Avec la prolifération des appareils mobiles, la mobilité devient une exigence et une caractéristique incontournable pour 5G. Cependant, en dépit des efforts pour permettre la mobilité dans le réseau IP, les solutions sont anchor-basées et inefficaces. Dans ce contexte, le réseau centré sur l'information (ICN) est proposé. Alors que ICN soutient mieux la mobilité, certains défis restent sans solution pour une mobilité transparente. La thèse explore trois défis de ce type et propose solutions efficaces. Tout d'abord, pour résoudre la mobilité des producteurs, MapMe, un protocole de gestion de micro mobilité compatible avec trafics latence-sensibles est proposée. MAP-Me est sans anchor et préserve les avantages de l'ICN. Les résultats de simulation montrent que MAP-Me surpasse les autres solutions en matière de performances client tout en gardant bas les frais de réseau sur diverses conditions réseau. En plus, nous étudions la sécurité de mobilité des producteurs. Nous nous concentrons sur l'attaque de préfixe hijacking, qui est à la base de plusieurs attaques. Pour éviter cette attaque, nous proposons un protocole léger et distribué basé sur hash-chaining. Les premiers résultats montrent une amélioration significative des frais de vérification. Enfin, il faut d'autres mécanismes dans la couche transport pour ICN mobile. Nous proposons WLDR et MLDR pour la détection et la récupération des pertes dans le réseau afin de faciliter le contrôle de la congestion. Les résultats de simulation montrent une réduction significative du temps d'écoulement (jusqu'à 20%). / With the proliferation of mobile devices, mobility becomes a requirement and a compelling feature for 5G. However, despite tremendous efforts in the last 2 decades to enable mobility in IP network, the solutions are mostly anchor-based and inefficient. In this context, Information-Centric networking (ICN) is proposed. While ICN has some native support of mobility, other architectural challenges remain unsolved to achieve seamless mobility. The thesis explores 3 main challenges of such and contributes novel solutions. First, to solve producer mobility, MapMe, a micro mobility management protocol supporting latency sensitive traffic is proposed. MAP-Me is anchorless and preserves key ICN benefits. Simulation results show that MAP-Me outperforms existing work in user performance while retaining low network overheads in various network conditions. Second, we investigate security in producer mobility. We focus on prefix hijacking attack, which is a basis of several attacks. To prevent prefix hijacking, we propose a light-weight and distributed prefix attestation protocol based on hash-chaining. First results show significant improvement in verification overhead. It is resistant to replay-based prefix hijacking. Finally, additional transport-layer mechanisms are needed in mobile ICN. To this aim, we investigate alleviating the adverse effect of wireless/mobility loss on congestion control. We propose WLDR and MLDR for in-network loss detection and recovery to facilitate congestion control. Simulation results show a significant reduction in flow completion time (up to 20%).

Les systèmes pair-à-pair (P2P) sont utilisés par des millions d'usagers tous les jours. Dans beaucoup de cas, un usager souhaite communiquer, échanger du contenu ou des services à travers différents systèmes P2P. Cela requiert de la coopération entre les différents systèmes P2P, ce qui est très souvent difficile ou même impossible à obtenir, à cause des raisons suivantes; in primis, l'absence d'une infrastructure de routage entre les réseaux, ce qui rend la communication étanche et, in secundis, l'incompatibilité des protocoles et des opérations des susdits systèmes. L'objectif principal de cette thèse est celui de permettre la coopération entre systèmes P2P. La thèse introduit un cadre de coopération rétro-compatible entre systèmes P2P hétérogènes constitué de deux parties. La première est un cadre de routage intra-réseaux permettant à des réseaux hétérogènes de communiquer. La deuxième est une application coopérative, conçue à l'aide et au travers du cadre de routage, dont l'objectif est celui de résoudre les incompatibilités protocolaires des systèmes P2P sous-jacents. A cause des différences intrinsèques des domaines d'applications - dans la description du cadre de coopération - la thèse se focalise essentiellement sur les principes fondateurs de la construction du cadre de coopération. Comme étude de cas de notre cadre de coopération, on présente une solution complète permettant une coopération entre des réseaux P2P spécialisés dans l'échange des fichiers pouvant s'appliquer aux réseaux P2P actuels. La solution proposée serait composée par une application de coopération, devant fonctionner à l'aide d'un protocole d'échange de fichiers inter-réseaux (IFP), et qui devrait être à la base du cadre de routage inter-protocolaire. A travers des expérimentations en taille réelle, on montre l'efficacité du cadre de routage inter-réseaux ainsi que l'efficacité de la solution proposée, pour permettre la coopération entre réseaux d'échange des fichiers P2P. Pendant l'étude des protocoles de routages inter-réseaux, on a observé que l'interconnexion des systèmes P2P pourrait donner une réponse à des problématiques communes aux systèmes P2P, comme le passage à l'échelle, la localisation, la tolérance aux pannes, et l'auto-organisation. Notre conviction est qu'un système possédant toutes ces caractéristiques pourrait être à la base de la conception de plusieurs systèmes ''cyber-physiques'' (CPS). En fait, dans la deuxième partie de la thèse, on présente une étude de cas d'usage de notre architecture d'interconnexion des réseaux P2P appliquée à un cas typique de CPS, notamment les réseaux d'électricité intelligents. Dans cette étude de cas, une collection des ''tables de hachage distribuées'' et organisées de façon hiérarchique est à la base d'une infrastructure de communication entre de compteurs d'électricité intelligents (AMI). L'analyse et les expérimentations montrent le passage à l'échelle et l'efficacité de communication de l'architecture proposée.

Device-to-device (D2D) communication is a promising new feature in LTE-Advanced networks. It is brought up to enable efficient discovery and communication between proximate devices. With D2D capability, devices in physical proximity could be able to discover each other using LTE radio technology and to communicate with each other via a direct data path. This thesis is concerned with the design, coordination and testing of a hybrid D2D and cellular network. Design requirements and choices in physical and MAC layer functions to support D2D discovery and communication underlaying LTE networks are analyzed. In addition, a centralized scheduling strategy in base station is proposed to coordinate D2D data communication operating in LTE spectrum. The scheduling strategy combines multiple techniques, including mode selection, resource and power allocation, to jointly achieve an overall user performance improvement in a cell. Finally the performances of D2D data communication underlaying LTE system are calibrated in a multi-link scenario via system-level simulation.

La protection des systèmes répartis est un problème complexe : en quelles entités du système peut-on avoir confiance et étant donné cette confiance, comment assurer la protection du système global. L'approche adoptée dans cette thèse consiste à combiner d'une part une gestion globale et centralisée des droits d'accès aux objets persistants du système par un serveur d'autorisation et d'autre part une protection locale par un noyau de sécurité sur chaque site du système réparti. Ce noyau contrôle les accès à tous les objets locaux (persistants ou temporaires) et a de plus la responsabilité de la gestion des droits d'accès aux objets temporaires locaux. Un schéma d'autorisation est développé pour une telle architecture. Ce schéma est élaboré dans le cadre de systèmes composés d'objets répartis (au sens de la programmation orientée-objets). Il permet de respecter au mieux le principe du moindre privilège, définit de nouveaux droits facilement administrables (appelés droits symboliques), et un nouveau schéma de délégation de droits. Ce modèle est utilisé dans le cadre d'une politique de sécurité discrétionnaire et dans le cadre d'une politique de sécurité multiniveau. Pour cela, un modèle de sécurité multiniveau adapté au modèle objet est développé et présenté dans cette thèse. Un exemple d'implémentation de ce schéma d'autorisation est enfin détaillé.

Les réseaux de capteurs sans fils sont de plus en plus utilisés dans des applications de surveillance de grands systèmes (feux de forêt, gaz dans les galeries minières, éthologie, ...). Une caractéristique de ces applications est que la topologie du réseau va être dynamique : soit les capteurs sont géographiquement mobiles (dispersion d'une nappe de pétrole), soit les conditions environnementales évoluent et modifient les capacités de communication des capteurs entre eux. Aussi, d'un système connexe, on peut évoluer vers un système clustérisé qui présente une rupture de la connectivité globale, et donc du système d'information. Une solution consiste à utiliser un (ou des) collecteur(s) des mesures (par exemple un robot mobile) qui va rétablir une connectivité discrète pour reconstituer à des échéances fixes un système d'information cohérent. Nous avons proposé un algorithme de clustering du réseau de capteurs sans fils adapté à la dynamique de sa topologie. La métrique choisie prend en compte la densité et la mobilité des nœuds, ainsi que leur énergie résiduelle. Ensuite, nous avons conçu un protocole de couche session permettant au collecteur de reconstruire le contexte de communication avec les clusters précédemment visités, sachant qu'ils ont pu évoluer en nombre, dispersion, fusion, ... Pour ce faire, il faut générer dynamiquement une trajectoire optimale du collecteur, en se basant sur un modèle d'estimation de la topologie, en prenant en compte les exigences applicatives (fréquence et volume des informations remontées). Pour la validation de l'algorithme de clustering et du protocole de couche session proposés, nous avons défini un modèle de nœud capteur que nous avons intégré à l'environnement de simulation Opnet.

The proliferation of new devices (such as smartphones and tablets) promotes new multimedia services (e.g. user-generated live video broadcasting), as well as new streaming techniques (e.g. rate-adaptive streaming). As a matter of fact, scientists observe a formidable, sustainable growth of Internet traffic related to video streaming. Yet, network infrastructures struggle to cope with this growth and it is now frequent that a delivery network is insufficiently provisioned. Such underprovisioning problem is more severe for live videos due to its real-time requirement. In this thesis, we focus on bandwidth efficient video delivery solutions for live streaming in underprovisioned video delivery networks. Specifically, we have two main contributions: (1) a user-generated live videos sharing system based on peer-to-peer (P2P) technique, and (2) a live rate-adaptive streaming system based on Content Delivery Network (CDN). First of all, we built an multioverlay P2P video sharing system which allows Internet users to broadcast their own live videos. Typically, such a system consists of multiple P2P live video streaming systems, and faces the problem of finding a suitable allocation of peer upload bandwidth. We designed various bandwidth allocation algorithms for this problem and showed how optimal solutions can be efficiently computed. Then, we studied the problem of delivering live rate-adaptive streams in the CDN. We identified a discretize streaming model for multiple live videos in modern CDNs. We formulated a general optimization problem through Integer Linear Programming (ILP) and showed that it is NP-complete. Further, we presented a fast, easy to implement, and near-optimal algorithm with approved approximation ratios for a specific scenario. This work is the first step towards streaming multiple live rate-adaptive videos in CDN and provides a fundamental theoretical basis for deeper investigation. Last, we further extended the discretized streaming model into an user-centric one which maximizes the overall satisfaction of an user population. Further, we presented a practical system, which efficiently utilizes CDN infrastructure to deliver live video streams to viewers in dynamic and large-scale CDNs. The benefits of our approaches on reducing the CDN infrastructure capacity is validated through a set of realistic trace-driven large-scale simulations. All in one, this thesis explores bandwidth efficient live video delivery solutions in underprovisioned delivery network for multiple streaming technologies. The aim is to maximally utilize the bandwidth of relay nodes (peers in P2P and forwarding equipments in CDN) to achieve an optimization goal.

Current network architectures, as well as mobility management protocols, are generally deployed in a centralized manner. Moreover, these protocols are designed to be always activated, even when not needed. As the number of mobile users and the volume of their traffic increase, such centralized architectures are expected to encounter scalability issues as well as performance issues. Recently, mobile network operators are experiencing a rapid increase in mobile data traffic. In order to cope with this, a new trend is to flatten networks architectures and hence IP mobility management protocols need to be adapted for such evolution. Therefore, there is a need to define novel mobility management mechanisms that are both distributed and offered dynamically. In order to cope with this context, the thesis concerns designing, analyzing, and evaluating novel IPv6 network architectures and mobility protocols that are distributed and dynamic, and in particular Distributed Mobility Management (DMM). Before proposing any extension, we categorize the existing mobility schemes and carry out a comparative analysis on each category. Then, we propose a new distributed dynamic mobility management scheme based on the Mobile IPv6 (MIPv6) protocol, with an optional extension for the joint use with the Session Initiation Protocol (SIP). After, we carry out a performance analysis in terms of mobility costs, handover, and quality-of-service. Finally, we study the impacts on other aspects such as security considerations and location management.

La disponibilité des contenus partagés en ligne devient un élément essentiel pour toute la chaîne de distribution de vidéos. Pour fournir des contenus aux utilisateurs avec une excellente disponibilité et répondre à leurs exigences toujours croissantes, les opérateurs de content delivery networks (CDNs) doivent assurer une haute qualité de services, définie par des métriques comme le taux de transfert ou la latence inclus dans les contrats de Service Level Agreement (SLA). La réplication adaptative se présente comme un mécanisme de stockage très prometteur pour at- teindre cet objectif. Par contre, une question importante reste encore ouverte: comment assurer la mise en place de ces SLAs, tout en évitant le gaspillage de ressources? Le sujet de la thèse porte précisément sur l'étude et l'évaluation de systèmes de réplication de données pour la nouvelle génération de CDNs hybrides, dont une partie des ressources de réseaux et de stockage proviennent de l'équipement des utilisateurs. Pour cela, nous proposons (i) une architecture de gestion de ressources des utilisateurs nommée Caju, et (ii) trois nouveaux systèmes de réplication adaptatifs, AREN, Hermes, et WiseReplica. Des simulations précises avec Caju montrent que nos systèmes de réplication adaptatifs sont très performants et peuvent être facilement étendus à d'autres types d'architecture. Comme perspectives, nous comptons réaliser le développement et l'évaluation d'un prototype proof-of-concept sur PlanetLab.

Quelques résultats en cryptographie symétrique, pour les modèles de confiance dans les réseaux ambiants et la sécurité dans les réseaux de capteurs sans fil

Soit un réseau comprenant des lignes de communication qui échouent indépendamment, dans lequel tous ou certains sites, appelés terminaux, doivent être capables de communiquer entre eux. Dans le modèle stochastique statique classique le réseau est représenté par un graphe probabiliste dont les arêtes sont présentes selon des probabilités connues. La mesure de fiabilité classique (CLR) est la probabilité que les terminaux appartiennent à la même composante connexe. Dans plusieurs contextes il est utile d'imposer la condition plus forte que la distance entre deux terminaux quelconques soit bornée supérieurement par un paramètre d. La probabilité que ça se produise est connue comme la fiabilité diamètre-bornée (DCR). Il s'agit d'une extension de la CLR. Les deux problèmes appartiennent à la clase NP-difficile de complexité ; le calcul exact n'est possible que pour les instances de taille limitée ou topologies spécifiques. Dans cette thèse, nous contribuons des résultats concernant le problème du calcul et l'estimation de la DCR. Nous étudions la complexité de calcul de cas particuliers, paramétré par le nombre de terminaux, noeuds et le paramètre d. Nous passons en revue des méthodes pour le calcul exact et étudions des topologies particulières pour lesquelles le calcul de la DCR a une complexité polynomiale. Nous présentons des résultats de base sur le comportement asymptotique de la DCR lorsque le réseau se développe comme un graphe aléatoire. Nous discutons sur l'impact de la contrainte de diamètre dans l'utilisation des techniques de Monte Carlo, et adaptons et testons une famille de méthodes basées sur le conditionnement de l'espace d'échantillonnage en utilisant des structures nommées d-pathsets et d-cutsets. Nous définissons une famille de mesures de performabilité qui généralise la DCR, développons une méthode de Monte Carlo pour l'estimer, et présentons des résultats expérimentaux sur la performance de ces techniques Monte Carlo par rapport à l'approche naïve. Finalement, nous proposons une nouvelle technique qui combine la simulation Monte Carlo et l'interpolation polynomiale pour les mesures de fiabilité.