Thèse - Coopération entre systèmes interdépendants basée sur l'échange d'information de Disponibilité F/H

Description de l'offre

about the role

Votre rôle est d'effectuer un travail de thèse sur :

« Coopération entre Systèmes Interdépendants basée sur l'Echange d'Information de Disponibilité»

Contexte : Les réseaux de télécommunication font partie des réseaux d'infrastructure critiques au même titre que les réseaux de distribution d'électricité, les réseaux de distribution d'eau, les réseaux de transport de passagers ou encore de marchandise, dans la mesure où chacun de ces réseaux doit rester fonctionnel pour que les services vitaux d'un pays soient assurés aux habitants de ce pays. Ces réseaux d'infrastructure étant interdépendants, une défaillance dans l'un de ces réseaux risque de voir se propager ses effets sur un ou plusieurs des autres réseaux d'infrastructure critiques. Pour éviter que cela ne se produise, des opérations de maintenance ainsi que des mécanismes de résilience sont requis sur chacun de ces réseaux pour limiter l'occurrence d'une défaillance ainsi que ses effets, et au final garantir un niveau de disponibilité prédéfini pour chacun des services critiques.

La cinquième génération (5G) des réseaux cellulaires de télécommunication sans fil va modifier le paradigme en place. Tout d'abord, les nouveaux services de télécommunication proposés, tels que les communications de machine à machine (M2M) ou encore les services à faible latence et à haute disponibilité (URLLC - Ultra-Reliable Low-Latency Communication) vont pouvoir être utilisés au plus proche des infrastructures critiques clientes, de sorte que les systèmes de télécommunication supportant ces services pourront y être en partie intégrés. D'autre part, la 5G prévoit de fournir à la demande ces nouveaux services de télécommunication, si bien que de nouveaux schémas de protection à la demande pourront être définis, notamment sur la base de schémas de protection partagés entre infrastructure cliente (nominal) et infrastructure télécom (secours) par exemple lors d'opérations de maintenance manuelles ou automatisées.

Ainsi, la disponibilité calculée jusqu'alors de façon statique, infrastructure par infrastructure, devra dans un avenir proche être calculée de façon dynamique et globale pour permettre la garantie d'un service inter système minimal, y compris pendant les phases de maintenance.

Etat de l'art : L'analyse des interdépendances entre infrastructures critiques [1] est étudiée depuis plusieurs décennies. Une approche par simulation à deux étages [2] peut être utilisée pour effectuer cette analyse, ou encore une approche par modèle de propagation de défaillance entre réseaux [3]. A l'instar des réseaux de télécommunication [4], les réseaux de distribution d'électricité peuvent mettre en oeuvre des agents de contrôle [5] pour échanger des informations permettant de rétablir un service en situation dégradée, les réseaux ferroviaires peuvent également aiguiller les trains vers des routes alternatives [6] en cas de défaillance sur les chemins nominaux. Les nouveaux services offerts par la 5G [7] sont une opportunité pour permettre l'échange d'information entre ces deux infrastructures critiques.

Le sujet de thèse consiste à explorer cette opportunité pour échanger les informations nécessaires au calcul de disponibilité dynamique en vue de garantir la continuité de service en cas de pannes ainsi que durant les phases de maintenance.

Merci de vous référer à la section 3 « Le plus de l'offre » pour des informations détaillés sur la mission scientifique et les principales activités associées à la thèse.

about you

·   formation demandée (master, diplôme d'ingénieur, domaine …) :

Mastère Recherche dans le domaine de l'informatique et algorithmique.

Une expérience comme un stage en recherche et développement dans le domaine des réseaux de distribution d'électricité ou des réseaux ferroviaires serait un plus.
- Bonne connaissance des réseaux de télécommunication et en particulier des protocoles de routage. Une culture sur les techniques de virtualisation logicielle.

·   Autonomie en développement logiciel.
·   Bonne connaissance des techniques d'algorithmique distribuées.
·   Très bonnes connaissances en mathématiques appliquées (probabilités, statistiques, théorie des systèmes complexes, calcul de complexité algorithmique, théorie de la décision, …)

additional information

·   objectif scientifique - verrous à lever

L'objectif de la thèse est d'évaluer l'efficacité de mécanismes d'échange d'information entre réseaux critiques pour permettre le calcul dynamique de la disponibilité de leurs services respectifs en ayant connaissance de leurs dépendances croisées. La prise de décision automatique de réaliser les opérations de maintenance dont l'impact sur la disponibilité globale reste acceptable devra être étudiée comme mise en application.

Les verrous suivants devront être levés :

·   Quels types d'informations doivent être échangés pour calculer une disponibilité dynamique entre réseaux interdépendants ?
·   Quels types d'informations doivent être échangés pour identifier les boucles de dépendance ?
·   Comment se passer d'informations relatives à la topologie interne des réseaux ?
·   Quels types d'informations doivent être échangés pour coordonner les opérations de maintenance automatiques ?
·   Quels protocoles de communication existants peuvent être étendus pour échanger les informations requises ?
·   Quelle architecture de communication est adaptée pour permettre la mise en oeuvre sur des réseaux à grande échelle ?

·   approche méthodologique-planning

Le travail de la thèse s'articulera en quatre étapes principales :

·   Compréhension du contexte : il s'agira d'établir un état de l'art scientifique mais aussi de comprendre les architectures des infrastructures de réseaux de télécommunication, les architectures des infrastructures de réseaux de distribution d'électricité, les architectures des infrastructures de réseaux ferroviaires ainsi que leurs interactions. Concernant l'état de l'art scientifique, le doctorant sera amené à comprendre les méthodes de calcul de disponibilité entre réseaux interdépendants, les stratégies d'échange d'information de routage entre noeuds en réseau ainsi que les stratégies de coordination multi-agents.
·   Définition d'une ou plusieurs architectures de réseaux interdépendants de référence ainsi que de jeux d'attributs à échanger entre réseaux interdépendants.
·   Développement d'algorithmes de calcul de disponibilité et de stratégies de coordination sur la base des jeux d'attributs préalablement définis.
·   Développement d'un simulateur ou prototypage d'un émulateur dans un environnement virtualisé et évaluation des performances des algorithmes proposés sur les architectures de références préalablement définies.Par ailleurs, en fonction de l'avancement des travaux, ceux-ci seront disséminés sous la forme de publication d'articles dans des conférences et revues scientifiques.La rédaction du manuscrit de la thèse se concentrera sur les 6 derniers mois de la thèse.

department

·   La thèse s'effectuera au sein de l'équipe NAVI (Network Automation and Virtualised Infrastructure) de la direction CISS (Cloud Infrastructure Solutions and Services) d'OLN (Orange Labs Networks) qui a parmi ses missions d'orienter les choix du groupe Orange dans le contexte des solutions de virtualisation de fonctions réseaux qui seront utilisées dans les infrastructures du groupe (NFV, services aux entreprises...). Parmi les actions menées dans ce sens, l'équipe étudie des solutions d'infrastructure automatisées pour la virtualisation logicielle des fonctions de réseau d'accès 5G pour le support des nouveaux services cellulaires 5G sur des infrastructures en réseaux distribuées. L'équipe est constituée d'ingénieurs de recherche et d'ingénieurs d'étude en anticipation.
·   Cette thèse apportera au doctorant une expérience à la fois théorique et technologique, car il s'agira d'appliquer des concepts de calculs entre agents autonomes à des architectures d'infrastructures de réseaux basés sur des technologies variées (télécommunication, informatique, électricité, etc …)Les extensions de protocole jugées pertinentes pourront être proposées sous forme de drafts à l'IETF (Internet Engineering Task Force) dans le groupe de travail correspondant au protocole retenu.A l'issue de cette thèse, le doctorant aura acquis une connaissance sur les architectures de ces différents réseaux de technologies variées.
·   Références
·   [1] S. M. Rinaldi et al., Identifying, Understanding, and Analyzing Criticial Infrastructure Interdependencies, Control Systems Magazine (2001).
·   [2] E. Casalicchio et al., A two-stage approach to simulate interdependent critical infrastructures, Complexity in Engineering (2010).
·   [3] A. Sturaro et al., Towards a Realistic Model for Failure Propagation in Interdependent Networks, International Conference on Computing, Networking and Communications, Network Algorithms and Performance Evaluation (2016).
·   [4] J. Camilio Cardona et al., Bringing high availability to BGP: A survey, Computer Networks (2015).
·   [5] X. Sun et al.,Topology Identification Method Based on Multi-agent for Outage Areas in MultiContact Distribution Network, IEEE International Conference on Power and Renewable Energy (2016).[7] M. Shafi et al., 5G: A Tutorial Overview of Standards, Trials, Challenges, Deployment, and Practice, IEEE Journal on Selected Areas in Communications (2017).
·   [6] K. Adjetey-Bahum et al., Railway transportation system's resilience : integration of operating conditions into topological indicators, International Workshop on Urban Mobility & Intelligent Transportation Systems (2016).
·   [7] M. Shafi et al., 5G: A Tutorial Overview of Standards, Trials, Challenges, Deployment, and Practice, IEEE Journal on Selected Areas in Communications (2017).

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