identifier: Nguyen Thi Thu, Ngoc  (2022). Design and implementation of chaos-based random number generators for IoT platforms.  Thèse de doctorat électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
générateur de nombres aléatoires
système chaotique
carte chaotique
hyperchaos
système chaotique continu
sécurité
cryptographie
prochaine génération de réseau

abstract:
For future network communication, security is one of the main challenges. In this context, the random number generator, which is responsible for generating public keys, private keys, and other kinds of random numbers, is a critical engine in cryptographic algorithms and data secrecy. Cryptographic algorithms require high computational capabilities and high power, which can be challenging in hardware-constrained devices. Therefore, the hardware-based random number generator, which provides high throughput at low power, is an essential component for future devices. Many approaches have been developed to enhance the randomness and security of random number generators used in constrained devices. However, current hardware-based random number generators have been facing design challenges, such as energy efficiency (which is the energy consumed to generate one single random bit), security, and flexibility. To address these challenges, chaos-based random number generators, in which non-linear chaotic systems are playing a key role, have emerged .

For chaos-based random number generators, the chaotic and dynamical characteristics are crucial. The higher the complexity and dynamics of the chaotic system, the higher the randomness of the output bits; however, the randomness of the output bits also depends on other factors, such as the implementation and data post-processing. Recently, considerable attention has been drawn by the research community to continuous chaotic systems. Therefore, this research focuses on developing novel continuous chaotic systems, which are highly dynamic and highly data dimensional, to improve the security and throughput of the proposed random number generators.

The contributions of this dissertation are fourfold: (i) development of robust chaotic systems and dynamic characteristics analysis to find the best parameter set (ii) hardware implementation in consideration of the target applications and device platforms; (iii) proposition of engineering applications using the proposed random number generators; and (iv) design and fabrication of true random number generators and pseudo-random number generators to provide ready-to-use security devices that can be used as commercial products.

First of all, we develop several chaotic systems which focus on extending dimensions (which can improve the overall throughput of random number generators), improving system sensitivity level by hiding information of equilibrium points and making the system’s characteristics depend on the initial conditions which are difficult to predict. Mathematical analysis shows the advantages of the proposed chaotic systems compared to previous systems. In hardware implementation, the power consumption, device resources, and security level are tradeoffs. In chaotic system, non-linear function is the main component. Therefore, the non-linear functions, which have low complexity hardware design, are prioritized.

Regarding hardware implementation, we present two different strategies for true random number generators and pseudo-random number generators. Analog circuit design is employed to implement true random number generator, in which the circuit noise and circuit imperfection affect the chaotic characteristics. The pseudo-random number generators are implemented in FPGA devices which can be integrated into multiple hardware platforms.

With IoT platforms, developers can build a wide range of applications, such as real-time monitoring, surveillance, in which data secrecy matters. To prove the benefits of using the designated random number generators in these applications, we provide image encryption/decryption using one-time pad data encoding. Therefore, a chaos-based one-time pad cryptosystem is developed, the data (images) is encoded using the proposed chaos-based random number generator. The receiver and transmitter share information on the initial condition of the chaotic system to recover the key and decode the data.

Finally, after nearly four years of research on random number generators with the achievements we have been getting so far, it is possible to start commercializing our research project. Acknowledging the increasing demand for personal security, our product aims to give users the highest control over their data by providing them with the key generator. Therefore, stored data cannot be decoded even if the host (where the data is stored/reserved) is attacked. Moreover, our product aims to provide high-speed data encoding/decoding solutions for real-time applications such as video streaming, especially during the quarantine of the worldwide pandemic COVID-19.


identifier: Ranjha, Ali Nawaz  (2021). Modelling and design of ultra-reliable and low latency communications for UAV-IoT networks in 5G and beyond.  Thèse de doctorat électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

type:
Mémoire ou thèse
Non évalué par les pairs

subject:
URLLC
UAV multi-sauts
IoT
quasi-optimisation
probabilité d’erreur de décodage
paquets courts
allocation de ressources

abstract:
The upcoming 5G wireless communication systems are going to provide three types of services, namely enhanced Mobile Broadband (eMBB), massive machine type communications (mMTC) and ultra-reliable low latency communication (URLLC). For most applications, the required level of reliability is 99.999% with varying latency requirements. Achieving such an unprecedented level of reliability and latency is not possible in current wireless systems, i.e., 4G LTE and will require the research community and industry to find alternatives to conventional communication system designs. One available alternative is the use of unmanned aerial vehicle (UAV) assisted communication, which is gaining increasing attention due to its fast and favourable deployment. Moreover, the UAVs’ maneuverability can increase the system’s performance by dynamically adjusting the UAV state to suit the communication needs. Additionally, UAVs’ high altitudes enable line of sight (LoS) communication, which mitigates shadowing and signal blockage. Therefore, in our research, we aim to conceive new schemes to achieve URLLC in UAV networks.

In this regard, the second chapter of this thesis presents a simulation model and detailed analysis of the distribution of resources, i.e. blocklength and distance in a two-dimensional (2-D) plane for URLLC-assisted UAV systems for short packet internet of things (IoT) communications. Optimization theory tools are utilized to model the problem, where the receiver is located at a certain distance from the transmitter serviced by a multi-hop UAV relay system. The key performance metric considered is the minimization of the decoding error probability subject to the constraints on the distribution of blocklength and distance between the transmitter and receiver for optimal UAVs placement. Simulation results demonstrate the efficacy of the proposed scheme for such deployment scenarios.

The third chapter of this thesis presents a performance analysis of uplink communication between multiple ground users and a UAV flying base station (BS). The overall goal is to minimize the sum uplink power to enable green URLLC for short packet IoT communications in the context of a UAV BS. The novelty of the formulated optimization problem is that it accommodates various constraints, including the UAV’s height, beamwidth, location, and the distribution of the blocklength on the communication links between ground users and the UAV. To the best of our knowledge, it is the first optimization framework that comprehensively studies green URLLC for short packet communications. Hence, the proposed optimization framework contributes to understanding the performance limits of such UAV-IoT networks for diverse practical deployment scenarios. The fourth chapter answers the question: How can a reflective intelligent surface (RIS) enable URLLC in UAV assisted communication scenarios? The optimization is formulated as a decoding error probability minimization problem, and the constraints considered are the UAV’s position, the blocklength distribution, and the phase shifts of the RIS elements. Hereof, a well-known optimization algorithm called Nelder-Mead Simplex (NMS) from a class of direct algorithms is employed. Additionally, NMS is chosen to solve the problem as it demonstrated superior performance over the so-called Gradient-Descent method by requiring a lower number of iterations to evaluate the objective function. Furthermore, NMS, performance is equivalent to that of exhaustive search for the given problem. Hence, in chapter four, a novel design for passive beamforming, blocklength and UAV positioning is proposed.

Chapter 5 studies the quasi-optimization of the blocklength, transmit power, location and beamwidth of URLLC-assisted UAV relay systems with multiple-mobile robots. Once again, the optimization is formulated as a minimization problem of the given scenario’s overall decoding error probability. The users or the robots are located a certain distance away from the controller or the transmitter; hence they are served by a decode-and-forward (DF) UAV relay system. The proposed optimization technique is based on perturbation theory, and has comparable performance to the smart exhaustive search method in which a few parameters are fixed. Moreover, the optimization technique has better performance than fixed points methods in which one or more constraints are fixed. Finally, simulation results from chapter 5 highlight the need to jointly optimize various parameters, including blocklength, power, UAV location, and beamwidth, to facilitate URLLC under such systems.

Similarly, chapter 6 discusses: how to charge UAVs in the air using laser beams to facilitate URLLC? One of the most significant issues pertaining to UAVs is the limited-on board battery capacity. Hence, this chapter studies the minimization of the decoding error probability for an IoT communication scenario subject to blocklength and UAV trajectory constraints. Once again, the proposed algorithm is based on perturbation theory. The UAV completes its flight from an initial position to a final position by successfully harvesting energy from the laser transmitter. To the best of our knowledge, this is the first work that studies and proposes a quasi-optimal design of resource allocation, trajectory planning, and energy harvesting for URLLC assisted UAV communication scenarios.

Lastly, chapter 7 studies a fixed-wing UAV-enabled multicasting system to deliver common short blocklength URLLC packets to the ground nodes (GNs) using a Snake Traversal trajectory path. To accomplish this task, we consider the fly-and-communicate protocol for the UAV, where the UAV sweeps a large rectangular area to disperse a common file to GNs with obscure positions. In this vein, we investigate the dual time and energy minimization problems by presenting a quasi-optimal design of the UAV’s flying speed, altitude, and antenna beamwidth. Simulation results of chapter 7 reveal the optimal altitude and half-power beamwidth, which minimize the completion time and energy consumption, respectively. Moreover, for optimized beamwidth, the UAV speed monotonically increases with the altitude, whereas both the completion time and energy consumption monotonically decrease with the altitude. We also analyze the effects of the blocklength and decoding error probability on optimal UAV speed, completion time and energy consumption.


identifier: Abdallah, Marwa Tageldien Thabet  (2022). Learning framework for eCPM prediction in online advertisement.  Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
publicité en ligne
enchères en temps réel
eCPM
KNN
MLP
LSTM

abstract: Nowadays, online advertising becomes the most popular tool for buying and selling all products. Especially after the appearance of COVID-19, online advertising has become a big challenge for all web advertisers and web publishers to increase their revenues. All web advertisers seek to buy empty ad slots at low prices. At the same time, all web publishers seek to sell their ads spaces and achieve high revenues. Selling publishers ad space happens in real-time through Real-Time Bidding (RTB) platform. So, there is no specific price for selling publisher’s ads spaces. The ad space price is specified based on the market demand at a time. The publishers wish if they can know the optimal ad space price that achieves the highest revenue. In this thesis, we are trying to help publishers to increase their revenues by trying to predict the average Effective Cost per Mille (eCPM) price for ads spaces. We are trying to forecast the average eCPM around certain date for the next 7, 14, and 30 days from today based on the eCPM history. We used different models trying to achieve this goal. In this thesis, we used K-Nearest Neighbors (KNN), Multi Layer Perceptron (MLP), and Long Short-Term Memory (LSTM) models on four different datasets trying to reach the best model accuracy.


identifier: Ndiaye, Sega Marie  (2022). Étude de différentes approches visant au recyclage des eaux de lavage d’un procédé de traitement de contenants de PEHD post-consommation.  Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
matières résiduelles
PEHD
valorisation
recyclage
caractérisation
traitement à sec
nanofiltration
électrocoagulation
photocatalyse
évaporation
analyse multicritère

abstract:
La valorisation des matières résiduelles en PEHD nécessite un nettoyage de ces dernières. Ce lavage requiert la consommation d’une grande quantité d’eau. Les contraintes liées aux règlements municipaux obligent l’entreprise à traiter ses eaux. Afin de réduire la consommation d’eau par unité de production, ces eaux de lavage peuvent être recyclées à condition qu’elles ne perturbent pas la filière de valorisation. Dans cette perspective, le projet de recherche vise à évaluer les caractéristiques des eaux de lavage afin d’augmenter le recyclage de la ressource eau.

L’usine Soleno recyclage est spécialisée dans le recyclage et la valorisation de la matière résiduelle plastique en PEHD pour le contrôle et la maîtrise de l’eau pluviale. La finalité du projet est de proposer un classement de scénarios du processus de traitement des eaux de lavage permettant d’augmenter la recirculation de cette eau et donc, de diminuer la consommation de la ressource en eau naturelle. Pour atteindre cette finalité, un premier objectif consiste à quantifier la consommation d’eau de lavage ainsi que les paramètres chimiques et physiques qui la caractérisent. Un second objectif consiste à estimer l’efficience de technologies potentielles pour le traitement des eaux de lavage. Enfin, l’analyse multicritère est l’outil choisi pour troisième objectif. Cet outil permet le classement des technologies selon des critères multidimensionnels (techniques, sociaux, économiques et environnementaux). La complexité du projet et le choix d’une technologie proviennent de l’hétérogénéité de la composition de l’eau de lavage et des interactions des différents composés entre eux par rapport aux procédés de traitement.

La caractérisation a mis en évidence les variations de débits d’eau de lavage (4,6 m3/d- 10,2m3/d) ainsi qu’une forte charge organique peu biodégradable (DBO5/DCO = 30 %). Les caractéristiques de l’eau à traiter sont, pour la DCO, 96 g-O2/L, dont 71% (±3,1%) sont solubles. La concentration de MES est de 28 g/L dont 48% (± 13 g/L) sont volatiles sous forme de MVES. La variation des contaminants est fonction de l’origine de la matière première à recycler et les charges découlent des caractéristiques de production.

Les essais ont mis en évidence qu’un prétraitement à sec des flocons de PEHD avant l’étape de lavage permet de réduire la masse de contaminants à laver et ainsi la charge de l’eau. La nanofiltration, la photocatalyse et l’électrocoagulation permettent d’atteindre les objectifs de traitement, mais présentent des limitations importantes dans le contexte industriel. L’analyse de l’ensemble des résultats montre que le traitement par évaporation suivi d’une condensation associée à la valorisation énergétique des résidus récupérés de l’eau de lavage s’avère le système offrant la plus grande satisfaction pour l’industrie.


identifier: Nassar, Mohamad  (2022). Estimation de la fiabilité sismique des ponts isolés à la base au Canada en incluant l’effet des basses températures selon une approche probabiliste.  Thèse de doctorat électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
séisme
pont
isolation sismique à la base
propriétés hystérétiques
approche probabiliste
état limite
basse température

abstract:
Les ponts sont des structures à la fois d’une grande importance socio-économique et vulnérables aux séismes. L’isolation sismique à la base constitue un moyen efficace, le cas échéant, pour protéger ces ouvrages des fortes secousses sismiques. Les propriétés hystérétiques des systèmes d’isolation jouent alors un rôle primordial sur la performance sismique de telles structures. Toutefois, ces propriétés varient sous l’effet de plusieurs facteurs, notamment la température. Les codes en vigueur traitent la variation de ces propriétés au moyen d’une approche d’analyse aux bornes limites. Les effets des facteurs telle que la température sont ainsi combinés à ceux du séisme, et ce sans égard à leur probabilité d’occurrence simultanée. Cette approche n’est pas cohérente avec l’approche fiabiliste utilisée pour les combinaisons de charges, basée sur un indice de fiabilité cible, excluant les charges sismiques. Pour le code canadien CAN/CSA-S6:19, un indice de fiabilité cible annuel de 3,75 est adopté pour la plupart des structures de pont et pendant leur durée de vie. L’approche d’analyse aux bornes limites ne permet pas de définir un indice de fiabilité cible et conduirait à la mésestimation de la variation des caractéristiques hystérétiques et conséquemment à une conception non optimale du pont et du système d’isolation sismique.

L’objectif principal de la recherche faisant l’objet de cette thèse est d’estimer la fiabilité sismique des ponts isolés à la base au Canada, au moyen d’une approche probabiliste, en tenant compte notamment de la variabilité des propriétés hystérétiques des systèmes d’isolation sismique à base d’élastomère à noyau de plomb avec la température, l’aléa sismique et en incluant l’effet d’autres variables aléatoires (VAs).

D’abord, une méthodologie probabiliste qui se base sur la méthode-Monte-Carlo pour l’estimation de la fiabilité des ponts isolés à la base est détaillée et appliquée à un pont typique en béton armé à deux travées simples avec systèmes d’isolation sismique (SIS). Deux états limites sont considérés: (1) la rupture par flexion de la pile du pont et (2) le dépassement de la capacité de déplacement de l’isolateur sismique. Les principales VAs considérées sont: l’aléa sismique, la température, les dimensions à la base de la pile et les propriétés mécaniques des matériaux. Un modèle, sous forme d’une fonction continue, de l’aléa sismique en fonction de la période de la structure, incluant les incertitudes épistémiques est développé.

De plus, une méthode de transformation de la température ambiante en température effective du système d’isolation sismique, au moyen de la transformée de Laplace est élaborée. Les distributions probabilistes de ces VAs sont modélisées en se basant sur une revue de la littérature et sur les données disponibles. Les résultats préliminaires révèlent que, pour le pont étudié, la fiabilité globale du pont est égale à la fiabilité de l'état limite (2). De plus, les résultats révèlent que, pour le pont étudié, la fiabilité sismique de l’état limite (2) dépend davantage de l’aléa sismique du site étudié que de l’effet de la basse température du même site.

Ensuite, une étude de la fiabilité sismique d'un pont isolé à la base à deux travées simples et typique conçu pour sept localités au Québec est présentée. Le critère de performance sismique évalué est : aucun dommage. Deux états limites sont considérés : la flexion à la base de la pile et le déplacement dans le SIS. Les principales VAs du problème sont : L’aléa sismique, température, dimensions de la base de la pile et propriétés mécaniques des matériaux. L’effet de deux distributions probabilistes de l’incertitude sur l'aléa sismique sont étudiés : 1) Distribution normale de l'incertitude épistémique ; 2) distribution log-normale de l'incertitude totale. En utilisant le modèle d'aléa sismique 1, les résultats préliminaires révèlent que malgré les grandes variabilités de température et d'aléa sismique entre les sept sites du Québec, les indices de fiabilité du pont sont uniformes et varient autour de B=3,45+0,02 (pour la flexion, Bm=3,59+0,07 et pour le déplacement du système d’isolation sismique BD=3,48+0,04.

Enfin, une étude est menée pour l’estimation de la variation de la fiabilité sismique d’un pont typique en béton armé à deux travées, isolé à la base et situé sur un sol de classe C à Montréal. Les incertitudes épistémiques (IEs), modélisées sous forme de VAs, associées à la modélisation et à la méthode d'analyse sismique spectrale uni-modale, au réchauffement du noyau de plomb du système d’isolation sismique et aux relations température versus les propriétés du SIS sont identifiées et leurs distributions statistiques, avec leurs fourchettes de variation, sont estimées. Les effets de la variation des paramètres de distribution probabiliste associés à ces IEs sur la fiabilité du pont sont présentés. La température, l'aléa sismique horizontal bidirectionnel et les principaux paramètres affectant la résistance des composants du pont sont également modélisés comme des VAs. Les mêmes états limites et la même méthode probabiliste utilisés dans les cas d’étude précédents sont reconduits.

Les résultats préliminaires montrent qu’en incluant les effets de ces IEs, l'indice de fiabilité global estimé varie entre 3,36 et 3,62, par rapport à un indice de fiabilité global estimé à 3,49 obtenu sans inclure ces IEs. En incluant l'incertitude épistémique associée à la méthode d'analyse de la réponse sismique du pont, l'indice de fiabilité de l'état limite de comportement en flexion à la base de la pile varie entre 3,52 et 3,76 (versus 3,56 obtenu sans inclure les IEs ci-dessus).

Également, en incluant l'incertitude épistémique associée à l'effet du réchauffement du noyau de plomb, l'indice de fiabilité de l'état limite de déplacement du SIS varie entre 3,31, pour un effet extrême, et 3,49 pour un effet plus représentatif (contre 3,51 obtenu sans inclure les IEs ci-dessus).

Finalement, la méthodologie proposée pourra être utilisée pour l’estimation de la fiabilité des ponts existants surtout dans le contexte de réhabilitation des structures des ponts avec système d’isolation sismique. De plus, l’estimation de la fiabilité des ponts isolés à la base au moyen d’une méthodologie fiabiliste permettra également aux autorités législatives, responsables de la rédaction des codes et normes, les bases de révision de la normalisation actuelle. Notons que des modèles de variation reliant l’âge et le vieillissement, et autres paramètres influents, aux caractéristiques du modèle structural et/ou chargement sont requis.

Également, un effort d’optimisation et d’amélioration est nécessaire afin d’envisager l’application efficace de la méthodologie sur des ponts complexes.


identifier: Bahloul, Dorra  (2022). Frequency reconfigurable impedance matching networks based on LTCC, fluidic and MEMS technologies for agile RF amplifiers.  Thèse de doctorat électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject: cavités

subject: eau dé-ionisée

subject: fluidique

subject: réseau d’adaptation d'impédance reconfigurables

subject: LTCC

subject: MEMS

subject: MEMS-sur-LTCC

subject: amplificateur RF

subject: commutateurs RF

subject: lignes de transmission

abstract:
New frequency reconfigurable impedance matching networks (MNs), or tuners, which can be used to realize various field programmable RF devices, such as amplifiers, are proposed. By enabling field programmability of RF devices, the proposed MNs make it possible to reduce considerably the component count in a multi-standard RF chain and to maximize hardware reuse. Both fluidic and MEMS (MicroElectroMechanical Systems) technologies are considered for designing alternative MNs covering different frequency bands. In both cases, Low Temperature Co-fired Ceramics (LTCC) technology is used as a low-loss 3D substrate in the MN realization in order to simultaneously achieve miniaturization, high integration levels and low-cost packaging solutions.

First, the architecture and operation principle of the proposed RF impedance MNs, which are common to both fluidic and MEMS solutions, are introduced and discussed. The selected architecture is based on eight cascaded 2-state cells where each cell’s electric parameters alternate between two sets of values from one state to the other. In the fluidic approach, the cells are made of cavities over a coplanar waveguide and the two states correspond to when the cavity is empty and when the cavity is filled with deionized (DI) water. In the MEMS approach the cells are made of capacitive switches, with the up and down switch positions providing the two desired states. The design of the individual cells and entire cascaded turner are then undertaken. Analytical equations are developed and used to establish the initial dimensions ofthe individual cells, i.e., the fluidic cell and the MEMS switch and 3D field simulations are used to complete the design of the cells and the entire tuners. Alternative miniaturization approaches for the MEMS-based tuner are also investigated. Simulation results show that is possible to achieve good Smith chart coverage with the fluidic tuner for frequencies between 0.8 GHz and 2.4 GHz with a tuner that measures 26 mm X 10 mm X 1.5 mm, while he MEMS-based tuner provides comparable coverage for frequencies between 2 GHz and 7 GHz with a tuner that can be miniaturized down to 5.51 mm X 2.54 mm X 1.19 mm.

Second, the fabrication and testing of the designed cells and tuners is undertaken. For the fluidic cells and tuner, the standard LTCC process is adequate for prototyping and has been used to fabricate and test multiple cells and tuners. Good agreement between simulations and measurements are observed for the individual cells and the entire tuner, confirming the predicted coverage. For MEMS solution, a new MEMS-on-LTCC process, necessary for fabricating the MEMS-based tuner is first developed to take into account the specificities of the LTCC substrate. Details about all process steps needed to build a capacitive switch on LTCC are elaborated. The encountered challenges are highlighted and some means to circumvent them are proposed. As an application, reconfigurable RF amplifiers using the developed fluidic and MEMS MNs are built. They show a gain varying around the maximum available gain at different points in the frequency bands of interest, i.e. [0.9GHz- 2.4 GHz] and [2 GHz- 7GHz] for the fluidic and MEMS based architectures respectively.

Finally, perspectives for enhanced RF tuners are discussed. Introducing air- filled transmission lines in the MEMS based tuner as a way to reduce dielectric losses may improve the overall performances. Employing liquid metal instead of DI-water in fluidic tuner allows removing concerns about dielectric losses and enabling reconfigurabilty at higher frequencies. Modules for tuners’ automatic control and activation are also proposed.


identifier: Valence, Eole  (2022). Cartographie et suivi du contenu en eau de la neige à l’aide de mesures géoradar dronoporté récurrentes.  Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
manteau neigeux
hydrologie
GPR
TDR
drones

abstract:
Le couvert neigeux saisonnier joue un rôle hydrologique important dans les régions nordiques et alpines. En modifiant le parcours et la vitesse des écoulements, les propriétés internes du manteau neigeux dictent la répartition de l’eau de fonte entre les cours d’eaux et les eaux sous-terraines. Ce phénomène est d’autant plus remarquable durant les évènements de pluie sur neige : en modifiant la vitesse d’écoulement de l’eau, le couvert neigeux modifie la quantité d’eau se déversant à l’exutoire d’un système, favorisant ainsi le risque d’inondations et d’embâcles.

Les récentes observations et modélisations prédisent une augmentation du nombre d’évènements de pluie sur neige dans de nombreuses régions froides à travers le globe. Ces événements provoquent une augmentation de l’intensité et du nombre d’embâcles et d’inondations hivernales. Afin de mieux prévoir les conséquences hydrologiques de l’augmentation des phénomènes de pluie sur neige, il est nécessaire de mieux comprendre les processus et les paramètres qui influencent la libération de l’eau liquide retenue dans le pack de neige. Basé sur les mesures effectuées durant l’hiver 2020-2021 au bassin versant expérimental de Sainte-Marthe, l’objectif de cette étude est de développer une approche multiméthode permettant de mesurer les propriétés internes du pack de neige.

Les mesures fournies par la station météorologique du bassin versant expérimental de Sainte- Marthe ont permis d’identifier la période d’ablation de l’hiver, ainsi que les évènements de pluie sur neige, et enfin, de valider les observations fournies par les autres méthodes de mesures. De plus, l’utilisation de photogrammétrie par drone a permis de déterminer les hauteurs de neige sur toute la surface d’étude sur une base hebdomadaire. Combiné aux mesures géoradar (GPR) réalisées chaque semaine à l’aide de drone, ces mesures ont permis de faire un suivi de l’humidité du couvert neigeux. Chacune des prises de mesures durant la période d’ablation du couvert neigeux a permis de créer des cartes d’humidité du pack de neige de la station principale du bassin versant. Pour compléter ces mesures hebdomadaires, la disposition d’appareils mesurant la réflectométrie temporelle (TDR) a permis d’interpréter les mouvements d’eau intra-pack. L’évolution des conditions du pack de neige constatée à l’aide des mesures dronoportées peut être interprété grâce aux suivis TDR réalisés en plusieurs points durant cette même période. Finalement, des mesures manuelles ont été effectuées pour valider les différentes mesures et interprétations permises par les autres méthodes.

L’hiver 2020-2021 a montré l’intérêt et le potentiel de cette approche multiméthode. L’utilisation de GPR dronoporté a permis de montrer l’évolution des propriétés hydrologiques du pack de neige durant la saison d’hiver. De plus, l’ajout du suivi de l’humidité du pack de neige à l’aide de TDR semble parfaitement complémentaire aux observations fournies par drones.


identifier: Moncorgé, Agathe  (2022). Segmentation et identification des vertèbres sur des radiographies frontales de rachis par méthodes d’apprentissage profond.  Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
réseau neuronal convolutif
segmentation d’instance
vertèbres
radiographie

abstract:
Les outils d’extraction de paramètres cliniques et de reconstruction 3D du rachis à partir de radiographies aident les cliniciens dans le diagnostic et le traitement des patients atteints de scolioses. L’entreprise EOS Imaging cherche à automatiser ces applications afin de mieux les intégrer en routine clinique. La segmentation et l’identification des vertèbres sur les radiographies sont deux étapes fondamentales et cruciales dans les processus d’extraction de paramètres cliniques et de reconstruction 3D du rachis. De ce fait, l’automatisation de ces étapes relativement complexes nécessite une attention particulière.

L’objectif principal de ce projet est de proposer une méthode automatique de segmentation et de labellisation individuelle des vertèbres à partir des radiographies EOS frontales de rachis atteints de scoliose idiopathique de l’adolescent (SIA). Le projet se tourne vers les méthodes d’apprentissage profond, spécifiquement les réseaux de neurones convolutifs (CNN).

Une base de données de 767 images radiographiques frontales de patients atteints de SIA est utilisée. Un soin particulier est apporté au choix des métriques d’évaluation afin que ces dernières reflètent bien les capacités des CNNs à produire des résultats utilisables dans un contexte clinique. Une étude comparative des CNNs de segmentation d’instance DetectoRS, RetinaMask, MS R-CNN et YOLACT est réalisée. DetectoRS est significativement meilleur que les trois autres CNNs sur la métrique de taux d’identification la plus contraignante.

La méthode proposée s’appelle V-DetectoRS. Le CNN V-DetectoRS est construit à partir de DetectoRS et intègre deux stratégies d’ajustement basées sur le respect de la structure anatomique du rachis. Un post-traitement ainsi qu’un terme de pénalité intégré à la fonction de perte en régression de DetectoRS sont mis en place. Ils assurent tous les deux le respect des distances intervertébrales. Les performances atteintes par V-DetectoRS surpassent celles de DetectoRS sur toutes les métriques d’évaluation. Les performances obtenues avec VDetectoRS sont similaires à celles des méthodes de la revue de littérature. V-DetectoRS atteint un coefficient de Dice moyen de 87,84%. En considérant qu’une vertèbre est bien identifiée lorsqu’elle montre un coefficient de Dice de 75%, 86,21% des images testées ont été traitées avec succès par V-DetectoRS.

Dans le futur, V-DetectoRS pourrait être intégré à des applications de reconstruction 3D de rachis ou d’extraction de paramètres cliniques afin de participer à leur automatisation.


identifier: Tchougourou, Djagbo Hermann  (2022). Contribution à l’optimisation de la gestion intégrée des infrastructures urbaines.  Thèse de doctorat électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
optimisation
gestion intégrée
réseau d’eau potable
égout
chaussée

abstract:
Cette thèse consiste à mettre en place de nouvelles grilles et méthodologies d’évaluation des conduites d’eau potable et d’égouts en vue d’identifier de façon optimale, rentable et durable leurs besoins et priorités d’interventions, ainsi que les opportunités de coordination efficace des interventions entre toutes les infrastructures municipales linéaires d’une même tranchée, en l’occurrence les conduites d’eau potable, les conduites d’égouts et les chaussées.

Pour optimiser les décisions de renouvellement des conduites d’eau potable, nous avons développé une nouvelle approche qui intègre une procédure dynamique d’établissement des durées de vie des conduites, l’impact spatio-temporel des bris précédents sur les dégradations futures et les résultats de l’analyse comparative des performances de divers indicateurs d’état. La nouvelle approche méthodologique proposée, s’appuie sur les données récoltées sur un linéaire approximatif de 6 000 kilomètres de conduites d’eau potable, en particulier la bonne corrélation spatiale et temporelle détectée entre les bris successifs sur une conduite ainsi que les écarts observés entre les durées de vies réelles établies avec la méthode dynamique proposée et les durées de vie théoriques énoncées dans la littérature. La nouvelle approche a été validée à travers une étude de cas. Les résultats ont été concluants et démontrent que les interventions issues de l’approche proposée sont plus optimales que celles provenant des autres approches utilisées à titre comparatif dans l’étude de cas.

Quant aux conduites d’égouts, nous avons combiné la méthodologie du MAMH avec celle du WRc afin d’établir une nouvelle grille d’évaluation d’état, basée sur une approche plus efficace et proactive. L’approche proposée intègre les indicateurs structuraux, hydrauliques ou fonctionnels ainsi que les facteurs aggravants reliés aux conditions internes et externes de la conduite. La faisabilité et l’intérêt de la nouvelle méthode d’évaluation proposée a pu être validée à travers une étude de cas réalisée sur des secteurs d’égouts de la Ville de Montréal. Les résultats montrent l’énorme potentiel de cette méthode à mieux modéliser la réalité des conduites d’égouts quant à leur état et à leur vulnérabilité, en tenant compte des facteurs internes et externes influençant leur comportement et dégradation temporelle.

L’élaboration de règles et critères à la fois simples et efficaces, encadrant la coordination des interventions sur les réseaux d’eau potable, d’égouts et de voirie a été réalisée avec une méthode d’analyse comparative des avantages coûts-bénéfices liés à divers scénarios d’interventions intégrées et non-intégrées. Les résultats émanant de cette analyse comparative de rentabilité, ont permis de proposer dans cette thèse, un cadre rigoureux, objectif et réaliste destiné à supporter les gestionnaires d’infrastructures et surtout à les éclairer sur les meilleures opportunités de coordination des travaux, le tout dépendant de l’état de chacune des infrastructures de la tranchée, au moment de l’évaluation.


identifier: Berthiaume, David  (2022). Highly linear RF amplifying transmitarray unit-cell with varactor-based reconfigurable phase and amplitude.  Thèse de doctorat électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject: ajustable

subject: amplitude

subject: cellule d’une matrice

subject: contrôlable

subject: déphaseur de type réflexion (RTPS)

subject: diode

subject: distorsion

subject: distorsion d’intermodulation (IMD)

subject: fréquences multiples (multi-tone)

subject: linéarité

subject: matrice d’antenne à alimentation spatiale

subject: matrice d’antenne en transmission

subject: parasite

subject: phase

subject: perte d’insertion (IL)

subject: rapport de puissance de canal adjacent (ACPR)

subject: reconfigurable

subject: technique de linéarisation

subject: varacteur

abstract:
This research proposes a novel reconfigurable transmitarray (RTA) RF unit-cell including varactor-based magnitude and phase control capabilities and an amplifying function while delivering highly linear RF signals at transmitters’ power levels. Moreover, the DC current consumption and the components count are minimized for maximum energy efficiency and maximum reliability. These novel features are made possible by proposing solutions to improve the performances of the key circuit blocks and networks involved in this RTA unitcell. These key circuit blocks are a varactor-based tunable impedance network (TIN) enabling the reconfiguration capabilities within both the following networks: a network controlling the phase and a network including a control of the magnitude and an amplification function.

The proposed TIN in this work consists of a novel varactor-based circuit technique with improved linearity in the presence of parasitic capacitances and parasitic inductances. The mechanism causing linearity degradation in an anti-series varactor network that includes significant parasitic elements – a key aspect that, to our knowledge, has never been reported – is first studied using an analytical approach based on a multi-tone excitation. It is demonstrated analytically that simply optimizing the ratio of diode sizes is insufficient to circumvent this linearity degradation. The underlying linearity degradation concept serves as the basis for introducing a modified anti-series controllable capacitance (i.e., the proposed TIN) generating minimum distortions in the presence of parasitics.

In the proposed RTA unit-cell, the network controlling the phase is a low-loss 360° varactorbased reflection-type phase shifter (V-B RTPS) network with improved linearity performances over the state-of-the-art when considering power, insertion loss (IL), frequency, and relative phase shift (Δϕ) range. The other reconfigurable network involved in the proposed RTA unitcell is a single-stage GaN RF amplifier including mechanisms to tune the gain over a wide range.

Measured performances on both fabricated RF controllable networks and on a prototype RTA unit-cell at a carrier frequency of 3.6GHz demonstrate a relative phase shift up to 360°, a magnitude variation up to 10dB, and a delivered highly linear output power level ranging from 14.1dBm to 19.1dBm in response to a multi-tone excitation. Hence, the proposed amplifying RTA unit-cell and its controllable networks with such reconfiguration capabilities while achieving highly linear performances at transmitter-like power levels constitute a significant improvement with respect to the state-of-the-art in the fields of TINs, phase-shifters, and RTAs.

In addition to improving the state-of-the-art by achieving unequaled performances, this RTA unit-cell provides many opportunities for new system-level functionalities. This is supported by measured-performance -based analyzes on RTA antenna systems. These analyses reveal that our proposed RTA unit-cell has the potential of 1) significantly enhancing the linearity performances at large power levels, in contrast with most reported varactor-based solutions limited to low-power applications, 2) compensating the insertion loss variation (ΔIL) of the phase shifter for a better quality of the scattered field, 3) significantly improving the antenna efficiency of a planar aperture, an aspect that was never demonstrated based on measured performances, and 4) reducing the negative impact of all the losses located upstream these RF amplifiers on the global system energy efficiency, an aspect that is not considered in most reported RTA systems, even for RTA systems employing amplifying functions.


identifier: Berghout, Oualid  (2022). Optimisation de la conception d’un bâtiment résidentiel afin de réduire sa consommation énergétique.  Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
conception
énergie
climat
stratégies
passif
isolation en béton de chanvre
ventilation passive
action de cheminée
effet combustible
bâtiment

abstract:
Les préoccupations actuelles du monde en général et du Canada et de l’Algérie en particulier, portent sur la nécessité de réduire les consommations énergétiques dans l’industrie de la construction, plus précisément dans le secteur résidentiel. À cet effet, la réalisation des conceptions de bâtiments plus économes en énergie est de plus en plus nécessaire.

L’objectif de ce travail est d’étudier les performances énergétiques de deux systèmes passifs intégrés dans la conception de bâtiments résidentiels situés dans la ville de Terrebonne, au Canada et à Batna, en Algérie. Ces deux villes sont caractérisées par deux climats contrastés : le premier est de type froid, le deuxième est semi-aride. Ces systèmes sont : une enveloppe de bâtiment contenant une isolation en béton de chanvre et une stratégie de ventilation passive (mezzanine et cheminées d’aération) par action de cheminée. Afin d’étudier le comportement énergétique de chacun des systèmes seuls ainsi que celui de leur combinaison, cinq configurations pour chaque ville ont été considérées en plus d’une configuration STANDARD, ne comportant aucun système passif et constitué de matériaux de construction communément utilisés dans les deux pays. Les simulations sont réalisées à l’aide du logiciel EnergyPlus™ sur une année typique sous les conditions climatiques de la ville de Terrebonne et de Batna.

Les résultats montrent que ces systèmes passifs ont un effet positif sur le bilan énergétique global à travers une judicieuse combinaison. Les simulations réalisées pour la ville de Batna se sont traduites par une réduction de l’ordre de 24 % de la charge énergétique totale annuelle. Cependant, les simulations réalisées pour la ville de Terrebonne se sont traduites par des résultats identiques à la charge annuelle totale du bâtiment standard. Cette différence par rapport à la ville de Batna s’explique notamment par l’impact mitigé de la stratégie de ventilation passive surtout dans un contexte de climat froid.

En conclusion, cette recherche introduit les conditions de faisabilité d’intégrer le béton de chanvre et les systèmes de ventilation passifs dans les bâtiments résidentiels en tant que stratégie de réduction de la consommation énergétique. Et ceci pour le cas du Canada et de l’Algérie.

Les résultats obtenus dans cette recherche pour le béton de chanvre sont confirmés par l’étude de Melle Aguérata Kabore (2020).


identifier: Fallahfard, Alireza  (2022). Mathematical model to predict the solid airborne particles concentration in occupational settings.  Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

abstract:
In the workplace, the contaminant exposure to airborne hazards should be evaluated due to health and safety issues. It can be done numerically or experimentally, but the numerical approach can be useful when challenging to perform experiments. The well-mixed room (WMR) model is a simple model that can predict the exposure levels to gaseous contaminants, but its use for aerosols is questionable since it omits important phenomena such as particle deposition to solid surfaces. The main objective of this master’s thesis was to determine whether or not the deposition of airborne particles is significant inside a small chamber.

To reach this objective, the standard WMR model has been modified to consider the deposition of particles by gravitational settling and Brownian and turbulent deposition. Three deposition models were also implemented in the model. The time-dependent concentrations of airborne particles were compared to experimental results. Experiments were conducted in a 0.512 m3 chamber with polystyrene particles of 1, 2, and 3 μm in diameter and two ventilation air change rates (1.4 and 3.0).

The numerical results showed that the average difference between the predicted deposition rate by the three models was less than 2%. The experimental and numerical results were compared for a particle emission period and a period without particle emission (decay period). In the emission period, the numerical results closely follow the experimental data. However, the modified WMR model overestimate significantly the experimental results in the decay period. This finding is due to an underestimation of the deposition rate in the model. According to our experimental parameters, the particle deposition is significant, but the deposition mechanisms that were considered in the model were not sufficient to predict deposition rates. The role of other removal mechanisms should be investigated.


identifier: Ayed, Mohamed Ali  (2022). Apprentissage fédéré pour la détection des intrusions.  Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
apprentissage fédéré
IDS

abstract:
Avec la croissance rapide des technologies de l’information, en particulier des formes de communication et des médias sociaux, un nombre toujours croissant d’inventions sont interconnectées à davantage d’appareils, ce qui peut conduire à la divulgation d’informations précieuses. Par conséquent, toute personne utilisant un appareil associé à Internet est vulnérable face aux dangers que représentent les prédateurs en ligne. Les problèmes de cybersécurité constituent un combat quotidien face à l’apparition d’attaques toujours plus agressives et brutales. De nombreux appareils ont du mal à programmer les mises à jour automatiques; ils manquent de réactivité comme le recours aux systèmes de détection d’intrusion (IDS) pour déceler toute vulnérabilité. Par conséquent, une nouvelle approche de détection d’intrusion s’impose comme un réel besoin en matière de cybersécurité permettant également d’appréhender les attaques cybernétiques sophistiquées les moins prédictibles.

Mon mémoire s’intéresse à ce domaine. En effet, il porte sur une forte implication des techniques modernes de l’intelligence artificielle pour la détection d’intrusions et plus précisément la classification des attaques réseau. Ainsi, ce rapport fournit des réalisations dont le but est de procurer de nouvelles alternatives en matière de détection d’attaques grâce à l’apprentissage fédéré qui va permettre de préserver les informations sensibles des utilisateurs. Les objectifs de ce mémoire sont de rechercher, collecter des jeux de données, préparer des données, modéliser et évaluer des modèles fédérés pour la détection d’intrusions réseau.

Nous avons réussi à implémenter l’apprentissage fédéré avec deux types de classifications. Une classification binaire utilisant un modèle réseau neuronal convolutif fédéré sur le jeu de données IDS2017 et deux classifications multi-classe avec un perceptron multicouche fédéré sur le jeu de données IDS2018. Pour ces deux types de classifications, quatre stratégies du choix du client ont été utilisé. Tous les clients sont sélectionnés, les clients sont choisis au hasard, sélection en fonction des types d’attaques ou en fonction des systèmes d’exploitation pendant un tour.

les résultats obtenus pour la classification binaire avec les quatre stratégies ont bien fonctionné avec une précision allant de 87% jusqu’à 93% pour la stratégie où tous les clients sont sélectionnés et en fonction des types d’attaques . Pour la classification multi-classe le meilleur résultat obtenu est avec la sélection de tous les clients avec une précision de 90%.

Cela montre même dans un environnement réel où des machines qui tombent en panne ou des coupures de courant peuvent survenir, l’apprentissage fédéré reste efficace et robuste dans ces situations.


identifier: Homayounfard, Haniyeh  (2022). Exploring the challenges of implementing risk management maturity models for megaprojects: a study of the aerospace industry in Canada.  Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
gestion des risques
mégaprojets
maturité
la maturité de la gestion des risques

abstract:
The inherent complexity of control and evaluation of the risk management processes in megaprojects across sectors can be a major challenge with the potential to result in project failure and impairment. Thus, there is a need for a measurable progressive and effective approach for risk management processes, which deal with megaprojects complexity and unique characteristics. In particular, risk management maturity models enable firms to understand and identify potential challenges and opportunities that arise in megaprojects concerning risk management processes. Doing so enables firms to properly manage risks and unforeseen issues in megaprojects. Risk management maturity models can also lead to success by managing the complexity and challenges of risks in product development and high-tech engineering projects such as aerospace. Although prior literature has identified and supported best practices for risk management maturity, their reliability is not always supported empirically. In fact, extant literature has not explored different challenges, opportunities, and potential solutions that can drive risk management maturity models, particularly megaprojects in the aerospace industry. Thus, several gaps remain in the literature.

First, there remains difficulty assessing the risk management processes, interpreting the results, and identifying the right set of challenges that can affect the success of risk management in megaprojects. Second, managers who aim to implement the risk management processes, often fail to identify and benefit from risk management maturity models because they are unfamiliar with the benefits of such models. It is essential for project leaders to identify the challenges, and potential solutions, of risk management maturity besides the other factors such as schedules, costs, and deadlines by implementing comprehensive strategies, networking, and having a broad vision of risk management maturity models, particularly for those in megaprojects.

Therefore, this study aims to investigate key barriers, challenges, and potential solutions that need to be considered to effectively implement the risk management maturity models for megaprojects in the aerospace industry. It answers the following research question: What are the challenges and solutions that impact the implementation of risk management maturity models for megaprojects in the aerospace industry? The research follows an inductive research approach and benefits from semi-structured interviews alongside secondary sources of data. It identifies seven key challenges, which, can be potential areas for improvement if managed properly. These include systematic assessment model for risk management processes, safety depth of project design and planning, level of communications, lessons learned, degree of knowledge and expertise, organizational capability, and supplier analysis. The current study also provides discussion by comparing its findings back to the relevant literature while discussing similarities and differences. It then discusses the implications and contributions of this research for its extant literature. It also discusses new theoretical insights that have been generated through this study. By the end, managerial implications for managers and policymakers are highlighted. Personal reflections on limitations of the scope and quality of the analysis undertaken are presented. Finally, recommendations and directions for future research are offered.


identifier: Pérez Arana, Arlen  (2022). Automatic evaluation of Alzheimer’s disease, a multimodal analysis of spontaneous conversations.  Thèse de doctorat électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
classification automatique
conversations naturelles
expressions faciales
phonétique
silences
maladie d'Alzheimer (MA)
analyse multimodale

abstract:
Alzheimer’s disease (AD) patients present verbal and nonverbal communication difficulties, which has led to growing interest in the role nonverbal communication plays in the lives of people with dementia (Rousseaux et al., 2010). It is estimated that 55-97% of the message communicated in adult interaction consists of nonverbal behavior ((Gross, 1990), (Hargie et al., 1981)), which includes body movement, facial expressions (FE), touch, physical appearance, personal space, and vocal communication features such as pitch, intonation, and speech rate.

As a result of the above, there are some studies related to Alzheimer’s Disease (AD), where verbal and nonverbal communication has been studied, some examples are eye movements, facial expressions, speech rate, vocal communication, and sentiment analysis during performing some tasks. According to these studies, facial expressions and acoustic features of AD patients could suggest certain characteristics in early stages of AD that can be automatically analyzed.

In this thesis, we introduce a method to automatically analyze and evaluate the correlation between verbal and nonverbal and AD during video recorded natural conversations. Our objective is to automatically classify AD subjects or Healthy Controls (HC) through facial expressions features.

We analyze 23 conversations, with an average duration of 16 minutes. For the purpose of the facial analysis, we tracked 3 groups of features: eye gaze and landmarks, face landmarks, and Facial Action Units (FAU). Additionally, for the purpose of the verbal, analysis we obtained 2 groups of features: silences and phonetic features (13 Mel-Frequency Cepstral Coefficients (MFCC) features).

In general, we used four classifiers to discern between AD and HC: Random Forest Classifier (RFC), K Nearest Neighbor (KNN), Support Vector Machines (SVM), and Naïve Bayes (NB).

Regarding the analysis with the silences and phonetic features, the best performance obtained was 81% accuracy and 91% of sensitivity-specificity rate ‘Receiver Operating Characteristic’ (ROC) curve. Likewise, the multimodal analysis showed 90% accuracy and 93% ROC curve. These results were obtained with the KNN classifier trained with all the features (verbal and nonverbal).

Notably, the RFC showed the best performance in all the experiments performed in this study, training the algorithm exclusively using facial expressions and gaze features, we obtained a 93% accuracy and 98% ROC. The classification accuracy for the KNN classifier was 91%, the sensitivity-specificity was 97.7%, trained with facial landmarks as features. These results present a better performance trained with facial landmarks in comparison with training the classifier with all the features.

In conclusion, facial expressions and phonetic features while speaking could provide signs of AD in early stages.

In this work, we presented a methodology for discriminating between AD and HC. The principal objective while using this method is to use a non-invasive way to analyze and do classification through recording natural conversations. Consequently, we can provide clinicians a non-invasive and automatic tool for the early detection of signs of AD.


identifier: Do, Thanh Trung  (2021). Dynamic modeling and modal analysis of multiple degrees of freedom robot manipulators with flexible joints.  Thèse de doctorat électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
robot à joint flexible
linéarisation
analyse modale
identification
dynamique inverse
différenciation symbolique

abstract:
Thanks to of their production flexibility and safety in human interactions, robots with rigid links and flexible (elastic) joints have recently received the attention from researchers and application engineers. In the past, the elasticity of the joints was often neglected due to the complexity of the robot dynamic models. In addition, the limitations in the ability to measure and calculate the dynamics led to the robot model with rigid joints being often used for simulation and control purposes. However, this approach can lead to the robot instability during its functioning.

The first objective of this research is to develop relevant mathematical models for flexible joint robots in order to simulate and predict their dynamic behavior. In addition to experimental methods such as modal analysis, we established an analytical model to compute the natural frequencies and damping ratios for arbitrary robot configurations. We showed that the proposed model could consider the effect of gravity and the parameters of the robot’s controller.

The second objective is to contribute an optimization procedure to identify the stiffness and damping parameters of joints in which the incomplete modal information is assumed to be measured in several robot configurations. For flexible joint robots, these parameters are essential to understanding their dynamic behavior. We showed that the proposed procedure could identify unknown parameters, even when the damping ratios are estimated with deviations.

The last objective is to propose an efficient algorithm to solve the inverse dynamics problem in real-time applications. The output of this algorithm, including a list of mathematical expressions written in optimized C/Matlab code, can be used in the design of advanced model-based control laws. We demonstrated that our algorithm can be used to control flexible joint robots with the feedforward control laws.


identifier: Tibamoso Pedraza, Gerardo  (2022). Guidance in the hybrid cardiovascular procedure for ventricular septal defect closure.  Thèse de doctorat électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject: les communications interventriculaires

subject: échocardiographie

subject: procédure hybride de fermeture des communications interventriculaires

subject: fantômes cardiaques

subject: système de mesure électromagnétique

subject: guidage de navigation

subject: simulation

subject: cardiologie

subject: cardiopathie congénitale

subject: filtrage de particules

subject: suivi du mouvement

subject: imagerie diagnostique

abstract:
Ventricular septal defects (VSDs) are holes between ventricular cavities that disturb the normal blood oxygenation process. VSDs are common congenital heart malformations that usually close by themselves; however, large VSDs require surgical treatment. A hybrid procedure aims to implant occluders to close VSDs during beating heart, being less invasive than the most common open heart surgery. The procedure is monitored with transesopageal echocardiography (TEE). TEE supplies images at high frame rates in real time; nevertheless, TEE provides a limited field of view that hinders maneuvering of surgical instruments inside the heart. Therefore, high experience is required to interpret the TEE images and to maneuver the surgical instruments. However, medical simulators for training in the hybrid procedure are limited; hence, practicing directly on patients could remain as the only alternative.

The main goal of this thesis was to provide solutions to the problem of navigation guidance in the hybrid procedure to close VSDs. Those solutions are our three contributions that include: first, a method to design heart phantoms with VSDs for ultrasound imaging; second, a navigation guidance method to access VSDs for occluders implantation; and third, a cardiac motion tracking in ultrasound images of the heart with VSDs.

Our first contribution tackled the problem of a lack of heart models for experimentation. To solve this problem, we developed a method to built heart phantoms with VSDs for palpation, puncture, and ultrasound image acquisition. We relied on diagnostic images from retrospective cases to accurately represent the cardiac anatomy of pediatric patients with VSDs. We made heart phantoms in two materials: silicone and polyvinyl alcohol cryogel (PVA-C); we found that PVA-C had the best echogenicity, which was important for VSD characterization in echocardiography. We believe that this contribution provides additional tools to master the exploration of VSDs for the hybrid procedure.

Our second contribution tackled the problem of the limited field of view of TEE for guidance in the hybrid procedure. For the procedure’s guidance, we introduced a three-dimensional (3-D) virtual model of the patient’s heart and an electromagnetic measurement system (EMS) to track the surgical instruments. We validated a landmark registration method including heart phantoms, virtual heart models and the EMS in an experimental setup that we developed to simulate the hybrid procedure. A group of cardiologists performed the hybrid procedure on the heart phantoms, maneuvering the surgical instruments following the information provided by the virtual hearts. We found that the virtual heart models provided accurate information for guidance to access VSDs. We believe that this contribution is a successful proof of concept of a system that could provide guidance in a hybrid procedure, complementing TEE, to safely access VSDs.

Up to this point, we provide guidance information in a static heart. In a real case, however, the heart beats. Therefore, our third contribution tackled the problem to track the heart motion in ultrasound images with the potential application to synchronize the guidance information (second contribution) with the cardiac cycle. We proposed a method based on particle filtering to predict the heart motion considering geometric parameters and intensity values of the ventricular cavities in TEE images. We found that the method was robust to blurry boundaries and missing information. We believe that automation of the heart tracking can potentially facilitate guidance in the hybrid procedure.


identifier: Thibault, Pierre-Marc  (2022). Identification des dialectes arabes avec la sélection dynamique de classifieurs.  Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject: arabic-dialect-identification deep-metric-learning transfer-learning dynamic-selection classification

abstract:
Ce mémoire concerne la tâche de l’identification de dialectes arabes encore irrésolue en raison de la similarité élevée entre ces dialectes. On mène les expériences sur un petit et un gros corpus.

La principale nouveauté du mémoire est l’utilisation de la sélection dynamique qui n’a jamais servie à identifier des langues à notre connaissance. La sélection dynamique permet de choisir un ou plusieurs classificateurs pour chaque observation à classifier. On veut connaître son potentiel pour la tâche présente. Ce mémoire propose aussi d’améliorer les résultats de deux façons. D’abord, on utilise l’apprentissage par transfert pour améliorer les résultats du petit corpus à l’aide du gros. Ensuite, on utilise l’apprentissage de métriques profond en changeant la fonction de coût traditionnel softmax par des triplets, car on pense que cela aura un impact positif sur la sélection dynamique.

Les résultats ont montré que la sélection dynamique a du potentiel pour cette tâche même si on l’a sous-exploitée, car on a obtenu des résultats comparables à ceux des meilleures équipes ayant travaillé sur ces corpus. Des futurs travaux devront trouver une métrique de distance adaptée au problème et rendre les classificateurs plus diversifiés. On a aussi noté que l’apprentissage par transfert a beaucoup contribué à l’amélioration du petit corpus alors qu’on a des résultats mitigés avec l’apprentissage de métriques profond.


identifier: El Aouni, Wassil  (2022). Implémentation en temps réel d’un algorithme de linéarisation exacte entrée-état et prédictif pour la commande robuste de la tension de sortie d’un convertisseur CC-CC survolteur.  Thèse de doctorat électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
implémentation en temps réel
Commande prédictive
commande non-linéaire
commande linéarisante entrée-état

abstract: L’utilisation des convertisseurs CC-CC survolteurs a augmenté significativement grâce à leur implémentation comme interfaces de puissance dans les microréseaux , les réseaux intelligents (RI) ainsi que dans les véhicules électriques. Les convertisseurs survolteurs adaptent la tension ou le courant de la source d’entrée aux spécifications de la charge à l’aide d’un algorithme de commande approprié qui est linéaire dans la majorité des cas. Toutefois, les algorithmes linéaires garantissent la stabilité et la satisfaction des performances souhaitées seulement autour d’un voisinage relativement restreint du point d’équilibre. La commande prédictive (MPC) des convertisseurs survolteurs a été proposée pour améliorer les performances du convertisseur et pour agrandir sa zone de fonctionnement. Toutefois, le MPC a été basée généralement sur le modèle linéaire approximé du convertisseur ce qui a contribué à une région d’opération relativement limitée. Ce travail, propose un algorithme MPC basé sur un modèle de convertisseur linéarisé d’une manière exacte. Le modèle du convertisseur est linéarisé selon une commande linéarisante entrée-état exacte (ILC) . Selon le meilleur de notre connaissance, ce serait le premier travail à présenter une implémentation en temps réel de la linéarisation exacte entrée-état associée à une commande prédictive MPC dans le contexte de la commande d’un convertisseur CC-CC survolteur. L’objectif de la linéarisation exacte est de continuer d’utiliser le même MPC linéaire à complexité réduite, tout en permettant l’extension de la zone de fonctionnement du convertisseur quand on le compare avec la commande linéaire classique. Les résultats de simulation et expérimentaux montrent que les performances statiques et dynamiques de la commande proposée sont de loin meilleures que celles de la commande linéaire standard.


identifier: Brignol, Arnaud  (2022). Modélisation robuste de la texture et de la déformation de structures anatomiques par projections iconiques dans des images échographiques.  Thèse de doctorat électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
ultrason
modélisation d’image
modélisation de mouvement
segmentation automatique
déformation des tissus

abstract:
L’imagerie échographique est de plus en plus utilisée en raison de son faible coût, de sa nature non irradiante et de sa portabilité. En effet, les ondes ultrasonores émises par la sonde échographique lors de l’acquisition d’images ne sont pas nocives pour la santé du patient. La difficulté majeure de l’échographie réside dans le fait que les images présentent généralement un faible rapport signal/bruit, un faible contraste et des limites floues. La plupart des méthodes existantes se basent essentiellement sur l’intensité des pixels pour repérer les structures anatomiques d’intérêt. Malheureusement, la qualité variable des échographies peut diminuer la performance de ces dernières de façon significative.

Afin d’exploiter le potentiel de l’échographie, il est nécessaire d’utiliser des méthodes robustes qui prennent spécifiquement en compte ces défis. L’objectif de cette thèse est le développement de méthodes robustes pour la modélisation du contenu d’une image et d’une séquence d’images dans le contexte de l’échographie. Pour ce faire, une approche basée sur l’extraction d’attributs par projections iconiques horizontale et verticale des images pour l’analyse statique et dynamique des échographies a été développée. Ainsi, cette thèse a donné lieu à trois contributions.

D’abord, une méthode d’extraction automatique des repères vertébraux à partir d’échographies dans le plan transverse a été développée. En se basant sur les projections horizontale et verticale redressées de l’image, des connaissances a priori sur les vertèbres sont combinées avec le nouveau concept de frontière moyenne pour extraire les repères de manière entièrement reproductible. L’approche proposée localise avec succès le processus épineux et les lames pour un cadavre de porc et des sujets sains humains à condition que les repères soient visibles sur l’image.

Ensuite, un indice global pour l’analyse de la déformation des tissus a été proposé. Il représente un moyen prometteur d’évaluer la déformation des tissus sans corrélation ni suivi de repères. Il est ainsi possible d’évaluer la déformation entre deux images même si elles sont fortement décorrélées tant que la structure d’intérêt reste visible. Les résultats montrent que l’indice est robuste et fortement corrélé avec l’amplitude de la déformation réelle pour des échocardiographies simulées (cas sain et pathologiques) et ex vivo sur de la viande crue.

Enfin, une méthode d’analyse locale de la déformation des tissus a été développée comme une généralisation 2D dense et locale de l’indice. Pour ce faire, les projections horizontale et verticale sont considérées tout en s’inspirant de la méthode du comptage de boîtes typiquement utilisée pour estimer la dimension fractale. Cela permet d’obtenir un maillage de façon non supervisée qui se déforme comme le tissu d’intérêt. Les résultats obtenus indiquent que la méthode segmente le coeur de façon reproductible et suit avec précision et robustesse le diaphragme dans le temps.

En conclusion, ce projet offre un nouveau paradigme basé sur les projections iconiques des images pour modéliser de façon robuste l’information pertinente contenue dans les échographies. Bien que cette approche ait été développée avec les défis de l’échographie en tête, son potentiel est applicable aux images en général indépendamment de la modalité d’acquisition.


identifier: Nguyen, Duong Tuan  (2022). Resource provisioning for inter-domain IoT services in edge-cloud SDN-based networks.  Thèse de doctorat électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject: service IdO

subject: SDN/NFV

subject: calcul périphérique

subject: placement et chaînage VNF

subject: placement du contrôleur SDN

subject: approximation de Markov

subject: optimisation de la file d’attente Lyapunov

subject: IMS

subject: WebRTC

abstract:
The introduction of IoT networks with a large number of devices and diversity of smart IoT applications aims to improve the quality of human life. The heterogeneity of control and communication technologies from device to device, the fluctuating workload and low latency requirements of IoT applications pose a great pressure onto core network resource that traditional networks’ solutions are insufficient to handle while there are still obstacles that must be overcome before novel paradigms like SDN/NFV, edge-cloud computing paradigm can advance to be widely deployed. In particular, SDN controllers will face resource scalable challenges to deal with numerous queries from SDN forwarding elements for appropriate forwarding actions for traffic flows of IoT services that they encounter. On the other hand, in edge-cloud architecture, it is important to define a strategy to optimally allocate the virtual resources either at remote clouds for computation-intensive tasks or close to end-users at edge cloud on equipment within their premises to reduce E2E service latency. No prior work has taken into account the problem of virtual resource placement and chaining for edge-cloud SDN-based networks. Thus, the goal of this dissertation is to design efficient computing and networking resource placement and chaining strategy over both SDN control and forwarding planes. We present an E2E latency model for interworking services deployed over multiple domains that minimizes the total cost of resource usage and service operations while meeting QoS and QoE requirements as well as maintaining the system’s queue stability given dynamic service demand.

In order to meet this goal, three key problems are to be addressed in our framework and are summarized as follows: i) how to optimize VNF resource placement and chaining in edge-cloud networks? ii) how to model and optimize resource placement and chaining solution in a heterogeneous network with a large number of nodes operated by SDN? iii) how to improve the QoS in terms of E2E service latency for multi-domain interworking services according to the availability of physical resources?

Our first contribution is to model the VNF placement and chaining problem regarding aggregated input traffic from IoT devices. The E2E latency of service chains, the links connecting clouds, IoT gateways, and edges. To solve the formulated non-convex optimization problem, we design a Markov approximation-based solution that adopts multistart and batching techniques (MBMAP) to solve the combinatorial optimization problem. Our solution runs distributedly and consequently accelerates convergent rate.

To address the second problem, we present a comprehensive model of resource allocation for both SDN controlling and forwarding planes and formulate it as a joint optimization problem. We adopt the Lyapunov queueing optimization framework to transform this long-term optimization problem into a series of real-time problems and employ the exponentiated gradient ascent method on the transformed problems to find a near-optimal solution. In addition, an implementation architecture for the orchestration of heterogeneous resource controllers is also designed.

Finally, to address the third problem, we present an NFV-based interworking architecture enabling multi-domain orchestration, i.e. IMS and WebRTC domains, and provide the message exchanges required for service chains. Our E2E service latency model represents the real-time resource allocation objective. A real-time algorithm based on the Markov approximation framework is designed to allocate VNF resources with optimal cost and minimize impact from QoS violation during scaling periods. Experimental results reveal that our algorithm effectively responds to fluctuating service demands with a service cost reduced by 19% with respect to QoS requirements.


identifier: Ehounou, Remi  (2022). A proposed framework for the analysis of the performance of newly proposed metaheuristics.  Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
métaheuristiques
optimisation mathématique
optimisation stochastique
cadre d’analyse

abstract:
Metaheuristics benchmarking plays a key role in developing new algorithms for optimization problems. However, a number of published studies criticize the lack of reliable and repeatable experimentation in the analysis of many newly proposed metaheuristics. The enhancement of an analysis framework is studied and implemented as an adequate response to this issue.

This research presents a framework for the design and analysis of the performance of newly proposed metaheuristic algorithms named Metaheuristics Design and Analysis Framework (MDAF). The importance of well-constructed and controlled studies is recognized as a necessary step for the benchmarking results to be reliable and repeatable.

Methods such as the classification of problem instances into categories based on a representation calculated from the FLACCO (Feature-Based Landscape Analysis of Continuous and Constrained Optimization) library are discussed. The selection of benchmarking parameters, problem instances, and statistical methods are also presented.

It is observed from the analyses that the implementation of valid experimental methods is an effective strategy for Benchmarking the performance of optimization algorithms.


identifier: Abdul Rahman, Sawsan  (2022). Adaptive client selection and upgrade of resources for robust federated learning.  Thèse de doctorat électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
apprentissage fédéré
internet des objets
selection multicritère
optimisation à deux niveaux
allocation des ressources
kubernetes

abstract:
Driven by privacy concerns and the visions of Deep Learning, the last four years have witnessed a paradigm shift in the applicability mechanism of Machine Learning (ML). An emerging model, called Federated Learning (FL), is rising above both centralized systems and on-site analysis, to be a new fashioned design for ML implementation. It is a privacy preserving decentralized approach, which keeps raw data on devices and involves local ML training while eliminating data communication overhead. A federation of the learned and shared models is then performed on a central server to aggregate and share the built knowledge among participants.

Recently, many research interests have been drawn targeting different aspects in FL. However, the limitations while selecting the clients and reducing the communication costs still threaten FL performance and its applicability in real scenarios. From these premises, this dissertation fills the lacking of the existing research outcomes. Particularly, the contributions of this thesis are threefold: (1) a proof-of-concept to leverage FL for IoT security, where FL based scheme is proposed for IoT intrusion detection showing its outperformance across the centralized and on-device learning (2) multi-criteria client selection for optimal IoT FL, where the number of clients is maximized in each round and the clients resources are studied to predict those able to successfully complete the training task and (3) adaptive upgrade of client resources for improving the quality of FL model, where the contributions of the clients updates are measured and accordingly available resources are allocated among the clients to benefit from their high-quality data and to reach the target global model performance. The efficiency and robustness of the proposed approaches have been proved through various prototypes and thorough experiments.


identifier: Michaud, Olivier  (2022). Extraction automatique de contenu sur des forums hébergeant des communautés criminelles.  Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject: moissonnage du Web

subject: traitements automatique des langues naturelles

subject: annotation de séquences

subject: forums clandestins

abstract:
Autrefois isolé par les frontières géographiques, les communautés criminelles profitent de l’anonymat fourni par certains réseaux, tel le réseau TOR, faisant partie de l’Internet clandestin (Dark Web), afin de coopérer, vendre et partager leurs connaissances. Pour une organisation, analyser ces échanges sur les multiples forums présents sur ce réseau permet de détecter les tendances et ainsi prévenir de futures attaques. Par conséquent, ce mémoire propose une nouvelle approche afin de généraliser l’extraction des sujets de discussions et ses attributs (titre, auteur et date de publication). Celle-ci est portée par l’hypothèse qu’il est possible d’utiliser des outils provenant du traitement automatique des langues naturelles (TALN) afin de procéder à l’extraction de contenu sur le Web.

Afin de procéder à l’extraction des sujets de discussions, deux sous-objectif sont poursuivis. Le premier consiste à utiliser des outils d’annotation de séquences afin d’identifier les enregistrements et leurs attributs dans une page Web. Le deuxième est de procéder à l’extraction du contenu identifié. Pour y parvenir, une méthode est définie afin de transformer une page Web en une séquence composée de balises HTML et de texte. Il est alors possible de procéder à l’annotation de séquences sur celle-ci avec un modèle BiLSTM-CRF. La séquence est ensuite reconstruite en pageWeb afin de procéder à l’extraction des sujets de discussions. Pour ce faire, des algorithmes d’extraction ont été conçus, tirant avantage de la structure en graphe des pages HTML.

Suite aux expériences menées, qui consistaient à déterminer les meilleurs hyperparamètres et tailles de vocabulaire pour le modèle, il est possible de confirmer l’hypothèse de ce mémoire. En effet, les bons résultats sur le jeu de de tests de l’ensemble A (macro F1 de 99,5%), ainsi que les performances en contexte industriel, démontrent que la solution développée a su généraliser la structure des forums. Par conséquent, il est possible d’extraire des sujets de discussions sur de nouveaux forums qui n’ont pas été utilisés lors du processus d’entraînement du modèle.


identifier: Ketabi, Mohsen  (2022). Flexible humidity sensors based on aerosol printed green graphene inks.  Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
humidité
capteur
graphène
encre
imprimante aérosol
gélatine
triton X-100
tween-20
électronique imprimée

abstract:
In this study, fully flexible graphene-based humidity sensors were developed and investigated. First, three green graphene inks were formulated by direct liquid exfoliation (LPE) of graphite in water bonded biocompatible stabilizers (biopolymer); triton X-100, tween-20, and gelatin. Ultimately, green and eco-friendly graphene inks were formulated, which are clean of Volatile Organic Compounds (VOCs) and harmful compounds. The graphene inks (namely as GGe, GTr, and GTw) were prepared with optimized biopolymer concentrations of 0.1 mg.mL-1 of gelatin, 1 mg.mL-1 triton X-100, and 1.5 mg.mL-1 tween-20, respectively. The aerosol printed graphene films with 500 nm thickness revealed a sheet resistance (Rs) of 2.6 kΩ/□ for GTr, 5 kΩ/□ for GTw, and 14 kΩ/□ for GGe. The low Rs for GTr was assigned to better ink wettability and adhesion properties on top polyethylene terephthalate (PET) substrates. Therefore, it was chosen for the rest of the research to develop green graphene humidity sensors.

The GTr ink was later modified with various concentrations of gelatin to improve the sensor's mechanical strength and sensing performance for humidity detection. The final product, 1 mg.mL-1 gelatin-modified GTr ink (1Ge-GTr), was selected for the rest of the research. The 1Ge-GTr ink was printed on top of screen-printed carbon electrodes on PET substrate, resulting in a green and flexible graphene humidity sensor. The 1Ge-GTr showed a decent linear response in the relative humidity (RH) range of 30% RH–90% RH, good sensitivity of 0.55%/RH% at 25°C, ultrafast response time in a second, and good independence from temperature fluctuations ranging from 22°C to 70°C. Moreover, the sensor showed a high practical efficiency toward humidity detection, making the sensor a potential candidate for implementation in real-life Internet of Things (IoT) applications.


identifier: Moufakir, Tarik  (2022). Gestion des fonctions réseau et du trafic dans les réseaux virtualisés.  Thèse de doctorat électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject: réseaux définis par logiciel

subject: routage multi-domaine

subject: performance du réseau

subject: chaînes de fonctions de service en tant que service (SFCaaS)

subject: fonction de réseau virtuelle (VNF)

subject: chaîne de fonctions de service (SFC)

abstract:
La virtualisation des fonctions réseau (Network Function Virtualization - NFV) et la réseautique définie par logiciel (Software Defined Networking - SDN) sont deux nouveaux paradigmes qui ont été récemment introduits qui permettent de changer la façon avec laquelle les réseaux sont configurés et maintenus. NFV et SDN offrent plusieurs avantages, notamment la création et la reconfiguration dynamique des VNFs ainsi que le routage dynamique du trafic.

Dans ce contexte, nous nous intéressons, dans la première partie de cette thèse, à la possibilité d’offrir les chaînes de fonctions de service (Service Function Chain - SFC) en tant que service (SFCaaS) où une chaîne de service pourrait être proposée en tant que service à un tiers. Un SFC est composé d’un ensemble de fonctions de réseau virtuelles (Virtual Network Functions - VNFs) qui sont implémentées dans une machine virtuelle ou conteneur s’exécutant sur un serveur ou un équipement dédié et qui liés par des liens virtuels pour transporter le trafic. Ainsi, nous cherchons à résoudre le problème d’allocation de ressources aux SFCs dans l’infrastructure physique et le routage de leur trafic. Nous formulons donc le problème en tant qu’un programme linéaire en nombres entiers (Integer Linear Program - ILP) et proposons un algorithme heuristique visant à maximiser le revenu total du fournisseur de SFC en tenant compte du coût des instances, le coût d’exploitation opérationnelle, et le coût de synchronisation entre les instances VNF.

Dans la deuxième partie de cette thèse, nous nous intéressions à la gestion du trafic dans les réseaux multi-domaines où chaque domaine est administré et géré par un seul opérateur de réseau. Malheureusement, généralement, les opérateurs réseau ne collaborent pas pour prendre leurs décisions de routage et les performances globales du réseau multi-domaine. Motivés par la nécessité de résoudre ce problème, nous proposons un nouveau mécanisme de routage collaboratif multi-domaines capable de router efficacement les flux entrants à travers plusieurs domaines tout en garantissant leurs exigences de performance en termes de délai et de bande passante et en maximisant l’utilisation globale du réseau. Nous proposons donc un programme linéaire entier pour résoudre ce problème et développons un algorithme heuristique adapté aux grandes échelles. Les résultats des simulations montrent que le mécanisme proposé est capable d’optimiser considérablement l’utilisation du réseau et de maximiser le nombre de flux routés avec des performances garanties.


identifier: Khalilazar, Saeed  (2022). On the effect of data mining techniques on recommending source code changes.  Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject: changements du code source

subject: systèmes de recommandation

subject: forage de données

subject: historique des changements du code source

subject: Apriori

subject: FP-Growth

subject: Eclat

subject: ReLim

subject: étude empirique

abstract:
Past and recent research has leveraged data mining to build approaches and techniques that can guide developers during their source code changes. To the best of our knowledge, very few works have investigated advanced data mining techniques (e.g., FP-Growth, Relim, or Eclat, etc.) and--or compared their results with other algorithms or a baseline.

In this paper, we suggest an automatic approach to recommend source code changes using four data mining algorithms, Apriori, FP-Growth, Eclat and Relim. We consider Apriori, the widely-adopted data mining algorithm, as our baseline. We not only recommend source code changes using these four data mining algorithms, but we also provide an empirical evaluation of their performances using different configurations and explore how these different configurations affect the relevance of the produced recommendations.

Our empirical study involves seven open-source projects from which we have extracted source change history at the file level. We have compared the results in terms of precision, recall, and F-measure by considering as our baseline, the Apriori algorithm.

Our findings bring empirical evidence on the fact that although some advanced algorithms may, in some cases, perform better than basic algorithms such as Apriori, the results depend on the change history, type of applied data mining techniques, the nature and characteristics of the projects including total number of transactions. We believe the research community working in this area can leverage these findings when selecting data mining algorithms to build their recommenders for source code changes.


identifier: Mohtadi, Alireza  (2022). EdgeDAG: a latency-aware initial operator placement strategy for edge-based distributed stream processing applications.  Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
traitement en continu distribué
problème de placement
informatique de périphérie
internet des objets

abstract: Over the past few years, the Internet of Things (IoT) has become popular. IoT devices are directly integrated into human lives. As a result, the data generated by IoT devices has increased. Processing applications can provide valuable information and it can reduce the amount of data passed to the cloud. The critical goal of these applications is to provide low latency results. Stream processing can facilitate the processing by offering a programming model for running an application in parallel. In the last few years, the number of IoT applications that rely on stream processing has increased. These applications process continuous streams of data with a low delay and provide valuable information. However, IoT devices are restricted in the case of bandwidth and computational resources. To meet the stringent latency requirements and the need for real-time results, the components of the stream processing pipeline can be deployed directly onto the edge layer to benefit from the resources and capabilities that the swarm of edge devices can provide. Edge network provides resources close to the user and helps to reduce the latency in time-sensitive applications. In this thesis, we propose a new optimization strategy for deploying the operators over the suitable resources at the edge of the network with the goal of minimizing latency while ensuring that the constraints of the devices and their network capabilities are respected. By implementing a new simulator, proposing a new type of optimization function and using a meta-heuristic algorithm called Grey Wolf Optimizer, we can provide a good mapping between the edge nodes and operators.


identifier: Barakat, Rabih  (2022). Measurement techniques of scattering parameters based on six-port technology for microwave applications.  Thèse de doctorat électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

subject:
microruban
diviseur de puissance en anneau
résonateur à impédance échelonnée
réflectomètre six-port
analyseur de réseau à six ports
permittivité complexe
micro-ondes

abstract:
Vector network analyzers have been used to provide accurate measurements of the scattering parameters of a microwave network and are essential instruments that have gained more and more attention in biomedical industry. In this context, low-power electromagnetic waves that are transmitted into the cells under test can be successful in cancer detection due to the dielectric contrast between malignant tumors and normal cells at microwave frequencies. However, these instruments are often bulky and expensive which is not suitable for clinical and Point-of-care rapid tests. Therefore, many research activities have been made to replace them by low cost and portable alternative six-port measurement systems. The aim of this thesis is to present a wideband microwave six-port system that is able to measure the reflection and the transmission coefficients of a device under test (DUT). The proposed six-port design is required to give the accuracy needed for the measurements to be done in a wide band of operation in the S-band.

While many studies have been carried out to develop six-port reflectometers, there is still a need to optimize the six-port circuit performance by keeping the design complexity low and by reducing the computational effort for six-port calibration. To do this, hybrid couplers and power dividers need to be optimized as they are building blocks in the proposed six-port architecture. To this end, the design of a modified ring power divider, built by using a conventional ring power divider and an additional Stepped-Impedance Resonator (SIR) is introduced to improve its operational bandwidth and performance compared to the reported ring structure. A comparative study between the designed device and the previously reported ring power divider is conducted. The electromagnetic (EM) simulated results show that the proposed divider has a fractional bandwidth of 90.2 % at the center frequency of 3.17 GHz. The measurement results of the fabricated prototype demonstrate high performance over the considered operational bandwidth from 1.7 GHz to 4.64 GHz with a return loss lower than -10 dB while maintaining a good insertion loss and a good isolation between the output ports. The maximum amplitude imbalance is better than 0.21 dB and the phase imbalance is better than 2.5 degrees between the output signals. In addition, a compact two-section 90-degree coupler with a rounded structure is designed to operate at 3 GHz. The input reflection coefficient S11 is under -10 dB between 2.3 GHz and 3.96 GHz which means a wide operational bandwidth of the proposed coupler. In addition, the insertion loss is -3.09 dB at the center frequency with magnitude im alance less than ±1 dB between 2.6 GHz and 3.7 GHz.

The six-port junction made up of a modified ring power divider and three identical 90-degree hybrid couplers is then designed and fabricated to operate at the center frequency of 3 GHz. The six-port system's performance is demonstrated by measurements of the return loss S11 which is lower than -17 dB in the frequency band of 2.2 ˗ 3.67 GHz. Besides, the transmission coefficients with respect to port 1 are - 6.3 dB ± 1 dB from 2.2 to 3.55 GHz. These results show the excellent performance of the six-port junction.

In order to build the six-port reflectometer, the microwave source and the device under test (DUT) are connected to the six-port junction unit through an additional circuit formed by a 90- degree hybrid and a ring power divider. The performance of the six-port reflectometer is then evaluated for real-time measurements by measuring the reflection coefficient of different devices under test. The measured results are then corrected by a proper calibration method to remove hardware imperfection. Compared to conventional six-port calibration methods, the proposed calibration process is easy to use and allows accurate reflection coefficient measurements while reducing the complexity and computational efforts of traditional six-port calibration techniques.

Finally, a low-cost and portable six-port network analyzer (SPNA) for measuring the complex reflection and transmission coefficients is designed to operate at the center frequency of 3 GHz. The proposed network analyzer is built by two six-port junctions and 8 power detectors and an additional circuit for power distribution which is formed by one coupler and one power divider. The proposed measurement system combines the advantages of simplicity and real-time operation as well as low-cost fabrication since it is built on a single layer microstrip technology. A simplified approach for calibration based on two-port error correction with only four standards is implemented. After calibration, the measured complex reflection and transmission coefficients obtained from the different tests performed is evaluated which demonstrate the validity of calibration method. This thesis opens a new promising route for two-port Sparameter measurements based on low-cost six-port technique.