Cette thèse aborde des problèmes liés à deux aspects majeurs de l'évolution d'Internet : l'aspect«comportemental», qui correspond aux nouvelles interactions entre les utilisateurs et le réseau, et l'aspect «structurel», lié aux changements d'Internet d'un point de vue architectural.Le manuscrit est composé d'un chapitre introductif qui donne les grandes lignes de recherche de ce travail de thèse, suivi d'un chapitre consacré à la description de l'état de l'art sur les deux aspects mentionnés ci-dessus. Parmi les solutions proposées par la communauté scientifique pour s'adapter à l'évolution d'Internet, deux nouveaux paradigmes réseaux sont particulièrement décrits : Information- Centric Networking (ICN) et Software-Defined Networking (SDN).La thèse continue avec la proposition de «Caesar», un dispositif réseau, inspiré par ICN, capable de gérer la distribution de contenus à partir de primitives de routage basées sur le nom des données et non les adresses des serveurs. Caesar est présenté dans deux chapitres, qui décrivent l'architecture et deux des principaux modules : le relayage et la gestion de la traçabilité des requêtes.La suite du manuscrit décrit un outil mathématique pour la détection efficace de boucles dans un réseau SDN d'un point de vue théorique. Les améliorations de l'algorithme proposé par rapport à l'état de l'art sont discutées. „,La thèse se conclue par un résumé des principaux résultats obtenus et une présentation des travaux en cours et futurs. / This thesis addresses two major aspects of the Internet evolution problem: a behavioral aspect, corresponding to a new type of interactions between users and the network, and a structural aspect, which refers to the evolution problem from an architectural point of view.The manuscript consists of an introductory chapter which outlines the research directions of this thesis, followed by a chapter on the description of the state of the art on the two aforementioned aspects.Among the solutions proposed by the scientific community to adapt to the evolution of the Internet, two new network paradigms are described: Information- Centric Networking (ICN) and Software-Defined Networking (SDN).The thesis continues with the description of "Caesar", a network device, inspired by ICN, capable of managing the distribution of content using forwarding primitives based on the content name and not a server address. Caesar is presented in two chapters describing the architecture of two main modules: theforwarding module, and the pending request management.The second part of the manuscript describes a mathematical tool for the effective loop detection in an SDN network from a theoretical point of view. Some algorithms are proposed and the improvements with respect ta the prior work are discussed.The thesis is concluded with a summary of the main results and a presentation of current and future work.

Les réseaux centrés sur l’information (ICN) sont une architecture prometteuse pour faire face à l’explosion du trafic multimédia sur internet et à la mobilité croissante des utilisateurs: non seulement ICN peut améliorer la qualité d’expérience de l’utilisateur, mais ICN peut également étendre naturelle et de façon transparente la prise en charge du trafic vidéo dans les fonctions réseau. Cependant, à notre connaissance, une évaluation approfondie des avantages apportés par ICN à la diffusion multimédia n’a pas encore été réalisée. Dans cette thèse, nous voulons réduire l’écart qui nous sépare d’une telle évaluation en prenant en compte ICN dans divers scénarios de diffusion multimédia.Tout d’abord, nous évaluons les avantages apportés par du DAS (Dynamic Adaptive Streaming) basé sur ICN par rapport au streaming basé sur TCP/IP, au moyen d’une campagne expérimentale comprenant plusieurs canaux (des émulations Wi-Fi et LTE, des traçes 3G/4G), plusieurs clients (mélange homogène et hétérogène, arrivées synchrones et asynchrones) et des logiques d’adaptation DAS soigneusement sélectionnées pour couvrir les deux grandes familles d’algorithmes disponibles. Nous mettons aussi enexergue les pièges potentiels qui sont néanmoins facilement évitables.Ensuite, nous montrons comment l’assistance du réseau contribue à améliorer la qualité d’expérience des utilisateurs. Pour ce faire, nous tirons parti de la fonctionnalité de mise en cache réseau d’ICN et proposons un signal re ́seau simple envoyé périodiquement par le cache à exploiter par l’algorithme d’adaptation DAS pour optimiser la qualité d’expérience de l’utilisateur en évitant le phénomène bien connu des oscillations induites par le cache. Des expériences nous permettent de valider le bien-fondé de notre approche.Enfin, puisque la diffusion multimedia en direct gagne du terrain, nous proposons hICN-RTC, en intégrant hICN (hybrid ICN), une solution ICN-dans-IP, à WebRTC, accompagné du protocole RICTP (Realtime Information Centric Transport Protocol), un protocole de transport basé sur le contenu, qui minimise la latence. Bien que toujours en développement, les résultats des premières expériences sont prometteurs car ils montrent que le trafic induit par hICN-RTC ne croit qu’avec le nombre de locuteurs actifs plutôt qu’avec le nombre total de participants. / Information-Centric Networking (ICN) is a promising architecture to address today Internet multimedia traffic explosion and increasing user mobility: not only to enhance the user’s quality of experience, but also to naturally and seamlessly extend video sup- port deeper in the network functions. However, to the best of our knowledge, a thorough assessment of the benefits brought by ICN to multimedia delivery has not been done yet. In this thesis, we aim at reducing the gap to such assessment, by considering ICN in various multimedia delivery scenarios.First, we assess the benefits brought by an ICN-based Dynamic Adaptive Streaming (DAS) compared to TCP/IP based streaming, by means of an experimental campaign that includes multiple channels (e.g., emulated Wi-Fi and LTE, real 3G/4G traces), multiple clients (homogeneous vs heterogeneous mixture, synchronous vs asynchronous arrivals) and carefully selected DAS adaptation logics to cover the broad families of available adaptation algorithms. We also warn about potential pitfalls that are nonethelesseasily avoidable.Second, we show how network assistance helps im- proving the users’ quality of experience. To do so, we leverage the in-network caching feature of ICN and propose a simple periodical network signal from the cache (i.e., per-quality hit ratio) to be exploited by DAS adaptation logic to enhance further the user’s quality of experience by avoiding the known cache-induced quality oscillations. We confirm the soundness of our approach through experiments.Finally, as live multimedia delivery is gaining momentum, we propose hICN-RTC by integrating hICN (hybrid ICN), an ICN-in-IP solution, to WebRTC and we design RICTP (Realtime Information Centric Trans- port Protocol), a content-aware transport that minimizes the communication latency. Although still in development, the results we gathered from early experiments are promising as they show that hICN-RTC scales with the number of active speakers rather than the total number of participants.

La communication Machine-to-Machine (M2M) est l'un des principaux fondements de l'Internet des Objets (IoT). C'est un phénomène qui a évolué discrètement au cours du temps et vient d’émerger à la surface pour do! nner naissance à une explosion de nouveaux usages et services. Capteurs, actionneurs, tags, véhicules et objets intelligents ont tous la possibilité de communiquer. Le nombre de connexions M2M est en constante augmentation et il est prévu de voir des milliards d’objets connectés dans un futur proche. Les applications M2M offrent des avantages dans divers domaines à savoir les villes intelligentes, les voitures connectées, les usines du futures, l’agriculture de précision, l’environnement, la santé, etc. La croissance rapide de cet écosystème est entrain de conduire le M2M vers un avenir prometteur. Cependant, les opportunités d'expansion des marchés M2M ne sont pas évidentes. En effet, un ensemble de challenges doivent être surmontés afin de permettre un déploiement à grande échelle dans des domaines diverses et variés à savoir les défis d’interopérabilité, de complexité et de scalabilité. Actuellement, le marché du M2M souffre d'une fragmentation verticale importante touchant la majorité des domaines industriels. En effet, diverses solutions propriétaires ont été conçues pour répondre à des applications spécifiques engendrant ainsi un sérieux problème d''interopérabilité. Pour adresser ce challenge, nous avons conçu, développer et expérimenté la plateforme OM2M offrant une architecture opérationnelle, flexible et extensible pour l'interopérabilité M2M conforme à la norme SmartM2M. Pour supporter les environnements contraints, nous avons proposé une nouvelle convention de nommage basée sur une structure de ressources non-hiérarchique permettant d’optimiser la taille des messages échangés. Pour assurer l’interopérabilité sémantique entre les applications et les machines, nous avons proposé l'ontologie IoT-O. Cette dernière est composée de cinq modèles de base représentant les capteurs, les actionneurs, les observations, les actuations et les web ! services pour permettre de converger rapidement vers un vocabulaire commun pour l'IoT. Une plateforme M2M horizontale permet d'interconnecter des machines hétérogènes largement distribués et qui évoluent fréquemment en fonction des changements de l’environnement. Maintenir ces systèmes complexes en vie est coûteux en termes de temps et d'argent. Pour adresser ce challenge, nous avons conçu, développé et intégré le framework FRAMESELF afin d'ajouter des capacités d'autogestion aux systèmes M2M basées sur le paradigme de l'informatique autonome. En étendant le modèle d'architecture de référence MAPE-K, notre solution permet d'adapter dynamiquement le comportement de la plateforme OM2M par en fonctions des changements du contexte et des politiques haut niveaux. Nous avons défini un ensemble de règles sémantiques pour faire du raisonnement sur l'ontologie IoT-O en tant que modèle de connaissance. Notre objectif est de permettre la découverte automatique entre les machines et les applications à travers un appariement sémantique et une reconfiguration dynam! ique de l'architecture des ressources. L’interopérabilité et l’autogestion ouvrent la voie à un déploiement de masse des systèmes M2M. Par contre, ces derniers se basent sur l'infrastructure actuelle d'internet qui n'a jamais été conçu pour ce genre de d'utilisation ce qui pose de nouvelles exigences en termes de scalabilité. Pour adresser ce challenge, nous avons conçu, simulé et validé l'approche OSCL proposant une nouvelle topologie de réseau maillé M2M comme alternative à l'approche centralisée actuelle. OSCL s'appuie sur les techniques de routage centrées sur l'information favorisant les communications à sauts multiples et un cache distribué pour une meilleure dissémination des données. Nous avons développé le simulateur OSCLsim pour valider l'approche proposée.[...] / Machine-to-Machine (M2M) is one of the main features of Internet of Things (IoT). It is a phenomenon that has been proceeding quietly in the background, and it is coming into the surface, where explosion of usage scenarios in businesses will happen. Sensors, actuators, tags, vehicles, and intelligent things all have the ability to communicate. The number of M2M connections is continuously increasing, and it has been predicted to see billions of machines interconnected in a near future. M2M applications provide advantages in various domains from smart cities, factories of the future, connected cars, home automation, e-health to precision agriculture. This fast-growing ecosystem is leading M2M towards a promising future. However, M2M market expansion opportunities are not straightforward. A set of challenges should be overcome to enable M2M mass-scale deployment across various industries including interoperability, complexity, and scalability issues. Currently, the M2M market is suffering from a high vertical fragmentation affecting the majority of business sectors. In fact, various vendor-specific M2M solutions have been designed independently for specific applications, which led to serious interoperability issues. To address this challenge, we designed, implemented, and experimented with the OM2M platform offering a flexible and extensible operational architecture for M2M interoperability compliant with the SmartM2M standard. To support constrained environments, we proposed an efficient naming convention relying on a non-hierarchical resource structure to reduce the payload size. To reduce the semantic gap between applications and machines, we proposed the IoT-O ontology for an effective semantic interoperability. IoT-O consists of five main parts, which are sensor, actuator, observation, actuation and service models and aims to quickly converge to a common IoT vocabulary. An interoperable M2M service platform enables one to interconnect heterogeneous devices that are widely distributed and frequently evolving according to their environment changes. Keeping M2M systems alive is costly in terms of time and money. To address this challenge, we designed, implemented, and integrated the FRAMESELF framework to retrofit self-management capabilities in M2M systems based on the autonomic computing paradigm. Extending the MAPE-K reference architecture model, FRAMESELF enables one to dynamically adapt the OM2M system behavior according to high level policies how the environment changes. We defined a set of semantic rules for reasoning about the IoT-O ontology as a knowledge model. Our goal is to enable automatic discovery of machines and applications through dynamic reconfiguration of resource architectures. Interoperability and self-management pave the way to mass-scale deployment of M2M devices. However, current M2M systems rely on current internet infrastructure, which was never designed to address such requirements, thus raising new requirements in term of scalability. To address this challenge, we designed, simulated and validated the OSCL overlay approach, a new M2M meshed network topology as an alternative to the current centralized approach. OSCL relies on the Named Data Networking (NDN) technique and supports multi-hop communication and distributed caching 5 to optimize networking and enhance data dissemination. We developed the OSCLsim simulator to validate the proposed approach. Finally, a theoretical model based on random graphs is formulated to describe the evolution and robustness of the proposed system.

The Internet of the 21th century is a different version from the original Internet. The Internet is becoming more and more a huge distribution network for large quantities of data (Photos, Music, and Video) with different types of connections and needs. TCP/IP the work horse for the Internet was intended as a vehicle to transport best effort Connection oriented data where the main focus is about transporting data from point A to point B regardless of the type of data or the nature of path.  Information Centric Networking (ICN) is a new paradigm shift in a networking where the focus in networking is shifted from the host address to the content name. The current TCP/IP model for transporting data depends on establishing an end to end connection between client and server. However, in ICN, the client requests the data by name and the request is handled by the network without the need to go each time to a fixed server address as each node in the network can serve data. ICN works on a hop by hop basis where each node have visibility over the content requested enabling it to take more sophisticated decisions in comparison to TCP/IP where the forwarding node take decisions based on the source and destination IP addresses. ICN have different implementations projects with different visions and one of those projects is Named Data Networking (NDN) and that’s what we use for our work. NDN/ICN architecture consists of different layers and one of those layers is the Forwarding Strategy (FS) layer which is responsible for deciding how to forward the coming request/response. In this thesis we implement and simulate three Forwarding Strategies (Best Face Selection, Round Robin, and Weighted Round Robin) and investigate how they can adapt to changes in link bandwidth with variable traffic rate. We performed a number of simulations using the ndnSIMv2.1 simulator. We concluded that Weighted Round Robin offers high throughput and reliability in comparison to the other two strategies. Also, the three strategies offer better reliability than using a single static face and offer lower cost than using the broadcast strategy. We also concluded that there is a need for a dynamic congestion control algorithm that takes into consideration the dynamic nature of ICN. / 2000-talets Internet är en annan version av det ursprungliga Internet. Internet blir mer och mer ett stort distributionsnät för stora mängder data (foton, musik och video) med olika typer av anslutningar och behov. TCP / IP är arbetshäst för Internet var tänkt som ett fordon för att transportera best effort Anslutning orienterade uppgifter där huvudfokus handlar om att transportera data från punkt A till punkt B, oavsett vilken typ av data eller vilken typ av väg. Information Centric Nätverk (ICN) är ett nytt paradigmskifte inom nätverk där fokus i nätverket flyttas från värdadressen till innehållets namn. Den aktuella TCP / IP-modellen för transport av data beror på att etablera en anslutning mellan klient och server (s.k. end-to-end). I ICN begär klienten data med namn och begäran hanteras av nätverket utan att behöva gå till en fix serveradress eftersom varje nod i nätverket kan besvara en begäran med data. ICN arbetar på en ”hop by hop” basis där varje nod har överblick över det begärda innehållet, vilket gör det möjligt att ta mer avancerade beslut i jämförelse med TCP / IP, där den vidarebefordrande nodens beslut fattas baserat på källans och destinationens IP-adresser. Det finns olika implementeringar av ICN med olika visioner och en av dessa implementeringar heter Named Data Networking (NDN) och det är vad vi använder för vårt arbete. NDNs / ICNs arkitektur består av olika lager och ett av dessa lager är Forwarding Strategies (FS) där vi definierar de åtgärder vi vidtar på varje begäran / svar. I detta projekt implementeras och simuleras tre Forwarding strategier (Best Face Selection, Round Robin, och Weighted Round Robin) och undersöks hur de kan anpassa sig till förändringar i länkbandbredd med konstant och variabel trafikhastigheten. Vi utfört ett antal simuleringar med hjälp av ndnSIMv2.1 simulatorn. Vi drog slutsatsen att Weighted Round Robin erbjuder hög genomströmning och tillförlitlighet i jämförelse med de två andra strategierna.  De tre strategierna erbjuder även högre tillförlitlighet än att använda ett enda statiskt  interface och erbjuder lägre kostnad än att använda broadcast strategin. Vi konstaterade också att det finns ett behov av en dynamisk ”congestion control”-algoritm som tar hänsyn till ICNs dynamiska karaktär.