Le Web connaît ces dernières années un essor important qui implique la mise en place de nouvelles solutions de distribution de contenu répondant aux exigences de performance, passage à l'échelle et robustesse. De plus, le Web 2.0 a favorisé la participation et la collaboration entre les utilisateurs tout en mettant l'accent sur les systèmes P2P qui reposent sur un partage de ressources et une collaboration décentralisée. Nous avons visé, à travers cette thèse, la construction d'une infrastructure P2P pour la distribution de contenu. Toutefois, cette tâche est difficile étant donné le comportement dynamique et autonome des pairs ainsi que la nature des overlays P2P. Dans une première étape, nous nous intéressons au partage de fichiers en P2P. Nous abordons le problème de consommation de bande passante sous deux angles : l'inefficacité de la recherche et les transferts de fichiers longue distance. Notre solution Locaware consiste à mettre en cache des index de fichiers avec des informations sur leurs localités. Elle fournit également un support efficace pour les requêtes par mots clés qui sont courantes dans ce genre d'applications. Dans une deuxième étape, nous élaborons une infrastructure CDN P2P qui permet à tout site populaire et sous-provisionné de distribuer son contenu, par l'intermédiaire de sa communauté d'utilisateurs intéressés. Pour un routage efficace, l'infrastructure Flower-CDN combine intelligemment différents types d'overlays avec des protocoles épidémiques tout en exploitant les intérêts et les localités des pairs. PetalUp-CDN assure le passage à l'échelle alors que les protocoles de maintenance garantissent la robustesse face à la dynamicité des pairs. Nous évaluons nos solutions au travers de simulations intensives ; les résultats montrent des surcoûts acceptables et d'excellentes performances, en termes de taux de hit et de temps de réponse.

D'un millénaire à l'autre, le pair-à-pair a émergé comme un nouveau paradigme informatique. Plus précisément, des nouveaux enjeux sociaux et économiques, ayant trait en particulier à la distribution de contenus, sont venus raviver d'anciennes problématiques liées aux systèmes décentralisés, leur donnant de nouvelles justifications et de nouveaux éclairages. Dans ce mémoire, je propose tout d'abord de donner des bases pour comprendre et aborder les problématiques pair-à-pair. Après un bref survol des travaux auxquels je me suis intéressé dans le but d'améliorer la distribution de contenu, je me tourne vers un sujet plus théorique : les réseaux à préférences acycliques, lesquels sont un moyen élégant pour modéliser des systèmes pair-à-pair non-structurés ou hybrides. Issus de la théorie des mariages stables, leur principale caractéristique est une capacité auto-stabilisante. Deux questions fondamentales se posent alors, auxquelles je donne un début de réponse : à quelle vitesse un réseau à préférences acycliques se stabilise-t-il, et vers quel état converge-t-il ?

Cette thèse étudie la faisabilité de la diffusion de contenu sur un réseau tolérant aux délais (DTN) dans une zone urbaine. L'application cible est la distribution de la version électronique d'un journal dans une grande ville. Bien que des contraintes de temps ne s'appliquent pas de manière stricte, il est tout de même attendu que la diffusion d'information se fasse dans un délai raisonnable. Deux métriques de performance sont considérés~: le délai de message et le temps de propagation. Le délai de message est le délai nécessaire pour transmettre un contenu à partir d'un n{\oe}ud mobile à un autre n{\oe}ud, tandis que le temps de propagation est le délai nécessaire pour diffuser un contenu sur un ensemble de n{\oe}uds du réseau. Premièrement, notre objectif est de mesurer de manière analytique les performances d'un environnement DTN simple lorsqu'un contenu est distribué exclusivement à travers des contacts entre les n{\oe}uds mobiles. Nos contributions résultent de la prise en compte de la probabilité d'intérêt/acceptation dans l'expression en forme fermée et l'expression asymptotique du délai moyen de message. La probabilité d'intérêt/acceptation représente la probabilité qu'un contenu soit accepté par un n{\oe}ud qui manifeste de l'intérêt pour ce contenu lors d'un contact. L'expression asymptotique permet de déterminer des moyens efficaces d'améliorer le délai moyen de messages dans une zone où la densité des n{\oe}uds mobiles est basse ou haute. Nous montrons aussi une relation entre le délai moyen de message et le temps moyen de propagation dans de tels environnements. Deuxièmement, si le délai est jugé excessif, nous suggérons un déploiement de kiosques de données dans l'environnement afin d'améliorer les performances de la diffusion de contenu. Les kiosques de données sont des dispositifs simples qui reçoivent les contenus directement depuis leur source, le plus souvent en utilisant des réseaux filaires ou cellulaires. Un des problèmes posés pour concevoir efficacement un tel réseau est le nombre de kiosques de données qu'il faut déployer pour satisfaire aux objectifs de performance. Pour répondre à ce problème, nous déterminons les valeurs de la borne supérieure et de la borne inférieure du nombre de kiosques de données nécessaires pour distribuer le contenu dans une zone géographique en optimisant un temps moyen de propagation pris comme objectif. Nous montrons aussi une propriété importante que ces bornes varient linéairement avec le taux de contact entre un n{\oe}ud mobile et un kiosque de données. Enfin, nous considérons le problème de l'emplacement optimal des kiosques de données dans un scénario plus réaliste où les utilisateurs se déplacent en utilisant un système de transport (comme le métro ou le train de banlieue) qui relie plusieurs régions. Nous analysons le choix des stations de métro où installer un kiosque de données pour optimiser le temps moyen de propagation. Les résultats de l'analyse confirment que l'emplacement optimal des kiosques de données n'est pas seulement influencé par les caractéristiques d'une région, mais aussi par le nombre d'utilisateurs mobiles qui recevront le contenu. Nous validons nos résultats analytiques par des simulations en prenant différents modèles de mobilité ainsi que des données de mobilité résultant de mesures réelles.

Les services de distribution de contenus évoluent rapidement. Un axe majeur d’évolution concerne la fédération de distributeurs de contenus distincts mettant ensemble leurs ressources respectives et agissant en tant qu’entité unique par rapport aux fournisseurs de contenus (Content Providers). En particulier, nous proposons une solution technique basée sur une architecture centralisée qui permet de prendre des décisions statiques d’établissement et de provisionnement de fédérations ainsi que des décisions de contrôle dynamique de fédérations établies. Nous adressons les aspects statiques de prise de décision en introduisant un modèle d’optimisation que nous appliquons à différents scénarios de fédération d’intérêt pour le marché. Nous démontrons que, quand la demande sur le marché de distribution de contenu est élevée, les distributeurs de contenus ont intérêt, d’un point de vue économique, à fédérer. Dans le contexte de contrôle dynamique de fédérations, nous nous focalisons sur le contrôle d’événements de pointe (peak events) dans une fédération de distributeurs de contenus. Différentes approches de contrôle sont valables à ce niveau. Nous effectuons des simulations basées sur des traces de trafic réelles dans le but de comparer les différentes approches. Nous démontrons que, quand une approche jointe de contrôle d’événements de pointe est adoptée au sein d’une fédération, la fédération réagit mieux à ces événements. Ceci se traduit en un moindre volume de sessions rejetées et en une meilleure résolution vidéo ressentie par les internautes. Notre travail sur la fédération nous conduit à se focaliser sur le rôle d’un Telco dans un contexte fédéré. / Content Distribution Services are evolving fast in various directions. One of them is the federation of CDNs, referring to a number of CDN providers putting together their assets and acting as a single entity with regards to content providers. We introduce a technical solution based on a centralized architecture that allows taking static decisions of federation establishment and provisioning and dynamic decisions of federation control. Static decision-making is enabled through an optimization model that we apply to concrete use cases of federation. We demonstrate that, in case of high market demand, CDN providers always have an interest in federating. In particular, some CDN providers can double their economic gains through federating. In the context of federation dynamic control, we focus on the control of peak events within a federation of CDNs and we introduce different control frameworks at this level. We conduct trace-driven simulations in order to assess different frameworks. We demonstrate that, when a joint approach for events control is adopted within a federation of CDNs, the federation is better resilient to peak events. This translates into a higher hit ratio of the federation and a better video resolution witnessed by end users. Our work on CDN federation leads us to focus on the role of a Telco in this context. In particular, we identify three added-value services that can be proposed by a Telco to a federation of CDNs or to individual Over the Tops (OTTs).We suggest enhancements of the Telco control infrastructure and new Telco APIs in order to enable the proposed services.

Au cours de ces dernières années, la quantité de trafic que les utilisateurs Internet produisent sur une base quotidienne a augmenté de façon exponentielle, principalement en raison du succès des services de streaming vidéo, tels que Netflix et YouTube. Alors que les réseaux de diffusion de contenu (Content-Delivery Networks, CDN) sont la technique standard utilisée actuellement pour servir les demandes des utilisateurs, la communauté scientifique a formulé des propositions connues sous le nom de Content-Centric Networks (CCN) pour changer la pile de protocoles réseau afin de transformer Internet en une infrastructure de distribution de contenu. Dans ce contexte, cette thèse de doctorat étudie des techniques efficaces pour la distribution de contenu numérique en tenant compte de trois problèmes complémentaires : 1) Nous considérons le scénario d’un réseau hétérogène sans fil, et nous formulons un mécanisme pour motiver les propriétaires des points d’accès à partager leur capacité WiFi et stockage cache inutilisés, en échange d’une contribution économique.2) Nous étudions le problème centralisé de planification du réseau en présence de caches distribuées et (I) nous analysons la migration optimale du réseau à CCN; (II) nous comparons les bornes de performance d’un réseau CDN avec ceux d’un CCN, et (III) nous considérons un réseau CDN virtualisé et étudions le problème stochastique de planification d’une telle infrastructure.3) Nous considérons les implications de sécurité sur le contrôle d’accès et la traçabilité, et nous formulons ConfTrack-CCN, une extension deCCN utilisée pour garantir la confidentialité, traçabilité et l’évolution de la politique d’accès, en présence de caches distribuées. / In recent years, the amount of traffic requests that Internet users generate on a daily basis has increased exponentially, mostly due to the worldwide success of video streaming services, such as Netflix and YouTube. While Content-Delivery Networks (CDNs) are the de-facto standard used nowadays to serve the ever increasing users’ demands, the scientific community has formulated proposals known under the name of Content-Centric Networks (CCN) to change the network protocol stack in order to turn the network into a content distribution infrastructure. In this context this Ph.D. thesis studies efficient techniques to foster content distribution taking into account three complementary problems:1) We consider the scenario of a wireless heterogeneous network, and we formulate a novel mechanism to motivate wireless access point owners to lease their unexploited bandwidth and cache storage, in exchange for an economic incentive.2) We study the centralized network planning problem and (I) we analyze the migration to CCN; (II) we compare the performance bounds for a CDN with those of a CCN, and (III) we take into account a virtualized CDN and study the stochastic planning problem for one such architecture.3) We investigate the security properties on access control and trackability and formulate ConfTrack-CCN: a CCN extension to enforce confidentiality, trackability and access policy evolution in the presence of distributed caches.

Le nombre de véhicules circulant sur les routes dans le monde est passé de 500 millions en 1986 à 1 milliard de véhicules en 2010. Un tel réseau routier immense a apporté un certain confort à de nombreux conducteurs mais d'un autre coté il a représenté environs 1,24 millions d'accidents en 2010. Avec ces chiffres vient l'augmentation du niveau des émissions de CO2 et des milliards d'heures perdues dans les embouteillages. Avec le progrès et le développement des technologies sans fil ces dernières années, les réseaux véhiculaires ont rapidement évolués. Beaucoup de constructeurs automobiles et de pays ont intégré et imaginé différentes applications dans les réseaux véhiculaires : des applications de sécurité routières, d'autres pour l'information sur le trafic, ainsi que des applications de divertissement. Cette dernière catégorie d'applications se distingue des autres par la quantité et le volume de données échangées, et constitue un réel problème dû à la nature des communications sans fil véhiculaires. Dans cette thèse, nous traitons le problème de la dissémination d'information dans les systèmes véhiculaires distribués. Notre objectif principal est de proposer des solutions pratiques et réalisables pour diffuser les données dans des environnements véhiculaires réalistes. Le concept de la diffusion des données est large et significatif. Dans ce contexte, nous nous référons à la diffusion de données chaque fois qu'il y a une certaine quantité de données qui doit être répartie sur un réseau distribué sans fil. Les données sont envoyées vers plusieurs destinations (même à tous les nœuds du réseau dans certain cas) qui sont intéressés pour récupérer la totalité ou une partie des informations générées. A titre d'exemples, nous pouvons considérer les applications de partage de fichiers, la diffusion de fichiers multimédia et ainsi de suite. Nous abordons dans cette thèse le problème de dissémination de données dans les réseaux véhiculaires, plus précisément la dissémination de grands volumes de données tel que le contenu multimédia. Avec l'évolution au cours de ces dernières années des réseaux véhiculaires notamment grâce au support de nombreux constructeurs automobiles (e.x. Toyota, Nissan, BMW, Ford, etc.), la quantité de données échangée a augmenté de manière exponentielle au fil des années. Malheureusement malgré l'avancement des technologies de communications sans fil, l'échange de grands volumes de données dans des réseaux véhiculaires reste un réel défi, à cause des caractéristiques de communications sans fil et celles spécifiques aux réseaux véhiculaires. / The number of vehicles on the roads in the world increased from 500 million in 1986 to 1 billion vehicles in 2010. Such a huge road network has brought some comfort to many drivers but on the other hand it represented around 1.24 million accidents in 2010. With the progress and development of wireless technologies these recent years, vehicular networks quickly evolved. Many car manufacturers and countries have built and imagined different applications in vehicular networks: road safety applications, others for traffic information, and entertainment applications. This last category of applications is distinguished from others by the quantity and volume of exchanged data, and represents a real problem due to the lossy nature of vehicular communications. In this thesis, we address the problem of data dissemination in distributed vehicular systems. Our main objective is to provide practical and workable solutions to disseminate data in realistic vehicular environments. The concept of data dissemination is large and significant. In this context, we call data dissemination each time there is a certain amount of data which must be distributed on in wireless network. The data is sent to multiple destinations who are interested to recover all or part of the information. As examples, we can consider the file sharing applications, streaming multimedia files and so on. We discuss in this thesis the data dissemination problem in vehicular networks, specifically the dissemination of large volumes of data such as content distribution. With the evolution in recent years of vehicular networks thanks to many car manufacturers support (eg Toyota, Nissan, BMW, Ford, etc.), the amount of exchanged data has increased exponentially over the years. Unfortunately, despite the advancement of wireless communications technologies, exchange large volumes of data in vehicular networks remains a challenge because of wireless communications features and those specific to vehicular networks.