Les réseaux informatiques connaissent une expansion rapide à l'heure actuelle. Il devenait nécessaire de faire évoluer l'informatique centralisée vers une informatique distribuée car les systèmes d'informations sont par nature répartis. Mais cette évolution n'a été possible que grâce à des progrès réalisés dans plusieurs domaines : la technologie (micro-électronique, transmission) et les techniques informatiques avancées nécessaires au développement des réseaux (commutation de paquets, architecture de réseaux). La définition d'une architecture est de première importance car les réseaux sont des systèmes complexes. Déjà, des constructeurs informatiques proposent des architectures qui leur sont propres : SNA chez IBM, DSA chez Bull, DECNET chez DEC, BNA chez Burrough, etc ... Toutes ces architectures sont basées sur une technique de structuration habituellement utilisée à l'heure actuelle : la structuration en couches. Cette technique permet de séparer nettement les fonctions réseaux et donc de faciliter la conception, la réalisation, l'évolution d'un réseau.

Dans cette thèse, nous étudions divers problèmes dont l'objectif est de gérer la croissance d'internet plus efficacement. En effet celle-ci est très vive : 41% pour le pic en 2012. Afin de répondre aux défis posés par cette évolution aux divers acteurs du réseau, des protocoles de gestion et de communication plus intelligents sont nécessaires. Les protocoles de l'Internet furent conçus, point à point. Or, la part de la diffusion de média dans le trafic est prépondérante et en hausse tendancielle, et des projections indiquent qu'en 2016 80-90% du trafic sera engendré par de la diffusion vidéo. Cette divergence entraîne des inefficacités car les données parcourent plusieurs fois le réseau. Dans cette thèse, nous étudions comment tempérer cette inefficacité. Nos contributions sont organisées selon les couches et les phases de déploiement du réseau. Nous étudions le placement de caches lors de la conception du réseau. Ensuite, pour la gestion d'un réseau, nous regardons quand placer des appareils en veille, en utilisant un mécanisme de cache et en coopération avec des réseaux de distribution. Puis, au niveau de la couche application, nous étudions un problème de maintenance d'arbres équilibrés pour la diffusion de média. Enfin, nous analysons la probabilité de survie de données dans un système de sauvegarde distribuée. Notre travail se fonde à la fois sur des méthodes théoriques (Chaînes de Markov, Programmation Linéaire), mais aussi sur des outils empiriques tels que la simulation et l'expérimentation. / In this thesis we study multiple approaches to efficiently accommodating for the future growth of the Internet. The exponential growth of Internet traffic, reported to be as high as 41% in peak throughput in 2012 alone, continues to pose challenges to all interested parties. Therefore, to accommodate the growth, smart management and communication protocols are needed. The basic protocols of the Internet are point-to-point in nature. However, the traffic is largely broadcasting, with projections stating that as much as 80-90% of it will be video by 2016. This discrepancy leads to inefficiency, where multiple copies of essentially the same messages travel in parallel through the same links. In this thesis we study multiple approaches to mitigating this inefficiency. The contributions are organized by layers and phases of the network life. We look into optimal cache provisioning during network design. Next, we move to managing an existing network. We look into putting devices to sleep mode, using caching and cooperation with Content Distribution Networks. In the application layer, we look into maintaining balanced trees for media broadcasting. Finally, we analyze data survivability in a distributed backup system, which can reduce network traffic by putting the backups closer to the client than if using a data center. Our work is based on both theoretical methods, like Markov chains and linear programming, as well as empirical tools, like simulation and experimentation.

Cette thèse est l'un des volets d'un projet nommé GINSENG. Ce projet s'inscrit dans le cadre d'un développement expérimental d'une infrastructure de grille légère pour l'e-santé. Il a pour but de fédérer des bases de données médicales existantes, et de mettre à disposition ces informations auprès des structures d'analyses épidémiologiques, régionales et nationales. Il réunit les thématiques de recherches suivantes : l'information médicale et l'épidémiologie. Grâce à l'architecture distribuée de la grille informatique, le réseau obtenu deviendra interopérable avec toute structure nécessitant des données médicales. L'infrastructure déployée permet d'obtenir des données en temps réel pour des études épidémiologiques avec une réactivité du système bien plus intense que s'il s'agissait d'un système centralisé.Grâce à l'utilisation de GINSENG, cette thèse propose d'apporter des stratégies d'amélioration de la qualité et de son évaluation. Un premier travail de thèse porte sur la qualité d'un plan de sondage destiné à estimer les indicateurs de qualité de tenue du dossier patient. Il permet d'envisager d'exploiter les fonctionnalités de GINSENG sur la base de dossiers informatisés afin d'étendre la taille de l'échantillon nécessaire pour une bonne estimation. Un deuxième travail concerne l'évaluation de l'impact de la précarité (mesurée par le score EPICES) vis-à-vis de l'accès au système de soins pour les femmes enceintes et vivant en milieu rural ainsi que déterminer le lien entre la vulnérabilité socio-économique et les mauvaises issues de la grossesse. La perspective d'une mise en routine du score EPICES dans les établissements de santé est discutée. Un dernier travail traite de la comparaison du dépistage organisé versus le dépistage individuel en termes de caractéristiques démographiques, cliniques et pronostiques en rapprochant les données anatomo-cytopathologiques (SIPATH) et des données de centres de dépistage des cancers (l'ARDOC (association régionale des dépistages organisés des cancers) et l'ABIDEC (association bourbonnaise interdépartementale de dépistage des cancers)). Ces applications orientent soit vers la plus-value qu'apporterait l'informatique distribuée grâce à GINSENG, soit les bénéfices des apports de GINSENG par l'amplification des données et l'extension à d'autres bases de données dans d'autres domaines. / This thesis is part of a project named GINSENG. This project is part of an experimental development for a light grid infrastructure dedicated to e-health and epidemiology. This network aims to collect distributed medical data in order to perform original data analysis thanks to the innovative technologies of grid computing. This project includes the following research areas: medical informatics, epidemiology joined with a socio-economic modeling. This network aims to federate distributed and existing medical databases, particularly cytopathologic data, to make them available to regional and national epidemiologic structures. Thanks to the distributed architecture of the grid, the network should become interoperable with any medical center which would need those medical data.Thanks to GINSENG, this thesis brings quality improvement strategies and its evaluation. A first work concerns the quality of survey design to estimate the indicators of patient record keeping. It plans to exploit some functionalities of GINSENG to increase required sample size to obtain a better estimate. A second work concerns the impact of social deprivation (measured by EPICES score) on access to healthcare for pregnant women and living in rural area. We want to characterize the link between social deprivation and adverse perinatal outcomes. We discuss the possibility to integrate the EPICES score in health care institution. The last work deals with the comparison between organized screening and individual screening. Socio demographic, clinical and prognostic characteristics are analyzed from SIPATH (laboratory), ARDOC and ABIDEC (screening sites) databases. These applications illustrate benefits of using GINSENG.

Dans cette thèse, nous étudions divers problèmes dont l'objectif est de gérer la croissance d'internet plus efficacement. En effet celle-ci est très vive : 41% pour le pic en 2012. Afin de répondre aux défis posés par cette évolution aux divers acteurs du réseau, des protocoles de gestion et de communication plus intelligents sont nécessaires. Les protocoles de l'Internet furent conçus, point à point. Or, la part de la diffusion de média dans le trafic est prépondérante et en hausse tendancielle, et des projections indiquent qu'en 2016 80-90% du trafic sera engendré par de la diffusion vidéo. Cette divergence entraîne des inefficacités car les données parcourent plusieurs fois le réseau. Dans cette thèse, nous étudions comment tempérer cette inefficacité. Nos contributions sont organisées selon les couches et les phases de déploiement du réseau. Nous étudions le placement de caches lors de la conception du réseau. Ensuite, pour la gestion d'un réseau, nous regardons quand placer des appareils en veille, en utilisant un mécanisme de cache et en coopération avec des réseaux de distribution. Puis, au niveau de la couche application, nous étudions un problème de maintenance d'arbres équilibrés pour la diffusion de média. Enfin, nous analysons la probabilité de survie de données dans un système de sauvegarde distribuée. Notre travail se fonde à la fois sur des méthodes théoriques (Chaînes de Markov, Programmation Linéaire), mais aussi sur des outils empiriques tels que la simulation et l'expérimentation.

Le Cloud Computing est en plein essor, grace a ses divers avantages, telsl'elasticite, le cout, ou encore son importante exibilite dans le developpementd'applications. Il demeure cependant des problemes en suspens, lies auxperformances, a la disponibilite, la fiabilite, ou encore la securite. De nombreusesetudes se focalisent sur la fiabilite et les performance dans les servicesdu Cloud, qui sont les points critiques pour le client. On retrouve parmicelles-ci plusieurs themes emergents, allant de l'ordonnancement de tachesau placement de donnees et leur replication, en passant par la tolerance auxfautes adaptative ou a la demande, et l'elaboration de nouveaux modeles defautes.Les outils actuels evaluant la fiabilite des services du Cloud se basent surdes parametres simplifies. Ils ne permettent pas d'analyser les performancesou de comparer l'efficacite des solutions proposees. Cette these aborde precisement ce probleme en proposant un modele d'environnement complet detest destine a evaluer la fiabilite et les performances des services de CloudComputing. La creation d'outils de tests destines a l'evaluation de la fiabiliteet des performances des services du Cloud pose de nombreux defis, en raisonde la grande quantite et de la complexite des donnees traitees par ce genrede services. Les trois principaux modeles de Cloud Computing sont respectivement:Infrastructure en tant que Service (IaaS), Plate-forme en tant queService (PaaS) et Logiciel en tant que Service (SaaS).Dans le cadre de cettethese, nous nous concentrons sur le modele PaaS. Il permet aux systemesd'exploitation ou aux intergiciels d'etre accessibles via une connexion internet.Nous introduisons une architecture de test generique, qui sera utiliseepar la suite lors de la creation d'outils de tests, destines a l'evaluation de lafiabilite et de la performance. / Cloud computing models are attractive because of various benefits such asscalability, cost and exibility to develop new software applications. However,availability, reliability, performance and security challenges are still not fullyaddressed. Dependability is an important issue for the customers of cloudcomputing who want to have guarantees in terms of reliability and availability.Many studies investigated the dependability and performance of cloud services,ranging from job scheduling to data placement and replication, adaptiveand on-demand fault-tolerance to new fault-tolerance models. However, thead-hoc and overly simplified settings used to evaluate most cloud service fault toleranceand performance improvement solutions pose significant challengesto the analysis and comparison of the effectiveness of these solutions.This thesis precisely addresses this problem and presents a benchmarkingapproach for evaluating the dependability and performance of cloud services.Designing of dependability and performance benchmarks for a cloud serviceis a particular challenge because of high complexity and the large amount ofdata processed by such service. Infrastructure as a Service (IaaS), Platform asa Service (PaaS) and Software as a Service (SaaS) are the three well definedmodels of cloud computing. In this thesis, we will focus on the PaaS modelof cloud computing. PaaS model enables operating systems and middlewareservices to be delivered from a managed source over a network. We introduce ageneric benchmarking architecture which is further used to build dependabilityand performance benchmarks for PaaS model of cloud services.

La phase de conception préliminaire est déterminante lors de la réalisation d’un projet industriel. Elle exploite généralement des outils méthodologiques tels que le brainstorming, l’analyse causale et le chronogramme, qui permettent la collaboration entre des participants aux compétences et aux approches différentes. Ces activités se déroulent dans des salles de réunions traditionnelles, autour d'une table ou devant un tableau blanc, avec l’aide de nombreux papiers et Post-it, ce qui rend la préparation, l’exécution, et l’exploitation de ce processus particulièrement difficile. Jusqu’à présent, cette phase de conception préliminaire a résisté à la numérisation, notamment parce que l’addition d’un dispositif informatique au sein de ces activités perturbe la communication et la collaboration naturelles entre participants. Au cours des dix dernières années, de nombreuses avancées technologiques ont été réalisées en ce qui concerne les dispositifs numériques tels que les tables et les tableaux interactifs, les smartphones et les tablettes tactiles. La similarité des configurations physiques de ces dispositifs avec les dispositifs plus traditionnels permet d’exploiter les capacités préexistantes des utilisateurs (l’habileté motrice, le raisonnement spatial, le langage parlé, etc.). Les chercheurs se basent sur l’hypothèse que ces nouveaux dispositifs, travaillant de concert au sein d’espaces interactifs, pourront augmenter la collaboration co-localisée pour les équipes de conception préliminaire. L’objectif de cette thèse est, d’une part, d’étudier la conception d’un espace interactif pour la collaboration co-localisée durant la phase de conception préliminaire, et d’autre part, de proposer une architecture permettant de réunir les dispositifs hétérogènes et distribués composant cet espace.La première contribution consiste en une présentation détaillée d’un espace interactif utilisant une configuration physique encore peu exploitée dans la littérature scientifique : une table et un tableau multi-tactiles de grandes dimensions. La conception de cet espace interactif a été basée sur des observations d’utilisateurs dans un contexte de conception préliminaire traditionnel et sur une revue de la littérature visant à identifier des principes de conception. Lors de la conception de cet espace, une attention particulière a été portée à l’interface utilisateur qui s’étend sur des écrans partagés et qui maintient une séparation entre les activités d’un participant et les activités d’une équipe. Enfin, les évaluations, réalisées avec des groupes de cinq à six participants, démontrent une amélioration dans l’exploitation des outils méthodologiques sur supports numériques par rapport à une utilisation traditionnelle lors de la conception préliminaire.La conception d’une infrastructure distribuée basée sur un système multi-agents constitue la deuxième contribution de cette thèse. Cette infrastructure parvient à rassembler de nombreuses plateformes et des dispositifs hétérogènes. Elle représente une solution intéressante pour les espaces interactifs, en particulier parce qu’elle tolère particulièrement bien la défaillance de réseau et permet un prototypage rapide des dispositifs. / The preliminary design phase occurs near the launch of an engineering project, normally after an initial requirements gathering phase. Through a series of meetingswhich gathers the key actors of a project, effective preliminary design involves discussion and decision-making punctuated by group creativity techniques. These activities are designed to explore the potential solutions of the problem, such asbrainstorming or causal analysis, or to address the project itself, such as collaborative project planning. Such activities are usually conducted in traditional meeting rooms with pen and paper media, which requires significant time and effort to prepare, perform, and later render into a digitally exploitable format. These processes have resisted previous attempts of computer-supported solutions, because any additional instruments risk obstructing the natural collaboration and workflow that make these activities so beneficial. Over the past decade, technologies such as interactive table tops, interactive wall displays, speech recognition software, 3D motion sensing cameras, and handheld tablets and smartphones have experienced significant advances in maturity. Theirform factors resemble the physical configuration of traditional pen-and-paper environments,while their “natural” input devices (based on multi-touch, gestures, voice, tangibles, etc.) allow them to leverage a user’s pre-existing verbal, spatial,social, motor and cognitive skills. Researchers hypothesize that having these devices working in concert inside interactive spaces could augment collaboration forco-located (i.e. physically present) groups of users.There currently exist several interactive spaces in the literature, illustrating awide range of potential hardware configurations and interaction techniques. The goal of this thesis is first to explore what qualities these interactive spaces should exhibit in their interaction design, particularly with regard to preliminary designactivities, and second, to investigate how their heterogeneous and distributed computing devices can be unified into a flexible and extensible distributed computing architecture. The first main contribution of this thesis is an extensive presentation of an interactive space, which at its core uses a configuration not yet fully explored inprevious literature : a large multitouch table top and a large multitouch interactive Abstract board display. The design of this interactive space is driven by observations o fgroups engaged in preliminary design activities in traditional environments and a literature review aimed at extracting user-centered design guide lines. Special consideration is given to the user interface as it extends across multiple shared displays, and maintains a separation of concerns regarding personal and group work. Finally, evaluations using groups of five and six users show that using such an interactive space, coupled with our proposed multi-display interaction techniques, leads to a more effective construction of the digital artifacts used in preliminary design.The second main contribution of this thesis is a multi-agent infrastructure forthe distributed computing environment which effectively accommodates a widerange of platforms and devices in concerted interaction. By using agent-oriented programming and by establishing a common content language for messaging, the infrastructure is especially tolerant of network faults and suitable for rapid prototyping of heterogeneous devices in the interactive space.

De nos jours, les technologies de l'information offrent aux utilisateurs la possibilité de travailler avec n'importe qui, à n'importe quel moment, de n'importe où et avec plusieurs dispositifs hétérogènes. Cette évolution favorise un nouveau modèle distribué de collaboration de confiance où les utilisateurs peuvent travailler sur des documents partagés avec qui ils ont confiance. La collaboration multi-synchrone est largement utilisée pour soutenir le travail collaboratif en maintenant des flux simultanés de l'activité des utilisateurs qui divergent et convergent continuellement. Cependant, ce modèle n'offre pas de support concernant l'expression et la vérification de restriction d'usage des données. Cette thèse présente C-PPC, un modèle de collaboration basé sur les contrats et sur la confiance. Dans ce modèle, des contrats sont utilisés comme des règles d'utilisation des données et les utilisateurs collaborent en fonction des niveaux de confiance qu'ils attribuent aux autres en accord avec le respect des contrats. Nous formalisons les contrats en utilisant des concepts déontiques: permission, obligation et prohibition. Les contrats sont inclus dans les historiques d'opérations des données partagées. Le modèle C-PPC fournit un mécanisme pour la fusion des modifications des données et des contrats. N'importe quel utilisateur peut auditer les historiques à n'importe quel moment et les résultats de l'audit sont utilisés pour actualiser les niveaux de confiance en se basant sur une métrique de confiance. Nous proposons une solution reposant sur des authentificateurs basés sur les chaînes de hachage pour garantir l'intégrité des historiques et la responsabilité des utilisateurs. Nous fournissons des algorithmes pour construire les authentificateurs et vérifier les historiques puis nous prouvons leur correction. Des résultats expérimentaux montrent la faisabilité du modèle C-PPC / Nowadays, information technologies provide users ability to work with anyone, at any time, from everywhere and with several heterogeneous devices. This evolution fosters a new distributed trustworthy collaboration model where users can work on shared documents with whom they trust. Multi-synchronous collaboration is widely used for supporting collaborative work by maintaining simultaneous streams of user activities which continually diverge and converge. However, this model lacks support on how usage restrictions on data can be expressed and checked within the model. This thesis proposes "C-PPC", a multi-synchronous contract-based and trust-aware collaboration model. In this model, contracts are used as usage rules and users collaborate according to trust levels they have on others computed according to contract compliance. We formalize contracts by using deontic concepts: permission, obligation and prohibition. Contracts are enclosed in logs of operations over shared data. The C-PPC model provides a mechanism for merging data changes and contracts. Any user can audit logs at any time and auditing results are used to update user trust levels based on a trust metric. We propose a solution relying on hash-chain based authenticators that ensures integrity of logs and user accountability. We provide algorithms for constructing authenticators and verifying logs and prove their correctness. A set of experimental results shows the feasibility of the C-PPC model

La mise en ligne des travaux pratiques est une problématique de recherche étudiée depuis plus d'une décennie en raison des enjeux pédagogiques et économiques qu'elle engendre. En effet, il s'agit d'une catégorie d'enseignements indispensables aux disciplines scientifiques, technologiques et mathématiques et d'ingenierie visant à atteindre des objectifs d'apprentissage particuliers liés à l'acquisition de compétences professionnelles et scientifiques, mais aussi au travail de groupe et de communication. Des recherches dans le domaine des télé-TPs ont permis de mettre en évidence des problèmes d'ordre pédagogiques et techniques qui entravent le développement et l'acceptation des télé-TPs par les acteurs de la formation, dont nos travaux tentent d'apporter des réponses. En particulier, cette thèse traite les problématiques liées (1) aux fondements théoriques de l'apprentissage en ligne dans le cadre de télé-TPs, (2) aux avancées tant techniques que pédagogiques des Environnements Informatiques pour l'Apprentissage Humain (EIAH), et (3) aux avancées techniques et technologiques pour la mise en ligne de dispositifs de laboratoires distribués et mutualisés. En d'autres termes, il s'agit d'atteindre l'efficacité pédagogique des télé-TPs tout en les intégrant aux EIAHs utilisés pour les autres types d'activités d'apprentissage. Nos propositions s'articulent autour de deux éléments clés : (1) une architecture structurée en couches assurant une communication transparente entre les contextes d'apprentissage (EIAH) et d'expérimentation (laboratoires en ligne), et (2) un méta-modèle qui, d'une part, décrit de façon formelle les éléments inhérents à l'activité de télé-TP (laboratoires, dispositifs et expériences) ainsi que les activités réalisées par les utilisateurs sur ces entités, et d'autre part dirige le contrôle et la supervision des expériences et laboratoires. D'un point de vue technique, nos contributions concernent la proposition d'un méta-modèle standard pour le pilotage et la gestion du cycle de vie des expériences qui facilite la représentation homogène des dispositifs hétérogènes de laboratoires tout en favorisant le déploiement et l'exploitation d'expériences distribuées sur plusieurs sites, ainsi que l'introduction d'interfaces de contrôle et de supervision uniformes masquant les détails spécifiques des laboratoires distants aux applications de haut niveau telles que les EIAHs. D'un point de vue pédagogique, nous introduisons l'objet pédagogique " Expérience " afin d'encourager la pratique, le partage et la réutilisation des télé-TPs dans les cursus en ligne, et supportons différentes fonctions pédagogiques telles que l'apprentissage collaboratif et le tutorat (synchrone et asynchrone) à travers un ensemble d'IHMs adaptées dont le développement est rendu aisé par la décomposition du système global en différentes couches. Nos propositions ont été expérimentées dans le cadre de télé-TPs relatifs à notre domaine d'enseignement, l'informatique. Les différents méta-modèles génériques ont été spécialisés pour décrire et superviser l'environnement d'expérimentation ainsi que les expériences qui y prennent place, mais également afin de modéliser, stocker et exploiter les traces des interactions entre les utilisateurs et ces expériences. Enfin, des composants spécifiques assurent le lien entre les modèles abstraits et les ressources de bas niveau, alors que des outils et IHMs de haut niveau supportent différentes fonctions pédagogiques : * La conception pédagogique est étendue à la conception des expériences en ligne à travers une IHM intuitive proposée aux enseignants, qui leur permet de concevoir et de tester des expériences avec un niveau de complexité arbitraire. * L'apprentissage en ligne est supporté par une interface Homme-Machine réaliste qui assure à la fois la réalisation d'opérations sur les expériences distantes, une navigation efficace parmi les composants d'une expérience en ligne, mais également l'apprentissage collaboratif. * Le tutorat en ligne est supporté par une interface qui étend l'IHM d'apprentissage avec des privilèges élargis et des outils supplémentaires permettant aux tuteurs distants de détecter les situations de blocage, de venir en aide aux apprenants en difficulté, et enfin d'évaluer les travaux de ces apprenants.