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Bilan
2005–2008
Version du 8 octobre 2008
Table des matières
1
Laboratoire 1
1.1 Historique et Contexte 1
1.2 Structuration Scientifique du Laboratoire 2
1.3 Plates-Formes 4
1.4 Organisation 5
1.5 Production Scientifique et Publications 7
1.6 Contrats, Partenariat et Valorisation 7
1.7 Enseignement et formation doctorale 8
1.8 Animation et Vulgarisation 9
1.9 Relations et reconnaissance internationales 10
1.10 Ressources 10
1.11 Evolution Générale 13
2
Équipes 15
2.1 BioInfo 15
2.2 CalFor 19
2.3 Fox-Miire 23
2.4 GOAL 29
2.5 Graphix 36
2.6 GRAppA 41
2.7 Map 47
2.8 Noce 52
2.9 OPAC 55
2.10 PALOMA 60
2.11 RD2P 63
2.12 SMAC 70
2.13 STC 74
2.14 WEST 79
3
Publications 85
3.1 ACL sélectives 85
3.2 Autres ACL 91
3.3 ACT sélectives 94
3.4 Autres ACT 108
3.5 ACLN 131
3.6 INV 133
3.7 COM 134
3.8 AFF 142
3.9 OS 143
3.10 OV 147
3.11 DO 147
3.12 AP 148
3.13 TH 154
A Annexes 159
A.1 Composition du conseil de laboratoire 159
A.2 Organigramme des services 160
A.3 Liste des financements contractuels des équipes du laboratoire pendant la période 161
A.4 Localisation 166
A.5 Bilan de la Fédération Ircica 167
i
1 Laboratoire
1.1 Historique et Contexte
Les activités de recherche en informatique à Lille datent de la création en 1961 du Laboratoire
de Calcul. La réunion en 1983 de deux équipes associées au CNRS, l’ERA 771 « Architectures et Systèmes » d’une part, la Jeune Équipe « Informatique Théorique » d’autre part, a donné naissance au
LIFL d’abord sous forme de l’URA 369, puis de l’UPRESA 8022 en 1997 et enfin sous la forme actuelle
d’UMR en 2001.
Le quadriennal actuel a permis le regroupement des actvités de recherche en informatique de
la métropole lilloise au sein du LIFL. En 2006, deux équipes ont rejoint le laboratoire : Grappa, le
Groupe de Recherche en Apprentissage Automatique qui était une Equipe Associée de Lille 3 et FoxMiire dont plusieurs membres sont enseignants-chercheurs de l’Institut Telecom. En 2007, l’équipe
NOCE (Nouvelles Organisations pour la Collaboration et l’Éducation), qui faisait jusque là partie du
laboratoire TRIGONE en Sciences de l’Éducation, a également rejoint le laboratoire.
Le laboratoire regroupe actuellement 110 permanents (77 enseignants-chercheurs, 5 chercheurs
CNRS, 11 chercheurs INRIA, 8 ITA CNRS, 8,5 AITOS Lille 1), plus de 80 doctorants et de nombreux
post-doctorants, ingénieurs, personnels techniques et administratifs recrutés sur ressources propres.
Un contexte en forte évolution
Le LIFL, qui est le plus gros laboratoire régional en Informatique, est un acteur important de la
structuration régionale autour des STIC. Durant ces dernières années, le développement du laboratoire a été lié à deux projets dont le LIFL a été un des acteurs principaux :
Création de l’IRCICA (Fédération de Recherche FR 3024) dont le LIFL a été un des éléments fondateurs. Cette fédération a en particulier permis le développement d’une part de la plate-forme
de réalité virtuelle, d’autre part de la recherche autour des réseaux ad hoc et des objets mobiles communicants en collaboration avec l’IEMN. Deux équipes du LIFL, Graphix et RD2P, y
sont fortement impliquées. Elle est le point de départ du projet d’institut lillois des Sciences et
Technologies de l’Information et de la Communication porté par l’Université de Lille 1.
Implantation à Lille de l’INRIA , via l’UR INRIA multilocalisée Futurs, puis depuis 2008 le centre Inria - Lille Nord Europe. L’implantation à Lille de l’UR Futurs a été essentiellement basée sur
des projets issus du LIFL, même si des projets ont ensuite été créés par ou avec des membres
d’autres laboratoires, en particulier les laboratoires LAGIS et Painlevé pour les laboratoires
lillois. L’équipe administrative lilloise de l’UR a été hébergée dans les locaux du LIFL avant l’ouverture du bâtiment de la Haute-Borne. À l’heure actuelle, 9 équipes du LIFL sur 14 sont impliquées dans 9 équipes-projets INRIA du centre INRIA-Lille Nord Europe – 7 sont des équipesprojets communes avec le LIFL, 2 sont communes avec le LIFL et le LAGIS – et une équipe est
impliquée dans le projet Grand LARGE du centre INRIA Saclay. La dynamique apportée par
l’INRIA est clairement un élément important dans le développement du laboratoire.
Le projet « Campus Intelligence Ambiante » du CPER
Pilote du volet Informatique du programme TAC (Technologies Avancées pour la Communication), du Contrat Plan Etat Région 2003–2008, le LIFL joue un rôle déterminant dans le projet « Campus Intelligence Ambiante » du Contrat de Projets Etat Région 2007–2013 dont l’objectif est la création
d’un campus interdisciplinaire de recherche et d’innovation technologique à vocation internationale
dans le domaine des Sciences et Technologies de l’Information et de la Communication avec une ouverture vers les Sciences du Vivant. L’activité scientifique du campus est structurée en quatre axes :
– Micro et Nano Dispositifs
– Informatique Ubiquitaire
– Photonique
– Biologie Systémique
1
2
Laboratoire
Le LIFL est naturellement fortement impliqué dans l’axe « Informatique Ubiquitaire » 1 , axe qui
se décline en 3 pistes de recherche complémentaires :
– Réseaux de capteurs, et l’ensemble des problèmes posés – du hardware aux usages – par ces
nouveaux dispositifs auto-organisés : ce thème interdisciplinaire est l’objet d’une collaboration
développée dans le cadre de l’IRCICA entre l’équipe RD2P (LIFL/ centre INRIA-LNE) et l’IEMN.
– Nouveaux modèles et Nouvelle ingénierie pour l’informatique ubiquitaire, avec trois focalisations : l’adaptabilité, le raisonnement et le calcul : ce thème est développé au LIFL, au CRIL et
au centre INRIA-LNE.
– Interactions augmentées entre les utilisateurs et les systèmes de demain, avec ici aussi deux
focalisations : le retour tactile et les nouvelles métaphores d’interactions en 3D : ce thème
interdisciplinaire est l’objet d’une collaboration développée dans le cadre de l’IRCICA entre
l’équipe Graphix (LIFL/ centre INRIA-LNE) et le L2EP.
Le laboratoire participe également à l’axe « Biologie Systémique » lié à l’Institut de Recherches
Interdisciplinaires (USR 3078) : même si l’implication du laboratoire y est actuellement réduite, une
thèse IRI/LIFL a été soutenue, deux projets sont en cours de montage, et les interactions devraient
se développer.
1.2 Structuration Scientifique du Laboratoire
Le laboratoire comporte donc une centaine de chercheurs et enseignants-chercheurs permanents (5 chercheurs CNRS, 11 chercheurs INRIA, 77 enseignants-chercheurs, 3 ingénieurs de recherche). Le spectre scientifique du laboratoire est relativement large. Sur la période du contrat,
il était structuré en trois axes, CBS (Calcul formel, Bioinformatique, Spécifications) CIM (Coopération, Images et Mobilité) et SCOPE (Simulation, Calcul et Optimisation Parallèles et Environnements
Distribués) :
CBS regroupe 4 équipes (32 permanents dont 12 HdR, 14 doctorants) autour des thématiques « Calcul Formel, Bio-Informatique, Apprentissage, Méthodes formelles ».
Bio-Informatique, 6 p. autour de la conception de méthodes et d’outils informatiques pour
l’analyse de séquences biologiques à grande échelle. L’équipe correspond à l’équipeprojet INRIA SEQUOIA.
CalFor, 5 p. , équipe dont le cœur de métier est le calcul formel, en particulier l’algorithmique
pour le traitement symbolique des équations différentielles, la modélisation en biologie
cellulaire étant le domaine d’application privilégié.
Grappa (Groupement de Recherche en Apprentissage Automatique), 11,5 p. avec un axe autour de l’apprentissage et de l’extraction d’information à partir de documents semi-structurés qui est à l’origine de l’équipe-projet INRIA Mostrare depuis 2004 en collaboration
avec une partie de l’équipe STC, un axe autour de l’apprentissage par renforcement qui a
donné lieu, en collaboration avec le laboratoire LAGIS, à l’équipe-projet INRIA SEQUEL
démarrée en 2007.
STC (Spécification, Tests, Contraintes), 9,5 p. centrée sur l’application des méthodes formelles
dans différents contextes : la sécurité des systèmes – en collaboration avec l’équipe RD2P
–, la modélisation en biologie systémique, les requêtes et transformations de documents
semi-structurés – en collaboration avec Grappa au sein de l’équipe-projet INRIA MOSTRARE – et enfin la modélisation de circuits.
CIM regroupe 6 équipes (49 permanents dont 11 HdR, 44 doctorants) – NOCE l’ayant rejoint lors de
son intégration en 2007 – autour des thématiques « Coopération, Images et Mobilité » :
FOX-MIIRE, 5 p. dont l’objectif est la conception d’outils algorithmiques d’analyse, de traitement, d’indexation et filtrage d’informations visuelles (image, vidéo, modèle 3D) et
leur validation à travers des applications diverses comme la gestion de grandes bases
de données images et vidéo, l’analyse des comportements des utilisateurs et le filtrage
d’informations visuelles dans un contexte web.
1. dont le responsable est David Simplot-Ryl
1.2. Structuration Scientifique du Laboratoire
GOAL, 12 p. équipe mixant des compétences en systèmes répartis et génie logiciel. L’équipe
associe les approches par composants et par aspects ou encore les architectures orientées
services pour développer de nouvelles méthodes et outils pour la conception de systèmes
adaptatifs, de nouvelles infrastructures intergicielles, en partie dans le cadre des équipesprojets INRIA JACQUARD (jusque 2007), de l’équipe-projet INRIA ADAM (créée en 2008)
et de l’équipe-projet INRIA Rmod (en cours de création).
Graphix, 9 p. dont l’objectif principal est de définir de nouvelles méthodes et outils pour interagir et collaborer sur des modèles 3D, ses recherches étant à l’intersection de l’animation
et la simulation, de la réalité virtuelle, et des interfaces Homme machine. Son champ
d’application privilégié est le monde médical. L’équipe correspond à l’équipe-projet INRIA ALCOVE.
NOCE (Nouvelles organisations pour la Collaboration et l’Éducation) 9 p. qui est intégrée au
laboratoire depuis 2007 et propose des méthodes, outils et infrastructures destinées à
supporter les activités humaines de travail ou d’apprentissage menées en collaboration.
RD2P, 7 p. autour de la thématique Système et Réseaux pour Petits Objets Portables et Sécurisés (équipe-projet INRIA POPS) et de problèmes émanant du domaine des réseaux, avec
une orientation forte pour le développement d’architectures et protocoles (action Misc).
SMAC, 7 p. autour de la conception de comportements intelligents pour des entités artificielles, avec deux aspects, d’une part, la théorie des jeux computationnelle, d’autre part la
simulation centrée interactions. Les applications privilégiées sont essentiellement mais
non exclusivement l’économie (en lien avec le laboratoire CLAREE) et les jeux vidéo.
SCOPE regroupe 4 équipes (18 permanents dont 7 HdR, 24 doctorants) autour des thématiques
« Simulation, Calcul et Optimisation Parallèles et Environnements Distribués ».
MAP, 1 p. autour du calcul scientifique haute performance. L’équipe participe à l’équipe-projet
INRiA Grand Large du centre INRIA Saclay.
OPAC, 6 p. autour de la conception et la réalisation d’algorithmes d’optimisation efficaces
pour la résolution de problèmes d’optimisation multi-critères difficiles, en utilisant des
méthodes avancées issues de l’optimisation combinatoire en Recherche Opérationnelle,
de la décision en Intelligence Artificielle et de l’utilisation du Parallélisme/Distribution .
L’équipe correspond à l’équipe-projet INRIA DOLPHIN.
Paloma, 2 p. autour de la conception et de l’exécution efficace d’applications distribuées sur
des grappes et grilles d’ordinateurs, en particulier dans le cadre des bases de données de
très grande taille.
Participation à équipe-projet Inria
CBS
Axe
Bio-Informatique (6 p.)
Calfor (5 p.)
Grappa (11,5 p.)
STC (9,5 p.)
Sequoia (6 p.)
Alien (1 p./11 p.)
Mostrare (5,5 p./9 p.), Sequel (5 p./8 p.)
Mostrare (3,5 p./9 p.), Pops (2 p./8 p.)
Fox-MIIRE (5 p.)
GOAL (12 p.)
GRAPHIX (9 p.)
NOCE (9 p.)
RD2P (7 p.)
SMAC (7 p.)
SCOPE
Équipe
CIM
WEST, 9 p. autour de la conception conjointe matériel/logiciel de systèmes embarqués avec
du calcul intensif. L’équipe correspond à l’équipe-projet INRIA DART.
MAP (1 p.)
OPAC (6 p.)
Paloma (2 p.)
WEST (9 p.)
Adam (7 p.)
Alcove (9 p.)
Pops (6 p./8 p.)
Grand-Large (1 p./9 p.)
Dolphin (6 p.)
Dart (9 p.)
3
4
Laboratoire
1.3 Plates-Formes
Le laboratoire a développé plusieurs projets techniques d’ampleur, en particulier la plate-forme
de Réalité Virtuelle et l’installation du nœud lillois de l’opération Grid5000. Le développement de ces
équipements a été possible grâce au soutien des différentes tutelles et partenaires et de la région et
ces plates-formes s’inscrivent pleinement dans le CPER CIA. La volonté qui accompagne le développement de ces équipements est multiple : expérimenter et valider les recherches des équipes du LIFL,
fédérer, en permettant la mutualisation d’équipements mais aussi la synergie entre les recherches
des équipes, mettre à disposition des services pour tout le laboratoire mais aussi pour d’autres laboratoires, favoriser la valorisation. Ces plates-formes – en particulier la plate-forme de réalité virtuelle
– sont également un outil fort de communication à destination du grand public (Fête de la Science,
...).
La plate-forme de Réalité Virtuelle Cette plate-forme regroupe dans le batiment Ircica un ensemble
de salles d’expérimentation. Quatre équipements sont aujourd’hui opérationnels :
– une salle immersive de réalité virtuelle qui permet de placer les usagers au cœur d’un
environnement virtuel en leur offrant des possibilités riches d’interaction ;
– une « War-room » est une pièce pouvant accueillir l’ensemble des responsables afin de
prendre des décisions importantes en concertation à l’aide d’un nombre important d’informations et documents. La war-room de l’Ircica utilisant les nouvelles techniques de
Réalité Virtuelle comprend un grand écran stéréoscopique, une table d’interaction tactile et des périphériques à retour d’effort ;
– un mur de télépresence, qui est un équipement de visio-conférence de grande qualité à
taille réelle et respectant les contacts visuels ;
– un ensemble d’outils de fabrication et de mesure permettant de réaliser des stimulateurs
tactiles 2 .
– D’ici la fin 2008, nous mettrons en place un cinquième équipement : un magasin laboratoire dans lequel nous conduirons des expériences sur le suivi des clients et l’introduction de technologies de réalité augmentée.
Ces équipements permettent de renforcer la dynamique autour du 3D et de la Réalité virtuelle dans la région en partenariat avec les jeunes entreprises innovantes comme Idées-3com,
3D-duo, VB2S ou Wip-On et de faciliter les interactions entreprise-recherche dans le cadre du
PICOM. Ils sont intégrés dans la plateforme nationale ANR Part@ge sur l’interaction collaborative.
Grille de recherche Grid5000. Grid5000 (https://www.grid5000.fr) est un projet d’envergure nationale initié en 2003 par le Ministère de la Recherche par le biais de l’ACI GRID pour créer
un grand instrument pour promouvoir en France la recherche scientifique sur les systèmes
distribués à grande échelle (grilles de calcul et systèmes peer-to-peer). Il s’agit d’une grille expérimentale de 5000 cœurs de calcul répartis en grappes installées et administrées sur 9 sites :
Bordeaux, Grenoble, Nancy, Lille, Lyon, Orsay, Rennes, Sophia-Antipolis et Toulouse. Au même
titre que les autres sites, Lille a été sélectionnée en 2004 par le Ministère pour accueillir un
nœud de Grid5000. Outre l’impulsion financière du Ministère, d’autres organismes ont apporté
un soutien financier au projet sur le site de Lille, notamment l’INRIA, le CNRS, la Génopole
de Lille, Lille 1 et la Région Nord-Pas-de-Calais. Ces soutiens ont permis l’acquisition d’une
grappe de 618 cœurs de calcul hébergée au Centre de Ressources Informatiques de Lille 1 et
connectée aux autres sites via Renater, ainsi que le recrutement d’un ingénieur expert (non
permanent) pour l’administrer. Après avoir porté la candidature de Lille, le LIFL assure en collaboration avec le centre INRIA Lille - Nord Europe (LNE) le pilotage du projet sur le site de
Lille et la coordination scientifique et technique avec les autres sites.
La présence d’un nœud Grid5000 à Lille a fortement contribué à la création d’une dynamique et au développement d’une activité scientifique sur les grilles informatiques au LIFL.
Grid5000 est utilisé comme plate-forme d’expérimentation à grande échelle par plus de 30
chercheurs en moyenne par an. Au LIFL, l’activité scientifique sur les grilles est développée
par les équipes GOAL, OPAC, BioInfo, MAP, GRAPPA, PALOMA et porte sur la conception de
modèles et d’algorithmes pour la résolution de problèmes d’optimisation combinatoire, la
2. pour plus d’info http://www2.lifl.fr/GRAPHIX/pfrv/intro.php
1.4. Organisation
résolution de problèmes d’algèbre linéaire, l’analyse de séquences en bioinformatique, l’apprentissage et la fouille de données. Les travaux portent également sur la conception et le
développement de services pour le déploiement automatique d’applications à composants
distribués sur la grille.
Cette activité s’est traduite en termes de publications scientifiques, de collaborations, de
réalisation de logiciels, d’animation scientifique, et de formation par l’enseignement et la
recherche. Grid5000 a servi comme plate-forme d’expérimentation et de validation de travaux réalisés au LIFL dans le cadre de 19 thèses de Doctorat (dont 6 soutenues) et 1 HDR
soutenue, et publiés dans plus de 10 revues internationales et dans les actes de plus de 40
conférences internationales avec comités de lecture. Un des résultats marquants du projet
Grid5000 (http://www.inria.fr/actualites/2005/grillecalcul.fr.html), est la réalisation d’un défi en optimisation combinatoire par l’équipe lilloise qui a valu le 2e prix à l’école
Grid5000 organisée à Grenoble en mars 2006. Grid5000 a également encouragé le passage sur
grilles de calcul de logiciels notamment ParadisEO-G, FDF, Protea et YML, développés par
différentes équipes du LIFL. En matière de formation, la grille est utilisée dans le cadre de projets/stages de Master réalisés en laboratoire (en moyenne une dizaine par an), et la formation
des chercheurs (organisation de journées de formation). Initialement dédiée à la recherche,
Grid5000 a été utilisée à Lille pour la première fois dans le cadre de l’enseignement des grilles
en France : la plate-forme est utilisée pour réaliser des Travaux Pratiques en Master.
1.4 Organisation
1.4.1 Pilotage
L’équipe de direction du laboratoire a été renouvelée fin 2007, Jean-Marc Geib directeur jusque
fin 2007 ayant quitté la direction pour d’autres fonctions et Sophie Tison lui ayant succédé. L’équipe
est constituée du du directeur, du directeur adjoint (P. Boulet depuis le 1er janvier 2008, S. Tison
auparavant), et du responsable financier (L. Seinturier depuis septembre 2007, S. Tison de septembre
2006 à septembre 2007, C. Chaillou avant septembre 2006). Elle se réunit une fois par semaine. Le
directeur adjoint est chargé des ressources humaines. Un responsable de la Valorisation(C. Chaillou),
un responsable des Relations Internationales (M. Daoudi) et un responsable des Etudes Doctorales
(J.L. Dekeyser) complètent l’équipe.
Le conseil de laboratoire, renouvelé fin 2007 3 , se réunit une fois par mois environ. Dans la composition du conseil, on a recherché bien sûr un équilibre entre les différentes catégories de personnels
y compris les doctorants. On a veillé également à assurer une représentation par leurs personnels de
nos différentes tutelles (CNRS, Lille 1, Lille 3) Pour faciliter la concertation sont invités régulièrement
le chargé de mission STIC de Lille 1, un représentant de l’Institut Telecom ( M. Daoudi).et le directeur
ou le délégué scientifique du centre INRIA Lille - Nord Europe.
Le conseil est élargi aux responsables d’équipes plusieurs fois par an pour toutes les discussions de politique scientifique : projet scientifique du laboratoire, profils des demandes de postes
d’enseignants-chercheurs, ...
L’assemblée générale est réunie au moins une fois par an.
Un bureau de concertation avec le centre INRIA LNE réunit régulièrement les directeurs des
laboratoires LAGIS, LIFL et du centre INRIA LNE ainsi que le délégué scientifique du centre INRIA
LNE et le directeur adjoint du LIFL pour échanger les informations (financements, ...), construire
une stratégie et des actions communes – création de nouveaux projets, valorisation, communication,
animation scientifique, ... – et règler des « détails du quotidien ». Ont été également mises en place
des commissions pour permettre de favoriser le travail en commun (une commission sur le système
d’information, une sur l’Information Scientifique et Technique, une sur l’animation scientifique).
Enfin une démarche a été initiée pour développer les outils de communication interne ; les efforts
sont à poursuivre, la dispersion du laboratoire sur plusieurs sites et la complexification du contexte
renforçant ce besoin de communication interne.
3. voir composition en annexe
5
6
Laboratoire
1.4.2 Équipe administrative et de gestion
L’équipe est composée de 7 personnes 4 : 1 A, 3 Tech, 1 AJT, 2 AGT en CDD. Elle a en charge
la partie administrative (gestion des ressources humaines, recrutements, système d’information du
LIFL), la partie gestion des projets dont les crédits sont gérés par le CNRS ou l’Université de Lille 1
(dotations ou crédits spécifiques MESR et CNRS, projets ANR, projets européens, CPER , contrats
SAIC, ...).
Depuis quelques années le LIFL est en phase continue d’évolution
– en nombre de chercheurs, de dossiers à traiter, à suivre ;
– en diversité des dossiers, en complexité de ces dossiers (multi équipes LIFL, multi partenaires
extérieurs USTL ou autre, surtout avec obligation de tout justifier).
Pour rester dans la dynamique du LIFL et accompagner les chercheurs dans ces nouveaux objectifs,
depuis 2 ans, en accord avec l’équipe de direction passée et actuelle, l’équipe a préparé une évolution
de son organisation tenant compte
– des compétences acquises ou à acquérir pour chacune (formation NABUCO, SIFAC, XLAB) ;
– de l’ensemble de la répartition des tâches qui n’est pas liée uniquement aux projets financés
des chercheurs (administration) ;
– des obligations sur le suivi des dossiers.
Un projet est affecté à une personne dans une cohérence de suivi de projet. Ainsi des dossiers différents d’un même projet sont suivis par la même personne qui traite tous les mouvements en dépenses et facturations.
Une personne de l’équipe a en charge l’ensemble des recrutements, vu la spécificité de ces dossiers.
Intérêt des projets : Le responsable a 1 seul interlocuteur qui doit être réactif.
Les services de comptabilité de l’USTL (SAIC, Recherche) l’UFR , les services du CNRS ont 1 seul
interlocuteur pour un projet défini.
La collègue désignée pour le suivi d’un projet a une vision globale de ce dossier, ce qui lui facilite
l’échelonnement des dépenses, pour le gérer en relation directe avec le responsable et surtout pour
préparer la justification.
Intérêt du LIFL : Chaque collègue s’implique dans les dossiers qu’elle a en charge. Le LIFL peut
afficher
– les compétences de chacun des personnels composant son service de gestion auprès des chercheurs mais aussi des tutelles et de l’extérieur quelque soit la diversité des projets (tutelles,
gestions, contraintes différentes suivant le financeur, ...) ;
– une continuité du service avec la possibilité de réactivité en cas de surcharge de travail, période
de fin d’année, d’absence d’une collègue ou d’urgence sur un engagement puisque toutes sont
formées ou se forment aux différentes applications comptables.
1.4.3 Équipe Systèmes/Réseaux/Logistique
L’équipe systèmes/réseaux et logistique, composée de 11 personnes sous la responsabilité de
Gilles Carin (IE CNRS), a en charge le choix, la mise en place et le bon fonctionnement des moyens
informatiques communs nécessaires aussi bien à la recherche qu’au fonctionnement technique et
administratif du laboratoire. Trois ingénieurs de recherche dont la mission principale est de participer au sein d’équipes de recherche à l’étude, la mise en place et au développement de plateformes
spécifiques apportent leur expertise dans le choix et le développement d’outils nécessaire à l’administration des systèmes et réseaux.
Trois ingénieurs d’étude ont la maîtrise d’œuvre, sous la responsabilité de l’équipe de direction,
des ressources informatiques et de leurs procédures d’utilisation (ex : PSSI). Ils assurent dans ce
cadre, la correspondance avec le Centre de Ressources Informatiques de Lille 1 et co-encadrent et
accompagnent la tâche des techniciens et la relation avec les chercheurs et les fournisseurs. Deux
adjoints techniques et un technicien assurent la maintenance de plateformes techniques communes
(téléphones, réseaux, imprimantes, ...), l’installation de postes informatiques et la mise en œuvre des
procédures nécessaires à leur fonctionnement, si nécessaire en collaboration avec les services de
Lille 1 et des fournisseurs.
4. dont une à mi-temps pour le laboratoire, une à 80%
1.5. Production Scientifique et Publications
Deux agents des services techniques (1,5 ETP) sont attachés aux tâches d’entretien et de logistique du bâtiment principal en collaboration avec le service correspondant de Lille 1. L’un d’entre
eux a la responsabilité d’ACMO 5 .
Un Assistant Ingénieur est responsable de la logistique du bâtiment IRCICA.
1.5 Production Scientifique et Publications
Sur la période (1er janvier 2005 à juillet 2008) la production dun laboratoire en terme de revues est
de 159 revues répertoriées dans des bases internationales (ACL selon la nomenclature AERES) dont
104 internationales et jugées réellement sélectives 6 . Au niveau des communications aux conférences,
la production est de 540 communications en conférences avec actes (ACT pour l’AERES) dont 203
internationales jugées de très bon niveau par les équipes. Globalement, le ratio publications par permanent a fortement progressé pour les communications en conférences avec ACT (80 ACL et 250 ACT
sur le précédent contrat). Le nombre de publications dans des revues de haut niveau reste faible et inégalement réparti entre les équipes ; si on peut noter une amélioration, – le nombre d’ACL sélectives
sur 2005 était de 11, alors qu’il est déjà de 33 sur 2008 – et des publications dans d’excellentes revues
(ACM Transactions on Software Engineering and Methodology, IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence, IEEE Trans. on Computers, IEEE Trans. on Parallel and Distributed
Systems, Human-Computer Interaction, Journal of Parallel and Distributed Computing, Journal of
Computer and System Sciences, Machine Learning, ...), ce point nécessite clairement d’être amélioré.
On peut par contre être relativement satisfait – sans s’en contenter – du nombre de communications
internationales sélectives, de la présence dans des conférences d’excellent niveau (ACMMM, CHI,
INFOCOM, ISSAC, LICS, MASCOTS, MODELS, NIPS, PERCOM, PODS, PODC, SIGKDD, ECOOP, ...) et
du bon niveau de publication des doctorants.
Sur la centaine de permanents du laboratoire, un petit nombre a une activité de recherche au sein
d’une équipe mais un niveau de publications qui peut être jugé faible (moins d’une dizaine selon
les normes AERES 7 ) : ce faible niveau de publication s’explique souvent de façon conjoncturelle, par
exemple par des responsabilités pédagogiques ou/et administratives lourdes ou par une reconversion thématique. Il va de soi que le laboratoire encourage et soutient toute démarche permettant de
conforter leur activité de recherche.
Enfin, donnons deux exemples de la reconnaissance internationale des travaux du laboratoire : la
plateforme « Java In the Small ») développée par l’équipe RD2P a obtenu plusieurs distinctions dont
un JAX innovative Award en 2007, le logiciel CrazyStone, développé par R. Coulom (équipe Grappa),
vainqueur en 2006 de Computer Olympiad, a gagné le tournoi du congrès européen de Go en 2008, et
a battu en septembre une joueuse professionnelle, Kaori Aoba, avec 8 pierres de handicap seulement.
1.6 Contrats, Partenariat et Valorisation
Le laboratoire, en liaison avec l’Université, le CNRS mais aussi avec ses partenaires comme l’INRIA, a entrepris une démarche volontariste pour le développement des collaborations industrielles
et des activités de transfert et de valorisation : participation à différentes manifestations -journées
Innovembre 2007, Nuit de l’Innovation,..-, visite d’industriels (Fujitsu, industriels du Picom, ...), forte
implication dans le Pôle Industries du COMmerce,...). Depuis 2007, C. Chaillou, membre du LIFL, a
été chargé de mission par l’Université de Lille 1 de la valorisation dans le domaine STIC-soft (LAGIS,
L2EP, LIFL). Le bilan sur la période 2005-2008 8 peut être résumé comme suit :
5. Agent Chargé de la Mise en Œuvre des règles d’hygiène et de Sécurité.
6. Les équipes ont identifié les publications qu’elles jugent réellement sélectives et une harmonisation a été faite au niveau du laboratoire. Nous avons décidé de ne pas prendre en compte les publications francophones, même si certaines sont
indiscutablement d’excellent niveau.
7. ce nombre pouvant bien sûr varier selon le filtre choisi pour les publications considérées de rang A
8. N’ont pas été pris en compte les projets obtenus aux appels d’offre 2008, les réponses étant partielles à la date de
rédaction de ce dossier.
7
8
Laboratoire
1.6.1 Contrats :
Projets Européens : le LIFL a participé ou participe à cinq réseaux d’excellence européens (FP6), six
projets du FP6 (2 IP, 1 STREP, 2 ITEA, 1 FP6/Eureka ), cinq projets du FP7 (1 IST, 1 IP,1 ITEA2, 1
Health, 1 Cooperation ), un COST et un Interreg.
Projets nationaux : le LIFL a participé ou participe à 12 ACI (Sécurité, CIGCJC, ImpBio, GRID, MDD,
Systèmes Complexes), 22 projets ANR (Jeunes Chercheurs, Blanc, MDCO, Tecsan, MDCA, SesurTélécoms, TL, ...), 5 RNRT, 5 RNTL, 2 RIAM, plusieurs ARC INRIA.
Pôles de compétitivité : Le laboratoire a été porteur ou partenaire de projets labellisés par les pôles
de compétivité, en particulier le Pôle régional Picom (Pôle Industries du COMmerce) (projets
ANAXA-VIDA, CAPPUCINO, COLIVAD, DECARTE, FeelTact, PLearnet, ICOM (Infrastructure
pour le COMmerce du futur), P1G) mais aussi le pôle de compétitivité I-Trans (projet GENEVE),
le Pôle Minalogic, région Rhône-Alpes (MIND), le pôle SCS « "solutions communicantes et
sécurisées » et le Pôle de compétitivité Systém@tic (Ter@ops).
Contrats industriels : Les équipes du laboratoire ont signé des contrats avec des grands groupes
comme avec des PME, avec des entreprises locales comme avec des entreprises nationales
ou étrangères (Gemalto, EDF, France Telecom, Thales, Total, Auchan, Jouve, Ankama, Norsys,
SNEDA, MAPLE, Idees3com, ...) que ce soit dans le cadre d’études, d’accompagnement de
bourse CIFRE, ...
1.6.2 Transfert et Valorisation
Logiciels : sur la période 2005-2008, l’activité scientifique des équipes s’est traduite par la production d’un nombre significatif de logiciels (50). Cette production est à peu près uniformément
répartie sur l’ensemble des équipes : de façon logique, un peu plus pour les équipes fortement
orientées génie logiciel, et a contrario moins pour les équipes dont l’effectif est moindre (la
masse critique permettant le développement logiciel étant moins facile à atteindre dans ce
cas).
Participation aux organismes de standardisation : les équipes du LIFL sont impliquées dans les activités internationales de standardisation, notamment auprès du consortium OMG (Object
Management Group) autour des profils UML MARTE pour la conception de systèmes embarqués et du standard CCM (CORBA Component Model) pour les applications réparties à base
de composants.
Brevets : l’activité de dépôt de brevets s’élève à 7 unités, notamment centrée sur les équipes conduisant des activités proches du matériel ou dans lesquelles les interactions matériel logiciel sont
importantes (par ex. interfaces haptiques, carte à puces). Il s’agit là de domaines pour lesquels
il est certainement plus naturel de breveter que dans un domaine uniquement logiciel. Les
brevets déposés l’ont été aussi bien au niveau national, qu’européen et international.
Création d’entreprises : À l’initiative du laboratoire LAGIS et de l’équipe GRAPPA du LIFL, la startup Predict & Control a été créée dans le domaine de la prévision et de l’optimisation pour
l’industrie du commerce.
1.7 Enseignement et formation doctorale
Le LIFL est fortement impliqué dans les formations en Informatique de Lille – Licence Sciences et
Technologies de Lille 1, formations du FIL (licence et master d’Informatique de Lille 1), Département
d’Informatique de l’IUT A, Polytech’Lille, Telecom’Lille 1, master MIASH de Lille 3 –, que ce soit à
travers ses enseignants-chercheurs ou par les nombreux stages (TER) qu’il propose aux étudiants.
Il participera en 2008-2009 au parcours recherche mis en place au niveau Licence par l’Université
Lille 1.
Le LIFL est équipe d’accueil de l’Ecole Doctorale Régionale Sciences Pour l’Ingénieur Lille Nordde-France (ED 072), école doctorale régionale multidisciplinaire. Au sein de cette Ecole, les études
doctorales du domaine Informatique -qui concerne tous les laboratoires régionaux d’Informatiquesont sous la responsabilité d’un Directeur des Etudes Doctorales, Jean-Luc Dekeyser. Celui-ci est également le responsable des affaires doctorales du laboratoire et i a en charge le suivi des doctorants :
1.8. Animation et Vulgarisation
inscription, financement, soutenance, formation , ... Le LIFL a la volonté de s’impliquer dans la vie
de la formation doctorale : cours spécifiques à l’Ecole Doctorale donnés par des membres du LIFL
(par exemple sur le Calcul Haute Performance) dont certains communs avec l’école doctorale Grascomp de la Communauté Française de Belgique (techniques de l’ingénierie logicielles et l’adaptation), soutien à l’association Tilda -Thésards en informatique de Lille et docteurs associés- créée par
un groupe de doctorants du Laboratoire, soutien à l’organisation de journées de doctorants ( journées Eurodoc organisées par l’association Tilda en collaboration avec l’école doctorale Grascomp
(www2.lifl.fr/eurodocinfo08/livret.pdf)), ... Plusieurs des actions menées ont été soutenues
par le Collège Doctoral Européen Lille-Nord Pas de Calais ( http://cde.univ-lille1.fr/).
Au 31 août 2008, le LIFL comprenait 80 doctorants, avec près de 30 nouvelles inscriptions en
2007. Le nombre de thèses soutenues a été de 78 dans les quatre dernières années (septembre 2004–
août 2008) dont 15 en 2005, 22 en 2006 comme en 2007. A titre de comparaison, le nombre de thèses
soutenues sur toute la période du dernier contrat était de 35 thèses. L’évolution est donc satisfaisante,
même si il faut poursuivre les efforts, en particulier sur l’attractivité et la qualité du recrutement. Là
encore, la diversification 9 du recrutement durant ces dernières années, même si elle n’est pas bien
sûr à elle seule une garantie de qualité, est un élément positif : sur les 29 nouveaux inscrits en 2007,
plusieurs venaient de Grandes Ecoles et seuls 18 avaient obtenu leur Master à Lille 1.
Toutes les thèses sont financées (Allocation Ministère, CIFRE, co-financement région/organismes
de recherche (CNRS, INRIA, INRETS, ...)). La durée moyenne des thèses est de près de 42 mois mais
plus de la moitié des doctorants soutiennent avant décembre de l’année n + 3, n étant l’année d’inscription en thèse.
La répartition des thèses soutenues et des doctorants reste inégale selon les équipes 10 . Même
si il est naturel que le nombre de doctorants soit moins élevé dans les équipes aux recherches plus
fondamentales – encadrement différent, vivier des doctorants plus restreint, financements de type
CIFRE plus rares... – et même si une amélioration timide a pu être notée, ce point reste à améliorer.
On peut se réjouir de l’obtention par plusieurs de nos doctorants de prix lors de conférences ainsi
que de l’obtention par certains de bourses de post-doctorat assez sélectives (Fullbright et Lavoisier
par exemple).
Enfin, l’insertion des docteurs issus du laboratoire est satisfaisante. Environ un tiers des doctorants ayant soutenu dans la période est actuellement en postdoc, environ un tiers occupe une
position d’enseignant-chercheur permanent ou de chercheur (INRIA, CEA, THALES, étranger), environ un tiers occupe un poste d’ingénieur essentiellement dans des entreprises privées 11 . On peut
noter une augmentation du nombre de docteurs qui choisissent des carrières non académiques, ce
qui est très positif pour les relations R&D entreprises / laboratoires de recherche académique mais
peut aussi révéler un manque d’attractivité des carrières académiques.
1.8 Animation et Vulgarisation
1.8.1 Animation
Le séminaire du laboratoire (http://www.lifl.fr/evenements/seminaires.fr.html) a lieu en
général le jeudi de 14 h à 15 h, sous la responsabilité de Richard Olejnik jusque début 2008, d’Alexandre Sedoglavic depuis. Ce séminaire va être réorganisé (voir projet) pour s’adapter à l’évolution de
l’unité et du contexte (taille, multilocalisation, partenariat avec d’autres laboratoires et le centre
INRIA LNE).
Les membres du laboratoire ont organisé ou co-organisé de nombreuses conférences (AE’05,
EA’05, ISPDC’05, EGC’06, IDM’06, BDA’06), journées et workshops (GTAS 2005, JFDPLA’05, RTLW’05,
EGPDS’06, META’06, Roadef’06, EIWAS’07, JOBIM’08, RAIM’08, EWRL’08, ...), écoles (ING’05, MLSS’08,
EPIT’08,...), localement ou non.
9. On peut remarquer également l’internationalisation du recrutement, environ 40% des doctorants étant de nationalité
étrangère.
10. Sur la période ont été soutenues 14 thèses dans l’axe CBS, 42 dans l’axe CIM et 21 dans l’axe SCOPE ; actuellement il y a
14 doctorants dans CBS, 44 dans CIM, 24 dans Scope.
11. l’un d’entre eux a créé son entreprise
9
10
Laboratoire
1.8.2 Vulgarisation
Les membres du laboratoire participent régulièrement aux activités de vulgarisation organisées
par l’Université, le CNRS ou l’INRIA, par exemple dans le cadre de la Fête de la Science, sous forme de
démos, d’animations, de rencontres avec les scolaires ou de la Nuit des Chercheurs. En particulier, les
équipes ont été très impliquées dans SciencesOPark, événement organisé du 11 au 13 octobre 2007,
par la SAEM du parc scientifique de la Haute Borne, l’INRIA Futurs, l’IRCICA, la délégation régionale
du CNRS et Lille 1 pour permettre au grand public, aux scolaires et aux entreprises de découvrir les
sciences autrement. Plus généralement, les membres du laboratoire participent également en liaison
avec les filières d’enseignement à des présentations de l’Université et des métiers de la recherche
dans les lycées ou lors de forums destinés aux étudiants.
Notons enfin l’activité importante de vulgarisation du laboratoire à travers articles, livres d’information scientifique, conférences et interventions dans les médias pour le grand public, en particulier
grâce à Jean-Paul Delahaye (rubriques dans « Pour la Science », articles dans l’encyclopédie « Universalis », ...).
1.9 Relations et reconnaissance internationales
La forte participation des membres du laboratoire à des comités de programme, d’édition ou
de pilotage internationaux, la participation à quatre réseaux d’excellence européens et plus d’une
dizaine de projets européens sur la période, les collaborations établies dans différents cadres (PICS
du CNRS, resp. du Réseau de formation et de recherche franco-russe en Sciences et Technologies
de l’Information et de la Communication (CNRS), PAI (Maroc, Tunisie, Brésil), équipes associées
INRIA, ...) témoignent de la reconnaissance internationale acquise. Bien évidemment, l’effort doit
être poursuivi, que ce soit au niveau des contrats européens ou au niveau de l’implication dans
comités de conférences internationales de haut niveau par exemple.
De nombreux chercheurs étrangers, juniors ou seniors, font des séjours dans notre laboratoire,
que ce soit sur des supports d’enseignants-chercheurs invités par l’Université de Lille 1 (un à plusieurs chercheurs par an, chacun de un à 3 mois en général), sur des supports régionaux en particulier de chaires internationales qui permettent à des seniors de venir pour de longues périodes (
comme actuellement Zhongfei Zhang), sur des postes de chercheurs invités du CNRS, sur des supports INRIA ou plus récemment sur des postes de chercheurs invités dans le cadre du CPER "Campus
Intelligence Ambiante" (7 chercheurs invités sur 2008 pour une période totale de 14 mois).
Réciproquement, si peu de membres du laboratoire ont fait des séjours de plusieurs mois dans
des laboratoires étrangers, plusieurs sont invités régulièrement pour des périodes de une à plusieurs
semaines, Christophe Chaillou a passé une année sabbatique en Chine (CASIA-LAMIA) et Gregory
Kucherov est depuis septembre 2008 au laboratoire Poncelet (UMI 2615) de Moscou pour un an.
Ces collaborations internationales se traduisent par un nombre relativement important 12 de publications cosignées avec des membres d’institutions étrangères et par un accroissement du nombre
des thèses en cotutelle sur la période : il y en a actuellement dix en cours (Canada, Chine, Luxembourg, Maroc, Tunisie).
1.10 Ressources
1.10.1 Les ressources humaines
Les effectifs du laboratoire ont considérablement évolué ces dernières années, avec une augmentation de 30 % du nombre de chercheurs et enseignants-chercheurs permanents, mais surtout
avec une proportion beaucoup plus forte de chercheurs (CNRS ou INRIA). En effet, depuis 2005, le
nombre de chercheurs CNRS de l’unité est passé de 2 CR à 5 (1 DR, 4 CR) et le laboratoire a bénéficié de l’arrivée de chercheurs INRIA : fin août 2008, 4 DR et 7 CR sont ainsi membres d’équipes
communes.
12. L’analyse quantitative reste à faire !
1.10. Ressources
11
Si l’évolution du nombre d’enseignants-chercheurs est plus modérée (de 67 à 76), le renouvellement a été important : une quinzaine de membres ont quitté le laboratoire (nomination PR à l’extérieur, retraite, ...) 13 . L’équipe Noce a rejoint le laboratoire au cours du contrat.
Ont été recrutés depuis 2006 17 MCF Lille 1 (dont 10 extérieurs, i.e. n’ayant pas fait leur thèse à
Lille), tous ayant effectué un séjour post-doctoral d’au moins un an), 1 MCF Lille 3 (extérieur) et 2
enseignants-chercheurs « Institut Telecom » dont 1 extérieur. Pour les postes de professeur, seul 1 PR
extérieur a été recruté depuis 2006, 4 MCF ayant été promus PR sur la période.
Les profils recherche des postes d’enseignants-chercheurs 14 sont discutés en conseil de laboratoire avant d’être transmis pour arbitrage à l’Université. Les grandes lignes directrices sont : renforcement des activités prioritaires, soutien des activités émergentes -par exemple en accompagnant le
nomination d’un nouveau PR ou l’arrivée d’un DR par un poste de MCF-, renforcement des capacités
d’encadrement des équipes. Bien entendu, le message donné par le laboratoire pour le recrutement
est de privilégier l’excellence et l’ouverture.
Enfin, notons qu’environ 60 % des chercheurs et enseignants-chercheurs permanents (resp. 55 %
des enseignants-chercheurs) du laboratoire participent à des équipes-projets INRIA du centre INRIA
Lille-Nord Europe. Le tableau ci-dessous synthétise les effectifs au 30/08/08 :
Statut
Enseignants-chercheurs
Chercheurs CNRS
Chercheurs INRIA
Non membres INRIA
Membres INRIA
35
1
42
4
11
Sur la période, un nombre assez important de délégations (INRIA, CNRS), de détachements INRIA
et de CRCT accordés à des membres du laboratoire, a permis de renforcer l’effort de recherche. Les
délégations ont également permis d’accueillir plusieurs membres extérieurs au laboratoire.
Enfin, une tendance est l’augmentation des recrutements temporaires sur fonds propres, que ce
soit comme doctorants, post-doctorants ou ingénieurs de recherche.
Côté équipe administrative et technique, la partie administrative a été renforcée par un poste de
technicien CNRS (occupé par F. Hammadi) et la partie technique par un poste d’Ingénieur d’Etudes
Lille 1 (occupé par M. Ladrouz). Depuis 2007, deux contractuels sont payés sur fonds propres pour
faire face aux charges de travail de l’équipe administrative et un contractuel pour l’entretien du
bâtiment.
1.10.2 Les ressources financières
Les ressources financières du LIFL (en moyenne annuelle sur la dernière période) sont globalement les suivantes :
– moyens récurrents et spécifiques (dotations MENESR et CNRS) : 0,3 M€ (21 % du total dont
17 % pour le MENESR et 4 % pour le CNRS) ;
– ressources propres (programmes et contrats) : 1,6 M€ (79 % du total).
Notons que ces ressources ne prennent en compte que les ressources "gérées" directement par
le LIFL (CNRS, Lille 1, LILLE 3). En particulier, les équipes-projets communes INRIA disposent d’un
budget INRIA : il a été de 1,08 M€ en 2006 dont 0,74 M€ de recettes apportées par les équipes (ANR,
contrats européens, ..) et de 1,5 M€ en 2007 dont 0,9 M€ de recettes apportées par les équipes 15
Le budget annuel global du LIFL est donc de l’ordre de 1,9 M€ dont 0,3 M€ en dotation du laboratoire. Il est détaillé dans le tableau suivant.
La dotation de base du LIFL sert essentiellement au maintien de l’infrastructure administrative et
technique commune du LIFL. Une partie -environ 50 K€ en 2008- est attribuée aux équipes, essentiellement par un mécanisme -très léger- d’appels incitatifs internes qui permet d’aider ponctuellement
des projets des chercheurs ou doctorants du LIFL.
13. certains ont malheureusement cessé leur activité de recherche, par exemple accaparés par des charges administratives :
ils restent associés au laboratoire qui s’engage à leur fournir le cadre pour une reprise de l’activité.
14. Il s’agit ici essentiellement des postes de l’Université de Lille 1, mais la discussion inclut également les postes de l’Université de Lille 3
15. Disposer de ces chiffres atteste de la volonté de coopération sur le terrain entre le centre INRIA Lille -Nord Europe et le
LIFL
12
Laboratoire
Par cette organisation les équipes disposent d’un ensemble de services communs de bonne qualité et adéquats à leur travail au sein du LIFL. Nous finançons sur nos fonds propres près de 3 ETP
(deux agents administratifs, un personnel d’entretien à mi-temps, prise en charge partielle du personnel d’accueil de l’Ircica). Les ressources propres à chaque équipe ou projet commun restent à
disposition des équipes.
2004
2006
2007
485 917
551 119
240 767
71 700
239 485
64 584
67 225
6 000
117 525
6 000
Ressources propres
Programmes internat.
EU
ANR
Pôles de compétitivité
Collect. territoriales
Fondations
Contrats privés
Autres
1 591 832
1 526 610
39 000
723 665
429 521
77 662
Total
1 977 524
Crédits établissements
USTL, Lille 3, CNRS
Dotations
Université
CNRS
Moyens spécifiques
Université (BQR, PPF, ...)
CNRS
2005
413 162
251 525
105 840
340 377
114 102
115 652
251 174
114 102
16 773
125 887
1 954 204
1.10.3 Les locaux
Les locaux ont été un point critique durant la période, malgré la construction de l’extension du
M3, disponible en 2004 16 . La croissance forte du laboratoire, son implication dans l’Ircica et dans
l’INRIA ont conduit à la situation actuelle où les bureaux « recherche » des membres du LIFL sont
répartis sur trois bâtiments 17 .
– Les services administratifs du LIFL, les équipes Calfor, Fox-MIIRE, MAP, NOCE, PALOMA, SMAC
et une partie des équipes STC et GOAL sont localisés dans le bâtiment M3 (Lille 1) à l’intérieur
du campus où elles occupent 875 m2 de bureaux.
– 2 équipes (RD2P, Graphix) sont localisées dans le bâtiment IRCICA (CNRS) avec 735 m2 de
bureaux et de salles techniques (plate-forme PIRVI, réseaux de capteurs) 18
– 4 équipes (BioInfo, GRAPPA 19 OPAC, WEST) et une partie des équipes GOAL et STC sont hébergées dans le Bâtiment INRIA de la Haute-Borne où elles occupent 1025 m2 de bureaux.
– Une partie de l’équipe Fox-Miire est hébergée dans le bâtiment de Telecom Lille 1.
Même si la plupart des équipes disposent actuellement de locaux satisfaisants, la dispersion sur
trois bâtiments et deux sites a bien entendu des implications sur le fonctionnement du laboratoire ;
de même la distinction quasi-systématique des bureaux « recherche » et « enseignement » a modifié
les conditions de travail des enseignants-chercheurs ; l’évolution des effectifs nécessitera une réorganisation partielle des locaux à très court terme – réorganisation prévue fin 2008, des travaux de
rénovation du M3 devant être entrepris dès septembre –, et une réorganisation complète prenant
en compte l’augmentation des effectifs, la proximité des services et le lien avec la formation doit
être envisagée avec les différents partenaires pour permettre le développement des projets et des
équipements.
16. L’équipe WEST a été hébergée dans des bureaux loués par l’INRIA de 2005 à 2007.
17. La solution envisagée de regrouper les membres du LIFL sur le site de la Haute-Borne dans les bâtiments Ircica et INRIA
n’ayant pu être mise en œuvre
18. 850 m2 de bureaux à partir d’automne 2009, avec l’hébergement d’une partie de l’équipe Fox-Miire
19. L’équipe Grappa est également partiellement hébergée par l’Université de Lille 3
1.11. Evolution Générale
1.11 Evolution Générale
Le développement du laboratoire et son implication dans des projets d’envergure ( IRCICA, implantation de l’INRIA, CPER Campus Intelligence Ambiante) sont des élément forts de ce quadriennal. Un autre élément marquant -et lié- de la période a été le développement de collaborations avec
d’autres laboratoires régionaux – IEMN, LAGIS 20 , L2EP, CLAREE, ProBioGem, ... Les partenariats
industriels que ce soit avec des grands groupes ou des PME innovantes se sont renforcés comme
l’illustre notre forte implication dans les pôles de compétitivité, en particulier le Pôle des Industries
du COMmerce. De même le rayonnement international du laboratoire s’est développé comme en
attestent l’accroissement des partenariats internationaux et de l’implication des membres du laboratoire dans les comités internationaux. Enfin, notons que même si le nombre de chercheurs a
augmenté durant la période (de 2 CR CNRS à 5 chercheurs CNRS et 11 chercheurs INRIA), le laboratoire reste un laboratoire « très » universitaire, fortement impliqué dans les formations et dans les
structures de l’Université (membres des différents conseils, vice-présidence TIC, direction de composantes, ...).
Si les grands domaines originels du laboratoire – logiciel, parallélisme et calcul distribué, image,
méthodes formelles – sont toujours au centre de nos recherches, les thématiques ont bien évidemment évolué 21 : essor important des activités de recherche autour de l’informatique ubiquitaire et
des infrastructures logicielles pour l’Intelligence Ambiante, fort développement de la thématique
interaction, importance de la thématique « calcul haute performance », confirmation de l’implication du laboratoire dans la modélisation du vivant et des systèmes complexes, renforcement de la
thématique apprentissage – en interaction avec le laboratoire LAGIS –, émergence de la thématique
transversale « sécurité », ...
En conclusion, le laboratoire s’est considérablement développé ces dernières années et a été au
cœur de projets ambitieux (création de l’Ircica, implantation de l’INRIA, campus « Intelligence Ambiante » de la Haute-Borne). Une des priorités du laboratoire ces dernières années a été bien sûr
d’accompagner ce développement (fléchage des postes, soutien financier, ...) en veillant à ce qu’il
soit équilibré, favorise l’excellence, permette l’émergence de nouvelles thématiques et renforce les
équipes existantes. Le maintien de l’unité du laboratoire dans un paysage complexe en forte évolution, l’établissement d’un cadre de partenariat clair avec l’INRIA et le développement de l’attractivité
restent des enjeux importants.
20. La collaboration avec le LAGIS a amené une réflexion sur le rapprochement des deux laboratoires, réflexion évoquée
dans le projet
21. Le projet de laboratoire a pris ces évolutions en compte pour la structuration.
13
2 Équipes
2.1 BioInfo
Mots-clés : bio-informatique, algorithmique discrète, combinatoire
2.1.1 Membres
Permanents
Mathieu GIRAUD, CR2 CNRS dans l’équipe depuis 2006
Gregory KUCHEROV, DR2 CNRS dans l’équipe depuis 2005
Laurent NOE, MCF Université de Lille 1 dans l’équipe depuis 2006
Maude PUPIN, MCF Université de Lille 1 dans l’équipe depuis 2000
Hélène TOUZET (resp.), CR1 CNRS dans l’équipe depuis 2005
Jean-Stéphane VARRÉ, MCF Université de Lille 1 dans l’équipe depuis 2001
Non permanents
Ségolène CABOCHE, Doctorant INRIA dans l’équipe depuis septembre 2006
Antoine DE MONTE, IR CNRS dans l’équipe depuis août 2007
Arnaud FONTAINE, Doctorant Université de Lille 1 dans l’équipe depuis octobre 2005
Marta GIRDEA, Doctorant INRIA dans l’équipe depuis septembre 2007
Benjamin GRENIER-BOLEY, IR INRIA dans l’équipe depuis septembre 2007
Aude LIEFOOGHE, Doctorant Université de Lille 1 dans l’équipe depuis octobre 2004
Alban MANCHERON, POST-DOC INRIA dans l’équipe depuis septembre 2007
Invités et anciens membres
Martin FIGEAC (doctorant puis ATER).
Matthieu DEFRANCE (doctorant puis ATER).
Guillemot SYLVAIN (ATER).
Jesper JANSSON (CR1 INRIA).
2.1.2 Problématique
L’équipe travaille en bio-informatique. Plus précisément, le thème fédérateur est la conception
de méthodes et d’outils informatiques pour l’analyse de séquences biologiques à grande échelle. Le
terme séquence recouvre des objets biologiques riches. Il peut s’agir de gènes, de protéines, d’ARN
non-codants, de chromosomes, de génomes, ... Les programmes de séquençage permettent en effet
aujourd’hui d’accéder à un grand volume de données de qualité. Cette profusion invite à raisonner à l’échelle globale des génomes, pour plusieurs espèces. C’est un changement de perspective
qui s’accompagne de questions importantes pour la compréhension des mécanismes cellulaires. La
première question concerne la fonction des régions non-codantes, avec notamment les ARN noncodants et les éléments de régulation qui jouent vraisemblablement un rôle essentiel dans la complexité des organismes eucaryotes. En second lieu, la disponiblité de génomes complets permet d’appréhender les relations fonctionnelles entre les gènes. Cela ouvre la voie à la biologie des systèmes,
qui enrichit l’approche génétique classique dirigée par l’étude individuelle d’un gène en lien avec les
nouvelles technologies de transcriptomique et de protéomique. Enfin, la disponibilité de génomes
apparentés permet de rechercher les mécanismes conservés entre espèces au fil de l’évolution par
génomique comparative.
L’équipe aborde ces problèmes à travers quatre thèmes principaux : la comparaison de séquences
à l’échelle génomique, l’analyse des ARN non-codants, les signaux de regulation et les peptides non
ribosomiaux. Ces quatre thèmes reposent sur des fondements méthodologiques communs avec des
solutions issues de l’algorithmique discrète sur les mots, les arbres et les graphes.
15
16
Équipes
2.1.3 Résultats
Comparaison de séquences et recherche de régularités structurelles. La comparaison de séquences reste un thème central pour la recherche d’homologie. Dans ce cadre, nous avons développé le
modèle des graines sous-ensembles, qui améliore la sensibilité dans la recherche d’alignements, que
ce soit pour des séquences d’ADN [61, 267] ou plus récemment de protéines [650]. Nous avons aussi
étudié l’implémentation de ces graines sur une architecture reconfigurable FPGA pour les comparaisons à très grande échelle [632], au sein d’une collaboration avec l’INRIA Rennes. Un autre travail
a conduit à la mise au point d’un algorithme efficace pour la comparaison multiple de séquences
sans alignement [27], qui a permis de comparer 70 génomes complets de HIV/SIV [26]. Par ailleurs,
une nouvelle classe d’éléments transposables présents dans des génomes de plantes a été analysée
[48]. Enfin, nous avons mené des travaux algorithmiques sur la recherche de structures périodiques
et palindromiques dans les séquences [265, 247], ainsi que sur les graphes d’intervalles intervenant
dans différents modèles bioinformatiques.
Analyse des ARN non-codants. Les gènes à ARN, ou ARN non-codants, sont des gènes qui ne sont
pas traduits en protéine. Leur rôle au sein de la cellule a été largement réévalué ces dernieres années
avec la découverte de leur implication dans la régulation des gènes notamment. La particularité des
ARN non-codants est que leur fonction est fortement conditionnée par leur structure : la molécule
d’ARN a la capacité de former des interactions à longues portées pour s’organiser en une structure
tri-dimensionnelle hiérarchique. D’un point de vue combinatoire, c’est donc un objet complexe, que
l’on peut modéliser par des arbres ordonnés ou des graphes suivant l’expressivité que l’on souhaite
conférer au modèle. Dans ce domaine, nos premiers travaux portaient sur la prédiction de structure
conservée pour une famille d’ARN. Ils ont fait l’objet d’une invitation pour contribuer à un manuel
de bio-informatique dédié à la génomique comparative [98]. Plus récemment, plusieurs résultats ont
été obtenus concernant la comparaison d’ARN non-codants, prenant en compte les informations de
séquence et de structure spatiale, pour différents modèles évolutifs [87, 99, 8]. Ces travaux ont une
portée à la fois théorique, en améliorant la complexité d’algorithmes connus sur les arbres et les séquences arc-annotées, et pratique, en ouvrant la voie à la comparaison d’ARN à grande échelle. Nous
avons aussi étudié une méthode de recherche de structures par une indexation à base de graines
[220].
Analyse des signaux de régulation. Ce thème a démarré dans l’équipe dans le sillage scientifique
de l’IRI, avec le soutien d’une ACI Jeunes Chercheurs. Les signaux de régulation sont des informations contenues dans le génome qui participent au contrôle transcriptionnel des gènes, et donc à
leur expression. Nous nous intéressons à une modélisation sous forme de motifs approchés décrits
par un modèle statistique appelé matrice position-poids, largement utilisé par la communauté biologique. Dans ce cadre, nous avons proposé un nouvel algorithme pour la recherche de tels motifs, basé
sur des techniques d’indexation et d’information mutuelle entre matrices [291] et une stratégie de
sélection de sites candidats à l’échelle de génomes en présence de plusieurs espèces par empreinte
phylogénétique et sur-représentation locale [24]. Nous avons aussi étudié la significativité de ces motifs, avec un algorithme amélioré de calcul de P-valeur [100]. Tous ces travaux sont implémentés dans
la suite logicielle TFM (pour Transcription Factor Matrices), avec les modules TFM-Explorer, TFMScan et TFM-Pvalue. Ils s’accompagnent également d’une réflexion globale sur la distribution des
fréquences des mots dans les génomes [23], montrant en particulier que celles-ci ne peuvent pas être
expliquées par des modèles du type markovien, traditionnellement employés en bioinformatique.
Peptides non-ribosomiaux. Cette thématique est menée en collaboration étroite avec le laboratoire de microbiologie ProBioGEM de l’Université de Lille 1, spécialisé dans les bioprocédés enzymatiques et microbiens. L’objectif est de développer des outils de manipulation et d’analyse de peptides
particuliers synthétisés par la voie non ribosomiale. Ces peptides, appelés NRP (Non Ribosomal Peptides), présentent des caractéristiques particulières telles qu’une petite taille (entre 2 et 50 acides aminés) ; qu’une structure 2D qui n’est pas nécessairement linéaire (présence d’un ou plusieurs cycles
et/ou de branchements) ; qu’une grande variété d’acides aminés ou d’autres types de monomères.
Nous avons développé N ORINE, la première et unique ressource dédiée à ces peptides [10]. A l’heure
actuelle, plus de 700 peptides sont recensés dans la base de données, avec des annotations validées
manuellement à partir de publications scientifiques. De plus, nous avons proposé une représentation de leur structure 2D sous la forme de graphes non orientés, dont les sommets sont étiquetés par
2.1. BioInfo
17
les acides aminés et dont les arrêtes représentent les liaisons chimiques. Dans ce cadre, nous avons
mis au point un algorithme efficace de recherche d’un motif structurel. N ORINE dans sa forme actuelle a été présentée à la Société Francaise de Microbiologie en 2007, et a obtenu le prix du meilleur
poster.
2.1.4 Perspectives
Les différents thèmes développés par l’équipe ont pour point commun de reposer sur des fondements méthodologiques issus de l’algorithmique discrète. Mais, à côté de ces aspects théoriques, nos
recherches sont menées avec un double souci. Elles doivent être menées en relation étroite avec des
équipes de recherche en biologie et validées sur des données biologiques. Elles doivent également
aboutir à la réalisation et à la diffusion de logiciels à destination de la communauté biologique et bioinformatique. Pour le premier point, deux thèses en cours font ainsi l’objet d’un co-encadrement
avec un laboratoire de biologie, et les collaborations (contractualisées ou non) avec des équipes de
recherche en biologie prennent une place croissante dans la politique scientifique de l’équipe. Cela
se traduit par des publications sélectives en informatique et en bio-informatique, bien sûr, mais
également dans des revues de biologie reconnues, telles que Journal of Molecular Evolution, Trends
in Genetics, Nucleic Acid Research ou BMC Genomics. Pour le second point, l’équipe maintient un
serveur web pour la diffusion des logiciels développés, ce qui contribue de manière importante à
sa visibilité (http://bioinfo.lifl.fr). Ce serveur est effectivement utilisé. Il reçoit plusieurs centaines de requêtes par mois, et les logiciels hébergés apparaissent dans des publications d’équipes de
biologie pour l’établissement de nouveaux résultats. Malgré la jeunesse relative de l’équipe, nos activités bénéficient ainsi d’une bonne reconnaissance nationale : participation à l’encadrement du GDR
Bio-informatique moléculaire, du GDR Informatique Mathématique, organisation de la conférence
nationale JOBIM en 2008, ... Il faudrait maintenant asseoir cette visiblité au niveau international.
C’est un de nos objectifs pour la période prochaine. À côté de ces aspects positifs, l’équipe souffre
d’une faiblesse relative de contrats. Cela peut s’expliquer à la fois par la quasi-absence de tissu industriel et la difficulté à s’insérer dans les appels à projets type ANR ou européens, où la bio-informatique
est actuellement représentée de manière marginale. Nous devons faire davantage d’efforts dans ce
sens. Nous souhaiterions également améliorer le flux de doctorants sur bases contractuelles, ce qui
rejoint le point précédent. Pour conclure, l’équipe Bioinfo envisage de garder essentiellement le
même périmètre scientifique pour les prochaines années, mais avec un nouveau nom – Sequoia –
notamment par équité vis-à-vis d’autres équipes du LIFL qui développent également une activité en
bio-informatique.
2.1.5 Collaborations
– Université de Montréal (M. Csuros, N. El-Mabrouk)
– Université de Moscou (R. Kolpakov)
– Université de Varsovie (A. Gambin, S. Lasota), Université de Cracovie (D. Grzebelus)
– Institut de Problèmes Mathématiques en Biologie
de l’Académie de Sciences de Russie (M. Roytberg)
– Université de Bergen (F. Fomin, P. Heggernes)
– JPMorgan Chase, New York (V. Grebinski)
– LRI, Laboratoire de Recherche en Informatique Université Paris Sud
– IGM, Institut Gaspar Monge - Université Marne-laVallée
– LABRI, Laboratoire Bordelais en Informatqiue -
Université Bordeaux 1
– DIMAR, Diversité, évolution et écologie fonctionnelle marine, UMR 6540 , Marseille
– Laboratoire de Génétique et Evolution des Populations végétales, UMR CNRS 8016 Université Lille 1
– Laboratoire ProBioGEM, Procédés Biologiques Génie Enzymatique et Microbien, Université Lille 1
– Unité INSERM 801, Interactions cellulaires et moléculaires des bactéries pathogènes avec l’hôte
– INRA Toulouse
– équipe Symbiose, IRISA / INRIA Rennes
– Laboratoire Statistique et Génome, Evry
– Institut de Mathématique de Luminy
2.1.6 Contrats
Analyse algorithmique pour l’analyse de l’expression des gènes (ACI –Jeunes Chercheurs) de 2003 à
2006.
Traitement à grande échelle de séquences biologiques (BQR) de 2006 à 2006.
PPF bio-informatique (PPF) de 2006 à 2009, partenaires : IFR 147 (Protéomique, Modifications posttraductionnelles et Glycobiologie), Probiogem (Laboratoire des procédés biologiques, génie enzymatique
et microbiologique), GEPV (Laboratoire de Génétique
18
Équipes
et Evolution des Populations Végétales), Laboratoire
I), MIA (INRA Toulouse), TAGC (Marseille), Institut
de Chimie Organique et Macromoléculaire, Institut de de Génétique et Microbiologie (UMR CNRS 8621 UniBiologie de Lille .
versité Paris-Sud), Institut de Biologie Moléculaire et
Brasero (ANR –programme blanc) de 2007 à 2009, par- Cellulaire (FRC 1589, Université Louis Pasteur).
tenaires : Université Paris-Sud (LRI et IGM), Université Optimisation de graines et indexation des banques
d’ADN sur mémoire FLASH reconfigurable (ARC INBordeaux I (LABRI), INRIA Rhônes Alpes (HELIX).
NCRNA - a collaborative platform for non coding
RIA) de 2006 à 2007, partenaires : IRISA (Symbiose),
RNA annotation (ReNaBi) de 2007 à 2009, partenaires : unité INSERM U694 (CHU Angers), IP Design (LESTER,
Plateforme Bioinformatique Génopole Toulouse-Midi- Lorient).
Pyrénées, Laboratoire des Interactions Plantes Micro- Repevol, Évolution des structures répétées dans les
génomes (ACI –ImpBio) de 2004 à 2007, partenaires :
organismes (INRA Toulouse), MIA (INRA Toulouse).
ARENA - Groupe de travail pluridisciplinaire sur la
LIRMM, Centre d’Ecologie Fonctionnelle et Evolutive,
Institut de Génétique Humaine à Montpellier, Boston
structure et la fonction des ARN (ACI –ImpBio) de
2004 à 2007, partenaires : LaBRI (Université Bordeaux University.
2.1.7 Logiciels et brevets
YASS (http://bioinfo.lifl.fr/yass/) : logiciel de
recherche de similarités entre séquences nucléiques,
basé sur la technique des graines espacées et des
graines multi-ensembles.
Norine (http://bioinfo.lifl.fr/norine/) : système d’information dédié aux peptides issus de la
synthèse non-ribosomiale [10].
caRNAc (http://bioinfo.lifl.fr/RNA/carnac) :
logiciel d’inférence de structure secondaire commune
pour une famille de séquences d’ARN homologues
[98].
gardenia (http://bioinfo.lifl.fr/RNA/gardenia) :
gardenia est un logiciel d’alignement multiple de
structures d’ARN [8].
magnolia (http://bioinfo.lifl.fr/magnolia) : lo-
giciel d’alignement multiple de séquences nucléiques
sur la base de de leur fonction putative (ARN codant
ou ARN structuré) [40]).
protea (http://bioinfo.lifl.fr/protea) : logiciel
d’identifiaction de régions codantes conservées entre
génomes reposant sur des principes de génomique
comparative [236].
TFM (http://bioinfo.lifl.fr/TFM) : suite logicielle
dédiée à l’étude des sites de fixation de facteurs de
transcription représentés par des matrices scoreposition, qui met en œuvre les différents travaux décrits au paragraphe Analyse des signaux de régulation.
TFM intègre plusieurs génomes mammifères (homme,
souris, rat) et les banques de données Transfac et
Jaspar [24, 291, 100].
2.1.8 Thèses et habilitations à diriger des recherches
Thèses de doctorat
Matthieu DEFRANCE, Algorithmes pour l’analyse
de régions régulatrices dans le génome d’eucaryotes
supérieurs (décembre 2006).
Aude LIEFOOGHE, Matrices score-position, propriétés
et localisation (juillet 2008).
2.1.9 Visibilité et faits marquants
Visibilité
– organisation de JOBIM 2008 (Journées Ouvertes Biologie, Informatique, Mathématique), la
conférence francophone en bio-informatique, à Lille en juillet 2008. H. Touzet a co-présidé le
comité d’organisation, les autres membres de l’équipe y ont participé.
– comité éditorial de la revue BMC Algorithms for Molecular Biology (G. Kucherov)
– création de puzzles bioinformatiques pour la Fête de la Science
2.1.10 Publications significatives
1. S. Caboche, M. Pupin, V. Leclère, A. Fontaine,
Ph. Jacques, and G. Kucherov. NORINE : a database of nonribosomal peptides. Nucleic Acids
Research, pages D326 – D331, January 2008.
2. M. Csürös, L. Noé, and G. Kucherov. Reconsidering the significance of genomic word frequencies. Trends in Genetics, 23(11) :543–546,
October 2007.
3. M. Defrance and H. Touzet. Predicting trans-
cription factor binding sites using local overrepresentation and comparative genomics.
BMC Bioinformatics, 2006.
4. Arnaud Fontaine, Antoine de Monte, and Hélène Touzet. MAGNOLIA : multiple alignment
of protein-coding and structural rna sequences.
Nucleic Acids Research, Web Server Issue, 2008.
5. Mathieu Giraud. Not so many runs in strings.
In Int. Conf. on Language and Automata Theory
2.2. CalFor
and Applications (LATA 08), volume in press
of Lecture Notes in Computer Science (LNCS),
2008.
6. G. Kucherov, L. Noé, and M. Roytberg. A unifying framework for seed sensitivity and its
application to subset seeds. Journal of Bioinformatics and Computational Biology, 4(2) :553–
569, 2006.
7. G. Kucherov, L. Noé, and M. Roytberg. Subset
seed automaton. In J. Holub and J. Zdarek,
editors, Proceedings of the 12th International
Conference on Implementation and Application of Automata (CIAA 2007), Prague (Czech
Republic), July 16-18, 2007, volume 4783 of Lecture Notes in Computer Science, pages 180–191.
Springer Verlag, 2007.
19
8. Aude Liefooghe, Hélène Touzet, and JeanStéphane Varré. Large scale matching for
position weight matrices. In Proceedings of
the 17th Annual Symposium on Combinatorial
Pattern Matching (CPM), July 5-7, Barcelona
(Spain), volume 4009 of Lecture Notes in Computer Science, pages 401–412. Springer Verlag,
2006.
9. H. Touzet. Comparative analysis of RNA genes :
the CaRNAc software, volume Methods in Molecular Biology, Special issue on comparative
genomics I, pages 465–473. Humana Press,
2007.
10. Hélène Touzet and Jean-Stéphane Varré. Efficient and accurate p-value computation for
position weight matrices. Algorithms for Molecular Biology, 2(15), 2007.
2.2 CalFor
Mots-clés : calcul formel, algèbre différentielle, géométrie différentielle, modélisation en biologie
cellulaire
2.2.1 Membres
Permanents
François BOULIER, MCF Université de Lille 1 dans l’équipe depuis 1996
François LEMAIRE, MCF Université de Lille 1 dans l’équipe depuis 2004
Nour-Eddine OUSSOUS, PR2 Université de Lille 1 dans l’équipe depuis 2002
Michel PETITOT (resp.), PR2 Université de Lille 1 dans l’équipe depuis 2000
Alexandre SEDOGLAVIC, MCF Université de Lille 1 dans l’équipe depuis 2002
Non permanents
Asli ÜRGÜPLÜ, Doctorant Université de Lille 1 dans l’équipe depuis 2006
Samuel VIDAL, Doctorant Université de Lille 1 dans l’équipe depuis 2005
Invités et anciens membres
Raouf DRIDI (doctorant).
Ngalla DJITTE (post-doctorant).
2.2.2 Problématique
En recherche, l’équipe calcul formel a développé la théorie et la pratique des méthodes qui constituent son cœur de métier (algorithmique pour le traitement symbolique des équations différentielles). Certains de ses membres se sont investis dans le domaine de la modélisation en biologie
cellulaire. Des logiciels ont été développés.
2.2.3 Résultats
Développement du cœur de métier. En géométrie différentielle, la thèse de Raouf Dridi [1087] a
approfondi les travaux de Sylvain Neut (thèse en 2003) sur la méthode d’équivalence de Cartan. Les
résultats obtenus ont été publiés dans [721, 28, 30, 29, 218, 31, 82, 32]. Ces travaux consistent à tenter
de limiter le grossissement des formules en adaptant dynamiquement (i.e. au cours du calcul) les systèmes de coordonnées utilisés. Ils permettront à moyen terme d’améliorer les solveurs d’équations
20
Équipes
différentielles sous forme close ainsi que les intégrateurs numériques d’équations différentielles. Plusieurs paquetages MAPLE ont été réalisés mais leur valorisation industrielle (incorporation dans la
bibliothèque standard du logiciel MAPLE) reste à faire.
En algèbre différentielle, des résultats théoriques ont été obtenus récemment dans le domaine de
l’approximation d’état quasi-stationnaire des systèmes d’équations différentielles obtenus à partir de
systèmes de réactions chimiques. Ces travaux sont liés à l’activité de modélisation en biologie. Ils ont
été publiés dans [767]. Les résultats obtenus lors de la période précédente ont été développés sous
forme logicielle (bibliothèques BLAD) et ont été synthétisés dans l’HDR de François Boulier [977]. La
négociation d’un accord de recherche de deux ans avec l’entreprise MAPLESOFT (incorporation des
bibliothèques BLAD dans MAPLE) a duré dix-huit mois et s’est concrétisée en juin 2008. Ce contrat
a été soutenu par un Projet Incitatif interne du LIFL (achat de matériel, 5000 euros).
En géométrie différentielle, des résultats ont été obtenus dans la perspective de la théorie du
contrôle. Ces travaux, qui complètent les résultats sur l’approximation d’état quasi-stationnaire,
portent sur la réduction de l’ensemble des paramètres dans les systèmes dynamiques. Ils ont été
publiés dans [331, 881]. Ils ont été obtenus en collaboration avec le projet INRIA ALIEN. Ils sont développés dans le cadre de la thèse d’Asli Ürgüplü. Un paquetage MAPLE a été réalisé (paquetage ELPS)
mais sa valorisation industrielle reste à faire.
En algèbre commutative, des résultats théoriques ont été obtenus dans le domaine de la simplification des systèmes d’équations polynomiales. Ils ont été publiés dans [282, 283, 183, 196, 195].
Ces travaux sont liés à l’amélioration du paquetage RegularChains (incorporé dans la bibliothèque
standard de MAPLE lors de la période précédente).
D’autres résultats ont été obtenus en dehors des domaines cités ci-dessus. Ils ont été publiés dans
[203, 180]. La thèse de Samuel Vidal est en cours. Elle porte sur l’analyse combinatoire des dessins
d’enfants de Grothendieck. L’application en vue est l’analyse qualitative des systèmes dynamiques.
Des collaborations avec l’Ontario Research Centre for Computer Algebra (Marc Moreno Maza,
Greg Reid) et avec l’université du Minnesota (Peter Over) ont été développées. Des membres de
l’équipe ont contribué à l’organisation de plusieurs conférences (ISSAC, CASC, TC, PASCO).
Modélisation en biologie. Des membres de l’équipe se sont investis dans le domaine de la modélisation en biologie cellulaire. L’approche retenue est la modélisation des réseaux de régulation de
gènes par équations différentielles polynomiales paramétriques. Les stages MRI de Natacha Skrzypczak (2005), Asli Ürgüplü (2006), d’Anthony Hebig (2007) et Frédéric Maquet (2008) ainsi que le cours
MRI de l’équipe portent sur ce domaine.
Des premiers résultats ont été présentés dans [977, 400]. Ils synthétisent des travaux amorcés lors
de la période précédente (projet LEPISME).
Des résultats ont été obtenus dans le cadre d’un groupe de travail dédié à la modélisation de
l’algue verte ostreococcus tauri [182, 602, 401, 181]. Ce groupe de travail, animé par Marc Lefranc
(USTL, PhLAM) et François-Yves Bouget (Obs. océanologique de Banyuls) a été valorisé sous la forme
d’un projet ANR BIOSYS (MINICLOCK) mais aucun membre de notre équipe n’en fait partie. L’expérience acquise dans ce groupe a permis la mise au point d’un algorithme dédié à l’approximation
d’état quasi-stationnaire pour les systèmes de réactions chimiques [767].
Une collaboration s’est développée mi-2007 avec le groupe BioPi de l’équipe STC du LIFL. Elle a
été soutenue par le PPF Bioinfo de Lille (4400 euros). Des collaborations ont été amorcées avec les
projets INRIA HELIX et COMORES.
Une autre collaboration s’est amorcée début 2008 avec Yasushi Saka (Multicellular Group de l’IBL)
autour de la réalisation d’un composant logiciel d’aide à la modélisation en biologie cellulaire avec
application à la modélisation des réseaux de gènes synthétiques. Une première maquette (paquetage
MABSys) a été réalisée. Une proposition de projet ANR BLANC 2008 a été déposée (projet MORDU)
pour soutenir cette collaboration dans le cadre d’une équipe-projet de l’IRI.
Le retentissement des travaux de l’équipe a conduit à plusieurs conférences et tutoriels invités
[729, 730]. Une session dédiée à la modélisation en biologie est en cours d’organisation dans le cadre
des Journées Nationales de Calcul Formel 2008. Cette session est soutenue par le PPF bioinfo de Lille.
Au sujet de la géométrie différentielle. Dans la résolution d’un problème, on distingue traditionnellement
– le calcul symbolique des relations reliant les valeurs des diverses inconnues et paramètres du
problème
2.2. CalFor
21
– le calcul numérique (approximatif) des valeurs numériques attachées aux divers symboles.
Par exemple, le calcul symbolique permet d’établir la relation ζ(2) = π2 /6 portant sur les symboles ζ(2)
et π. Le calcul numérique permet d’obtenir la valeur approchée π = 3.14159.... Le calcul symbolique
(à la main ou sur ordinateur) est fondé sur l’algèbre et le calcul numérique est fondé sur l’analyse (la
théorie de l’approximation).
La géométrie permet souvent d’éviter des calculs fastidieux et aborde la question cruciale de
l’influence du choix d’un système de coordonnées particulier sur la complexité ou le résultat du
calcul à effectuer. La géométrie intervient à la fois en calcul symbolique (la géométrie algébrique) et
en calcul numérique (intégration géométrique des équations différentielles). Le point clé est que le
grossissement des formules peut être lié au choix des coordonnées.
On connait les grands progrès de la géométrie algébrique dans les années 60 mais il convient de
noter que le traitement algébrique des équations différentielles (i.e. l’algèbre différentielle) codifié
par l’école américaine (J. F. Ritt) s’est fait indépendamment des travaux en géométrie différentielle
initiée par Sophus Lie et Elie Cartan. L’équipe de calcul symbolique du LIFL (travaux de F. Boulier, F.
Lemaire, M. Moreno Maza) est mondialement connue pour ses travaux (théorie et implantation) sur
la réécriture de Ritt.
L’approche géométrique des équations différentielles est proche des méthodes du calcul tensoriel
dont on connait le rôle crucial en physique, en particulier dans l’étude de la gravitation (la relativité
générale – A. Einstein). Elle permet de traiter « à la main » certains problèmes qui, en théorie, sont
résolubles par la réécriture de Ritt mais ne le sont pas en pratique parce les formules grossissent.
Malheureusement, l’approche géométrique est encore mal comprise et son algébrisation reste à
faire.
Un premier pas a été effectué pendant la thèse de S. Neut qui a réalisé une implantation de qualité
de la méthode d’équivalence de E. Cartan, méthode permettant de décider si deux équations différentielles se déduisent par un changement de variables. Un deuxième pas a été effectué pendant la
thèse de R. Dridi qui a montré l’intérêt de cette méthode pour l’amélioration des solveurs actuels, en
particulier pour l’amélioration du solveur symbolique d’équations différentielles du système Maple.
Bien que la méthode d’équivalence soit l’œuvre du mathématicien francais E. Cartan, les grands
spécialistes actuels sont principalement américains formés par le grand géomètre S. S. Chern, élève
de Cartan. Peter Olver (université du Minnesota) est l’un des ces spécialistes. Il a rapporté ces deux
thèses et s’intéresse aux travaux de l’équipe de calcul formel du LIFL, ce qui prouve que le travail
lillois est mené sérieusement.
2.2.4 Perspectives
L’équipe calcul formel garde sa structuration actuelle. Elle a deux objectifs liés, qui prolongent le
bilan. Ces objectifs sont détaillés dans le projet de l’équipe.
Autoévaluation. Nous avons choisi un positionnement qui nous permet de faire à la fois du calcul
symbolique, une application et du développement de logiciel. D’une part, les problèmes clefs posés
dans le champ d’application suggèrent les questions théoriques à creuser et la façon de concevoir
les logiciels ; d’autre part, les résultats obtenus en recherche théorique et les logiciels développés ont
des retombées dans le champ d’application. Toutefois, cette pluridisciplinarité complique le travail
et pose des difficultés considérables pour trouver des étudiants en thèse ayant un niveau suffisant
en informatique et en mathématiques.
Des membres de l’équipe ont pris d’importantes responsabilités administratives.
2.2.5 Collaborations
– Coencadrement de la thèse de Raouf Dridi avec
l’université d’Annaba (Algérie)
– Coencadrement de la thèse de Samuel Vidal avec
Marc Huttner (labo de Maths, USTL)
– Collaboration avec Peter Olver (Université du Minnesota). Articles publiés.
– Collaboration avec Marc Moreno Maza (Univ. Western Ontario). Paquetage RegularChains. Articles.
– Collaboration avec Marc Lefranc (PhLAM, USTL) et
François-Yves Bouget (Banyuls). Articles.
– Collaboration avec M. Fliess (projet INRIA ALIEN).
Article.
– Collaboration avec Yasushi Saka (IBL et IRI). Proposition de projet ANR BLANC 2008.
– Collaboration avec MAPLESOFT. Accord de recherche de deux ans.
22
Équipes
2.2.6 Contrats
Waterloo MAPLE (Industriel) de 2008 à 2010, partenaires : Entreprise MAPLESOFT.
2.2.7 Logiciels et brevets
BLAD (Bibliothèques Lilloises d’Algèbre DifférenELPS (Expanded Lie Point Symmetry)
tielle) (http://www.lifl.fr/~boulier/BLAD) : Bi(http://www2.lifl.fr/~sedoglav/Software/
bliothèques écrite en langage C. Licence LGPL. Fait
ExpandedLiePointSymmetry) : Logiciel dédié au calcul
l’objet d’un transfert industriel dans le logiciel MAPLE. des symétries de Lie.
2.2.8 Thèses et habilitations à diriger des recherches
Habilitations à diriger des recherches
Thèses de doctorat
François BOULIER, Réécriture algébrique dans les
systèmes d’équations différentielles polynomiales en
vue d’applications dans les Sciences du Vivant (2006).
Raouf DRIDI, Utilisation de la méthode d’équivalence
de Cartan dans la construction d’un solveur d’équations différentielles (2007).
2.2.9 Visibilité et faits marquants
Visibilité
–
–
–
–
Conférence invitée DARCA 2008 (une heure, François Boulier).
Tutoriel invité Algebraic Biology 2008 (une heure, François Boulier).
Comité de programme ISSAC 2007 (François Boulier).
Organisation de l’École thématique sur les MZV (Michel Petitot).
Faits marquants
– Accord de recherche de deux ans avec MAPLESOFT en juin 2008 (contrat pour l’intégration des
bibliothèques BLAD dans MAPLE).
– Nour-Eddine Oussous a pris la direction de l’UFR IEEA en 2006.
– François Boulier est Chargé de Mission par le Président de l’USTL depuis 2006 pour la mise en
place du Certificat Informatique et Internet niveau 1.
– Alexandre Sedoglavic est responsable des séminaires du LIFL.
2.2.10 Publications significatives
1. Alin Bostan, François Ollivier, Frédéric Chyzak, Bruno Salvy, Éric Schost, and Alexandre
Sedoglavic. Fast computation of power series
solutions of systems of differential equations.
In Proceedings of the 2007 ACM-SIAM Symposium on Discrete Algorithms, pages 1012–1021,
2007.
2. François Boulier, Marc Lefranc, François Lemaire, and Pierre-Emmanuel Morant. Model
Reduction of Chemical Reaction Systems using
Elimination, 2007. Presented at the international conference MACIS 2007, http://hal.
archives-ouvertes.fr/hal-00184558.
3. François Boulier, Marc Lefranc, François Lemaire, and Pierre-Emmanuel Morant. Applying
a rigorous quasi-steady state approximation
method for proving the absence of oscillations
in models of genetic circuits. In K. Horimoto
et al., editor, Proceedings of Algebraic Biology
2008, number 5147 in LNCS, pages 56–64. Sprin-
ger Verlag Berlin Heidelberg, 2008.
4. François Boulier, Marc Lefranc, François Lemaire, Pierre-Emmanuel Morant, and Aslı
Ürgüplü. On proving the absence of oscillations in models of genetic circuits. In H. Anai,
K. Horimoto, and T. Kutsia, editors, Proceedings
of Algebraic Biology 2007, volume 4545 of LNCS,
pages 66–80. Springer Verlag Berlin Heidelberg,
2007. http://hal.archives-ouvertes.fr/
hal-00139667.
5. François Boulier, François Lemaire, and Marc
Moreno Maza. Well known theorems on triangular systems and the D5 principle. In
Proceedings of Transgressive Computing 2006,
pages 79–91, Granada, Spain, 2006. http://
hal.archives-ouvertes.fr/hal-00137158.
6. Raouf Dridi, Sylvain Neut, and Michel Petitot. Elie Cartan’s geometrical vision or how to
avoid expression swell. Journal of Symbolic
Computation, To appear.
2.3. Fox-Miire
7. Raouf Dridi and Michel Petitot. Towards a
New ODE Solver Based on Cartan’s Equivalence Method. In proceedings of ISSAC 2007, Waterloo, Ontario, Canada, 2007.
http://arxiv.org/abs/cs.SC/0702065.
8. Raouf Dridi and Michel Petitot. New classification techniques for ordinary differential
equations. Journal of Symbolic Computation,
To appear.
23
9. Peter J. Olver, Michel Petitot, and P. Solé. Generalized transvectants and Siegel modular forms.
Advances in Applied Mathematics, 38 :404–418,
2007. http://www.sciencesdirect.com.
10. Alexandre Sedoglavic. Reduction of algebraic
parametric systems by rectification of their
affine expanded lie symmetries. In H. Anai,
K. Horimoto, and T. Kutsia, editors, Proceedings
of Algebraic Biology 2007, volume 4545 of LNCS,
pages 277–291, 2007.
2.3 Fox-Miire
Mots-clés : Analyse segmentation et indexation de modèles 3D, reconnaissance des formes, analyse
et reconnaissance de visages 3D, analyse statistiques des images, extraction d’information de la vidéo,
optimisation des descriptions multidimensionnelles des contenus multimédia, analyse des usages
de la vidéo, du web.
2.3.1 Membres
Permanents
Boulbaba BEN AMOR, EC autres min. Institut Telecom dans l’équipe depuis septembre 2007
Mohamed DAOUDI (resp.), EC autres min. Institut Telecom dans l’équipe depuis 2005
Chabane DJERABA (resp.), PR2 Université de Lille 1 dans l’équipe depuis septembre 2004
Jean MARTINET, MCF Université de Lille 1 dans l’équipe depuis septembre 2008
Jean-Philippe VANDEBORRE, EC autres min. Institut Telecom dans l’équipe depuis décembre 2002
Non permanents
Mehdi ADDA, Doctorant Université de Lille 1 dans l’équipe depuis Septembre 2004
Samir AMIR, IR CNRS dans l’équipe depuis Mars 2008
Lahoucine BALLIHI, Doctorant Université de Lille 1 dans l’équipe depuis décembre 2007
Hassen DRIRA, Doctorant Université de Lille 1 dans l’équipe depuis janvier 2008
Sanaa EL FKIHI, Doctorant Université de Lille 1 dans l’équipe depuis 2005
Ismail ELSAYED, Doctorant Université de Lille 1 dans l’équipe depuis Septembre 2008
Abdelghani GHOMARI, Doctorant Autre dans l’équipe depuis 2003-2007
Oriol GUITART, IR CNRS dans l’équipe depuis Juin 2008
Abdia HAMDANI, IR CNRS dans l’équipe depuis Avril 2008
Nacim IHADDADENE, POST-DOC CNRS dans l’équipe depuis Décembre 2007
Adel LABLACK, Doctorant CNRS dans l’équipe depuis Octobre 2006
Sylvain MONGY, Doctorant Université de Lille 1 dans l’équipe depuis Septembre 2004
Md. Haidar SHARIF, Doctorant Université de Lille 1 dans l’équipe depuis Septembre 2007
Julien TIERNY, Doctorant Université de Lille 1 dans l’équipe depuis octobre 2005
Kent WASHINGTON, IC CNRS dans l’équipe depuis Mai 2008
Xi WONG, IR CNRS dans l’équipe depuis Juin 2008
Invités et anciens membres
Anuj SRIVASTAVA (Professeur invité).
Dan SIMOVICI (Professeur invité).
Zhongfei (Mark) ZHANG (Chaire internationale).
Fatma BOUALI (Maître de Conférences des Universi-
tés).
Fatima BELKOUCH (Maître de Conférences des Universités).
Mélodie LITTERIE (Ingénieur contractuel).
2.3.2 Problématique
Aujourd’hui les contenus numériques sont de plus en plus complexes (image, vidéos, modèles
3D) et de plus en plus volumineux, grâce notamment aux évolutions technologiques dans le domaine
24
Équipes
des infrastructures, des périphériques, et des outils d’acquisition, de stockage et de diffusion. La
faiblesse des méthodes actuelles d’accès aux contenus, constitue un frein majeur pour l’exploitation
des contenus dans les divers contextes d’usage.
Notre groupe travaille sur les domaines suivants :
1. Dans le cadre de la vidéo, par la description multidimensionnelle des contenus vidéos pour
l’accès rapide aux contenus, l’extraction de l’information des actions des utilisateurs guidée
ou pas par des ontologies, et le regroupement des fixations du regard.
2. Dans le cadre des modèles 3D, par le développement des descripteurs de formes 3D, par le
développement de nouvelles méthodes permettant de retrouver des informations structurelles
d’un modèle 3D, et de l’analyse des déformations géométriques. Notre but ultime est de définir
des distances entre des objets 3D, invariantes aux transformations géométriques, robustes aux
déformations et capables de comparer des objets entre eux, même partiellement.
3. La modélisation de la variabilité statistique dans les images. En effet, une image contient un
très grand nombre de pixels. Les images sont des éléments d’espaces de très haute dimension.
Comment peut-on capturer la variabilité des pixels par des modèles statistiques ? Quel modèle
probabiliste peut-on employer pour capturer des scènes intéressantes, dans des images ?
2.3.3 Résultats
1. Thierry Urruty, dans le cadre de sa thèse soutenue en 2007 [1127], a proposé un modèle de représentation des descriptions multidimensionnelles des contenus multimédia, pour des accès
rapides aux contenus. Les principes de la méthode reposent sur une structuration pyramidale
des données multidimensionnelles et des regroupements par projection aléatoire. La méthode
a un bon positionnement par rapport à l’état de l’art, au niveau des performances.
2. Sylvain Mongy a proposé une méthode de fouille des actions des utilisateurs sur de la vidéo. La
méthode, basée les séquences multiples et le regroupement de modèles Markov, est appliquée
à deux niveaux de représentation : inter-vidéo et intra-vidéo. La prise en compte des deux
niveaux dans la fouille est nouvelle par rapport à l’état de l’art [75].
3. Les thèses de Younes Hafri [1095] et de Nacim Ihaddadene [1097], soutenues en 2006 et 2007,
ont contribué respectivement à la fouille des usages du web et la fouille des logs de workflow,
avec des résultats respectivement dans les heuristiques de réduction de modèles et dans la
nature des motifs extraits.
4. Nous avons amélioré avec le professeur Dan Simovici (Université du Massachussets, invité à
l’université de Lille1) la méthode de projection aléatoire de données multidimensionnelle et
nous l’avons adapté au regroupement de données. Les applications sont nombreuses, notamment en indexation [344]et en fouille des traces des fixations du regard [102].
5. Mohamed Daoudi et Jean-Philippe Vandeborre ont proposé dans le cadre la thèse de Tarik
Filali-Ansary [1091] une nouvelle méthode dite orientée vues pour l’indexation et la recherche
des modèles 3D. Partant du principe que toutes les vues d’un modèle 3D ne contiennent pas
la même quantité d’informations, ils ont proposé un modèle probabiliste Bayésien pour l’indexation qui prend en compte la probabilité d’apparition des vues et des modèles 3D. Les
résultats obtenus sur la base « Princeton Shape Benchmark » ont montré que la méthode proposée se situe en 2ème position juste après la méthode LFD [36]. En fait, ces résultats montrent
la supériorité des modèles orientés vues, et ont été confirmés par la compétition SHREC2006
organisé par le réseau d’excellence AIM@SHAPE entre différentes méthodes d’indexation de
modèles 3D. Les résultats obtenus ont été publiés dans [36, 37, 208, 479, 478, 228, 477] et ont
donné au développement du moteur de recherche 3D http://www-rech.telecom-lille1.
eu/3dretrieval. Une partie de ces travaux ont été menés dans le cadre du projet RNRT Semantic-3D et le réseau d’excellence européen Delos.
6. Dans le cadre de la thèse Julien Tierny, Mohamed Daoudi, Jean-Philippe Vandeborre ont proposé des méthodes de représentation intrinsèque de formes 3D basées sur les graphes de Reeb.
Plusieurs problèmes de recherche en rapport avec le traitement de formes 3D ont été abordés
à l’aide de ces représentations pour valider leur efficacité. Ainsi, en introduisant la notion de
calcul géométrique sur le graphe de Reeb, une méthode d’extraction automatique de squelette
pour l’animation a été proposée [97]. Par ailleurs, ils ont proposé une nouvelle méthode guidée
pour la topologie pour l’évaluation de similarité partielle entre formes 3D, problème novateur
2.3. Fox-Miire
25
dont la difficulté est unanimement reconnue par la communauté. Les résultats obtenus ont
été publiés dans [97, 348, 347, 346, 676, 677]. Nous continuons ces travaux dans le cadre du
projet ANR MADRAS retenu dans le cadre de l’appel MDCO 2007.
7. Mohamed Daoudi et le Professeur Anuj Srivastava de Floride State University (FSU) ont proposé dans la cadre de la thèse la thèse de Chafik Samir [1119] une analyse riemannienne formelle de l’espace des surfaces faciales, avec la définition mathématique correspondante pour
analyser les déformations des surfaces faciales. Cette analyse a permis en particulier de définir un chemin géodésique entre deux surfaces faciales et par conséquent la distance entre
elles. Ces chemins dénotent les déformations « optimales » entre deux surfaces faciales et les
longueurs de chemin mesurent la quantité de déformations. Nous avons proposé un algorithme pour calculer la moyenne des surfaces faciales (le visage moyen) au sens de la moyenne
de Karcher. Ces résultats ont ouvert la voie à de nombreuses applications telles que la biométrie et la classification des expressions faciales. Les résultats obtenus ont été publiés dans
[88, 91, 446, 653, 748, 327]. Mohamed Daoudi et Boulbaba Ben Amor continuent ces travaux
dans le cadre du projet ANR FAR3D retenu dans le cadre de l’appel SESUR 2007 et dont nous assumons la coordination. Il a pour objectif d’apporter des solutions en biométrie faciale 2D/3D
et 3D/3D.
8. Mohamed Daoudi et Bruno Jedynak du Laboratoire de Mathématiques Paul Painlevé de l’Université de Lille1 ont proposé trois modèles fondés sur le principe de maximum d’entropie pour
la détection de la peau dans les images couleur. Les résultats atteints par ces modèles sont classés parmi les meilleurs résultats de la détection de la peau, obtenus au niveau international
(P. Kakumanu, A survey of skin-color modeling and detection methods, Pattern Recognition
Vol. 40 2007). Nous continuons ces travaux dans le cadre de la thèse de Sanaa El Fkihi. Cette
dernière a proposé l’utilisation des modèles probabilistes indexés par des arbres pour la discrimination des pixels peau de ceux non-peau dans une image, et ce en exploitant la propriété
couleur de la peau. Plus particulièrement, notre approche consiste à utiliser des mélanges de
modèles pour lesquels les interactions sont décrites par des arbres couvrants optimaux portés
par un graphe de dépendances G. Le modèle du mélange concerne aussi bien les distributions
de probabilités que les structures d’interactions. Il est formellement décrit par
X
π(x) = π(x|T)p(T)
T
où p est une loi sur les arbres couvrants optimaux de G, π(x|T) est un champs aléatoire dont
les interactions sont décrites par l’arbre couvrant optimal T.
Ces travaux ont eu le soutien du CNRS dans le cadre d’un projet MathStic entre le LIFL et
Laboratoire de Mathématiques Paul Painlevé.
Les résultats obtenus ont été publiés dans [39, 54, 486, 484, 485] et intégrés à Poesia (http:
//sourceforge.net/projects/poesia/) logiciel en open source destiné au filtrage des pages
web.
2.3.4 Perspectives
L’équipe a réussi à développer deux thèmes de recherche très prometteurs l’un dans le domaine
de l’extraction d’information de la vidéo et l’autre dans le domaine de l’analyse, l’indexation et la
reconnaissance 3D. Ces deux thèmes ont une visibilité nationale et internationale. Tous les maîtres
de conférences ont une activité de co-encadrement de thèse.
Les membres de l’équipe ont une excellente dynamique au niveau de l’animation scientifiques
nationale et internationale. Ils participent aux comités éditoriales de plusieurs revues internationales, ils ont participé à de nombreux comités de programmes de conférences nationales et internationales reconnues dans le domaine, animé des sessions spéciales dans des conférences internationales, et produit des numéros spéciaux dans des revues internationales de très hauts niveaux (ACM
Multimedia Systems, MTAP).
L’équipe a apporté des contributions scientifiques importantes qui ont donné lieu à des publications dans des journaux ayant un fort impact international (IEEE Transactions on Pattern Analysis
and Machine Intelligence, IEEE Transactions on Multimedia, ACM Transactions on Multimedia Computing).
L’équipe a une excellente dynamique de projets collaboratifs en partenariat avec des équipes de
recherche européennes et internationales et des industriels (Orange, Thales, etc.), dans le cadre de
26
Équipes
projets nationaux ANR ou européens (STREP, réseaux d’excellence, ITEA). Par ailleurs, elle a accueilli
plusieurs professeurs invités étrangers reconnus et spécialistes du domaine. Dans la plupart des jurys
de thèse, des collègues étrangers ont été invités en tant que rapporteurs ou examinateurs.
L’équipe est composée actuellement de 2 professeurs et 3 MC dont 2 nouveaux depuis septembre
2007. Tous ces E/C ont une activité d’enseignement soutenue, ils sont responsables d’enseignements
de spécialisation scientifique et ont des responsabilités administratives.
L’effectif de l’équipe montre un clair déficit en chercheurs ou enseignant-chercheurs, par rapport
à l’activité actuelle. Nous souhaiterions d’une part le renforcement de l’équipe par des chercheurs
ou E/C juniors l’un dans le domaine de l’extraction d’information de la vidéo et dans le domaine de
la 3D.
Pour les 4 années à venir, nous allons continuer nos travaux de recherche en apportant quelques
ajustements :
– En particulier le domaine de la vidéo où nous allons nous focaliser davantage sur un nombre
réduit de verrous et défis scientifiques. En particulier, l’un des points focaux de notre recherche
est l’analyse de comportements humains à partir de la vidéo.
– Poursuivre la dynamique actuelle au niveau des projets collaboratifs (pôles de compétitivité,
Europe, ANR).
– Continuer notre rapprochement à des équipes du laboratoire proches thématiquement, afin
de renforcer la communication inter-équipes qui partagent des centres d’intérêts communs.
2.3.5 Collaborations
– Collaboration avec l’équipe du Professeur Driss
Aboutajdine de l’Université Mohamed V (Maroc).
Deux thèses en co-tutelle entre l’USTl et l’Université
Mohamed V (Rabat) sont en cours, dont la thèse de
Sanaa El Fkihi qui a obtenu une bourse d’excellence
du minsitère des affaires étrangères.
– Collaboration avec le Professeur Anuj Srivastava de
Floride State University. Nous avons eu plusieurs publications communes dans des journaux internationaux
(IEEE Trans PAMI, JMIV) et nous avons co-encadré la
thèse de Chafik Samir soutenue en octobre 2007.
– Collaboration avec des entreprises du pôle de compétitivité Industrie du Commerce : Youg’s, Picwic.
– Collaboration avec des Universités et Entreprises
européennes dans le cadre de projets européens : Université de Glasgow, Université de Namur, Université
d’Amsterdam, France Télécom, ...
– Collaboration avec le Professeur Dan Simovici (Université du Massachusetts, Boston, USA) : co-écriture
d’un livre commun (Edition Springer), réalisation de
plusieurs publications communes dans des revues et
conférences internationales (ex : ACM Trans. MM).
– PAI Franco-Marocain (2002-2005), objectifs : le développement de nouveaux algorithmes d’indexations
d’images avec une attention particulière au patrimoine marocain. Partenaires (université de Lille1,
Telecom Bretagne, Université de Rabat (Maroc), Faculté des Sciences de Fès (Maroc))
– Projet CMCU Franco-Tunisien (2008-2011), il porte
sur l’analyse du visage 3D, avec comme partenaires
(Université de Lille1, Ecole Centrale de Lyon, ENIS
(Tunisie), ENSI (Tunisie)).
2.3.6 Contrats
FAR3D (Face Analysis and Recognition using 3D)
MIAUCE (FP6 –STREP) de 2006 à 2009, partenaires :
(ANR –Sécurité et Sûreté Informatique) de 2008 à 2010, CNRS, Université de Glasgow, Université d’Amsterpartenaires : LIFL - Université Lille 1 ; LIRIS - Ecole
dam, Université de Namur, SYLIS, Visual-Tools, Tilde.
Centrale de Lyon ; EURECOM ; THALES.
CAM4Home (Projet européen (ITEA2)) de 2007 à 2010,
MADRAS (3D Models And Dynamic models Reprepartenaires : Thomson, CNRS, NDS, Nokia, Orange,
sentation) (ANR –Masse de Données et COnnaisATOS, Philips, VTT, GET, ....
sances) de 2008 à 2010, partenaires : LIRIS - M2DisCo ; ANAFIX (ANR –Programme Audiovisuel et MultiméLIFL -Université Lille 1 ; INRIA Evasion .
dia ) de 2006 à 2009, partenaires : OuestAudiovisuel,
DELOS (FP7 –Réseau d’excellence) de 2006 à 2007, par- URECA (Université de Lille3), LIFL (Université de
tenaires : 45 partenaires http://www.delos.info/.
Lille1).
Scanner 3D (Bonus Qualité recherche) de 2007 à 2007. CANADA (ANR –Concepts systèmes et outils pour
RecoVis3D (Crédit incitatif (Institut TELECOM)) de
la sécurité globale) de 2007 à 2010, partenaires : AR2007 à 2007, partenaires : TELECOM Lille1 ;Floride
MINES (Ecole des Mines de Douais), LIFL (Université
State University.
de Lille 1), LIRIS (INSA de Lyon), URECA (Université
ANAXA-VIDA (Projet de recherche du pôle de comde Lille3), IREENAT (Université de Lille2), YOUG’S,
pétitivité PICOM) de 2007 à 2010, partenaires : LIFL,
THALES, Heudiasyc de l’UTC, et les entreprises Sylis
ARMines, Youg’s, Picwic, SYLIS, Novalis.
et OuestAudiovisuel..
SNEDA (Convention CIFRE) de 2003 à 2008, parteSemantic-3D (RNRT –Telecom) de 2002 à 2006, parnaires : USTL, Entreprise SNEDA.
tenaires : TELECOM Lille1 ; LIRIS ; EURECOM ; TELE-
2.3. Fox-Miire
COM ParisSud ; Renault ; Mercury.
AVERROES (ANR –RIAM) de 2003 à 2006, partenaires :
LIFL (Université de Lille1), HEUDIASYC (UTC), Sylis,
27
Ouest-audiovisuel.
Visage 3D (CPER, campus Intelligence ambiante) de
2008 à 2010.
2.3.7 Logiciels et brevets
Moteur de recherche 3D (http://www-rech.
telecom-lille1.eu/3dretrieval/) : Moteur de
recherche3D
Détection d’accidents (http://www.lifl.fr/
~martinej/collision.avi) : Extraction d’informations à partir de la vidéo, application aux comportements humains de types « collision de personnes en
sortie d’un escalator ».
Analyse des suivis du regard (http://www.lifl.fr/
~martinej/anafix.mp4) : Regroupement des fixations
du regard. Analyse statistique des fixations du regard
sur des films et images publicitaires.
Description optimisée des contenus vidéo (http:
//www.lifl.fr/~martinej/averoes.avi) : Description optimisée des contenus vidéo, application à
l’indexation de films d’entreprise.
Poesia (http://sourceforge.net/projects/
poesia/) : Logiciel en open source dédié au filtrage de
page web
2.3.8 Thèses et habilitations à diriger des recherches
Thèses de doctorat
Chafik SAMIR, Analyse des déformations des visages
3D utilisant les chemins géodésiques dans l’espace des
surfaces faciales (17 octobre 2007).
Tarik FILALI-ANSARY, Indexation de modèles 3D à
partir de vues 2D (6 octobre 2006).
Thierry URRUTY, Optimisation des descripteurs vidéo
et multimédia (16/11/2007).
Nacim IHADDADENE, Workflow and Process Mining
(7/12/2007).
Abdelghani GHOMARI, Synchronisation dans les
documents multimédia (12/2007).
Younes HAFRI, Prédiction de parcours Web : vers un
dépôt légal du Web français (27/10/2005).
2.3.9 Visibilité et faits marquants
Visibilité
– Mohamed Daoudi a organisé Shape Retrieval Contest of 3D Face Scans, at IEEE International
Conference on Shape Modeling and Applications Stony Brook University, June 4 - 6, 2008.
– Mohamed Daoudi a organisé une session spéciales 3D face analysis and recognition at IEEE
International Conference on Multimedia & Expo, June 23-26, Hannover, Germany, 2008.
– Mohamed Daoudi a organisé un numéro spécial du journal Annals of Telecommunications
« Technologies and Tools for 3D imaging », avec Gérard Eude (France Telecom R&D), Novembre
2005.
– Mohamed Daoudi est ou a été membre du comité de programme de ACM MIR-2007, AVIVDiLib’05, ICME 2007, CORESA, ISIVC.
– Mohamed Daoudi est membre de l’editorial board du Journal of Multimedia.
– Chabane Djeraba est membre du comité de programme des conférences internationales et
nationales : ACM MM-2008, MMM-2008, MMM-2009, SIAM DM-2008, ACM CIVR-2008, ACM
CIVR-2007, IEEE ICME-2008, IEEE ICME-2007, IEEE ICME-2006, IEEE ICME-2005, IEEE ICME2004, IEEE ICME-2002, IEEE ICME-2001, IEEE ICME-2000, CBMI-2007, CBMI-2005, CBMI2003, CBMI-2001, WMS-2007, PCM-2005, ACM SIGKDD-2005, BDA-2006, EGC-2008, EGC-2007,
EGC-2006, EGC-2005, EGC-2004, EGC-2003.
– Membre (Chabane Djeraba) du comité de pilotage (steering committee) de ACM SIGMM International Workshop on Multimedia Information Retrieval (ACM MIR), de 2004 à 2008. Le
workshop fut à l’origine de la conférence ACM International Conference on Multimedia Information Retrieval, Amsterdam, 2007. Co-chair de 12th International Conference on Distributed Multimedia Systems (DMS-2006), Grand Canyon, USA, August 30-September 1, 2006.
Co-organisation des 22ièmes Journées Nationales Bases de Données Avancées (BDA-2006),
Octobre 2006, Lille. Organisation des sixièmes journées Nationales Extraction et Gestion des
Connaissances, (EGC-2006), Janvier 2006, Lille.
– Participation (Chabane Djeraba) à l’évaluation de projets européens (FP7-IST-e-inclusive society) en 2007. Contribution à l’élaboration de l’objectif interactions multimodales du 7ième
programme cadre européen. Participation à l’évaluation de projets soumis à l’ANR en 2005,
dans le cadre du Réseau Innovation en Audiovisuel et Multimédia (RIAM). Membre du comité
28
Équipes
éditorial de la revue Multimedia Tools and Applications, an International Journal, édition Springer, depuis 1998. Membre du comité éditorial de la revue Pattern Recognition letters, édition
Elsevier, depuis 2007 (Impact factor = 0,952, selon ISI Web of Knowledge- 2007). Participation
active à la table ronde dans la conférence ACM KDD-2006 sur les grands défis du data mining,
animé par Gregory Shapiro. Une extension du rapport du panel a été publiée dans la revue
SIGKDD explorations.
– Organisation de l’édition spéciale « Multimedia system architecture », dans la revue internationale ACM Multimedia Systems, 2005. Organisation de l’édition spéciale « Multimedia Mining »,
dans la revue internationale IJPDS, 2007. Organisation de l’édition spéciale « Eye tracking applications in multimedia systems » dans la revue internationale ACM Transactions on Multimedia,
2007.
Faits marquants
– 15 Mars 2008 : Mohamed Daoudi, a été promu Senior member de l’IEEE.
– Chafik Samir, doctorant encadré par Mohamed Daoudi, a reçu le prix du meilleur papier « jeune
chercheur », lors des journées « Compression et Représentation des Signaux Audiovisuels » (CORESA 2006). Le papier primé est intitulé « Reconnaissance de visages 3D utilisant l’Analyse de
Formes des Courbes Faciales » (C. Samir, M.Daoudi et A. Srivastava).
– Julien Tierny a obtenu les bourses Fulbright et Lavoisier pour effectuer un séjour Post-Doctoral
aux USA.
– Organisation (Chabane Djeraba) de l’édition spéciale « Multimedia Indexing : Ever great challenges » dans la revue internationale MTAP-Springer, en 2006, en collaboration avec Moncef
Gabouj et Patrick Bouthemy.
2.3.10 Publications significatives
1. Tarik Filali-Ansary, Mohamed Daoudi, and
Jean-Philippe Vandeborre. A bayesian 3D
search engine using adaptive views clustering.
IEEE Transactions on Multimedia, 9(1) :78–88,
January 2007.
2. Bruno Jedynak, Huicheng Zheng, and Mohamed Daoudi. Skin detection using pairwise models. Image Vision and Computing,
23(13) :1122–1130, November 2005.
3. Adel Lablack, Frédéric Maquet, and Chabane
Djeraba. Determination of the visual field of
persons in a scene. In Third International
Conference on Computer Vision Theory and Applications - VISAPP (2), pages 313–316, Funchal,
Madeira, Portugal, USA, January 22-25 2008.
4. Michael S. Lew, Nicu Sebe, Chabane Djeraba,
and Ramesh Jain. Content-based multimedia information retrieval : State of the art and
challenges. ACM Transactions on Multimedia
Computing, Communications, and Applications
(TOMCCAP), 2 :1–19, February 2006.
5. Said Mahmoudi and Mohamed Daoudi. A
probabilistic approach for 3D shape retrieval
by characteristic views. Pattern Recognition
Letters, 28(13) :1705–1718, October 2007.
6. Gregory Piatetsky-Shapiro, Chabane Djeraba,
Lise Getoor, Robert Grossman, Ronen Feldman,
and Mohammed Zaku. What are the grand challenges for data mining ? SIGKDD Explorations,
8 :70–77, December 2006.
7. Chafik Samir, Anuj Srivastava, and Mohamed
Daoudi. Three-dimensional face recognition
using shapes of facial curves. IEEE Transactions
on Pattern Analysis and Machine Intelligence,
28(11) :1858–1863, 2006.
8. Julien Tierny, Jean-Philippe Vandeborre, and
Mohamed Daoudi. Enhancing 3D mesh topological skeletons with discrete contour constrictions. The Visual Computer - International
Journal of Computer Graphics, 24(3) :155–172,
March 2008.
9. Thierry Urruty, Fatima Belkouch, and Chabane
Djeraba. Kpyr : an efficient indexing method.
In Proc. Of IEEE International Conference on
Multimedia & Expo (IEEE ICME 2005), pages
1448–1451, Amsterdam, The Netherlands, July
6-8 2005.
10. Thierry Urruty, Nacim Ihaddadene Stanislas Lew, and Dan A. Simovici. Detecting eye
fixations by projection clustering. ACM Transactions on Multimedia Computing, Communications, and Applications, 3 :1–20, December
2007.
2.4. GOAL
29
2.4 GOAL
Mots-clés : Adaptation, software architecture, objects, aspects, middleware, components, model driven engineering, software components, software models, views
2.4.1 Membres
Permanents
Alexandre BERGEL, CR2 INRIA dans l’équipe depuis 04/2008
Hani ABDEEN, Doctorant INRIA dans l’équipe depuis 09/2007
Olivier CARON, MCF Université de Lille 1 dans l’équipe depuis 01/02/2000
Bernard CARRÉ, MCFHC Université de Lille 1 dans l’équipe depuis 09/1989
Christophe DEMAREY, IR INRIA dans l’équipe depuis 06/2008
Stéphane DUCASSE, DR2 INRIA dans l’équipe depuis 09/2007
Laurence DUCHIEN, PR1 Université de Lille 1 dans l’équipe depuis 09/2001
Areski FLISSI, IR CNRS dans l’équipe depuis 09/2002
Jean-Marc GEIB (resp.), PR1 Université de Lille 1 dans l’équipe depuis 1982
Anne-Françoise LE MEUR, MCF Université de Lille 1 dans l’équipe depuis 09/2004
Raphaël MARVIE, MCF Université de Lille 1 dans l’équipe depuis 09/2003
Philippe MERLE, CR1 INRIA dans l’équipe depuis 09/2002
Lionel SEINTURIER, PR2 Université de Lille 1 dans l’équipe depuis 09/2006
Gilles VANWORMHOUDT, EC autres min. Institut Telecom dans l’équipe depuis 2004
Non permanents
Aurélien BOCQUET, Doctorant Université de Lille 1 dans l’équipe depuis 09/2005
Yann DAVIN, IR INRIA dans l’équipe depuis 09/2007
Nicolas DOLET, IR INRIA dans l’équipe depuis 03/2006
Jérémy DUBUS, Doctorant Université de Lille 1 dans l’équipe depuis 10/2005
Damien FOURNIER, IR INRIA dans l’équipe depuis 03/2007
Frédéric LOIRET, IR INRIA dans l’équipe depuis 11/2007
Naouel MOHA, Doctorant Université de Lille 1 dans l’équipe depuis 09/2005
Carlos-Francisco NOGUERA-GARCIA, Doctorant INRIA dans l’équipe depuis 10/2005
Carlos Andres PARRA ACEVEDO, Doctorant INRIA dans l’équipe depuis 10/2007
Ales PLSEK , Doctorant INRIA dans l’équipe depuis 10/2006
Daniel ROMERO, Doctorant Université de Lille 1 dans l’équipe depuis 01/2008
Prawee SRIPLAKICH, POST-DOC INRIA dans l’équipe depuis 09/2007
Mathieu SUEN, Doctorant CNRS dans l’équipe depuis 10/2007
Guillaume WAIGNIER, Doctorant Université de Lille 1 dans l’équipe depuis 10/2006
Invités et anciens membres
Guillaume DUFRÊNE (Doctorant).
Sébastien SAUDRAIS (Doctorant).
Dolorès DIAZ (Doctorant).
Tom MENS (Chercheur invité - Université de MonsHainaut, Belgique).
Johan FABRY (Post-doc INRIA).
Ellen VAN PAESSCHEN (Post-doc ERCIM).
Nicolas PESSEMIER (Doctorant).
Maja D’HONDT (Chercheur INRIA CR2).
James MANLEY (Ingénieur expert INRIA - projet ITEA
S4ALL).
Johan BRICHAU (Post-doc CNRS).
Denis CONAN (Chercheur invité - INT Evry, France).
Renaud PAWLAK (Chercheur INRIA CR2).
Christophe CONTRERAS (Ingénieur de recherche).
Cédric DUMOULIN (Ingénieur de recherche).
Tran HANH-MISSI (Ingénieur de recherche INRIA).
Jérôme MOROY (Ingénieur de recherche).
Romain ROUVOY (Doctorant).
Patricia SERRANO-ALVARADO (Post-doc).
Alexis MULLER (Doctorant).
Nicolas PETITPREZ (Ingénieur associé INRIA).
Wolfgang DE MEUTER (Chercheur invité - Université
Vrije de Bruxelles, Belgique).
Maja D’HONDT (Post-doc ERCIM).
Frédéric LOIRET (Doctorant).
Olivier BARAIS (Doctorant).
30
Équipes
2.4.2 Problématique
L’équipe GOAL du LIFL a été à l’origine du projet INRIA Jacquard (2003-2006), puis de l’équipeprojet INRIA ADAM (2007- ), du groupe COCOA (2006- ) et de l’équipe INRIA RMod (juin 2008- ).
Les résultats présentés ci-dessous ne concernent que les résultats des équipes Jacquard, ADAM et
COCOA. L’équipe RMod ayant été créée depuis peu, seules les perspectives seront données.
Pour l’équipe-projet INRIA ADAM, le logiciel, quel que soit son objectif, est devenu un élémentclé dans tous les secteurs de l’activité économique. Il doit faire face de plus en plus à la variabilité
des plates-formes et il doit être utilisable dans divers environnements, selon l’évolution inévitable
des technologies de communication et de l’information. Le logiciel doit maintenant être développé
pour être adapté et modifié automatiquement sur des plates-formes hétérogènes reposant sur des réseaux et des systèmes ayant différentes propriétés, telles que des connexions fiables ou volatiles, des
références ambiantes ou réparties, ou des contraintes fortes d’énergies ou non. Selon le domaines
d’application, le logiciel agit avec son contexte d’exécution c.-à-d. l’utilisateur final, son environnement local ou la plate-forme d’exécution elle-même qui doit prendre en compte l’adaptation. Par
conséquent, un système ne se construit pas en une seule étape mais doit être vu comme une composition et une évolution des systèmes actuels. De plus, ces adaptations peuvent s’effectuer à la
conception, à la compilation, au déploiement ou à l’exécution. En conséquence, le cycle de vie entier de la conception au déploiement et à l’exécution du logiciel doit être considéré non seulement
quand le contexte d’exécution change, mais également lors de l’ajout et du retrait des fonctionnalités en fonction des besoins de l’utilisateur ou des caractéristiques techniques. Ainsi le cycle de vie
doit définir et soutenir l’expression de l’adaptation à chaque niveau de cycle de vie du logiciel. En
conséquence, il y a un fort besoin de considérer l’adaptation comme problème de première classe
pendant le développement et l’exécution de logiciel.
Un système adaptatif est un système à logiciel prépondérant qui peut s’ajuster et répondre aux
changements de son environnement, aux besoins d’évolution, à la disparition de technologies devenues obsolètes ou à l’introduction de nouvelles technologies et de nouvelles connaissances. Ce
type de système pourra éventuellement fonctionner sur des environnements tels que les environnements de type grille de calcul ou encore des systèmes embarqués, des réseaux sans fil, et dans des
domaines d’application tels que le transport, la maison, la communication, la santé, l’éducation, et
les applications métiers orientées services sur des services Web. Prendre en compte le cycle complet
de développement d’un système logiciel adaptatif soulève plusieurs défis allant de la définition de
méthodes, d’outils pour la conception de systèmes à la définition des infrastructures d’intergiciel
pour exécuter le système cible sur des plates-formes hétérogènes et dynamiques. Dans l’ingénierie
logicielle actuelle, les paradigmes tels que CBSE (approche à base de composants), AOSD (approche
à base d’aspects) et SOA (architecture orientée services), permettent l’expression de l’adaptation du
logiciel par la composition. D’ailleurs, diverses abstractions pour modéliser l’adaptation structurellee et comportementale des applications en réponse aux changements de l’environnement existant
ont été étudiées récemment allant de la programmation à l’architecture logicielle adaptative.
L’un des défis de l’équipe-projet INRIA ADAM sera d’étudier le cycle de vie entier des systèmes
adaptatifs multi-paradigmes pour des environnements multi-échelles. L’équipe a une expérience
substantielle de recherche dans les domaines des approches par composants et par aspects (CBSE
et d’AOSD). Les membres séniors ont participé à plusieurs contributions à l’OMG et ils ont mené le
groupe de travail de révision du chapitre CCM (Modèle à composant de CORBA). Ils ont également
proposé la plate-forme de JAC (Java Component Aspect), une des principales plates-formes pour
le tissage dynamique des aspects. De cette manière, ils ont pu développer une expérience forte sur
la conception de plate-forme logicielle pour intergiciel et ils proposent régulièrement les nouveaux
concepts qu’ils intègrent dans des plates-formes de type intergiciel. De plus, l’équipe ADAM participe
à plusieurs projets avec une grande interaction avec des partenaires industriels au travers de projets
européens et ANR, ainsi qu’avec le consortium OW2.
Les travaux du groupe COCOA se situent dans le domaine du génie logiciel à objets et composants,
et plus récemment dirigé par les modèles (Ingénierie Dirigée par les Modèles). Ces paradigmes visent
à offrir des solutions au problème de rationalisation de la production logicielle et à la fois de réactivité
au changement, fonctionnel ou technologique. Cette problématique se pose en particulier dans la
conception de grands logiciels comme les systèmes d’information, et leur nécessaire synchronisation avec l’organisation sous-jacente, ou plus récemment les applications ubiquitaires, où la « valse
technologique » est importante. Le besoin de capitalisation des efforts, de séparation des préoccupations et de réutilisation est important et les techniques à objets et composants logiciels offrent des
2.4. GOAL
avancées certaines. L’Ingénierie Dirigée par les modèles vise quant à elle à monter en abstraction par
une démarche systématique de modélisation (capitalisable) indépendante de choix technologiques,
et inversement à mécaniser le plus possible les processus de production. De nombreux problèmes se
posent pour structurer l’espace de modélisation, gérer la multitude et la variété des modèles, offrir
des opérateurs de transformation et de composition, faciliter les ciblages et la traçabilité.
2.4.3 Résultats
– Une étude sur la conception, l’analyse et l’évolution des architectures logicielles concrétisée
par la plate-forme SafArchie Studio. Une des fonctionnalités de cette plate-forme est de permettre la construction des architectures logicielles de manière incrémentale par ajout de nouvelles fonctionnalités. Cette approche, inspirée de l’AOP, se fonde sur à la fois la définition de
patrons d’intégration et sur l’utilisation d’un tisseur pour intégrer ces patrons dans l’architecture cible.
– La définition d’un modèle de programmation qui associe AOSD et CBSE. La nouveauté de cette
approche est de donner aux développeurs des outils pour développer la partie fonctionnelle de
leurs applications grâce à des composants logiciels, et la partie technique grâce à des aspects.
Un isomorphisme entre composants et aspects a été défini : les aspects sont des composants
connectés au reste de l’application par des liaisons à la sémantique particulière. Les principaux
résultats dans ce cadre concernent FAC (Fractal Aspect Component) et ses extensions.
– La plate-forme intergicielle OpenCCM pour les applications réparties à base de composants
CORBA. OpenCCM a été la première implémentation publique et open-source de la spécification du modèle de composants CORBA définié par l’OMG.
– L’ environnement intergiciel GoTM à base de composants pour construire des services transactionnels hautement adaptables. GoTM est construit en utilisant une approche à grain très
fin de composants Fractal, permettant au développeur et à l’architecte de collaborer pour
construire une librairie de composants transactionnels géneriques.
– FDF (Fractal Deployment Framework) est un ensemble de composants pour le déploiement
appliqué au temps réel et l’informatique ambiante utilisant une approche composants. FDF
est un environnement orienté composants pour déployer des systèmes hétérogènes et répartis.
– Atelier à base de composants pour l’intelligence ambiante et les systèmes embarqués. « Embarqués » dénote ici les systèmes qui peuvent réagir et s’adapter à leur environnement, en
considérant particulièrement la qualité de service. Nous avons proposé une solution pour une
adaptation transparente d’une couche de communication à base de composants. Nous prenons aussi en compte les contraintes temps-réel des plates-formes et applications. L’approche
Tinap proposée offre un environnement flexible, fondé sur des principes de l’ingénierie dirigée par les modèles, permettant de specifier, implémenter, et générer des environnements
d’exécution adaptés aux besoins de applications embarquées. Nous proposons aussi un formalisme pour représenter et ajouter des informations temporelles de QoS dans les assemblages de
composants. Nous donnons un ensemble de patrons pour spécifier des propriétés temporelles
associées au comportement des composants.
– Conception d’applications réparties dans des plates-formes adaptatives. Dans ce cadre nous
proposons un environnement orienté annotations appelé Spoon, une étude sur la modélisation dirigée par le contexte pour l’informatique ambiante et l’évolution du logiciel. Spoon est
une suite de transformations utilisant les annotations pour les applications Java. Il fournit une
API de base et des outils associés permettant des analyses statiques et de la programmation
générative dans les environnement Java 5+.
– Modélisation dirigée par le contexte pour l’informatique ambiante. Noter but est ici de réduire
le fossé entre le niveau domaine et le niveau technique de l’informatique ambiante, en synchronisant les modèle du domaine avec les environnement informatiques. Nous proposons
un langage de règles pour spécifier comment l’application doit s’adapter au changement de
contexte.
– Intégration de nouvelles fonctionnalités dans les architectures logicielles. Nous nous interessons ici aux approches génériques avec notre environnement FIESTA (Framework for Incremental Evolution of SofTware Architectures) qui généralise l’approche TranSat en restant indépendant de tout ADL spécifique et en identifiant les éléments d’architectures communs à tous
les ADL.
– Composants de modèles. Nous avons adressé plus particulièrement le problème de la réutili-
31
32
Équipes
sation de modèles partiels de systèmes, capitalisant des fonctions récurrentes, au sens de nos
précédents travaux sur la conception par vues, de SOD (Subject Oriented Design), des frameworks de Catalysis, ou encore des templates du standard UML. Nous proposons une démarche
de construction de systèmes fondée sur une notion de « composant de modèles » générique,
paramétré par un « modèle requis » et fournissant un modèle enrichi fonctionnellement. La
construction revient alors à assembler de tels composants par l’intermédiaire d’un opérateur
d’application de modèles paramétrés, contraint par des règles de conformité.
– Processus d’Ingénierie. A un niveau processus d’ingénierie, nous avons proposé une approche
flexible et traçable de projection en fonction des choix architecturaux (fusion/éclatement) et
des caractéristiques logicielles et techniques attendues. Nous avons par ailleurs défini une
notion de processus de modélisation incrémental, défini comme une suite d’étapes dont l’enchaînement est contraint par des pré- et post-conditions. L’activité de construction peut ainsi
être contrôlée au fil de l’eau pour vérifier la création de modèles bien formés (conformes à
leur métamodèle et ses contraintes) à chaque étape, tout en permettant des états transitoires
inconsistants (au sein des étapes de construction).
– A un niveau technologique, les composants de modèles ont été formulés en UML2 à l’aide d’un
métamodèle structurel muni de contraintes OCL. Différentes stratégies de mise en oeuvre ont
été expérimentées conformément à un patron de conception par vues. Des ciblages ont été
expérimentés en Fractal et CCM en le couplant au patron « Adaptateur ». Plus généralement
nous avons étudié une forme de composant logiciel facilement adaptable fonctionnellement,
capturant des vues à gros grain. Nous avons identifié et proposé des services spécifiques pour
leur prise en charge dans des conteneurs ouverts tels qu’offerts par JBOSS-AOP. Au niveau langage, la conception par vues conduit à une forme de programmation modulaire par contextes
que nous avons comparé à la programmation par aspects telle qu’offerte par AspectJ.
– De l’outillage pour l’IDM a été développé sur ces bases dans les standards EMF (Eclipse Modeling Framework) d’Eclipse et MOF (MetaObject Facility) de l’OMG. La méta-génération d’environnements de modélisation interactive dédiés a été étudiée dans le cadre de la thèse de
Bassem Kosayba. A un niveau plus expérimental, des travaux ont été menés dans le monde
de la carte à puce sur la configuration de famille de produits en collaboration avec la société
Gemplus, dans le domaine du Web et des EIAH (Environnements Informatiques pour l’Apprentissage Humain) en collaboration avec l’équipe Noce, et enfin sur la conception d’applications
ubiquitaires dans le cadre du projet régional Mosaiques.
2.4.4 Perspectives
Les perspectives de l’équipe-projet INRIA ADAM sont :
Cycle de vie des systèmes adaptatifs.
Notre premier challenge est de maîtriser l’adaptation dans les intergiciels et applications répartis,
en fonction de contraintes d’environnement, et en suivant de façon cohérente l’évolution au cours
du cycle de vie complet du système, c’est à dire des phases de conception à celles d’exécution. En
particulier, dans un contexte IDM, si un modèle d’une certaine phase doit être modifié, ce changement doit être suivi d’impacts sur d’autres modèles de la même phase mais aussi des phases amont
et aval. Pour atteindre cet objectif, différentes techniques et différents formalismes sont nécessaires
pour exprimer ces impacts, synchroniser les modèles et les faire co-évoluer, ainsi que les implémentations sous-jacentes. Du fait de la nécessaire haute adaptatibilité des systèmes logiciels impliquant
haute dynamicité et mobilité, ces outils doivent être particulièrement efficaces.
Les applications multi-paradigmes.
Un second challenge est de savoir développer et exécuter des applications écrites en utilisant
simultanément différents paradigmes de programmation, en assurant une co-existence cohérente.
Des solutions techniques, comme l’AOP, les patrons, la programmation générative, ou encore les approches réflexives sont déjà utilisées et co-existent dans certains logiciels. Cependant, dans le but
de supporter une haute adaptabilité, les applications doivent être conçues sur la base de différents
paradigmes comme CBSE ou AOSD, ou encore les Services, et doivent être déployées sur différents
types de plates-formes comme J2EE, JBI, Fractal, SCA ou sur des plates-formes comme FAC ou AOKell développées par l’équipe. Nos travaux prennent en compte dès le départ l’hétérogénéité des
paradigmes, leur possible unification dans des modèles génériques qui peuvent être efficacement
projetés sur des plates-formes variées et/ou interconnectées.
Les environnements multi-échelles.
2.4. GOAL
33
Un trosième challenge concerne la prise en compte de réseaux multi-échelle dans la conception
d’intergiciels et applications répartis. Notre but n’est pas de créer des avancées conceptuelles pour
l’informatique ambiante ou l’informatique des grilles (deux des extrèmes de l’échelle des réseaux
d’interconnexion) , mais de prendre en compte leur définitions et propriétés comme des systèmes
adaptatifs cibles sur lesquels tester nos approches multi-paradigmes. Réseaux de capteurs, réseaux
sans fil, internet, grilles de calculs sont ici nos champs d’expérimentation.
Evolution et maintenance du logiciel - Equipe INRIA Rmod
L’évolution du logiciel en phase de maintenance est un problème important des grand systèmes
logiciels¨(typiquement 70 % du coût d’un tel projet). La vision du groupe Rmod est d’apporter des
nouvelles constructions de langage pour permettre une meilleure évolution de ces systèmes évolutifs.
La question posée est : comment aider une équipe de développement dans le maintien et l’évolution
de ses programmes ? Nous mettons l’accent sur deux perspectives : remodularisation et modularisation. Autour de la remodularisation (reengineering) notre approche se structure sur trois objectifs : (i)
étudier et fournir des outils pour une meilleure compréhension des applications orientées objets au
grain des packages et des modules, (ii) analyser l’utilisation de ces nouveaux outils, et (iii) la qualité
du logiciel produit. Ces étapes sont implémentées au dessus de l’environnement de reengineering
Moose et validées sur de grands systèmes open-source comme JBoss, ArgoUML et Squeak. Pour ce
qui concerne la modularisation, nous privilégions deux axes : (i) une large expérimentation sur l’utilisation de traits pour identifier et illustrer la cohésion d’ensembles de classes, aspects, packages dans
du code procédural, (ii) demodularisation d’une archietcture de niveau méta dans le contexte de la
conception d’un langage dynamique sûr.
Composants de Modèles.
Nos travaux se poursuivent actuellement sur la généralisation du paramétrage des composants
de modèles, et plus généralement des formes de généricité (telles que la variabilité) à toute catégorie
de modèles, y compris de processus. Les domaines applicatifs visés sont plus particulièrement le
Web et les services télécom et convergents (en collaboration avec l’Institut Telecom). Voir le projet
CIEL présenté par l’équipe (Composition de modèles génériques pour l’ingénierie logicielle).
2.4.5 Collaborations
– L’étudiante en thèse Naouel Moha est en co-tutelle
de thèse avec Y.G. Gueheneuc, Université de Montreal,
Laurence Duchien et Anne-Françoise Le Meur de
l’université de Lille 1 [597, 307, 812].
– Le projet INRIA ADAM avec l’équipe Prog-Ssel
team de Vrije Universiteit Brussel (VUB) travaillent
ensemble dans l’équipe associée INRIA CALA
(Aspect-Oriented Software Development in Languages, Component Models and Architectures),
(http://jacquard.lifl.fr/CALA/index.html) pour
l’élaboration et l’extension de travaux joints dans le domaine de l’AOSD [112, 473, 209, 512, 131, 781, 468, 955]
– [134] et [253] ont été écrits dans le cadre du projet
AProSec LAFMI (French-mexican laboratory) (2006).
Ce projet portait sur la sécurité dans les applications
web avec les aspects.
– [151], [200] et [702] ont été écrits dans le cadre d’une
collaboration non officielle avec Romain Rouvoy, postdoc à l’université d’Oslo, Norvège et Denis Conan,
Professeur, Sud telecom, Evry, France.
– [698] a été rédigé dans le cadre d’une collaboration
non officielle avec le laboratoire LIRE (Université de
Constantine).
– Nous avons écrit plusieurs articles sur l’évolution des
architectures logicielles dans le cadre d’une collaboration non officielle avec Julia Lawall, DIKU, Danemark
[886, 381, 380].
– Nous avons organisé un atelier ERCIM sur l’évolution du logiciel [962, 955] à Lille avec Tom Mens, U.
Mons.
– Le groupe COCOA est membre du GDR GPL et de
l’action IDM (transverse avec les GDR ASR et I3) et a
plus particulièrement collaboré pendant cette période
avec les équipes Rainbow (I3S Nice), Triskell (Irisa
Rennes) et Move (LIP6 Paris).
– Au niveau régional, le groupe COCOA a collaboré
avec les équipes du projet régional Mosaiques sur
les applications ubiquitaires (LIFL/Noce, LIFL/Adam,
équipe ROI de Valenciennes, INRETS, ...) et avec
l’équipe Noce sur l’application de l’IDM aux EIAH
(Environnements Informatiques pour l’Apprentissage
Humain).
2.4.6 Contrats
AOSD-Europe (FP6 –NoE IST) de 2004 à 2008, partenaires : University of Lancaster, Darmstadt, Twente,
INRIA, Brussel, Dublin, Malaga, Leuwen, Technion
Institute of Technology, Siemens, IBM UK.
S4ALL : Services for All (FP6 –ITEA) de 2005 à 2007,
partenaires : Alcatel CIT, Bull, Capricode, Fraunhofer
Fokus, HIIT, INRIA, Instituto de Telecomunicaçoes,
INT, mCENTRIC, Nokia, PT Inovaçao, Schneider Electric, Thales, Université Joseph Fourier, Universidad
Politécnica de Madrid, University of Kassel, Vodafone,
34
Équipes
and Xquark/Odonata.
SOA4ALL (FP7 –IST) de 2008 à 2011, partenaires : ATOS
Origin, British Telecommunications, Open University,
SAP, Leopold-Franzens-Universitaet Innsbruck, CEFRIEL, EBM WebSourcing, Hanival Internet Services,
IBM Ireland Product Distribution Limited, INRIA,
ISOCO, SIRMA, TIE, TXT, Universitaet Karlsruhe, University of Manchester, SEEKDA.
OSMOSE (Open Source Middleware for Open Systems in Europe) (FP6 –ITEA) de 2004 à 2005, partenaires : Bantry Technologies, Bull, Charles University,
EPFL, France Télécom, INRIA, INT, ITel, LIFL, LSR,
Lynx, Téféfonica I+D, Telvent, Thales Avionics, Thales
Communications, Universidad Politécnica de Madrid,
Philips, Vicore, Whitestein.
FAROS : composition de contrats pour la Fiabilité
d’Architecture Orientées Services (ANR –TL) de 2006
à 2008, partenaires : EDF R&D, France Telecom, Alicante, IRISA, I3S, LIFL.
SCOrWare (ANR –TL) de 2007 à 2008, partenaires :
Amadeus, Artenum, EBM WebSourcing, Edifixio, INRIA, INT, IRIT, Obeo, Open Wide.
Flex-eWare (ANR –TL) de 2007 à 2008, partenaires :
Thales, France Telecom, Schneider, STMicroelectronics, Teamlog, Trialog, CEA, ENST, INRIA, Université
Paris 6.
JOnES : Java Open ESb (ANR –TL) de 2006 à 2008,
partenaires : INRIA , EBM WebSourcing, ENSTIMAC,
France Telecom R&D, Open Wide, ScalAgent Distributed Technologies.
on architectural patterns (EDF R&D External Research grant) de 2001 à 2005.
on aspect-oriented and component-based software
development (France Telecom R&D External research
grant) de 2004 à 2007.
Dolores Diaz ’s PhD CIFRE grant (Joint contract with
NorSys) de 2004 à 2006.
MIND (Pôle Minalogic, région Rhône-Alpes) de 2008
à 2010, partenaires : STMicroelectronics, CEA, France
Telecom R&D, Grenoble 1, INERIS, INRIA, IST, ISTIA,
Itris Automation Square, LOGICA, Schneider Electric,
Sogeti High Tech, VERIMAG.
CAPPUCINO (Pôle Industrie du Commerce (PICOM),
région Nord-Pas-de-Calais) de 2007 à 2010, partenaires : NorSys, INT/GET, INRIA, AUCHAN, SI3SI.
ICOM (Pôle Industrie du Commerce (PICOM), région
Nord-Pas-de-Calais) de 2008 à 2010, partenaires : Atos
Origin, Auchan, Décathlon, GS1 France, INRIA, La
Poste, La Redoute, Orange.
REVE : safe Reuse of Embedded components in heterogeneous enVironmEnts (ANR –ARA SSIA) de 2006 à
2008, partenaires : CEA, CNAM, INRETS, INRIA, INSA.
MoVES (IAP) de 2007 à 2011, partenaires : Vrije Universiteit Brussel, Universiteit Antwerpen, Université
catholique de Louvain, Université Libre de Bruxelles,
Facultés Universitaires Notre-Dame de la Paix Namur, Université de Liège, K.U. Leuven, Université de
Mons-Hainaut , INRIA, Imperial College, Technische
Universiteit Delft.
BROCCOLI (INRIA ARC) de 2008 à 2009, partenaires :
INRIA, INT/GET.
COA (INRIA ARC) de 2005 à 2006, partenaires : Equipes
INRIA PARIS et SCALAPLIX.
MOSAIQUES (Contrat Plan Etat Region TAC) de 2005
à 2007, partenaires : LIFL, INRETS, EMD, UVHC. .
Jacquard (Projet INRIA) de 2003 à 2005.
Thème Composants Logiciels (IRCICA) de 2004 à
2007.
AProSec (LAFMI) de 2006 à 2006, partenaires : INRIA,
ITSEM Mexico.
GALAXY (ADT) de 2008 à 2010, partenaires : Equipes
INRIA SARDES, OW2, Triskell, OASIS, ADAM.
2.4.7 Logiciels et brevets
Fractal (http://fractal.ow2.org) : Fractal is a modular, extensible and programming language agnostic component model that can be used to design,
implement, deploy and reconfigure systems and applications, from operating systems to middleware
platforms and to graphical user interfaces. Fractal has been designed by both INRIA and France
Telecom R&D and is an open source software project hosted by the OW2 international consortium
http://fractal.objectweb.org.
AOKell (http://fractal.ow2.org/aokell) : AOKell is a reflective and open implementation of
the Fractal component model. AOKell is a LGPL
open source software available. AOKell is being developed since 2004 and is an open-source project
which is distributed in the context of the Fractal
project hosted by the OW2 consortium. Dépôt APP
IDDN.FR.001.160017.000.S.P.2007.000.10600
FDF (http://fdf.gforge.inria.fr) : FDF implements the virtual machine of the DeployWare
framework. FDF is being developed since 2006
and is an open-source project hosted by the INRIA Forge. Known usages of FDF by external
people include the deployment of the Jade autonomous platform (INRIA SARDES project), and
the integration of FDF into the JOnAS JEE application server (http ://jonas.objectweb.org) and
the JASMINe SOA platform manangement tool
(http://jasmine.objectweb.org) developed by Bull
SA, and the PEtALS JBI implementation developed by
EBM WebSourcing (http://petals.objectweb.org).
Spoon (http://spoon.gforge.inria.fr) : Spoon
provides a core API and associated tools for static
analysis and generative programming within the Java
5+ environment. In 2007-2008, Spoon was the second
most loaded software on the INRIA forge. Known
usages of Spoon by external people include a work
done by Didier Donsez (Grenoble University) for automatically transforming Java programs to support JM.,
a migration compiler based on annotations, HeinzNixdorf-Institute in Paderborn, Germany, the COSMOS Framework, Institut TELECOM, a Junit test suite
maker, Orange Labs, and, finally, a loader for spoon,
University of Illinois at Urbana-Champaign. Dépot
APP IDDN.FR.001.070037.000.S.P.2007.000.10600
FAC (http://www.lifl.fr/~pessemie/FAC/) : The
2.4. GOAL
work on FAC (Fractal Aspect Component) is conducted in the context of a France Telecom R&D research
grant. FAC is an extension of the Fractal component
model for AOP [1116]. FAC is LGPL open source software. IDDN.FR.001.160016.000.S.P.2007.000.10600
Fraclet (http://fractal.ow2.org/fraclet) : Fraclet
is an attribute-oriented programming model for developing reliable Fractal components. Fraclet is LGPL
open source software. Fraclet is used into several
software projects based on the Fractal component
model, i.e. the ADAM project-team Fractal Deployment Framework and GoTM projects, the GET/INT’s
COSMOS project, the INRIA SARDES’s DREAM project (http://dream.objectweb.org), and the OW2
PEtALS project (see http://petals.objectweb.org)
35
EMFScript (http://www.telecom-lille1.eu/
people/Vanwormhoudt/modelscripting) : Langage
de scripting de modèles pour le framework de métamodélisation EMF d’Eclipse.
EMFOCL (http://www.telecom-lille1.eu/people/
Vanwormhoudt/siteEMFOCL) : Support du langage
de contraintes OCL pour le framework de métamodélisation EMF d’Eclipse.
COCOAModeler (http://www.lifl.fr/GOAL/cocoa/
pmwiki.php?n=Main.Outils) : Atelier UML 2 basé sur
l’environnement de métamodélisation EMF pour la
construction de systèmes d’information à l’aide de
composants de modèle (thèse d’Alexis Muller).
PyEMOF (http://www.lifl.fr/~marvie/software/
pyemof.html) : Implémentation de EMOF en python
2.4.8 Thèses et habilitations à diriger des recherches
Habilitations à diriger des recherches
Lionel SEINTURIER, Réflexivité, aspects et composants
pour l’ingénierie des intergiciels et des applications réparties (12/12/2005).
Thèses de doctorat
Olivier BARAIS, Construire et Maîtriser l’évolution
d’une architecture logicielle à base de composants
(29/11/2005).
Romain ROUVOY, Une démarche à granularité extrêmement fine pour la construction de canevas intergiciels hautement adaptables : application aux services
de transactions (08/12/2006).
Nicolas PESSEMIER, Unification des approches par
aspects et à composants (27/06/2007).
Dolores DIAZ, Réalisation d’évolutions logicielles sur
des applications d’entreprise en phase de maintenance
(19/12/2007).
Frédéric LOIRET, Tinap : Modèle et infrastructure
d’exécution orienté composant pour applications
multi-tâches à contraintes temps réel souples et embarqué (26/05/2008).
Naouel MOHA , DECOR : Détection et correction des
défauts dans les systèmes orientés objet (26/08/2008).
Sébastien SAUDRAIS , Modèle à composants tempsréel et Tissage d’aspects (5/12/2007).
Hai-Quan NGUYEN, Méthodologie et outils de spécification pour l’assemblage de composants dans le cadre
d’applications réparties (26/01/2007).
Houssam FAKIH, L’intégration des fonctionnalités
transversales dans les modèles à composants logiciels en utilisant la programmation par aspects
(12/12/2006).
Bassem KOSAYBA, Une démarche dirigée par les
modèles pour produire des environnements demodélisation orientés domaine (05/2006).
Stéphane BONNET, Une démarche dirigée par les
modèles pour la personnalisation des applications
embarquées dans les cartes à puces (05/2005).
Patrick TESSIER, Conception de modèles de familles
de systèmes temps réel (12/2005).
Alexis MULLER, Construction de systèmes par application de modèles paramétrés (juin 2006).
2.4.9 Visibilité et faits marquants
Visibilité
– Lionel Seinturier, Comité de rédaction du journal TSI, Hermès. Depuis 2005.
– Laurence Duchien, Editorial board of the International Journal of Software Architecture. Depuis 2007.
– Philippe Merle, Comité de rédaction du journal RSTI-L’Objet, Hermès.
– Les membres de l’équipe ADAM participent à de nombreux comités de programme comme
FORTE 07, SC 07, GPCE 07, ECSA 07, GPCE 08, SERA 08, PEPM 08, ECSA 08.
– Les membres de l’équipe ADAM ont participé aux démos pour les événements SciencesOPark
et « 40 ans de l’INRIA ».
– Partcipation du groupe COCOA aux démos pour les événements La fête de lascience et SciencesOPark, ainsi qu’au comité de programme des conférences CBSE’08, LMO’07, Inforsid’07,
SC’06, des journées IDM (2005-2008) ou de leurs ateliers satellites, et au comité de rédaction
de la revue RSTI-L’Objet.
2.4.10 Publications significatives
36
Équipes
1. Olivier Caron, Bernard Carré, Alexis Muller, and
Gilles Vanwormhoudt. Formulation of uml 2
template binding in ocl. In 7th International
Conference on UML Modeling Groups and Applications - UML 2004, number 3273 in LNCS,
Lisbon - Portugal, October 2004.
2. Areski Flissi, Jérémy Dubus, Nicolas Dolet, and
Philippe Merle. Deploying on the Grid with
DeployWare. In 8th IEEE International Symposium on Cluster Computing and the Grid
(CCGRID’08), pages 177–184, Lyon, France, May
19-22 2008.
3. Philippe Lahire, Brice Morin, Gilles Vanwormhoudt, Alban Gaignard, Olivier Barais, and
Jean-Marc Jezequel. Introducing variability
into aspect-oriented modeling approaches. In
Accepted to the 10th International Conference
on Model Driven Engineering Languages And
Systems (MODELS’07), number 4735 in LNCS,
2007.
4. Alexis Muller, Olivier Caron, Bernard Carré, and
Gilles Vanwormhoudt. On some properties
of parameterized model applications. In Proc.
of ECMDA’05 :European Conference on Model
Driven Architecture, number 3748 in LNCS,
2005.
5. Xavier Le Pallec, César Moura, Raphaël Marvie,
Mirabelle Nebut, and Jean-Claude Tarby. Supporting generic methodologies to assist ims-ld
modelling. In Proceeding of International
Conference on Advanced Learning Technologies,
Kerkrade, Pays-Bas, juillet 2006. IEEE.
6. Aleš Plšek, Frédéric Loiret, Philippe Merle, and
Lionel Seinturier. A Component Framework
for Java-based Real-time Embedded Systems.
In In Proceedings of ACM/IFIP/USENIX 9th International Middleware Conference, Leuven,
Belgium, Dec 2008. Rank (CORE) : A. To appear.
7. Romain Rouvoy, Denis Conan, and Lionel Seinturier. Software Architecture Patterns for a
Context Processing Middleware Framework.
IEEE Distributed Systems Online (DSO), 9(6) :12,
jun 2008.
8. Lionel Seinturier, Nicolas Pessemier, Laurence
Duchien, and Thierry Coupaye. A component
model engineered with components and aspects. In Proceedings of the 9th International
SIGSOFT Symposium on Component-Based
Software Engineering (CBSE’06), volume 4063
of Lecture Notes in Computer Science, pages
139–153, Västeras, Sweden, jun 2006. Springer.
Acceptance rate : 29%, Rank (CORE) : A.
9. Christophe Tombelle and Gilles Vanwormhoudt. Dynamic and generic manipulation of
models : From introspection to scripting. In
9th International Conference MoDELS 2006,
number 4199 in LNCS, Italy, octobre 2006.
10. Guillaume Waignier, Prawee Sriplakich, AnneFrançoise Le Meur, and Laurence Duchien. A
model-based framework for statically and dynamically checking component interactions. In
Proceedings of the ACM/IEEE 11th International
Conference on Model Driven Engineering Languages and Systems (MODELS 2008), volume of Lecture Notes in Computer Science, pages –,
Toulouse, France, oct 2008. Springer-Verlag.
Rank (CORE) : A. To appear.
2.5 Graphix
Mots-clés : interaction 3D, interaction homme-machine, IHM, travail collaboratif, simulation physique, simulation médicale
2.5.1 Membres
Permanents
Jérémie ALLARD, CR2 INRIA dans l’équipe depuis septembre 2007
Fabrice AUBERT, MCF Université de Lille 1 dans l’équipe depuis septembre 1999
Géry CASIEZ, MCF Université de Lille 1 dans l’équipe depuis septembre 2005
Christophe CHAILLOU (resp.), PR1 Université de Lille 1 dans l’équipe depuis septembre 1996
Stéphane COTIN, DR2 INRIA dans l’équipe depuis mars 2007
Samuel DEGRANDE, IR CNRS dans l’équipe depuis septembre
Jérémie DEQUIDT, MCF Université de Lille 1 dans l’équipe depuis septembre 2008
Christian DURIEZ, CR2 INRIA dans l’équipe depuis janvier 2006
Laurent GRISONI, PR2 Université de Lille 1 dans l’équipe depuis septembre 2008
Patricia PLÉNACOSTE, MCF Université de Lille 1 dans l’équipe depuis septembre
Non permanents
Mohamad ABDOLVAHAB, Doctorant INRIA dans l’équipe depuis septembre 2007
Olivier COMAS, Doctorant Autre dans l’équipe depuis septembre 2007
2.5. Graphix
37
Juan-Pablo DE LA PLATA ALCALDE, IC INRIA dans l’équipe depuis septembre 2007
Jean-Philippe DEBLONDE, Doctorant Université de Lille 1 dans l’équipe depuis spetembre 2007
Christophe GUÉBERT, Doctorant Université de Lille 1 dans l’équipe depuis spetembre 2006
Maud MARCHAL, POST-DOC INRIA dans l’équipe depuis décembre 2007
Qing PAN, Doctorant INRIA dans l’équipe depuis octobre 2005
Jérémy RINGARD, Doctorant INRIA dans l’équipe depuis spetembre 2006
Frédérick ROY, IC INRIA dans l’équipe depuis Novembre 2007
Guillaume SAUPIN, Doctorant Autre dans l’équipe depuis spetembre 2006
Johann VANDROMME, Doctorant Université de Lille 1 dans l’équipe depuis septembre 2005
Julien WYLLEMAN, IC CNRS dans l’équipe depuis mars 2007
Quan XU, Doctorant Autre dans l’équipe depuis septembre 2007
Invités et anciens membres
julien LENOIR (MCF Univ).
Brian BARSKY (Invité).
Samuel BOIVIN (CR Inria).
Ahmed TAHAR (Ingénieur CDD).
Frédéric BLONDEL (ingénieur CDD).
Sylvère FONTENEAU (Ingénieur CDD).
Luciana PROVENZANO (Post-doctorat).
Pierre-Jean BENSOUSSAN (Ingénieur CDD).
Damien FOURNIER (Ingénieur CDD).
2.5.2 Problématique
L’objectif principal de l’équipe est de définir de nouvelles méthodes et outils pour interagir et
collaborer sur des modèles 3D en positionnant ses recherches à l’intersection de trois thématiques :
– L’animation et la simulation en étudiant les interactions sur des modèles déformables basés
sur la physique
– La réalité virtuelle en proposant de nouvelles possibilités d’interaction et collaboration en environnements non immersifs.
– Les interfaces Homme machine avec l’objectif de concevoir des interfaces tridimensionnelles
Notre principal champ d’application est le monde médical. Nous développons des simulateurs de
préparation et de formation à la chirurgie et des outils de collaboration ou de rééducation.
2.5.3 Résultats
2.5.4 Principaux résultats obtenus sur la période
– Création et pilotage d’une opération nationale portée par l’Inria avec un volet recherche et une
plateforme de développement SOFA : http://www.sofa-framework.org/
– Mise en place d’un ensemble d’équipements de réalité virtuelle servant de support à de nombreux projets collaboratifs : http://www2.lifl.fr/GRAPHIX/pfrv/intro.php
– En simulation à base de modèles physiques : nous avons obtenu de très bons résultats sur la
gestion du contact avec une méthode générique et physiquement consistante [329] publiée
à CGI l’une des conférences les plus anciennes et sur les modèles déformables 1D [96]publié
dans JCAD, l’un des principaux journaux de CAO.
– en simulation médicale : l’équipe a acquis une visibilité de tout premier ordre sur la simulation
de manipulation de cathéter [212] publiée à MICCAI, la conférence de toute meilleure visibilité
du domaine, ainsi qu’en validation de modèles [573].
– en IHM, nous avons obtenus des résultats importants : une étude sur les performances utilisateur en fonction du gain entre périphérique et affichage [12] publié dans Human Computer
Interaction Journal, classé 4eme meilleur journal d’informatique, meilleur journal en IHM, une
étude sur l’impact de la raideur d’un périphérique à controle élastique sur les performances
utilisateur [191] (publié à ACM CHI 08, la conférence majeure du domaine), et pour finir un
outil hybride de contrôle (le RubberEdge) mixant contrôle isotonique et élastique, publié à
UIST’07[192], conférence classée A+. Nous avons également obtenu des résultats prometteurs
sur la reconnaissance du geste et l’extraction de motifs pour l’interaction homme-machine à
main libre [685].
38
Équipes
– en périphériques à retour d’effort et tactiles : Nous avons conçu un stimulateur tactile utilisant
une technologie de plaque vibrante [392], publié à Actuators et Haptics Symposium manifestations majeures du thème.
2.5.5 Positionnement national et international
Avec la dynamique forte en moyens humains en recherche et support de l’Inria et les moyens matériels dans le cadre de l’Ircica, nous disposons aujourd’hui de tous les atouts pour faire de la science
de haut niveau avec un fort impact aussi bien académique que technologique avec des partenariats
industriels.
Nous avons ces dernières années développé de fortes compétences dans des communautés de recherches autonomes, mais à la complémentarité évidente pour la problématique commune qui nous
intéresse, à savoir l’interaction 3D sur objets complexes. Nous avons eu l’occasion de mettre en place
trois dynamiques scientifiques de qualité, respectivement en :
– simulation physique (l’applicatif médical étant particulièrement visé)
– interaction homme-machine
– les périphériques d’interaction en partenariat avec le L2EP
Nous identifions comme groupe leader dans ces communautés :
– au plan national : les projets inria Insitu, Bunraku, IPARLA, Aviz, Evasion, Bunraku ; l’équipe
IIHM du LIG (J. Coutaz) ; le CEA (M. Hafez Et C Andriot) l’Acroe (Cadoz), le LPPA collège de
France (Berthoz, le LSIIT (bechmann) ainsi que le TIMC (J Troccaz) ; l’IRCAD (L. Soler), les
projets inria Visage Magritte et Asclepios (N. Ayache) sur le plan médical ;
– au plan international : Computer Graphics Research at Caltech (Desbrun, Baar and schröder) ;
Imager laboratory for graphics, Visualisation and HCI At UBC (Pai and Van De Panne) ; DGP,
Toronto, computer Graphics (Fiume) and HCI (Balakrishnan) ; Electrical and Computer Engineering , McGill University (Hayward) ; Touchlab MIT Boston (Srivanisan) ; VRlab, EPFL (Thalmann) ; Department of Mechanical Engineering Northwestern University (Colgate) ; Computer
Science Cornell University (Greenberg and James) ; Computer Graphics Laboratory ETH Zurich
(Gross) ; Medical imaging, computer vision laboratory, ETH Zurich (Szekely) ; computer Graphics Freiburg (Teschner).
2.5.6 Perspectives
Avec la dynamique forte en moyens humains en recherche et support de l’inria et les moyens matériels dans le cadre de l’ircica, nous disposons aujourd’hui de tous les atouts pour faire de la science
de haut niveau avec un fort impact aussi bien académique que technologique par un renforcement
des partenariats industriels.
Nous avons ces dernières années développé de fortes compétences dans des communautés de
recherches autonomes, mais à la complémentarité évidente pour la problématique commune qui
nous intéresse, à savoir l’interaction 3D sur objets complexes. Nous avons eu l’occasion de mettre en
place trois dynamiques scientifiques de qualité, respectivement en :
– simulation physique (l’applicatif médical étant particulièrement visé)
– interaction homme-machine
– les périphériques d’interaction en partenariat avec le L2EP
Ces trois thématiques sont complémentaires car elles apportent des réponses aux questions fondamentales : Quelle est la complexité accessible pour une application de réalité virtuelle ? Comment
utiliser au mieux les périphériques d’interactions existant ? Quels nouveaux périphériques et métaphores pour l’interaction ? Pour les prochaines années, nous focaliserons nos recherches sur trois
sujets : la simulation interactive à base de lois physiques, les interactions à base de gestes et les
périphériques tactiles. Nous souhaitons animer une plateforme technologique Interaction-Réalité
Virtuelle- Images afin d’augmenter nos partenariats.
2.5.7 Collaborations
2.5. Graphix
39
– En Chine, nous collaborons avec le Liama et l’unisons de recherche sur les stimulateurs tactile dans le
versité de Beihang sur plusieurs projets. Avec Pan
cadre de l’opération STIMTAC. notre relation est partiChunhong du LIAMA, nous avons une collaboration
culièrement forte avec le L2EP dont deux parmaments
de recherche pour définir une nouvelle représentation travaillent dans le projet Inria Alcove
des usagers mixant avatar et vidéo du visage pour les – Nous avons démarré une collaboration avec le
applications de travail collaboratifs autour de modèles CIMIT (Center for Integration of Medicine and In3D. Deux thésards et 3 masters travaillent dans ce pro- novative Technology) et le Massachusetts General
jet. Une seconde collaboration avec Pan Chunhong du Hospital, deux institutions phares dans les domaines
LIAMA et Wang Danxiao de Beijing commence avec
de la médecine et de la technologie. Le projet commun
deux thèses dont une en cotutelle sur la simulation
actuellement envisagé concerne le développement de
dentaire.
techniques de simulation en radiologie intervention– Nous collaborons avec l’université Cel del Mare de
nelle.
Suceava en Roumanie. C’est dans ce cadre que Radu
– Les collaborations conduites dans le cadre des
Vatavu a soutenu une thèse en cotutelle.
contrats précisés ci-dessous ne sont pas reprises dans
– Dans la fédération de recherche Ircica, nous condui- cette liste
2.5.8 Contrats
part@age (RNTL –Plateforme) de 2006 à 2009, partenaires : INSA Rennes, INRIA I3D, CNRS (LaBRI,
Mouvement et Perception), ESIEA, FT R&D, CEA-LIST,
VIRTOOLS, HAPTION, CLARTE, RENAULT, THALES,
SOGITEC.
Deblonde (thèse cofinancée) de 2007 à 2010, partenaires : fondation Hopale, Région Nord pas de Calais.
Odysseus (FP6 –Eureka) de 2004 à 2007, partenaires :
IRCAD (Strasbourg), France Telecom, Storz (Germany),
SimSurgery (Norway), INRIA ( Evasion, Asclepios).
Reactive (ANR –TecSan) de 2008 à 2011, partenaires :
Fondation Hopale (Berck), CEA-LIST, Idees3COM.
Vortiss (ANR –MDCA) de 2006 à 2009, partenaires :
LSIIT(strasbourg), IRCAD(strasbourg), IRCOM/SIC
(poitiers).
Theetten (thèse cofinancée) de 2004 à 2007, partenaires : CEA LIST.
Simple (ARC Inria) de 2006 à 2008, partenaires : CHU
University Hospital of Nancy, INRIA Magrit project.
Passport (FP7 –Health) de 2008 à 2011, partenaires :
Ircad, Université Louis Pasteur, University College London, Imperial college, ETHZ, Technische Universitat
Munchen, Storz, Leipzig Universitat, Inserm.
2.5.9 Logiciels et brevets
Isotonic/elastic touch-sensitive input device : Casiez,
G., Vogel, D. (2007). Isotonic / elastic touch-sensitive
input device. European filing number 07 370 020.5,
Filing date : October 05, 2007
Isotonic/elastic hybrid input device (http:
//fr.espacenet.com/publicationDetails/
originalDocument?CC=WO&NR=2006117180A1&KC=
A1&DB=fr.espacenet.com&locale=fr_FR) : Chaillou,
C., Casiez, G. (2006). Isotonic/elastic hybrid input device . International publication number WO
2006/117180 A1, International filing date : May 02,
2006.
Périphérique d’entrée hybride isotonique/élastique
(http://fr.espacenet.com/publicationDetails/
biblio?CC=EP&NR=1720092A1&KC=A1&DB=fr.
espacenet.com&locale=fr_FR) : Chaillou, C., Ca-
siez, G. (2005). Périphérique d’entrée hybride isotonique/élastique. European Patent application number
05370010.0, Filing date : May 04, 2005
Ground-based haptic interface comprising at least
two decoupled rotary finger actuators (http://www.
freepatentsonline.com/y2005/0257150.html) : Ca-
siez, G., Chaillou, C., Semail, B., Plénacoste, P. (2004).
Ground-based haptic interface comprising at least
two decoupled rotary finger actuators . US Patent
application number 10/842,624, Filing date : May 11,
2004.
Haptic interface device of the ground-based type
comprising at least two separate rotary digital actuators (http://v3.espacenet.com/textdoc?IDX=
EP1437641&CY=fr&LG=fr&DB=EPODOC) : Casiez, G.,
Chaillou, C., Semail, B., Plénacoste, P. (2003). Haptic
interface device of the ground-based type comprising
at least two separate rotary digital actuators . European Patent application number EP1437641, Filing
date : January 07, 2003.
MSL (material spline library) : dépôt APP : librairie
de gestion de modèle dynamique déformable 1D, avec
gestion de contrainte glissante
SOFA (http://www.sofa-framework.org/) : Sofa est
une plateforme de développement de simulation de
modèles physiques en temps réel. L’application principale est le monde médical. C’est une platefrome
opensource.
2.5.10 Thèses et habilitations à diriger des recherches
40
Équipes
Habilitations à diriger des recherches
Laurent GRISONI, Vers une simulation physique
temps réel multi-modèle (décembre 2005).
stéphane COTIN, computer-based interactive medical
simulation (juillet 2008).
Thèses de doctorat
Adrien THEETTEN, Splines géométriquement exactes :
simulation interactive et haute performance (dé-
cembre 2007).
Jérémie DEQUIDT, Objets autonomes en simulation
physique temps-réel (décembre 2005).
François MARTINOT, Caractérisation du rôle de la
dynamique du toucher dans la perception de textures
(octobre 2006).
Damien MARCHAL, Simulation en temps réel d’objets
déformables et découpables (octobre 2006).
Radu-Daniel VATAVU, Real-Time Acquisition of Human Gestures for Interacting with Virtual Reality (mars
2008).
2.5.11 Visibilité et faits marquants
Visibilité
– Conférences organisées : GTAS 2005, C Duriez session posters à EuroHaptic 2006, C Chaillou
une session à Net2005 et Net2007, G Casiez session chair at UIST 2007, S Cotin Technology
Track IMSH 2008 San Diego
– Comité de programme : C Chaillou (Vriphys 2005 2006, 2007 et 2008 , Edutaiment 2008), L.
Grisoni (ACM SPM 2008), S Cotin (ISBMS 2008),G Casiez (VRST 2008)
– Invitations : C Chaillou (2nd Workshop on Computer Assisted Diagnosis and Surgery, SantiagoChili 2006 et Chinese conference « Digital Média and Virtual Museum » à Hangzhou 2007), S
Cotin (2nd Workshop on Computer Assisted Diagnosis and Surgery, Santiago-Chili 2006), C
Duriez (International Meeting in Simulation in Healthcare, 2008)
– Relecture : J Allard VR2007, L. Grisoni (Eurographics05-06, ACM Solid and Physical modeling
08, J. of Comp. Aided Design, J. of Graphic Tools, IEEE Trans. on Sig. Proc.), G Casiez (CHI
2008, IHM 2007, Eurographics 2008, EGVE 2007 and The Visual Computer), C Duriez (VR 2008,
ICRA 2008, Siggraph 2008) S Cotin (VRIPHYS 2007, VRIPHYS 2008, ISBMS 2008, MICCAI 2007,
MICCAI 2008, MedIA, IEEE TVCG, IEEE Transactions on Medical Imaging)
Faits marquants
– Création et pilotage d’une opération d’envergure nationale portée par l’Inria avec un volet
recherche et une plateforme de développement SOFA
http://www.sofa-framework.org/
– Mise en place d’un ensemble d’équipements de réalité virtuelle servant de support à de nombreux projets collaboratifs.
http://www2.lifl.fr/GRAPHIX/pfrv/intro.php
2.5.12 Publications significatives
1. Géry Casiez and Daniel Vogel. The effect of
spring stiffness and control gain with an elastic
rate control pointing device. In CHI’08, the 26th
Conference on Human Factors in Computing
Systems, pages 1709–1718. ACM Press, 2008.
2. Géry Casiez, Daniel Vogel, Ravin Balakrishnan,
and Andy Cockburn. The impact of controldisplay gain on user performance in pointing
tasks. Human-Computer Interaction, 2008.
3. Géry Casiez, Daniel Vogel, Qing Pan, and Christophe Chaillou. Rubberedge : Reducing clutching by combining position and rate control
with elastic feedback. In UIST’07, the 20th ACM
Symposium on User Interface Software and
Technology, pages 129–138. ACM Press, 2007.
4. Jérémie Dequidt, Julien Lenoir, and Stéphane
Cotin. Interactive contacts resolution using
smooth surface representation. In Proceedings
of the International Conference on Medical
Image Computing and Computer Assisted Intervention (MICCAI), Lecture Note in Computer
Science (LNCS) 4792, pages 850–857, 2007.
5. Jérémie Dequidt, Damien Marchal, and Laurent
Grisoni. Time-critical animation of deformable
solids. Journal of Computer Animation and
Virtual Worlds (CASA), 16 :177–187, 2005.
6. Jérémie Dequidt, Maud Marchal, Christian
Duriez, Erwan Kerrien, and Stéphane Cotin.
Interactive simulation of embolization coils :
Modeling and experimental validation. In
Proceedings of MICCAI, 2008.
7. Christian Duriez, Stéphane Cotin, Julien Lenoir,
and Paul Neumann. New approaches to catheter navigation for interventional radiology
simulation. Computer Aided Surgery, 2006.
8. Laure France, Alexis Angelidis, Philippe Me-
2.6. GRAppA
seure, Marie-Paule Cani, François Faure, and
Christophe Chaillou. A layered model of a
virtual human intestine for surgery simulation.
Medical Images Analysis, 9(2) :123–132, 2005.
9. Julien Lenoir, Stéphane Cotin, Christian Duriez,
and Paul Neumann. Interactive physically-
41
based simulation of catheter and guidewire.
Computer and Graphics, 30 :416–422, 2006.
10. Adrien Theetten, Laurent Grisoni, Claude Andriot, and Brian Barsky. Geometrically exact
dynamic splines. Journal of Computer Aided
Design, 40(1) :35–48, 2008.
2.6 GRAppA
Mots-clés : machine learning, grammatical inference, structured data, probabilistic automata, graphical models, reinforcement learning, sequential learning, signal processing, optimal control, adaptive systems, decision making under uncertainty, Monte Carlo methods, statistical learning theory
and applications, kernel methods, Markov decision process, sequential decision problem, Approximate dynamic programming
2.6.1 Membres
Permanents
Rémi COULOM, MCF Université de Lille 3 dans l’équipe depuis 2004
Rémi GILLERON (resp.), PR1 Université de Lille 3 dans l’équipe depuis 1998
Aurélien LEMAY, MCF Université de Lille 3 dans l’équipe depuis 2003
Jérémie MARY, MCF Université de Lille 3 dans l’équipe depuis septembre 2006
Rémi MUNOS, DR2 INRIA dans l’équipe depuis septembre 2006
Joachim NIEHREN, DR2 INRIA dans l’équipe depuis 2005 à 50%
Philippe PREUX, PR2 Université de Lille 3 dans l’équipe depuis 2003
Daniil RYABKO, CR2 INRIA dans l’équipe depuis décembre 2007
Isabelle TELLIER, MCF Université de Lille 3 dans l’équipe depuis 1996
Alain TERLUTTE, MCF Université de Lille 3 dans l’équipe depuis 1989
Marc TOMMASI, MCF Université de Lille 3 dans l’équipe depuis 1994
Fabien TORRE, MCF Université de Lille 3 dans l’équipe depuis 2002
Non permanents
Sébastien BUBECK, Doctorant Université de Lille 1 dans l’équipe depuis septembre 2007
Jérôme CHAMPAVÈRE, Doctorant Université de Lille 1 dans l’équipe depuis octobre 2006
Edouard GILBERT, Doctorant Université de Lille 3 dans l’équipe depuis octobre 2007
Jean-François HREN, Doctorant Université de Lille 1 dans l’équipe depuis septembre 2007
Matthieu KEITH, Ingénieur INRIA dans l’équipe depuis 2007
Fériel LAHLALI, ingénieur INRIA dans l’équipe depuis 2008
Manuel LOTH, Doctorant Université de Lille 1 dans l’équipe depuis septembre 2006
Raphaël MAÎTREPIERRE, Doctorant Université de Lille 1 dans l’équipe depuis septembre 2007
Damien POIRIER, Doctorant Université de Lille 3 dans l’équipe depuis octobre 2007
Slawomir STAWORKO, Post-doctorant INRIA dans l’équipe depuis juillet 2007
Invités et anciens membres
Missi TRAN (Ingénieur).
Isabelle TELLIER (maître de conférence).
Sertan GIRGIN (Post-doctorant).
Djallel MAZOUNI (Post-doctorant).
Ling Bo KONG (post-doctorant).
2.6.2 Problématique
Le GRAppA est constitué depuis 1996 autour d’un groupe d’enseignants-chercheurs de l’université Charles de Gaulle sur le thème de l’apprentissage automatique, c’est-à-dire l’étude et la conception d’algorithmes qui s’améliorent avec l’expérience. Notre groupe travaille tout particulièrement
sur deux sujets émergents.
42
Équipes
Tout d’abord, la conception d’algorithmes d’apprentissage qui soient capables de travailler sur
des données structurées qui peuvent être des séquences, des arbres ou des graphes. Ceci est particulièrement important dans des domaines tels que la bio-informatique, la biologie et le traitement du
langage naturel. Notre groupe considère tout particulièrement le cas des données arborescentes et
les applications au Web et à la gestion de documents. Nous cherchons à développer des méthodes
automatiques pour inférer des transformations d’arbres. Ces algorithmes seront intégrés dans des
plates-formes pour l’extraction d’informations et la gestion de documents. Ces travaux sont réalisés
dans le cadre du projet Mostrare de l’UR INRIA Lille-Nord Europe créé en 2004.
Ensuite, l’apprentissage dans un contexte séquentiel (ou incrémental), en particulier le problème
de décision séquentielle (apprentissage par renforcement). Sur ce thème, nous travaillons à la fois sur
des aspects fondamentaux, des aspects algorithmiques et méthodologiques, et des applications. Au
niveau fondamental, on peut mentionner l’exhibition de bornes de performance des politiques apprises, des travaux sur les bandits, ou encore des travaux sur l’apprenabilité dans le contexte séquentiel. Au niveau algorithmique, mentionnons des travaux sur le lien entre la régression et le problème
d’apprentissage par renforcement et la représentation des états. Au niveau applicatif, mentionnons
le travail mené sur les programmes de jeu de Go. Ces travaux sont réalisés dans le cadre du projet
SequeL de l’UR INRIA Lille-Nord Europe créé en 2007, avec les laboratoires associés LIFL et LAGIS.
2.6.3 Résultats
Inférence grammaticale de requêtes. Carme, Gilleron, Niehren et Lemay ont étudié l’inférence de
programmes d’extraction d’information par des techniques d’inférence grammaticale. Les documents HTML sont considérés comme des arbres, les informations à extraire pouvant être
annotées. Ils ont proposé un système interactif SQUIRREL qui peut apprendre à extraire avec
peu d’interactions (annotations et corrections). Ce travail a été réalisé dans le cadre de la thèse
de J. Carme. SQUIRREL a été utilisé dans les Web services R2S2 et MIELE. Lemay, Niehren and
Gilleron ont étendu la méthode à l’extraction de tables. Le passage à un mode interactif est en
cours.
Inférence de requêtes guidée par les schémas. Champavère, Gilleron, Lemay et Niehren, dans le
cadre de la thèse de J. Champavère, ont pour objectif de diriger l’inférence de programmes d’extraction d’information par le schéma des documents desquels il faut extraire. L’idée est d’éviter
des erreurs de généralisation des algorithmes d’apprentissage en utilisant les contraintes du
schéma. Ceci est réalisé en réalisant des tests d’inclusion. Pour cette raison, ils ont proposé
des algorithmes efficaces d’inclusion : un test d’inclusion L(A) inclus dans L(B) pour B déterministe en temps O(|A|*|B|) ; un test d’inclusion L(A) inclus dans L(D) pour une DTD déterministe
D en temps |A| ∗ |Σ| ∗ |D|.
Inférence statistique de programmes d’extraction. Gilleron, Marty, Tommasi et Torre ont étudié
l’inférence de tables dans les documents HTML par des méthodes d’apprentissage statistique.
Ils ont développé, dans le cadre de la thèse de P. Marty, un système interactif PAF. Ce système est
capable d’extraire les tables quelle que soit leur organisation dans la page (valeurs manquantes,
valeurs factorisées, tableaux croisés). Le système PAF est intégré au Web service MIELE qui sera
diffusé dans le cadre de la plate-forme développée au sein du projet WEBCONTENT.
Classification non supervisée. Candillier, Bousquet, Torre et Tellier, dans le cadre de la thèse CIFRE
de L. Candillier ont proposé de nouvelles méthodes de classification non supervisée dites de
« subspace clustering ». Ces méthodes ont été appliquées à la classification de documents XML
dans le cadre des challenges INEX/PASCAL (réseaux d’excellence) ; elles ont été classées 2ème
sur 6. Ils ont également proposé de nouvelles méthodes d’évaluation des algorithmes de classification non supervisée.
Annotation probabilistes d’arbres XML. Gilleron, Jousse, Tellier et Tommasi ont, dans le cadre de la
thèse de F. Jousse, étudié l’utilisation des champs de Markov conditionnels pour l’annotation
d’arbres XML. Ils ont proposé l’addition de contraintes et la combinaison de champs pour
résoudre les questions de complexité. Ils ont appliqué le modèle à des tâches de recherche de
correspondances entre schémas et à la transformation d’arbres XML. Les programmes ont été
développés dans une bibliothèque TreeCRF disponible sur la Forge INRIA. Cette bibliothèque
a été utilisée pour le développement d’un Web service R2S2 de génération automatique de flux
RSS personnalisés. Elle a été également utilisée, dans une collaboration avec GEMO-LRI, pour
le développement d’un système d’extraction non supervisée de données du Web caché.
2.6. GRAppA
Automates d’arbres probabilistes. Gilbert, Gilleron, and Tommasi ont commencé, dans le cadre de
la thèse de E. Gilbert, l’étude des automates d’arbres probabilistes. Ils ont étendu les définitions
d’automates et de séries rationnelles aux arbres d’arité non bornée. En collaboration avec le
LIF-Marseille, ils proposent de nouveaux algorithmes d’inférence de probabilités.
Bornes de performances de politiques obtenues par programmation dynamique approchée
Munos (avec Audibert, Szepesvari, Antos, ...) ont obtenu des bornes de performance pour des
politiques calculées par des méthodes de programmation dynamique approchée (telle que
l’itération de la valeur approchée, ou l’itération sur les politiques approchée). Ces bornes sont
exprimées en terme de capacité (dimension de V-C, nombre de couverture) de l’espace fonctionnel considéré pour l’approximation.
Munos a également fourni la première analyse en programmation dynamique en utilisant
des normes L p . Ce travail étend l’analyse habituelle en norme L∞ , ce qui ouvre de nouvelles
directions de recherche pour l’analyse des algorithmes de programmation dynamique et d’apprentissage par renforcement combinés avec des approximateurs de fonctions.
Problèmes de blandits. Les bornes UCB bounds et les algorithmes associés sont actuellement un
secteur d’intérêt croissant dans l’équipe. Plus précisément, Munos (avec Audibert) ont étudié
les bandits multi-bras, en utilisant de nouvelles inégalités de concentration qui prennent en
compte l’estimation de la variance. De cette manière, ils obtiennent des bornes du regret bien
plus serrées que les résultats antérieurement connus.
Munos (w. Audibert, Szepesvari, Antos, Teytaud, Gelly, Wang, Coquelin, ...) ont également
étudié l’utilisation récursive des algorithmes de bandit pour mettre au point des politiques
efficaces de parcours d’arbres. Ils ont analysé l’algorithme UCT et l’ont utilisé pour le parcours
de l’arbre du jeu de Go. Avec Pierre-Arnaud Coquelin, cette recherche est poursuivie, visant à
obtenir de meilleurs algorithmes de bandit pour le parcours d’arbres, notamment pour exhiber
des bornes de performance.
Estimation du gradient de politique en temps continu. Munos a proposé une méthode d’estimation du gradient d’une politique dans le cadre d’une dynamique en temps continu pour permettre de chercher directement un contrôleur optimal dans une classe de politiques paramétrée. Une application de cette méthode en finance a été travaillé avec Gobet.
Logiciel de jeu de Go. Encore considéré en 2005 comme le grand défi pour les programmes de jeu,
nous avons eu de très fortes contributions sur cette thématique. Rémi Coulom a révolutionné
les approches traditionnelles en 2006 en proposant d’utiliser des méthodes de Monte Carlo.
Avant ces travaux, les programmes de jeu de Go étaient de mauvais joueurs, même en version
9x9 (les humains jouent en 19x19). Depuis ce travail, tous les programmes de Go performants
sont basés sur ces techniques. ; désormais, les programmes de Go sont devenus intéressants
pour les humains et capables de les battre, en tout cas en ce qui concerne des joueurs amateurs
(en 19x19).
Le programme CrazyStone de Rémi Coulom a été récompensé par une médaille d’or aux
11e Computer Olympiads en 2006 et a obtenu une médaille d’argent en 2007. En 2007, c’est
le programme Mogo qui a obtenu la médaille d’or. Mogo est développé dans l’EPI TAO, en
collaboration avec Rémi Munos et Rémi Coulom. Rémi Munos a notamment utilisé ses travaux
sur les algorithmes de bandits pour ce succès de Mogo. CrazyStone est invité à jouer contre
un expert humain (qui est également une figure médiatique, au Japon, dans le monde du Go)
cet automne. CrazyStone est également invité à participer aux Computer Olympiads qui se
tiendront à Pékin cet automne.
Apprentissage par renforcement et problème de régression. Preux, Loth, Davy et Girgin ont étudié
la formulation du problème d’apprentissage par renforcement comme une séquence de problèmes de régression. Pour cela, nous utilisons des méthodes de régression non paramétriques
à noyau dans des apprenants par renforcement pour représenter soit la fonction valeur, soit la
politique. En particulier, ils se sont focalisés sur une version noyautée de l’algorithme LARS qui,
utilisant régularisation L1 , produit des solutions très parcimonieuses. Nous avons récemment
étendu le LARS à une infinité de variables. Mis à part quelques détails techniques lorsque l’on
s’attaque à des applications, les réseaux RBF et les perceptrons à une couche cachée sont de
simples cas particuliers dans cette approche générale ; aussi, cela ouvre la porte à des approximateurs de fonctions neuronaux véritablement universels, puisque le nombre d’unités n’est
plus fixé a priori, mais appris.
43
44
Équipes
Apprentissage de la représentation. Apprendre une représentation parcimonieuse de la fonction
valeur ou de la politique est un problème fortement lié à l’apprentissage d’une bonne représentation de l’information (l’état en apprentissage par renforcement). Preux and Girgin ont
développé cette idée selon plusieurs lignes, en utilisant notamment la programmation génétique et des réseaux de neurones cascadés.
Estimation du gradient d’un flux de Feynman-Kac. Coquelin et Munos ont proposé une méthode
numérique pour estimer le gradient d’un flux de Feynman-Kac. L’idée est de réaliser une analyse de sensibilité le long d’une chaîne de Markov canonique associée au modèle de FeynmanKac. Les applications de ce travail sont nombreuses : maximum de vraisemblance, estimation
de paramètres dans les chaînes de Markov cachées, recherche directe de politique dans les
POMDP, optimisation de la politique dans un problème de décision de Markov à coût sensible au risque, et analyse de sensibilité d’événements rares par rapport aux paramètres d’un
modèle.
Problème de gestion optimale de capteurs. Bréhard, Coquelin, Duflos, Vanheeghe, Munos et des
étudiants ont abordé la formulation du problème de gestion optimale de capteurs comme un
problème d’apprentissage par renforcement. Ceci représente une approche totalement nouvelle pour ce problème très difficile, aux nombreuses applications très concrètes.
Neursociences. Coquelin a également appliqué ses travaux dans le domaine des neurosciences.
2.6.4 Perspectives
Auto-évaluation de GRAppA
Le groupe a engendré deux équipes-projets INRIA, Mostrare et Sequel. L’activité scientifique de
GRAppA est donc essentiellement celle des deux équipes ainsi constituées qui est évaluée ci-après.
Le groupe jouit d’une forte reconnaissance nationale dans la communauté française d’apprentissage,
et reste actif par l’organisation de séminaires communs aux deux équipes-projets, par l’organisation
d’événements nationaux comme l’école de printemps d’informatique théorique (EPIT’08), par des
échanges nombreux entre nous. Le groupe a acquis une visibilité dans la communauté Machine Learning sur ses deux thèmes que sont l’apprentissage pour les données structurées et l’apprentissage
par renforcement. Ces deux thèmes seront poursuivis sur la période 2010-13 du prochain contrat
mais des reconfigurations sont possibles à plus long terme.
Auto-évaluation et perspectives de Mostrare
L’équipe projet a été créée en 2004 avec des membres de deux équipes existantes du laboratoire
d’informatique fondamentale de Lille (LIFL) : l’équipe GRAppA sur le thème apprentissage et l’équipe
STC sur le thème automates et contraintes.
Sur ces compétences, l’équipe-projet Mostrare a développé des recherches autour de XML dans
la communauté bases de données que le groupe découvrait. De même, le domaine d’application était
nouveau pour les membres de Mostrare. Cependant, notre équipe a réussi à se positionner dans ces
nouvelles communautés. Plusieurs publications ont été acceptées dans les meilleures conférences
du domaine. Nous avons plusieurs projets collaboratifs autour de XML et des applications au Web
et à la gestion de documents. Des bibliothèques et des prototypes logiciels ont été développés dans
l’équipe. L’un d’entre-eux sera diffusé dans le cadre de plate-forme Webcontent.
Nous comptons poursuivre dans cette voie dans l’avenir. Une difficulté rencontrée par l’équipe
est la charge de travail importante de ses membres sur les plans pédagogique et administratif. Nous
espérons recruter un chargé de recherche dans un avenir proche.
Auto-évaluation et perspectives de SequeL
SequeL résulte de la volonté d’un ensemble de personnes qui ont souhaité créer un groupe de
recherche dédié à l’étude de l’apprentissage séquentiel utilisant les concepts, les méthodes et les
outils de l’apprentissage statistique : SequeL est une création ex nihilo de membres de 3 laboratoires
différents et de 3 domaines de recherche complémentaires. Sa gestation a duré du printemps 2005 à
sa création officielle comme EPI, en juillet 2007. Des 6 membres initiaux, la plupart sont des « seniors »
et sont enseignants-chercheurs ; 5 ont leur hdr, 4 sont soit professeur, soit maîtres de conférences.
2.6. GRAppA
45
Des liens se sont créés entre les membres du groupe ; le groupe a une bonne visibilité internationale ; un certain nombre de nouveaux projets et de collaborations ont émergé depuis la création
du groupe ; outre un DR INRIA recruté à la création de l’équipe INRIA, nous avons successivement
recruté un CR INRIA en 2007 et 2008 ; nous avons une activité assez forte d’animation de la communauté ; nous arrivons à publier dans des conférences et journaux très sélectifs de notre domaine ;
nos activités balaient le spectre allant des fondements aux applications ; nous sommes également
à l’origine de la première start-up du centre INRIA-LNE, en 2007 (Predict & Control), créée par un
doctorant et un CR CNRS de l’équipe.
Nos recherches se situent à l’interface entre mathématiques, informatique et traitement du signal ; nous ne pouvons que constater la difficulté de trouver des étudiants formés comme il le faudrait pour intégrer le groupe de manière à être immédiatement opérationnel. Heureusement, nous
participons au master MVA de l’ENS-Cachan qui jusqu’à maintenant, nous permet de recruter des
étudiants en master et en doctorat ayant une solide formation de base, adéquate aux activités du
groupe ; néanmoins ce flux est faible et nous tentons d’agir au niveau des formations de master pour
améliorer cette situation.
Enfin, nous pensons encore augmenter notre part d’auto-financement via des contrats, avec des
entreprises, projets ANR ou européens.
Dans les 4 prochaines années, nos objectifs sont basés sur nos activités en cours ; nous poursuivrons nos travaux, balayant le spectre du fondamental, aux applications.
2.6.5 Collaborations
– XEROX XRCE et LIP6 : projet ATASH sur la transformation automatique de documents dans un format
XML selon une DTD sémantique. Bourse CIFRE de J.
B. Faddoul.
– JOUVE : structuration automatique de documents.
Projet de master 08. Collaboration qui devrait être
poursuivie.
– LIF-Marseille : collaboration sur l’apprentissage
d’automates probabilistes. Publications communes.
– GEMO-LRI-Saclay : sur la fouille du Web caché. Mémoire de master de D. Muschik (Graz). Soumissions
en cours.
– PERTINENCE : bourse CIFRE de L. Candillier
– FRANCE TELECOM : bourse CIFRE de D. Poirier
– LIP6 : groupe apprentissage. Projets ATASH et Marmota. Organisation du Web-spam challenge (ECML
2007). Article sur la transformation automatique de
documents en préparation.
– A. Antos, Académie des Sciences Hongroise, Budapest ; bornes sur les performances d’une politique
(plusieurs publications communes).
– Csaba Szepesvári, U.Alberta ; bornes sur les performances d’une politique ; problèmes de bandits
(plusieurs publications communes).
– M. Hutter, RSISE et NICTA, Canberra, Australie ;
apprenabilité en apprentissage séquentiel (plusieurs
publications communes).
– J. Shmidhuber, IDSIA, Suisse ; apprenabilité en
apprentissage séquentiel (plusieurs publications communes).
– U. von Luxburg, MPI, Tübingen, Allemagne ; segmentation de données (plusieurs publications communes).
– B.Ryabko, Siberian State University of Telecommunications and Computer Science, Novosibirsk, Russia ;
théorie de l’information (plusieurs publications communes).
– J-Y. Audibert, ENPC ; problèmes de bandits (plusieurs publications communes).
– O. Teytaud, S. Gelly, Y. Wang, TAO, INRIA Saclay-LRI ;
logiciels de Go (plusieurs publications communes,
participation à la conception des algorithmes de
MoGo).
– Emmanuel Gobet, IMAG ; contrôle optimal stochastique (plusieurs publications communes).
– Naskeo Environnement, contrôle d’un bio-réacteur
(ARC INRIA)
– Predict and control, fouille de données séquentielle
(contrat de collaboration).
– Équipe associée avec le dpt d’informatique, Université d’Alberta, Edmonton, Canada (2008-2010) ;
apprentissage par renforcement (plusieurs publications communes et des échanges de chercheurs).
2.6.6 Contrats
Webcontent (RNTL –plate-forme) de 2006 à 2009,
partenaires : académiques (LRI, LIP6, INRA, ...), industriels (Thalès, CEA, ...).
ATASH (RNTL –précompétitif) de 2006 à 2009, partenaires : XEROX XRCE, LIP6.
Marmota (ANR –MDCO) de 2006 à 2008, partenaires :
Saint Etienne, LIF Marseille, LIP6.
Crotal (ANR –MDCO) de 2008 à 2009, partenaires :
Paris 13, Paris 11, LIMSI.
aci-mdd (ACI –masse de données) de 2003 à 2006,
partenaires : LIP6, LRI, GEMO.
CODA (Action de Recherche Concertée) de 2007 à
2008, partenaires : Naskeo Environnement INRANarbonne (LBE) INRIA-Comore (Sophia).
Idées (Institut des Systèmes Complexes) de 2008 à
2008.
46
Équipes
COCOA (FEDER) de 2006 à 2007, partenaires : université Artois, université Lille 2.
EXPLORA (ANR –COSINUS) de 2008 à 2010, parte-
naires : GREGHEC (HEC), CERTIS (Ponts), CRIP 5 (P
5), LIASD (P 8), INRIA Saclay.
2.6.7 Logiciels et brevets
MIELE (http://www.webcontent.fr/) : Web service d’extraction de tableaux de données dans les
documents HTML. Sera diffusé sur la plate-forme
Webcontent
TreeCRF (http://gforge.inria.fr/projects/
treecrf/) : librairie pour l’annotation d’arbres XML
R2S2 (http://r2s2.lille.inria.fr) : Web service
pour la génération automatique de flux RSS
CrazyStone (http://remi.coulom.free.fr/
CrazyStone/) : Go program
2.6.8 Thèses et habilitations à diriger des recherches
Habilitations à diriger des recherches
Isabelle TELLIER, Modéliser l’acquisition de la syntaxe
via l’hypothèse de la primauté du sens (novembre
2005).
Marc TOMMASI, Structures arborescentes et apprentissage automatique (novembre 2006).
Thèses de doctorat
Florent JOUSSE, Transformations d’arbres XML avec
des modèles probabilistes pour l’annotation (octobre
2007).
Julien CARME, Inférence de requêtes dans les arbres et
applications à l’extraction d’informations sur le Web
(septembre 2005).
Laurent CANDILLIER, Contextualisation, visualisation et évaluation en apprentissage non supervisé
(septembre 2006).
Patrick MARTY, Induction d’extraction n-aire pour les
documents semi-structurés (décembre 2007).
2.6.9 Visibilité et faits marquants
Visibilité
– Organisation d’événements
– organisation du European Workshop on Reinforcement Learning en 2008 (150 participants, 4 jours)
– organisation de la Machine Learning Summer School, septembre 2008 (150 participants,
2 semaines)
– organisation d’un atelier à ICML 2006, kernel methofs for reinforcement learning (25
participants, 1 journée)
– organisation de challenges avec le LIP6 sur la classification de documents XML, la transformation de documents XML (Pascal et INEX), la détection de spam (ECML)
– Participation à des comités
– Rémi Munos est membre du IEEE Technical committee on Robot Learning
– Rémi Munos est membre du comité scientifique du « Journal of Machine Learning Research ».
– Rémi Munos and Philippe Preux sont membres du IEEE Technical committee on Adaptive Dynamic Programming and Reinforcement Learning.
– Rémi Munos et Rémi Gilleron sont membres associés du NoE PASCAL.
– Rémi Munos et Rémi Gilleron sont membres du comité de pilotage d’EPIT’08, Ecole de
Printemps française d’Informatique Théorique ( thématique 2008 : apprentissage)
– membres du PC de diverses conférences en apprentissage automatique, comme ICML,
NIPS, ECML
– Conférences invitées
– Rémi Munos a donné des exposés invités à EPIT (May 2008), au Fast-Reinforcement Learning workshop organizsé par le groupe de R. Sutton’s (Avril 2008), au congrès SMAI ( Août
2008) , et à diverses occasions précédemment
– Rémi Coulom a été invité par Takeshi Ito, University of Electro-Communications, Tokyo,
du 6 au 9 Nov, 2007, pour Crazystone, son logiciel de Go. Il donna un exposé invité au
12th Game Programming Workshop.
– Rémi Coulom a été invité à une émission sur France-Culture en janvier 2008, a été interviewé par Wired en Septembre 2006 (traduit ensuite en Japonais et Coréen)
2.7. Map
47
Faits marquants
– Création d’une start-up, Predict & Control, dans le cadre de la collaboration LIFL/LAGIS
– CrazyStone, l’un des meilleurs programmes de jeu de Go au monde (médaille d’or au 9x9 en
2006, argent en 19x19 en 2007, victoire comme un humain expert en septembre 2008, au Japon)
2.6.10 Publications significatives
1. A. Antos, Cs. Szepesvari, and R. Munos. Learning near-optimal policies with Bellmanresidual minimization based fitted policy iteration and a single sample path. Machine
Learning Journal, 71 :89–129, 2008.
2. Denis Béchet, Annie Foret, and Isabelle Tellier.
Learnability of pregroup grammars. Studia
Logica, 87(2-3) :225–252, november-december
2007.
3. Laurent Candillier, Isabelle Tellier, Fabien Torre,
and Olivier Bousquet. Cascade Evaluation of
Clustering Algorithms. In Johannes Fürnkranz,
Tobias Scheffer, and Myra Spiliopoulou, editors, 17th European Conference on Machine
Learning (ECML’2006), volume LNAI 4212 of
Lecture Notes in Computer Science, pages 574–
581, Berlin, Germany, september 2006. Springer
Verlag.
dings of the 5th International Conference on
Computer and Games, volume 4630/2007 of
Lecture Notes in Computer Science, pages 72–83,
Turin, Italy, June 2006. Springer.
6. Rémi Gilleron, Patrick Marty, Marc Tommasi,
and Fabien Torre. Interactive tuples extraction
from semi-structured data. In IEEE / WIC / ACM
International Conference on Web Intelligence
(WI 2006), volume P2747, pages 997–1004. IEEE
Comp. Soc. Press, 2006.
7. S. Girgin and Ph. Preux. Feature discovery in
reinforcement leanring using genetic programming. In Proc. Euro-GP, volume 4971 of LNCS,
pages 218–229. Springer-Verlag, March 2008.
8. Raphaël Maîtrepierre, Jérémie Mary, and Rémi
Munos. Adaptative play in texas hold’em poker.
In European Conference on Artificial Intelligence
- ECAI, 2008.
4. Julien Carme, Rémi Gilleron, Aurélien Lemay,
and Joachim Niehren. Interactive learning
of node selecting tree transducers. Machine
Learning, 66(1) :33–67, 2007.
9. R. Munos and Cs. Szepesvári. Finite time
bounds for sampling based fitted value iteration. Journal of Machine Learning Research,
9 :815–857, 2008.
5. Rémi Coulom. Efficient selectivity and backup operators in Monte-Carlo tree search. In
H. Jaap van den Herik, Paolo Ciancarini, and
H.H.L.M. (Jeroen) Donkers, editors, Procee-
10. D. Ryabko and M. Hutter. On the possibility
of learning in reactive environments with arbitrary dependence. Theoretical Computer
Science, to appear.
2.7 Map
Mots-clés : High Performance Computing, GRID, Hybrid Architecture Computing, Power-Aware Algorithms and Programming, Workflow Languages and Programming, Restarted Iterative Methods,
Linear Algebra.
2.7.1 Membres
Permanents
Serge PETITON (resp.), PR1 Université de Lille 1 dans l’équipe depuis 1998
Non permanents
Pierre AQUILANTI, Doctorant Université de Lille 1 dans l’équipe depuis 2007
Guy BERGÈRE, PRCE Autre (rectorat) dans l’équipe depuis ?
Maxime HUGUES, Doctorant Université de Lille 1 dans l’équipe depuis 2007
Shang LING, Doctorant Université de Lille 1 dans l’équipe depuis 2007
Ye ZHANG, Doctorant Université de Lille 1 dans l’équipe depuis 2006
Invités et anciens membres
48
Équipes
Olivier SOYEZ (ATER).
2.7.2 Problématique
L’équipe est membre de l’axe HPC du projet INRIA Grand Large (UR Saclay), évalué en 2008.
Projet INRIA associé FJ-GRID avec l’équipe de M. Sato de l’Université de Tsukuba au Japon
Les grilles de calcul, les plateformes Pair à Pair (P2P) et les clusters de clusters sont autant d’environnements répartis s’additionnant aux machines parallèles plus classiques pour résoudre les
grandes applications scientifiques actuelles. L’introduction de nouvelles méthodes numériques, de
nouveaux algorithmes et leurs évaluations des performances potentielles observées sont des objectifs stratégiques pour le calcul scientifique à grande échelle haute performance et ses importants
enjeux.
De nouveaux langages et paradigmes de programmation pour les utilisateurs scientifiques doivent
aussi être proposés afin qu’ils puissent développer des logiciels robustes et efficaces.
L’avènement récent du calcul Pétaflopique (Petascale computing) à l’aide de machines fortement
hiérarchisées utilisant des processeurs possédant de nombreux coeurs, et souvent des accélérateurs
engendrant une programmation hybride, accroit la nécessité de proposer des nouveaux paradigmes
de programmation et d’exécution, ainsi que des langages de haut niveau adaptés. La complexité de
la programmation sur ces nouvelles machines, et surtout sur celles annoncées pour les dix Petaflops,
renforce la nécessité de minimiser le « Time To Solution » plutôt que de rechercher exclusivement
une grande efficacité souvent trop coûteuse en développement pour espérer l’obtenir. Une programmation par composants qui permette la description dynamique de workflow est une évolution souhaitable. L’optimisation de la facture énergétique pour obtenir une solution est aussi nécessaire au
regard des puissances désormais consommées par ces machines et plateformes.
Les grandes applications scientifiques nécessitent des environnements de programmation stables
qui permettent le développement de très grands codes exploitables de nombreuses années. La précisions des résultats, la stabilité numérique et l’efficacité de ces grandes applications doivent être
indépendantes des systèmes, du matériel et doivent varier correctement en fonction du nombre
de ressource de calcul. Il est désormais admis que ces objectifs engendrent des recherches multidisciplinaires où l’informatique doit être impliquée dès la phase de spécification.
Les méthodes de Krylov sont souvent utilisées pour résoudre les problèmes matriciels auxquels
mènent de nombreuses applications scientifiques, en particulier lorsqu’il s’agit de simulation numérique (La bibliothèque PETSc basée sur ces méthodes est classée dans les 10 meilleurs résultats du
projet SciDAC américain). Comme nous l’avons montré depuis de nombreuses années, les versions
hybrides parallèles et réparties sont très bien adaptées pour les machines massivement parallèles et
les grilles de calcul.
Le calcul scientifique haute performance, en particulier pour la simulation numérique, est reconnu comme un challenge très stratégique depuis de nombreuses années. Récemment, de nombreuses initiatives nationales et internationales ont renforcé la dynamique de recherche dans ce
domaine. En France, la création en 2008 de l’Institut des grilles par le CNRS et sa participation dans
l’initiative « Penser le Petaflop », avec le CEA, s’inscrivent dans ce cadre.
2.7.3 Résultats
Notre contribution aux recherches dans ce domaine s’articule autour de deux principaux axes :
l’un plutôt proche des méthodes numériques et l’autre concernant plus les outils, paradigmes et
langages.
Algorithmes, experimentations et paradigmes
Nous avons introduit plusieurs adaptations de méthodes d’algèbre linéaire pour plusieurs plateformes P2P afin d’obtenir des évaluation de performance réalistes. Nous avons recherché les meilleures granularités et des ordonnancements asynchrones pour les méthode de Gauss-Jordan par blocs
et divers calculs matriciels élémentaires. Nous avons aussi analysé plusieurs variantes de méthodes
de Krylov telles que Lanczos, GMRES et Arnoldi. Plusieurs grilles furent utilisées dont une plateforme
Franco-Japonaise, développée pour ces recherches, composée de plusieurs centaines de PC à Lille
et 4 clusters hétérogènes à L’Université de Tsukuba. Divers middleware furent utilisés, en particulier
XtremWeb, OmniRPC et Condor. Nous avons généralisé une programmation de type out of core qui
2.7. Map
nous a permis d’augmenter l’efficacité et de proposer un paradigme de programmation adapté au
calcul global pair à pair de grande échelle. Nous utilisons également une des premières machines
massivement parallèles hybride, Tsubame, au Tokyo Institut of Technology, pour nos recherche sur
les méthodes de Krylov hybrides afin de comparer les approches Grilles et massivement parallèles hybrides. Par ailleurs, nous avons proposé un algorithme parallèle hybride performant pour résoudre
de grands systèmes linéaires non-Hermitiens sur des grilles. Cette méthode hybride combine une
méthode GMRES(m) parallèle avec une méthode des moindres carrés qui utilise des valeurs propres
calculées en parallèle de GMRES à l’aide de la méthode d’Arnoldi. Toutes ces méthodes furent évaluées dès 2006 sur Grille5000. Ces recherches sont vraiment à la pointe du calcul matriciel moderne
et sont de sérieuses options pour proposer des solutions adaptées aux machines Pétaflopiques, voire
Exaflopiques à l’avenir.
Avec l’objectif de sauver de l’énergie lors des calculs (Tsubame consomme plus de 1 MW et la
première machine Pétaflopique de l’histoire, RoadRunner au LANL, consomme plus de 3 MW), nous
étudions depuis deux ans l’impact de l’hétérogénéité des noeuds de calcul et leurs hybridations associés à la présence d’accélérateurs. Nous proposons de prendre en compte des temps d’attente pour
sauver de l’énergie sans perte de performance significative en modifiant la fréquence des processeurs lors des calculs. Les recherches furent réalisées pour la méthode de Lanczos et plus récemment
pour la méthode hybride GMRES-LS/Arnoldi. Nous avons montré qu’il est possible de gagner de 9 à
20 pour cent d’énergie dans certains cas pour une augmentation mineure du temps de calcul pour
certaines méthodes de Krylov. Nous proposons de faire de l’équilibrage de fréquence et de l’évaluer
en comparaison de l’équilibrage de charge, qui est souvent une alternative trop coûteuse sur les
machines massivement parallèles.
Nous recherchons aussi des algorithmes efficaces et un paradigme de programmation adéquat
pour utiliser au mieux l’IBM Cell, plusieurs accélérateurs de calcul vectoriel de type ClearSpeed ou
de cartes GPU, en relation avec le CEA DEN en particulier. Nous souhaitons ensuite pouvoir intégrer ces nouveaux résultats avec les précédents pour proposer des solutions adaptées aux machines
Pétaflopiques.
Outils et langages
Dans le cadre du projet Grand Large de L’INRIA et en relation avec l’équipe de Nahid Emad du
laboratoire PRISM, nous avons contribué au développement de YML, un environnement de programmation et un langage pour le calcul sur plateformes parallèles et réparties. Des démonstrations furent
proposées lors de SuperComputing 2005, 2006 et 2007, utilisant la plateforme Franco-Japonaise déjà
décrite. Lancés des USA, les calculs ont donc utilisé une plateforme répartie en Europe et en Asie, indépendamment des système et du matériel. L’utilisateur utilisant alors ses composants et un environment de très haut niveau. YML permet aux scientifiques de développer des logiciels par composants
et dans le cadre d’une programmation Wrokflow indépendante des middlewares et des platformes.
Il existe pour l’instant des versions pour OmniRPC et XtremWeb. Une version pour Condor est en
cours de développement, en collaboration avec Miron Livny de l’Université du Wisonsin. L’utilisateur n’ayant aucunes modifications à apporter à son logiciel en fonction du middleware, qui est
complètement virtualisé. Nous avons particulièrement développé le Back end pour OmniRPC.
Nous avons adapté et évalué des méthodes itératives telles que Lanczos-Bisection, GMRES et
MERAM, sur Grille5000 à l’aide de YML. Nous avons comparé les versions YML, avec les divers back
ends et les versions développées sans YML. Nous avons montré l’intérêt de YML et que le surcoût
engendré en utilisant YML varie selon les méthodes mais est souvent acceptable au regard de l’optimisation majeur du « Time to Solution » et de la portabilité des logiciels ainsi acquise. Ces résultats
sont obtenus par ailleurs avec des middleware encore du niveau de la recherche et de nombreuses
améliorations peuvent y être apportées.
2.7.4 Perspectives
Nous avons suivi et participé à l’évolution du domaine HPC depuis de nombreuses années et
nous avons adapté nos recherches en fonction des problèmes qu’a connus structurellement ce domaine. La thématique de l’équipe reste donc la même, mais elle a pris des formes variées suite à
l’évolution rapide du domaine. La dernière en date était liée aux calculs sur grilles. Nos recherches
principales sont actuellement recentrées sur le domaine du calcul numérique haute performance
avec toutes ses composantes, et en particulier les méthodes de Krylov itératives hybrides pour les
49
50
Équipes
machines nouvelles et annoncées, en poursuivant nos recherches sur les aspects langages et paradigmes. Les initiatives nationales récentes du CNRS autour du calcul scientifique haute performance
et la mise en avant de cette thématique dans le prochain plan quadriennal de l’USTL créent une dynamique nouvelle qui devrait permettre une ouverture vers d’autres domaines scientifiques concernés
par le « Computational Science ». Une de nos perspectives majeures est de renforcer les recherches informatiques au sein de ces recherches multi-disciplinaires, en relation probablement avec la maison
de la simulation que lance le CNRS et le CEA, associée au projet européen PRACE.
Le challenge scientifique majeur actuel dans ce domaine est la programmation des machines
massivement parallèles fortement hiérarchisées possédant des processeurs à nombreux coeurs et
des accélérateurs. Les machines hybrides devant atteindre les 10 Pétaflops, annoncées pour 2012
(NexGen au Japon et BlueWater au USA par exemple), devront probablement utiliser de nouveaux
langages et de nouveaux paradigmes à définir d’ici là. En plus des axes de recherches classiques du
domaine, l’utilisation d’arithmétiques mixtes et la fortes consommations électriques, pour ne citer
que ces critères, vont se conjuguer à l’augmentation des tailles des problèmes rendant caduques
de nombreuses méthodes numériques. Pour la première fois depuis l’énoncé de la loi de Moore, il
va falloir vraiment aussi aller chercher l’accélération générée par les avancées technologiques en
parallélisant les calculs à l’intérieur même des processeurs.
Nos perspectives de recherche s’inscrivent dans la continuité de celles en cours. Nous allons poursuivre nos recherches autour des méthode hybride de Krylov, bien adaptée pour ces nouvelles architectures, en renforçant nos travaux sur les préconditionnements basés sur l’hybridation asynchrone
de méthodes. Nous allons approfondir des travaux commencés récemment sur les méthodes multigrilles 3D pour ces nouvelles architectures devant atteindre plusieurs Pétaflops dans les années à
venir. Les interactions entre des paramètres numériques et l’utilisation de plusieurs arithmétiques et
la consommation énergétique sera en particulier étudiée. Nous allons développer nos recherches sur
les possibilité d’optimiser la consommation énergétique en fonction de paramètres algorithmiques
et d’ordonnancement. L’accès aux machines adéquates pour nos recherches s’inscrit dans le cadre
de nos collaborations avec TOTAL, le CEA et divers instituts nippons. Des simulations et émulations
seront obtenues rapidement en continuant les travaux en cours sur Grille5000, les processeurs Cell
du Cines et des GPU du CEA, ainsi que des clusters en France et au Japon, en particulier. Des applications d’envergure de TOTAL et du CEA DEN seront ciblées dans un premier temps.
Les recherches de paradigmes de programmation et de langages de haut niveau pour les machines devant atteindre les 10 Pétaflops d’ici quelques années sont un des objectifs majeurs que
nous nous fixons. Nous poursuivrons nos travaux autour de YML en les adaptant aux nouvelles plateformes et machines. La propagation d’expertises des utilisateurs jusqu’aux ordonnanceurs et systèmes, proposée par YML, sera implémentée et son influence pour minimiser les « Times to Solution »
associés à plusieurs applications sera montrée. Des paradigmes et langages seront proposés, analysés, et évalués en relation avec nos recherches et notre expertise associée aux recherches en calcul
scientifique haute performance.
Pour nous aider dans ces recherches, deux nouveaux doctorants vont nous rejoindre d’ici décembre, alors que Ye Zhang doit finir son doctorat d’ici fin 2008 et alors quitter l’équipe :
– Jérôme Dubois, financé par le CEA,
– Eric Wartelle, financé par le CNRS et la Région.
Nos collaborations avec le Japon seront consolidées grâce à l’ouverture du laboratoire CNRS
JFLI à Tokyo. Nos collaborations avec l’Université de Hohai doivent se renforcer dès 2009 suite à de
nouveaux co-encadrements d’étudiants en Master et de visites en Chine de membre de l’équipe.
2.7.5 Collaborations
– Laboratoire PRiSM, Université de Versailles (N.
Emad),
– University of Tsukuba (M. Sato), Japon,
– Tokyo Institute of Technology (S. Matsuoka), Japon
2.7.6 Contrats
–
–
–
–
Hohai University (Z. Wang), Nanjing, Chine,
Université du Wisconsin (M. Livny), USA
CEA DEN
TOTAL
2.7. Map
GridExplorer (ACI –Masse de Données) de ? à ?.
« NExt Grid Systems and Techniques » (NEGST)
(CNRS-JST) de 2007 à 2009.
51
Total (CIFRE) de 2006 à 2008.
Total (CIFRE (2)) de 2008 à 2011.
TOTAL (Contrat de recherche) de 2007 à 2008.
2.7.7 Logiciels et brevets
YML (http://yml.prism.uvsq.fr/) : L’équipe a
développé le backends OmniRPC pour YML, environnement de programmation workflow spécifié en
partie pas l’équipe. YML est développé désormais au
laboratoire PRiSM de l’UVSQ (Equipe de N. Emad) en
collaboration avec l’équipe MAP.
GMRES Hybride : Logiciel parallèle et réparti de
résolution d’un système linéaire non-Hermitian par
une méthode itérative hybride asynchrone, utilisé, en
particulier, pour des travaux avec Total et le CEA.
2.7.8 Thèses et habilitations à diriger des recherches
Thèses de doctorat
Haiwu HE, – (2005).
Lamine AOUAD, – (2005).
Ani SEDRAKIAN, – (2005).
Laurent CHOY, – (2007).
2.7.9 Visibilité et faits marquants
Visibilité
– Serge Petiton est le directeur du Bureau de ORAP, y représentant le département STII,
– Serge Petiton a représenté plusieurs fois le département STII comme expert HPC lors de la
mission des inspecteurs Heon-Satorrius au ministère et lors de reunions nationales,
– Serge Petiton est le responsable de l’axe « HPC-GRID » du Japanese French Laboratory in Informatics (JFLI) en cours de création à Tokyo (MOU CNRS-NII déjà signé),
– Serge Petiton est membre du comité d’évaluation de l’ANR « COSINUS »,
– Serge Petiton est membre de la commission de prospectives sur le calcul scientifique du CNRS,
mise en place en janvier 2005, représentant le département STII,
– Serge Petiton fut membre du jury d’attribution de financements du programme de Soutien
aux Equipes Scientifiques pour l’Acquisition de Moyens Expérimentaux (SESAME) du conseil
régional Ile-de-France, campagne 2006 et 2007,
– Serge Petiton est animateur de l’atelier « Formation et métier du calcul haute performance »
dans le cadre de l’initiative « Penser Petaflops » du CNRS et du CEA,
– Serge Petiton a organisé et dirigé la délégation Francaise « Superordinateur » au Japon en 2006,
à l’initiative de l’ambassade de France au Japon,
– Serge Petiton est le responsable du projet CNRS-JSPS « NEGST » entre la France et le Japon,
– Serge Petiton est co-animateur de l’atelier « Grille et superordinateurs » de l’Institut des Grilles
du CNRS,
– Serge Petiton est directeur de la collection « Informatique Distribué et Parallèle » chez Hermes
(deux livres en cours).
L’équipe participe à de nombreux comités de programme de conférences internationales majeures (notamment Serge Petiton fut le président du comité de programme international de IMACS
2005 (plus de 500 participants) et est membre du comité de programme en 2008 de la principale
conférence IEEE et ACM du domaine : Supercomputing).
L’équipe a participé à l’organisation de plusieurs workshops (franco-japonais, associés à IEEE
Cluster ou IEEE CCGRID par exemple. Le dernier en date est HAC2008 en cours de lancement par
Serge Petiton pour IEEE Cluster 2008.
Faits marquants
– Scientifique : Introduction de la nouvelle méthode de Krylov hybride asynchrone MERAM,
YML, travaux précurseur en minimisation d’énergie en jouant sur des paramètres algorithmiques de méthodes numériques parallèles,
– Animation : Actions pour relancer le HPC en France : de l’acquisition de superordinateurs
aux programmes de formations et de recherches. Consolidation des collaborations francojaponaise dans le domaine du calcul scientifique intensif.
52
Équipes
2.7.10 Publications significatives
1. Lamine M. Aouad and Serge G. Petiton. Parallel basic matrix algebra on the grid’5000 large
scale distributed platform. In Cluster’06. The
2006 IEEE International Conference on Cluster
Computing, Barcelona, September 25th-28th
2006.
2. Laurent Choy, Serge G. Petiton, and Mitsuhisa
Sato. Resolution of large symmetric eigenproblems on a world wide grid. In Proceedings
of Seventh IEEE International Symposium on
Cluster Computing and the Grid (CCGrid’07),
Rio de Janeiro, Brazil, May 14th-17th 2007.
3. Laurent Choy, Serge G. Petiton, and Mitsuhisa
Sato. Toward power-aware computing with
dynamic voltage scaling for heterogeneous
platforms. In International Conference on Heterogeneous Computing (Heteropar’07), published
on the IEEE Cluster’07 proceedings, Austin,
Texas, USA, September 2007.
4. Laurent Choy, Serge G. Petiton, and Mitsuhisa
Sato. Resolution of large symmetric eigenproblems on a world wide grid. International
Journal of Grid and Utility Computing (IJGUC),
2008, to appear. Inderscience publishers.
5. Olivier Delannoy, Nahid Emad, and Serge Petiton. Workflow global computing with yml. In
IEEE GRID 2006, Barcelona, September 28th29th 2006.
6. Nahid Emad, Serge Petiton, and Guy Edjlali.
Multiple explicitly restarted arnoldi method
for solving large eigenproblems. SIAM Journal
on Scientific Computing, Volume 27(Number
1) :pp. 253–277, 2005.
7. Haiwu He, Guy Bergère, and Serge G. Petiton. A
hybrid gmres-ls-arnoldi method to accelerate
the parallel solution of linear systems. Computer and Mathematics with Applications Journal,
pages pp. 1647–1662, 2006.
8. Haiwu He, Guy Bergère, Zhijian Wang, and
Serge G. Petiton. Solution of linear systems by
gmres method on global computing platform.
Journal of Algorithms and Computational Technology, pages pp. 1449–1465, 2008.
9. Sébastien Noel, Olivier Delannoy, Nahid Emad,
Pierre Manneback, and Serge Petiton. A multilevel scheduler for the grid computing yml
framework. In EuroPAR 2006 - CoreGRID Workshop, Dresden, August 28th-29th 2006.
10. Cyril Randriamaro, Olivier Soyez, Gil Utard, and
Francis Wlazinski. Dynamic distribution for
data storage in a p2p network. In Grid and
Pervasive Computing 2007, France, Paris, May
2007.
2.8 Noce
Mots-clés : Interaction, Collaboration, Environnements Informatiques pour l’Apprentissage Humain
(EIAH), Conception dans l’Usage
2.8.1 Membres
Permanents
Alain DERYCKE (resp.), PR1 Université de Lille 1 dans l’équipe depuis janvier 1972
Frédéric HOOGSTOEL, MCF Université de Lille 1 dans l’équipe depuis septembre 1996
Philippe LAPORTE, IR Université de Lille 1 dans l’équipe depuis septembre 2007
Xavier LE PALLEC, MCF Université de Lille 1 dans l’équipe depuis septembre 2003
Eric LEPRÊTRE, MCF Université de Lille 1 dans l’équipe depuis septembre 1990
Yvan PETER, MCF Université de Lille 1 dans l’équipe depuis septembre 1999
José ROUILLARD, MCF Université de Lille 1 dans l’équipe depuis septembre 2000
Jean-Claude TARBY, MCF Université de Lille 1 dans l’équipe depuis septembre 1995
Thomas VANTROYS, MCF Université de Lille 1 dans l’équipe depuis septembre 2004
Non permanents
Benjamin BARBRY, Doctorant Université de Lille 1 dans l’équipe depuis septembre 2007
Sarra KADOUCCI, Doctorant Université de Lille 1 dans l’équipe depuis décembre 2007
Invités et anciens membres
2.8. Noce
Emmanuel RENAUD (post-doctorant).
Sébastien SOCKEEL (Ingénieur de Recherche).
53
Veronica PIMENTEL (MCF invitée PAI Adcontext).
2.8.2 Problématique
L’équipe Nouvelles Organisations pour la Collaboration et l’Éducation (NOCE) propose des méthodes, outils et infrastructures destinées à supporter les activités humaines de travail ou d’apprentissage menées en collaboration. L’approche adoptée prend en compte l’ensemble du cycle de vie de
ces environnements et couvre d’une part les étapes de conception et d’autre part les infrastructures
flexibles et évolutives d’exécution et d’interaction. Pour cela l’équipe NOCE se situe à l’intersection
des thématiques de recherche en Interaction Homme-Machine et en Génie Logiciel. L’équipe est particulièrement intégrée à la communauté de recherche sur les Environnements Informatiques pour
l’Apprentissage Humain (EIAH).
2.8.3 Résultats
L’équipe NOCE se positionne de manière originale au sein de la communauté Environnements
Informatiques pour l’Apprentissage Humain (EIAH) ou Technology Enhanced Learning par sa capacité à contribuer à travers les champs de l’Interaction Homme-Machine et de l’Ingénierie Logicielle.
Ce positionnement se situe aussi bien au niveau national qu’au niveau international à travers le réseau d’excellence Kaleidoscope ou des collaborations avec la Tunisie et le Brésil (2 PAI obtenus). Les
relations que l’équipe entretient avec le pôle de compétitivité « Industries du Commerce » ont permis
de monter le projet p-LearNet labellisé par le pôle et financé par l’ANR.
Quelques exemples de résultats sont :
– Le moteur de Workflow COW, dédié à l’exécution de scénarios pédagogiques.
– Une chaîne de production logicielle dédiée aux plates-formes web et en particulier aux platesformes d’enseignement à distance a été développée (ModX et GenDep)
– Définition d’un langage de description d’IHM abstraites PlasticML, ainsi qu’une boîte à outil
logicielle de développement.
– Rapprochement des notions de multimodalité (en IHM) et de Multicanal (Commerce et Marketing) ; concepts de couplage/découplage de canaux de manière dynamique. Interrelation entre
différentes activités concernant les E-services, les Systèmes Multi-Agents (SMA), les technologies vocales. . .
Ces contributions ont été réalisées dans le cadre des projets auxquels nous avons participé et ont
donné lieu à de nombreuses publications.
2.8.4 Perspectives
L’activité de l’équipe se poursuivra sur la période à venir dans le cadre de l’intelligence ambiante
avec un accent particulier sur une démarche orientée usage initiée dans le projet ANR p-LearNet
labellisé par le pôle de compétitivité « Industries du Commerce ».
Les partenariats développés lors des projets internationaux et nationaux nous permettent d’envisager assez rapidement un dépôt de projet dans le cadre des appels du 7ième programme cadre.
L’équipe NOCE faisait précédemment partie du laboratoire TRIGONE (EA 1038) en Sciences de
l’Education. Elle a rejoint en 2007 le LIFL où elle s’intègre désormais dans l’axe « Interaction, Collaboration, Image ».
L’équipe comporte actuellement un seul professeur, Alain Derycke, qui sera à la retraite lors du
nouveau quadriennal. Afin de pérenniser l’équipe, un recrutement de professeur est prévu en 2009
et le remplacement d’Alain Derycke est prévu pour 2010. Par ailleurs, deux membres de l’équipe sont
actuellement en cours de rédaction de leur HDR.
2.8.5 Collaborations
– PAI - Projet Franco-Brésilien AdContext (financement Egide - CAPES/COFECUB, 2006-2010) avec
université fédérale Porto Allegre, et CEFET de Fortaleza. Publications communes.
– PAI - Projet Franco-Tunisien SAME2 (Financement
Egide, 2006 - 2010) avec le laboratoire RIADI ENSI de
Tunis. Plusieurs publications communes.
– Collaboration au sein du NoE Kaléidoscope (en
54
Équipes
charge d’un Workpackage commun le SVL avec Birbeck College, ATOS Origin Madrid, CRMPA Université
de Salerno, Campo-Rosso Bruxelles, Université de
Aalborg DK...)
– Collaboration avec la société 3Suisses International
dans le cadre de la thèse de Vincent Chevrin (avec
co-financement et co-encadrement de la thèse)
– Collaboration avec l’entreprise AUCHAN dans le
cadre du pôle de compétivité Industrie du Commerce
ayant débouché sur le projet ANR p-Learnet
– collaboration avec un ensemble d’entreprises (dont
Decatlhon, AUCHAN, Jules, Merrim-services...) dans le
cadre d’un avant projet du PICOM relatif aux Espaces
de Ventes Intelligents (EVIRA). Publications en cours
2.8.6 Contrats
Kaleidoscope (FP6 –Réseau d’excellence) de 2004
à 2007, partenaires : 92 partenaires industriels et
académiques de 24 pays différents.
p-LearNet (ANR –Télécoms) de 2007 à 2010, partenaires : Lille 1, Lille 2, Télécoms & Management Sud
Paris (ex INT), Télécoms Bretagne, FT R&D, Auchan,
La Poste, Université Médicale Virtuelle Francophone
(UMVF).
PCDAI - Pratiques Collectives Distribuées d’Apprentissage sur Internet (MESR - Appel usages de
l’Internet) de 2004 à 2006, partenaires : laboratoires
TRIGONE (Lille 1) et GERIICO (Lille 3), European
Institute for E-learning (EIfEl), CCCA BTP, Maisons
Familiales Rurales, ANFA, IUP Métiers de la Formation
(CUEEP, Lille 1) et IUP Infocom (Lille3).
EUCUE (projet CPER TAC) de 2005 à 2007, partenaires :
Université de Valenciennes (LAMIH), Université de
Lille III (GERIICO), Université du Littoral (LIL) université de Lille II (CERIM), Université de Lille I (LEM).
MOSAIQUES (projet CPER TAC) de 2005 à 2007, partenaires : Université de Valenciennes (LAMIH), INRETS,
Ecole des Mines de Douai.
MIAOU (Projet CPER TAC) de 2005 à 2007, partenaires : Université Lille 2, Université de Valenciennes,
Université du Littoral côte d’Opale.
2.8.7 Logiciels et brevets
Cooperative Open Workflow (http://cow.
objectweb.org) : Moteur de Workflow compatible
WfMC destiné à l’exécution de scénarios pédagogiques
ModX et GenDep (http://noce.univ-lille1.fr/
projets/ModX/) : Environnement graphique de modélisation personnalisable basé sur MOF et outil de
déploiement automatique de modèles de dispositfs
pédagogiques sur des environnements d’apprentissage.
brevet déposé : SYSTEME INFORMATISE D’AIDE
A LA COMMERCIALISATION D’ARTICLES VESTIMENTAIRES, NOTAMMENT CABINE D’ESSAYAGE
À REALITE AUGMENTEE - brevet déposé en Janvier
2008, Alain Derycke, Thomas Vantroys (en lien avec le
pôle de compétitivité Industries du Commerce)
2.8.8 Thèses et habilitations à diriger des recherches
Thèses de doctorat
Pierre-André CARON, Ingénierie dirigée par les modèles pour la construction de dispositifs pédagogiques
sur des plateformes de formation (18 juin 2007).
Vincent CHEVRIN, L’Interaction usagers/services, mul-
timodale et multicanale : une première proposition
appliquée au domaine du e-Commerce (7 avril 2006).
César OLAVO DE MOURA FILHO, Conceiving and
Implementing a language-oriented approach for the
design of automated learning scenarios (20 juin 2007).
2.8.9 Visibilité et faits marquants
Visibilité
– Responsabilité Scientifique de l’école thématique CNRS EIAH - 2005, Responsabilité pédagogique en 2009
– Organisation des Rencontres Jeunes Chercheurs en EIAH 2008
– Organisation d’UbiMob 2009
– relectures et comité de programme :
– Revue d’Interaction Homme-Machine, Bulletin d’Informatique Approfondie et Applications, STICEF, numéro special de la revue “Computers in Human Behavior Journal”
– mLearn 2008, CRIWG 2006-2007, MobileHCI 2006-2008, Ozchi 2005-2008, KCC 2006,
WMSCI 2006, ICHSL 2005-2006, Workshop IEEE/SMC Logistique & Transport (LT) 2007,
ICALT 2006-2007
– IHM 2005-2008, Ubimob 2008, RJC EIAH 2006,2008, Environnements Mobiles et Apprentissage Pervasif (EMAP) 2008, Interaction, Contexte, Traces (ICT) 2009
2.9. OPAC
55
– Conférencié invitée à la première édition du salon Vocal Expo 2006 (J. Rouillard)
– Alain Derycke expert, 4 ans, jusqu’en 2007 auprès ANR et RNRT, expert au DSPT 09 jusqu’à fin
2006. Rapporteur de 12 thèses et 3 HDR.
Faits marquants
– Pierre-André Caron (doctorant) - Prix Martial Vivet (meilleur article) - Rencontre Jeunes Chercheurs en EIAH, 2006
– labellisation du projet ANR p-LearNet par le pôle de compétitivité « Industries du commerce »
(PICOM) mai 2006.
2.8.10 Publications significatives
1. Grégory Bourguin and Alain Derycke. Systèmes
interactifs en co-evolution : Réflexions sur les
apports de la théorie de l’activité au support
des pratiques collectives distribuée. Revue d’Interaction Homme-Machine, 6(1) :1–31, janvier
2005.
2. Pierre-André Caron, Mireille Blay-Fornarino,
and Xavier Le Pallec. La contextualisation de
modèles, une étape indispensable à un développement dirigé par les modèles ? Revue RSTI
- L’Objet, Numéro Spécial : Ingénierie Dirigée par
les Modèles, 18 pages, décembre 2007.
3. Pierre-André Caron, Alain Derycke, Frédéric
Hoogstoel, Xavier Le Pallec, and Bruno Warin.
Scénarios et dispositifs de formations spécialisés : Application de la démarche d’ingénierie
bricole pour une instanciation sur moodle. In
Colloque scénario 2007, Montreal, Canada, mai
2007.
4. Alain Derycke, Thomas Vantroys, Benjamin Barbry, and Philippe Laporte. E-retail : Interaction
of intelligent selling space with personal selling
assistant. In ICEIS conference, Barcelona, Spain,
juin 2008.
5. Yvan Peter, Xavier Le Pallec, and Thomas Vantroys. Pedagogical Scenario Modelling, Deployment, Execution and Evolution, chapter 15,
pages 283–305. Architecture Solutions for ELearning Systems, Claus Pahl Editor, Hershey,
Architecture Solutions for E-Learning Systems,
Claus Pahl Editor, Hershey, PA : IDEA Group
Inc., décembre 2007.
6. Yvan Peter and Thomas Vantroys. Platform
support for pedagogical scenarios. Revue Educational Technology and Society, 8(3) :122–137,
novembre 2005.
7. Cuong Pham-Nguyen, Simon Lau, Benjamin
Barbry, Thomas Vantroys, and Serge Garlatti.
Pervasive learning system based on a scenario
model integrating webs service retrieval and
orchestration. In MLearn 2008, University of
Wolverhampton, United Kingdom, octobre
2008.
8. José Rouillard. Web services and speech-based
applications around voicexml. Journal of Networks (JNW, ISSN 1796-2056), février 2007.
9. José Rouillard, Jean-Claude Tarby, Vincent Chevrin, and Alain Derycke. La plasticité des documents numériques. Numéro spécial Document
numérique de la Revue TSI - Revue Technique et
Science Informatiques, 25(4), janvier 2006.
10. Jean-Claude Tarby, Houcine Ezzedine, and
Christophe Kolski. Prevision of evaluation by
traces during the software design of interactive
systems : two approaches compared. In Ahmed Seffah, Jean Vanderdonckt, And Michel
Desmarais (Ed.), Human-Centered Software
Engineering : Architectures and Models-Driven
Integration, Springer HCI Series (accepté et à
paraître), janvier 2008.
2.9 OPAC
Mots-clés : Optimisation parallèle, Métaheuristiques, Optimisation multi-objectif, Optimisation hybride, Applications aux télécommunications, transport/logistique et à la biologie moléculaire, Logiciels libres pour les métaheuristiques
2.9.1 Membres
Permanents
François CLAUTIAUX, MCF Université de Lille 1 dans l’équipe depuis Sept 2006
Bilel DERBEL, MCF Université de Lille 1 dans l’équipe depuis Septembre 2007
Clarisse DHAENENS, PR2 Université de Lille 1 dans l’équipe depuis Septembre 2006
Laetitia JOURDAN, CR2 INRIA dans l’équipe depuis Septembre 2005
56
Équipes
El-Ghazali TALBI (resp.), PR1 Université de Lille 1 dans l’équipe depuis Sept 2007
Nouredine MELAB, PR2 Université de Lille 1 dans l’équipe depuis Septembre 2006
Non permanents
Jean-Charles BOISSON, Doctorant Université de Lille 1 dans l’équipe depuis 2005
Jérome BRONGNIART, Doctorant INRIA dans l’équipe depuis Oct 2006
Ali KHANAFER, Doctorant INRIA dans l’équipe depuis Oct 2007
Arnaud LIEFOOGHE, Doctorant INRIA dans l’équipe depuis 2006
Malika MEHDI, Doctorant Université de Lille 1 dans l’équipe depuis 2007
Selma MESMOUDI, POST-DOC CNRS dans l’équipe depuis Mai 2008
Alexandru TANTAR, Doctorant Université de Lille 1 dans l’équipe depuis 2005
Emilia TANTAR, Doctorant Université de Lille 1 dans l’équipe depuis 2005
Jorges TAVARES, POST-DOC INRIA dans l’équipe depuis 2007
Invités et anciens membres
Franck SEYNHAEVE (MdC).
Oliver SCHUTZE (Postdoc).
Thomas LEGRAND (Ingénieur).
Gael EVEN (Ingénieur).
2.9.2 Problématique
La thématique de l’équipe se résume par la conception et la réalisation d’algorithmes d’optimisation efficaces pour la résolution de problèmes d’optimisation multi-critères difficiles. Face à des
applications qui nécessitent la résolution de problèmes d’optimisation combinatoire de taille sans
cesse croissante et ce dans des délais de plus en plus courts, seule la mise en oeuvre conjointe de
méthodes avancées issues de l’optimisation combinatoire en Recherche Opérationnelle, de la décision en Intelligence Artificielle et de l’utilisation du Parallélisme/Distribution permettrait d’aboutir
à des solutions satisfaisantes. Après avoir été modélisé par les graphes ou la programmation mathématique, le problème, suivant sa complexité, peut être résolu par une méthode exacte (solution optimale) ou approchée (bonne solution). Les méthodes exactes utilisent la programmation dynamique,
l’optimisation dans les graphes ou la recherche arborescente alors que les méthodes approchées
récentes sont par exemple des méta-heuristiques de recherche locale comme le recuit simulé, la recherche tabou, ou des méta-heuristiques à base de populations comme les algorithmes génétiques,
les systèmes de fourmis, et la recherche dispersée.
Les points forts de l’équipe sont :
– La modélisation et l’étude des paysages (structures) de problèmes d’optimisation combinatoire (multi-objectifs). Applications à des problèmes industriels (télécommunications, bioinformatique, transport et logistique) et génériques (affectation, ordonnancement, routage).
– La conception de nouvelles méthodes exactes et heuristiques dans la résolution de problèmes
d’optimisation multi-objectifs. L’hybridation d’algorithmes d’optimisation (métaheuristiques,
programmation mathématique, programmation par contraintes, apprentissage).
– La conception et la réalisation d’algorithmes d’optimisation parallèles et distribuées sur différentes plateformes (réseaux de stations, cluster de stations, Grilles de calcul).
2.9.3 Résultats
Nos principaux résultats se situent aussi bien au niveau de la modélisation de problèmes d’optimisation qu’au niveau de la conception de nouvelles méthodes et de nouveaux mécanismes de
recherche. En terme de modélisation, nous nous sommes attachés à proposer des modèles réalistes
pour différents grands défis non académiques. Nous avons notamment proposé de nouvelles fonctions objectifs ou de nouvelles combinaisons de plusieurs fonctions afin de créer un nouveau modèle
multi-objectif. Ainsi nous avons contribué par : la conception d’un nouveau modèle d’identification de protéines par « de novo protein sequencing » (ASCQ_ME), la création d’une nouvelle borne
pour le problème de « bin packing » bi-objectif avec rotation autorisée des éléments, la proposition
d’un nouveau modèle multi-objectif pour les règles d’association, la proposition d’un nouveau modèle multi-objectif pour la conception de réseaux de télécommunication pour mobile de 2ème et
3ème génération, et la conception d’un nouveau modèle multi-critère pour concevoir de nouveaux
2.9. OPAC
matériaux résistants aux ondes électromagnétiques. L’analyse de paysage dans un contexte multiobjectif contient différents éléments dont l’étude de la structure du front Pareto. Nous avons étudié
la convexité du front Pareto pour montrer l’inefficacité des méthodes utilisant l’agrégation pour trouver des solutions non-supportées. Ceci nous a permis de proposer une méthode exacte PPM pour
résoudre des problèmes bi-objectifs. Dans ce cadre, nous avons également identifié les principales
classes de complexité des problèmes combinatoires multi-objectifs et nous en avons déduit de nouveaux résultats de complexités et des bornes d’approximation pour le flow-shop de permutation
bi-objectif. De plus, le concept d’epsilon-dominance nous a permis de prouver la convergence des
algorithmes de recherche stochastiques sur des problèmes continus.
Concernant l’analyse de performance, l’équipe OPAC a proposé deux nouveaux indicateurs permettant de quantifier la qualité d’un front Pareto : la contribution et l’entropie. Ces différentes métriques permettent de comparer différents algorithmes entre eux et d’étudier notamment l’influence
de certains mécanismes introduits dans les algorithmes.
Concernant la conception de nouveaux algorithmes et de nouvelles méthodes hybrides, nous
avons conçu une nouvelle méthode exacte multi-objectif appelée PPM (Parallel Partitioning Method) pouvant traiter efficacement les problèmes bi-objectifs, son extension k-PPM permet de traiter
des problèmes à plus de deux objectifs. Nous avons également proposé de nouveaux schémas coopératifs notamment entre un algorithme génétique multi-objectif et une recherche locale pareto
dont les transitions sont réalisées dynamiquement pendant la recherche, entre PPM et un algorithme
génétique adaptatif, entre des techniques de datamining et un algorithme multi-objectif (LEMMO Learnable Evolution Model for Multi-objective Optimization). Ces différents schémas ont été testés
sur plusieurs applications et se sont révélés très performants par rapport à la littérature. Chacun
d’eux apporte des contributions soit au niveau de l’accélération de la recherche soit au niveau de
l’amélioration des performances.
Notre équipe a également de fortes contributions en ce qui concerne la conception de modèles
parallèles de métaheuristiques et d’algorithmes exacts et leur gridification. Ainsi nous avons proposé une nouvelle méthode exacte parallèle (B&B@Grid) afin de réaliser une exploration des arbres
de façon parallèle sur grille de calcul tout en minimisant les informations de communications. Cette
nouvelle méthode nous a permis de résoudre de façon exacte pour la 1ère fois l’instance du flowshop de Taillard Ta056 (50 jobs sur 20 machines) avec une efficacité en terme de parallélisme de
97%. B&B@Grid a ensuite été couplé avec PPM afin de résoudre de façon exacte des problèmes
multi-critères. Nous nous sommes également intéressés à un développement logiciel permettant
une réalisation de modèles parallèles de façon transparente et portables sur différents types d’environnements (machines à mémoires partagées ou distribuées). Nous avons fourni par le logiciel
Paradiseo les principaux modèles parallèles que nous avons ensuite gridifié. Cette gridification nécessite de repenser la conception des modèles parallèles pour s’adapter au caractère hétérogène,
dynamique et large échelle des grilles ; de modéliser et implémenter leur interaction avec les services
systèmes. ParadisEO a donc été couplé à Condor-MW (ParadisEO-CMW). Afin de permettre un déploiement sur de multiples grilles institutionnelles, ParadisEO a également été couplé avec Globus
(ParadisEO-G). La plate-forme a alors permis notamment de s’attaquer à un problème hautement
combinatoire qu’est la prédiction de structure de protéines en réalisant une hybridation entre un
algorithme génétique et un recuit simulé sur un modèle en îles parallèle et distribué. Ce modèle a
été déployé sur Grid’5000 avec plus de 1000 processeurs.
Concernant la modélisation et l’analyse de problèmes un nombre important d’équipes travaille
sur l’optimisation combinatoire comme RealOpt de F. Vanderbeck (INRIA, Bordeaux) dont l’objectif
est de développer, principalement pour l’optimisation mono-objectif, des formulations pour des problèmes combinatoires basées sur l’hybridation des dernières techniques de reformulation (approche
polyédrale, approche de décomposition Lagrangienne, et techniques venant de l’optimisation nonlinéaire et de la théorie des graphes), et MACSI de MC. Portmann (INRIA, Nancy) qui est spécialisée
dans la modélisation et la résolution mono-objective de système de production. La recherche en optimisation multi-objectif est relativement récente, différentes équipes nationales et internationales s’y
intéressent comme TAO (INRIA, Saclay) qui résout plutôt des problème d’optimisation continue, K.
Mittienen (Finlande) et M. Ehrgott (Nouvelle Zélande et France) qui s’intéressent aux méthodes classiques d’aide à la décision en multi-critère (MCDM : Multi Criteria Decision Making), X. Gandibleux
(LINA, Nantes) qui s’intéresse au multi-objectif mais très peu aux hybridations, K. Deb (Kangal, Kanphur, Inde), C. Coello (CINVESTAV-IPN, Mexique), et E. Zitzler (ETH Zurich, Suisse) qui s’intéressent
plutôt aux problèmes académiques avec des métaheuristiques séquentielles. Concernant l’analyse
de performance en multi-objectif, relativement peu d’équipes travaillent sur ce sujet, nous pouvons
57
58
Équipes
néanmoins citer l’équipe de E. Ziztler (Zurich, Suisse). Enfin une compétence forte de l’équipe réside en la parallélisation et la gridification d’algorithmes de résolution de problèmes combinatoires.
L’équipe OPALE (PRiSM, Versailles) s’intéresse à la parallélisation et la gridification de méthodes
exactes pour des problèmes mono-objectif, Algorille (INRIA, Nancy) s’occupe également de la gridification d’algorithmes mais avec une vision plus allocation de ressources, OASIS (INRIA, Nice-Sophia
Antipolis) se préoccupe plus de la conception d’environnements efficaces pour les grilles et se situent
plus au niveau système qu’au niveau applicatif, niveau auquel l’équipe travaille. Au niveau logiciel
nous pouvons citer deux projets qui ont émergé à partir de 2000 DREAM (INRIA, Saclay) et MALLBA
(Malaga, Espagne) tous deux consacrés au mono-objectif et alors que notre logiciel Paradiseo propose le parallélisme et le déploiement sur grilles d’algorithmes mono et multi-critères. Globallement,
l’équipe OPAC est la seule à proposer des compétences complémentaires en modélisation, résolution
et parallélisation de méthodes de résolution pour des problèmes d’optimisation multi-critère.
2.9.4 Perspectives
Les travaux de l’équipe portant sur la modélisation et l’analyse de paysages ont été appliqués à
une large variété de problèmes appartenant à différents domaines. La compréhension de chaque
problème a nécessité un effort très important, ce qui a laissé moins de temps pour acquérir une expertise dans le domaine d’application. Il sera donc important de restreindre les futurs travaux à un
nombre limité de problèmes, notamment le docking moléculaire, les télécommunications et le bin
packing. Dans les travaux réalisés dans le cadre du projet DOLPHIN, les approches multi-objectifs
proposées telles que PPM ont été pour la plupart bi-objectifs. Celles-ci devront être généralisées à
plus de deux objectifs. Par ailleurs, les hybridations entre méthodes d’optimisation proposées utilisent plusieurs paramètres souvent fixés de manière expérimentale. Il conviendrait donc de rendre
leur calibrage automatique et adaptatif. Enfin, dans les travaux portant sur l’optimisation parallèle
en particulier sur grilles de calcul les métaheuristiques et les méthodes exactes ont été étudiées
séparément. Cependant, les modèles parallèles associés aux deux classes de méthodes ont de nombreuses similarités, ce qui justifie leur unification. D’autre part, les modèles adaptés aux grilles et
fournis dans la plate-forme ParadisEO ont une extensibilité limitée car il ont été conçus suivant le
paradigme Maître-Esclave asynchrone. Du travail reste à faire pour permettre leur exploitation sur
des environnements à très large échelle tels que les multi-grilles hiérarchiques ou les machines pétaflopiques.
La suite du projet de l’équipe est définie dans le projet DOLPHIN. Le projet portera sur la modélisation et la résolution de problèmes d’optimisation combinatoire multi-objectifs dynamiques et/ou
incertains utilisant des algorithmes hybrides parallèles distribués à grande échelle.
2.9.5 Collaborations
– Accord Programme CMEP Franco-Algérien (20052009)
– Action INRIA 3+3 Méditerranée (Algérie, Espagne,
France, Tunisie) (2006-2009)
– Action CNRS NEGEST - Japan (NExt Grid Systems
and Services) (2005-2007)
– C. A. C. Coello, Instituto Politecnico Nacional,
Mexico
– J. Figueira, Instituto Superior Tecnico, Porto, Portugal
– M. Laumanns, Computer Engineering and Networks
Laboratory (TIK), Zurich
– T. Cinkler, High Speed Networks Laboratory of Hun-
gry
– E. Zitzler, ETH Zurich, Switzerland
– E. Alba and G. Luque, University of Malaga (Spain)
– A. Zomaya, The University of Sydney (Australia)
– P. Bouvry, Université de Luxembourg (Luxembourg)
– I. Zunino, UNICEN University (Argentina)
– E. Burke, University of Nottingham (England)
– D. Corne, Heriot-Watt University, Edinburgh (Scotland)
– France Telecom
– MOBINETS
– CEA Grenoble
2.9.6 Contrats
COLIVAD (CPER) de 2006 à 2008, partenaires : Université de Valenciennes, Ecole Centrale de Lille.
GRAAL (COST EU) de 2004 à 2008.
DOCK (ANR –CIGC) de 2006 à 2009.
France Telecom (Industriel) de 2003 à 2005, partenaires : France Telecom.
Decrypton (Recherche) de 2006 à 2008, partenaires :
INSERM, Institut de Biologie de Lille.
2.9. OPAC
CHOC (ANR –CIGC) de 2006 à 2009, partenaires :
Université UVSQ, INRIA Rhones-alpes.
Bioinformatique (PPF) de 2006 à 2009, partenaires :
Université de Lille 1.
MOST2 (CPER) de 2004 à 2006, partenaires : Université
de Valenciennes, Ecole Centrale de Lille.
LOVAD (CPER) de 2004 à 2006, partenaires : Université
59
de Valenciennes, Ecole Centrale de Lille.
GGM (ACI –GRID) de 2004 à 2007, partenaires : Université Claude Bernard, Université de Toulouse.
GRId’5000 (ACI –GRID) de 2004 à 2007, partenaires :
Consortium GRId’5000.
Nanopuces (ACI –Nanosciences) de 2005 à 2007, partenaires : Institut Pasteur.
2.9.7 Logiciels et brevets
PARADISEO (http://paradiseo.gforge.inria.fr) :
Framework logiciel (open source, licence CECILL)
pour la conception de métaheuristiques parallèles
hybrides pour l’optimisation mono et multi-objectif
GUIMOO (http://guimoo.gforge.inria.fr) : Logiciel (open source) pour l’évaluation des performances
de méthodes d’optimisation multi-objectifs
ASCQ_Me (https://www.genopole-lille.fr/
logiciel/ascq_me) : Logiciel (open source) pour
l’identification automatique de protéines
DOCKING@GRID (http://www.lifl.fr/~talbi/
docking) : Logiciel (open source) pour la conformation moléculaire et le docking de molécules
2.9.8 Thèses et habilitations à diriger des recherches
Habilitations à diriger des recherches
Noureddine MELAB, Contributions à la résolution
de problèmes d’optimisation combinatoire sur Grilles
(Nov 2005).
Clarisse DHAENENS, Méthodes d’optimisation multiobjectif (Oct 2005).
Thèses de doctorat
Matthieu BASSEUR, Conception d’algorithmes coopératifs pour l’optimisation multi-objectif : Application
aux problèmes d’ordonnancement de type Flow-shop
(Juin 2005).
Sebastien CAHON, Plateformes logicielles pour métaheuristiques hybrides sur clusters et Grilles (Juil 2005).
Mohamed KHABZAOUI, Modélisation et résolution
multi-objectifs des règles d’association : Application à
l’analyse de données bio-puces (Nov 2006).
Hind BOUZIRI, The fitness landscape of the graph
coloring problem (Avril 2006).
Mhand MEZMAZ, Modèles peer to peer sur grilles
pour l’optimisation combinatoire multi-objectifs (Nov
2007).
Julien LEMESRE, Résolution exacte parallèle de problèmes multi-objectifs : Application aux problèmes
d’ordonnancement (Nov 2006).
2.9.9 Visibilité et faits marquants
Visibilité
– Best paper award in Genetic and Evolutionary Computation Conference (GECCO 2007).
– Organisation de conférences : EA’05, ROADEF’06, META’06, NIDISC, EGC’06, EGPDC.
– Organisation d’un grand nombre de sessions à ROADEF’2004, HIS’2005, INCOM’2006, META’2006, LT’2006, ISMP’2006, HPCS’2007, EURO’2007, ROADEF’2007, ROADEF’2008...
– Animation scientifique
– Secrétaire de l’association ROADEF (http://www.roadef.org) (C. Dhaenens).
– Secrétaire de l’association EA (http://www.lifl.fr/EA/) (L. Jourdan).
– Animation du groupe de travail national PM2O (Programmation Mathématique MultiObjectif ), GDR RO (C. Dhaenens puis L. Jourdan) et META (E-G. Talbi).
– Direction du CIB (centre Intégré de bio-informatique de la Génopole de Lille (E-G. Talbi,
animation scientifique C. Dhaenens).
– Membres des groupes de recherche EURO EU/ME (Metaheuristics), EURO PAREO (Parallel Processing in Operations Research), et ECCO (European Chapter on Combinatorial
Optimization).
– Editions dans les journaux : « International Journal of Foundation of Computer Science », « Journal Européen des Systèmes Automatisés » , « Journal of Parallel and Distributed Computing »,
« RAIRO Operations Research », « Computer Communications », « Journal of Mathematical Modelling and Applications », « Journal of Heuristics », « European Journal of Operational Research »
– Comité éditorial des journaux « International Journal of Intelligent Computing and Cybernetics
(IJICC) », « International Journal of Innovative Computing and Applications (IJICA) », « International Journal of Pervasive Computing and Communications », « Book Series in Intelligent Sys-
60
Équipes
tems Engineering », published Nova science Publishers, « Mediterranean Journal of Artificial
Intelligence (MJAI) », depuis 2006.
– Comité de programmes : Membres du comité de programme des conférences : CEC’2004 to
CEC’2007, GECCO’3005 to GECCO’2007, EA’2005 to EA’2007, PPSN’2004 to PPSN’2006, EvoCOP’2004 to EvoCOP’2007, EMO’2005 to EMO’2007, FRANCORO’2005, ISPS’2005 to ISPS’2007,
SEAL’2004, DEXA GLOBE’2004 to GLOBE’2007, NPC’2005 to NPC’2007, SIAM SDM’2005 to
SDM’2007, HM’2005 to HM’2007, HiPCoMB’2005 to HiPCoMB’2006, BICCIB’2006, EGC’2006 to
EGC’2007, MOSIM’2006, IEEE GrC’2006, BIOMA’2006, LT’2006, GADA’2006 to GADA’2007, IEEE
SSSM’2006, IEEE SPCA’2006, IEEE DM-WSN’2006, IEEE MCDM’2007, IEEE FOCI’2007, IEEE
APSCC’2007, BIONETICS’2007, ISDA’2007, ISBRA’2007, SLS’2007, ICPCA’2007, IEEE BLSC’2007,
HPCS’2007, MOAD’2007, PBA’2007.
– Expertises de projets : CRSNG – Canada, ECOS-Sud – South America, ARC (Australian Research
Council) – Australia, Dutch NOW council – Netherlands, CNEAR – Tunisia, and national ANR
and ACI projects.
Faits marquants
Résolution de problèmes jamais traités de façon exacte sur une Grille de calcul
2.9.10 Publications significatives
1. François Clautiaux, A. Jouglet, and J. El Hayek.
A new lower bound for the non-oriented twodimensional bin-packing problem. Operations
Research Letters, 35(3) :365–373, 2007.
2. Nicolas Jozefowiez, Frederic Semet, and ElGhazali Talbi. Target Aiming Pareto Search and
its application to the vehicle routing problem
with route balancing. Journal of Heuristics,
13 :455–469, 2007.
3. Julien Lemesre, Clarisse Dhaenens, and ElGhazali Talbi. An exact parallel method for a
bi-objective permutation flowshop problem.
European Journal of Operational Research (Elsevier), 177(3) :1641–1655, 2007.
4. Nouredine Melab, Sébastien Cahon, and ElGhazali Talbi. Grid computing for parallel
bioinspired algorithms. Journal of Parallel and
Distributed Computing (JPDC), 66(8) :1052–
1061, Aug. 2006.
5. Mohand Mezmaz, Nouredine Melab, and E. G.
Talbi. An efficient load balancing strategy
for grid-based branch and bound algorithm.
Parallel Computing, 33(4-5) :302–313, 2007.
6. Jean-Marc Pierson, Julien Gossa, Pascal Wehrle,
Yvon Cardenas, Sébastien Cahon, Moham-
med El Samad, Lionel Brunie, Clarisse Dhaenens, Ameur Hameurlain, Nouredine Melab,
Maryvone Miquel, Franck Morvan, El-Ghazali
Talbi, and Anne Tchounikine. Ggm : Efficient
navigation and mining in distributed genomedical data. IEEE Transactions on Nanobioscience,
6(2) :110–116, 2007.
7. El-Ghazali Talbi. Parallel Combinatorial Optimization. Wiley, 2006.
8. El-Ghazali Talbi and Hervé Meunier. Hierarchical parallel approach for GSM mobile network
design. Journal of Parallel and Distributed
Computing (JPDC), 66(2) :274–290, Feb 2006.
9. El-Ghazali Talbi and Benjamin Weinberg. Breaking the search space symmetry in partitioning
problems : An application to the graph coloring
problem. Theor. Comput. Sci., 378(1) :78–86,
2007.
10. L. Vermeulen-Jourdan, C. Dhaenens, and ElGhazali Talbi. Linkage disequilibrium study
with a parallel adaptive GA. International
Journal of Foundation in Computer Science,
16 :241–260, April 2005.
2.10 PALOMA
Mots-clés : Informatique distribuée, Grille de calcul, Architectures logicielles distribuées, Applications Autoadaptables, Fouille de données
2.10.1 Membres
Permanents
Richard OLEJNIK, IR CNRS dans l’équipe depuis 1984
Bernard TOURSEL (resp.), PREX Université de Lille 1 dans l’équipe depuis 1981
2.10. PALOMA
Non permanents
Iyad ALSHABANI, POST-DOC Université de Lille 1 dans l’équipe depuis 2007
Mahmoud TAIFOUR, POST-DOC Université de Lille 1 dans l’équipe depuis 2006
2.10.2 Problématique
La thématique de l’équipe concerne, dans le domaine de l’informatique répartie, les problèmes
liés à la conception et à l’exécution efficace d’applications distribuées sur des grappes et grilles d’ordinateurs. Les travaux de recherche effectués s’inscrivent dans trois problématiques :
– La généralisation des traitements répartis sur des réseaux exige de maîtriser la répartition des
traitements et des données pour diminuer les surcoûts liés aux communications entre les sites
et améliorer l’efficacité de l’exécution. Il devient en particulier indispensable de pouvoir s’adapter, pendant l’exécution, aux évolutions imprévisibles des calculs et de la disponibilité des ressources.
– Le développement des réseaux d’ordinateurs conduit à revisiter l’approche de la conception
d’applications à l’aide de composants dans un contexte parallèle et distribué.
– L’explosion de la quantité d’informations générées continuellement conduit à des bases de
données de très grande taille. Les méthodes traditionnelles d’extraction de connaissance atteignent leurs limites, alors même que les impératifs d’obtention rapide des résultats s’accroissent. Il devient donc indispensable d’inventer de nouveaux algorithmes permettant à la
fois une diminution de la complexité des traitements et une exécution distribuée et efficace
sur des grilles de calcul.
2.10.3 Résultats
Les travaux de recherche ont été menés dans le cadre de trois projets.
Projet 1 : La plate-forme middleware DG-ADAJ a été développée pour permettre une exécution
efficace des applications hétérogènes sur des réseaux d’ordinateurs. Elle permet :
– d’assurer un contrôle automatique de la granularité et de la distribution des traitements répartis, pendant l’exécution,
– de fournir un environnement de programmation distribuée pour les applications Java et un
environnement d’exécution qui optimise le placement dynamique des objets de l’application
sur la grille.
Ces fonctionnalités reposent sur l’introduction d’un mécanisme d’observation de l’activité des objets
et des relations entre les objets. 20 publications (dont 5 dans des revues) ont été faites sur ce projet
sur la période 2005-2008
Projet 2 : Le travail effectué dans ce cadre a abordé les points suivants :
– Créer un framework de composants basé sur le modèle CCA (Common Component Architecture) assurant une distribution et une exécution répartie et efficace, qui a été incorporé à la
plate-forme DG-ADAJ
– Introduire de nouvelles possibilités de composants parallèles, de super-composants, éventuellement parallèles et de composants de contrôle adaptés à la construction d’applications réparties.
– Assurer la minimisation des surcoûts liés aux communications et aux couches logicielles associées aux composants.
La faisabilité de cette approche et les mesures d’efficacité ont été évaluées à la fois sur GRID5000 et
sur clusters de stations. Ce travail s’est conclu par la thèse de Iyad Alshabani en 2006. 3 publications
ont été faites sur ce projet durant la période de référence.
Projet 3 : Le projet DISDAMIN (Distributed Data Mining) a introduit une nouvelle approche de
la recherche de règles d’association s’appuyant sur un partitionnement « intelligent » des données.
Cette fragmentation intelligente repose sur un nouvel algorithme distribué de clustering, nommé
CDP (Clustering Distribué Progressif). Le résultat de cette fragmentation est ensuite exploité par un
nouvel algorithme distribué de génération de règles d’association (nommé DICCoop) permettant
de traiter de manière coopérative et asynchrone ces fragments. Ces algorithmes ont été validés par
des expérimentations sur GRID’5000 et sur clusters. Ce travail a conduit à la thèse de Valérie Fiolet
soutenue en 2006 et a fait l’objet de 7 publications (dont 2 articles en revue) durant la période de
référence.
61
62
Équipes
2.10.4 Perspectives
1. Traitements répartis : Initialement conçu pour des exécutions sur clusters, DG-ADAJ est actuellement en cours d’évolution pour passer à l’échelle des grilles (GRID5000) et pour améliorer
ses performances, à l’aide des technologies agents et de webservices. Ces travaux sont menés
en collaboration avec des équipes d’Italie, de Pologne et de Roumanie. Il est prévu de déposer
de un Projet Européen dans lequel DG-ADAJ serait le noyau système. D’autres travaux sont
conduits dans le cadre d’un PICS CNRS, pour évaluer l’efficacité de différentes méthodes de
placement : théorie des jeux, méthodes inspirées par la nature (bio-inspired computing), et
équipes d’agents agissant comme “brokers” de ressources.
2. Extraction distribuée de connaissance : Ce projet est mené en continuation du projet DISDAMIN. L’extraction de connaissances dans des bases de données de très grande taille conduit
à étudier de nouvelles approches capables de répondre aux exigences d’obtention rapide des
résultats en exploitant les possibilités offertes par les grilles de calcul. Les applications sont
envisagées dans le domaine de la distribution et du commerce du futur et dans un contexte
d’informatique ubiquitaire, en lien avec le pôle de compétitivité « Industries du commerce »(PICOM). Un premier projet labellisé par ce pôle, concernait l’étude du comportement client à
partir de base de données massives, en recourant aux possibilités du calcul distribué. Les acteurs et les frontières de ce projet ont été revus et il devrait être présenté à une prochaine
réunion du Conseil Scientifique et Technique du pôle.
2.10.5 Collaborations
– Projet PICS avec l’Académie des Sciences de Pologne
et l’ENSIMAG sur l’équilibrage de charges et l’ordonnancement pour les grilles de calcul et les systèmes
embarqués”.
– Collaboration avec la « Western University » de Timisoara (Roumanie) sur la gestion de workflows : 1
publication dans une revue.
– Collaboration avec la Seconde Université de Naples
(SUN) sur les webservices et les Agents Mobiles : 1
article publié et projet de PICS .
– Coopération avec Decathlon, Leroy Merlin, Boulanger et Finaref dans le cadre d’un Projet commun
labellisé par le Pôle de Compétitivité PICOM.
2.10.6 Contrats
OGSE (Projet PICS) de 2008 à 2011, partenaires : Académie des Sciences de Pologne (IPIPAN, IBSPAN) et
IMAG (Equipe MOAIS).
Archi (Projet de Coopération internationale) de 1984 à
2007, partenaires : Académie des Sciences de Pologne
(IPIPAN).
2.10.7 Logiciels et brevets
ADAJ (http://www.lifl.fr/PALOMA/ADAJ/) : Plateforme logicielle (open source en cours) pour l’optimi-
sation de l’exécution et du développement d’applications Java sur clusters et grilles de calcul.
2.10.8 Thèses et habilitations à diriger des recherches
Thèses de doctorat
Iyad ALSHABANI, Composants logiciels distribués et
parallèles en Java (Décembre 2006).
Valérie FIOLET, Algorithmes distribués d’extraction de
connaissance (Novembre 2006).
2.10.9 Visibilité et faits marquants
Visibilité
– Bernard Toursel est actuellement vice-président de l’université chargé des TIC. Il est également
président du Conseil Scientifique et Technique du pôle de compétitivité « Industries du Commerce » et est chargé de nombreuses missions d’expertises (CNRS, INRIA, MEN, UE, Régions,
Ministère Irlandais, AERES. . .).
2.11. RD2P
63
– Richard Olejnik est PCN et PCR ICT du FP7 (CE). Il est Rédacteur Associé pour la revue « Future Generation of Computer System » (FGCS) – The International Journal of Grid Computing :
Theory, methods and Applications, Elsevier – et pour la revue électronique « Scalable Computing : Practice and Experience »,
– Bernard Toursel et Richard Olejnik sont membres du comité de programme de nombreuses
conférences internationales IEEE ou Euromicro.
– En 2005, l’équipe a organisé à Lille la 5e édition de la Conférence IEEE ISPDC (International
Symposium on Parallel and Distributed Computing).
Faits marquants
Bernard Toursel a reçu en 2007 le Grand Prix des Universités de la Société Industrielle du Nord de
la France
2.10.10 Publications significatives
1. Iyad Alshabani, Richard Olejnik, Bernard Toursel, and M. Tudruj. A framework for desktop
grid applications : Ccadaj. In Proceedings of
International Symposium on Parallel and Distributed Computing (ISPDC 06), Timisoiara,
Romania, July 2006. IEEE Computer Society.
2. Violeta Felea and Bernard Toursel. Dynamic
load balancing mechanism for distributed java
applications. Concurrency and Computation :
Practice and Experience, 18(3) :305–331, 2006.
3. Valérie Fiolet, Richard Olejnik, Bernard Toursel, Erik Laskowski, and Marek Tudruj. Data
mining on desktop grid platforms. In 7th International Conference on Parallel Processing
and Applied Mathematics PPAM 2007, Gdansk,
Poland, september 2007.
4. Valérie Fiolet and Bernard Toursel. A clustering method to distribute a database on a grid.
Generation Computer System (FGCS) – The International Journal of Grid Computing : Theory,
methods and Applications, 23(8) :997–1002,
November 2007.
5. Erik Laskowski, Marek Tudruj, Richard Olejnik,
and Bernard Toursel. Java programs optimization based on the most-often-used-paths
approach. LNCS, (3911) :944–951, 2006.
6. Erik Laskowski, Marek Tudruj, Richard Olejnik,
and Bernard Toursel. Bytecode scheduling of
java programs with branches for desktop grid.
Future Generation Computer System (FGCS)
-The International Journal of Grid Computing :
Theory, methods and Applications, 23(8) :977–
982, November 2007.
7. Richard Olejnik, Florin Fortis, and Bernard
Toursel. Webservices oriented datamining in
knowledge architecture. Accepted to publication in Future Generation Computer System
(FGCS) - The International Journal of Grid
Computing : Theory, methods and Applications,
2008.
8. Richard Olejnik, Erik Laskowski, Bernard Toursel, Marek Tudruj, and Iyad Alshabani. Dg-adaj :
a java computing platform for desktop grid. In
Kazimierz Wiatr Marian Bubak, Michal Turala,
editor, Cracow Grid Workshop ’05 Proceedings,
Cracow, Poland, April 2006. Academic Computer Centre CYFRONET AGH.
9. Richard Olejnik, Bernard Toursel, Maria
Ganzha, and Marcin Paprzycki. Combining
software agents and grid middleware. Advanced in Grid and Pervasive Computing, LNCS
4459(4459) :678–385, 2007.
10. Salvatore Venticinque, B. Di Martino, Roco
Aversa, Richard Olejnik, Bernard Toursel, and
Iyad Alshabani. Integrating distributed component and mobile agents programming models in grid computing. In 6th International
Symposium on Parallel and Distributed Computing, ISPDC07, Hagenberg, Austria, July 5-8
2007.
2.11 RD2P
Mots-clés : Systèmes d’exploitation embarqués, carte à microprocesseur, RFID, Réseaux sans fils,
Réseaux ad hoc, Réseaux de capteurs et d’actionneurs, Mobilité, POPS, Protocoles et architectures
réseaux, gestion de la mobilité IP (IPv6), Sécurité
2.11.1 Membres
Permanents
Jean CARLE, MCF Université de Lille 1 dans l’équipe depuis Septembre 2002
64
Équipes
Gilles GRIMAUD, MCF Université de Lille 1 dans l’équipe depuis Février 2002
Michaël HAUSPIE, MCF Université de Lille 1 dans l’équipe depuis Septembre 2006
Samuel HYM, MCF Université de Lille 1 dans l’équipe depuis Février 2008
Nathalie MITTON, CR2 INRIA dans l’équipe depuis Septembre 2006
Farid NAIT-ABDESSELAM, MCF Université de Lille 1 dans l’équipe depuis Septembre 2003
David SIMPLOT-RYL (resp.), PR2 Université de Lille 1 dans l’équipe depuis Février 1998
Isabelle SIMPLOT-RYL, PR2 Université de Lille 1 dans l’équipe depuis Septembre 2007
Non permanents
Nadia BEL HADJ AISSA, Doctorant Université de Lille 1 dans l’équipe depuis Janvier 2004
Soufiène DJAHEL, Doctorant Autre dans l’équipe depuis Octobre 2007
Simon DUQUENNOY, Doctorant Université de Lille 1 dans l’équipe depuis Octobre 2007
Antoine GALLAIS, POST-DOC Université de Lille 1 dans l’équipe depuis Octobre 2004
Dorina GHINDICI, Doctorant Université de Lille 1 dans l’équipe depuis Octobre 2005
Grégory GUCHE, IC INRIA dans l’équipe depuis Mars 2008
Yassine HADJADJ AOUL, POST-DOC Université de Lille 1 dans l’équipe depuis Septembre 2007
Fadila KHADAR, Doctorant INRIA dans l’équipe depuis Septembre 2006
Kevin MARQUET, POST-DOC Université de Lille 1 dans l’équipe depuis Octobre 2004
Tahiry RAZAFINDRALAMBO, POST-DOC CNRS dans l’équipe depuis Décembre 2007
Loïc SCHMIDT, Doctorant INRIA dans l’équipe depuis Janvier 2008
Thomas SOETE, Doctorant Université de Lille 1 dans l’équipe depuis Octobre 2006
Marie-Emilie VOGE, POST-DOC INRIA dans l’équipe depuis Septembre 2007
Invités et anciens membres
Vincent BENONY (Ingénieur).
Essia HAMOUDA ELHASFI (Post-doc).
François GARRIGUES (Ingénieur).
Julien GRAZIANO (Ingénieur).
Hervé MEUNIER (Ingénieur).
Zonghua ZHANG (Post-doc).
Caroline FONTAINE (CR2 CNRS).
Vincent CORDONNIER (Professeur).
Issa TRAORE (Invité).
2.11.2 Problématique
L’équipe RD2P 1 (Recherche et Développement Dossier Portable), créée en 1989 par Vincent
Cordonnier et dirigée aujourd’hui par David Simplot-Ryl, travaille historiquement sur l’informatique
mobile, initialement autour de la carte à microprocesseur. Depuis, les travaux de l’équipe se sont
élargis aux POPS (Petits Objets Portables et Sécurisés) comme les cartes à puce, les étiquettes RFID,
les capteurs communicants... En 2004, l’équipe-projet POPS (équipe projet commune CNRS, INRIA,
Université Lille 1) a été créée sur la thématique Système et Réseaux pour Petits Objets Portables et
Sécurisés. En septembre 2007, nous avons lancé une action de recherche MISC (Mobile Internet and
Secure Communications) qui s’intéresse aux problèmes émanant du domaine des réseaux, avec une
orientation forte pour le développement d’architectures et protocoles. Aujourd’hui, les activités de
recherche de l’équipe RD2P sont donc structurées autour de l’équipe-projet POPS et de l’action de
recherche MISC.
Équipe-projet POPS (7 permanents : Jean Carle, Gilles Grimaud, Michaël Hauspie, Samuel Hym,
Nathalie Mitton, David Simplot-Ryl (resp.), Isabelle Simplot-Ryl).
Nous étudions les solutions pour améliorer la « programmabilité », l’adaptabilité et l’accessibilité des POPS. En effet, de tels équipements sont caractérisés par de faibles ressources, une
forte mobilité, des déconnexions fréquentes, une communication à faible bande passante et
des capacités de stockage faibles. De plus, en raison de ces contraintes et à cause de l’utilisation dans un environnement non-sûr, les applications requièrent un haut niveau de sécurité
pour les POPS. Le développement d’applications intégrant des POPS souffre d’un manque d’accessibilité de ces plates-formes. Par exemple, le développement de logiciels est généralement
pénalisé par un système d’exploitation exotique et limité. En effet, les POPS, tels que les cartes
à microprocesseur par exemple, sont difficiles à programmer et un haut niveau d’expertise
1. plus de détails : http://www.lifl.fr/RD2P.
2.11. RD2P
est requis pour produire du logiciel. Il en est de même pour les aspects de communication
qui peut-être sans fils, multi-sauts, etc. C’est pourquoi nous étudions des solutions où la complexité du matériel et de la communication est prise en charge par les outils de développement.
L’équipe-projet POPS tire avantage de son partenariat fort avec Gemplus/Gemalto depuis
dix-neuf ans. Cette collaboration a amené chaque partenaire à un niveau d’expertise en conception de système d’exploitation embarqués et réseaux mobiles qui sont nos deux activités de
recherche principales.
Action de recherche MISC (1 permanent : Farid Naït-Abdesselam (resp.)).
Cette jeune action s’intéresse particulièrement au développement de protocoles, algorithmes,
modèles et architectures pour des communications sécurisées, performantes et efficaces dans
le contexte des futurs réseaux multimédias, utilisant les technologies sans fil et IP (IPv6 en
particulier).
2.11.3 Résultats
Nous donnons ici les résultats majeurs de l’équipe RD2P. Le découpage équipe-projet POPS/action
MISC étant récent, les résultats ne sont pas distingués, au contraire des perspectives.
Ordonnancement d’activités dans les réseaux de capteurs. Nous nous sommes intéressés au contrôle
de topologie qui permet d’endormir une partie des nœuds du réseau tout en conservant la zone
de couverture du réseau. Nos protocoles – sans connaissance a priori du voisinage – échangent
peu de messages et maintiennent la connexité du réseau [240, 128, 41].
Couches MAC efficaces pour objets mobiles. Nous nous sommes intéressés au problème de l’équité
dans les réseaux ad hoc par le biais de la couche MAC. D’une part, des solutions donnant une
plus grande priorité aux nœuds effectuant du routage pour les autres nœuds ont été proposées
[720]. D’autre part, nous avons proposé le protocole PNAV qui permet d’assurer l’équité avec
un bon compromis de performances [118].
La découverte du voisinage fait également parti de la couche MAC. Elle est généralement
paramétrée par une fréquence de messages HELLO qui est défini une fois pour toute en fonction de l’application. Nous avons proposé dans [257] un protocole de message HELLO adaptatif
basé sur la mesure du turn-over.
Concernant la couche MAC pour les étiquettes RFID, nous avons proposé plusieurs protocoles dont certains permettent d’approcher l’optimal mais en connaissant le nombre d’étiquettes présentes dans le champ électromagnétique du lecteur [143] alors que d’autres utilisent une estimation du cardinal de l’ensemble des étiquettes RFID à identifier [396].
Protocoles réseaux pour petits objets. Nous nous sommes intéressés aux différentes fonctions de la
couche réseau comme la diffusion, le routage unicast, le routage multicast ainsi que la collecte
de données.
Pour la diffusion, après avoir proposé successivement différentes techniques originales
de diffusion locale – i.e. n’utilisant que des informations locales en opposition avec les algorithmes centralisés qui nécessitent une connaissance globale de la topologie du réseaux
– [116, 53, 146, 50], nous avons proposé le meilleur algorithme connu à ce problème [52] qui,
pour des réseaux denses, ne consomme que 5% de plus d’énergie par rapport aux meilleurs
algorithmes centralisés.
Il en est de même pour les routages unicast et multicast géographiques (où les nœuds
connaissent leur position géographique ainsi que celle de leurs voisins et des destinations), les
protocoles MSTEAM [237] pour le multicast et le protocole EtE [222] pour l’unicast sont les
meilleures solutions connues.
En collaboration avec Prof. Brahim Bensaou (Hong Kong University of Science and Technology), nous avons proposé un algorithme atteignant un consensus entre les performances
d’une application et la durée de vie du réseau dans le contexte des réseaux de capteurs [726].
En collaboration avec Prof. Ashfaq Khokhar (University of Illinois at Chicago), nous avons
développé une méthode d’analyse originale de la distorsion spatio-temporelle associée avec la
collecte de données temps réel dans les réseaux de capteurs [725].
Sécurité pour objets mobiles. Nous nous sommes intéressés à la sécurité du routage dans les réseaux ad hoc [520, 521, 141]. En particulier, nous avons développé une méthode efficace pour la
65
66
Équipes
détection des attaques de type trous de ver (wormhole) dans les réseaux ad hoc. Cette méthode
se base sur un système d’échanges de la réputation des mobiles et d’une méthode d’inférence
qui permet d’atteindre des taux élevés de détection de mobiles malicieux [719].
Code mobile sûr pour petits objets. Nous avons proposé une architure d’exo-noyaux pour POPS
qui permet de charger de manière sécurisée (à la PCC) des applications ainsi que des extensions système [124, 47]. Nous nous sommes en particulier intéressé à la vérification de certainement propriétés comme le calcul du temps d’exécution au pire cas [384]. Nous avons
étudié l’analyse d’échappement et la génération d’un vérifieur embarqué qui permet au POPS
de vérifier les propriétés trouvées sans avoir à utiliser de certificats [508, 244, 245].
Personnalisation du logiciel pour petits objets. Pour générer du logiciel embarqué, nous avons proposé une approche dirigée par les applications qui permet de définir le runtime nécessaire
pour une application donnée. Notre approche est basée sur Java et nous en avons démontré la
faisabilité [205] via la plate-forme JITS « Java In The Small ». La gestion mémoire orientée-objets
pour systèmes embarqués a également été l’objet d’une proposition d’architecture qui permet
de gérer un espace d’adresse hétérogène (RAM, EEPROM) de manière efficace [578, 576].
2.11.4 Perspectives
Équipe-projet POPS
L’équipe-projet POPS s’inscrit pleinement dans les priorités du site de Lille et contribue aux
« grands projets » régionnaux comme l’IRCICA, le futur Institut STIC autour du campus de Lille 1,
le Campus Intelligence Ambiante (CPER) et, bien sûr, le LIFL et le centre de recherche INRIA Lille
– Nord Europe. Les membres de POPS sont largement également investis dans l’animation de la
communauté scientifique au niveau national (GDR CNRS ASR, plate-forme nationale CNRS RECAP,
comité d’experts ANR, expertise AERES, association ACM SigOps France, association SPECIF, ...) et
niveau international (comités de programme, organisation de conférences, orateurs invités, associations IEEE et ACM, ...). Au niveau local, ses membres sont à la fois fortement impliqués dans
l’enseignement (responsables de formations comme le master pro TIIR, les licences pro GLSI et Imagerie Numérique, chef du département informatique de l’IUT, ...) et dans la recherche (direction du
centre de recherche INRIA Lille – Nord Europe 2 , responsabilité d’axes de recherche et d’actions du
CPER, ...).
La majeure partie des objectifs proposés pour la création de l’équipe-projet commune POPS en
2003 ont été atteints (voir évaluation INRIA en mars 2008). Les résultats scientifiques ont donné lieu
à de nombreuses publications dans des conférences et revues internationaux de « rang A » (IEEE
Trans. Parallel and Distributed Systems, ACM Wireless Networks, IEEE Trans. Computers, IEEE Trans.
Mobile Computing, IEEE MASCOTS, IEEE INFOCOM, IEEE PerCom, IEEE MASS, IEEE WOWMOM,
...). Parmi les résultats obtenus, il faut signaler que notre plate-forme JITS a reçu le prix Isabelle
Attali en 2006 et le prix JAX de l’innovation en 2007. Nous détenons les meilleures solutions connues
pour différents protocoles efficaces en énergie dans les réseaux ad hoc et les réseaux de capteurs
(difusion [52], routage géographique unicast [222] et multicast [237]). Nous avons également proposé
des méthodes originales d’analyse de bytecode vérifiables par les petits systèmes pour permettre les
optimisations, le partage de code et les interactions d’applications sécurisées [47, 245].
Concernant le transfert et les relations avec le monde économique, nous bénéfiecions d’un partenariat de 19 ans avec la société Gemalto (anciennement Gemplus) qui a donné lieu à de nombreux
transferts (brevets, plate-forme CAMILLE). De plus, nous avons des partenariats industriels dans le
cadre de projets collaboratifs (SAP, Phillips, STm, Microsoft, Thales, Ericsson, Auchan, Decathlon,
Trusted Labs, Orange Labs, ATOS Origin, NorSys, GS1, ...). POPS est également fortement impliquée
dans les pôles de compétitivité de la région comme le pôle des industries du commerce ou le pôle
matériaux à usage domestique (participation aux conseils scientifiques et techniques).
Notre objectif est de poursuivre notre approche mêlant théorie et pratique. Néanmoins, de nombreux résultats ont été validés par simulation et même si l’on tend à intégrer des modèles de plus en
plus réalistes dans nos simulateurs, il est souhaitable de disposer d’environnement d’expérimentation grandeur réelle en nous concentrant sur quelques cibles (Cartes à puce, capteurs communicants
et plate-forme COM). C’est, notamment, l’objectif de la plate-forme SensLab.
Nous croyons en l’approche « system and networking » qui selon nous a du sens dans le contexte
des POPS. Jusqu’à maintenant, nous avons démontré que les approches guidées par l’application
2. Isabelle Simplot-Ryl est chargée de mission pour le développement et David Simplot-Ryl est délégué scientifique.
2.11. RD2P
peuvent être très efficaces pour la personnalisation des logiciels embarqués. Pour les 4 années à
venir, nous nous fixons les objectifs suivants, dans lesquels les plateformes de capteurs occupent
une place centrale .
1. Personnalisation des systèmes évolutifs et communicants : Cet objectif est la suite de nos travaux en termes de personnalisation des systèmes Java. Nous proposons de nous attaquer aux
problèmes suivants :
a) Personnalisation dynamique : la capacité à adapter un système POPS en train de s’exécuter peut s’avérer être un facteur de différenciation important pour assurer la pérennité du
système, la mise à jour des applications et ses capacités à s’adapter à de nouveaux usages
et environnements. Nous étudions comment créer un système spécialisé - où des fonctionnalités peuvent être retirées - qui est capable d’évoluer pour s’approprier de nouvelles
fonctionnalités tout en préservant la sureté des applications déjà installées au travers de
la plateforme JITS.
b) Optimisation de la pile de communication : Le but est ici d’étudier l’architecture de la
pile de communication dans des cas sophistiqués (i.e. non limites à des liens série) et
en particulier pour des objets sans fil. De par nos collaborations avec des industriels,
nous réalisons qu’il est également important de considérer les couches applicatives et en
particulier http.
2. Réseaux sans fil réalistes : Nos travaux ont montré que l’utilisation du modèle du disque unitaire n’est pas appropriée à la modélisation du monde réel. Notre approche est de considérer
une couche physique réaliste (e.g. Log-normal shadowing model) en validant nos résultats de
façon analytique, par simulation mais également via des expérimentations.
a) Algorithmes bases sur la localisation : Le principal avantage de cette famille de protocoles
est qu’ils sont à la fois localises et sans mémoire (ils ne nécessitent pas que des informations relatives à l’état du réseau soient stockées). Cela rend ces protocoles robustes et
leur permet de supporter le passage à l’échelle vers un nombre arbitrairement important
de flux d’information et d’entités. Nous nous intéresserons aux protocoles basés sur des
coordonnées géographiques (telles celles du GPS) aussi bien qu’à ceux basés sur des coordonnées virtuelles lorsque les coordonnées géographiques ne sont pas disponibles. En
particulier, nous nous intéresserons à la collecte des données avec agrégation de données. De telles techniques pourront ensuite être appliquées à la technologie RFID où les
lecteurs RFID pourront être assimilés à des capteurs.
b) Optimisations Matériel-logiciel : Nous nous intéresserons également à fournir des interfaces radio à basse consommation, en investiguant par exemple l’utilisation d’antennes
intelligentes. Bien que prometteuse en théorie, cette approche soulève de nouvelles problématiques. Dans le cadre de notre partenariat avec l’IEMN, nous expérimenterons
l’implantation d’une pile de communication complètement dédiée aux antennes intelligentes (couches MAC, physique, etc).
Notre approche Comme déjà mentionné, nous pensons qu’il est nécessaire de valider nos propositions par des analyses, des simulations mais également des expérimentations réelles. Nous nous
focaliserons sur 3 cibles spécifiques :
– Smartcards ou cartes à puce : qui sont le cœur de notre partenariat avec Gemalto depuis 19
ans.
– Capteurs : Au travers de la plateforme d’expérimentation du projet ANR SensLab.
– Plateforme COM : développée dans le projet hard-soft en collaboration avec l’IEMN, qui permettra des expérimentations sur les antennes intelligentes.
Nous regarderons également ces problèmes au travers deux nouveaux domaines d’application que
sont les réseaux activateurs/capteurs (SANET) et les réseaux maillés radio.
Action de recherche MISC
– L’action de recherche MISC est jeune, avec un seul permanent, a besoin de se renforcer en
doctorants, postdocs et chercheurs ou enseignants-chercheurs.
– En liaison avec le point précédent, le groupe a besoin probablement de se focaliser davantage
sur un nombre restreint de verrous et défis scientifiques tout en restant dans la thématique
principale de l’Internet mobile et la sécurisation des communications (du point de vue protocoles de communication et non cryptographique).
67
68
Équipes
2.11.5 Collaborations
– Depuis sa création en 1989, RD2P collabore étroitement avec la société Gemalto (anciennement Gemplus) au travers d’une convention cadre. Cette collaboration porte sur le logiciel pour les cartes à microprocesseur et a donné lieu à des transferts réguliers
simplifié par la présence d’un ingénieur Gemalto dans
l’équipe.
– Prof. Ivan Stojmenovic, University of Ottawa, Canada.
– Prof. Issa Traore, University of Victoria, Canada.
– Prof. Edgar Chavez, Univ. Morelia, Mexico
– Tohoku University, Japan (Prof. Kazuo Hashimoto &
Prof. Tarik Taleb).
– Hong Kong University of Science and Technology,
Hong Kong (Prof. Brahim Bensaou)
– University of Illinois at Chicago (Prof. Ashfaq Kho-
khar)
– Prof. Amiya Nayak from the University of Ottawa,
Canada.
– Telecom Paris, Claude Chaudet
– CITI Lyon, Guillaume Chelius, Isabelle Augé-Blum,
Jean-Marie Gorce
– LIP6, Univ. Paris 6, Sébastien Tixeuil
– Dr. Pedro M. Ruiz, University of Murcia, Spain
– Dr. Essia H. Elhafsi, University of California Riverside,
USA
– Dr. Mischa Dohler, CTTC, Barcelona, Spain
– Dr. Hannes Frey, Universität Paderborn, Germany
– Prof. Jie Wu, Florida Atlantic University, USA
– Dr. Miodrag Bolic, University of Ottawa, Canada
– SAP Research Labs, Sophia Antipolis, France, Laurent
Gomez, Konrad Wrona
2.11.6 Contrats
SPOPS (Système pour POPS) (ACI –Sécurité InforPaderborn (Germany)..
matique) de 2003 à 2005, partenaires : USTL, INRIA
SVP (SurVeiller Prévenir) (RNRT –Projet préSophia Antipolis, Université de Rennes..
compétitif) de 2006 à 2008, partenaires : ANACT,
APHYCARE, CEA Leti, INRIA-POPS, INRIA-ARES,
INSPIRED (Integrated Secure Platform for Interactive Personal Devices) (FP6 –IP) de 2004 à 2006, par- INRIA-R2D2, INRIA-PARIS, LIP6, LPBEM, Institut
tenaires : Gemplus (France), Schlumberger (France),
Maupertuis, Thales..
Giesecke & Devrient (Germany), Oberthur Card SysRISC (Réseaux hétérogènes Intelligents pour Situatems (France), Orga (Germany), Philips Semiconduc- tions de Risques) (RNRT –Projet exploratoire) de 2007
tors (Germany), Orange (France), Universidad Rovira à 2010, partenaires : CRESTIC, ENST Paris, ETIS, LIFL,
i Virgili (Spain), Atmel (France), University of Twente
RTS Electronics, Thales Communication..
(Netherlands), INRIA (France), Universite Catholiques MESURE (Mesure de performances et caractérisde Louvain (Belgium), Infineon (Germany), NDS
tiques de plates-formes embarquées Java-Card)
(Israel), Activcard (France) and Everbee (France)..
(RNTL –Projet pré-compétitif) de 2006 à 2008, parteSERAC (models and Protocols for SEcuRity in wirenaires : CNAM-CEDRIC, USTL, Trusted Labs..
less Ad hoC networks) (ACI –Sécurité Informatique)
CLADIS (ACI –Sécurité Informatique) de 2006 à 2008,
de 2004 à 2006, partenaires : USTL, INRIA Rocquenpartenaires : USTL, UVSQ, ENST, Univ. Avignon..
court, GET..
ASPIRE (Advanced Sensors and lightweight ProCOM’DOM (Communications Domestiques) (Action grammable middleware for Innovative Rfid Enterprise applications) (FP7 –IP) de 2008 à 2010, parCPER) de 2005 à 2007, partenaires : LIFL, IEMN..
tenaires : Aalborg University - CTiF (Danemark),
MOSAIQUES (MOdèles et InfraStructures pour ApINRIA-ObjectWeb (France) ; INRIA-POPS (France),
plications ubIQUitairES) (Projet CPER) de 2005 à
2007, partenaires : LIFL, LAMIH, TRIGONE, INRETS,
Université Joseph Fourrier - Grenoble University - LIG
Ecole des Mines de Douai..
Laboratory (France), Research and Education LaboraIRAMUS (Radio Interface for multi-hop wireless
tory in Information Technologies - Athens Information
nertworks) (ARC INRIA) de 2005 à 2006, partenaires : Technology (Greece), Melexis technologies SA (SwitzerINRIA-ARES, INRIA-POPS, IREENA, FT R&D..
land), Open Source Innovation Ltd (United Kingdom),
RECAP (Sensor and Self-Organized Networks) (Plate- NORMAPME European Office of Crafts, Trades and
forme CNRS) de 2004 à 2008, partenaires : CITI INSA
SMEs for Standardisation (Belgium), Dimitropoulos
Lyon, LAAS, LIFL, LIP6, IRISA, LSIIT, LSR..
- VICOP LTD (Greece), Pole Traceability Valence PV
WASP (Wirelessly Accessible Sensor Populations)
(France), Instituto Telecomunicações (Italy)..
(FP6 –IP) de 2006 à 2009, partenaires : Philips ReICOM (Infrastructure pour le COMmerce du futur)
search Eindhoven (Netherlands), Philips Forschung
(Projet FUI, pôles de compétitivité) de 2008 à 2009,
Laboratorium (Germany), IMEC (Netherlands), CSEM partenaires : Atos Origin, Auchan, Décathlon, La Poste,
(Switzerland), TU/e (Netherlangs), Microsoft Aachen
La Redoute, INRIA-ASAP, INRIA-ADAM, INRIA-POPS,
(Germany), Health Telematic Network (Italy), FraunGS1, ORANGE France..
hofer IIS , Fokus, IGD (Germany), Wageningen UR
SensLab (Very large open wireless sensor networks)
(Netherlands), Imperial College London (UK), STMi(RNRT –Plate-forme RNRT) de 2008 à 2010, partecroelectronics (Italy), INRIA (France), Ecole Polytech- naires : INRIA-ARES, INRIA-ASAP, INRIA-POPS, Thales
nique Federale Lausanne (Switzerland), Cefriel (Italy), Communication S.A., UPMC-LIP6, ULP-LSIIT..
Centro Ricerce Fiat (Italy), Malaerdalen University,
CARMA (CApacité des Réseaux radio MAillé) (ARC
RWTH Aachen (Germany), SAP (France), Univ of
INRIA) de 2007 à 2008, partenaires : INRIA-ARES,
2.11. RD2P
INRIA-MASCOTS, INRIA-POPS, LSR..
SFINCS (Securing Flow of INformation for Computing pervasive Systems) (ANR –SESUR) de 2008 à
2010, partenaires : LIFL, Univ. of Provence, VERIMAG,
NORSYS/SI3SI, Trusted Labs..
ECRYPT (European Network of Excellence in Cryptology) (FP6 –Network of Excellence) de 2004 à 2008,
partenaires : Katholieke Universiteit Leuven (Belgium),
École Normale Supérieure (France), Ruhr-Universität
Bochum (Germany), Royal Holloway, University of
London (UK), University of Aarhus (Denmark), Università degli Studi di Salerno, Dipartimento di Informatica
ed Applicazioni (Italy), Institut National de Recherche
en Informatique et en Automatique (France), University of Bristol (UK), Gemplus (France), France Telecom
R&D (France), IBM Research GmbH (Switzerland),
Technische Universiteit Eindhoven (Netherlands),
Université Catholique de Louvain (Belgium), Universität Duisburg-Essen (Germany), Technical University
of Denmark (Denmark), University of Bergen (Norway), Lund University (Sweden), Institute for Applied
Information Processing and Communications (Austria), Institute of Mathematics of the Polish Academy
of Sciences (Poland), Cryptolog International SAS
(France), Vodafone Group Services Ltd (UK), Ericsson AB (Sweden), Axalto SA (France), MasterCard
69
Europe sprl (Belgium), EDIZONE GmbH Electronic
Business Communications and Security (Germany),
Fraunhofer Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. (Germany), Otto-von-Guericke
University Magdeburg (Germany), Centre National
de la Recherche Scientifique (France), University of
Vigo (Spain), National Inter-University Consortium
for Telecommunications (Italy), University of Geneva
(Switzerland), Aristotle University of Thessaloniki
(Greece)..
SDMO (Secured Diffusion of Music on mObiles)
(RNRT –Projet pré-compétitif) de 2003 à 2006, partenaires : France Telecom R&D, Orange, Oberthur CS,
Faith Technologies, USTL, Supelec..
ProSense (Promote, Mobilize, Reinforce and Integrate Wireless Sensor Networking Research and
Researchers) (FP7 –THEME Cooperation) de 2008 à
2011, partenaires : Ericsson Ireland Research Centre
(Ireland), University Ss. Cyril and Methodius, Skopje
(Macedonia), INRIA (France), University of Birmingham (UK), Warsaw University of Technology Warsaw
(Poland), Research Academic Computer Technology
Institute (Greece), University of Belgrade (Serbia),
University of Belgrade, Ljubljana (Slovenia)..
SensTools (ADT INRIA) de 2008 à 2010, partenaires :
INRIA-A4RES, INRIA-ASAP, INRIA-POPS..
2.11.7 Logiciels et brevets
Java In The Small (http://jits.gforge.inria.fr/) :
JITS (Java In The Small) est un Java-OS dédié pour les
petites cibles qui propose des outils de spécialisation
et d’optimisation de l’application, du Java Runtime et
de la machine virtuelle. Contrairement aux approches
comme JavaCard, JITS est basé sur la version standard
de Java.
CAMILLE NG : Le système d’exploitation Camille
utilise un exo-noyau noyau pour cartes à microprocesseur. Ses spécificités principales sont la portabilité
via un langage intermédiaire dédié (FACADE), la sécurité des applications par la vérification du code au
chargement (utilsant un algorithme original à la PCC)
et l’extensibilité par une représentation simple du
matériel et la possibilité d’apporter avec l’application
les abstractions nécessaires. La plate-forme Camille a
été transférée à la société Gemalto.
SimTag (http://www2.lifl.fr/POPS/SimTag/
Index) : SimTag est un simulation dédié aux protocoles d’anti-collision pour étiquettes électroniques à
13,56 MHz centré sur les normes ISO 18000-3.
Brevet FR-0406493 : A Method Of Loading Software In
Object Oriented Iintermediate Language Into A Handheld Set, Gilles Grimaud Kevin Marquet, Jean-Jacques
Vandewalle
2.11.8 Thèses et habilitations à diriger des recherches
Thèses de doctorat
Michaël HAUSPIE, Contributions to distributed service
manager in wireless ad-hoc networks (Janvier 2005).
François INGELREST, Localized broadcast protocols
and energy saving in ad hoc and sensor networks (Juin
2006).
Alexandre COURBOT, Late specialization of embedded Java OS for portable objects proved to be safe
2.11.9 Visibilité et faits marquants
Visibilité
Voir les fiches individuelles.
(Septembre 2006).
Mahmoud TAIFOUR, IEEE 802.11 MAC Layer Improvements for Quality of Service in Wireless LAN Networks
(Décembre 2006).
Antoine GALLAIS, Activity scheduling and energy
conservation in sensor networks (Juillet 2007).
Kevin MARQUET, Memories management policies for
embedded devices (Décembre 2007).
70
Équipes
Faits marquants
– La plate-forme JITS a reçu plusieurs distinctions : le prix Isabelle Attali en 2006 et le JAX innovative award en 2007.
– Nous détenons les meilleurs algorithmes pour le routage géographique dans les réseaux multisauts (unicast [222], multicast [237]) avec seulement un surcoût de 5% par rapport à l’optimal.
2.11.10 Publications significatives
1. Nadia Bel-Hadj-Aissa, Gilles Grimaud, and
Vincent Benony. Bringing worst case execution time awareness to an open smart cards
OS. In Proc. 13th IEEE Conf. on Embedded and
Real-Time Computing Systems and Applications
(RTCSA 2007), Daegu, Korea, 2007.
2. Alexandre Courbot, Maria Pavlova, Gilles Grimaud, and Jean-Jacques Vandewalle. A lowfootprint Java-to-native compilation scheme
using formal methods. In Proc. 7th IFIP Conf.
on Smart Card Research and Advanced Applications (CARDIS’06), volume 3928 of Lecture Notes
in Computer Science, pages 329–344, Tarragona,
Spain, 2006. Springer-Verlag, Berlin.
3. Essia H. Elhafsi, Nathalie Mitton, and David Simplot-Ryl. End-to-end energy efficient
geographic path discovery with guaranteed
delivery in ad hoc and sensor networks. In Proc.
19th IEEE International Symposium on Personal, Indoor and Mobile Radio Communications
(PIMRC’08), Cannes, France, September 2008.
4. Antoine Gallais, Jean Carle, David Simplot-Ryl,
and Ivan Stojmenovic. Localized sensor area
coverage with low communication overhead.
In Proc. 4th Annual IEEE Int. Conf. on Pervasive Computing and Communications (PerCom
2006), Pisa, Italy, 2006.
5. Dorina Ghindici and Isabelle Simplot-Ryl. On
practical information flow policies for javaenabled multiapplication smart cards. In Proc.
8th IFIP Conf. on Smart Card Research and
Advanced Applications (CARDIS’08), Lecture
Notes in Computer Science, Egham, Surrey, UK,
2008. Springer-Verlag, Berlin. to appear.
6. Gilles Grimaud, Yann Hodique, and Isabelle
Simplot-Ryl. On the use of metatypes for safe
embedded operating system extension. International Journal of Parallel, Emergent and
Distributed Systems (IJPEDS), 22(1) :1–13, 2007.
7. Julien Iguchi-Cartigny, Pedro M. Ruiz, David
Simplot-Ryl, Ivan Stojmenovic, and Carmen M.
Yago. Localized minimum-energy broadcasting
for wireless multihop networks with directional
antennas. IEEE Transactions on Computers,
2008. to appear.
8. François Ingelrest, Nathalie Mitton, and David
Simplot-Ryl. A turnover based adaptive hello
protocol for mobile ad hoc and sensor networks.
In Proc. 15th Annual Meeting of the IEEE International Symposium on Modeling, Analysis, and
Simulation of Computer and Telecommunication Systems (MASCOTS 2007), Istanbul, Turkey,
2007.
9. François Ingelrest and David Simplot-Ryl. Localized broadcast incremental power protocol for
wireless ad hoc networks. Wireless Networks,
14(3) :309–319, 2008.
10. Farid Naït-Abdesselam, Brahim Bensaou, and
Tarik Taleb. Detecting and avoiding wormhole attacks in wireless ad hoc networks. IEEE
Communications Magazine, 2008.
2.12 SMAC
Mots-clés : Intelligence Artificielle, Systèmes Multi-Agents, Interaction, Comportement, Simulation,
Economie Computationelle, Théorie des Jeux
2.12.1 Membres
Permanents
Bruno BEAUFILS, MCF Université de Lille 1 dans l’équipe depuis septembre 2000
Jean-Paul DELAHAYE, PREX Université de Lille 1 dans l’équipe depuis 1998
Patricia EVERAERE, MCF Université de Lille 1 dans l’équipe depuis Sept 2007
Philippe MATHIEU (resp.), PR1 Université de Lille 1 dans l’équipe depuis 1998
Sebastien PICAULT, MCF Université de Lille 1 dans l’équipe depuis sept. 2002
Jean-Christophe ROUTIER, PR2 Université de Lille 1 dans l’équipe depuis 1994
Yann SECQ, MCF Université de Lille 1 dans l’équipe depuis Sept 2004
2.12. SMAC
Non permanents
Laeticia BONTE, Doctorant Université de Lille 1 dans l’équipe depuis Sept 2005
Rémi DORAT, Doctorant Université de Lille 1 dans l’équipe depuis Sept 2006
Tony DUJARDIN, Doctorant Université de Lille 1 dans l’équipe depuis Sept 2006
Yoann KUBERA, Doctorant Université de Lille 1 dans l’équipe depuis Sept 2007
Benoit LACROIX, Doctorant Université de Lille 1 dans l’équipe depuis Sept 2006
Lin MA, Doctorant Université de Lille 1 dans l’équipe depuis Sept 2006
Antoine NONGAILLARD, Doctorant Université de Lille 1 dans l’équipe depuis Sept 2005
Invités et anciens membres
Maxime MORGE (ATER).
2.12.2 Problématique
L’équipe SMAC positionne ses recherches au sein de l’Intelligence Artificielle Distribuée. Notre
objectif principal dans ce cadre concerne la conception de comportements intelligents pour des entités artificielles. Cette approche est qualifiée de centrée individu car son objectif est d’obtenir les
phénomènes de groupe attendus par agrégation de comportements individuels. L’intérêt de faire
le lien entre le niveau microscopique de la simulation et le niveau macroscopique est de fourni aux
expérimentateurs des modèles explicatifs et non plus seulement prédictifs. Cette thématique est utilisée dans divers domaines : l’économie, les transports, la biologie, le domaine militaire ou le domaine
des loisirs dans lequel on trouve notamment les jeux vidéo. Nous étudions ce problème à travers
deux aspects qui sont, d’une part, la théorie des jeux computationnelle qui nous fournit un cadre
formel pour modéliser, comparer et évaluer des comportements et d’autre part la simulation centrée
interactions dans laquelle nous étudions plus particulièrement les organisations permettant à ces
comportements d’interagir entre eux. Toutes nos recherches sont guidées par une approche Génie
Logiciel qui nous permet de fournir pour chacun de nos travaux des plateformes ou des modèles
réutilisables par la communauté.
Simulations Centrées Interactions.
Modéliser des comportements réalistes devient très délicat dès que les interactions deviennent
complexes. C’est notamment le cas dans les simulations en sciences sociales, en biologie moléculaire
ou même dans le cadre des jeux vidéo. Il est notamment difficile de réutiliser les interactions antérieurement définies et donc d’avoir une approche Génie Logiciel de la conception de simulations.
Il n’existe actuellement aucune approche informatique permettant une modélisation générique de
telles situations. Nos travaux visent à fournir des outils génériques, tant conceptuels, logiciels que
méthodologiques pour des applications mettant en oeuvre des simulateurs modélisant des comportements réalistes. Deux directions fondamentales dans ce thème sont suivies : la conception d’applications large échelle (approche réactive) et les outils permettant des comportements les plus rationnels possibles (approche cognitive). Toutes deux s’appuient sur la méthodologie IODA proposée par
l’équipe.
Théorie des jeux computationelle.
D’une manière générale nous tentons dans un cadre formel issu de la théorie des jeux, via des
contacts avec les autres disciplines scientifiques intéressées par les systèmes complexes, de développer notre connaissance sur les phénomènes de coordination. Nous concentrons nos efforts sur
les deux dimensions complémentaires de la coordination : la coopération et la compétition. Nous
menons pour cela une collaboration étroite avec des chercheurs de sciences économiques dans un
projet sur la Complexité, l’Interaction Stratégique et la Coopération. Notre coopération concerne
l’application des techniques de théorie des jeux computationnelle à l’étude des modèles de marchés ou autre phénomènes financiers dans lesquels l’expression et l’évaluation de comportements
individuels peut permettre la compréhension des phénomènes globaux. Identifier quels comportements sont nécessaires pour obtenir des bulles spéculatives par exemple. Ces travaux sont intégrés
à l’ACI sur les systèmes complexes en SHS à laquelle nous participons ainsi que dans le projet INRIA
FERMAT en cours d’élaboration.
2.12.3 Résultats
– 3 thèses et 1 habilitation ont été soutenues dans l’équipe depuis Janvier 2005.
71
72
Équipes
– L’équipe a été présente avec des papiers acceptés sur un grand nombre de conférences Internationales et nationales du domaines. On notera par exemple que nous avons systématiquement
des papiers acceptés à ECAI, la plus grande conférence Européenne du domaine et systématiquement aux JFSMA, la conférence française du domaine.
– L’équipe SMAC a toujours eu un grand souci de mise en oeuvre des modèles qu’elle propose
dans une approche Génie Logiciel. La plupart de nos travaux ont notamment donné lieu à
des outils disponibles sur notre site internet http://www.lifl.fr/SMAC (voir la rubrique Logiciels).
– Les chercheurs de l’équipe sont relecteurs de plusieurs revues nationales (RIA, RSTI) et internationales (JAAMAS, TCS, ECR, ..) ainsi que de nombreuses conférences (ECAI, IJCAI, AE, ESSA,
EUMAS, JFSMA, MFI, JFPDA, ...)
2.12.4 Perspectives
Auto-Evaluation
Les travaux de l’équipe SMAC sont d’une qualité certaine, mais ne sont pas suffisamment visibles au niveau International. Il faudra dans les années qui viennent renforcer les publications en
revues internationales (la culture actuelle va plutôt vers les conférences) et renforcer la visibilité de
l’ensemble de l’équipe à l’extérieur.
Perspectives
D’une manière générale, l’un des objectifs scientifiques de l’équipe consiste à fusionner l’ensemble de ses travaux et de ses outils dans une méthodologie commune. C’est l’objectif de notre
travail sur IODA dans lequel l’ensemble des thèmes de l’équipe devrait s’inscrire. Il s’agit ici d’un problème dur : méthodes et outils pour l’approche centrée-individus couvrant à la fois les aspects centralisés et distribués, cognitifs et réactifs, en environnement géographique ou non. Aucune équipe
actuelle n’a encore de réponse à cette unification.
Plusieurs contrats sont en cours d’élaboration. Les années qui viennent permettront de les concrétiser. parmi ceux-ci on notera :
– L’usage de notre API Cocoa dans les plateformes de jeux Vidéo de la Société Ankama.
– La mise en place de systèmes comportementaux normatifs et non normatifs chez Renault
– Un nouveau projet labellisé par le pôle de commerce PICOM sur des agents négociateurs (Acheteurs et Vendeurs) à travers le WEB
– Des agents adaptés au Semantic Web et à la fouille de données avec la société Archimed
2.12.5 Collaborations
– INRETS. Modélisation du comportement des pié– RENAULT. Conception d’outils de diférentiation
tons dans l’architecture ARCHISIM de l’INRETS. Cette comportementale pour les générateurs de traffic utilicollaboration s’est concrétisée par la thèse de L Bonte. sés dans le simulateur SCANNER. Cette collaboration
(Contact : S Espié)
est concrétisée par la thèse de B Lacroix (Contact A
– THALES. Conception d’agents conscients du temps Kemeny).
par l’utilisation d’Artifacts de calcul. Cette collabora- – Concordia Univ. Collaboration sur la comparaison
tion a donnée lieu à la Thèse de C Dinont. (Contact P des approches centralisées et Multi-Agents pour l’alTaillibert)
location de ressources en environnement dynamique
– ANKAMA. Mise en place d’un dispositif de raisonne- avec le Pr B Jaumard, Université de Concordia, Monment cognitif pour les Personnages Non Joueurs.
treal, Quebec
2.12.6 Contrats
Anayse computationnelle des marchés et institutions (ACI –Systèmes Complexes en SHS) de 2004 à
2007, partenaires : LEM : Lille Metropole Economie (Pr
O Brandouy).
2.12.7 Logiciels et brevets
MOSAIQUES (CPER) de 2005 à 2008.
MIAOU (CEPR) de 2005 à 2008.
EUCUE (CPER) de 2005 à 2008.
2.12. SMAC
GENCA (http://www2.lifl.fr/SMAC/projects/
genca/) : APi de négociation entre agents
IODA (http://www2.lifl.fr/SMAC/projects/
ioda/) : Plateforme de simulations à agents situés,
réactifs, large échelle
COCOA (http://www2.lifl.fr/SMAC/projects/
cocoa/) : Plateforme à agents situés, cognitifs.
PRISON (http://www2.lifl.fr/IPD/) : API d’évalua-
73
tion de comportements en théorie des jeux
MAGIQUE (http://www2.lifl.fr/SMAC/projects/
magique/) : Plateforme de conception d’application à
agents physiquement distribués.
SIMULE (http://www2.lifl.fr/SMAC/projects/
simule/) : Plateforme de développement d’applications large échelle, s’appuyant sur IODA
2.12.8 Thèses et habilitations à diriger des recherches
Habilitations à diriger des recherches
Jean-Christophe ROUTIER, Conception par agent
orientée compétences (nov 2005).
Damien DEVIGNE, Approche centrée interaction pour
la simulation d’agents cognitifs situés (3 Juillet 2007).
Cedric DINONT, Calculs longs et partage des ressources
processeur dans les systèmes multi-agents cognitifs (31
mars 2007).
Thèses de doctorat
Julien DERVEEUW, Simulation multi-agents de marchés financiers (14 Janv 2008).
2.12.9 Visibilité et faits marquants
Visibilité
– Jean-Paul Delahaye a participé plusieurs fois à des émissions scientifiques de Radio. Il tient
par ailleurs la rubrique « Logique et calcul » de La revue Pour La Science (un article de 6 pages
chaque mois). Il publie par ailleurs un livre tous les deux ans, des articles dans l’Encyclopédie
Universalis et dans Interstices (http://interstices.info/)
– P Mathieu a été nommé en 2007 Président des Journées Francophones sur les Systèmes MultiAgents (JFSMA) , la conférence Française du domaine.
– P Mathieu a participé à près de 20 thèses et habilitations ces 3 dernières années (près de 60 au
total), dont plus de la moitié comme rapporteur.
– P Mathieu a été élu, puis réélu 2 fois Président de la Commission de Spécialistes en Informatique de Lille 1 (CSE 27)
– L’équipe a ou a eu dans cette période, plusieurs membres élus des conseils centraux de notre
université : CA (Y Secq, B Beaufils), CS (P Mathieu), CEVU (Y Secq, JC Routier, P Mathieu). Elle
contient aussi depuis récemment un Vice-président de l’Université (P Mathieu).
Ces différents points factuels, montrent que l’ensemble des membres de l’équipe est très visible
aussi bien sur le plan local que national. Par ailleurs, les collaborations industrielles sont aussi là
pour en attester.
2.12.10 Publications significatives
1. Cédric Dinont an Emmanuel Druon, Philippe
Mathieu, and Patrick Taillibert. Artifacts for
time-aware agents. In Proceedings of the International Joint Conference on Autonomous
Agents & Multi-Agent Systems (AAMAS’06),
pages 593–600, 2006.
2. Bruno Beaufils and Philippe Mathieu. Cheating is not playing : Methodological issues of
computational game theory. In G. Brewka,
S. Coradeschi, A. Perini, and P. Traverso, editors,
Proceedings of the 17th European Conference on
Artificial Intelligence (ECAI’06), pages 185–189.
IOS Press, 2006.
3. Rémi Dorat and Jean-Paul Delahaye. Networks
of communities and evolution of cooperation.
International Journal of Bifurcation and Chaos
in Applied Sciences and Engineering, 2008. To
appear.
4. Yoann Kubera, Philippe Mathieu, and Sébastien
Picault. Interaction-oriented agent simulations : From theory to implementation. In
Proceedings of the 18th European Conference on
Artificial Intelligence (ECAI’08). IOS Press, 2008.
To appear.
5. Maxime Morge and Jean-Christophe Routier.
Debating over heterogeneous descriptions.
Journal of Applied Ontology, 2(3-4) :333–349,
2007. Special issue on Formal Ontologies for
Communicating Agents.
6. Marie-Hélène Verrons and Philippe Mathieu.
How to solve a scheduling problem by negotiation. In Proceedings of the 6th International
74
Équipes
Conference on the Practice and Theory of Automated Timetabling (PATAT’06), volume 3867
of Lecture Notes in Computer Science, pages
502–505. Springer, 2006.
2.13 STC
Mots-clés : Modélisation, Vérification, Sûreté de fonctionnement, Simulation, Systèmes embarqués,
Mobilité, Circuits, Biologie systémique, Documents XML, Bases de données Automates, Logique,
Langages de programmation, Concurrence, Processus stochastiques, Raffinement
2.13.1 Membres
Permanents
Yves ANDRÉ, MCF Université de Lille 3 dans l’équipe depuis 2000
Anne-Cécile CARON, MCF Université de Lille 1 dans l’équipe depuis 2000
Mireille CLERBOUT, PR2 Université de Lille 1 dans l’équipe depuis 2000
Philippe DEVIENNE, CR1 CNRS dans l’équipe depuis 2000
Cédric LHOUSSAINE, MCF Université de Lille 1 dans l’équipe depuis 2004
Mirabelle NEBUT, MCF Université de Lille 1 dans l’équipe depuis 2003
Joachim NIEHREN, DR2 INRIA dans l’équipe depuis 2005 à 50 %
Yves ROOS, MCF Université de Lille 1 dans l’équipe depuis 2000
Isabelle SIMPLOT-RYL, PR2 Université de Lille 1 dans l’équipe depuis 2000
Sophie TISON (resp.), PR1 Université de Lille 1 dans l’équipe depuis 2000
Non permanents
Emmanuel FILLIOT, Doctorant Université de Lille 1 dans l’équipe depuis octobre 2005
Olivier GAUWIN, Doctorant Université de Lille 1 dans l’équipe depuis décembre 2006
Dorina GHINDICI, Doctorant Université de Lille 1 dans l’équipe depuis octobre 2005
Slawek STAWORKO, POST-DOC INRIA dans l’équipe depuis 1/07/2007
Invités et anciens membres
Jean-Marc TALBOT (Maitre de conférence).
Mathias SAMUELIDES (ATER).
Ammar ALJER (Post-doc).
2.13.2 Problématique
L’équipe est née en 2000 du regroupement de plusieurs équipes désireuses de partager et d’appliquer leurs compétences (logique, automates, réécriture, traces, contraintes,...) pour modéliser, spécifier et vérifier dans divers domaines, en interaction avec d’autres équipes ou d’autres partenaires.
Fonctionnant d’une certaine façon comme une pépinière, elle a permis la naissance de quatre projets, liés à quatre domaines d’applications différents :
– BHDL (P. Devienne) Dans le domaine de la conception et la maintenance de systèmes électroniques embarqués, l’utilisation d’un langage formel de spécification est de plus en plus
considérée comme le fondement d’un réel processus de validation en particulier dans le cas
d’exigences de sureté ou de sécurité par exemple pour des systèmes dit critiques. Le fil conducteur de nos recherches est la conception globale par raffinement en prenant en particulier en
compte le co-design (hardware/software), la traçabilité de propriétés de sureté et sécurité, la
tolérance aux pannes.
– BIOCOMPUTING (C. Lhoussaine, M. Nebut, J. Niehren : L’objectif principal est de proposer de
nouveaux outils informatiques dédiés à la biologie systémique afin, plus spécifiquement, de
contribuer à une meilleure compréhension de la dynamique des réseaux de régulation génétique. Notre objectif est double :
– étudier les langages de programmation concurrents dédiés à la modélisation tant qualitative que quantitative des systèmes biologiques et à leur simulation.
2.13. STC
– modéliser des réseaux de régulation génétique comme études de cas du domaine de la
biologie cellulaire procaryotique.
– QUERY (Y. André, AC Caron, J. Niehren, Y. Roos, S.Tison) Le domaine d’application ici est
l’extraction d’information dans les données semi-structurées, en partenariat avec l’équipe
Grappa pour les aspects adaptatifs. Nous considérons des données modélisées par des arbres,
ordonnés ou non, d’arité bornée ou non, ou des graphes dirigés. Dans ce contexte, nous nous
intéressons aux tâches de validation -automates, logique et model-checking, contraintes et
algorithmes-, d’interrogation et navigation -logique (MSO, FO, TQL ...), Xpath, composition de
requêtes, transformation de requêtes,...- et de transformation - transducteurs, ...,-.
– SAFE (M. Clerbout, I. Simplot-Ryl) Dans la thématique générale de la spécification et de la
vérification, nous nous sommes intéressés en particulier à la sûreté de fonctionnement des
systèmes distribués et ouverts, pouvant être mis à jour après diffusion. Nos travaux ont eu
pour motivation commune d’étudier les apports des méthodes formelles à la sûreté de fonctionnement et à la sécurité dans des contextes applicatifs variés dans les systèmes distribués,
ouverts, extensibles, supportant l’adaptabilité ou la mobilité. En particulier, nous sommes intéressés aux apports des constructions orientées objet dans ce domaine et à la manière dont
on peut assurer une certaine sûreté de fonctionnement et, dans certains cas, des propriétés de
sécurité en restant le plus proche possible des préoccupations et des habitudes des programmeurs. Nous nous sommes efforcés d’imposer le moins de contraintes possible et de proposer
des solutions faciles d’utilisation, de restreindre au minimum l’usage des mécanismes objet,
au prix de l’expressivité si nécessaire. Nous avons souhaité mettre en avant l’aspect « ouvert
» des systèmes donc utiliser exclusivement un raisonnement local qui ne repose pas sur un
état du contexte à un instant donné. Enfin, pour que nos propositions soient réalistes, nous
nous sommes efforcés de rester dans le cadre de vérifications ou d’analyses statiques afin de
ne jamais pénaliser les performances d’exécution : nous allons donc proposer de raisonner
statiquement sur des comportements intrinsèquement dynamiques et les mêmes problèmes,
par exemple le traitement de la liaison dynamique de méthode, vont se décliner aux travers
des différents sujets abordés.
2.13.3 Résultats
Langages de programmation Dans [797, 269], nous avons proposé une extension orientée objet
du pi-calculus stochastique (Spi) appelé Spico afin de simplifier et améliorer la modélisation. Spico
possède une sémantique stochastique formelle fondée sur des Chaînes de Markov à Temps Continu
et nous avons montré qu’il y a codage de Spico dans Spi préservant la sémantique stochastique.
Dans [260], nous présentons le pi-calcul attribué, une extension du pi-calcul dont les processus sont attribués et les synchronisations dépendent des attributs. Ce calcul permet de définir les
propriétés spatiales, géométriques, physiques ou biologiques des processus.
Nous avons proposé une langage à base de règles de réactions, fondé sur le Join-calcul, destiné
à fournir un cadre unificateur pour les langages à règles. Des travaux en cours utilisent ce langage
pour étudier et comparer l’expressivité des langages de modélisation Biocham et Kappa.
Modélisation de Cas d’études en Biologie Plusieurs cas d’études, réalisés avec Spico, nous ont
permis de définir de nouvelles techniques de modélisation [462, 157, 1102]. En particulier, nous
avons montré comment modéliser et simuler la coopérativité dans la régulation des génes de la
bactérie sur l’exemple du lambda switch, et comment, plus généralement, comment exprimer la
transcription et traduction bactérienne [138]. Des travaux en cours étudient différentes techniques
de modélisation à base de règles à travers l’exemple de l’atténuation de la traduction de l’opéron
tryptophane, un exemple conplexe de mécanisme de régulation.
Plate-forme BHDL. Dans le cadre du programme à vocation mondiale ITRANS : pôle de compétitivité sur les transports ferroviaires, nous avons monté un programme de recherche AFCIM (Architectures formelles pour la conception intégrée et la maintenance de systèmes embarqués) qui a
obtenu un financement sur 3 ans (2006-2009). Nous avons développé une plateforme d’expérimentation BHDL qui met en œuvre nos travaux sur le co-design par raffinement autour du langage B, son
atelier de preuve (Atelier B) et le langage VHDL
Extension dynamique de classes dans le cadre de la collaboration avec Oslo. Nous offrons la
possibilité de modifier, pendant l’exécution, la définition d’une classe sans arrêter le système en
impactant toutes les futures instances de cette classe et de ses sous-classes mais aussi toutes les
instances existantes de cette classe et de ses sous-classes. Nous avons défini un modèle (et modifié
75
76
Équipes
l’implantation de C REOL en conséquence) autorisant uniquement l’addition d’attribut, l’addition et
la redéfinition de méthodes qui, comparé à la littérature, nous permet de mettre à jour des objets
actifs, ne terminant pas forcément, de manière asynchrone, en ne gardant cependant qu’une version
de classe dans le système et dans un modèle qui supporte l’héritage multiple.
Spécification de composants logiciels. Définition d’une notation permettant de spécifier le comportement observable en termes de traces de communication. Le niveau d’abstraction choisi nous
permet à la fois de nous abstraire des spécificités de chaque technologie et de rester assez proches
d’un modèle exécutable pour envisager des techniques de validation telles que le test. Nous proposons une démarche globale permettant d’accroître la connaissance du comportement d’un composant à toutes les étapes de son cycle de vie, et donc d’améliorer la sûreté des applications :
1. les composants « réels » sont testés pour s’assurer de leur conformité par rapport à une spécification donnée ;
2. les validations d’intégration de composants et des assemblages complets sont réalisées sur le
modèle formel.
Sûreté de fonctionnement et sécurité dans les systèmes embarqués. Ces travaux ont été menés
en collaboration avec l’équipe RD2P :
– dans les systèmes embarqués de petite taille permettant le chargement dynamique d’applications ou l’extension du système, la confidentialité et l’intégrité des données sont souvent
garanties par le typage. Nous avons proposé de faire reposer la sécurité de l’extensibilité des
systèmes et des systèmes de types qu’ils supportent sur un système de méta-types contrôlant,
au chargement, les éditions de liens réalisées. Ces résultats sont intégrés au système C AMILLE ;
– nous avons également étudié les moyens d’assurer la fiabilité des composants système chargés
dynamiquement dans le contexte des systèmes extensibles. Nous avons obtenu des résultats
basés sur l’analyse statique de bytecode (puisque nous considérons du code mobile) pour la
vérification au chargement de plusieurs types de composants. Nous utilisons une technique,
développée dans le cadre de la vérification de type, permettant, grâce un pré-calcul, à un système embarqué de petite taille de vérifier la propriété d’un composant chargé de manière autonome. Nos résultats sur la vérification au chargement d’ordonnanceurs temps réels, l’analyse
de flot d’information et l’analyse d’échappement sont implantés dans la plateforme J ITS.
Efficacité et Expressivité de langages de requêtes XML (en collaboration avec l’équipe Grappa.)
Nous avons exhibé un fragment efficace de XPath 2.0. (ACM PODS 2007 [229]). Nous avons proposé un modèle d’automates de requêtes n−aires pour les arbres d’arité non bornée [311], étendu et
généralisé les notions d’indépendance de variables et de dimension orthographique issues des bases
de données au cas des requêtes n−aires définissables en MSO ou en FO [232]. Etudiant l’évaluation
de requêtes en « streaming », nous avons proposé une classe d’automates (streaming tree automata)
adaptée et en avons déduit un algorithme optimal, dans la mesure où il donne la réponse dès que
possible lors du parcours du document, (Thèse d’O. Gauwin, PlanX 2008) .
Dans le cadre de la thèse de D. Debarbieux, nous avons étudié les requêtes dans les données semistructurées modélisées par des graphes orientés, proposant en particulier de nouveaux algorithmes
de décision pour le problème d’implication de contraintes d’inclusion ([4]).
Automates et TQL Dans le cas des arbres ordonnés, définissant une nouvelle classe d’automates,
les « TAGED » (Tree Automata with Global Equalities and Disequalities), nous avons montré la décidabilité de la satisfiabilité d’un fragment de la logique spatiale TQL -Tree Query Logic proposée par
Cardelli et Ghelli- avec variables d’arbres [231]. Cette classe d’automates peut aussi être appliquée
dans le cadre de l’unification avec contraintes d’appartenance, ou de MSO étendue avec des tests
d’égalité. Dans le cadre des arbres non ordonnés, nous avons étudié différents aspects - expressivité, model-checking, satisfiabiliité- de TQL et proposé des fragments syntaxiques capturant MSO et
PMSO [177], nous appuyant sur une nouvelle classe d’automates à contraintes arithmétiques. Plus
généralement nous avons étudié le lien dans le cas non ordonné entre automates et logiques [176] .
Quelques autres résultats autour des Automates
En collaboration avec H. Ohsaki (NAIST, Japan), nous avons étudié le cas des arbres non ordonnés d’un point de vue « automates équationnels AC » [315]. Avec G. Godoy (UPC, Spain), privilégiant
l’utilisation des automates, nous avons obtenu de nouveaux résultats de décidabilité pour des propriétés de normalisation de systèmes de réécriture [252]. Avec S. Maneth (NICTA, Australia) et G.
Godoy, nous avons apporté une réponse -très- partielle au problème (ouvert depuis 30 ans) de la
décidabilité de la préservation de la reconnaissabilité par morphismes d’arbres [251]. Nous avons
étudié en collaboration avec l’équipe Grappa de nouvelles classes de langages réguliers apprenables
2.13. STC
77
à partir d’exemples positifs [64, 556].
2.13.4 Perspectives
Bilan général : L’objectif de la création de STC en 2002 était la définition de nouveaux projets autour de l’utilisation de méthodes formelles dans différents domaines d’application. Cet objectif est
atteint, et de façon satisfaisante comme en attestent les publications dans les conférences et revues
des domaines d’application (PODS, CMSB, ...). Nous avons décidé que les groupes poursuivraient
le développement de leur projet au sein des équipes correspondant au domaine d’application : Biocomputing de façon autonome dans l’équipe thématique « Modélisation du vivant », Query au sein
de Mostrare, Safe au sein de l’équipe Pops, BHDL dans l’équipe WEST. Ce choix a été pris pour des raisons de clarification des structures et d’efficacité mais nous sommes soucieux de garder le lien entre
les différents membres de l’équipe qui ont une culture « méthodes formelles » (séminaires communs
par exemple).
Le bilan par projets :
BioComputing est une activité émergente dont les membres, issus de la communauté des langages de programmation, ont consacré beaucoup d’efforts à leur formation en biologie ; ce fut fructueux comme l’attestent les publications obtenues dans ce domaine. Pour renforcer les collaborations avec des biologistes, a été soumise une demande de projet de l’Institut de Recherche Interdisciplinaire de Lille.
Les différents travaux réalisés de SAFE ont été conduits par l’intérêt pour la sûreté de fonctionnement et la sécurité dans les systèmes distribués, ouverts, extensibles, supportant l’adaptabilité ou
la mobilité. Les domaines d’application choisis étaient assez variés et il nous a paru nécessaire de
recentrer l’activité de Safe sur un champ plus étroit compte-tenu des forces disponibles. Les travaux
sur les systèmes embarqués de petite taille ayant été les plus fournis et offrant des perspectives à
moyen et long terme, le groupe Safe a choisi de poursuivre dans cette voie au sein de l’équipe R D 2 P.
Query poursuit naturellement son travail autour des requêtes et des transformations de données
semi-structurées au sein de l’équipe MOSTRARE, en développant l’aspect « sécurité des échanges de
contenus ».
BHDL rejoint l’équipe WEST où il prévoit d’étendre son langage d’annotations et de modélisation
vers le langage PSL, adaptation de la logique LTL créée par les développeurs de circuits numériques,
pour pouvoir par exemple exprimer des propriétés temporelles.
Remarques : Un de nos points faibles reste le nombre de doctorants qui a augmenté mais reste
faible ; ceci est dû essentiellement à la difficulté de recrutement sur nos thématiques. D’autre part,
notre activité en termes de projets nous semble satisfaisante au niveau national mais doit être développée au niveau européen.
2.13.5 Collaborations
– Adelinde M. Uhrmacher and Mathias John, simulation and modelling group, University of Rostock,
Germany
– Céline Kuttler and Valerio Passini, Centre for Computational and Systems Biology, University of Trento,
Italy
– Cristian Versari, University of Bologna, Italy.
–
–
–
–
–
–
Olaf Owe et Einar Broch Johnsen, Oslo University
Issa Traoré, Victoria University, Canada
Guillem Godoy (UPC, SPAIN) [252, 251]
Sebastian Maneth (NICT, Australia) [251]
UTC, INRETS et LIFC (projet AFCIM).
Hitoshi Ohsaki (NAIST, Japan) [315]
2.13.6 Contrats
Programmation concurrente pour la régulation de
réseaux de régulation génétique (BQR) de 2004 à
2005.
Modélisation et simulation de réseaux de régulation
génétiques : équations différentielles et programmation concurrente (PPF Bio-Informatique) de 2008 à
2009, partenaires : STC/BioComputing et Calfor.
Régulation de l’expression génétique : aux frontières des modélisations déterministes et sto-
chastiques. (PEPS) de 2008 à 2009, partenaires :
STC/BioComputing et Calfor.
Sfincs (ANR –SESUR 2007) de 2008 à 2010.
Spops (ACI –Securité) de 2003 à 2006, partenaires :
coordonnée par G. Barthe.
projet Mosaiques (CPER, programme Tac) de 2004 à
2006.
Creol (Research Council of Norway (IKT-2010)) de
2004 à 2008.
78
Équipes
Cocoa (CPER, programme Tac) de 2004 à 2006.
TraLala (ACI –Masse de Données) de 2004 à 2007.
Enum (ANR –Blanc) de 2007 à 2009.
Architectures Formelles pour la Conception Intégrée
et la Maintenance de systèmes embarqués (AFCIM)
(Projet pôle de compétitivité I-Trans) de 2006 à 2008,
partenaires : JL Boulanger (UTC), G. Mariano (INRETS,
Villeneuve d’Ascq), J.Julliand, F. Bouquet (LIFC) Coord.
national : P. Devienne.
BioSpace (ANR –Jeunes Chercheurs) de 2008 à 2010,
partenaires : coord. : C. Lhoussaine.
Codex (ANR –Domaines Emergents) de 2008 à 2010.
2.13.7 Logiciels et brevets
Spico (http://spico.gforge.inria.fr) : An implementation of the Stochastic PI-calculus with Concurrent Objects.
BHDL : plateforme opensource d’expérimentation
qui met en œuvre nos travaux sur le co-design par
raffinement autour du langage B, son atelier de preuve
(Atelier B) et le langage VHDL
2.13.8 Thèses et habilitations à diriger des recherches
Habilitations à diriger des recherches
Jean-Marc TALBOT, Model-checking pour les ambients : des algèbres de processus aux données semistructurées. (9 décembre 2005).
Isabelle SIMPLOT-RYL, Sûreté de fonctionnement en
contexte objet, distribué et extensible. (4 décembre
2006).
Thèses de doctorat
Denis DEBARBIEUX, Modélisation et requêtes des documents semi-structurés : exploitation de la structure
de graphe. (9 décembre 2005).
Iovka BONEVA, Expressivité, satisfiabilité et model checking d’une logique spatiale pour arbres non ordonnés.
(22 juin 2006).
Céline KUTTLER, Modélisation de l’expression génétique bactérienne dans un pi-calcul stochastique à
objets concurrents. (23 janvier 2007).
Arnaud BAILLY, Test et validation de composants
logiciels. (15 décembre 2005).
Yann HODIQUE, Sûreté et optimisation par les systèmes de types en contexte ouvert et contraint. (13 avril
2007).
2.13.9 Visibilité et faits marquants
Visibilité
Membres de comités de programme de conférences internationales (RTA’09, LCN’08, MFCS’08,
CSMB’08,FOSSACS’07,MFCS’07,RTA’07... ), de nombreux workshops, de comité éditorial de revues
(RAIRO ITA), tutoriaux invités, participation à l’organisation de conférences (BDA’06,EGC’06,..), nombreuses responsabilités (direction ED, laboratoire, conseils de l’Université, direction département
IUT, ...) : voir fiches individuelles.
2.13.10 Publications significatives
1. Yves André, Anne-Cécile Caron, Denis Debarbieux, Yves Roos, and Sophie Tison. Path
constraints in semi-structured data. Theoretical Computer Science, 385(1-3) :11–33, 2007.
2. Arnaud Bailly, Mireille Clerbout, and Isabelle
Simplot-Ryl. Component composition preserving behavioural contracts based on communication traces. Theoretical Computer Science,
363(2) :108–123, 2006.
3. Iovka Boneva, Jean-Marc Talbot, and Sophie
Tison. Expressiveness of a spatial logic for trees.
In 20th Annual IEEE Symposium on Logic in
Computer Science (LICS 2005), pages 280–289.
IEEE Comp. Soc. Press, 2005.
4. Emmanuel Filiot, Joachim Niehren, Jean-Marc
Talbot, and Sophie Tison. Polynomial time
fragments of XPath with variables. In 26th ACM
SIGMOD-SIGACT-SIGART Symposium on Prin-
ciples of Database Systems (PODS 2007), pages
205–214. ACM-Press, 2007.
5. Olivier Gauwin, Joachim Niehren, and Yves
Roos. Streaming tree automata. Information
Processing Letters, 2008. To appear.
6. Guillem Godoy and Sophie Tison. On the normalization and unique normalization properties of term rewrite systems. In International
Conference on Automated Deduction (CADE
2007), volume 4603 of Lecture Notes in Computer Science, pages 247–262. Springer Verlag,
2007.
7. Gilles Grimaud, Yann Hodique, and Isabelle
Simplot-Ryl. On the use of metatypes for safe
embedded operating system extension. International Journal of Parallel, Emergent and
Distributed Systems (IJPEDS), 22(1) :1–13, 2007.
8. Mathias John, Cédric Lhoussaine, Joachim
2.14. WEST
79
Niehren, and Adelinde M. Uhrmacher. A stochastic pi calculus for concurrent objects. In
Sixth International Conference on Computational Systems Biology (CMSB’08), LNCS. Springer
Verlag, 2008.
tional Conference on Formal Methods for Open
Object-Based Distributed Systems (FMOODS’05),
volume 3535 of Lecture Notes in Computer
Science, pages 15–30. Springer-Verlag, June
2005.
9. Einar Broch Johnsen, Olaf Owe, and Isabelle
Simplot-Ryl. A dynamic class construct for
asynchronous concurrent objects. In M. Steffen and G. Zavattaro, editors, Proc. 7th Interna-
10. Wim Martens and Joachim Niehren. On the Minimization of XML Schemas and Tree Automata
for Unranked Trees. Journal of Computer and
System Science, 73 (4) :550–583, 2007.
2.14 WEST
Mots-clés : Parallélisme, systèmes embarqués, temps-réel, ingénierie dirigée par les modèles, compilation, conception conjointe
2.14.1 Membres
Permanents
Pierre BOULET, PR2 Université de Lille 1 dans l’équipe depuis 1998
Jean-Luc DEKEYSER (resp.), PR1 Université de Lille 1 dans l’équipe depuis 1984
Cédric DUMOULIN, MCF Université de Lille 1 dans l’équipe depuis 2005
Anne ÉTIEN, MCF Université de Lille 1 dans l’équipe depuis 2006
Abdoulaye GAMATIÉ, CR2 CNRS dans l’équipe depuis 2005
Frédéric GUYOMAR’H, MCF Université de Lille 1 dans l’équipe depuis 2007
Emmanuel LEGUY, IE Université de Lille 1 dans l’équipe depuis 2008
Philippe MARQUET, MCFHC Université de Lille 1 dans l’équipe depuis 1992
Samy MEFTALI, MCF Université de Lille 1 dans l’équipe depuis 2006
Non permanents
Adolf ABDALLAH, Doctorant INRIA dans l’équipe depuis 2007
Mouna BAKLOUTI, Doctorant Université de Lille 1 dans l’équipe depuis 2007
Rabïe BEN ATITALAH, POST-DOC INRIA dans l’équipe depuis 2004
Hajer CHTIOUI, Doctorant Université de Lille 1 dans l’équipe depuis 2006
Calin GLITIA, Doctorant INRIA dans l’équipe depuis 2006
Souha KAMOUN, Doctorant Université de Lille 1 dans l’équipe depuis 2006
Sébastien LE BEUX, POST-DOC INRIA dans l’équipe depuis 2004
César MOURA, POST-DOC INRIA dans l’équipe depuis 2007
Imran Rafiq QUADRI, Doctorant Université de Lille 1 dans l’équipe depuis 2006
Julien TAILLARD, Doctorant Université de Lille 1 dans l’équipe depuis 2005
Huafeng YU, Doctorant INRIA dans l’équipe depuis 2005
2.14.2 Invités et anciens membres
Éric RUTTEN (CR1 INRIA).
Abou El Hassan BENYAMINA (Chercheur invité).
Emmanuel RENAUX (Postdoc).
Luc CHAREST (Postdoc).
Antoine HONORÉ (Ingénieur).
Cyril JOLY (Ingénieur).
Anouar DZIRI (ATER).
2.14.3 Problématique
La thématique de l’équipe concerne la conception conjointe matériel/logiciel de systèmes embarqués avec du calcul intensif. Plus particulièrement, l’équipe travaille autour des axes de recherche
suivants :
Co-modélisation de système-sur-puce à hautes performances (ou High-Performance System-onChip, HPSoC). Ici l’objectif consiste à définir des métamodèles pour spécifier l’application, l’ar-
80
Équipes
chitecture et l’association (logiciel/matériel). Ces métamodèles ont été définis dans un souci
de conformité avec le profil standard OMG MARTE, dédié au domaine de l’embarqué.
Techniques d’optimisation et de compilation. La première préoccupation ici concerne le développement de transformations automatiques de calculs avec du parallélisme de données. Ces
transformations permettent à la fois de placer et d’ordonnancer une application sur une architecture. L’autre préoccupation concerne le processus de transformation de modèles de haut
niveau vers la simulation (SystemC), l’exécution (OpenMP) ou la synthèse de code (VHDL).
Simulation et synthèse de HPSoC. Nous proposons d’utiliser la plate-forme SystemC pour simuler
à différents niveaux d’abstraction le résultat de la conception des SoC à hautes performances.
Nous prenons en compte l’intégration des IP (Intellectual Properties) et leur réutilisation à différents niveaux d’abstraction (PVT, CABA). D’autre part, nous sommes capables de transformer
des modèles UML d’algorithmes de calcul intensif en VHDL, pour obtenir une implantation
matérielle via un processus de synthèse.
2.14.4 Résultats
Les deux faits marquants récents concernent la diffusion et le transfert de nos résultats scientifiques :
– La participation à l’effort de standardisation MARTE dans le cadre d’une collaboration internationale.
– La diffusion de l’environnement MDE Gaspard : simulation en SystemC et synthèse en VHDL
de HPSoC à partir d’un sous-ensemble de MARTE.
Co-modélisation de HPSoC. Nous avons participé aux efforts internationaux de standardisation
d’un profil UML pour les systèmes embarqués et temps réel. Nous participons aussi à l’ECSI,
une société savante européenne pour le développement des langages de haut niveau pour la
conception de circuits.
Techniques d’optimisation et de compilation. Dans le cadre du projet Ter@ops nous sommes en
collaboration avec de nombreuses équipes françaises travaillant sur le sujet de la compilation
optimisante et du parallélisme.
Nos travaux sont intégrés dans l’environnement Gaspard. Ce dernier est aussi distribué
avec la plateforme du projet OpenEmbeDD auquel nous participons. Ce projet réunit la plupart
des acteurs nationaux dans le domaine de l’IDM.
Simulation et synthèse de HPSoC. Au niveau français le pôle system@tic regroupe les principaux
acteurs du domaine. Les objectifs recouvrent la proposition d’une architecture MPSoC. Le modèle de calcul utilisé dans Gaspard fait aussi partie des modèles de programmation concernés
par ce pôle. Au niveau européen le réseau d’excellence Hipeac regroupe bon nombre de scientifiques académiques et industriels du domaine System on Chip. Nous sommes également
membre actif de ce réseau.
2.14.5 Perspectives
La stratégie concernant les objectifs scientifiques dans les années à venir est la suivante :
– continuer les études dans son champ originel d’expertise ;
– étendre son champ vers de nouveaux modèles d’exécution flot de données et flot de contrôle ;
– proposer des méthodes et outils d’exploration automatique de l’espace de conception pour les
HPSoC ;
– explorer davantage de questions sur la validation formelle des systèmes ;
– diffuser largement le logiciel Gaspard comme première plateforme de co-design respectant le
standard MARTE ;
– intégrer les nouvelles architectures multicœurs et GPU.
Suite à l’évaluation de l’EPC DaRT par l’INRIA en 2007, l’observation suivante a été faite par la
direction de l’INRIA : « La Direction félicite l’équipe-projet DART pour ses résultats scientifiques dans
le domaine du parallélisme de données pour les systèmes embarqués. Elle l’encourage à développer les
aspects fondamentaux de ses travaux et à diffuser Gaspard sous forme de logiciel libre. »
2.14.6 Collaborations
2.14. WEST
81
– Encadrement de la thèse d’état d’Abou El Hassan Benyamina, enseignant-chercheur à l’université d’Oran,
Algérie.
2.14.7 Contrats
Ter@ops (pôle de compétitivité Systém@tic) de 2007
R&T, CEA List, INRIA (AOSTE, DaRT, Espresso).
CORTESS (Carroll) de 2006 à 2007, partenaires : Thales
à 2009, partenaires : Arteris, CEA List - Saclay, CRI
- Centre De Recherches En Informatique (ENSMP,
R&T, CEA List, INRIA (AOSTE, DaRT, Espresso).
PEAMS (Carroll) de 2006 à 2006, partenaires : CEA,
Armines), Dassault Aviation, EADS Astrium, ENSTA,
Esterel Technologie, ETIS - Equipes Traitement Des
Thales, INRIA (ALCHEMY, AOSTE, DaRT).
Images Et Du Signal (Cnrs, Ensea, université de Cergy- OpenEmbeDD (ANR –RNTL) de 2005 à 2009, partePontoise), Freescale Semiconductor, IEF - Institut
naires : Airbus, Anyware Technologies, CEA, CS SI,
D’Electronique Fondamentale (CNRS, Universite
France Telecom, INRIA, LAAS (CNRS), Thales AerosParis-Sud 11), INRIA (Alchemy, DaRT, CAPS), Jaluna,
pace, Thales R&D, Verimag.
Futurelec Operation IV (CNRT) de 2005 à 2008, parteM2000, MBDA, MND, PRiSM - Laboratoire Parallélisme, Reseaux, Systèmes, Modélisation (CNRS,
naires : Valeo, EDF, INRIA (DaRT), L2EP.
université de Versailles - St Quentin en Yvelines), RATP, ModEasy (Interreg. –Interreg III F/GB) de 2004 à 2007,
Renault, Thales Optronique, Thales R&T, Thomson,
partenaires : Université du Kent, IEMN, INRIA.
ENIS (STIC INRIA-Tunisie) de 2006 à 2009, parteValeo..
Prompt2Implementation (FP6 –ITEA) de 2002 à 2005, naires : INRIA, ENIS Sfax Tunisie.
partenaires : Esterel Technologies, Thales Communi- univ Californie à Irvine (Relations internationales
cation France, INRIA Rocquencourt (AOSTE), Nokia,
INRIA) de 2005 à 2005, partenaires : Univ. Californie à
Tampere University of Technology, University of Turku. Irvine.
PROTES (Carroll) de 2003 à 2006, partenaires : Thales
2.14.8 Logiciels et brevets
Gaspard2 (http://www.lifl.fr/west/gaspard) : En- ARTiS (http://www.lifl.fr/west/artis) : Ordonvironnement de conception conjointe de systèmes
nanceur asymétrique pour systèmes SMP intégré au
embarqués de traitement de signal intensif basé sur
noyau linux. logiciel libre.
l’ingénierie des modèles. Licence libre. Dépôt APP en Standard MARTE Béta 1 et 2 (http://www.omgmarte.
cours.
org/) : Standard industriel de l’Object Management
SPPoC (http://www.lifl.fr/west/sppoc) : Calcula- Group. L’équipe a contribué à son écriture.
teur polyédrique symbolique. Licence GPL.
2.14.9 Thèses et habilitations à diriger des recherches
Thèses de doctorat
Lossan BONDÉ, Transformations de Modèles et Interopérabilité dans la Conception de Systèmes Hétérogènes
sur Puce à Base d’IP (décembre 2006).
Arnaud CUCCURU, Modélisation unifiée des aspects répétitifs dans la conception conjointe logicielle/matérielle des systèmes sur puce à hautes performances (novembre 2005).
Philippe DUMONT, Spécification multidimensionnelle pour le traitement du signal systématique (décembre 2005).
Mickaël SAMYN, Une simulation fonctionnelle d’un
système monopuce dédié au traitement du signal intensif - Une approche dirigée par les modèles (décembre
2005).
Ashish MEENA, Allocation, Assignation et Ordonnacement pour les Systèmes sur Puce Multi-Processeurs
2.14.10 Visibilité et faits marquants
Visibilité
Implication dans des réseaux scientifiques :
(décembre 2006).
Ouassila LABBANI, Modélisation à haut niveau du
contrôle dans des applications de traitement systématique à parallélisme massif (novembre 2006).
Sébastien LE BEUX, Un flot de conception pour applications de traitement du signal systématique implémentées sur FPGA à base d’Ingénierie Dirigée par les
Modèles (décembre 2007).
Éric PIEL, Ordonnancement de systèmes parallèles
temps-réel, De la modélisation à la mise en œuvre par
l’ingénierie dirigée par les modèles (décembre 2007).
Rabïe BEN ATITALAH, Modèles et simulation des
systèmes sur puce multiprocesseurs - Estimation des
performances et de la consommation d’énergie (mars
2008).
Safouan TAHA, Modélisation conjointe logiciel matériel de systèmes temps-réels (mai 2008).
82
Équipes
– Comité exécutif et secrétariat de l’association européenne ECSI (European Electronic
Chips and Systems design Initiative, http://www.ecsi.org/) ;
– GDR CNRS : ARP (Architecture, Réseaux, Parallélisme) devenu ASR (Architecture, Systèmes, Réseaux) et SoC-SiP (System-on-Chip - System In Package) ;
– participation au réseau d’excellence Hipeac.
Organisation d’événements scientifiques. Les membres de WEST ont participé aux comités de programme des événements suivants : FDL’05, IDM’05, ISPAN’05, GTTSE’05, RTLWS’05, ISPDC’05,
MSR’05, RTS’05, FDL’06, RECoSoC’06, IDM’06, MP@IDM’06, DATE’06, ECMDA’06, DATE’07,
ISPAN’07, FDL’07, GTTSE’07, ECMDA’07, IDM’07, MP@IDM’07, SéMo@IDM’07, RTNS’07, RECoSOC’07, SOC’07, IDM’08, RTNS’08, FDL’08, ECMDA’08, RECoSOC’08, SOC’08.
Pierre Boulet a co-organisé le workshop « Modeling and Analyzis of Real-Time and Embedded Systems with the MARTE UML profile » à DATE’08.Cédric Dumoulin à organisé les
journées sur l’IDM 06 à Lille. Philippe Marquet a organisé RTLWS’05, la 7e édition du Realtime
Linux Workshop en novembre 2005.
Responsabilités éditoriales. L’équipe a édité les actes de MSR’05 , le volume 39 du Journal Européen
des Systèmes Automatisés, le livre Advances in Design and Specification Languages for SoCs
et les actes de IDM’06. Pierre Boulet a été co-président du comité de programme de FDL’06,
FDL’07 et FDL’08.
Participation à des jurys de thèse et habilitations à diriger des recherches. Les membres de l’équipe
participent à des jurys de 15 à 20 thèses et habilitations à diriger des recherches chaque année.
Autres.
– Les membres relisent environ 100 articles de conférence et 15 à 20 articles de journaux
par an.
– L’équipe est leader du projet Interreg ModEasy.
– P. Boulet est directeur-adjoint du LIFL.
– En tant que directeur du programme doctoral au LIFL et à l’école doctorale SPI, J.-L. Dekeyser est impliqué dans un cadre d’échange franco-belge concernant le programme
doctoral.
– J.-L. Dekeyser a été impliqué dans le programme d’échange SFERE entre la France et le
Pakistan.
– Les membres ont participé aux commissions de recrutement des universités de Brest,
Lille 1, Lille 3, Calais et Valenciennes, ainsi qu’à des jurys de recrutement de l’INRIA
(P. Boulet a été membre de la commission d’évaluation de l’INRIA de septembre 2005 à
septembre 2008).
Faits marquants
La finalisation du standard MARTE se termine le 3 avril 2009. Deux versions bêta sont parues et
le chapitre RSM est directement issu de nos travaux et entièrement rédigé par l’équipe.
2.14.11 Publications significatives
1. Ahmad Chadi Aljundi, Jean-Luc Dekeyser, Mohan Tahar Kechadi, and Isaac D. Scherson. A
universal performance factor for multi-criteria
evaluation of multistage interconnection networks. Future Generation Computer Systems,
22(7) :794–804, 2006.
introspection in SystemC. Annals for Micro and
Nano Systems, 2007.
2. Rabie Ben Atitallah, Éric Piel, Smail Niar, Philippe Marquet, and Jean-Luc Dekeyser. Multilevel MPSoC simulation using an MDE approach.
In IEEE International SoC Conference (SoCC
2007), Hsinchu, Taiwan, September 2007.
4. Arnaud Cuccuru, Jean-Luc Dekeyser, Philippe
Marquet, and Pierre Boulet. Towards UML 2
extensions for compact modeling of regular
complex topologies - A partial answer to the
MARTE RFP. In MoDELS/UML 2005, ACM/IEEE
8th International Conference on Model Driven
Engineering Languages and Systems, pages
445–459, Montego Bay, Jamaica, October 2005.
Lecture Notes in Computer Science vol. 3713.
3. Luc Charest, Philippe Marquet, Jean-Luc Dekeyser, El Mostapha Aboulhamid, and Guy Bois.
Using design pattern for type unification, structural unification, semantic clarification and
5. Abdoulaye Gamatié, Thierry Gautier, Paul Le
Guernic, and Jean-Pierre Talpin. Polychronous
design of embedded real-time applications.
ACM Transactions on Software Engineering and
2.14. WEST
Methodology, 2007. Volume 16, Issue 2.
6. Abdoulaye Gamatié, Eric Rutten, Huafeng Yu,
Pierre Boulet, and Jean-Luc Dekeyser. Synchronous modeling and analysis of data intensive
applications. EURASIP Journal on Embedded
Systems, 2008. (To appear).
7. Ouassila Labbani, Éric Rutten, and Jean-Luc
Dekeyser. Safe design methodology for an intelligent cruise control system with GPS. In 64th
IEEE Vehicular Technology Conference (VTC
2006), Montréal, Québec, Canada, September
2006.
8. Sébastien Le Beux, Philippe Marquet, and JeanLuc Dekeyser. A design flow to map parallel
83
applications onto FPGAs. In 17th IEEE International Conference on Field Programmable Logic
and Applications, Amsterdam, Netherlands,
August 2007.
9. Philippe Marquet, Simon Duquennoy, Sébastien Le Beux, Samy Meftali, and Jean-Luc Dekeyser. Massively parallel processing on a chip. In
ACM Int’l Conf. on Computing Frontiers, Ischia,
Italy, May 2007.
10. Hassan Sbeyti, Smail Niar, and Lieven Eeckhout.
Pattern-driven prefetching for multimedia applications on embedded processors. Journal of
Systems Architecture, 52(4) :199–212, April 2006.
3 Publications
Une liste des publications par équipe est disponible à http://www.lifl.fr/AERES2008.
3.1 ACL sélectives
Nous proposons ici une sélection des publications ACL jugées réellement sélectives par les équipes
du laboratoire (internationales et de rang A dans diverses listes ou taux d’acceptation inférieur à
30 %).
[1]
M. Adda, R. Missaoui, and P. Valtchev. Relation rule mining. Taylor and Francis - International
Journal of Parallel, Emergent and Distributed Systems, 22(6) :439–449, December 2007.
[2]
M. Adda, P. Valtchev, R. Missaoui, and C. Djeraba. An ontology-based sequential pattern
mining approach for recommendation purposes. IEEE Internet Computing, 11(4) :45–52,
July/August 2007.
[3]
Ahmad Chadi Aljundi, Jean-Luc Dekeyser, Mohan Tahar Kechadi, and Isaac D. Scherson. A
universal performance factor for multi-criteria evaluation of multistage interconnection networks. Future Generation Computer Systems, 22(7) :794–804, 2006.
[4]
Yves André, Anne-Cécile Caron, Denis Debarbieux, Yves Roos, and Sophie Tison. Path
constraints in semi-structured data. Theoretical Computer Science, 385(1-3) :11–33, 2007.
[5]
A. Antos, Cs. Szepesvari, and R. Munos. Learning near-optimal policies with Bellman-residual
minimization based fitted policy iteration and a single sample path. Machine Learning Journal, 71 :89–129, 2008.
[6]
Arnaud Bailly, Mireille Clerbout, and Isabelle Simplot-Ryl. Component composition preserving behavioural contracts based on communication traces. Theoretical Computer Science,
363(2) :108–123, 2006.
[7]
Denis Béchet, Annie Foret, and Isabelle Tellier. Learnability of pregroup grammars. Studia
Logica, 87(2-3) :225–252, november-december 2007.
[8]
Guillaume Blin, Alain Denise, Serge Dulucq, Claire Herrbach, and Hélène Touzet. Alignment
of RNA structures. IEEE Transactions Computational biology and Bioinformatics, 2008.
[9]
Iovka Boneva and Jean-Marc Talbot. When ambients cannot be opened. Theoretical Computer Science, 2(333) :127–169, 2005.
[10]
S. Caboche, M. Pupin, V. Leclère, A. Fontaine, Ph. Jacques, and G. Kucherov. NORINE : a
database of nonribosomal peptides. Nucleic Acids Research, pages D326 – D331, January
2008.
[11]
Julien Carme, Rémi Gilleron, Aurélien Lemay, and Joachim Niehren. Interactive learning of
node selecting tree transducers. Machine Learning, 66(1) :33–67, 2007.
[12]
Géry Casiez, Daniel Vogel, Ravin Balakrishnan, and Andy Cockburn. The impact of controldisplay gain on user performance in pointing tasks. Human-Computer Interaction, 23(3) :215–
250, 2008.
[13]
François Cayre, Caroline Fontaine, and Teddy Furon. Watermarking security : Theory and
practice. IEEE Transactions on Signal Processing, 53(10) :3976–3987, 2005.
[14]
Luc Charest, Philippe Marquet, Jean-Luc Dekeyser, El Mostapha Aboulhamid, and Guy Bois.
Using design pattern for type unification, structural unification, semantic clarification and
introspection in SystemC. Annals for Micro and Nano Systems, 2007.
85
86
Publications
[15]
Vincent Chevrin and José Rouillard. Instrumentation and measurement of multi-channel services systems. International Journal of Internet and Enterprise Management (IJIEM), 5(4) :333–
352, janvier 2008.
[16]
Vincent Chevrin and José Rouillard. Instrumentation and measurement of multi-channel
services systems. International Journal of Internet and Enterprise Management (IJIEM), pages
333–352, mars 2008.
[17]
Laurent Choy, Serge G. Petiton, and Mitsuhisa Sato. Resolution of large symmetric eigenproblems on a world wide grid. International Journal of Grid and Utility Computing (IJGUC),
2008, to appear. Inderscience publishers.
[18]
François Clautiaux, Claudio Alves, and José Valério de Carvalho. A survey of dual-feasible
functions and superadditive functions. Accepted in Annals of Operations Research, 2008.
[19]
François Clautiaux, Jacques Carlier, and Aziz Moukrim. A new exact method for the
two-dimensional bin-packing problem with fixed orientation. Operations Research Letters,
35(3) :357–364, 2007.
[20]
François Clautiaux, A. Jouglet, and J. El Hayek. A new lower bound for the non-oriented twodimensional bin-packing problem. Operations Research Letters, 35(3) :365–373, 2007.
[21]
François Clautiaux, Aziz Moukrim, and Jacques Carlier. Improving lower bounds for a twodimensional bin-packing problem by generating new data-dependent dual-feasible functions. accepted in International Journal of Production Research, 2008.
[22]
A. Coppin, J.-S. Varré, L. Lienard, D. Dauvillée, Y. Guérardel, M.-O. Soyer-Gobillard, A. Buléon, S. Ball, and S. Tomavo. Evolution of plant-like crystalline storage polysaccharide in the
protozoan parasite Toxoplasma gondii argues for a red alga ancestry. Journal of Molecular
Evolution, 60(2) :257–267, 2005.
[23]
M. Csürös, L. Noé, and G. Kucherov. Reconsidering the significance of genomic word frequencies. Trends in Genetics, 23(11) :543–546, October 2007.
[24]
M. Defrance and H. Touzet. Predicting transcription factor binding sites using local overrepresentation and comparative genomics. BMC Bioinformatics, 2006.
[25]
François Denis, Rémi Gilleron, and Fabien Letouzey. Learning from positive and unlabeled
examples. Theoretical Computer Science, 348(1) :70–83, 2005.
[26]
G. Didier, L. Debomy, M. Pupin, M. Zhang, A. Grossmann, C. Devauchelle, and I. Laprevotte.
Comparing sequences without using alignments : application to HIV/SIV subtyping. BMC
Bioinformatics, 8(1), 2007.
[27]
G. Didier, I. Laprevotte, M. Pupin, and A. Henaut. Local decoding of sequences and alignmentfree comparison. Journal of Computational Biology, 13(8) :1465–1476, 2006.
[28]
Raouf Dridi and Sylvain Neut. Fiber preserving transformations and the equation y 000 =
f (x, y, y 0 , y 00 ). Electronic Journal of Differential Equations, (33), 2005.
[29]
Raouf Dridi and Sylvain Neut. The equivalence problem for fourth order differential equations under fiber preserving diffeomorphisms. Journal of Mathematical Physics, 47(1) :013501,
6, 2006.
[30]
Raouf Dridi and Sylvain Neut. On the geometry of y (4) = f (x, y, y 0 , y 00 , y 000 ). Journal of Mathematical Analysis and Applications, 323(2) :1311–1317, 2006.
[31]
Raouf Dridi, Sylvain Neut, and Michel Petitot. Elie Cartan’s geometrical vision or how to avoid
expression swell. Journal of Symbolic Computation, To appear.
[32]
Raouf Dridi and Michel Petitot. New classification techniques for ordinary differential equations. Journal of Symbolic Computation, To appear.
3.1. ACL sélectives
[33]
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for solving large eigenproblems. SIAM Journal on Scientific Computing, Volume 27(Number
1) :253–277, 2005.
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detection.
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design of embedded real-time applications. ACM Transactions on Software Engineering and
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[44]
Abdoulaye Gamatié, Eric Rutten, Huafeng Yu, Pierre Boulet, and Jean-Luc Dekeyser. Synchronous modeling and analysis of data intensive applications. EURASIP Journal on Embedded
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Nous proposons ici une sélection des publications ACT jugées réellement sélectives par les équipes
du laboratoire (internationales et de rang A dans diverses listes ou taux d’acceptation inférieur à
30 %).
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reference fingerprint : a rich and compact visualization to understand package relationships.
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[1109] Patrick Marty. Induction d’extraction n-aire pour les documents semi-structurés. PhD thesis,
Université Charles de Gaulle, Lille 3, 2007.
[1110] Ashish Meena. Allocation, Assignation et Ordonnacement pour les Systèmes sur Puce MultiProcesseurs. Thèse de doctorat (PhD Thesis), Laboratoire d’Informatique Fondamentale de
Lille, Université de Lille 1, France, December 2006.
[1111] Nouredine Melab. Contribution à la résolution de problèmes d’optimisation sur grilles. HDR,
University of Sciences and Technology of Lille, France, Nov 2005.
[1112] Mohand Mezmaz. Une approche efficace pour le passage sur grilles de calcul de méthodes d’optimisation combinatoire. PhD thesis, University of Sciences and Technology of Lille, France,
novembre 2007.
[1113] Naouel Moha. DECOR : Détection et correction des défauts dans les systèmes orientés objet.
PhD thesis, Laboratoire d’Informatique Fondamentale de Lille et Université de Montréal, Lille,
France, aug 2008.
[1114] Alexis Muller. Construction de systèmes par application de modèles. PhD thesis, Université de
Lille, 2006.
[1115] Hai-Quan Nguyen. Méthodologie et outils de spécification pour l’assemblage de composants
dans le cadre d’applications réparties. PhD thesis, Laboratoire d’Informatique Fondamentale
de Lille, EDF R&D, Lille, France, jan 2007.
[1116] Nicolas Pessemier. Unification des approches par aspects et à composants. PhD thesis, Laboratoire d’Informatique Fondamentale de Lille, Lille, France, jun 2007.
[1117] Jean-Christophe Routier. Conception par agent orientée compétences (hdr). PhD thesis, Université des Sciences et Technologies de Lille, Novembre 2005.
[1118] Romain Rouvoy. Une démarche à granularité extrêmement fine pour la construction de canevas intergiciels hautement adaptables : application aux services de transactions. PhD thesis,
Laboratoire d’Informatique Fondamentale de Lille, Lille, France, dec 2006.
[1119] Chafik Samir. Analyse des déformations des visages 3D utilisant les chemins géodésiques dans
l’espace des surfaces faciales. PhD thesis, Institut National des Télécommunication and University of Lille 1, France, October 2007. Dirigée par Mohamed Daoudi and co-encadrée par
Anuj Srivastva (Professeur Floride State University), Rapporteurs : Alain Trouvé (Professeur
ENS Cachan) and Christian Roux (Professeur TELECOM Bretagne).
[1120] Mickaël Samyn. Une simulation fonctionnelle d’un système monopuce dédié au traitement
du signal intensif - Une approche dirigée par les modèles. Thèse de doctorat (PhD Thesis),
Laboratoire d’Informatique Fondamentale de Lille, Université de Lille 1, France, December
2005. (In French).
[1121] Sébastien Saudrais. Modèle à composants temps-réel et Tissage d’aspects. PhD thesis, IRISA,
Rennes, France, dec 2007.
[1122] Lionel Seinturier. Réflexivité, aspects et composants pour l’ingénierie des intergiciels et des
applications réparties - HDR. PhD thesis, Laboratoire d’Informatique de l’Université Pierre et
Marie Curie, Paris, France, dec 2005.
[1123] Jean-Marc Talbot. Habilitation. model-checking pour les ambients : des algèbres de processus aux données semi-structurées, December 2005. Habilitation à diriger les recherches.
Université des Sciences et Technologies de Lille - Lille 1.
[1124] Isabelle Tellier. Modéliser l’acquisition de la syntaxe via l’hypothèse de la primauté du sens,
November 2005. Habilitation à diriger les recherches. Université Charles-de-Gaulle - Lille 3.
[1125] Patrick Tessier. Conception de modèles de familles de systèmes temps réel. PhD thesis, Laboratoire d’Informatique Fondamentale de Lille, Lille, France, dec 2005.
157
158
Publications
[1126] Marc Tommasi. Structures arborescentes et apprentissage automatique, November 2006. Habilitation à diriger des recherches de l’université de Lille 3.
[1127] Thierry Urruty. Optimisation de l’indexation multidimensionnelle : application aux descripteurs multimédia. PhD thesis, University of Sciences and Technologies of Lille, France, November 2007. under the supervision of Chabane Djeraba, reviewers : Claude Chrisment (University of Toulouse, France), Joemon Jose (University of Glasgow, UK).
A Annexes
A.1 Composition du conseil de laboratoire
Les membres du conseil sont
– Bruno Beaufils : MCF Lille 1 – élu ;
– Pierre Boulet : Pr Lille 1 – Directeur adjoint ;
– Gilles Carin : IE CNRS, représentant des personnels techniques – élu ;
– Annie Dancoisne : Tech Lille 1, représentante des personnels administratifs – élue ;
– Tony Dujardin : Doctorant – élu ;
– Rémi Gilleron : Pr Lille 3 – élu ;
– Laurent Grisoni : MCF Lille 1 HdR – nommé ;
– Anne-Francoise Le Meur : MCF Lille 1 – élue ;
– Raphael Marvie : MCF Lille 1 – élu ;
– Nouredine Melab : Pr Lille 1 – élu ;
– Alexandre Sedoglavic : MCF Lille 1 – nommé ;
– Lionel Seinturier : Pr Lille 1, resp. financier LIFL – élu ;
– Emilia Tantar : Doctorante – élue ;
– Sophie Tison : Pr Lille 1 – directrice ;
– Hélène Touzet : CR1 CNRS HdR – nommée.
Sont invités régulièrement
– le directeur ou le délégué scientifique du centre INRIA Lille - Nord Europe ;
– Mohamed Daoudi, Pr, membre de l’équipe Fox-Miire, représentant de l’institut telecom ;
– le chargé de mission STIC de Lille 1.
159
Délégué à 100% à l’ IRCICA
R. Olejnik (IGR)
L. Seinturier (Professeur)
Ch. Chaillou (Professeur)
C. Dehier (ADT)
Installations & Maintenance réseaux
Opérateur système (Sauvegardes)
Maintenance Matériel 1er Niveau
Gestion des connexions téléphoniques
B. Boursier (ADT)
PAO & Graphisme.
Installations électriques.
Maintenance Imprimantes
A. Fargue (TCE CNRS)
C. Mata (AST) et S. Martelleur (CDD à 50%)
Service Entretien et Courrier
Webmaster, CF, ACE
(à 90% en recherche dans l'équipe Paloma)
M. Ladrouz (IGE)
Ingénieur système
(affecté à 50% à l’ IRCICA)
E. Leguy (IGE)
Ingénieur système. Développements.
(à 20 % en recherche dans l’équipe West)
A. Flissi (IGR CNRS)
Ingénieur système. Développements.
(à 80 % en recherche dans l’équipe Goal)
Laboratoire d’Informatique
Fondamentale de Lille
UMR 8022 CNRS USTL
Pôle Administratif
Responsable Gestionnaire
LEGENDE
IGR : ingénieur de recherche.
IGE : ingénieur d'étude.
AI : assistant ingénieur.
TCE : technicien classe exceptionnelle.
TCS : technicien classe supérieure.
T : technicien.
ADT : adjoint technique.
AGT : agent technique.
AST : agent des services techniques
CDD : contrat à durée déterminée.
ACMO : agent chargé de la mise en
œuvre des règles d’hygiène et de la
sécurité.
CF : correspondant formation CNRS.
ACE : autorité d’enregistrement des
certificats
M. Magalhaes Da Silva (CDD - AGT)
B. Fievet (ADT)
Systèmes d’Information des doctorants
Participation à l’organisation des colloques
(à 50% en enseignement)
A. Marescaux (CDD - AGT)
Gestion et suivi des dépenses MEN, CPER et SAIC
M. Dewaste (T)
A. Dancoisne (T)
Crédits CNRS XLAB / Université NABUCO
Gestion et suivi des dépenses CNRS,MEN,CPER,SAIC
Gestion et suivi des Projets MEN, du CPER et SAIC
Correspondante auprès de l’équipe de Direction
et des responsables des équipes de Recherche
Formation Nabuco, Nabuco/Xlab
Gestion et suivi des Projets MEN, du CPER et SAIC
F. Hammadi (T CNRS 80%)
Gestion des Ressources Humaines,
Systèmes d’Information du LIFL
Gestion Administrative & Financière
Gestion et suivi des dépenses CNRS
Conventions du CPER et SAIC.
Interface chercheurs, services administratifs ou financiers du LIFL, de l’USTL, du
CNRS, interface Nabuco/xlab pour toutes les personnes du pôle administratif.
N. Flinois (AI CNRS)
Assistante de Direction
Gestion Administrative & Financière. Synthèses des dossiers.
Interface Chercheurs, Services Financiers de la Délégation CNRS ou de l’Université.
Gestion et suivi des Projets sur crédits CNRS, MEN, Contrats, CPER
Organisation et procédures du pôle administratif du LIFL.
: Directeur
: Directeur-adjoint,
Chargé du personnel
: Chargé des Finances
: Valorisation STIC
Équipe de direction
S. Tison (Professeur)
P.Boulet (Professeur)
Gestion Parc Micros. Maintenance (1er et 2ème niveau).
Gestion logiciels communs, Anti-virus et Firewalls
G. Carin (IGE CNRS)
Responsable d’exploitation.
Logistique immobilière
Correspondant Sécurité.
Responsable Technique
S. Degrande (IGR CNRS)
M. Soulage
C. Mata
ACMO
Pôle Technique et logistique
Ingénieur système.
(à 80 % en recherche dans l’équipe Graphix)
Septembre 2008
160
Annexes
A.2 Organigramme des services
A.3. Liste des financements contractuels des équipes du laboratoire pendant la période
161
A.3 Liste des financements contractuels des équipes du laboratoire pendant la période
Type
SStype
Union européenne
FP6
NoE
FP6
IP
FP6
IP
FP6
NoE
FP6
FP6
FP6
FP6
FP6
NoE
NoE IST
STREP
ITEA
ITEA
FP6
FP6
FP7
FP7
ITEA
Eureka
IST
IP
FP7
FP7
FP7
Health
ITEA2
THEME
Cooperation
COST
Interreg III F/GB
COST
Interreg
Agence Nationale de la Recherche
ANR
MDCA
ANR
Blanc
ANR
Blanc
ANR
TecSan
ANR
SESUR
ANR
SESUR
ANR
ANR
ANR
MDCO
MDCO
MDCO
ANR
Audiovisuel
et Multimédia
CSOSG
RIAM
TL
TL
ANR
ANR
ANR
ANR
Nom
Gest.
Début
Fin
Kaleidoscope
INSPIRED (Integrated Secure
Platform for Interactive
Personal Devices)
WASP (Wirelessly Accessible
Sensor Populations)
ECRYPT (European Network of
Excellence in Cryptology)
DELOS
AOSD-Europe
MIAUCE
S4ALL : Services for All
OSMOSE (Open Source
Middleware for Open Systems
in Europe)
Prompt2Implementation
Odysseus
SOA4ALL
ASPIRE (Advanced Sensors
and lightweight Programmable
middleware for Innovative Rfid
Enterprise applications)
Passport
CAM4Home
ProSense
CNRS
INRIA
2004
2004
2007
2006
INRIA
2006
2009
CNRS
2004
2008
Lille 1
INRIA
CNRS
INRIA
Lille 1
2006
2004
2006
2005
2004
2007
2008
2009
2007
2005
Lille 1
INRIA
INRIA
INRIA
2002
2004
2008
2008
2005
2007
2011
2010
INRIA
CNRS
INRIA
2008
2007
2008
2011
2010
2011
GRAAL
ModEasy
Lille 1
INRIA
2004
2004
2008
2007
Vortiss
Brasero
Enum
Reactive
SFINCS (Securing Flow of
INformation for Computing
pervasive Systems)
FAR3D (Face Analysis and
Recognition using 3D)
Marmota
Crotal
MADRAS (3D Models And
Dynamic models
Representation)
ANAFIX
INRIA
CNRS
INRIA
INRIA
CNRS
2006
2007
2007
2008
2008
2009
2009
2009
2011
2010
Lille 1
2008
2010
INRIA
INRIA
Lille 1
2006
2008
2008
2008
2009
2010
Lille 1
2006
2009
CANADA
AVERROES
FAROS
SCOrWare
Lille 1
Lille 1
Lille 1
INRIA
2007
2003
2006
2007
2010
2006
2008
2008
162
Annexes
ANR
ANR
ANR
ANR
ANR
ANR
ANR
ANR
ANR
ACI
ACI
TL
TL
ARA SSIA
COSINUS
Télécoms
CIGC
CIGC
Jeunes Chercheurs
Domaines Emergents
ACI
ACI
ACI
ACI
Systèmes Complexes
en SHS/CNRS
masse de données
Masse de Données
Sécurité Informatique
Sécurité Informatique
ACI
ACI
Sécurité Informatique
Jeunes Chercheurs
ACI
ImpBio
ACI
ImpBio
ACI
ACI
ACI
ACI
GRID
GRID
GRID
Nanosciences
RNRT/RNTL
RNRT
Pré-compétitif
RNRT
Exploratoire
RNRT
Plate-forme
RNRT
Pré-compétitif
RNRT
RNTL
Telecom
Pré-compétitif
RNTL
RNTL
RNTL
RNTL
Plate-forme
Plate-forme
Précompétitif
Plate-forme
Pôles de Compétitivité
Flex-eWare
JOnES : Java Open ESb
REVE
EXPLORA
p-LearNet
CHOC
DOCK
BioSpace
Codex
aci-mdd
TraLala
SPOPS (Système pour POPS)
SERAC (models and Protocols
for SEcuRity in wireless Ad
hoC networks)
CLADIS
Analyse algorithmique pour
l’analyse de l’expression des
gènes
ARENA - Groupe de travail
pluridisciplinaire sur la
structure et la fonction des
ARN
Repevol, évolution des
structures répétées dans les
génomes
GGM
GRId’5000
GridExplorer
Nanopuces
SVP (SurVeiller Prévenir)
RISC (Réseaux hétérogènes
Intelligents pour Situations de
Risques)
SensLab (Very large open
wireless sensor networks)
SDMO (Secured Diffusion of
Music on mObiles)
Semantic-3D
MESURE (Mesure de
performances et
caractéristiques de
plates-formes embarquées
Java-Card)
part@age
Webcontent
ATASH
OpenEmbeDD
INRIA
INRIA
INRIA
INRIA
Lille 1
INRIA
CNRS
Lille 1
INRIA
2007
2006
2006
2008
2007
2006
2006
2008
2008
2008
2008
2008
2010
2010
2009
2009
2010
2010
Lille 1
2004
2007
Lille 3
INRIA
Lille 1
Lille 1
2003
2004
2003
2004
2006
2007
2005
2007
INRIA
Lille 1
2004
2003
2007
2006
Autre
2004
2007
Autre
2004
2007
CNRS
Lille 1
2004
2004
2007
2007
Lille 1
2005
2007
INRIA
INRIA
2006
2007
2008
2010
INRIA
2008
2010
Lille 1
2003
2006
Autre
Lille 1
2002
2006
2006
2008
INRIA
INRIA
INRIA
INRIA
2006
2006
2006
2005
2009
2009
2009
2009
A.3. Liste des financements contractuels des équipes du laboratoire pendant la période
Pôle
I-Trans
Pôle
Minalogic
région Rhône-Alpes
PICOM
PICOM
PICOM
Systém@tic
région Île de France
Pôle
Pôle
Pôle
Pôle
Industriel
IND
Waterloo MAPLE
IND
EDF R&D
IND
France Telecom R&D
IND
NorSys
IND
IND
IND
IND
IND
IND
CNRT
SNEDA
France Telecom
Total
Total
Total
Total
Futurelec
CPER
CPER
CPER
CPER
CPER
CPER
CPER
CPER
CPER
CPER
CPER
CPER
CNRS
2006
2008
INRIA
2008
2010
CAPPUCINO
ICOM
ANAXA-VIDA
Ter@ops
INRIA
INRIA
Lille 1
INRIA
2007
2008
2007
2007
2010
2010
2010
2009
Lille 1
Lille 1
2008
2001
2010
2005
INRIA
2004
2007
Lille 1
2004
2006
Lille 1
Lille 1
Lille 1
Lille 1
CNRS
CNRS
Lille 1
2005
2003
2007
2006
2008
2008
2005
2007
2005
2008
2008
2010
2010
2008
Lille 1
2005
2007
Lille 1
2005
2007
Lille 1
Lille 1
Lille 1
Lille 1
Lille 1
Lille 1
CNRS
INRIA
2005
2005
2005
2005
2005
2005
2005
2008
2008
2008
2007
2007
2007
2007
2007
2007
2007
2013
2013
2013
CNRS
2007
2009
CNRS
2004
2008
CNRS
CNRS
CNRS
2008
2011
2007
2009
External Research grant on
architectural patterns
External research grant on
aspect-oriented and
component-based software
development
Dolores Diaz ’s PhD CIFRE
grant
CIFRE
Contrat Recherche
Cifre
Cifre (1)
Cifre(2)
Operation IV
TAC
CIA
CIA
CIA
CNRS
CNRS
JST
CNRS
Plate-forme
CNRS
CNRS
CNRS
PICS
Coopération internat.
PEPS
INRIA
Architectures Formelles pour
la Conception Intégrée et la
Maintenance de systèmes
embarqués (AFCIM)
MIND
COM’DOM (Communications
Domestiques)
MOSAIQUES (MOdèles et
InfraStructures pour
Applications ubIQUitairES)
Eucue
Mosaiques
Miaou
CPER
163
Colivad
Most2
Lovad
Campus intelligence ambiante
”
”
NEGSR NExt Grid Systems and
techniques
RECAP (Sensor and
Self-Organized Networks)
OGSE
Archi
Régulation de l’expression
génétique : aux frontières des
modélisations déterministes et
stochastiques.
2008
164
Annexes
INRIA
INRIA
INRIA
INRIA
Carroll
Carroll
Carroll
ARC INRIA
INRIA
INRIA
ARC INRIA
ARC INRIA
INRIA
ARC INRIA
INRIA
INRIA
INRIA
INRIA
INRIA
INRIA
INRIA
ARC INRIA
ARC INRIA
ARC INRIA
Relations internat.
STIC INRIA-Tunisie
ADT
ADT
Autres
Autre
Autre
Autre
PPF
Appel usages
de l’Internet MESR
BQR
Autre
BQR
Autre
Autre
BQR
Crédit incitatif
(Institut TELECOM)
Institut des
Systèmes Complexes
ReNaBi
Autre
Autre
Autre
Autre
Autre
Autre
Autre
Autre
IAP
Recherche
Research Council
of Norway (IKT-2010)
AProSec
Fondation Hopale
CEA-LIST
PROTES
CORTESS
PEAMS
IRAMUS (Radio Interface for
multi-hop wireless nertworks)
BROCCOLI
CARMA (CApacité des Réseaux
radio MAillé)
Optimisation de graines et
indexation des banques
d’ADN sur mémoire FLASH
reconfigurable
Simple
COA
CODA
univ Californie à Irvine
ENIS
Galaxy
sensTools
INRIA
INRIA
INRIA
INRIA
2003
2006
2006
2005
2006
2007
2006
2006
INRIA
INRIA
2008
2007
2009
2008
Autre
2006
INRIA
INRIA
INRIA
INRIA
INRIA
INRIA
INRIA
2006
2007
2007
2005
2006
2008
2008
2008
2008
2008
2005
2009
2010
2010
PPF bio-informatique
PCDAI
Lille 1
2006
2004
2009
2006
Traitement à grande échelle de
séquences biologiques
Programmation concurrente
pour la régulation de réseaux
de régulation génétique
Scanner 3D
RecoVis3D
Lille 1
2006
2006
Lille 1
2004
2005
Lille 1
Institut
Telecom
INRIA
2007
2007
2007
2007
2008
2008
Autre
2007
2009
INRIA
CNRS
Autre
2007
2006
2004
2011
2008
2008
Lille 1
2006
2007
2009
Idées
NCRNA - a collaborative
platform for non coding RNA
annotation
MoVES
Decrypton
Creol
LAFMI
Th. Deblonde
Th. Theetten
A.3. Liste des financements contractuels des équipes du laboratoire pendant la période
165
166
Annexes
A.4 Localisation
LIFL
INRIA
IRCICA
A.5. Bilan de la Fédération Ircica
A.5 Bilan de la Fédération Ircica
167
Rapport scientifique
Scientific report
BILAN 2005-2008
FR 3024 IRCICA
1
1) CONTEXT
2
Content
I) Context
I.1) Introduction……………………………………………..……………..p 04
I.2) Management and organization………………………………………...p 06
I.3) Financial information……………………………………………….…p 07
I.4) Technological Platforms………………………………………………p 08
II) Activity report
II.1) Axis 1: Sensors network and internet of things………………………p 14
II.2) Axis 2: New photonics devices……………………………………….p 32
II.3) Axis 3: New services and devices for ambiance intelligence…….......p 46
III) Conclusion swot analys
3
1.1) Introduction:
IRCICA was created in the framework of the program of reinforcement of the research in the Nord Pas-de-Calais
Region launched by the Ministry of Research in 2001.
As soon as it was known 3 regional laboratories, IEMN, LIFL and PhLAM have joined their efforts to build a
project and a scientific program which was submitted to an international scientific committee which agrees with
the proposal but makes some recommendations. On this basis the final project was established at the end of 2001.
Concerning the scientific program we started from what was existing and we focused on hardware and software
components for information and advanced communication which corresponded to a scientific field in which the
three laboratories had recognized knowledge and competences and in which many challenges and breakthroughs
had to be addressed before industrial applications. The scientific work of the institute really started in 2002 with
the strong willing to promote multidisciplinary works at the hardware/software interface or quite exploratory
studies taking into account the national and international context and to achieve state of the art results. IRCICA
was created with the light legal status of GIS (Groupement d’Intêret Scientifique). It was directed by Professor
G.SALMER until end of 2004 and Professor P.A ROLLAND succeeded to him in January 2005. During the
period 2002-2005 which corresponds to the development phase of the institute the scientific projects were
organized around 4 Axis:
Components for collaboration and mobility
- Future software components
- Interactive synthetic images and new interfaces
- Intelligent components for knowledge
High data rate components and high performance communication systems
- Smart objects communication
- Terahertz devices for advanced communication systems
Photonics and optoelectronics devices and subsystems
- Crystal photonic optical fibers for very high data rate communications
- Left handed and meta-materials for nanophotonics
- Micro and nano multifunctional optoelectronics
New components for information and communication
- Organic electronics at a molecular scale
- Network of annular traps : a step towards quantum computer
In January 2006 the GIS IRCICA gathered about 160 researchers (80 permanent people and 80 PHD, Post Doc
and invited senior researchers), coming from IEMN, LIFL, CRIL, PhLAM laboratories. One of the major issue
of the creation of IRCICA was the synergies established between the researchers of the partner laboratories
mainly at the hardware-software interface in the smart Objects Communication project.
The scientific results were presented at two International Scientific Committee (ISC) meetings held on
September 2003 and February 2006 and the evaluation on the scientific quality and on the pertinence of the work
achieved was quite positive with fruitful recommendations.
But after 4 years of existence the institute had become mature and we decided to change its scientific
policy for the main following reasons:
To improve the visibility of the institute we proposed to launch more transversal and federative projects
and to limit the number of exploratory projects developed by a single laboratory. Indeed some of them
has reached maturity and had led to state of the art results and did not need anymore the IRCICA
support (project on THz devices for example). This evolution was agreed by the ISC and the
management committee.
During these 4 years 3 advanced technological platforms were under development:
Telecommunication platform (IEMN)
Photonic optical fiber platform (PhLAM)
Virtual reality platform (LIFL)
These platforms should be set up in the new IRCICA building the construction of which started in
December 2004 for a delivery at the end of 2006. It appeared important to better organize our
research works around these technological platforms to increase and improve multidisciplinarity for
the future.
Concerning the legal structure of the institute, if the GIS (Groupement d’Intérêt Scientifique) status was
well suited for the beginning because of its lightness and versality, it appeared that with the new
4
building the GIS status presented some major drawbacks mainly for the financial management of the
infrastructure since in the GIS the funds were managed by each laboratory which was a complex but
acceptable situation during the wall less period. Thus the laboratories involved in the IRCICA asked for
an evolution of the GIS structure towards a CNRS Research Federation with a new research program
devoted to ambient intelligence as defined by the european technological platforms ENIAC and
ARTEMIS.
ENIAC and ARTEMIS
AMBIANT INTELLIGENCE DRIVEN ROADMAP
Society Needs
EMBEDDED SYSTEMS
Design
ARTEMIS
ENIAC
Beyond CMOS
Design Automation
Make technology available to designers
SOC
More Moore
More than Moore
Logic + Memories
analog, RF, mixed signal
Equipment & Materials
Heterogeneous
Integration
Make
the link
System-ability !
Applications
SIP
However this topic covers a wide area and IRCICA could not cover all the scientific fields of ambient
intelligence. So the researchers of IRCICA coming from the University Lille 1, the CNRS and the INRIA have
focused their activity for the 2007-2010 period on three main axis based on the three technological platforms.
Ambient Intelligence
Axis1:
Axis2:
Sensors networks
and Internet of Thinks
New Photonics Devices
IRCICA/IEMN micro-nano
technology facilities
Advanced communication
and sensors networks
platforms (IEMN-LIFL)
Photonic crystal optical fiber
technological facilities (PhLAM)
Axis3:
New Services and Devices
for Ambient Intelligence
Software platform
Virtual reality platform and
show room (LIFL)
This program aimed at the development of researches on electronic and/or photonic components to provide new
miniaturized and low power devices able to establish self- organized communication with the environment and
researches on new basic softwares and middlewares able to sustain new systems and services or self-organized
ubiquitous information. These studies also include research at the hardware/software interface (IRCICA was a
pionner for such multidisciplinary research) and it is intended to explore new areas concerning hardwaresoftware co-design, telecommunication vs software systems and sensors networks vs spontaneous organizations.
The main topics proposed in a first step for each axis are summerized below with the corresponding man-power:
AXIS 1
Sensors Networks and Internet of Things
25 researchers, 25 PHD students and Post-Doc
Miniaturized ultra low power millimeter wave radio interfaces (60 and 140 GHz)
Cross optimization of the physical, MAC and network layers
New hardware architectures and new low voltage antimony based mm.wave devices
Software/hardware infrastructure for ad hoc and mixed networks including 60 GHz radio over
fiber communication.
New sensors and microsources of energy (emerging projects)
Microbatteries and photovoltaic energy scavenging for autonomous sensors networks.
Silicon nanowires for bio-sensors
Molecular electronics to prepare break-throughs (beyond CMOS)
5
AXIS 2
New photonic devices
20 researchers, 20 PHD students and Post-Doc
Advanced studies in the field of photonic crystal fibers
Photonic stabilization of optoelectronic oscillators
Left handed effects in microstructured materials
Quantum communication in complex environments
AXIS 3 New services and devices for ambient intelligence
28 researchers, 20 PHD Students and Post-Doc
Advanced studies on software modelization
New models for large scale reasoning
Haptic tactile feedback
Interaction between users and 3 D models and interfaces
Computing grids for large scale execution platforms
This project of a IRCICA Research Federation was presented for evaluation to the four sections of the National
Council for Scientific Research concerned by the IRCICA research activity:
- Section 04 : Photonics
- Section 06 : Physics
- Section 07 : Computer Science
- Section 08 : Micro and nano electronics and optoelectronics
The four sections gave a positive evaluation on the scientific content with a strong recommandation mainly from
section 07: “Focus on multidisciplinary and multi-laboratory projects or on projects directly related to the
technological platforms of the institute”.
We took into account these recommendations and mainly for axis 3 we decided to concentrate the research
activities on the two projects that involves 2 laboratories (IEMN-LIFL) or relies on the virtual reality platform:
Haptic tactile feedback and interaction between users and 3D models and interfaces.
Note that an original feature proposed for this federation was to act as a project federation (engine or hotel for
projects). The institute receives projects which are related to its research topics and which needs its platforms
facilities for a limited period of time.
The IRCICA Research Federation was created officially the 1st January 2007 (FR CNRS 3024) which roughly
corresponded to the date of delivery of the new IRCICA building.
The IRCICA building is fully operational since May 2007 including the technological platforms and it regroups
about 120 researchers (permanent people, PHD students and Post-Doc) coming from IEMN (CSAM group),
LIFL-INRIA (POPS and ALCOVE groups) and from PhLAM (photonics group). Some of the researchers
involved in the IRCICA program (# 10%) stay in their original laboratory because they need specific
technological facilities not available in the IRCICA building.
1.2) Management and organization:
The IRCICA federation is a light structure with a director and his assistant, and a technical cell which is in
charge of the infrastructure and of the technological platforms
Director
P.A ROLLAND
Assistant
M. DANNA
Technical cell
Infrastructure
M.SOULAGE
Telecom platform
R. KASSI
Photonic platform
A. LECLUSE
Virtual reality
platform
S DEGRANDE
The federation only manages directly the infrastructure budget, the research contracts are managed by the partner
teams via their original laboratories.
6
1.3) Budget assigned to IRCICA and financial information:
Annual direct support
CNRS,USTL
2005
2006
2007
2008
30 000
30 000
300 000
277 000
Research contracts
PRR
(state, Region, Feder)
Expenses:
2 280 000
6 400 000 (IRCICA building)
0
0
investment
1 520 000
100 000
50 000
60 000
590 000
0
0
0
0
30 000
200 000
225 000
170 000
70 000
40 000
40 000
0
6 400 000
100 000
0
2 280 000
6 600 000
390 000
325 000
Operation cost
Infrastructure cost
salaries
IRCICA building
total Expenses
170 000
Explanations: Until end of 2006 IRCICA was a wall less institute and the partner teams and laboratories were
funded within the PRR program (Program of Reinforcement of Research in Region). The budget was shared
between the laboratories and managed by each laboratory under the control of CNRS. The budget for the
IRCICA building was managed by CNRS. Since 2007 IRCICA received an infrastructure budget managed by
the federation under the control of the CNRS. Since the delivery of the building the operation cost as well as the
investments and the salaries are supported by the teams hosted in the IRCICA building via their research
contracts managed by their original laboratories.
The average amount of research contracts of the IRCICA partner teams CPER (State, Region, Feder), EU
(without FEDER), National Research Agency (ANR), Ministries of research, defense, industry,… is of about
500 000 € per year with a rough share of 60 % for investment, 20% for operation cost and 20 % for salaries.
Most of the investments concern the acquisition of heavy or middle heavy equipments for the technological
platforms which we want to maintain at the best european level.
Some equipments purchased these last 4 years are given below:
Upgrade of the telecom platform in 2007-2008:
Real time spectrum analyser (100 K€)
Bit Error Rate test bench up to 13 Gb/s (120 K€)
Reference Optical sources (850-1550 nm), photodetectors, attenuators and optical power
meter in the same package (120 K€)
Optical reflectometer (850-1550 nm) (30 K€)
Upgrade of the IRCICA extension of the IEMN technological facilities
in 2005-2006:
Electro optical THz test bench (100 K€)
3D imaging for the FIB equipment (40 K€)
Effusion cell for the growth of antimony based heterostructures (42 K€)
Setting up of the photonic crystal fiber technological facilities in the IRCICA building and
upgrade of the OVD (Outside Vapor Deposition) facilities (385 K€) (2006-2007)
Setting up of the tactile actuator platform in the IRCICA building (210 K€) (2006-2007)
Setting up of the virtual reality platform (190 K€) (2006-2007)
Most of these equipments were acquired in the framework of the PRR and CPER (State, Region,
Feder). Since 2007 most of the research work achieved at IRCICA rely on the advanced equipments of
the technological platforms which are described below:
7
1.4) technological Platforms located in the IRCICA building
1.4.a) Telecom Platform
This platform offers a large set of advanced scientific equipments for the development of new radio modules and
communication systems, up to the millimeter wave range, in particular for wireless ad hoc or mixed radio-fiber
networks for smart objects and sensors, towards an ambient intelligence. It provides large facilities for design
and for temporal, frequential, vectorial analysis and characterisation of innovative analog or digital
communication sub systems and systems up to 110 GHz. It is fully complementary to the IEMN characterization
facilities which deals with device and circuit characterisation while the telecom platform aims at the generation
and analysis of complex signals (UWB, OFDM, CDMA, QAM…) and standards to demonstrate new concepts
for wireless communication links including radio channel sounding. In addition, it includes a hardware-software
interface sub-platform which enables the implementation of communication middlewares and routing algorithms
together with the programming of reconfigurable MAC layers thanks to advanced development tools.
It also includes a smart station for the fast realization of prototypes to validate new concepts in circuits and
antennas. This platform is managed by two engineers who can offer their expertise to young researchers from
IRCICA and partner laboratories or external laboratories for complex experimental work.
Main facilities available :
Advanced CAD platform
ADS and cadence softwares
3D Electromagnetic softwares (CST-Microwave studio and Ansoft HFSS)
ANSYS multiphysics sofwares
Matlab software
Generation of complex analog, digital or mixed signals
Generation of vectorial signals up to 20 GHz with a 500 MHz analog bandwidth
Generation of arbitrary wave form signals up to 1.25 Gs/s with a 15 bits resolution.
Generation of arbitrary wave form signals up to 20 Gs/s with a 10 bits resolution.
Pulse and data generation up to 3.35 Gb/s
Frequency synthesizers up to 75 GHz
Time and frequency domain analysis of analog, digital or mixed signals
Automatic phase noise test set up (up to 110 GHZ)
Vectorial signal analyzers up to 26 GHz with a potential 3 x 80 MHz analog bandwith
Sampling oscilloscopes up to 75 GHz
Single shot oscilloscopes up to 12 GHz
Spectrum analyzers up to 340 GHz
Real time spectrum analyser up to 14 GHz
Logic analyzers up to 800 Mb/s for each of the 34 channels
Bit error Rate test bench up to 13 Gb/s
Optical communications
Reference laser source 850 -1550 nm
Reference photodector 850-1550 nm for 10 GBEthernet
Adjustable attenuator for mono or multimode fibers
Optical power meter 800-1700 nm from -90 dBm to 40 40dBm
Optical reflectometer 850- 1550 nm.
Hardware-Software interface
Reconfigurable via FPGA
Programming and test associated
Quick prototyping station
Advanced programmable station using 3D mechanical etching for the realization of printed
hybrid circuits and antennas (1 µm height resolution, 100 µm planar resolution).
Semi-automatic station for mounting and soldering of devices by refusion.
8
1.4.b) Sensor network Platform
The purpose of the SensLAB project is to deploy a large scale open distributed sensor network platform (4 sites
of 256 sensor nodes each). SensLAB main and most important goal is to offer an accurate and efficient
scientific tool to help and foster the design, development, tuning, and experimentation of real large scale sensor
network applications. Ambient and sensor networks have recently emerged as a premier research topic. However,
due to their massively distributed nature, the design, implementation, and evaluation of sensor network
applications, middleware, and communication protocols are difficult and time-consuming tasks. Several national
(e.g., ANR SVP, ANR ARESA, and ANR SENSOR), European (e.g., IPWASP and IPMOSAR), and US
projects (e.g., NSF CENS, UCB NEST) have emerged in the domain of sensor networks, autonomic, and
ambient networking.
It appears strategic and crucial to offer to researchers and developers accurate software tools, physical large scale
testbeds to benchmark, tune, and optimize their applications and services. Simulation is an important phase
during the design and the provisioning step. However, although simulation tools are useful to provide further
understanding of a system, they suffer from several imperfections as simulation makes artificial assumptions on
radio propagation, traffic, failure patterns, and topologies.
In order to design robust applications that have to be deployed under real-world conditions, the developer needs
appropriate tools and methods for testing and managing its large scale wireless sensor network applications.
The above mentioned statement implies that, in order for the final application to be deployed, run, and tested
under real conditions, it must be implemented on real hardware. Unfortunately, the development and testing of
real experiments engaging distributed systems like sensor networks quickly become a nightmare if the number of
nodes exceeds a few dozens. The daunting logistical challenge of experimenting with thousands of small batterypowered nodes is the key factor that has greatly limited the development of this field. The main reasons for this
very high complexity come from a variety of factors (e.g. limited capacities for friendly programming and
debugging, lack of development tools). Senslab proposes to eliminate several such problems listed above by
providing a large-scale open wireless sensor testbed of 1000+ nodes, and then operating it as an open research
facility for academic and industrial groups who want to experiment with novel distributed sensing architectures.
In addition to theory, simulators, and emulators, there is a strong need for large scale testbeds where real life
experimental conditions hold. Facing this huge complexity, the SensLAB project proposes to set up a distributed
large-scale open wireless sensor network testbed. The objective is to provide a research infrastructure for
networking sensors and to offer a large scale instrument for the exploration of sensor network issues in
reproducible experimental conditions. The platforms will be generic and open. This means that a user will be
able to deploy its home made applications without any kind of restrictions on the programming language, on the
programming model or on the OS that he/she must use as opposed to already in place sensor testbed trials.
The accomplishment of the SensLAB project will require efforts both on the hardware (to offer real time, robust,
and reliable access to the distributed platform, to provide wired feedback channel for management/logging) and
software (to support multiple simultaneous applications and guarantee the security and the integrity of the data
generated during an experiment, to ensure public data retrieval in a real time fashion), toward the following
objectives:
The testbed implemented in Lille is set up inside the POPS project. The platform will be composed of 256
WSN430 nodes and will use the TI CC2420 RF component. But, contrarily to every other platform, some nodes
will be mobile. Among the 256 sensors, we plan to have 32 mobile ones and the 8 sinks will also be mobile. The
mobility scheme is still to be defined but it will be deterministic. Generally, mobility has strong effects on
wireless network protocols but is very difficult to simulate properly. This platform will such provide a complete
developing environment for developing sensor network applications for mobile environments. Since nodes will
be mobile, linking them via a serial interface would not be convenient. Therefore, mobile sensors will
communicate and be monitored via a wireless WiFi interface. This platform will thus offer the opportunity :
to analyze the intrinsic behavior of sensors nodes when they are mobile. Is it similar to the behavior in static
environment? Is energy consumption the same in both cases?
to analyze a completely mobile sensor network (in considering only mobile nodes) regarding data sensing,
routing and recovery performances.
to analyze interactions between fixed and mobile sensor networks regarding data sensing, routing and
recovery. How do mobile sensors send data to fixed sensors and vice et versa ? How do mobile and
fixed sinks gather data coming from both mobile and fixed sensors?
to analyze the impact of the mobility on both the sensor behavior and the quality of data sensed.
All these aspects are important for designing efficient protocols for sensor networks and are still too
misunderstood.
9
1.4.c) photonics Platform
The fibre facilities are constituted of several equipments for the elaborations and characterisations of Photonic
Crystagl Fibers. The equipments for the elaborations are shown below with pictures:
Drawing towers for capillaries and fibers
Outside Vapor Deposition Lathe (OVD)
Photograph of the preform drawing into fibre Modified Chemical Vapor Deposition lathes (MCVD)
Germanium doped tube realized using the OVD process
Densification tower - Collapsing lathe
Characterisations allow the measurement of the attenuation, dispersion, birefringence and gain of glasses,
perform and PCF.
All these equipments make this centre for Photonic Crystal Fiber elaborations unique in France and one of the
first in Europe.
A lot a research programs are developed with this fiber facilities. Eight National and European programs are
supported by the French “Agence National de la Recherche” (6) and 2 by the Europe. The quality of the results
obtained since this new fibre facilities allows invited talk in international conferences and workshops. The
outstanding results obtained in the field of PCF allow starting tight collaborations with the European leader in
the fiber market: Draka second producer in the world.
The progression in this field is under a strong international competition with other centers like University of Bath
or of Southampton (United Kingdom), University of Sydney (Australia) or with the new Max Planck Institute of
Erlangen (Germany) with Philip Russel. This new institute is dedicated to fibre research.
10
1.4.d) Virtual reality platform
Throughout IRCICA development program, we have acquired a set of advanced devices for Virtual Worlds user
interaction and collaboration. We currently benefit from four rooms that allow large experiments. We currently
use it for :
Public presentation of research activities (industry, Fete de la science);
Our research on gesture-based interaction, and collaborative work experiments;
Strengthening our industrial partnerships. The mentionned equipment will be used as a technological
testbed of a virtual shop design. This will be done in collaboration with Idées3Com company, and 3Suisses,
within the « U-Boutique » project, part of « Lille Metrople Ubiquitaire » operation.
Virtual reality show room
The virtual reality show room allows the immersion of the people in the room in 3D applications. It has a 5m
stereoscopic curved screen a high tech 7.2 sound system, motorized cameras for visio conferences and a system
to capture hand gestures via infrared cameras coupled to smart gloves equipped with infrared diodes. An user
located in front of the screen can freely describe movements that will be transferred to the application projected
on the screen.
Telepresence walls
The telepresence walls are systems which establish a visioconference link between two sites and give the illusion
to their users to be face to face since they visually make the restitution of the interlocutor in real size. This is a
important tool for research on digital ubiquity.
11
War-rom
Within the framework of the Part@ge <mailto:Part@ge> project, we are studying a “Collaborative War-Room”
concept. This work has lead to a technical demonstrator, carried out with France Telecom R&D and ESIEA.
In a Collaborative War-Room, several display and interaction devices are made available to the users. The
collaborative activity is hence distributed among those devices, enabling the choice of the device most adapted to
a given interaction.
In our room, 3 devices are used: a 'big screen' coupled to a tracking system (dedicated to public 3D
manipulations), a tactile table (dedicated to 2D interactions, such as colour modifications) and a laptop
(dedicated to private interactions).
Tactile stimulators
Stimtac project aims at designing new tactile devices in order to take profit of tactile channel
in computer interaction. It also looks forward having a better knowledge of the touch mechanisms.
Thus we have several tools for an investigation about force and vibration stimuli induced during touch gesture:
- a complete 3 axis accelerometer acquisition chain endevco 65-100
- an acoustic acquisition chain DPA with Ochestra-01dB amplifier
- a 6 axis force and torque sensor Nano43 from Ati automation.
Moreover, we are now able to manufacture and characterize our own tactile stimulator, based on a copperberrilyum substrate, on which piezo-electric elements are bonded. To achieve that, the project is equiped with:
- a LamPlan polishing machine
- a 53 l oven/sterilizer from labo & co
- a laser interferometer 0FV-505 Polytec classe II with its controller OFV-5000
- a network analyzer SR785 of Stanford
Finally, and because new force-feedback devices may emerge from new smart materials, research on magnetorheological fluids and their applications is beginning. This is why, a rheometer 301 from Anton Paar has been
acquired.
12
2) Activity Report
13
Axis 1: Sensors networks and internet of things.
Introduction
The multidisciplinary research activities of this axis are developed in tight collaboration
between IEMN (CSAM group) and LIFL (POPS team) via a cross optimisation of the layers
of the communication systems. IEMN is in charge of the physical layer while LIFL develops
the communication middlewares and routing algorithms, but the global design takes into
account the hardware and software requirement to reach the desired goals (ultra low power
dissipation or global radio coverage via smart antennas for example). The MAC layer is
commonly defined and inserted in a configurable hardware software interface based on FPGA.
In this report we will only summarize the main achievement since 2005 from both the
hardware and software sides.
14
Axis1: part A) Smart objects communication, sensors networks and
60 GHz high data rate WLAN / WPAN
Permanent Staff: A. Benlarbi, S. Bolleart, D. Stievenard, L. Clavier, M. Fryziel, C.
Lethien , C. Loyez, N. Rolland, P.A. Rolland, S. Seok, J.P Vilcot.
Non Permanent Staff: A. Boé, M. Bocquet, N. Deparis, M. Devulder, J. Lin
Objectives
This multidisciplinary work is developed in close
collaboration with the laboratory of fundamental
computing science of Lille (LIFL) in framework of
the IRCICA Research Federation. IEMN is in
charge of the physical and MAC layers while LIFL
provides the communication middlewares and the
routing algorithms using adaptative antennas.
IEMN was among the first laboratories to propose
in 1995 the use of the 60 GHz radio channel in
combination with radio over fiber (RoF) networks
for indoor communications. This work was
extended to smart objects communication (SOC) in
2001 then to wireless sensors networks (WSN) in
2005 and finally to very high data rate WLAN /
WPAN for wireless High Definition Multimedia
Interface (HDMI) in 2006 with a major objective to
create a generalized ambient intelligence.
In addition IEMN was a pionneer for the
development of 60 GHz Impulse Radio Ultra Wide
Band (IR UWB) communications for SOC and
WSN as a friendly alternative to single or multicarrier transmission techniques previously deployed
with M-QAM modulation schemes. All the active
and passive MMIC building blocks were designed,
realized and tested using 0.2 and 0.1 µm GaAs PHEMT technology (OMMIC foundry) and more
recently 0.13µm BiCMOS technology (ST-M
foundry).
Complete
functional
60
GHz
communication systems were demonstrated over
short distances ( ≤ 10m ) with data rate up to 2Gb/s.
In this report we will only focus on the most
significant achievements concerning low-cost,
ultra-low power radio modules and RoF networks
as well as 0-level packaging as a first step towards
Systems In Package (SIP).
Oscillators (LO). To reduce the power dissipation
the circuit described below was used for a 60 GHz
IR-UWB transmitter.
Transceiver architecture
A CMOS clock with a frequency ranging from 100
MHz to 1 GHz triggers a sub-ns pulse generator (50
pS to 1 nS, typically 300 pS) offering PPM and TH
facilities which in turn switchs ON/OFF a negative
differential resistance low external Q oscillator
based on a 0.1 µm PHEMT technology via a pulse
shaping circuit to achieve very short rise and fall
times (typically 15 pS). Due to the rich harmonic
content of such a pulse, the oscillator can be
injection locked (ILO) on one of the numerous
harmonic components of the pulse spectrum. Two
kinds of harmonic ILO’s were successfully tested :
a 30 GHz ILO locked on the 60th harmonic
component of a 500 MHz clock followed by a
frequency doubler and a 60 GHz ILO locked on the
60th harmonic of a 1 GHz clock. Phase noise level
as low as -110 dBc/Hz were measured @100 kHz
offset from carrier for a 3dBm output power at 60
GHz. The 60 GHz ILO is followed by a MPA
buffer amplifier also pulsed biased ON/OFF by a
sub-nS pulsed generator triggered by the same
reference clock. The output power of this MPA
using also 0.1 µm PHEMT is 18 dBm at 1 dB
compression.
Outstanding results
1) 60 GHz Ultra low-power IR-UWB transmitter
with infinite ON/OFF dynamic for sensors
networks and high data rate WLAN
UWB-IR technique with Pulse Position Modulation
(PPM) for data transmission and Time Hopping
Code Division Multiple Access (TH-CDMA) is
used for communication between sensors network
nodes because of its simplicity, its low power
consumption, and its low sensitivity to fading and
to the non linearities of the transmitter. In addition
this technique when used with a non-coherent
correlation detection does not need stable Local
Pulse shaper
Pulse shaper
RDN
MPA
60 GHz Transmitter layout using a pulsed ILO
15
30 GHz output generated waveform
[N.Deparis and al “60-GHz UWB-IR transceiver
with pulsed-injected locked oscillator “. ECWT
2007, Munich, Germany, 280, 2007]
In addition to its compactness and its low power
dissipation this original architecture exhibits an
infinite ON/OFF switch ratio which limits the
interference in multi users environment. This
transmitter was used for a 4 m transmission
together with a receiver involving a specific
demodulation scheme. Up to 2 Gb/s data rates were
demonstrated using burst mode transmission with a
Bit Error Rate lower than 10-6. For low data rate
sensor networks the DC power Consumption can be
kept below 100 µw for the transmitter and could be
drastically reduced with CMOS technology. Note
that this coherent transmitter could also be used
with more sophisticated modulation schemes
(BPSK, QAM) but at the price of more complex
demodulation circuits.
2) 60 GHz IR-UWB transceiver in BiCMOS
SiGe 0.13 µm technology
IEMN has already designed, realized and
assembled complete and functional 60 GHz IRUWB radio modules using P-HEMT technology.
However despite the low-power design the DC
consumption and the cost could be too high for
autonomous objects. Thus we have investigated the
full integration of the transceivers in a single
MMIC chip using the ST-M 0.13 µm BiCMOS
technology to reduce size, cost and consumption.
Since the aim was to demonstrate the feasibility of
such an integration a simple architecture with a 60
GHz SPDT switch was used. The corresponding
MMIC circuit (size 2.15*0.75 mm2) is illustrated
below.
Oscillator
Switch
MPA
Layout de l’émetteur
Taille du circuit : 2 x 0,75 mm²
Pulse Generator
[Devulder M and al “UWB transmitter in
BiCMOS SiGe 0.13 µm technology for 60 GHz
WLAN comm.-unication” IEEE ICUWB 2007,
Singapore, 2007].
The main characteristics of the transmitter and the
receiver are: * Transmitter : P out -1dB = 8 dBm,
ON/OFF switch ratio = 40 dB, maximum data rate
for single carrier operation 1 Gb/s.
* Receiver: LNA gain = 19 dB, NF = 6dB, detector
sensitivity = 1 mV/µW. The overall consumption of
this transceiver is close to 300 mW under CW
operation and can be thus drastically reduced using
burst transmission with low burst repetition factor.
This work was presented at the IEEE International
Conference on Ultra Wide Band, ICUWB 2007
Singapore and received the Best Paper Award.
3) Antimonide based devices (emerging activity)
To further reduce power dissipation, since 2006 we
began an activity on antimonide based devices. Our
preliminary results were on AlSb/InAs HEMTs
with gate length of 100nm (figure 4), with a best fT
of 200GHz [S. Bollaert et al, CICL, EuMIC 07].
Electron mobility in this material is higher than
20 000cm²/Vs. Thus, frequency performances are
still high even at very low Vds of few hundred mV.
At 200mV, cutoff frequency is kept at 150GHz.
Main objective of this new material system should
be the reduction of power consumption for
autonomous system as sensors network. Indeed
huge mobility obtained in antimonide system is
attractive at low voltage drain.
AlSb/InAs
HEMT with
100nm airbridge gate
4) Smart Antennas
To obtain sufficient link budget for transmission
over 10 meters distance antennas beam forming or
beam switching is necessary to achieve space
division multiples access which result in energy
saving and in drastic reduction of the complexity of
the routing algorithms mainly for sensors networks.
Two kinds of antennas were developed:
Yagi antennas printed on high k substrates (Si or
GaAs) offer reduced size, adjustable radiation
pattern and high efficiency (>85%) if TE mode
surface waves are used to couple the antenna
elements. In addition these antennas have a
balanced feed which makes them easy to integrate
with differential PAs and LNA.[BOE and al
“Smart antenna based on RF MEMS switches and
printed Yagi-Uda antennas for 6O GHz ad hoc
WPAN. » 36th European Microwave Conference,
Manchester, Sept 2006]
PIFA patch antennas printed on low K substrate
(BCB for example in our SIP approach) vertically
fed by via holes also offer reduced sizes an easy
design but a low directivity. In this case the surface
16
we used a perfluorinated gradex index polymer
optical fiber PF GIPOF. The receiver includes a
low noise amplifier (LNA@NF=6dB G=40dB) and
a correlation detector which consists of matched
filter and fast sampling and hold amplifier (SHA)
triggered by a second pulse generator synchronized
with the incoming signal using a specific
synchronization technique. This quite simple and
low-cost RoF system was successfully used for
multihop point to point transmission with data rates
up to 200 Mb/s and BER lower than 10-6.
waves excitation must be minimized to obtain high
antenna efficiency.
To achieve antenna diversity or beam steering
MEMS switches or MEMS phase shifters are used.
These MEMS functions were specifically
developed for this application and will be further
improved in the STREPS MEMSPACK and
MEMS4MMIC.
0
10
330
30
0
300
60
-10
270
60-GHz
emitter
-20
electro-optic
transceiver
90
E co-polar mesuré
pulse generator
(PPM)
data NRZ
E co-polar simulé
240
4m
120
RF
detector
DC
X2
210
150
SPDT
switch
(AM)
VCO
180
60 GHz Yagi antenna on AsGa. η measured=85%
LNA
MPA
DFB
1300nm
Ground plane
Ground
plane
PF GIPOF 62.5µ m
(100 m)
data
Patch
MPA
SHA
DC
NRZ
a)
LNA
RF
SYNC detector
b)
correlator
Patch
BCB
A
60-GHz
receiver
A
Microstrip
BCB
60 GHz PIFA antenna on top of a SIP
Dielectric membrane
SPDT
switch
(AM)
VCO
Microstrip
a) shorting-pin
b) feed line
4m
Au electrode
60 GHz capacitive MEMS with a dielectric membrane
5) Increase of the connectivity of 60 GHz
wireless networks using Radio over Fiber (ROF)
System
An efficient 60 GHz RoF communication system
was developed to extend the connectivity of 60
GHz wireless networks to a whole building. It is
based on a reduced complexity architecture as
depicted below and uses on-the-shelf commercial
optical components. The MMIC transmitter using
P-HEMT technology consists of a PPM-TH sub-ns
pulse generator which modulates the 60 GHz
source via a SPST switch followed by a medium
power amplifier delivering 16 dBm output power.
The optical transmission is based on the modulation
of the intensity (IM) of a distributed feedback
(DFB) laser operating at 1300 nm and on a direct
detection (DD) technique in a large area PIN
photodiode. For the optical transport of the sub-ns
X2
PIN
photodiode
opto-electronic
transceiver
[C. Loyez and al. “An impulse system for 60-GHz
wireless networks based on polymer optical fiber”.
IEEE Photonics Technol. Lett., 19, 24 (2007)]
In addition optically powered remote radio units
was experimentally demonstrated with multimode
glass optical fibers using WDM technology (WDM
850/1300 nm). This power over fiber technique
includes a photovoltaïc converter (unbiased), a
photo diode and a LNA. This simple approach
could be quite interesting in situations where
providing remote electrical power is difficult,
expensive or hazardous.
6) 0-level packaging technology for mm. wave
applications
For a global radio coverage of 60 GHz ad hoc
networks we have developed smart Yagi antenna
arrays with beam steering or switching facilities
based on capacitive MEMS switches. However
MEMS contains fragile movable parts and cannot
be used without a package to protect them during at
least wafer handling and wafer dicing. Thus we
have developed o-level packaging technologies
based either on pyrex glass or BenzoCycloButene
(BCB) film using a wafer level BCB bonding
technique to encapsulate RF MEMS and RF MEMS
based MMIC functions. Note that to be compatible
with a MEMS above IC approach the technological
processes never exceed a temperature of 250°C.
The figure below shows an example of 0-level BCB
film package with vertical and horizontal
interconnects and the additional losses induced by
such packaging measured on CPW lines up to 110
GHz. One can see that the losses induced by the
17
packaging are negligible (<0.02dB) up to 110 GHz
which shows that this technique is quite suitable for
microwave and mm. packaging.
multiple users detectors (fig. 1) [A. Boé et al, Proc.
EuMA 3, 228 (2006)].
-1
BER
10
MF - Omni
SIC - Omni
MF - Dir
SIC - Dir
10
BCB-packaged coplanar line
-2
0
10
20
30
SNR (dB)
Figure: DS-CDMA BER with omnidirectional
(omni) or directive (dir) antennas, matched filter
(MF) or serial interference canceller (SIC) (ad hoc
network, 80 interferers, 8 Mbits/s per user).
Fabrication result
Nitride compensated
BCB-package in vacuum
chamber at 1mT after
1 hour, sustained for 1 year
0.0
2mm CPW without BCB Package
2mm CPW with BCB Package
-0.2
S12 (dB)
-0.4
-0.6
8) Nanowires studies for biodetection
As one of the bottle neck of nanowire electronic
properties is the determination of the doping level,
we have developed a controlled process which
allows the growth of a reduced number of
nanowires on top of micropilars (Fig.1, scale bar
1µm). These NWs are used in atomic 3D
tomographic experiments in the GPM (Rouen).
-0.8
-1.0
-1.2
0
20
40
60
80
100
Frequency (GHz)
Insertion loss measurement result
[SEOK S., and al “Design, fabrication, and
measurement of benzocyclobutene polymer zerolevel packaging for millimeter-wave applications”
IEEE Trans. Microwave Theor. Tech., 55, 5
(2007)].
7) Propagation channel
Propagation media
Radio channel: based on indoor Ultra Wide Band
(UWB) measurements, we characterized the 60
GHz channel and proposed statistical models. This
constitutes a hard point because classical hypothesis
are not valid anymore. We searched for new
solutions, based on α-stable random processes,
which overcome the limitations of actual models.
We also developed a location strategy involving
enhanced time difference of arrival to increase the
estimation accuracy. Our technique is based on
mm-wave up-converted UWB interferometer and
allows mitigating the multipath propagation.
Experimental results show the simultaneous
localization of multiple objects with an error less
than few centimeters. It also allows weak
multipaths channel sounding by canceling dominant
paths [A.Benlarbi et al, Elec. Lett. 42, 435 (2006)].
Digital communication systems
Multiple Access: CDMA and UWB impulse radio
systems have been studied. Simple UWB
architectures allow high data rates. For dense
networks, an ad hoc approach induces space
diversity and is more efficient. We also
demonstrated the benefits of directive antenna and
Localized growth on a micropilar
SEM image showing chemically functionalized
nanowires preferentially bonded to collagen fibers.
The arrow indicated the direction of the collagen
combing
Self-assembled silicon nanowire junctions assisted
by the protocollagen, a low cost soluble long fibre
protein, precursor of collagen fibrils, were
fabricated . First, the collagen was combed on
octadecyl-terminated (OTS) silicon surface with
gold electrodes. Then the combed surface was
exposed to silicon nanowires aqueous suspension.
In order to increase electrostatic interactions
between the collagen and the nanowires, the
nanowire surface was chemically modified with
negatively charged –SO3- moieties through
18
silanization with 3-mercaptopropyltrimethoxysilane
(MPTS) and subsequent chemical oxidation of the
terminal –SH groups. Taking advantage of
electrostatic interaction between the positively
charged collagen and the negatively charged
nanowires, self-assembled diodes were obtained,
consisting of nanowires localized between gold
electrodes. Current-voltage measurements give
proofs for the formation of spontaneous electrodenanowire-electrode junctions. (DGA REI 0534048)
For the top-down approach, we fabricated and
characterized silicon nanowires made with lateral
sizes down to 10 nm. Transport characterization
allowed us to highlight a depleted area at the
interface Si/native SiO2. The associated depletion
width, the surface state density as well as the
doping level of the nanowires were determined.
Bulk phonons scattering was evidenced. Finally, a
bio-sensor for ovalbumine detection has been
developed (DGA REI 0534048).
Starting from Si surfaces, we also characterized the
immobilization of biological probes, which are
linked by chemioselective methods developped at
the Institut of Biology in Lille. Along with these
characterizations, we understood the physical
mechanisms ruling the behaviour of a liquid in
nanostructured surfaces and find out strategies in
the design of new interfaces from a silicon surface
to enhance the optical signal emitted by the optical
biological receptors adsorbed on the Si supports.
We then took advantage of these supports to detect
the interaction of the probes with biolomolecular
receptors through optical (infrared, fluorescence) or
electrical detection means.
Acknowledgments – Collaborations
DGA, OMMIC, ST-M, CEA-LETI, XLIM, IMEC,
VTT, Universitu of Perugia, NoE AMICOM
19
AXIS 1 Part B): High data rate for mobile object communication
Permanent Staff: D. Simplot-Ryl, G. Grimaud, J. Carle, F. Nait-Abdesselam (until
Sept 2007), M. Hauspie (since sept 2006), N. Mitton (since sept 2006), I. Simplot-Ryl
(since sept 2007),
Non Permanent Staff: François Garigue, J. Graziano, V. Benoni, A. Courbot, E. H.
Elhasfi, F. Ingelrest, H. Meunier, M.-E. Voge, N.B.H. Aissa, S. Duquesnoy, A. Gallais,
D. Ghindici, F. Khadar, K. Marquet, T. Soete, M. Taifour.
Objectives
Outstanding results
Our team studies solution to improve
programmability, adaptability and reachability of
smal devices such as sensors, rfid, smart cards, ...,
also called “POPS” (Portable Objects Proved to be
Safe). To reach our goal, we have two main
research activities: in embedded operating system
design and in mobile networking.
Due to the various constraints of such platforms,
the development of applications integrating POPS
suffers from lack of “reachability”. For instance,
software development is penalized by exotic and
limited operating systems. Indeed, POPS, such as
sensors, are difficult to program and high level of
expertise is needed to produce software. Also,
POPS mobility induces sudden and frequent
disconnections, long round trip times, high bit error
rates and small bandwidth. Hence, POPS systems
have to adapt themselves to application
requirements or modification of the environment.
Wireless ad hoc networks are formed by
autonomous mobile devices, which operate in a
self-organized manner and communicate together
using radio interfaces. As ranges are limited due to
physical properties of radio waves, only close hosts
can directly communicate to each other. This means
that multi-hop routing must be used. Sensor
networks can be seen as a special case of ad hoc
networks, where hosts are mostly static and
communications mainly occur between a fixed
collector (also called sink, which gathers sensed
data) and some of the sensors.
In this project, we focus on low consumption radio
interface for wireless sensors. More precisely, we
believe that energy constraints objects can take
advantage of smart antenna technologies. This area
seems very promising on paper but it raises a lot of
implementation problems. In the context of a
partnership with IEMN, we want to experiment the
implementation of a full communication stack
dedicated to smart antennas (physical layer, MAC Medium Access Control - layer, etc.). A thesis is on
going on this activity with both IEMN and LIFL
member as co-advisors.
Following section present some interesting (not
exhaustive) results for this project.
1) Packet scheduler for Switched Beam Antennas
Using beam forming antennas, such as in Fig. 1, in
ad hoc networks in order to improve the space
reuse, and though the global capacity of wireless
networks, implies to revisit problematics and
algorithms
from
omni-directional
antennas
networks, such as the MAC layer protocols.
Given an uncommon multi-sector antenna design
with a switching delay, one have to deal with a real
time scheduling problem (NP-complete), in order to
optimize the throughput and the delay of packets.
Beam forming antennas with switch delay imply
using a smart packet scheduling algorithm at the
MAC layer level to improve the network capacity.
Figure 1: Six fixed beams with tree power levels
In [A. Honoré et al., IEEE 20th Intl. Conf. on
Advanced
Information
Networking
and
Applications (AINA 2006)], we considered two
optimize criteria: the antenna throughput and the
maximum delay of packets. We have proposed
MAC scheduler, FIFO TBW (First In First Out
Temporized Beam Window), based on time
windows which takes care of hardware constraints
(such as switch delay). Our scheduler, alternately
selects a beam, and sends packets on this beam until
beam buffer is empty or when the time represented
by TBW is elapsed.
Compare to classical scheduler strategy, such as
FIFO and Round Robin (RR) as illustrated in
Fig. 2, our proposition reduces the wasted
bandwidth of the antenna by an average a factor 5.
20
Figure 2: Wasted antenna bandwidth in function of the
generator bit rate
2) Topology control
The aim of topology control can be to minimize
energy consumption, or to reduce interferences by
organizing the network structure.
Topology control problems include neighbor
discovery problem: detecting neighboring nodes
located within transmission radius. This could be
view also as network organization problem:
deciding what communication links to establish
with neighboring nodes, sleeping period operations
and adjusting transmission radii. In ad hoc and
sensors network, topology control by adjusting radii
is important. Indeed, we need to ensure connexity
of all nodes since a message from any node should
be able to reach any other node in the network.
Adjusting transmission radii is equivalent to
adjusting transmission power. More large is the
communication radius and more energy is used.
Furthermore, the number of collisions (at the MAC
layer) increase with the number of nodes sharing
the medium so, increasing the radius also affect the
number of collisions. In fact, the optimal radius
depends on the total number of nodes in the
network and on its density (see Fig. 3).
We propose localized topology control algorithms
(with no global knowledge) that significantly
increase the network lifetime.
In [F. Ingelrest et al, IEEE TPDS], to preserve the
network connectivity while modifying the
transmission range of nodes, we compute a
subgraph G′ = (V , E′), which has to be connected,
sparse, bidirectional and computed locally. Some
good examples of such graphs are the RNG or the
LMST, illustrated on Fig. 4.
We use a parameter that we call a ‘target radius’,
whose goal is to influence the distance between
emitting nodes, thus controlling the topology.
Depending on the considered energy model, the
computed value of the optimal range should be used
for this parameter, referred to as T. Based on the
graph Fig. 5a with a first reduction using LMST
(Fig. 5b), the effect of T is illustrated on Fig. 5 c
and d.
Figure 4: Differents subgraphs preserving connexity
allowing topology control. The Minimum Spanning
Tree is a centralized algorithms
Figure 5: Unit graph with its LMST (R = 250) and
dominating sets after topology control with T = 50 and
T = 150
Figure 3: Looking for an optimal radius to minimize
energy consumption
In [F. Khadar et al. ICWMC 2007], present a way
of controlling topology in wireless ad hoc networks
while using a realistic physical layer. We first
define the notion of connectivity in probabilistic
physical layer. In a λ-connected network, all
21
transmissions between any two devices has a
probability of being done correctly greater or equal
to λ. We then propose a topology reduction that
preserves λ-connectivity (if there exists a path s
between nodes u and v such that P (s) > λ, then
there exists a path s′ between u and v in the reduced
graph, such that P (s′) > λ). So, as shown in Fig. , a
reduced graph could be obtained by following this
rules: a direct path (i.e. an edge) could be removed
if and only if there exists a two edges path that is
more efficient. This topology reduction can be used
to broadcast data.
3) Broadcasting
Broadcasting is one of the most important
communication task in ad hoc and sensor networks.
It is used for many purposes such as route
discovery (aodv, olsr ...), publication of services or
even mainly for sensor networks, alarming.
As power adjustment is a mechanism of prime
importance for energy preservation, we studied
localized broadcasting methods based on the
concept of optimal communication range. To
further reduce energy savings, we studied a wellknown centralized and very efficient protocol
named BIP (Broadcast Incremental Power) [J.
Wieselthier et al. In Proc. IEEE INFOCOM,
2000], which constructs an efficient spanning tree
rooted at a given node. Its efficiency is due to its
consideration of the coverage obtained thanks to a
single omnidirectional transmission, instead of
considering all links separately. It offers very good
results in terms of energy savings, but its
computation is centralized and it is a real problem
in ad hoc or sensor networks. Distributed versions
have been proposed, but they all require a huge
transmission overhead for information exchange.
We proposed and analyzed in [F. Ingelrest et al.
Wireless Networks, 2007] an incremental and
localized version of this protocol, named LBIP for
Localized BIP. In our method, the packet is sent
from node to node based on local BIP trees
computed by each node in the broadcasting chain.
Local trees are constructed within the k-hop
neighborhood of nodes, based on information
provided by previous nodes, so that a global
broadcasting structure is incrementally built as the
message is being propagated through the network.
Only the source node computes an initially empty
tree to initiate the process.
Discussion and results are provided where we argue
that k = 2 is the best compromise for efficiency. We
also discuss potential conflicts that can arise from
the incremental process. We finally provided
experimental results showing that this new protocol
obtains very good results for low densities, and is
almost as efficient as BIP for higher ones. LBIP is
currently the most efficient localized broadcasting
known scheme.
4) Activity scheduling
Wireless sensor networks (WSN) are made up of
lots of devices deployed over a distant or sensitive
field to be monitored. Full coverage, energy
efficiency,
and
connectivity
are
critical
requirements
of
such
networks.
Energy
consumption is balanced by taking advantage of the
redundancy induced by the deployment of nodes.
Some nodes are active while others are in sleep
mode, thus using less energy (see Fig. 6). The area
coverage problem is to determine a small number of
sensors that still cover the same area as the whole
network. The activity scheduling problem is a
subclass of the area coverage problem which take
into account topology control. Indeed, connectivity
of active nodes must also be provided, so that
monitoring reports can reach the sink stations. Most
of this research activity appeared in [A. Gallais,
PhD thesis, Univ. lille 1, 2007].
Figure 6: Some nodes are in sleep mode while others
are active, preserving network connectivity.
In [A. Gallais et al., 26th IEEE Conf. on Computer
communications (Infocom 2007)], we studied the
impact of a realistic radio channel on activity
scheduling in sensor networks. Most of the previous
work in this area has been studied within an ideal
environment, where messages are always correctly
received. Such an assumption can hardly provide
satisfying results in a more realistic world. To
strengthen this point of view, we replace the classic
unit disk graph model by the lognormal shadowing
model (see Fig. 7). Analyzing existing solutions
show that the area coverage is not sufficient and
also the percentage of active nodes, and thus energy
consumption, is very high. To solve these problems,
we present an original method, where a node
decides to turn off when there exists in its
neighborhood a covering set of nodes, and that this
set is sufficiently reliable (i.e. the risk is lower than
a given threshold). This reliability is based on link
22
probabilities that may be obtained thanks to the
signal-to-noise ratio of previous transmissions. We
provide experimental results for a static threshold,
and present some methods to dynamically compute
the threshold based on the local density of nodes.
These results show that our solution is very
efficient as it preserves area coverage while
minimizing the quantity of working nodes.
show that our algorithm is efficient in terms of
energy saving and hit rate (success rate of a
message to reach
its destination).
Prospectives
A full-fledged communication stack (such as Fig. 7)
must include a session and presentation layer, a
transport layer, a network layer with optimized
routing protocol, and a link layer according to the
hardware caracteristics.
Figure 7: Unit disk and Log normal shadowing
communication models
5) Networking issue
Routing protocols based on geographic information
of the sensors have been proposed as a viable
alternative to existing routing protocols for wireless
ad hoc networks in order to reduce the overhead of
maintaining routing tables in the sensors and to
avoid the cost (energy consumption) of flooding
and route discovery.
We proposed VCost [E. Elhasafi et al., t2pWSN
2007], an energy-efficient geographic routing
where nodes are not aware of their exact location.
Nodes use virtual coordinates extracted from the
distance in number of hops they are from at least 3
landmarks. Since there are several ways to define
virtual coordinates, we tested several kinds of
virtual coordinates, all gotten from a distance in
number of hops from landmarks. From these virtual
coordinates, they perform an energy-efficient
routing in a COP fashion, but based on the virtual
coordinates.
To perform such a cost over progress routing, nodes
need to compute virtual coordinates and distances.
Since there are different ways of computing such
coordinates (number of hops, centered coordinates,
etc) and such distances from virtual coordinates
(Hamming, Euclidean, etc), we compared the
performances of the routing protocol by using each
of them. It appears that the most efficient way was
VCost where the virtual coordinates were the
number of hops from the nodes to the different
landmarks and the distances used were the
Hamming distances computed over the virtual
coordinates.
We compare the performance of our proposed
method to the one of several geographic routing
algorithms and
Figure 8: Example of communication stack using our
platform (ARM / FPGA).
Our goal for next years is to study and develop
algorithms and protocols for the communication
stack and network optimization to extend lifetime
and also to improve the reliability and suitability of
pops and of the network.
To achieve our goal, we will focus on optimization
of energy consumption for pops and of making
more effort on experimentation with real material
(such as ARM/FPGA or sensors platforms). This
imply many ways of study, such as:
Co-design of the communication interface
Opimization of the communication stack
Enhancement of the platform integration of our
operating system (JITS) either in ARM/Excalibur
or in our new sensors platform (WSN 430)
Development of protocols for data management and
scheduling with smart antenna
development of protocols for positioning,
broadcasting, and routing reliable for ad hoc and
sensor networks
External collaborations
Edgar Chavez, Univ. Morelia, Mexico,
I. Stojmenovic: University of Ottawa, Canada
J.-J. Vandewalle: Gemalto researcher
Relationship with companies
Gemalto, SAP, Phillips, STm, Microsoft, Thales,
Ericsson, Auchan, Decathlon, Trusted Labs*,
Orange Labs, ATOS Origin, NorSys*, TagSys,
Aphycare*, GS1, AECRTS* …
Implied in the “Trade Industries cluster” in North of
France.
23
Axis 1
Bibliography
Bibliographie of part A
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IEEE Microw. Wirel. Compon. Lett., 16, 10 (2006)
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Potential of the polymer optical fibers deployed in
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Opt. Express, 16, 15 (2008) 11266-11274
UWB in millimeter wave band with pulsed ILO
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24
Effect of gate length in InAs/AlSb HEMTs biased
for low power or high gain.
BORG M., LEFEBVRE E., MALMKVIST M.,
DESPLANQUE L., WALLART X., ROELENS Y.,
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Solid-State Electron., 52, 5 (2008) 775-781
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Proceedings of the 36th European Microwave
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Wide BST-based tuning of voltage controlled
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Proceedings of the Asia-Pacific Microwave
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60-GHz UWB-IR transceiver with pulsed-injected
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An impulse response model for the 60 GHz
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Modeling multiple access interference in ad hoc
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UWB transmitter in BiCMOS SiGe 0.13 &#956;m
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Millimeter-wave quarter-wave patch antenna on
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A Turnover based Adaptive HELLO Protocol for
Mobile Ad Hoc and Sensor Networks, in: Proc.
15th Annual Meeting of the IEEE International
Symposium on Modeling, Analysis, and Simulation
of Computer and Telecommunication Systems
(MASCOTS 2007), Istanbul, Turkey, 2007.
•F. INGELREST, AND D. SIMPLOT-RYL. Localized
Broadcast Incremental Power Protocol for Wireless
Ad Hoc Networks, in: Proc. 10th IEEE Symposium
on Computers and Communications (ISCC 2005),
Cartagena, Spain, June 2005.
• F. INGELREST, AND D. SIMPLOT-RYL. Maximizing
the Probability of Delivery of Multipoint Relay
Broadcast Protocol in Wireless Ad Hoc Networks
with a Realistic Physical Layer, in: Proc. 2nd
International Conference on Mobile Ad-hoc and
Sensor Networks (MSN 2006), Hong Kong, China,
2006, Best student paper award.
•F. INGELREST, D. SIMPLOT-RYL, AND I.
STOJMENOVIC. Broadcasting in Hybrid Ad Hoc
Networks, in: Proc. 2nd Annual Conference on
Wireless On demand Network Systems and Services
(WONS 2005), St. Moritz, Switzerland, IEEE Press,
2005, p. 131–138.
•F. INGELREST, D. SIMPLOT-RYL, AND I.
STOJMENOVIC. Smaller Connected Dominating Sets
in Ad Hoc and Sensor Networks based on Coverage
by Two-Hop Neighbors, in: Proc. 2nd International
Conference on Communication System Software
and Middleware, Bangalore, India, 2007.
•F. KHADAR , D. SIMPLOT-RYL. Connectivity and
topology control in wireless ad hoc networks with
realistic physical layer, in: Proc. Third
International Conference on Wireless and Mobile
Communications (ICWMC 07), Guadeloupe, French
Caribbean, 2007.
•X. LI, A. NAYAK, I. RYL, D. SIMPLOT, AND I.
STOJMENOVIC. Secure Mobile Ad hoc Routing, in
Proc. 3rd IEEE Int. Workshop on Heterogeneous
Wireless Networks (HWISE 2007), Niagara Falls,
Canada, 2007, IEEE Press, pp. 737–742.
•K. MARQUET, A. COURBOT, AND G. GRIMAUD.
Ahead of Time Deployment in ROM of a Java-OS,
in: Proc. 2nd International Conference on
Embedded Software and System (ICESS 2005),
Xi’an, China, 2005.
•K. MARQUET, AND G. GRIMAUD. A DSL Approach
for Object memory Management of Small Devices,
in: Proc. Workshop on Programming Languages
and Operating Systems (PLOS 2007), Stevenson,
Washington, USA, 2007.
•K. MARQUET, AND G. GRIMAUD. Garbage
Collection for Tiny Devices: A Complexity Study,
in: Proc. International Conference on Sensor
Technologies and Applications (SENSORCOMM
2007),Valencia, Spain, 2007.
•K. MARQUET, AND G. GRIMAUD. An object
memory management solution for small devices
with heterogeneous memories, in: Proc. 5th
Workshop on Intelligent Solutions in Embedded
Systems (WISES’07), Madrid, Spain, 2007.
• K. MARQUET AND G. GRIMAUD. A DSL approach
for object memory management of small devices,
in: Proc. International Conference on Principles
and Practice of Programming In Java (PPPJ
2007), Lisboa, Portugal, 2007.
•A. MICIC, A. NAYAK, D. SIMPLOT-RYL, AND I.
STOJMENOVIC. A Hybrid Randomized Protocol for
RFID Tag Identification, in: Proc. IEEE
International Workshop on Next Generation
Wireless Networks 2005 (IEEE WoNGeN’05), Goa,
India, 2005.
•L. MORARU, AND D. SIMPLOT-RYL. QoS
Preserving Topology Advertising Reduction for
OLSR Routing Protocol for Mobile Ad Hoc
Networks, in: Proc. 3rd Annual Conference on
Wireless On demand Network Systems and Services
(WONS 2006), Les Ménuires, France, 2006.
• F. NAÏT-ABDESSELAM, B. BENSAOU, AND J. YOO.
Detecting and Avoiding Wormhole Attacks in
Optimized Link State Routing Protocol. in: Proc.
IEEE Wireless Communications and Networking
Conference (WCNC 2007), Hong Kong, China,
2007.
• F. NAÏT-ABDESSELAM, B. BENSAOU, T. SOETE,
AND K-L. HUNG. O-MAC: An Organized Energyaware MAC Protocol for Wireless Sensor
Networks, in: Proc. IEEE Int. Conf. on
Communications (ICC 2007), Glasgow, United
Kingdom, 2007.
30
•F.
OVALLE-MARTINEZ,
A.
NAYAK,
I.
STOJMENOVIC, J. CARLE, AND D. SIMPLOT-RYL.
Area Based Beaconless Reliable Broadcasting in
Ad Hoc and Sensor Networks, in: Proc. AlgoSensor
2006, Venice, Italy, 2006.
•T. RAZAFINDRALAMBO, AND N. MITTON. Analysis
of the Impact of Hello Protocol Parameters over a
Wireless Network Self-Organization, in: Proc. 4th
ACM International Workshop on Performance
Evaluation of Wireless Ad Hoc, Sensor, and
Ubiquitous Networks (PE-WASUN 2007), Chania,
Crete Island, Greece, 2007.
•D. SIMPLOT-RYL, AND I. SIMPLOT-RYL.
Connectivity Preservation and Key Distribution in
Wireless Sensor Networks, in: Proc. 3rd
International
Conference
on
Ubiquitous
Intelligence and Computing (UIC 2006), Wuhan
and Three Gorges, China, J. Ma, H. Jin, L. Yang, J.
Tsai (editors), Lecture Notes in Computer Science,
Springer-Verlag, Berlin, 2006, vol. 4159, p. 988997.
•M. TAÏFOUR, F. NAÏT-ABDESSELAM, AND D.
SIMPLOT-RYL. Neighbourhood Backoff Algorithm
for Optimizing Bandwidth in Single Hop Wireless
Ad-Hoc Networks, in: Proc. 3rd IEEE
International Workshop on Mobility Management
and Wireless Access (MobiWac 2005), Maui,
Hawaii, USA, 2005.
•M. TAÏFOUR, F. NAÏT-ABDESSELAM, AND D.
SIMPLOT-RYL. RC-MAC: Reduced Collision MAC
for Bandwidth Optimization in Wireless Local Area
Networks, in: Proc. ACS/IEEE Int. Conf. on
Computer Systems and Applications (AICCSA
2007), Amman, Jordan, 2007.
•T. TALEB, F. NAÏT-ABDESSELAM, A. JAMALIPOUR,
K. HASHIMOTO, N. KATO, AND Y. NEMOTO. Design
Guidelines for a Global and Self-Managed LEO
Satellites-Based Sensor Network, in: Proc. 49th
annual
IEEE
Global
Telecommunications
Conference (GLOBECOM 2006), San Francisco,
California, USA, 2006.
•T. WATTEYNE, D. SIMPLOT-RYL, I. AUGÉ-BLUM,
AND M. DOLHER. On Using Virtual Coordinates for
Routing in the Context of Wireless Sensor
Networks, in: Proc. 18th Annual IEEE Int. Symp.
on Personal, Indoor and Mobile Radio
Communications (PIMRC’07), Athen, Greece,
2007.
•J. ZHU, K. HUNG, B. BENSAOU, AND F. NAÏTABDESSELAM. Tradeoff between Network Lifetime
and Fair Rater Allocation in Wireless Sensor
Networks with Multi-path Routing, in: Proc. 9th
ACM-IEEE International Symposium on Modeling,
Analysis and Simulation of Wireless and Mobile
Systems (MSWiM 2006), Malaga, Spain, 2006.
31
Axis 2: New Photonics devices.
Introduction
During these last four years, the research themes of the Photonic Group have highly
evolved: they were restructured around the technology centre devoted to the study and the
realization of Photonic Crystal Fibre (PCF). The technological platform, implemented during
January 2007 in the IRCICA building, gathers several original equipments dedicated to the
fabrication of photonic fibres. Combined to the available characterisation and modelling tools,
these equipments make of this technological platform a unique site in France which is also in
the first rank in Europe. The researches focus on the development of new optical fibres
aiming to master the optical properties of light or to achieve new sources of light. These
activities required the structuring of the Photonic Group into four interconnected axes of
research:
Optical materials for the fabrication of PCF
Optical characterisation of PCF
Modelling of PCF and nanostructures
Study and characterisation of new optical components
The scientific results of these axes were noticed by the academic community and led to
several invited talks in international conferences and also to publications in interdisciplinary
magazines of a wide distribution (Biophotonics International, Futura Sciences, Photonics
Spectra, le journal du CNRS, Images de la Physique ...). The great quality of both results and
skills draws also the attention of the industrial environment, as proof the joint laboratory in
the process of creation with Draka, second world producer of optical fibres. The development
of this research carries on within the framework of an international sharp competition where
important centres continue to innovate, as it is the case in Germany with the creation of a new
research axis in the Max Planck Institute of Erlangen directed by Philip Russell and dedicated
to PCF and optical materials.
32
Axis 2 part A)
Fibres lasers
Permanent Staff: L. Bigot, G. Bouwmans, M. Douay
Non Permanent Staff : V. Pureur (2005-2008), V.G. Truong (2006-2007)
Objectives
The objective of this action is to realize optical fibre
lasers/amplifiers
presenting
unusual
emission
properties. To this aim, two approaches are developed:
• First, we investigate the possibility to combine
micro-structured fibres geometry to optically
active doping
• Second, we test non-conventional optically
active doping in conventional fibres
Outstanding results
In the first case, the idea is to benefit from the original
guiding properties of micro-structured fibres in order to
modify the emission properties of well-known optically
active ions as, for examples, rare-earth ions. As an
example, we demonstrated the interest to combine Yb3+
doping to Solid Core Photonic Bandgap geometry in
order to longitudinally filter the emission spectrum of
the rare-earth ion. More precisely, it has been possible
to make the system working in a three-levels
configuration instead of the natural four-level one. We
then obtained laser emission around 980 nm without
unwanted emission at longer wavelengths.
In the second case, we investigate the optical properties
of ions that can be considered as exotic when compared
to what is commonly presented in optical fibre
community. For example, we synthesized various kinds
of bismuth-doped single-mode fibres to obtain laser
action around 1200 nm, a wavelength domain not
covered by rare-earth ions [I. Razdobreev et al, Appl.
Phys. Lett. 90, 03103 (2007)]. In combination with
efficient frequency doubling, the development of lasers
emitting in the 1150-1300 nm wavelength range will
allow construction of efficient visible lasers sources, in
particular in the 570-590 nm band that is very
promising for various medical applications (see Figure
1 beside that present output laser performances of a
frequency doubled bismuth fibre laser) [A.B. Rulkov et
al, Optics Express, 19, 5473 (2007)]. It is worth
noticing that such medical applications are connected
to the strong absorption band of two forms of
haemoglobin (deoxyhemoglobin and oxyhemoglobin)
in the “yellow-orange” spectral range.
Figure 1 : Output Laser performances of a frequency
doubled bismuth fibre laser.
We now plan to push forward the preliminary results
obtained on bismuth-doped materials to propose
efficient fibre laser sources in the near infrared and in
the visible. Concerning Photonic Bandgap fibres, we
are now working on the geometry of the fibres in order
to realize large mode area fibre lasers and propose
solution for pulsed laser applications taking benefit of
the original chromatic dispersion properties of these
fibres [V. Pureur et al, Appl. Phys. Lett. 92, 061113
(2008)].
Collaborations
- CERLA - CNRS/Université Lille1
- Femtosecond Optics Group – Imperial College
London (London, UK)
- LPCML – CNRS/Université Lyon1
(Lyon, France)
Support: ANR FOCALASE (2005-2008)
33
AXIS 2: Part B)
Photonic Crystal Fiber Modeling
Permanent Staff : Y. Quiquempois, M. Perrin
Non permanent Staff : V. Pureur, A. Betourne, C. Baskiotis
Objectives :
The aim of the PCF modelling activities @ IRCICA
is double: (i) developing efficient numerical tools
for an accurate modelling of the optical properties
of PCF, and (ii) find new PCF structures for
original applications in linear and nonlinear
photonics. PCF is costly in this research framework
and numerical modelling must be developed in
order to validate the ideas before any technical
realization.
Outstanding results :
To model efficiently and accurately the optical
properties of PCF, two efficient methods have been
mainly used: the Plane Wave Expansion Method
(PWEM) for photonic bandgaps diagram
calculation, and the Full Vectorial Finite Element
Method (FVFEM) for computing the optical
properties of PCF (like effective index and losses).
Both methods take advantage of high performance
computing in a cluster environment since full
vectorial simulations in such microstructured fibres
are both memory (>4 Go) and time (need of parallel
computing) consuming. The numerical tools have
allowed us to improve the comprehension of the
guiding mechanisms and to develop new fibre
structures.
1- New hybrid fibers for linear and nonlinear
applications
Comprehension of guidance mechanisms in
bandgap fibers has allowed us to develop new
transverse structures with larger and deeper
bandgaps, by combining nanoscale air-holes within
a triangular lattice of high index inclusions (see Fig.
1). This structure exhibit better confinement losses,
bending losses and under some conditions allows
the light to be guided both by PBG effect and
MTIR (Modified Total Internal Reflection)
guidance at different wavelengths [M. Perrin, et al –
Opt. Exp. 15 (21) 13783 (2007); Brevet en cours
(Juillet 2007)]. In such structures, and for the first
time to our best knowledge, the fundamental mode
that propagates in the first bandgap can be phasematched with another fundamental mode that can
exist in the MTIR region and for second- and thirdharmonic generation (See Fig. 2). Theses fibres can
then be used instead of conventional nonlinear
crystals that make the realisation of compact and
robust sources possible. Such fibres can be used in
new recent exciting research fields like quantum
optics for photon pair or photon triplet generation
where conventional crystals suffer from low
conversion rates.
Fig. 1: Left: Transverse index structure of a Photonic
Bandgap fiber allowing frequency doubling or frequency
tripling. Right: example of a BandGap diagram (bandgap:
dashed regions). Effective indices are shown (triangles
and crosses) for the modes in the first Bandgap and the
mode guided by MTIR effect.
The idea here is to take advantage of the long
length of the interaction in guided optics. It is
noticeable that nano-holes of air (typically 100200nm) are required to render possible this
interaction and realisation is challenging with the
actual technology.
Fig. 2: Tunability of the phase matching condition. This
figure indicates the pitch (hole to hole distance) for which
the pump wavelength can be doubled or tripled.
2- Noise and random structures.
Noise in periodic lattice is studied with two aims:
(i) what are the fabrication tolerances for PBG
fibres to limit the increase of confinement losses
due to defects in the fabrication process, and (ii)
does a random lattice of inclusions (cladding of a
PBG fibre) exhibit bandgaps ?
The first question has been answered [V. Pureur et
al., J. Light. Tech. 25, p 3589 2007] and original
effects have been enlighten: non-regular structures
can exhibit less losses than the perfect one. The
second one is under deeper investigation, but first
results show that a bandgap structure remains open.
34
AXIS 2 Part C) Nonlinear optical imaging systems of tissues based
multicore optical fibres
Permanent Staff: A. Kudlinski, G. Martinelli, Y . Quiquempois, M. Douay
Objectives
The project concerns an innovative and flexible
optical imaging system dedicated to in vivo and in
situ microscopy of living biological substances
(eventually in freely living animal) through a
specific optical fibre image guide. More
particularly the system will suit the requirements of
high resolution nonlinear imaging techniques such
as two photon fluorescence microscopy, second and
third harmonic generation microscopy, etc…
demonstrate discrete focusing and discrete one to
one imaging, first with CW radiation and then with
femtosecond pulses. In the following step a
scanning device will be added at the input to cover
the entire section of the tissues to image. A
complete nonlinear micro-endoscope will be built
up. Its capabilities for nonlinear imaging will be
demonstrated and its performance will be compared
to the expectations of biologists and physicians.
Expected results
Outstanding results
In the present project we propose to shine
biological tissues with pulses of high peak power
whilst avoiding nonlinear effects in the fibre by
means of a particular image guide and by using the
properties of the so called discrete diffraction
regime (see Fig. 1). The idea relies on i) the
fabrication of a 2D compact array of weakly
coupled optical waveguides embedded in a single
fibre, ii) the coherent excitation of an ensemble of
cores the coupling of which will lead at the fiber
output to the focusing of their field on a single core.
The spatial spreading of the input power on several
cores will significantly raise the threshold for
nonlinear propagation regime and will dramatically
improve the multiphotonic excitation efficiency.
The project aims at the realisation of a first and
complete micro-endoscope for nonlinear imaging
with a discrete fibre (see Fig. 2). Power sharing
among different input waveguides should permit to
gain one order of magnitude on the current limits
and should lead to an improved efficiency of
nonlinear excitation of tissues. Below this ultimate
application, there is a fundamental study of
coherent propagation of light in discrete structures.
Another aim of the project is thus to demonstrate
for the first time a controlled discrete focusing of
light.
Multicore optical fibre
Coherent
excitation
Discrete
focusing
Fig. 1: Simulation of light propagating in the
“discrete” multicore fiber
Multicore optical fibres (with less than 10 cores)
have already be designed, fabricated and then
characterised. Discrete diffraction features in those
fibres have been observed. An appropriate beam
shaping will be implemented and will serve to
Fig. 2: Schematic representation of the final twophoton micro-endoscope
35
AXIS 2 Part D)
Opto-Electronic Oscillators based on photonic
crystal fibres
Permanent Staff: L. Bigot, G. Bouwmans, J. Chazelas, A.S. Daryoush, D. Decoster,
M. Douay, , H-W. Li, Y. Quiquempois, J-P. Vilcot.
Non Permanent Staff : G. Beck (2007-2010),M. Kaba.
Objectives
Concerning micro- and millimetre- wave over fibre
systems, an alternative way generating the wireless
carrier has been investigating by the way of optoelectronic oscillators (OEO). Such systems allow
reaching very low phase noise levels (in the order
of -140dBc/Hz @ 10kHz) which are, in a first
approach, independent of generated frequency.
Such numbers are related to the use of high quality
resonator, in fact the use of some kms of fibre. The
counterpart is that OEO performance is strictly
dependent upon the characteristics of the fibre. The
use of photonic crystal fibres with particular
characteristics can so help improving the
performance of OEO. We report a first study
dealing with one of the main problems of OEO, i.e.
their thermal stability. This study allied in close
collaboration know-how of PhLAM researchers in
the field of photonic crystal fibre and of IEMN
researchers in the field of optoelectronic oscillators.
temperature stability, using either hollow core or
doped core fibres taking into account compensation
of long fibres that are required achieving low phase
noise values, and also generated frequency tuning
(linked to fibre dispersion).
Outstanding results
The use of a solid-core photonic crystal fibre (SCPCF) instead of a common monomode fibre (SMF28) in the optical loop of an OEO working at 10
GHz has been investigated. We focused on the
thermal stability and not on the phase noise for this
experiment and we used almost short fibre lengths:
12.5 m of SMF-28 fibre and 56.5 m of SC-PCF.
Taking into account that fibres did not get the same
length, the SC-PCF based OEO showed a
temperature sensitivity divided by a factor 3
compared to the SMF-28 based one [M. Kaba et al,
IEEE Microwave Magazine, Vol. 7(4), 7(4), pp. 38
– 47 (2006)].
Frequency (triangles) and index (squares) relative
variation for SMF-28 (blue) and SC-PCF (red)
based oscillators versus temperature.
Collaborations
Drexel University (Philadelphia (PA), US), Thales
Airborne Systems (Elancourt, F),
Support: ESA project #17739 "Assessment of
schemes of optoelectronic microwave &
millimetre-wave oscillator" (06/04 to 12/05)
The use of PCF in OEOs will be now pushed
forward new functionalities regarding still
36
AXIS 2 Part E)
Photo-assisted growth and optical properties of
metallic and semiconductors nanostructures
Permanent Staff: B. Capoen, M. Bouazaoui, L. Hay, Y. Quiquempois, L. Bigot
Non Permanent Staff : R. Bernard, H. El Hamzaoui,
Objectives
This project focuses on the photo-assisted organized
growth and the optical properties of metallic and
semiconducting nano-objects formed in thin films and
bulk dielectric materials. Up to now, methods for
structuring materials on a nano-scale have usually been
based either on soft chemical processes for selforganization of nano-structures using the laws of
hydrodynamics or a random precipitation of nanocrystals during thermal treatment. The project aims to
master localization and organization of nano-crystallites
and nano-wires in a dielectric matrix, controlling
growth using an optical beam. The work should lead to
many applications in the domain of optical
telecommunications, displays and optical processing.
Among potential applications, we mention RBG colour
filters, polarisers, photonic band-gap devices (1D, 2D,
3D), ultra-fast saturable absorbers and non-linear
optical components.
the CdS emission as a function of time irradiation
showed clearly that TPA processes are responsible of
the NP formation.
Gold nanoparticles could also be produced inside
silicate melted glasses. In these experiences, the
volume of the matrix, containing only 0.33 mol% of
Au2O3, is first irradiated by the focused beam of a
femtosecond laser in order to generate defects. These
defects act like nucleation centres that allow the
reduction of gold metal during a subsequent thermal
treatment. The gold surface plasmon (SP) peak then
appears around 550nm. We have shown that if a
second irradiation, using nanosecond laser at 532 nm,
is performed in parallel of this heat-treatment, the SP
band can be shifted toward the blue, attesting a size or
a shape modification of the NP. Thus, it could be
possible to localize the metal NP and then tune their
optical properties by using different optical beams.
Similar investigations are being performed on sol-gel
SiO2:Au materials (Figure 2).
Outstanding results
Glasses irradiated in volume
by fs, then by ns in oven
This action concerns the generation and the local
control of nano-objects growth inside sol-gel or melted
matrices by laser irradiation, eventually assisted by a
heat-treatment. This project, begun in January 2007
and involves several French research groups in Lille,
Lyon, Saint-Etienne and Grenoble. In Lille, we
demonstrated recently that CdS nanoparticles can be
generated in the silica xerogels under UV irradiation
combined with an appropriate heat-treatment (figure 1).
2H @ 620°C
2H @ 620°C
Wavelength
CdS lines
Figure 2 : Absorption spectra of glasses heat-treated
first with fs laser and then under nanosecond laser
combined
with
heat-treatment
at
different
temperatures.
Collaborations
Figure 1: Photo-assisted growth of CdS lines in silica
xerogels.
Laboratoire LASIR (USTL-Lille) –S.Turrell and O.
Robbe.
Université de Saint-Etienne (LaHC) – A. Boukenter
Université de Grenoble (Spectro et IMEP) – P.
Baldeck and G. Vitrant.
Université de Lyon (LMI)- S. Parola.
Support
Semiconductors nanoparticles were also generated both
in zirconia thin films by two photons absorption (TPA)
using a femtosecond laser. In this case, the evolution of
ANR: Program PNANO 2006-project: POMESCO
37
AXIS 2 Part F)
Solid core photonic bandgap fibers @ IRCICA
Permanent Staff : G. Bouwmans, L. Bigot, Y. Quiquempois, M. Douay
Non permanent Staff : V. Pureur, A. Betourne
Outstanding results:
Since the first realization of 2D all-solid PBGFs
in 2004 by the University of Bath, important progress
have been made at IRCICA, both in terms of
attenuation and comprehension of these fibers
properties.
First, by improving significantly the fabrication
process, we realized a fiber (Fig 1-a) presenting a lowloss transmission region (< 20 dB/km) around 1550 nm
(3rd BG of the periodic structure) corresponding to a
reduction of more than 2 orders of magnitude
compared to previously published results [G.
Bouwmans et al, Opt. Express 13, 8452, 2005]. This
fiber has a large core diameter of about 20 µm but
remains single-mode with a Gaussian-like profile. The
measured fiber dispersion is typical of bandgap fibers
but with a zero dispersion close to the shorter
wavelength edge of the bandgap because of the
positive dispersion of the core material at this
wavelength.
This level of loss has opened the way to many
applications and to a better comprehension of the
mechanism responsible for light guidance. For example
it allowed us to realize an Yb doped SC-PBG fiber
forced (by the bandgap effect) to operate at 976 nm
with performances that cannot be achieved with
standard fiber lasers [V. Pureur et al, Appl. Phys. Lett.
92 061113, 2008]. Furthermore, we studied for the first
time the impact of transversal defects in such fibers [V.
O u tp u t p o w e r (d B m )
In the large family of Photonic Crystal Fibers
(PCFs), Photonic BandGap Fibers (PBGFs) are
probably the most original ones as the light in these
structures is confined in a low index core conversely to
all the other fibers. Such confinement leads to very
unusual and interesting dispersive and spectral
properties. However, widely known Hollow Core-PBG
fibers suffer from some important drawbacks among
which a tricky fabrication and splicing to other fibers.
Moreover, it would be very challenging to realize rareearth doped amplifier/laser based on these fibers or to
write Bragg gratings which are widely used in
photonics.
Consequently, Solid-Core PBGFs appear to be
very attractive because they associate the specific
bandgaps properties (unique spectral and dispersion
characteristics) while strongly reducing (if not
completely eliminating) the limitations presented above.
The objectives were the fabrication and
characterization of SC-PBGF with low-loss region
around 1550 nm involving new designs and the
demonstrations of new applications of such fibers.
(a)
30 µm
-30
(b)
-40
-50BG
-60#7
-70
BG BG BG
#6 #5 #4
-80
700
950
1200
1450
1700
Wavelength (nm)
Ge-doped rods
Silica core
BG
#3
-90
450
Figure 1 : Scanning Electron Micrograph (SEM) of our all-solid
PBGF with 7 rings of Ge-doped inclusions (a) and a typical
transmission curve of this fiber from BG#3 to BG#10 (b).
In order to overcome this last issue, we designed
and realized two new versions of SC-PBGFs (Fig 2-a
& 2-b) which allow to reach experimentally losses in
the few dB/km range (state of the art) while reducing
significantly both the fiber diameter and its sensitivity
to bend loss [A. Bétourné et al, Opt. Lett. 32, 1719,
2007] [A. Bétourné et al, Opt. Express 15, 316, 2007].
50
(a)
(c)
40
30 µm
(b)
air holes
15 µm
Loss (dB/km)
Objectives :
Pureur et al, IEEE J. of Light. Tech. 25 3589, 2007]
and also demonstrated that bend loss can indeed limit
the fiber transmissions properties.
30
20
10
0
1450 1500 1550 1600 1650 1700 1750 1800
Wavelength (nm)
Figure 2 : SEM of our new SC-PBGF designs: the air-clad (a) and
the interstitial air holes (b) assisted SC-PBGF. A typical measured
loss curve of the fiber shown in Fig. 2-b (c).
Thanks to a better understanding of the bandgap
borders, we propose an original design which allows to
guide light at short wavelength by bandgap effect and
at long wavelength by the modified total internal
reflection mechanism [M. Perrin et al, Opt. Express
15, 13783, 2007]. This opens, for example, the
possibility to fulfil the phase matching condition
between harmonic waves with fundamental like mode
profiles.
Support:
- ANR FOCALASE (ANR-05-BLAN-0080)
- Fonds Européen de Développement Economique des
Régions (FEDER)
38
AXIS 2 Part G)
Sol-Gel Silica Fibers
Permanent Staff: B. Capoen, M. Bouazaoui, G. Bouwmans, K. Delplace, L. Bigot
Non Permanent Staff : E. Berrier (2003-2005), V.N. Nguyen, L. Courthéoux, A. Favre, H.
El Hamzaoui,
Objectives
The sol-gel technique constitutes an interesting way of
producing pure or doped silicate materials for use in
the optics domain. Indeed, sol-gel processes present
inherent advantages for the preparation of nanoporous
and vitreous oxides. By adjusting the composition and
the heat-treatment of the derived silica xerogels, their
porous structure can be controlled. This enables the
post-doping of such matrices with various kinds of
species, like optical active ions, macromolecules and
nano-objects. Finally, homogeneous doped glasses can
be obtained at a temperature relatively low (1300°C) in
comparison with those required (around 2000°C) in the
conventional melt technique.
The aims of this project are:
- the elaboration of nanoporous silica with a narrow
pore size distribution and a mean pore diameter
ranging from 5 to 50 nm for post-doping.
- the synthesis of doped and undoped silica glass rods
with an amount of hydroxyl groups lower than 1 ppm
and with good mechanical properties for use as optical
fibre performs.
Further heat-treatment was pursued under different
atmospheres (chlorine treatment, i.e.). The obtained
glass rods were found to present an amount of hydroxyl
groups lower than 1 ppm and mechanical properties
similar to those of silica glasses prepared by the
classical melt-quench process. These transparent solgel silica rods were included into stacks and
subsequently drawn to microstructured optical fibres
(Figure2).
Outstanding results
Bulk silica glasses were synthesized and their
mechanical, optical, structural and textural properties
were investigated. Xerogel samples were prepared
through hydrolysis and condensation of a silica-based
alkoxide, followed by conventional aging and
stabilisation steps. After aging and drying steps, clear
and solid xerogels were achieved, exhibiting a mean
pore diameter ranging from 20 to 50 nm (Figure 1).
Figure 2 : Microstructured fibre with a sol-gel silica
core.
The attenuation of these microstructured sol-gel silica
fibres was measured and found to be around 4 dB/km
at 1550 nm (Figure 3) which represents an outstanding
result for this kind of fibers. The peak observed at 1400
nm is due to the contamination by hydroxyls groups
(OH) during the stack process of the capillaries (OH
groups at the surface).
Figure 2 : Attenuation of a microstructured sol-gel
silica fibre.
Figure 1 : Pore size distribution for xerogels heattreated at (●) 180 °C under vacuum (▲) 850 °C; (■)
1000 °C .
39
AXIS 2 Part H)
CW supercontinuum generation in photonic crystal
fibers
Permanent Staff: A. Kudlinski, A. Mussot
Objectives
The continuous-wave (CW) pumping regime has been
recently proposed as an interesting alternative to pulsed
lasers for the generation of strong supercontinuum (SC)
[J. Dudley et al, Rev. Mod. Phys. 78, 1135 (2006)].
Sources based on CW SC are characterized by a
substantial lower intensity noise, a lower coherence
length, a higher stability and a higher spectral power
density than their pulsed counterparts. Additionally,
photonic crystal fibers (PCFs) can be spliced to
recently developed CW fiber lasers, preserving the allfiber format. These features are of particular interest
for ultrahigh resolution optical coherence tomography
for instance. But one drawback of these configurations
is that the bandwidth of the SC spectrum is not easily
adjustable to the one required for a particular
application. As a consequence the pump power budget
is not optimized if the application requires a given
spectral power density over a particular spectral range,
as this is actually the case for many potential
applications.
(a)
Outstanding results
We have numerically studied a way to control the SC
bandwidth. We have recently demonstrated that by
using a PCF with 2 zero dispersion wavelengths one
can bound the SC extension and that by tailoring the
profile of the dispersion of the fiber the SC extension
can be controlled [A. Mussot et al, Opt. Express 15,
11553-11563 (2007)]. Experimental evidence has been
recently achieved [A. Kudlinski et al, submitted to
Appl. Phys. B], as it can be seen on figures 1. Figure 1(a) represents the dispersion curves of the optical fibers
and figure 1-(b) the output spectrum obtained with a
CW Yb fiber laser delivering 20 W at 1064 nm. We
obtained 9 W (fiber A) and 6.3 W (fiber B) at the
output each fiber. To sump up, the SC extension
roughly depends on the spectral shift between the zero
dispersion wavelength of the fibers.
We plan to further enhance the power spectral density
of these SCs to optimize the pump power budget.
Indeed, the water absorption peak responsible of the
dip around 1380 nm can be reduced by suitable
cleaning of the stacked PCF preform. By this way and
with a direct splice of the PCF with the fiber laser, an
all fiber strong SC source directly suitable for
applications will be developed.
Another interesting challenge consists in controlling
the extension of CW SC toward short wavelengths. Up
to date, with Yb fiber lasers (the most powerful fiber
lasers available commercially), generation of antiStokes waves remain quite difficult.
Figure 1: (a) dispersion curves of 60 m long PCFs and
(b) corresponding output spectra obtained with an Yb
fiber laser.
As it has been demonstrated with pulsed pumps, the
extension of the blue side of the SC can be enhanced
by using dispersion decreasing fibers [A. Kudlinski et
al, Opt. Express 14, 5715-5722 (2006)]. Even if the
dynamic of the SC formation is different of those of
CW SC, first numerical results showed that by using
longer fibers significant improvement of the SC
extension can be achieved. We plan to go into the
understanding in depth of the physical mechanism to
control the blue side of these CW SCs and to evidence
it experimentally. The ultimate objective consists in
taking adavantage of the high power of these CW
lasers to generate strong all fiber visible SC light
sources.
40
AXIS 2 Part I) Droplet-based surface plasmon resonance systems for
biosensing
Permanent Staff: V. Thomy, R. Boukherroub, J-P. Vilcot, B. Pinchemel, M. Bouazaoui
Non Permanent Staff: M. Beaugeois, E. Galopin
Objectives
Outstanding results
The preliminary results, obtained using a droplet-SPR
system coupled to a surface acoustic wave (SAW)
microfluidic platform, show clearly that kinetics of
different biological interactions can be improved
(Figure 2).
Points
Surface plasmon resonance (SPR) is now regarded
as one of the most sensitive direct optical detection
techniques for real time monitoring of biological and
chemical interactions. Commonly used to capture
biomolecular binding in real time, SPR is now widely
used to probe affinity and kinetic constants. However,
if mass transport is low, diffusion limits reaction in
terms of time scales and sensitivity; the measured
response is virtually independent of the reaction rate
and kinetic parameters can’t be determined. We
propose in this project to explore an original solution in
comparison to generally used pressure driven flows [1].
This approach consists to use microdroplet
microstreaming coupled to SPR biosensing, in order to
improve the accuracy of kinetic parameter estimation
in mass transport limited regime. A schematic
representation of the experimental set-up is shown in
Figure 1.
5400
5350
5300
5250
5200
5150
5100
5050
5000
B
A
90
290 Time (sec)
490
Figure 2 : Streptavidin binding on a NHS activated
carboxyl-terminated SAM’s (A) under static conditions
(B) under SAW micro-streaming
This interdisciplinary project involves researchers from
PhLAM
laboratory,
IEMN
institute
and
Interdisciplinary Research Institute (IRI). The project
aims to demonstrate the technological feasibility of
new sensors for biology. These sensors based on the
use of micro-droplets are promising: reduction of the
quantity of the biological solution as well the increase
of the sensitivity and the accuracy [E. Galopin et al,
Biosensors and Bioelectronics 23 746-750 (2007)].
Collaborations
Faculté de Médecine Lille Pôle Recherche (IFR 114) –
P.M. DANZE.
Université de Liège (Hololab ;Belgique) – S. Habraken
Université de Mons- Hainaut (Belgique) – P. Damman
Figure 1. Experimental set-up of the droplet-SPR
layout. Position of the SPR minimum in the droplet is
measured as a function of incident angle . LiNbO3
substrate on top slide enables SAW microstreaming
during real time monitoring of interactions
41
AXIS 2
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Capoen B.
J. Non-Cryst. Solids 352, (2006) 3315-3319
* Transmission filtering of a waveguide coupled to a
stub micro-resonator
Pennec Y., Beaugeois M., Djafari-Rouhani B., Akjouj
A., Ait Ouali B.,Vasseur J., Dobrzynski L., Vilcot J.
P., Bouazaoui M., Fikri R., Vigneron J. P.
App. Phys. Lett. 89, (2006)101113
* Study of structural and optical properties of InSbdoped SiO2 thin films
45
AXIS 3: New Services and Devices for Ambient Intelligence
Introduction
Our project aims at defining new methods and tools for 3D interaction. This work is at the edge of several research
areas: physical modeling, virtual reality, and HCI.
Animation and physically-based simulation is a very active research field. Recent advances, to which our
research work contributes, now allow users to interact with physically-based models. Surgical simulation is
one of the areas that benefits from this research.
During the last decade, numerous research works have been carried out that aim at immersing users into virtual
worlds. Besides technological aspects (VR devices, ..), these new tools require new kinds of interaction
between the users and the environment, as classical WIMP interfaces are no longer suited. It is now clear that
many applications do not require the user to be fully immersed into the environment, thus opening a new
research area: finding the best compromise between immersion based realism and new models that allow to
navigate in and to interact with the virtual world.
Graphical Human-Computer Interfaces are now a basic part of any computer. However, they are not well suited
to current applications like communication and collaborative work. New research is being carried out in order
to make them more user-friendly in cooperative environments (Collaborative Virtual Environment, Tangible
User Interface).
Our project deals with these three research areas. In the animation and simulation field, we aim at defining virtual
objects behaving like real ones. As far as Virtual Reality is concerned, we focus on providing the users with natural
interaction with the computer models. Last, we contribute to the HCI community by proposing and experimenting new
interaction models and 3D interfaces between the users and the computer objects. Our team has been developing for
several years a non-immersive 3D environment mimicking a meeting room. A group of users, each one using its own
computer, can meet in a virtual office and work together. Such a concept involves new problems, like manipulating
virtual objects inside a cooperative framework (how to model real objects ? how to interact with these models ?).
Our research currently focuses on fives subjects: one on physical models, one on Collaborative Virtual Environments
and three around interactions: 3D HCI, tactile actuators and interaction between models in physical simulation. We
focus on the medical field as main application area. We target tools (both numerical and hardware) for medical
simulation, as well as for improval of patient rehabilitation.
46
AXIS 3 Part A)
Computer science
Permanent Staff : C. Chaillou, L. Grisoni, S. Degrande, S. Cotin, J. Allard, F. Aubert,
P. Plenacoste, C. Duriez, J. Lenoir, G. Casiez
Non permanent Staff : A. Theetten, D. Marchal, J. Dequidt, R. Vatavu, N. Martin,
S. Gaeremynck, C. Syllebranque, Q. Pan, PJ. Bensoussan, L. Provenzano,
J. Ringard, J. Vandromme, JP. Plata Del Alcalde.
Main Activities
SOFA
Graphix group activity works on two related subjects,
all together pushing away the limits of 3D interaction
on complex objects.
First, we work on objects representation: we
study physical simulation, and try to provide ascomplex-as-possible virtual systems on which user can
interact. We target most of the work to the medical
simulation field (although not the only one, e.g. see
highlight on Theetten PhD) : this application field
demands very fast simulation, that surgeons need to be
as close as possible to reality.
Second, we work on human-computer
interaction models : what is the practical flexibility that
can be reached for human-computer interaction ? how
can we push away interaction limits, taking into
account current interaction hardware ? can we provide
impaired people with flexible interaction ? What about
collaborative, distant 3D work ?
We lead a highly ambitious software project, aimed at
medical simulation. The SOFA project is a
collaboration between several research teams, at
national and international level. The main aim is to
provide basic tools (standard numerical integration
methods, basic yet efficient collision detection, basic
mechanical models, etc…), as well as a test-bed for
future contributions in hte medical simulation field. It
involves several innovative concepts, that both raise
several research questions, and provide flexible
software tools. More details can be found at the URL
http://www.sofa-framework.org
International position
The scientific scope of the group is quite large ; we
involve people from several different communities :
computer science (software, physical simulation), but
also robotics, and psychology. The two research axis
that are present in the group are fully complementary,
and allow true synergy we think such a singular group
structuration provides very specific potential to the
research group.
Highlights
Theetten PhD
A thesis, co-funded with CEA (List, Fontenay-auxRoses) has recently been defended in the group on
physical simulation of 1D deformable objects. The
proposed model is mechanically consistent and realtime. It is based on a spline representation, that is know
for being the most compact representation for the
geometric support. This model is associated to
numerous lagrangian constraints that open the road to
real-time simulation of the suture process, that is
classical in medical simulation Finally, this thesis also
introduces some tools that allow the model to
dynamically switch between quasi-static and dynamic
simulation: these two simulations are, from a
computationnal point of view, equivalent; yet, the
quality of interaction is here optimized, which is very
novel, and opens new problems to the simulation
community.
R. Vatavu PhD
A thesis has recently been defended, co-advised with
Pr. Pentiuc (Univ. Suceava, Romania), on real-time
analysis of gesture. The tools proposed in this thesis,
based on analysis of interaction curve, permits to
dynamically extracts patterns within a continuous
movement. Based on efficient evaluation of
deformation energies, it potentially allows for use of
user gesture as a flexible tool for free-hand command.
We think this work is very novel, because it introduces
curve analysis within vision community, and hence
brings new tools to the field.
RuberEdge
On the Human-Computer aspects, we recently reached
best level communications. We proposed a tool that
reduces clutching, by using an hybrid position-rate
control system. This method eliminates any trajectory
and velocity discontinuities, and be very easily adapted
to any touchpad system.
Simple project
We recently developped a very strong knowledge of
virtual catheter manipulation. We proposed a simulator
of cathether insertion, that provides very accurate
simulation. It handles in real-time multiple contact
between catheter and vascular system. The medical
simulation of the group has reached, on this class of
simulation, the very best level.
47
AXIS 3 Part B)
Stimtac Report
Permanent Staff : C. Chaillou, F. Giraud, B. Lemaire-Semail, P. Pernod,
P. Plénacoste, G. Casiez, K. Talbi
Non permanent Staff : M. Biet, G. Mboungui, Z. Dai, M. Abdolvahab, J. Streque,
F. Martinot, R. Demersseman
International position
Stimtac project aims at designing and controlling force
feedback and cutaneous feedback devices. In the field
of force feedback, commercial interfaces are already
proposed (Phantom, from Sensable, Virtuose from
Haption or Speedar from Immersion). Our approach is
different on a technological point of view, as we
propose to use particular electro-actives actuators
instead of the classical electromagnetic motors to
render the forces. This leads to higher integration and
low cost possibilities; original control laws for “wall”
simulation are also available with this kind of actuation.
In the field of cutaneous feedback, several research
groups are currently working, for example the CIM
(Center of intelligent Machine) from Macgill Unversity
(V. Hayward), the CEA-List in Fontenay aux Roses
(Moustapha Hafez et al), and at a European level, the
partners of project Touchhapsis, Micole and Haptex.
Many proposals are based on discrete pin matrix, but
we propose also another approach, which relies on a
continuous vibrating structure, in order to control the
friction coefficient between a surface and the finger.
This solution is also developed by the Northwern
University (Winfield and Colgate).
Main Activities
Stimtac project focuses on the design and control of
haptic interfaces for desktop applications. One part of
the project deals with force feedback, using electroactive actuator solutions: piezo-electric motors and
magneto-rheological brakes. Typical control laws are
developed to improve haptic performances using these
components.
Another part of the project deals with cutaneous
feedback. Then, the field of research is larger: we work
on the design and control of tactile devices but also on
the touch gesture analysis. Indeed, the knowledge of
touch phenomena during contact is necessary to design
accurate devices. Experimental measurements have
been carried out to characterize the finger-surface
contact and a new study begins on finite element
modelling of the inetraction. Two kinds of devices are
currently being designed: a vibrating tactile plate and
an electromagnetic pin matrix.
Highlights
The studies are going on about the design and control
of piezo-electric actuators for force feedback devices.
The torque control of travelling wave actuators needs
to consider the mechanical stick-slip phenomena which
occur at very low speeds. The modelling is achieved
and the control is currently in progress to take into
account this non-linear phenomenon.
About cutaneous feedback, important results have been
obtained. One major result deals with the touch
analysis and the other ones with typical technological
solutions for tactile displays.
•
Touch analysis
First, to improve our knowledge about the touch
characterisation, we did a first study within the PhD
thesis of F. Martinot. Experimental measurements have
been carried out to define the typical area used for
exploration gesture, as well as the typical speed and
pressure of the finger during contact. Theses results are
major guidelines for the design of structure and
geometry of a tactile feedback device. Then, F.
Martinot has tried to characterize the contact between
the finger pulp and a textured surface. For that aim, he
proposed an original method based on acoustic
measurements, to acquire the “noise” of the contact.
The results obtained on the acoustic pressure of contact
were particularly interesting. They showed the
influence of fingerprint during contact interaction;
further works also highlighted the importance of
commensurability between fingerprints and texture to
provide the roughness feeling [MPC 05].
•
MEMS technology for tactile displays
One way to design tactile displays is to build a matrix
of active pins which vibrate under the finger pulp.
There are already many proposals within this approach,
but generally, they are inaccurate because of their wide
size. Here, the idea is to take advantage of MEMS
technology to improve the integration possibilities. A
concept of vibrotactile display interface was defined,
based on an 4x4 array of Gold or polymer membranes,
and realized using MEMS microfabrication techniques.
The polymer membranes, constituted of a 60 µm
thickness layers of Poly-DiMethyl-Siloxane (PDMS)
were proved to be more interesting in terms of
flexibility and strength. The magnetostatic actuation is
assured by commercial 47-turn micro-coils of 167 µm
in diameter Copper wire, and bulk NdFeB magnets
(1.5 mm in diameter, 500 µm thickness). The pitch of
the membrane arrays destined to be equipped with this
actuation mechanism is 2 mm. A first demonstrator is
about to be assembled, leading to a 16-pin tactile
interface of nearby 1 cm2. Sinusoidal or rectangular
currents of 200 mA can lead to amplitude deflections
of 100 µm, for a power consumption of less than 2 W
for the whole interface [STPP]. This second study is
currently in progress (PhD thesis of J. Streque).
48
•
Vibrating tactile plate
Another approach has also been developed to design a
tactile display: one major result has been obtained
according to the PhD thesis of Melisande Biet (Dec.
2007). A tactile display has been designed and
controlled to provide roughness feeling with active
touch on a 8X5cm2 continuous surface. The working
principle relies on the “squeeze effect”, that is an overpressure created under the finger pulp. This effect is
due to a high frequency standing wave propagating
within the substrate. The wave is propelled according
to the supply of piezo-ceramics glued under the CuBe
(cupper berillyum) plate. Of course, a mechanical study
and an optimisation process have been necessary to
reach the right dimensions of the device, able to
provide this Squeeze effect. This effect induces the
variation of the friction coefficient with the wave
amplitude [BBMGL 07]. Then, to simulate a texture,
we control the wave amplitude as a function of the
finger position. With such a spacio-temporal
transformation, it is possible to re-create a desired
texture [BGL 07].
AXIS 3:
The device has been evaluated according to a direct
and indirect approach. In particular, the experimental
trials have highlighted the “just noticeable difference”
allowed by the tactile display and this threshold was
compared with the JND for real periodic textures. The
results are quite close to the results obtained for real
textures and have been presented in Haptic Symposium
2008 conference [BCGL 08]. The device is currently
under review to be patented.
Collaborations :
France Télécom (plateform spin3D), Idées3Com,
CEA, laboratoire LIST, CIMIT (MIT/Mass,Harvard
Hospital), IRCAD (Institut de Recherche sur le Cancer
de l’Appareil Digestif, Strasbourg). DGP, Toronto (R.
Balakrishnan
team) ,Hopale foundation,
LPMT
( Laboratoire de Physique et Mécanique Textile) from
Mulhouse, The Human Interaction Lab. From Beihang
University (Pékin),
Bibliography
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Andy Cockburn. The Impact of Control-Display Gain
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49
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Transducer: Evidence for an Anisotropic Deprivation
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Teleoperator Systems. World Haptics 2007. March
2007 page(s): 385 - 390 Tsukuba, Japan Digital Object
Identifier: 10.1109/WHC.2007.123
[BGL 07] M. Biet, F. Giraud, B.
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[MPC 05] F. Martinot, P. Plénacoste, Ch. Chaillou,
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Palmerston north, New Zealand, Nov. 2005
Lemaire-Semail
of an ultrasonic
on Ultrasonic,
Vol. 54, N°. 12,
[BCGL 08] M. Biet, G. Casiez, F. Giraud, B. LemaireSemail « Discrimination of virtual square gratings by
dynamic touch on friction based tactile displays”,
Haptic interfaces for virtual environment and
teleoperators systems, pages 41-48, Haptic Symposium,
Reno, march 2008
[STPP 08] J. Streque, A. Talbi, P. Pernod, V.
Preobrazhensky, « Electromagnetic Actuation Based
50
Conclusion: swot analys
IRCICA strengths: creation of real synergies between teams of the 3 main regional STIC
laboratorie, mainly between the hardwave and software communities. Quality of personnel.
Quality of the scientific production. Creation of about 30 permanent positions (researchers,
Engineers and technicians). Welcome of 20 foreigner Post doc and seniors scientists. Strong
interaction with industry. Advanced technological platforms for multidisciplinary research.
Flexible rotation of hosted projects. Launching of new research topics on ambient intelligence
and energy. Research at system level. New functional building.
IRCICA weakness:Lack of efficient communication facilities;heterogeneous administrative and
financial management. Difficulty in recruiting good PHD students.
IRCICA opportunities: IRCICA was the first attempt to launch multidisciplinary research
between teams of the major STIC regional laboratories. On this basis due to the success of the
federation a new extended federation gathering the STIC regional competences is proposed for
2010
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