Les infrastructures Internet et l'installation d'appareils très gourmands en énergie (en raison de l'explosion du nombre d'internautes et de la concurrence entre les services efficaces offerts par Internet) se développent de manière exponentielle. Cela entraîne une augmentation importante de la consommation d'énergie. La gestion de l'énergie dans les systèmes de distribution de contenus à grande échelle joue un rôle déterminant dans la diminution de l'empreinte énergétique globale de l'industrie des TIC (Technologies de l'information et de la communication). Elle permet également de diminuer les coûts énergétiques d'un produit ou d'un service. Les CDN (Content Delivery Networks) sont parmi les systèmes de distribution à grande échelle les plus populaires, dans lesquels les requêtes des clients sont transférées vers des serveurs et traitées par des serveurs proxy ou le serveur d'origine, selon la disponibilité des contenus et la politique de redirection des CDN. Par conséquent, notre objectif principal est de proposer et de développer des mécanismes basés sur la simulation afin de concevoir des politiques de redirection des CDN. Ces politiques prendront la décision dynamique de réduire la consommation d'énergie des CDN. Enfin, nous analyserons son impact sur l'expérience utilisateur. Nous commencerons par une modélisation de l'utilisation des serveurs proxy et un modèle de consommation d'énergie des serveurs proxy basé sur leur utilisation. Nous ciblerons les politiques de redirection des CDN en proposant et en développant des politiques d'équilibre et de déséquilibre des charges (en utilisant la loi de Zipf) pour rediriger les requêtes des clients vers les serveurs. Nous avons pris en compte deux techniques de réduction de la consommation d'énergie : le DVFS (Dynamic Voltage Frequency Scaling) et la consolidation de serveurs. Nous avons appliqué ces techniques de réduction de la consommation d'énergie au contexte d'un CDN (au niveau d'un serveur proxy), mais aussi aux politiques d'équilibre et de déséquilibre des charges afin d'économiser l'énergie. Afin d'évaluer les politiques et les mécanismes que nous proposons, nous avons mis l'accent sur la manière de rendre l'utilisation des ressources des CDN plus efficace, mais nous nous sommes également intéressés à leur coût en énergie, à leur impact sur l'expérience utilisateur et sur la qualité de la gestion des infrastructures. Dans ce but, nous avons défini comme métriques d'évaluation l'utilisation des serveurs proxy, d'échec des requêtes comme les paramètres les plus importants. Nous avons transformé un simulateur d'événements discrets CDNsim en Green CDNsim, et évalué notre travail selon différents scénarios de CDN en modifiant : les infrastructures proxy des CDN (nombre de serveurs proxy), le trafic (nombre de requêtes clients) et l'intensité du trafic (fréquence des requêtes client) en prenant d'abord en compte les métriques d'évaluation mentionnées précédemment. Nous sommes les premiers à proposer un DVFS et la combinaison d'un DVFS avec la consolidation d'un environnement de simulation de CDN en prenant en compte les politiques d'équilibre et de déséquilibre des charges. Nous avons conclu que les techniques d'économie d'énergie permettent de réduire considérablement la consommation d'énergie mais dégradent l'expérience utilisateur. Nous avons montré que la technique de consolidation des serveurs est plus efficace dans la réduction d'énergie lorsque les serveurs proxy ne sont pas beaucoup chargés. Dans le même temps, il apparaît que l'impact du DVFS sur l'économie d'énergie est plus important lorsque les serveurs proxy sont bien chargés. La combinaison des deux (DVFS et consolidation des serveurs) permet de consommer moins d'énergie mais dégrade davantage l'expérience utilisateur que lorsque ces deux techniques sont utilisées séparément. / Explosive increase in Internet infrastructure and installation of energy hungry devices because of huge increase in Internet users and competition of efficient Internet services causing a great increase in energy consumption. Energy management in large scale distributed systems has an important role to minimize the contribution of Information and Communication Technology (ICT) industry in global CO2 (Carbon Dioxide) footprint and to decrease the energy cost of a product or service. Content distribution Networks (CDNs) are one of the popular large scale distributed systems, in which client requests are forwarded towards servers and are fulfilled either by surrogate servers or by origin server, depending on contents availability and CDN redirection policy. Our main goal is therefore, to propose and to develop simulation-based principled mechanisms for the design of CDN redirection policies which will do and carry out dynamic decisions to reduce CDN energy consumption and then to analyze its impact on user experience constraints to provide services. We started from modeling surrogate server utilization and derived surrogate server energy consumption model based on its utilization. We targeted CDN redirection policies by proposing and developing load-balance and load-unbalance policies using Zipfian distribution, to redirect client requests to servers. We took into account two energy reduction techniques, Dynamic Voltage Frequency Scaling (DVFS) and server consolidation. We applied these energy reduction techniques in the context of a CDN at surrogate server level and injected them in load-balance and load-unbalance policies to have energy savings. In order to evaluate our proposed policies and mechanisms, we have emphasized, how efficiently the CDN resources are utilized, at what energy cost, its impact on user experience and on quality of infrastructure management. For that purpose, we have considered surrogate server's utilization, energy consumption, energy per request, mean response time, hit ratio and failed requests as evaluation metrics. In order to analyze energy reduction and its impact on user experience, energy consumption, mean response time and failed requests are considered more important parameters. We have transformed a discrete event simulator CDNsim into Green CDNsim and evaluated our proposed work in different scenarios of a CDN by changing: CDN surrogate infrastructure (number of surrogate servers), traffic load (number of client requests) and traffic intensity (client requests frequency) by taking into account previously discussed evaluation metrics. We are the first who proposed DVFS and the combination of DVFS and consolidation in a CDN simulation environment, considering load-balance and loadunbalance policies. We have concluded that energy reduction techniques offer considerable energy savings while user experience is degraded. We have exhibited that server consolidation technique performs better in energy reduction while surrogate servers are lightly loaded. While, DVFS impact is more considerable for energy gains when surrogate servers are well loaded. Impact of DVFS on user experience is lesser than that of server consolidation. Combination of both (DVFS and server consolidation) presents more energy savings at higher cost of user experience degradation in comparison when both are used individually.

Dans le contexte énergétique actuel une vraie chasse aux économies d'énergie est ouverte, spécialement dans le secteur du bâtiment qui constitue en Europe le secteur le plus énergivore. D'un côté les innovations technologiques sont importantes et les nouvelles constructions ont des consommations très inférieures aux anciennes. De l'autre côté, le taux de renouvellement de bâtiments et des systèmes n'est pas capable d'assumer à lui seul les objectifs de réduction de consommations et d'émissions de CO2 (Kyoto, facteur 4 etc.). Ce n'est donc qu'en s'intéressant à l'existant que de tels objectifs deviennent possibles. La climatisation est aujourd'hui un enjeu car le marché est en forte croissance (renforcé aussi par le réchauffement de la planète) et le stock européen est déjà important. La Directive de performance énergétique des bâtiments s'intéresse aux systèmes de climatisation en prévoyant l'inspection périodique des systèmes de plus de 12 kW. L'inspection vise à évaluer le bon fonctionnement du système et ensuite à proposer des actions d'amélioration. La thèse cherche à déterminer et quantifier les problèmes que les principaux systèmes de climatisation rencontrent pendant leur vie du point de vue technique. Il s'agit de savoir comment les détecter, quels sont les impacts énergétiques et les effets sur le confort. Les technologies de climatisation sont nombreuses et diversifiées selon le type et les besoins spécifiques du bâtiment. On a donc retenu deux types de système à analyser, les plus courants sur le marché européen : les climatiseurs split et les groupes de production d'eau glacée. Les caractéristiques des appareils représentatifs sont celles des technologies utilisées dans les années passées et couramment présentes dans le stock. Après avoir déterminé les défauts de fonctionnement les plus courants pour ces deux types de système, les défauts sont analysés du point de vue physique puis modélisés par des outils spécifiques bâtis à partir d'une structure existante, afin de mesurer les impacts sur les performances et de déterminer les paramètres mesurables qui caractérisent chaque défaut. Ensuite, on observe les effets des défauts dans un contexte plus proche de la réalité par des simulations qui incluent la dégradation des systèmes dans des bâtiments type avec des climats de référence. Une troisième étape de ce travail consiste à relier le niveau du défaut au temps afin d'observer la dégradation progressive et de pouvoir déterminer la fréquence des actions de correction optimisée en termes d'énergie et de coût. On peut ainsi obtenir une courbe de performance pluriannuelle avec ou sans action corrective ou préventive. La modélisation est l'outil principal de cette thèse car flexible et performant pour isoler l'effet de dégradation de chaque défaut. Surtout, le problème posé constitue un cas ou la vérification expérimentale est longue et où les différents effets s'additionnent. Ceci étant, tous les éléments expérimentaux recensés dans la littérature ont été utilisés pour valider les résultas et paramétrer certains modèles.

Au cours des dernières années, la croissance des architectures de réseaux de télécommunication a rapidement augmenté pour suivre un trafic en plein essor. En outre, leur consommation d'énergie est devenue un enjeu Important, tant pour son impact économique qu'écologique. De multiples approches ont été proposées pour la réduire. Dans cette thèse, nous nous concentrons sur l'approche Energy Aware Routing (EAR) qui consiste à fournir un routage valide tout en diminuant le nombre d'équipements réseau actifs. Cependant, les réseaux actuels ne sont pas adaptés au déploiement de politiques vertes globales en raison de leur gestion distribuée et de la nature fermée des périphériques réseau actuels. Les paradigmes de Software Defined Network (SDN) et de Network Function Virtualization (NFV) promettent de faciliter le déploiement de politiques vertes. En effet, le premier sépare le plan de contrôle et de données et offre donc une gestion centralisée du réseau. Le second propose de découpler le logiciel et le matériel des fonctions réseau et permet une plus grande flexibilité dans la création et la gestion des services réseau. Dans cette thèse, nous nous concentrons sur les défis posés par ces paradigmes pour le déploiement de politiques EAR. Nous consacrons les deux premières parties aux SDNs. Nous étudions d'abord les contraintes de taille de table de routage causées par la complexité accrue des règles, puis le déploiement progressif de périphériques SDN dans un réseau actuel. Nous concentrons notre attention sur NFV dans la dernière partie, et plus particulièrement nous étudions les chaines de fonctions de services. / In the recent years, the growth of the architecture of telecommunication networks has been quickly increasing to keep up with a booming traffic. Moreover, the energy consumption of these infrastructures is becoming a growing issue, both for its economic and ecological impact. Multiple approaches were proposed to reduce the networks' power consumption such as decreasing the number of active elements. Indeed, networks are designed to handle high traffic, e.g., during the day, but are over-provisioned during the night. In this thesis, we focus on disabling links and routers inside the network while keeping a valid routing. This approach is known as Energy Aware Routing (EAR). However current networks are not adapted to support the deployment of network-wide green policies due to their distributed management and the black-box nature of current network devices. The SDN and NFV paradigms bear the promise of bringing green policies to reality. The first one decouples the control and data plane and thus enable a centralized control of the network. The second one proposes to decouple the software and hardware of network functions and allows more flexibility in the creation and management of network services. In this thesis, we focus on the challenges brought by these two paradigms for the deployment of EAR policies. We dedicated the first two parts to the SDN paradigm. We first study the forwarding table size constraints due to an Increased complexity of rules. We then study the progressive deployment of SDN devices alongside legacy ones. We focus our attention on the NFV paradigm in the last part, and more particularly, we study the Service Function Chaining problem.

L'industrie de la pêche est confrontée à plusieurs contraintes comme l'augmentation du prix du carburant et la diminution des stocks de poisson. Pour améliorer la rentabilité, nous avons fait l'optimisation des chaluts de pêche (pélagique et de fond) afin d'augmenter leurs efficacités énergétiques. Deux facteurs principaux ont été utilisés : la traînée du chalut et sa surface balayée. Notre travail porte sur l'optimisation du plan du chalut par modification du nombre de mailles des pièces du filet et par changement de la longueur des câbles. Nous avons développé une méthode de recherche successive appelée SOT et nous l'avons comparée à une méthode de recherche aléatoire dans le cas d'un chalut pélagique avec un gain net de 54%. La SOT a été utilisée pour optimiser le plan des pièces du filet d'un chalut de fond. Une amélioration du gain énergétique de 38% a été obtenue, ainsi qu'une réduction de 45 jours de pêche. Par souci de risque de baisse de capturabilité, nous avons développé une fonction objectif qui dépend de la distribution de poisson. Trois fonctions de même densité surfacique ont été testées. L'amélioration de l'efficacité énergétique calculée par la méthode SOT sur un chalut de fond est respectivement de 52%, 16% et 32% selon les trois distributions. Avec la méthode SRT (méthode de raffinement séquentiel), nous obtenons des réductions de 56%, 30% et 39% pour les trois distributions. Finalement nous avons adapté la méthode SOT pour optimiser les longueurs des câbles du chalut. Nous obtenons dans un cas une amélioration de l'efficacité énergétique de 49%. L'utilité de ce travail devrait être étendue hors de la pêche comme l'écologie en général. / Nowadays, fishing industry is facing several constraints such as increased fuel prices and declining fish stocks. In this work, we perform optimization of fishing trawls (pelagic and bottom) in order to improve their energy efficiencies. Two main factors were used: the trawl drag and its mouth swept area. Our work focuses on optimizing trawl design by altering mesh numbers and changing cable length. We have developed a method called SOT and compared it to a random search method in the pelagic trawl case with a net energy gain of 54%. The SOT was used in design optimization of bottom trawl panels. Improved energy gain of 38% was obtained and a reduction of 45 total number of fishing days. In order to bypass catchability reduction, we developed an objective function which depends on fish distribution. Three functions with same bottom surface density were tested. Improving energy efficiency calculated by the SOT method on a bottom trawl is respectively 52%, 16% and 32% for the three distributions. With the SRT method (sequential refinement), we obtain reductions of 56%, 30% and 39% for the three aforementioned distributions. Finally we adapted the SOT method to optimize trawl cable lengths. In one case, we obtain energy efficiency improved by 49%. The usefulness of this work should be extended beyond fishery to ecology in general.

L'industrie de la pêche est confrontée à plusieurs contraintes comme l'augmentation du prix du carburant et la diminution des stocks de poisson. Pour améliorer la rentabilité, nous avons fait l'optimisation des chaluts de pêche (pélagique et de fond) afin d'augmenter leurs efficacités énergétiques. Deux facteurs principaux ont été utilisés : la traînée du chalut et sa surface balayée. Notre travail porte sur l'optimisation du plan du chalut par modification du nombre de mailles des pièces du filet et par changement de la longueur des câbles. Nous avons développé une méthode de recherche successive appelée SOT et nous l'avons comparée à une méthode de recherche aléatoire dans le cas d'un chalut pélagique avec un gain net de 54%. La SOT a été utilisée pour optimiser le plan des pièces du filet d'un chalut de fond. Une amélioration du gain énergétique de 38% a été obtenue, ainsi qu'une réduction de 45 jours de pêche. Par souci de risque de baisse de capturabilité, nous avons développé une fonction objectif qui dépend de la distribution de poisson. Trois fonctions de même densité surfacique ont été testées. L'amélioration de l'efficacité énergétique calculée par la méthode SOT sur un chalut de fond est respectivement de 52%, 16% et 32% selon les trois distributions. Avec la méthode SRT (méthode de raffinement séquentiel), nous obtenons des réductions de 56%, 30% et 39% pour les trois distributions. Finalement nous avons adapté la méthode SOT pour optimiser les longueurs des câbles du chalut. Nous obtenons dans un cas une amélioration de l'efficacité énergétique de 49%. L'utilité de ce travail devrait être étendue hors de la pêche comme l'écologie en général.

Cette thèse a pour objectif d'évaluer l'efficacité des dispositifs publics qui visent à inciter les agents à rénover leur logement afin d'en réduire la consommation énergétique. Il s'agit de combiner les deux dimensions clés de l'évaluation ex-post de l'intervention : la dimension récapitulative qui revient à déterminer l'efficacité des mesures mises en œuvre et la dimension formative qui vise à comprendre les résultats obtenus et à identifier les voies d'amélioration. Cela nécessite dans un premier temps de réaliser une analyse détaillée des facteurs qui sont à l'origine du faible niveau d'investissements, qualifié de déficit d'efficacité énergétique (" energy efficiency gap "). Ce déficit est dû à la présence de défaillances de marchés, aux conséquences de la rationalité limitée des ménages, ainsi qu'aux difficultés de coordination entre agents en particulier dans le cadre de la copropriété. Dans un deuxième temps il convient d'analyser le déficit d'efficacité énergétique en comparant les prescriptions qui peuvent être issues des calculs utilisés en économie publique concernant les investissements à réaliser, avec les données issues des études de terrain sur les investissements effectifs. Cette analyse permet de bien identifier les critères de décisions des ménages et ainsi de comprendre comment les barrières à l'efficacité énergétique se manifestent. L'identification des différentes barrières permet alors, dans un troisième temps, de voir si les dispositifs d'incitations aujourd'hui en application en France permettent de lever tous les obstacles aux investissements d'amélioration énergétique. Il apparaît que la multitude de dispositifs mis en oeuvre ne peut suffire à réduire fortement le déficit d'efficacité énergétique. D'une part, certaines barrières ne sont pas levées car aucun outil approprié n'existe. D'autre part, certains facteurs de blocages ne sont que partiellement traités car l'utilisation pratique des outils diffèrent de leur conception théorique. Finalement, l'analyse des programmes de réhabilitation thermique des logements qui ont été engagés sur le territoire grenoblois permet de déterminer l'efficacité des dispositifs additionnels c'est à dire d'évaluer dans quelle mesure ces interventions " renforcées " permettent de lever les barrières qui n'ont pu l'être avec les dispositifs nationaux. La mise en perspective de ces quatre analyses successives - des causes du déficit ; de sa manifestation ; des instruments nationaux ; des programmes mis en œuvre à l'échelle locale - aboutit à la conclusion d'un nécessaire renforcement des mesures non financières pour l'accompagnement des agents afin d'amorcer la dynamique d'investissement et ainsi créer les conditions de l'efficacité des instruments économiques plus généraux.

L'objectif de cette étude consiste à développer une approche permettant d'économiser de l'énergie de haut niveau thermique dans le procédé de la distillation atmosphérique du pétrole. Cette approche repose sur le fait que l'installation de plusieurs flashs sur le train de préchauffage de ce procédé associée à un choix approprié du plateau d'alimentation des vapeurs résultantes à la colonne de distillation, provoque une diminution de la chaleur apportée à ce train de préchauffage. Le déficit de chaleur de haut niveau thermique ainsi créé est causé par la réduction des débits des reflux latéraux de la colonne de distillation et il est compensé par de la chaleur de bas niveau thermique apportée par les effluents résiduaires disponibles dans toute la raffinerie. Cette approche peut être appliquée aux nouveaux procédés comme à l'expansion des procédés existants et l'économie d'énergie de haut niveau thermique dans le four peut atteindre les 21%. Une réduction équivalente des gaz à effet de serre est aussi observée / The objective of this thesis is to demonstrate, on thermodynamic grounds, that introducing a flash in the preheating train of an atmospheric oil distillation process , together with an appropriate feeding of the resulting vapors into the column, could potentially bring substantial energy savings by reducing the duty of the preheating furnace and by reducing the distillation column irreversibilities. This idea has been expended by showing how this can be done while keeping the throughput and the product characteristics unchanged. The outcome is that placing several flashes after the heat exchangers and feeding the corresponding vapor streams to the appropriate trays of the column, reduces the pumparound flows and then the heat brought to the preheating train. The resulting heat deficit may then be compensated in additional heat exchangers by using low level heat recuperated from the products of the distillation and/or imported from other processes. The use of this residual heat reduces the furnace duty by approximately an equivalent amount and could be as high as 21%. The approach can be applied in the design of news processes or in the revamping of existing ones

Les maisons intelligentes sont des habitations équipées de technologies de l'information et de la communication qui anticipent et répondent aux besoins des occupants. Malgré les nombreux travaux et solutions existants, seulement peu d'exemplaires de maisons intelligentes ont été construits et vendus. La raison cachée derrière cette lente diffusion est l'orientation technologique des approches existantes. Cette thèse de doctorat vise à démontrer qu'une maison intelligente peut fournir des fonctionnalités conçues avec une approche centrée utilisateur, en prenant en compte de considérations ergonomiques sur l'activité domestique et sur la cognition humaine. Ceci est réalisé en collaboration avec des ergonomes cognitifs, qui aident à "prendre garde" à l'écart entre le contexte humain et le contexte compréhensible par une machine. En utilisant une instrumentation légère, qui minimise les problèmes d'acceptabilité et de protection de la vie privée, ce travail de thèse a mené aux contributions suivantes: (i) la conception interdisciplinaire de fonctionnalités adaptées, en collaboration avec des ergonomes cognitifs; (ii) la conception d'un système sensible au contexte qui capture et raisonne sur des informations contextuelles incertaines de façon distribuée; (iii) la réalisation d'un prototype qui démontre la fourniture de fonctionnalités qui réalisent des économies d'énergie, tout en préservant le confort des habitants. / Smart homes are residences equipped with information and communication technologies that anticipate and respond to the needs of the occupants. Despite the numerous research and industrial efforts, today only few expensive smart homes have been built and sold. The reason behind this slow uptake is the technology-driven approach characterizing existing solutions. The doctoral Thesis aims at demonstrating that a smart home can provide functionalities designed with a user-centered approach, taking into account ergonomic considerations about domestic activity and human cognition. This is achieved in collaboration with cognitive ergonomists, which help "minding the gap" between human context and machine-understandable context. Using off-the-shelf and lightweight instrumentation (also minimizing privacy concerns), extending existing context modeling, reasoning and management tools and following the Ubiquitous Computing principles, the doctoral work led to the following achievements: (i) the inter-disciplinary design of suitable functionalities, in collaboration with cognitive ergonomists; (ii) the design of a context-aware system that captures and reasons about uncertain contextual information in a distributed fashion; (ii) the realization of a working prototype that demonstrates the provision of energy-saving and comfort-preserving functionalities.

Nous proposons un algorithme original de structuration des réseaux ad hoc nommé SDEAC dans le but d'optimiser les communications et de tolérer les pannes transitoires. SDEAC est auto-stabilisant, distribué et déterministe. Il utilise un modèle asynchrone à passage de messages et se fonde sur un voisinage à distance 1 pour construire des clusters non-recouvrants à k sauts. Nous montrons que partant d'une configuration quelconque et sans occurrence de pannes transitoires, SDEAC structure le réseau dans le pire des cas en n+2 transitions. En outre, son exécution nécessite une occupation mémoire de (Δu+1)*log(2n+k+3) bits pour chaque noeud u, avec Δu étant le degré de u, k le rayon maximal des clusters et n la taille du réseau. Par simulation sous OMNeT++, nous observons pour un réseau quelconque un temps de stabilisation très inférieur à celui du pire des cas d'une part. D'autre part, suite à l'occurrence de pannes transitoires après la stabilisation, nous constatons un temps de stabilisation inférieur à celui du clustering. Dans le contexte des RCSF, nous étudions la consommation énergétique de SDEAC suivant trois critères d'élection des cluster-heads (identité, degré et énergie résiduelle des noeuds) puis nous la comparons avec celle de la solution de Mitton et al. opérant dans le même modèle. Les résultats montrent que SDEAC permet le passage à l'échelle et réduit la consommation énergétique de 42% à 49%. Enfin, pour l'utilisation de SDEAC dans l'acheminement de l'information, nous proposons deux approches efficaces : (i) un routage sans agrégation qui minimise les délais de bout en bout et (ii) un routage avec agrégation partielle qui réduit la consommation énergétique totale offrant ainsi une meilleure durée de vie du réseau. / We propose SDEAC, a self-Stabilizing Distributed Energy-Aware and fault-tolerant Clustering algorithm. SDEAC uses an asynchronous message-passing model and is based on 1-hop neighboring to build non-overlapping k-hops clusters. We prove that, starting from an arbitrary configuration, SDEAC structures the network after at most n + 2 transitions and requires (Δu+1)log(2n+k+3) memory space for each node u, where n is the number of network nodes, Δu is the degree of u and k represents the maximum hops number. Through simulations under OMNeT++, we observe that over arbitrary network, the stabilization time is far below the worst case scenario. Furthermore, we remark that after faults, the re-clustering cost is significantly lower than the clustering cost. In the context of Wireless Sensor Networks (WSNs), we evaluate the energy consumption of SDEAC according to multiple criteria in the election of cluster-heads, such as nodes' identity, residual energy or degree and we compare it with the well-known message-passing based self-stabilizing clustering algorithm proposed by Mitton et al. Results show that SDEAC is scalable and reduces energy consumption between 42% and 49%.Afterwards, we propose efficient scenarios in order to transfer information: (i) the non-aggregation scenario that provides a better end-to-end delay and (ii) the partially-decentralized aggregation scenario that reduces the total energy consumption and prolongs the network lifetime.

Internet est un véritable écosystème. Il se développe, évolue et s’adapte aux besoins des utilisateurs en termes de communication, de connectivité et d’ubiquité. Dans la dernière décennie, les modèles de communication ont changé passant des interactions machine-à-machine à un modèle machine-à-contenu. Cependant, différentes technologies sans-fil et de réseaux (tels que les smartphones et les réseaux 3/4G, streaming en ligne des médias, les réseaux sociaux, réseaux-orientés contenus) sont apparues pour améliorer la distribution de l’information. Ce développement a mis en lumière les problèmes liés au passage à l’échelle et à l’efficacité énergétique; d’où la question: Comment concevoir ou optimiser de tels systèmes distribués qui garantissent un accès haut débit aux contenus tout en (i) réduisant la congestion et la consommation d’énergie dans le réseau et (ii) s’adaptant à la demande des utilisateurs dans un contexte connectivité quasi-permanente? Dans cette thèse, nous nous intéressons à deux solutions proposées pour répondre à cette question: le déploiement des réseaux de caches et l’implantation des protocoles économes en énergie. Précisément, nous proposons des modèles analytiques pour la conception de ces réseaux de stockage et la modélisation de la consommation d’énergie dans les réseaux d’accès sans fil. Nos études montrent que la prédiction de la performance des réseaux de caches réels peut être faite avec des erreurs relatives absolues de l’ordre de 1% à 5% et qu’une proportion importante soit 70% à 90% du coût de l’énergie dans les cellules peut être économisée au niveau des stations de base et des mobiles sous des conditions réelles de trafic. / Internet is a real ecosystem. It grows, evolves and adapts to the needs of users in terms of communication, connectivity and ubiquity of users. In the last decade, the communication paradigm has shifted from traditional host-to-host interactions to the recent host-to-content model; while various wireless and networking technologies (such as 3/4G smartphones and networks, online media streaming, social networks, clouds, Big-Data, information-centric networks) emerged to enhance content distribution. This development shed light on scalability and energy efficiency issues which can be formulated as follows. How can we design or optimize such large scale distributed systems in order to achieve and maintain high-speed access to contents while (i) reducing congestion and energy consumption in the network and (ii) adapting to the temporal locality of users demand in a continuous connectivity paradigm? In this thesis we focus on two solutions proposed to answer this question: In-network caching and Power save protocols for scalability and energy efficiency issues respectively. Precisely, we propose analytic models for designing core cache networks and modeling energy consumption in wireless access networks. Our studies show that the prediction of the performance of general core cache networks in real application cases can be done with absolute relative errors of order of 1%–5%; meanwhile, dramatic energy save can be achieved by mobile devices and base stations, e.g., as much as 70%–90% of the energy cost in cells with realistic traffic load and the considered parameter settings.