSupélec, L2S, examinateur

M. Jérôme HARMAND, INRA, rapporteur

M. Nicolas LANGLOIS, ESIGELEC, IRSEEM, examinateur

M. Hugues MOUNIER, Université Paris-Sud, L2S, examinateur

Mme. Isabelle QUEINNEC, CNRS, rapporteur

M. Dan SELISTEANU, Université de Craiova, examinateur

Gaussian Channels: I-MMSE at Every SNR

Séminaire le 20 Octobre 2016, 14h00 à CentraleSupelec (Gif-sur-Yvette) Salle du conseil du L2S - B4.40
Prof. Shlomo Shamai, The Andrew and Erna Viterbi Faculty of Electrical Engineering at the Technion-Israel Institute of Technology

Multi-user information theory presents many open problems, even in the simple Gaussian regime. One such prominent problem is the two-user Gaussian interference channel which has been a long standing open problem for over 30 years. We distinguish between two families of multi-user scalar Gaussian settings; a single transmitter (one dimension) and two transmitters (two dimensions), not restricting the number and nature of the receivers. Our first goal is to fully depict the behavior of asymptotically optimal, capacity
achieving, codes in one dimensional settings for every SNR. Such an understanding provides important insight to capacity achieving schemes and also gives an exact measure of the disturbance such codes have on unintended receivers.

We first discuss the Gaussian point-to-point channel and enhance some known results. We then consider the Gaussian wiretap channel and the Gaussian Broadcast channel (with and without secrecy demands) and reveal MMSE properties that confirm "rules of thumb" used in the achievability proofs of the capacity region of these channels and provide insights to the design of such codes.
We also include some recent observations that give a graphical interpretation to rate and equivocation in this one dimensional setting.
Our second goal is to employ these observations to the analysis of the two dimensional setting. Specifically, we analyze the two-user Gaussian interference channel, where simultaneous transmissions from two users interfere with each other. We employ our understanding of asymptotically point-to-point optimal code sequences to the analysis of this channel. Our results also resolve the "Costa Conjecture"
(a.k.a the "missing corner points" conjecture), as has been recently proved by Polyanskiy-Wu, applying Wasserstein Continuity of Entopy.

The talk is based on joint studies with R. Bustin, H. V. Poor and R. F. Schaefer.

Scalable Techniques for Quantum Network Engineering

Séminaire le 13 Octobre 2016, 10h30 à CentraleSupelec (Gif-sur-Yvette) Salle du conseil du L2S - B4.40
Dr. Nikolas Tezak (Stanford University)

In the quest for creating "quantum enhanced" systems for information processing currently pursued design strategies are unlikely to scale significantly beyond a few dozen qubits. The dominant design paradigm relies on a vast overhead of external classical control. In this talk we argue for an integrated framework that treats quantum and hybrid quantum-classical systems on equal footing.
We have recently defined a Quantum Hardware Description Language (QHDL) capable of describing networks of such interconnected quantum systems. QHDL is compiled to symbolic system models by a recently developed symbolic software tool suite named QNET. We discuss an example of a recently proposed autonomous Quantum Error Correction circuit with coherently embedded control systems.
Finally, we present a model transformation capable of dividing the description of quantum states into quasi-classical coordinates living on a low-dimensional manifold coupled to a lower complexity quantum state. This approach (QMANIFOLD) is in principle exact and naturally tailored to simulating coupled quantum systems with varying degrees of dissipation.

Bio. Nikolas Tezak is a post-doc in Stanford University's Applied Physics Department, where he works with Hideo Mabuchi. He recently completed his PhD under Professor Mabuchi’s supervision. He also works part-time at Hewlett Packard Laboratories in the Large Scale Integrated Photonics group led by Ray Beausoleil. In November 2016, he will join Rigetti Computing (Berkeley, California) in their quest to build a quantum computer.

Commande prédictive tolérante aux défauts pour des systèmes dynamiques Multi-Agent

Soutenance de thèse de doctorat le 10 Octobre 2016, 14h00 à CentraleSupelec (Gif-sur-Yvette) Amphi F3-06

Cette thèse porte sur des techniques de commande à base d’optimisation, la détection et l’isolation des défauts dans le cadre des systèmes dynamiques Multi-Agents sous contraintes, plus particulièrement liées à l’évitement des collisions. Dans un contexte ensembliste, l’évitement des collisions au sein de la formation se traduit par des conditions de non intersection des régions de sécurité caractéristiques à chaque agent/obstacle. Grace à sa capacité à gérer les contraintes, la commande prédictive a été choisie parmi les méthodes de synthèse à base de techniques d’optimisation.

Tout d’abord, une structure de type leader-suiveur est considérée comme une architecture décentralisée élémentaire. La zone de fonctionnement de chaque suiveur est décidée par le leader et puis une loi de commande locale est calculée afin de garantir que les suiveurs restent à l’intérieur de la zone autorisée, permettant d’éviter les collisions.

Ensuite, un déploiement des agents fondé sur l’approche de commande prédictive décentralisée, utilisant des partitions dynamiques de Voronoi, est proposé, permettant de ramener chaque agent vers l’intérieur de sa cellule Voronoi. Une des contributions a été de considérer le centre de Chebyshev comme cible à l’intérieur de chaque cellule. D’autres solutions proposent l’utilisation du centre de masse ou du centre obtenu par l’interpolation des sommets.

Finalement, des méthodes ensemblistes sont utilisées pour construire un niveau supplémentaire de détection de défauts dans le cadre du système Multi-Agent. Cela permet l’exclusion des agents défectueux ainsi que l’intégration des agents extérieurs certifiés sans défauts dans la formation. La nouvelle formation contenant des agents non défectueux est mise à jours en utilisant par exemple des techniques de commande prédictive centralisée.


Membres du jury :

M. George BITSORIS                           Université de Patras                                                                 Rapporteur

M. Christophe LOUEMBET                 Laboratoire d'analyse et d'architecture des systèmes               Examinateur

M. Hugues MOUNIER                         Laboratoire des Signaux et Systèmes                                       Examinateur

M. Sorin OLARU                                  CentraleSupélec/Laboratoire des Signaux et Systèmes           Co-encadrant

Mme Ionela PRODAN                         Institut Polytechnique de Grenoble                                            Examinateur

Mme Cristina STOICA MANIU           CentraleSupélec/Laboratoire des Signaux et Systèmes             Directeur de thèse

M. Didier THEILLIOL                           Université de Lorraine – CRAN                                                  Rapporteur

S³: Material-by-Design for Synthesis, Modeling, and Simulation of Innovative Systems and Devices

Séminaire le 30 Septembre 2016, 10h30 à CentraleSupelec (Gif-sur-Yvette) Salle du conseil du L2S - B4.40
Giacomo Oliveri (ELEDIA, University of Trento)

Several new devices and architectures have been proposed in the last decade to exploit the unique features of innovative artificially-engineered materials (such as metamaterials, nanomaterials, biomaterials) with important applications in science and engineering. In such a framework, a new set of techniques belonging to the Material-by-Design (MbD) framework [1]-[5] have been recently introduced to synthesize innovative devices comprising task-oriented artificial materials. MbD is an instance of the System-by-Design paradigm [6][7] defined in short as “How to deal with complexity”. More specifically, MbD considers the problem of designing artificial-material enhanced-devices from a completely new perspective, that is "The application-oriented synthesis of advanced systems comprising artificial materials whose constituent properties are driven by the device functional requirements". The aim of this seminar will be to review the fundamentals, features, and potentialities of the MbD paradigm, as well as to illustrate selected state-of-the-art applications of this design framework in sensing and communications scenarios.

Bio: Giacomo Oliveri received the B.S. and M.S. degrees in Telecommunications Engineering and the PhD degree in Space Sciences and Engineering from the University of Genoa, Italy, in 2003, 2005, and 2009 respectively. He is currently an Tenure Track Associate Professor at the Department of Information Engineering and Computer Science (University of Trento), Professor at CentraleSupélec, member of the Laboratoire des signaux et systèmes (L2S)@CentraleSupélec, and member of the ELEDIA Research Center. He has been a visiting researcher at L2S, Gif-sur-Yvette, France, in 2012, 2013, and 2015, and he has been an Invited Associate Professor at the University of Paris Sud, France, in 2014. In 2016, he has been awarded the "Jean d'Alembert" Scholarship by the IDEX Université Paris-Saclay. He is author/co-author of over 250 peer-reviewed papers on international journals and conferences, which have been cited above 2200 times, and his H-Index is 26 (source: Scopus). His research work is mainly focused on electromagnetic direct and inverse problems, system-by-design and metamaterials, compressive sensing techniques and applications to electromagnetics, and antenna array synthesis. Dr. Oliveri serves as an Associate Editor of the International Journal of Antennas and Propagation, of the Microwave Processing journal, and of the International Journal of Distributed Sensor Networks. He is the Chair of the IEEE AP/ED/MTT North Italy Chapter.

Robustification de la commande prédictive non linéaire - Application à des procédés pour le développement durable

Seif Eddine BENATTIA
Soutenance de thèse de doctorat le 21 Septembre 2016, 14h00 à CentraleSupelec (Gif-sur-Yvette) Amphi F3-06

Les dernières années ont permis des développements très rapides, tant au niveau de l'élaboration que de l'application, d'algorithmes de commande prédictive non linéaire (CPNL), avec une gamme relativement large de réalisations industrielles. Un des obstacles les plus significatifs rencontré lors du développement de cette commande est lié aux incertitudes sur le modèle du système.

Dans ce contexte, l'objectif principal de cette thèse est la conception de lois de commande prédictives non linéaires robustes vis-à-vis des incertitudes sur le modèle. Classiquement, cette synthèse peut s'obtenir via la résolution d'un problème d'optimisation min-max. L'idée est alors de minimiser l'erreur de suivi de la trajectoire optimale pour la pire réalisation d'incertitudes possible. Cependant, cette formulation de la commande prédictive robuste induit une complexité qui peut être élevée ainsi qu'une charge de calcul importante, notamment dans le cas de systèmes multivariables, avec un nombre de paramètres incertains élevée. Pour y remédier, la principale approche proposée dans ces travaux consiste à simplifier le problème d'optimisation min-max, via l'analyse de sensibilité du modèle vis-à-vis de ses paramètres afin d'en réduire le temps de calcul.

Dans un premier temps, le critère est linéarisé autour des valeurs nominales des paramètres du modèle. Les variables d'optimisation sont soit les commandes du système soit l'incrément de commande sur l'horizon temporel. Le problème d'optimisation initial est alors transformé soit en un problème convexe, soit en un problème de minimisation unidimensionnel, en fonction des contraintes imposées sur les états et les commandes. Une analyse de la stabilité du système en boucle fermée est également proposée.

En dernier lieu, une structure de commande hiérarchisée combinant la commande prédictive robuste linéarisée et une commande par mode glissant intégral est développée afin d'éliminer toute erreur statique en suivi de trajectoire de référence. L'ensemble des stratégies proposées est appliqué à deux cas d'études de commande de bioréacteurs de culture de microorganismes.


Membres du jury :

Estelle COURTIAL :                   Maitre de Conférence, Polytech Orléans, Orléans / Examinatrice

Didier DUMUR :                        Professeur, CentraleSupélec, Gif sur Yvette / Directeur de thèse

Hugues MOUNIER :                 Professeur des Universités, L2S, Gif sur Yvette / Examinateur

Mohammed M’Saad :            Professeur des Universités, ENSI Caen, Caen / Rapporteur

Alain Vande WOUWER :        Professeur, Université de Mons, Mons, Belgique / Rapporteur

Sihem TEBBANI :                      Professeur associé, CentraleSupélec, Gif sur Yvette / Co-encadrante

Stabilité du réseau électrique de distribution. Analyse du point de vue automatique d’un système complexe

Marjorie COSSON
Soutenance de thèse de doctorat le 19 Septembre 2016, 14h00 à CentraleSupelec (Gif-sur-Yvette) Amphi Ampère

Avec l’arrivée massive de production sur les réseaux de distribution, ces derniers ont vu leur structure et leur fonctionnement profondément modifiés. Parmi les conséquences de ce phénomène, on peut citer l’élévation du plan de tension. Pour tenter de maintenir la qualité de fourniture, les gestionnaires de réseaux de distribution (GRD) ont imaginé plusieurs moyens comme par exemple les régulations de puissance réactive des producteurs en fonction de la tension à leurs bornes : les régulations Q(U). Dans ces travaux, nous nous intéressons à l’impact de ce type de régulations sur la stabilité des départs moyenne tension du réseau électrique de distribution.
Pour tenter d’évaluer leur stabilité, un premier travail de modélisation est mené. Il permet de formuler le système comme un système hybride affine par morceaux et de mettre en évidence le risque d’instabilité dans le cas de départs accueillant des régulations Q(U). Nous soulignons aussi le lien entre la stabilité du système et les paramètres des régulations. Afin d’aider les GRD à choisir ces paramètres, une méthode est mise au point permettant l’étude formelle de la stabilité d’un système hybride affine par morceaux. Celle-ci est construite à partir de la création d’une abstraction discrète du système puis du raffinement du système discret par le biais d’un calcul de bisimulation. Ainsi, nous développons un outil générique permettant, pour un jeu de paramètres donné, d’évaluer la stabilité d’un système hybride affine par morceaux comme par exemple un départ électrique moyenne tension accueillant des régulations Q(U).
La méthode proposée offre des résultats très précis et demande peu d’hypothèses sur le système mais ceci au prix de la complexité des calculs. Afin de simplifier l’étude des départs accueillant de nombreuses régulations, un critère de stabilité est formulé dans le cas particulier de régulations Q(U) identiques dont le filtre de mesure est un filtre passe-bas du premier ordre. Celui-ci permet aux GRD d’adapter le temps de réponse des régulations au cas par cas en fonction des producteurs et du réseau auquel ils sont raccordés. Finalement, nous proposons un réglage de la rapidité des régulations à destination des codes de réseau, c’est-à-dire qui soit valable quels que soient le réseau et les producteurs qu’il raccorde. Par une analyse de la structure du modèle, une majoration du critère au cas par cas est proposée afin d’exprimer un critère valable dans tous les cas. Ces travaux de thèse se concluent par une ouverture vers l’étude de systèmes de plus en plus complexes, incluant notamment l’extension de la méthode aux producteurs raccordés en basse tension, l’étude d’éventuelles interactions entre différentes régulations, la prise en compte d’autres mécanismes de réglage coexistant sur les départs et d’autres structures de filtres de mesure.


Membres du jury :

Raphael CAIRE                           Maitre de Conférence, ENSE3, Grenoble / Examinateur

Didier DUMUR                          Professeur, CentraleSupélec, Gif sur Yvette / Directeur de thèse

Bruno FRANCOIS                      Professeur, Ecole Centrale Lille, Lille / Rapporteur

Vincent GABRION                     Ingénieur, EDF R&D, Palaiseau / Co-encadrant

Antoine GIRARD                       Directeur de recherche CNRS, L2S, Gif sur Yvette / Examinateur

Hervé GUEGUEN                       Professeur, CentraleSupélec, Rennes / Co-encadrant de thèse

Frédéric KRATZ                         Professeur des universités, INSA Centre Val de Loire, Bourges / Rapporteur

Gilles MALARANGE                  Ingénieur chef de projet, EDF R&D, Palaiseau / Co-encadrant

Bogdan MARINESCU                Professeur, Ecole Centrale Nantes, Nantes / Examinateur

Cristina STOICA MANIU           Professeur associé, CentraleSupélec, Gif sur Yvette / Co-encadrante de thèse

PI Passivity-Based Control : Application to Physical Systems.

Soutenance de thèse de doctorat le 13 Juillet 2016, 15h00 à CentraleSupelec (Gif-sur-Yvette) Salle des séminaires du L2S

One of the best known forms of feeding back a system is through a three-term control law called PID (Proportional-Integral-Derivative) controller. PID controllers are sufficient for many control problems, particularly when process dynamics are not highly nonlinear and the performance requirements are modest. Besides, because of its simple structure, the PID controller is the most adopted control scheme by industry and practitioners. Since, the PI(D) tuning methods are based on the linearization, commissioning a PI(D) to operate around a single operating point is relatively easy, however, the performance will be below par in wide operating regimes. To overcome this drawback the current practice is to re-tune the gains of the controllers based on a linear model of the plant evaluated at various operating points, a procedure known as gain-scheduling. There are several disadvantages of gain-scheduling including the need to switch (or interpolate) the controller gains and the non-trivial definition of the regions in the plants state space where the switching takes place --both problems are exacerbated if the dynamics of the plant is highly nonlinear. This makes impossible to guarantee the system stability.  In this context, the current thesis work is aimed at the designing of PI controllers, based on the passivity theory, such that the stability of the nonlinear model is guarantied in closed-loop. The approach here presented is constructive and motivated by the applicaton to physical systems.

Membres du jury :

M. Stanislav ARANOVSKIY, Maître de conférence, ITMO University, examinateur.
M. Robert GRIÑÓ, Professeur, Polytechnic University of Catalonia, rapporteur.
M. Hugues MOUNIER, Professeur, Laboratoire de Signaux et Systèmes, examinateur.
M. Romeo ORTEGA, Directeur de recherche au CNRS, directeur de thèse.
M. Jacquelien SCHERPEN, Professeur, University of Groningen, rapporteur.

Some results on the existence of equilibria and stability of dc linear networks with constant power loads.

Séminaire le 13 Juillet 2016, 11h30 à CentraleSupelec (Gif-sur-Yvette) Salle du conseil du L2S - B4.40
Prof. Robert Griñó, Polytechnic University of Catalonia

The presentation will show some results on the existence of equilibria in dc electrical networks that supply to constant power loads (CPLs). Specifically, a necessary condition for the existence, which is also sufficient for the case one and two CPLs, will be presented. Besides, a sufficient condition, based on the negative imaginary systems concept, that assures local stability for all the range of possible equilibria will be shown for the case of a dc linear network with a single ideal or finite-bandwidth CPL.

Singular perturbations for hyperbolic port-Hamiltonian and non-hyperbolic systems

Séminaire le 13 Juillet 2016, 10h30 à CentraleSupelec (Gif-sur-Yvette) Salle du conseil du L2S - B4.40
Prof. Jacquelien Scherpen, University of Groningen

In this talk we explore the methodology of model order reduction based on singular perturbations for a fexible-joint robot within the port-Hamiltonian framework. We show that a fexible-joint robot has a port-Hamiltonian representation which is also a singularly perturbed ordinary differential equation. Moreover, the associated reduced slow subsystem corresponds to a port-Hamiltonian model of a rigid-joint robot. To exploit the usefulness of the reduced models, we provide a numerical example where an existing controller for a rigid robot is implemented. In addition, we provide ideas on how to expand this to planar slow-fast systems at a non-hyperbolic point.  At these type of points, the classical theory of singular perturbations is not applicable and new techniques need to be introduced in order to design a controller that stabilizes such a point. We show for some class of nonlinear systems that using geometric  desingularization (also known as blow up), it is possible to design, in a simple way, controllers that stabilize non-hyperbolic equilibrium points of slow-fast systems. The results are exemplified on the Van der Pol oscillator.

The Appointment Scheduling Problem: The Doctor, Her Patients and The Waiting Room

Séminaire le 8 Juillet 2016, 14h00 à CentraleSupelec (Gif-sur-Yvette) Salle du conseil du L2S - B4.40
Prof. Stijn De Vuyst, Ghent University (UGent), Belgium.

We consider the appointment scheduling problem in the case of one doctor who sequentially provides service to the patients in the waiting room, in particular with respect to the incurred waiting times for both the patients and the doctor. This problem is different from a classical single-service queueing system in at least two ways: (1) the arrivals happen at pre-determined instants instead of randomly and (2) equilibrium solutions are of no use here since we need to know the waiting time of each individual patient. Given the length of the session and the consultation time distribution of each of K scheduled patient, we obtain the moments of the patient's waiting time and of the doctor's idle times. We also discuss the complicating factors such as the impact of unpunctuality, i.e. what happens if patients do not arrive exactly as appointed as usually the case in practice. A mild degree of unpunctuality can be handled by our model, but problems arise as soon as patients can overtake each other. Finally, we use the our results to construct suitable heuristics for finding optimal optimal appointment schedules.

Biography: Stijn De Vuyst is currently assistant professor at the Faculty of Engineering and Architecture of Ghent University (UGent), Belgium, in the Department of Industrial Systems Engineering and Product Design. His expertise is in operations research, in particular stochastic modelling, simulation, queueing theory and scheduling with application to the design, planning and performance evaluation of production systems as well as telecommunication systems. He obtained a master degree in Electrical Engineering and a PhD degree in Engineering Sciences at Ghent University. Prior to 2012, he was a post-doctoral researcher affiliated with the department of Telecommunication and Information Processing and for 6 months with the Informatics department at Université Libre de Bruxelles. From 2012 to 2015 he presided the faculty's educational board for the Master program Industrial Engineering and Operations Research. He currently teaches various courses on stochastic simulation, quality engineering and industrial statistics.

Almost Lossless Variable-Length Source Coding on Countably Infinite Alphabets

Séminaire le 8 Juillet 2016, 14h00 à CentraleSupelec (Gif-sur-Yvette) Salle du conseil du L2S - B4.40
Prof. Jorge F. Silva, University of Chile, Santiago.

Motivated from the fact that universal source coding on countably infinite alphabets is not feasible, in this talk a notion of almost lossless source coding will be introduced.  This idea —analog to the  weak variable-length source coding proposed by Han 2000— aims at relaxing the lossless block-wise assumption to allow a distortion that vanishes asymptotically as the block-length goes to infinity.  In this almost lossless coding setting, new source coding results will be presented that on one hand show that Shannon entropy characterizes the minimum achievable rate (known statistics), while on the other,  that almost lossless universal source coding becomes feasible for the family of finite entropy stationary and memoryless sources with countably infinite alphabets.

Biography: Jorge F. Silva is Associate Professor at the Electrical Engineering Department and director of the Information and Decision Systems (IDS) Group at the University of Chile, Santiago, Chile. He received the Master of Science (2005) and Ph.D. (2008) in Electrical Engineering from the University of Southern California (USC). He is IEEE member of the Signal Processing and Information Theory Societies and he is associate editor of the  IEEE Transactions on Signal Processing.  Dr. Silva is recipient of the Viterbi Doctoral Fellowship  2007–2008 and Simon Ramo Scholarship 2007–2008 at USC.   Dr. Silva general research interests include: detection and estimation, information theory and statistics, universal source coding, sparse and compressible models and  compressed sensing.

Réseaux sans fil avec connaissance du canal imparfaite

Sheng YANG
Habilitation à Diriger des Recherches (HDR) le 30 Juin 2016, 11h30 à

La connaissance parfaite du canal dans un réseau sans fil est cruciale pour réduire de l’interférence entre les utilisateurs. Cependant, à cause des contraintes de délais et de ressource limité, cette connaissance est souvent bruitée ou retardée aux émetteurs/récepteurs. Etudier les limites fondamentales de la communications avec information adjacente imparfaite a donc une importance à la fois théorique et pratique.


La thèse d’HDR présente de nouveaux progrès dans cet axe. Notamment, l’influence des voies de retour et de la coopération sur les performances des réseaux de communication ainsi que l’impact de la manque de connaissance de phase du canal dans un canal MIMO ont été explorés en utilisant la théorie de l’information. Les résultats obtenus couvrent de différentes applications ,tel que les réseaux hétérogènes, la communication sécurisée, les réseaux de diffusion de contenu, et la communication par fibre optique.

Composition du Jury

Prof. Philippe CIBLAT, Telecom ParisTech (Examinateur)

Prof. Mérouane DEBBAH, CentraleSupélec (Examinateur)

Dr. Pierre DUHAMEL, L2S, CNRS  (Examinateur)

Dr. Walid HACHEM, LTCI, CNRS (Rapporteur)

Prof. Syed Ali JAFAR, University of California, Irvine (Rapporteur)

Prof. Gerhard KRAMER, TU Munich   (Rapporteur)

Prof. Hikmet SARI, CentraleSupélec (Invité)

Topological Interference Management

Séminaire le 28 Juin 2016, 14h00 à CentraleSupelec (Gif-sur-Yvette) Salle du conseil du L2S - B4.40
Dr Syed Ali Jafar


Studies of the degrees of Freedom (DoF) of wireless communication networks often focus on clever ways to exploit an abundance of channel knowledge which is rarely available in practice while ignoring topological aspects that are the basis of most robust interference management schemes. Topological interference management refers to a complementary perspective where the focus is on exploiting network topology under limited channel knowledge. Progress in this direction includes the discovery that optimal interference avoidance is essentially the index coding problem, that interference alignment plays a central role in this problem even though no precise knowledge of channel realizations is available, a new set of conditions for the approximate optimality of treating interference as noise, novel outer bounds based on aligned image sets, and connections to network coding problems such as distributed storage repair, multiple unicasts and private information retrieval. This talk will summarize the advances in the broad area of topological interference management and highlight some of the key open problems.


Syed Ali Jafar received his B. Tech. from IIT Delhi, India, in 1997, M.S. from Caltech, USA, in 1999, and Ph.D. from Stanford, USA, in 2003, all in Electrical Engineering. His industry experience includes positions at Lucent Bell Labs, Qualcomm Inc. and Hughes Software Systems. He is a Professor in the Department of Electrical Engineering and Computer Science at the University of California Irvine, Irvine, CA USA. His research interests include multiuser information theory, wireless communications and network coding.

Dr. Jafar received the Blavatnik National Laureate in Physical Sciences and Engineering in 2015, the UCI Academic Senate Distinguished Mid-Career Faculty Award for Research in 2015, the School of Engineering Mid-Career Excellence in Research Award in 2015, the School of Engineering Maseeh Outstanding Research Award in 2010, the ONR Young Investigator Award in 2008, and the NSF CAREER award in 2006. His co-authored papers received the IEEE Information Theory Society Best Paper Award in 2009, IEEE Communications Society Best Tutorial Paper Award in 2013, IEEE Communications Society Heinrich Hertz Award in 2015, IEEE Signal Processing Society Young Author Best Paper Award (to student co-authors) in 2015, an IEEE GLOBECOM Best Paper Award in 2012 and an IEEE GLOBECOM Best Paper Award in 2014. Dr. Jafar received the UC Irvine EECS Professor of the Year award five times, in 2006, 2009, 2011, 2012, and 2014, from the Engineering Students Council and the Teaching Excellence Award in 2012 from the School of Engineering. He was a University of Canterbury Erskine Fellow in 2010 and an IEEE Communications Society Distinguished Lecturer for 2013-2014. Dr. Jafar was recognized as a Thomson Reuters Highly Cited Researcher and included by Sciencewatch among The World's Most Influential Scientific Minds in 2014 and again in 2015. He served as Associate Editor for IEEE Transactions on Communications 2004-2009, for IEEE Communications Letters 2008-2009 and for IEEE Transactions on Information Theory 2009-2012. Dr. Jafar was elevated to IEEE Fellow, Class of 2014, for contributions to analyzing the capacity of wireless communication networks.

Quelques problèmes d'automatique rencontrés dans l'automobile et les neurosciences

Habilitation à Diriger des Recherches (HDR) le 15 Juin 2016, 14h30 à

Des résultats sur l'analyse des cycles limite de l'ABS et sur l'observation de l'XBS seront présentés.


Maria Domenica DI BENEDETTO, Professeur à l'Université de l'Aquila, Rapporteur
Gildas BESANÇON, Professeur à l'INP de Grenoble, Rapporteur
Isabelle QUEINNEC, Directeur de recherche au CNRS, Rapporteur
Françoise LAMNABHI-LAGARRIGUE, Directeur de recherche au CNRS, Examinateur
Manfredi MAGGIORE, Professeur à l'Université de Toronto, Examinateur
Wim MICHIELS, Professeur à KU Leuven, Examinateur

A Delay-Based Sustained Oscillator : Oregonator Based Model

Séminaire le 14 Juin 2016, 15h00 à CentraleSupelec (Gif-sur-Yvette) Salle du conseil du L2S - B4.40
Hakki Ulas UNAL (L2S, Anadolu University)

Many metabolic and  physiological processes occur in some periodic fashion. The phenomena has been known for a long time,  however, the underlying mechanism of such oscillatory behaviour has not been  fully understood.  Belousov-Zhabotinskii reaction, which exhibits oscillatory behaviour that are analogous to ones observed in certain biological systems, is often utilized to better understand the  oscillatory mechanism in  these systems. The reaction is very complicated, however, its oscillatory behaviour is described by a simple model, called Oregonator.  By the mass-action kinetics, the model can be described  by three  variables, which correspond to concentration of some chemical reactants.  In this talk,  delay-based Oregonator model obtained by the use of delay-mass-action kinetics will  be discussed. Some qualitative analysis on the  model will also be presented.

Développement et Application des bornes issus de la théorie de l'information à certaines types de problèmes de coordination

Soutenance de thèse de doctorat le 14 Juin 2016, 14h00 à CentraleSupelec (Gif-sur-Yvette) Amphi F3-06

Avec la montée de la connectivité entre les appareils (internet des objets), nouvelles possibilités de coordination entre les différentes entités ont ouvert. En même temps, des résultats récents, issus de la théorie de l'information, ont fourni des limites pour la performance que tout système de coordination pourrait atteindre sous certaines structures d'information. Dans cette thèse, nous développons ces résultats théoriques dans le but de les rendre plus facilement applicable aux problèmes pratiques. À cet égard, la contribution de cette thèse est double: 1) En outre développer les résultats théoriques pour fournir un aperçu de la structure des solutions au problème d'optimisation posés dans les travaux anterieurs , ainsi que la généralisation des résultats. 2 ) Développer des algorithmes qui exploitent le cadre théorique fourni par les

travaux antérieurs pour concevoir des mécanismes de coordination pratiques, décentralisées et robustes. La généralité de l'approche se prête à diverses applications, dont les éléments suivants ont été traités: optimisation de puissance dans les réseaux sans fil, planification de la consommation d'énergie dans les applications de réseau intelligent, ainsi que Witsenhausen contre-exemple, un problème important issu de la théorie du contrôle. Diverses possibilités sont encore à venir pour exploiter le cadre et les outils développés ici.En effet, ils pourraient être utiles même dans des domaines qui ne sont pas abordés dans cette thèse, mais qui nécessitent une coordination entre les agents avec des informations différentes à la disposition de chacun.



M, Assaad, Mohamad Professeur Adjoint, CentraleSupelec Examinateur
M, Chahed, Tijani Professeur, Telecom SudParis Examinateur
M, Gesbert, David Professeur, EURECOM Rapporteur
M, Lasaulce, Samson Directeur de Recherche, CNRS Directeur de thèse
M, Millerioux, Gilles Professeur, Université de Lorraine Examinateur
M, Yezekael, Hayel Maître de Conférences, Université d'Avignon Rapporteur