La technologie des objets mobiles communicants (capteurs, smartphones, PDA, netbooks, etc.) est en plein essor. On peut exploiter l'utilisation de ces objets mobiles communicants dans plusieurs domaines, en particulier dans le domaine médical, pour collecter des informations de santé. Actuellement, la plupart des applications médicales basent leur collecte d'information sur deux approches. La première approche s'appuie sur l'hypothèse d'une connectivité permanente. La collecte de données physiologiques au niveau du centre d'analyse s'effectue en continu et elle permet un traitement en temps réel des informations. Dans la deuxième approche, les données sont stockées sur un dispositif porté par le patient et le traitement des données est donc différé. Dans le cas où les patients sont mobiles, l'hypothèse de connectivité permanente est difficile à réaliser, compte tenu de la portée des dispositifs radio et de leur consommation en énergie. Pour faire face à d'éventuelles ruptures de connectivité, on peut utiliser un mécanisme de communications opportunistes avec des réseaux tolérants les ruptures (DTN). Nous défendons dans cette thèse l'idée qu'il n'est pas indispensable de disposer de moyens de transmission en continu pour assurer le suivi médical d'individus mobiles dans le domaine de la télé-santé, mais qu'au contraire, une approche opportuniste est possible et intéressante : elle peut offrir de bons résultats à faible coût. À l'appui de cette idée, nous avons choisi un scénario de référence, la supervision médicale de l'activité cardiaque de marathoniens, comportant des contraintes de réalisation difficiles. Il s'agissait de réaliser le suivi des électrocardiogrammes des coureurs à partir de capteurs ECG et en faisant appel à plusieurs stations de collecte par transmission sans fil déployées sur le chemin de la course. La première variante de ce système proposait une solution à moindres coûts basée sur le protocole de communication ZigBee. Une deuxième variante, faisait appel à la technologie Wi-Fi ou à des réseaux cellulaires très répandus de nos jours. Un système de collecte et de supervision a été développé, déployé et testé lors d'épreuves sportives. Les résultats de ces expérimentations confirment l'intérêt que peut apporter ce schéma de communication dans la supervision médicale d'individus mobiles, en s'appuyant sur les technologies disponibles. À partir du premier scénario réalisé, plusieurs variantes peuvent être déclinées pour réaliser des applications médicales moins contraignants et plus générales. Ainsi, nous avons pu montrer qu'en exploitant des infrastructures Wi-Fi communautaires il est possible d'effectuer une supervision quotidienne des paramètres cardiaques de patients mobiles. Les différents scénarios explorés ont permis de mieux cerner l'intérêt des communications opportunistes pour des applications liées au suivi médical.

Basés sur les protocoles XML, SOAP et WSDL, les Services Web (SW) sont la technologie de base pour le développement d'Architectures Orientées Services (AOS). Ces architectures permettent de mettre en place des applications faiblement couplées avec un fort degré de configuration dynamique. Elles se basent sur la notion de relation de "services" formalisée par un contrat qui unit le client et le prestataire de services. Ce contrat est le point charnière de ce type d'applications. D'un point de vue purement marketing, les Services Web peuvent être développés pour satisfaire les besoins des clients, être facile à maintenir et aussi fournir un haut niveau de qualité de service. Les prestataires de Services Web doivent s'assurer de la fiabilité et de la disponibilité de leur infrastructure individuelle de Services Web. Cependant, les prestataires ne peuvent pas tenir compte de tous les besoins possibles des clients et des contraintes liées au développement de l'application donnée. Cela signifie que des mécanismes additionnels doivent être développés et ciblés pour un contexte d'utilisation donné. C'est exactement le type de problèmes que j'ai examiné dans mes travaux. Les développeurs d'application regardent les Services Web comme des COTS (Component Off-The Shell) et ignorent donc leurs implémentations et leurs comportements en présence de fautes. De ce point de vue, les clients ont besoin de développer des mécanismes de tolérances aux fautes spécifiques bien adaptés à leurs applications. Dans ce but, mes travaux de thèse m'ont conduit à proposer une plate-forme pour aider les clients à réaliser des connecteurs spécifiques de tolérance aux fautes (SFTC - Specifique Fault Tolerance Connectors) qui implémentent des filtres et autres techniques de détection d'erreurs (c.à.d des assertions exécutables) ainsi que des mécanismes de recouvrement qui sont déclenchés quand les Services Web ne satisfont plus les caractéristiques de sûreté demandées. De plus, le même Services Web peut être employé dans plusieurs applications orientées services avec différentes contraintes et peut donc tirer profit de plusieurs connecteurs (SFTCs). Le problème est similaire à l'utilisation des composants COTS dans les systèmes critiques de sûreté, et des travaux précédents ont déjà prouvé que des mécanismes tels que les wrappers étaient une solution possible. La différence dans le contexte des Architectures Orientées Services est que des wrappers prédéfinis ne peuvent pas être spécifiés pour satisfaire tous les besoins possibles. L'approche doit être plus adaptative pour permettre à des mécanismes de sûreté : 1) d'être définis au cas par cas pour une utilisation donnée du Service Web et 2) d'avoir une forte dynamique afin d'être modifiés selon les besoins. Ainsi, mes travaux de recherches ont permis de fournir aux développeurs d'Architectures Orientées Services: 1) un langage nommé DeWeL pour décrire les caractéristiques de sûreté de fonctionnement du connecteur et 2) l'infrastructure IWSD pour dynamiquement contrôler et exécuter les connecteurs dans des applications critiques. L'objectif final est de fournir aux développeurs d' Architectures Orientées Services une infrastructure et des outils capables de les aider à déployer des applications orientées services tolérants les fautes.

La thèse se focalise sur la sécurité dans les réseaux mobiles ad hoc (MANET : Mobile Ad hoc NETwork) [RFC 2501]. L'absence d'une gestion centrale des fonctionnalités du réseau rend ces réseaux beaucoup plus vulnérables aux attaques que les réseaux sans fil (WLAN) et filaires (LAN). Malheureusement, les protocoles de sécurité qui existent actuellement ne sont pas conçus pour un tel environnement (dynamique). Ils ne prennent pas la contrainte des ressources en considération car non seulement l'environnement est dynamique, mais les ressources sont aussi limitées (mémoire, capacité de calcul et surtout énergie), ce qui complique davantage la problématique, car on sait bien que les solutions de sécurité sont gourmandes en terme de ressources. Cependant, en raison de l'importance des domaines d'application des réseaux mobiles ad hoc comme les opérations militaires (communication entre les avions, les voitures et le personnel et opérations de secours, situations d'urgence en cas de sinistre, etc . . .), il faut relever le défi, car concevoir un mécanisme de sécurité infaillible pour les réseaux mobiles ad hoc est nécessaire. L'objectif principal de la thèse consiste à étudier les solutions susceptibles d'assurer la sécurité dans les réseaux mobiles ad hoc, en proposant une architecture hiérarchique distribuée qui permet d'établir une infrastructure dynamique à clé publique. Cette architecture doit supporter les différentes caractéristiques de ces réseaux (absence d'une unité centrale de gestion de réseau, topologie réseau dynamique, etc . . .). Dans ce but, un modèle de confiance adapté à l'environnement dynamique pour assurer l'évolution des niveaux de confiance des nœuds est établi. De plus, les vulnérabilités au niveau des autorités de certification sont prises en compte dans le nouveau concept de DDMZ (zone dynamique démilitarisée) que nous proposons. Dans le but de sécuriser les nœuds dont le rôle est crucial au sein du réseau, leur identité doit être cachée. C'est pourquoi le concept d'anonymat est introduit. Un protocole d'authentification anonyme est proposé. De plus, nous nous inspirons du modèle militaire pour mettre en place un mécanisme de camouflage qui cache le rôle des nœuds sensibles. Pour entretenir le modèle de confiance, un mécanisme de surveillance est indispensable. Il est adapté aux contraintes de l'environnement sans fil dynamique et réduit le taux de fausses alarmes (faux positifs). Il est fondé sur une approche inter-couches et un modèle probabiliste pour améliorer l'observation du nœud surveillant. Pour faire face aux attaques intelligentes de type inter-couches, une étude des vulnérabilités au niveau des couches inférieures comme la couche MAC est menée. Ensuite, des mécanismes de prévention et de détection sont analysés et évalués. La performance de ces mécanismes est évaluée avec la prise en compte des métriques primordiales pour les réseaux mobiles ad hoc, telles que la consommation d'énergie, la mobilité, la densité des nœuds et du trafic, etc . . .

Les systèmes distribués à grande échelle (Datacenters, Grilles, Clouds, Réseaux) sont des acteurs incontournables dans notre société de communication et d'échanges électroniques. Ces infrastructures doivent faire face à de nombreux challenges qui limitent leur déploiement : sécurité, qualité de service, extensibilité, programmabilité, consommation électrique... Cette habilitation retrace les travaux menés sur les domaines de la flexibilité des grands systèmes en se focalisant sur la mise en oeuvre de solutions dynamiques de déploiement de services afin d'augmenter la valeur ajoutée des infrastructures existantes et de proposer de nouveaux services à valeur ajoutée. Cette habilitation se penche aussi sur la consommation électrique de ces infrastructures et les différents moyens d'améliorer leur efficacité énergétique afin de les placer dans une perspective de développement durable.

Cette thèse apporte des contributions à la modélisation, compréhension ainsi qu'à la communication efficace d'information dans les réseaux dynamiques peuplant la périphérie de l'Internet. Par réseaux dynamiques, nous signifions les réseaux pouvant être modélisés par des graphes dynamiques dans lesquels noeuds et liens évoluent temporellement. Dans la première partie de la thèse, nous proposons un nouveau modèle de mobilité - STEPS - qui permet de capturer un large spectre de comportement de mobilité humains. STEPS mets en oeuvre deux principes fondamentaux de la mobilité humaine : l'attachement préférentiel à une zone de prédilection et l'attraction vers une zone de prédilection. Nous proposons une modélisation markovienne de ce modèle de mobilité. Nous montrons que ce simple modèle paramétrique est capable de capturer les caractéristiques statistiques saillantes de la mobilité humaine comme la distribution des temps d'inter-contacts et de contacts. Dans la deuxième partie, en utilisant STEPS, nous analysons les propriétés comportementales et structurelles fondamentales des réseaux opportunistes. Nous redéfinissons dans le contexte des réseaux dynamiques la notion de structure petit monde et montrons comment une telle structure peut émerger. En particulier, nous montrons que les noeuds fortement dynamiques peuvent jouer le rôle de ponts entre les composants déconnectés, aident à réduire significativement la longueur du chemin caractéristique du réseau et contribuent à l'émergence du phénomène petit-monde dans les réseaux dynamiques. Nous proposons une façon de modéliser ce phénomène sous STEPS. À partir d'un réseau dynamique régulier dans lequel les noeuds limitent leur mobilité à leurs zones préférentielles respectives. Nous recablons ce réseau en injectant progressivement des noeuds nomades se déplaçant entre plusieurs zones. Nous montrons que le pourcentage de tels nœuds nomades est de 10%, le réseau possède une structure petit monde avec un fort taux de clusterisation et un faible longueur du chemin caractéristique. La troisième contribution de cette thèse porte sur l'étude de l'impact du désordre et de l'irrégularité des contacts sur la capacité de communication d'un réseau dynamique. Nous analysons le degré de désordre de réseaux opportunistes réels et montrons que si exploité correctement, celui-ci peut améliorer significativement les performances du routage. Nous introduisons ensuite un modèle permettant de capturer le niveau de désordre d'un réseau dynamique. Nous proposons deux algorithmes simples et efficaces qui exploitent la structure temporelle d'un réseau dynamique pour délivrer les messages avec un bon compromis entre l'usage des ressources et les performances. Les résultats de simulations et analytiques montrent que ce type d'algorithme est plus performant que les approches classiques. Nous mettons également en évidence aussi la structure de réseau pour laquelle ce type d'algorithme atteint ses performances optimum. Basé sur ce résultat théorique nous proposons un nouveau protocole de routage efficace pour les réseaux opportunistes centré sur le contenu. Dans ce protocole, les noeuds maintiennent, via leurs contacts opportunistes, une fonction d'utilité qui résume leur proximité spatio-temporelle par rapport aux autres noeuds. En conséquence, router dans un tel contexte se résume à suivre le gradient de plus grande pente conduisant vers le noeud destination. Cette propriété induit un algorithme de routage simple et efficace qui peut être utilisé aussi bien dans un contexte d'adressage IP que de réseau centré sur les contenus. Les résultats de simulation montrent que ce protocole superforme les protocoles de routage classiques déjà définis pour les réseaux opportunistes. La dernière contribution de cette thèse consiste à mettre en évidence une application potentielle des réseaux dynamiques dans le contexte du " mobile cloud computing ". En utilisant les techniques d'optimisation particulaires, nous montrons que la mobilité peut augmenter considérablement la capacité de calcul des réseaux dynamiques. De plus, nous montrons que la structure dynamique du réseau a un fort impact sur sa capacité de calcul.

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.

Les travaux résumés dans ce mémoire ont pour cadre la sûreté de fonctionnement des systèmes informatiques. Ils couvrent plusieurs aspects complémentaires, à la fois théoriques et expérimentaux, que nous avons groupés en quatre thèmes. Le premier thème traite de la définition de méthodes permettant de faciliter la construction et la validation de modèles complexes pour l'analyse et l'évaluation de la sûreté de fonctionnement. Deux approches sont considérées : les réseaux de Petri stochastiques généralisés et la simulation comportementale en présence de fautes. Le deuxième thème traite de la modélisation de la croissance de fiabilité pour évaluer l'évolution de la fiabilité et de la disponibilité des systèmes en tenant compte de l'élimination progressive des fautes de conception. Ces travaux sont complétés par la définition d'une méthode permettant de faciliter la mise en ¿uvre d'une étude de fiabilité de logiciel dans un contexte industriel. Le troisième thème concerne la définition et l'expérimentation d'une approche pour l'évaluation quantitative de la sécurité-confidentialité. Cette approche permet aux administrateurs des systèmes de suivre l'évolution de la sécurité opérationnelle quand des modifications, susceptibles d'introduire de nouvelles vulnérabilités, surviennent dans la configuration opérationnelle, les applications, le comportement des utilisateurs, etc. Enfin, le quatrième thème porte d'une part, sur l'élaboration d'un modèle de développement destiné à la production de systèmes sûrs de fonctionnement, et d'autre part, sur la définition de critères d'évaluation visant à obtenir une confiance justifiée dans l'aptitude des systèmes à satisfaire leurs exigences de sûreté de fonctionnement, en opération et jusqu'au retrait du service.

La théorie des jeux permet de décrire des systèmes d'interactions complexes entre agents. Dans le cadre de la modélisation des interactions moléculaires, nous avons appliqué cette théorie afin d'étudier la dynamique des réseaux d'interactions à partir d'observations. L'objet est de calculer les équilibres correspondant à des phénotypes cellulaires. Le modèle permet de valider la cohérence des réseaux étudiés impliqués dans la migration métastasique via une molécule PAI-1 et permet également de proposer des prédictions sur la structure de ces réseaux. Afin d'accélérer le calcul des équilibres, nous avons établi des méthodes de prédiction à partir de la simple donnée de la structure du réseau. Elle conduit à la formulation d'un problème k-SAT qui se réduit fréquemment à un problème 2-SAT résolvable en un temps polynomial.

Ce mémoire présente des travaux et des résultats, aussi bien théoriques que pratiques, concernant la<br />modélisation et l'évaluation de la croissance de fiabilité et de la croissance de disponibilité des<br />systèmes informatiques. Nous considérons deux types de représentation du comportement des<br />systèmes : d'abord, en fonction du temps, et ensuite en fonction du nombre d'exécutions effectuées.<br />Les travaux présentés dans ce mémoire s'articulent autour de deux modèles de croissance de fiabilité : le<br />modèle hyperexponentiel en temps continu et le modèle hyperexponentiel en temps discret. Pour<br />chacun de ces deux modèles, nous étudions d'abord, le cas d'un système mono-composant, puis nous<br />considérons le cas d'un système multi-composant qui est tel que la croissance de fiabilité de chacun de<br />ses composants est représentée par un modèle hyperexponentiel. Le modèle hyperexponentiel en<br />temps discret est également utilisé pour prendre en compte certaines caractéristiques de<br />l'environnement d'utilisation du logiciel dans l'évaluation de son comportement tel qu'il est perçu<br />dans le temps par ses utilisateurs dans chacun des environnements dans lequel il est mis en oeuvre.

Avec leur rôle important dans la protection des réseaux, les Systèmes de Détection d'Intrusion (IDS) doivent être capables d'adapter leurs modes de fonctionnement à toutes les innovations technologiques. L'IDS doit gérer une grande masse d'information et traiter un trafic réseau à une cadence très élevée à cause des vitesses de transfert et de la diversité des services offerts. Il doit aussi traiter un grand nombre d'attaques qui ne cesse d'augmenter. Par conséquent, améliorer les performances des IDS devient une tâche critique pour les concepteurs des mécanismes de protection. Dans notre thèse, nous nous focalisons sur les problèmes liés aux paramètres quantitatifs de l'utilisation des l'IDS. Nous proposons une approche pour la classification des signatures d'attaques en fonction de leurs sous-chaînes communes. Cette approche permet de réduire le nombre des signatures traitées et par conséquent réduire le temps d'exécution. Nous traitons aussi le problème de la masse de données analysée par l'IDS, nous proposons une architecture de détection basée sur la classification des connexions réseau. L'architecture proposée permet de décider de la nature d'une connexion : suspecte ou non. Dans le premier cas, la connexion doit être analysée par le système de détection d'intrusion. Sinon, si elle n'est pas suspecte nous pouvons décider de ne pas l'analyser par l'IDS.