Structures algébriques, systèmes superintégrables et polynômes orthogonaux

Cette thèse est divisée en cinq parties portant sur les thèmes suivants: l’interprétation physique et algébrique de familles de fonctions orthogonales multivariées et leurs applications, les systèmes quantiques superintégrables en deux et trois dimensions faisant intervenir des opérateurs de réflexion, la caractérisation de familles de polynômes orthogonaux appartenant au tableau de Bannai-Ito et l’examen des structures algébriques qui leurs sont associées, l’étude de la relation entre le recouplage de représentations irréductibles d’algèbres et de superalgèbres et les systèmes superintégrables, ainsi que l’interprétation algébrique de familles de polynômes multi-orthogonaux matriciels. Dans la première partie, on développe l’interprétation physico-algébrique des familles de polynômes orthogonaux multivariés de Krawtchouk, de Meixner et de Charlier en tant qu’éléments de matrice des représentations unitaires des groupes SO(d+1), SO(d,1) et E(d) sur les états d’oscillateurs. On détermine les amplitudes de transition entre les états de l’oscillateur singulier associés aux bases cartésienne et polysphérique en termes des polynômes multivariés de Hahn. On examine les coefficients 9j de su(1,1) par le biais du système superintégrable générique sur la 3-sphère. On caractérise les polynômes de q-Krawtchouk comme éléments de matrices des «q-rotations» de U_q(sl_2). On conçoit un réseau de spin bidimensionnel qui permet le transfert parfait d’états quantiques à l’aide des polynômes de Krawtchouk à deux variables et on construit un modèle discret de l’oscillateur quantique dans le plan à l’aide des polynômes de Meixner bivariés. Dans la seconde partie, on étudie les systèmes superintégrables de type Dunkl, qui font intervenir des opérateurs de réflexion. On examine l’oscillateur de Dunkl en deux et trois dimensions, l’oscillateur singulier de Dunkl dans le plan et le système générique sur la 2-sphère avec réflexions. On démontre la superintégrabilité de chacun de ces systèmes. On obtient leurs constantes du mouvement, on détermine leurs algèbres de symétrie et leurs représentations, on donne leurs solutions exactes et on détaille leurs liens avec les polynômes orthogonaux du tableau de Bannai-Ito. Dans la troisième partie, on caractérise deux familles de polynômes du tableau de Bannai-Ito: les polynômes de Bannai-Ito complémentaires et les polynômes de Chihara. On montre également que les polynômes de Bannai-Ito sont les coefficients de Racah de la superalgèbre osp(1,2). On détermine l’algèbre de symétrie des polynômes duaux -1 de Hahn dans le cadre du problème de Clebsch-Gordan de osp(1,2). On propose une q - généralisation des polynômes de Bannai-Ito en examinant le problème de Racah pour la superalgèbre quantique osp_q(1,2). Finalement, on montre que la q -algèbre de Bannai-Ito sert d’algèbre de covariance à osp_q(1,2). Dans la quatrième partie, on détermine le lien entre le recouplage de représentations des algèbres su(1,1) et osp(1,2) et les systèmes superintégrables du deuxième ordre avec ou sans réflexions. On étudie également les représentations des algèbres de Racah-Wilson et de Bannai-Ito. On montre aussi que l’algèbre de Racah-Wilson sert d’algèbre de covariance quadratique à l’algèbre de Lie sl(2). Dans la cinquième partie, on construit deux familles explicites de polynômes d-orthogonaux basées sur su(2). On étudie les états cohérents et comprimés de l’oscillateur fini et on caractérise une famille de polynômes multi-orthogonaux matriciels.

A novel nonrepudiable threshold multi-proxy multi-signature scheme with shared verification

Tzeng et al. proposed a new threshold multi-proxy multi-signature scheme with threshold verification. In their scheme, a subset of original signers authenticates a designated proxy group to sign on behalf of the original group. A message m has to be signed by a subset of proxy signers who can represent the proxy group. Then, the proxy signature is sent to the verifier group. A subset of verifiers in the verifier group can also represent the group to authenticate the proxy signature. Subsequently, there are two improved schemes to eliminate the security leak of Tzeng et al.’s scheme. In this paper, we have pointed out the security leakage of the three schemes and further proposed a novel threshold multi-proxy multi-signature scheme with threshold verification.

Mitigating sandwich attacks against a secure key management scheme in wireless sensor networks for PCS/SCADA

Alzaid et al. proposed a forward & backward secure key management scheme in wireless sensor networks for Process Control Systems (PCSs) or Supervisory Control and Data Acquisition (SCADA) systems. The scheme, however, is still vulnerable to an attack called the sandwich attack that can be launched when the adversary captures two sensor nodes at times t1 and t2, and then reveals all the group keys used between times t1 and t2. In this paper, a fix to the scheme is proposed in order to limit the vulnerable time duration to an arbitrarily chosen time span while keeping the forward and backward secrecy of the scheme untouched. Then, the performance analysis for our proposal, Alzaid et al.’s scheme, and Nilsson et al.’s scheme is given.

A multicast routing scheme for efficient safety message dissemination in VANET

Vehicular ad hoc network (VANET) is a wireless ad hoc network that operates in a vehicular environment to provide communication between vehicles. VANET can be used by a diverse range of applications to improve road safety. Cooperative collision warning system (CCWS) is one of the safety applications that can provide situational awareness and warning to drivers by exchanging safety messages between cooperative vehicles. Currently, the routing strategies for safety message dissemination in CCWS are scoped broadcast. However, the broadcast schemes are not efficient as a warning message is sent to a large number of vehicles in the area, rather than only the endangered vehicles. They also cannot prioritize the receivers based on their critical time to avoid collision. This paper presents a more efficient multicast routing scheme that can reduce unnecessary transmissions and also use adaptive transmission range. The multicast scheme involves methods to identify an abnormal vehicle, the vehicles that may be endangered by the abnormal vehicle, and the latest time for each endangered vehicle to receive the warning message in order to avoid the danger. We transform this multicast routing problem into a delay-constrained minimum Steiner tree problem. Therefore, we can use existing algorithms to solve the problem. The advantages of our multicast routing scheme are mainly its potential to support various road traffic scenarios, to optimize the wireless channel utilization, and to prioritize the receivers.

Fold back current control and admittance protection scheme for a distribution network containing distributed generators

Islanded operation, protection, reclosing and arc extinguishing are some of the challenging issues related to the connection of converter interfaced distributed generators (DGs) into a distribution network. The isolation of upstream faults in grid connected mode and fault detection in islanded mode using overcurrent devices are difficult. In the event of an arc fault, all DGs must be disconnected in order to extinguish the arc. Otherwise, they will continue to feed the fault, thus sustaining the arc. However, the system reliability can be increased by maximising the DG connectivity to the system: therefore, the system protection scheme must ensure that only the faulted segment is removed from the feeder. This is true even in the case of a radial feeder as the DG can be connected at various points along the feeder. In this paper, a new relay scheme is proposed which, along with a novel current control strategy for converter interfaced DGs, can isolate permanent and temporary arc faults. The proposed protection and control scheme can even coordinate with reclosers. The results are validated through PSCAD/EMTDC simulation and MATLAB calculations.