Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

De nombreux développements sont actuellement en cours dans le réseau Internet, particulièrement sur la gestion de la QoS et sur l'intégration des différents services. Les aspects portant sur l'amélioration des performances des flux élastiques ont été quelque peu négligés par la communauté scientifique. Le travail effectué porte sur l'évaluation et l'amélioration des performances des flux élastiques. Plus exactement, nos études mettent en avant l'importance d'assurer une bonne qualité de service à ce type de trafic. Deux architectures de QoS ont été proposées. La première architecture est basée sur la classification et le contrôle d'admission appliqués sur les deux types de flux TCP: courts et longs. La classification des flux nous permet d'avoir un système plus prévisible et plus facile à dimensionner puisque les flux d'un agrégat parviennent à partager équitablement la bande passante qui leur est allouée au sein d'une même classe. Le contrôle d'admission prend en compte la caractérisation en flux longs et flux courts ainsi que les contraintes de QoS propres à chaque type de flux. Un modèle analytique ainsi que des simulations ont été réalisés afin d'évaluer les avantages de l'architecture proposée et d'analyser l'impact des seuils d'admission. Il est important de signaler que, outre l'amélioration des performances dans les cas étudiés, l'approche proposée fournit un outil de dimensionnement du réseau permettant d'atteindre, pour une structure de trafic donnée, les mesures de performances attendues. La deuxième architecture est basée sur le traitement préférentiel. Ce dernier est appliqué aux premiers paquets de chaque connexion favorisant ainsi les connexions courtes. Nous comptons sur l'architecture DiffServ pour classifier les flux aux bordures d'un réseau. Plus spécifiquement, nous maintenons la longueur (en paquets) de chaque flux actif aux routeurs de bordures et l'employons pour classifier les paquets entrants. Cette architecture a la particularité de ne pas nécessiter le maintien en mémoire d'un état par flux au coeur du réseau. Dans ce dernier, nous utilisons la politique de gestion de file d'attente RED avec des seuils différents pour les deux types de classes. Ceci nous permet de réduire le taux de pertes éprouvé par les paquets des flux courts. Nous montrons, à travers des analyses et des simulations que notre modèle peut réaliser une meilleure équité et un temps de réponse plus petit pour les flux courts que les modèles sans traitement préférentiel.

Les systèmes de communications mobiles ont considérablement évolué durant ces dernières années. Ce fait a encouragé le déploiement de plusieurs systèmes ou réseaux cellulaires multi technologique. La qualité de service (QoS) offerte aux utilisateurs mobiles s'améliore d'un système à l'autre. Les systèmes de troisième génération (3G), comme l'UMTS, offrent une meilleure qualité de service par rapport à celle offerte par ceux de deuxième génération (2G), comme le GSM. Pour exemple, les systèmes de 3.5G (HSDPA) améliorent le débit du réseau de 3G sur le lien descendant afin de répondre aux exigences des nouveaux services. De plus, les réseaux de quatrième génération (4G), comme le WiMAX (IEEE802.16e) permettent, quant à eux, d'élargir la couverture cellulaire tout en offrant un débit supérieur. Cette nouvelle évolution améliore encore l'accessibilité aux services de l'Internet. La migration des services de l'Internet vers les réseaux mobiles, constitue un enjeu majeur de recherche en télécommunications. La thèse se divise en deux objectifs principaux ; le premier consiste à calculer et à évaluer les performances du système UMTS-WCDMA. Deux approches sont utilisées, l'approche exacte de l'analyse spectrale, et l'approche approximative de la perturbation singulière. Le deuxième objectif propose de nouveaux mécanismes de contrôle d'admission prenant en considération la mobilité intra et inter cellulaires des utilisateurs dans la gestion de la ressource radio. Ces mécanismes d'allocation de ressource concernent plus particulièrement les réseaux HSDPA et WiMAX. Ils se basent principalement sur les schémas de modulation et de codage adaptatif AMC (Adaptive Modulation and Coding) : la zone géographique est subdivisée en plusieurs régions concentriques. Avec nos mécanismes d'allocation des ressources, chaque appel accepté par le système voit son débit initial maintenu, et ce, indépendamment de la position de l'utilisateur dans la cellule

Les dernières décennies ont connu l'apogée des transmissions hertziennes, et celles à venir connaîtront incontestablement le développement et le déploiement intense de systèmes de communications sans-fil. Dès à présent, il est possible de communiquer par onde sur petite et très petite distance (LAN et PAN). Les populations se sont familiariséesavec les interfaces bluetooth (IEEE802.15) présentes dans la majorité des objetscommuniquant (ordinateur portable, téléphone, PDA, etc...). Les foyers s'équipentmaintenant facilement et à bas prix d'interfaceWi-Fi (IEEE802.11), afin de profiter d'uneutilisation nomade de leur accès internet. Ainsi, la forte croissance dumarché des offresinternet combinée avec celle du marché des téléphones mobiles ont habitués un large spectre d'utilisateurs à communiquer sans fil. Ce contexte sociologique et financier encourage donc l'arrivée de solutions nouvelles répondant à des besoins latents. Parmi ceux-là, le marché met en évidence le manque de système de communication sur moyenne distance (MAN). Les réseaux ad-hoc peuvent répondre à ce genre de besoin. Mais àce jour, les performances sont trop faibles pour les besoins des utilisateurs et elles dépendenttrop fortement de la densité desmachines nomades. Aussi, le consortiumIEEEcherche au travers de sa norme IEEE802.16 à fournir un système complet de communicationsans-fil sur moyenne distance (MAN). Appelé aussiWiMAX, ce système se basesur une architecture composée d'une station de base (BS) et de nombreux mobiles utilisateurs(SS). Le standard IEEE802.16 définit les caractéristiques de la couche physiqueet de la couche MAC. Il décrit l'ensemble des interactions et événements pouvant avoirlieu entre la station de base et les stations mobiles. Enfin, le standard fournit différents paramètres et variables servant aux mécanismes de communication. Comme tout nouveau standard émergeant, la norme IEEE802.16 ne profite pas d'un état de l'art aussi développé que celui du IEEE802.11 par exemple. Aussi, de nombreuses études et idées sont à développer.En premier lieu, nous effectuons un large rappel de la norme WiMAX et en particulier le IEEE802.16e. Associé à cela, nous dressons un état de l'art des travaux traitant des aspects et perspectives liés au sujet de notre étude.Par la suite, nous proposons un modèle novateur de performance des communicationsIEEE802.16e. Au travers de ce modèle, nous développons une étude générale et exhaustive des principaux paramètres de communication. L'étude explicite l'impact deces paramètres ainsi que l'influence de leur évolutions possibles. De cela, nous critiquonsla pertinence de chacun d'eux en proposant des alternatives de configurations.5En sus, nous proposons un mécanisme novateur favorisant le respect de qualité de service(QoS) sur couche AC.Nous développons un principe original d'établissement de connexion favorisant l'accès aux communications sensibles aux délais de transmission.Dans une dernière partie, nous déterminons la capacité d'un système IEEE802.16 à gérer les arrivées et départs des utilisateurs. Tout en y associant une étude de performance d'un nouvel algorithme de contrôle d'admission. Cet algorithme d'admission vise à remplir des objectifs multiples : empêcher les famines de ressources sur les trafics les moins prioritaires, favoriser l'admission des utilisateurs en maintenant une gestion optimale de la ressource radio. Notre étude aboutit à une modélisation et une critique des variations de paramètre associés à ce nouvel algorithme. Nous y intégrons par la suite le principe de mobilité où les utilisateurs ont la capacité de se mouvoir au sein d'une cellule. Cette intégration se fait en y associant des mécanismes originaux afin d'assurer la pérennité du service aux utilisateurs mobiles.

Depuis quelques années, il y a un réel changement dans les usages des réseaux en termes d'applications véhiculées ainsi que dans leur nombre. On voit apparaître de plus en plus d'applications contraintes en termes de délai, comme par exemple la téléphonie sur IP, ainsi que d'applications gourmandes en ressources comme par exemple le Srteaming Video. La croissance en volume de ces applications copmmence à poser des problèmes de congestion dasn les réseaux filiares et sans fil. Les opérateurs réseaux doivent être capables d'absorber ces changements de trafic, de faire face à cette demande de plus en plus intensive en bande passante et de fournir une bonne qualité (QoS) aux applications. Cela nécessite des mécanismes intellignets en termes d'ordonnancement et de gestion des files d'attente, de contrôle d'admission, de contrôle de débit et/ou de routage. L'objectif initial de cette thèse étati d'aboutir à la conception d'une nouvelle architecture de traitement et de gestion du trafic et de la qualité de service pour le contrôle d'admission. Plus précisément nous présentons une nouvelle solution pour le contrôle d'admission qui repose sur l'élaboration en continu d'un plan de connaissance et sur la modélisatio automatique du comportement d'un lien réseau par une file d'attente monoserveur. Norte solution doit permettre d'offrir une garantie probabiliste d'un paramètre de performance QoS qui peut être le délai d'attente moyen des paquets dans le buffer du lien ou le taux de perte. Nous avons évalué les performances de notre nouveau contro^le d'admission par simulation en considérant diverses conditions possibles de trafic. Lers résultats obtenus indiquent que la solution proposée permet d'atteindre un contrôle d'admission ni trop conservateur, ni trop permissif. En outre, notre solution offre l'avantage de se baser uniquement sur une connaisssance acquise au cours du temps et permet ainsi de s'affranchir d'un paramétrage compliqué des paramètres comme c'est le cas pour les solutions classiques de contrôle d'admission

Depuis quelques années, il y a un réel changement dans les usages des réseaux en termes d'applications véhiculées ainsi que dans leur nombre. On voit apparaître de plus en plus d'applications contraintes en termes de délai, comme par exemple la téléphonie sur IP, ainsi que d'applications gourmandes en ressources comme par exemple le Srteaming Video. La croissance en volume de ces applications copmmence à poser des problèmes de congestion dasn les réseaux filiares et sans fil. Les opérateurs réseaux doivent être capables d'absorber ces changements de trafic, de faire face à cette demande de plus en plus intensive en bande passante et de fournir une bonne qualité (QoS) aux applications. Cela nécessite des mécanismes intellignets en termes d'ordonnancement et de gestion des files d'attente, de contrôle d'admission, de contrôle de débit et/ou de routage. L'objectif initial de cette thèse étati d'aboutir à la conception d'une nouvelle architecture de traitement et de gestion du trafic et de la qualité de service pour le contrôle d'admission. Plus précisément nous présentons une nouvelle solution pour le contrôle d'admission qui repose sur l'élaboration en continu d'un plan de connaissance et sur la modélisatio automatique du comportement d'un lien réseau par une file d'attente monoserveur. Norte solution doit permettre d'offrir une garantie probabiliste d'un paramètre de performance QoS qui peut être le délai d'attente moyen des paquets dans le buffer du lien ou le taux de perte. Nous avons évalué les performances de notre nouveau contro^le d'admission par simulation en considérant diverses conditions possibles de trafic. Lers résultats obtenus indiquent que la solution proposée permet d'atteindre un contrôle d'admission ni trop conservateur, ni trop permissif. En outre, notre solution offre l'avantage de se baser uniquement sur une connaisssance acquise au cours du temps et permet ainsi de s'affranchir d'un paramétrage compliqué des paramètres comme c'est le cas pour les solutions classiques de contrôle d'admission / Over the las few years, new ussages such as streaming or live video watching are increasingly representing a significant part of Internet traffic. Network operators face the challenge of satisfying the quality of experience expected by end-users while, in the same time, avoiding the over-provisioning of transmission links. Bandwidth management offers a wide spectrum of policies to overcome this issue. Possible options include congestion control, scheduling algorithms, traffic shaping and admission control. The initial objective of this thesis was to design of a new architecture of traffic management and quality of service for admission control. More precisely, we introduce a novel data-driven method based on a time-varying model that we refer to as Knowledge-Based Admission Control solutions (KBAC). Our KBAC solution consists of three main stages : (i) collect leasurments on the on-going traffic over the communication link ; (ii) maintain an up-to-date broad view of the link behavior, and feed it to a Knowledge Plane ; (iii) model the observed link behavior by a mono-server queue whose parameters are set auutomatically and which predicts the expected QoS if a flow requesting admission were to be accepted. our KBAC solution provides a probalistic guarantee whose admission thresold is either expressed, as a bounded dealy or as a bounded loss rate. We run extensive siçmulations using various traffic conditions to assess the behavior of our KBAC solution in the case of a delay thresold. The results show that our KBAC solution leads to a good trade-off between flow performance and resource utilization. This ability stems from the quick and autoamtic adjustment of its admission policy according to the actual variations on the traffic conditions. On the other hand, our KBAC solution avoids the critical step of precisely calibrating key parameters.

Le Cloud Radio Access Network (C-RAN) est une future direction dans les réseaux de communications sans fils pour déployer des systèmes cellulaires 4G et renforcer la migration des opérateurs vers la nouvelle génération 5G. En comparaison avec l'architecture traditionnelle des stations de base distribuées, l'architecture C-RAN apporte un lot d'avantages à l'opérateur: meilleure utilisation des ressources radio, flexibilité du réseau, minimisation de la puissance consommée et amenuisement des coûts de déploiement. Dans cette thèse, nous adressons le problème d'allocation dynamique des ressources et minimisation de la puissance des communications à liaison descendante dans le C-RAN. Notre recherche vise à allouer les ressources radio à des flux dynamiques d'utilisateurs, tout en trouvant les meilleures combinaisons entre points d'accès et unités de calculs, pour satisfaire la demande de trafic. Il s'agit en outre, d'un problème d'optimisation non linéaire et NP-difficile, comprenant plusieurs contraintes relatives aux demandes de ressources des utilisateurs, gestion d'interférences, capacités fixes des unités de calcul dans le Cloud et des liaisons de transport ainsi que la limitation de la puissance transmise maximale. Afin de surmonter la complexité inhérente à cette problématique du C-RAN, nous présentons différentes approches pour l'allocation dynamique des ressources en trois principales contributions. Les résultats de nos simulations prouvent l'efficacité de nos méthodes, comparé à celles existantes dans la littérature, en termes de taux de débit de satisfaction, nombre d'antennes actives, puissance consommée dans le Cloud, résilience et coût opérationnel du C-RAN. / Cloud Radio Access Network (C-RAN) is a future direction in wireless communications for deploying cellular radio access subsystems in current 4G and next-generation 5G networks. In the C-RAN architecture, BaseBand Units (BBUs) are located in a pool of virtual base stations, which are connected via a high-bandwidth low latency fronthaul network to Radio Remote Heads (RRHs). In comparison to standalone clusters of distributed radio base stations, C-RAN architecture provides significant benefits in terms of centralized resource pooling, network flexibility and cost savings. In this thesis, we address the problem of dynamic resource allocation and power minimization in downlink communications for C-RAN. Our research aims to allocate baseband resources to dynamic flows of mobile users, while properly assigning RRHs to BBUs to accommodate the traffic and network demands. This is a non-linear NP-hard optimization problem, which encompasses many constraints such as mobile users' resources demands, interference management, BBU pool and fronthaul links capacities, as well as maximum transmission power limitation. To overcome the high complexity involved in this problem, we present several approaches for resource allocation strategies and tackle this issue in three stages. Obtained results prove the efficiency of our proposed strategies in terms of throughput satisfaction rate, number of active RRHs, BBU pool processing power, resiliency, and operational budget cost.

Actuellement, nous constatons une augmentation de demande de services vidéo sur les réseaux P2P. Ces réseaux jouent un rôle primordial dans la transmission de contenus multimédia à grande échelle pour des clients hétérogènes. Cependant, le déploiement de services vidéo temps réel sur les réseaux P2P a suscité un grand nombre de défis dû à l'hétérogénéité des terminaux et des réseaux d'accès, aux caractéristiques dynamiques des pairs, et aux autres problèmes hérités des protocoles TCP/IP, à savoir les pertes de paquets, les délais de transfert et la variation de la bande passante de bout-en-bout. Dans ce contexte, l'objectif de cette thèse est d'analyser les différents problèmes et de proposer un mécanisme de transport vidéo temps réel avec le provisionnement de la qualité de Service (QoS). Ainsi, nous proposons trois contributions majeures. Premièrement, il s'agit d'un mécanisme de streaming vidéo adaptatif permettant de sélectionner les meilleurs pair émetteurs. Ce mécanisme permet de structurer les pairs dans des réseaux overlay hybrides avec une prise en charge des caractéristiques sémantiques du contenu et des caractéristiques physiques du lien de transport. Nous présentons ensuite un mécanisme d'ordonnancement de paquets vidéo combiné à une commutation de pairs et/ou de flux pour assurer un transport lisse. Finalement, une architecture de collaboration entre les applications P2P et les fournisseurs de services / réseaux est proposée pour supporter un contrôle d'admission de flux.

Avec l'augmentation du nombre d'utilisateurs mobiles et l'évolution rapide des réseaux mobiles sans fil, les demandes des utilisateurs en terme de qualité de service (QoS) deviennent de plus en plus exigeantes. La gestion de la ressource radio est de loin le problème critique des réseaux mobiles sans fil d'autant plus que l'interface radio représente le goulet d'étranglement dans ces réseaux. Dans cette optique, un protocole dallocation de ressources doit pouvoir gérer efficacement la bande passante tout en fournissant la qualité de service à différentes classes de service. <br />Dautre part, la gestion de la mobilité constitue un important défi technique à relever. En effet, un protocole de mobilité efficace doit empêcher la terminaison forcée de lappel et permettre lexécution des applications dune manière transparente à la mobilité.<br />Nos travaux réalisés portent sur la gestion des ressources radio et la mobilité dans les réseaux multiservices sans fil. Les environnements qui sont visés dans ce travail concernent les réseaux de seconde, troisième et quatrième génération. <br />Dans un premier temps, nous avons proposé et étudié un contrôle d'admission multiservice servant quatre classes de service. Deux types d'ordonnancement: HOL (Head of the Line) et QLT (Queue Length Threshold) ont été mis en place afin d'ordonnancer les requêtes handover en attente. L'analyse des performances prouve que le schéma proposé avec QLT améliore la qualité de service des données sans pour autant induire une dégradation perceptible de la qualité de service de la voix. <br />Dans un second temps, nous avons proposé une architecture dynamiquement adaptable DYNAA dont le but est d'absorber les fluctuations du réseau en terme de capacité en introduisant de la dynamique dans la gestion de ces ressources. Grâce à l'adaptabilité introduite par DYNAA, la QoS de bout en bout est élaborée conjointement entre l'application et le réseau afin de respecter le contrat de service établi avec l'utilisateur.<br />Puisque les réseaux publics d'accès mobile sont en train d'évoluer rapidement vers une définition de réseau entièrement IP, nous avons poursuivi nos études et mis l'accent sur les problèmes de handover et de routage dans le sens montant dans les réseaux Cellular IPv6. Ensuite, nous nous sommes focalisés sur la gestion de la qualité de service dans le même environnement. L'étude est menée au moyen de l'architecture DYNAA déjà étudiée et permet de très bons résultats en couplant une utilisation du protocole de type DiffServ dans le réseau coeur et IntServ dans le réseau d'accès. Cette étude constitue une bonne approche de l'appréhension de la qualité de service de bout en bout.<br />Une autre contribution dans notre thèse concerne la qualité de service dans les réseaux IEEE 802.11. Ainsi, nous avons proposé un mécanisme au niveau de la couche MAC, nommé P3-DCF qui introduit une bonne différentiation de service.<br />Enfin, nous avons abordé les réseaux UMTS où nous avons étudié la couche MAC. Cette étude nous a permis d'analyser le trafic Web et de tirer des règles de dimensionnement des réseaux UMTS.

Nous abordons dans cette thèse le problème de l'insensibilité dans les réseaux de files d'attente et quelques applications au partage de ressources informatiques. Tout d'abord, nous montrons que les réseaux de files d'attente symétriques avec le routage de Jackson ou de Kelly sont tous insensibles à la distribution des demandes de service même si à l'arrivée, au départ ou au changement de files d'un client quelconque, les autres clients dans chaque file sont permutés au hasard selon certaine loi dépendante de l'état du réseau. Nous identifions également certaines disciplines de service non symétriques pour lesquellesla propriété d'insensibilité est satisfaite. Ensuite, nous proposons deux nouvelles métriques de débit pour les réseaux de données. Nous montrons quelques propriétés génériques satisfaites par ces deux métriques et nous illustrons leur différence à travers quelques exemples. Enfin, nous montrons que l'équilibrage de sources de trafic élastique détériore la performance en termes de débit, et en présence de contrôle d'admission, de probabilité de blocage.