La prolifération des appareils portables mène à une croissance du trafic mobile qui provoque une surcharge du cœur du réseau cellulaire. Pour faire face à un tel problème, plusieurs travaux conseillent de stocker les contenus (fichiers et vidéos) dans les small cells. Dans cette thèse, nous proposons d'utiliser les véhicules comme des small cells mobiles et de cacher les contenus à bord, motivés par le fait que la plupart d'entre eux pourra facilement être équipée avec de la connectivité et du stockage. L'adoption d'un tel cloud mobile réduit les coûts d'installation et de maintenance et présente des contraintes énergétiques moins strictes que pour les small cells fixes. Dans notre modèle, un utilisateur demande des morceaux d'un contenu aux véhicules voisins et est redirigé vers le réseau cellulaire après une deadline ou lorsque son playout buffer est vide. L'objectif du travail est de suggérer à un opérateur comment répliquer de manière optimale les contenus afin de minimiser le trafic mobile dans le cœur du réseau. Les principales contributions sont : (i) Modélisation. Nous modélisons le scénario ci-dessus en tenant compte de la taille des contenus, de la mobilité et d'un certain nombre d'autres paramètres. (ii) Optimisation. Nous formulons des problèmes d'optimisation pour calculer les politiques d'allocation sous différents modèles et contraintes. (iii) Analyse des performances. Nous développons un simulateur MATLAB pour valider les résultats théoriques. Nous montrons que les politiques de mise en cache proposées dans cette thèse sont capables de réduire de plus que 50% la charge sur le cœur du réseau cellulaire. / The large diffusion of handheld devices is leading to an exponential growth of the mobile traffic demand which is already overloading the core network. To deal with such a problem, several works suggest to store content (files or videos) in small cells or user equipments. In this thesis, we push the idea of caching at the edge a step further, and we propose to use public or private transportation as mobile small cells and caches. In fact, vehicles are widespread in modern cities, and the majority of them could be readily equipped with network connectivity and storage. The adoption of such a mobile cloud, which does not suffer from energy constraints (compared to user equipments), reduces installation and maintenance costs (compared to small cells). In our work, a user can opportunistically download chunks of a requested content from nearby vehicles, and be redirected to the cellular network after a deadline (imposed by the operator) or when her playout buffer empties. The main goal of the work is to suggest to an operator how to optimally replicate content to minimize the load on the core network. The main contributions are: (i) Modelling. We model the above scenario considering heterogeneous content size, generic mobility and a number of other system parameters. (ii) Optimization. We formulate some optimization problems to calculate allocation policies under different models and constraints. (iii) Performance analysis. We build a MATLAB simulator to validate the theoretical findings through real trace-based simulations. We show that, even with low technology penetration, the proposed caching policies are able to offload more than 50 percent of the mobile traffic demand.

Les réseaux fixes et mobiles font face à une croissance dramatique du trafic de données, qui est principalement due à la distribution de contenus vidéo. Les opérateurs Télécoms envisagent donc de décentraliser la distribution de contenus dans les futures architectures convergées fixe-mobile (FMC). Cette décentralisation, conjointement au déploiement d'un cœur de réseau mobile distribué, sera un élément majeur des futurs réseaux 5G. L'approche SIPTO définie par 3GPP permet déjà le délestage sur le réseau fixe du trafic mobile, et pourra donc être utilisée en 5G. SIPTO s'appuie sur la distribution des passerelles de données (PGW) qui permet ainsi de décharger le cœur du réseau mobile actuel. Cependant, dans certains cas de mobilité des usagers, SIPTO ne supporte pas la continuité de session, quand il est nécessaire de changer de PGW, donc de modifier l'adresse IP du terminal. Cette thèse commence par quantifier le gain apporté par le délestage du trafic mobile en termes de capacité requise pour différentes portions du réseau. Un état de l'art des différentes solutions de délestage du trafic de données mobiles est fourni, démontrant qu'aucune des solutions existantes ne supporte la continuité de service pour les sessions de longue durée. C'est pourquoi, cette thèse propose des solutions pour supporter une mobilité transparente ; ces solutions s'appuient à la fois sur SIPTO et sur le protocole MultiPath TCP (MPTCP). Les protocoles du 3GPP sont inchangés car la continuité est maintenue par les extrémités. Enfin, ces solutions sont appliquées aux différentes implémentations d'architectures FMC envisagées à ce jour. / Fixed and mobile networks are currently experiencing a dramatic growth in terms of data traffic, mainly driven by video content distribution. Telecoms operators are thus considering de-centralizing content distribution architecture for future Fixed and Mobile Converged (FMC) network architectures. This decentralization, together with a distributed mobile EPC, would be used for future 5G networks. Mobile data offloading, in particular SIPTO approaches, already represent a good implementation model for 5G network as it allows the use of distributed IP edges to offload Selected IP traffic off the currently centralized mobile core network. However, in some cases, SIPTO does not support session continuity during users' mobility. This is due to the fact that user's mobility may imply packet gateway (PGW) relocation and thus a modification of the UE's IP address.This PhD thesis first quantifies the gain, in terms of bandwidth demands on various network portions, brought by the generalized use of mobile traffic offloading. A state of art of existing mobile data offloading solutions is presented, showing that none of the existing solutions solve the problem of session continuity for long-lived sessions. This is why, in the context of future FMC mobile network architectures, the PhD thesis proposes solutions to provide seamless mobility for users relying on SIPTO with the help of Multipath TCP (MPTCP). 3GPP standards are not modified, as session continuity is ensured by end-points. Lastly, the proposed solutions are mapped on different architecture options considered for future FMC networks.