Dans cette thèse, nous proposons différents mécanismes de gestion de la mobilité et de support de qualité de service (QoS) dans les réseaux cellulaires tout-IP. Avant d'entamer nos travaux de recherche, nous examinons et analysons tout d'abord l'architecture des réseaux mobiles tout-IP ainsi que la complexité et les problèmes liés aux performances des protocoles de macro- et micro-mobilité existants. Les résultats de cette analyse seront ensuite exploités pour présenter et discuter nos propositions. L'objectif recherché est d'assurer, au moindre coût, le meilleur support de la mobilité et d'offrir les garanties de QoS exigées par les applications temps réel. Notre solution de base, intitulée ``Micro Mobile MPLS'', repose sur l'intégration du protocole Mobile IP hiérarchique avec le protocole de commutation de labels (MPLS). Outre le support de la QoS, notre architecture est flexible, scalable (résiste au passage à l'échelle) et supporte les modèles Diffserv et Intserv. En effet, les chemins ou LSPs (Label witched Paths) peuvent être établis soit à l'avance par provisioning (on parle dans ce cas de LSPs statiques), soit dynamiquement sur demande (on parle dans ce cas de LSPs dynamiques). Dans un second temps, nous exposons trois variantes protocolaires proposées pour compléter notre solution de base ``Micro Mobile MPLS''. La première variante, intitulée ``FH-Micro Mobile MPLS'', supporte le fast handover pour réduire les perturbations des communications en cours en minimisant le temps de handover. La deuxième variante, intitulée ``FC-Micro Mobile MPLS'', est basée sur une suite de chemins construits dynamiquement pour réduire le coût de signalisation lors des mises à jour de localisation. En effet, en utilisant ce mécanisme, le terminal mobile a la capacité de s'enregistrer auprès de son ancien sous-réseau au lieu du noeud d'entrée du domaine formant ainsi une suite de chemins de tous les sous-réseaux visités. Enfin, la troisième variante protocolaire, intitulée ``MFC-Micro Mobile MPLS'', propose de réduire la charge de signalisation au sein du réseau d'accès en contrôlant dynamiquement le nombre des mises à jour de localisation auprès du noeud d'entrée du domaine. Ceci permet d'assurer une flexibilité et une adaptabilité optimales, en tenant compte des caractéristiques du réseau et de la mobilité des utilisateurs. Tout au long de ce travail, des études de performances, basée sur des analyses théoriques et également sur des simulations ont été réalisées afin d'évaluer l'efficacité de nos propositions. Des modèles de mobilité basés sur des chaînes de Markov sont développés en adoptant des configurations cellulaires à une dimension (1-D) et à deux dimensions (2-D). Les critères de performances utilisés correspondent au coût d'utilisation des liens, au coût de signalisation lors des mises à jour de localisation ou encore coût d'enregistrement, à la latence d'un handover et au taux de perte des paquets. Les résultats de cette analyse ont montré une nette amélioration du délai de handover et du taux de perte des paquets ainsi qu'une réduction importante du coût de signalisation permettant par ailleurs de garantir une bonne qualité de service pour les applications temps réel.

L'objectif de ce travail est l'amélioration de la qualité de service (QdS) dans les réseaux sans fil ad-hoc avec équité. La QdS dans les réseaux sans fil ad-hoc est actuellement définie par la norme IEEE802.11e (EDCA). Elle permet de garantir l'accès prioritaire aux ressources pour le trafic de priorité élevé (trafic temps réel et trafic multimédia). Elle est mise en œuvre dans chaque station par la classification des paquets dans différentes file d'attente caractérisant chacune une classe de trafic à laquelle est associée une priorité de traitement. Toutefois, EDCA n'est pas un protocole équitable. En effet, lorsque un nœud participe au routage du trafic des ces voisins, son trafic propre se trouve réduit. Pour résoudre ce problème, nous proposons un nouveau modèle appelé F-EDCA. Ce modèle permet à un nœud routeur d'accéder plus régulièrement au réseau en fonction de son taux d'occupation. Une autre forme de non équité résulte de la position d'un nœud source par rapport au nœud destination. Plus le nœud source est éloigné, moins il a de bande passante. Pour résoudre ce problème, nous proposons FQ-EDCA. Il améliore la QdS en distinguant dans chaque classe de trafic, une file d'attente par source de trafic. Le modèle met alors en œuvre des techniques d'ordonnancement équitable en se basant sur la technique du temps virtuel. Ainsi, les ressources sont allouées équitablement entre tous les nœuds. F-EDCA et FQ-EDCA sont mis en œuvre et évaluées de manière comparative avec EDCA. Ce travail montre que chacun d'eux améliore EDCA et pourrait allouer équitablement les ressources dans des conditions différentes et augmenter la garantie de la QdS

Dans cette thèse, nous avons choisi d'aborder l'adaptation dynamique au contexte comme un outil de gestion de la qualité de service. Nous présentons une plate-forme pour la reconfiguration et le déploiement contextuel d'applications en environnement contraint appelée Kalimucho. Kalimucho est une plate-forme distribuée qui dispose d'une représentation globale de l'application. Elle permet d'effectuer des reconfigurations dynamiques des applications basées composants grâce à cinq actions de base : ajouter, supprimer, migrer, connecter et déconnecter. L'originalité de cette plate-forme est qu'elle exploite le plus possible les ressources de l'application en permettant d'utiliser tous les périphériques disponibles comme supports des composants logiciels de l'application, qu'ils soient ou non en relation avec les fonctionnalités du périphérique. Pour cela elle repose sur un modèle de QdS à deux dimensions : l'Utilité qui permet de garantir une application conforme aux souhaits de l'utilisateur et aux conditions d'utilisation et la Pérennité qui garantit une durée de vie suffisante. Ce modèle est implémenté par une heuristique de choix d'une configuration à déployer qui permet de trouver une configuration et le déploiement associé qui respectent ces critères de QdS. Enfin nous proposons une méthode de conception qui guide le concepteur dans la modélisation du contexte et des applications. Elle permet d'identifier tous les évènements pouvant engendrer des reconfigurations et de les associer à une action. Elle permet également de décomposer l'application en différentes configurations qui servent de base au choix de reconfiguration. Enfin elle permet de définir toutes les règles de modification du modèle de QdS en fonction des changements du contexte afin de pouvoir proposer différentes politiques d'adaptation : utilisation normale, situation d'urgence, etc.

La multiplication des services Internet et la hausse de leur utilisation entraînent des charges importantes sur les services Internet. Ces charges peuvent de plus varier dans le temps, souvent de manière imprévisible. Cependant la qualité de service de ces applications doit toujours rester dans des limites acceptables, les utilisateurs pouvant choisir le service utilisé en fonction de la qualité de service perçue. Par ailleurs, l'impact économique et écologique de ces services peut devenir problématique, principalement à cause de la consommation électrique des serveurs. Les fournisseurs de services Internet cherchent donc à minimiser les coûts de fonctionnement, tout en préservant la qualité de service fournie aux utilisateurs. Plusieurs approches existent pour administrer des services Internet. Cependant, la plupart ne considèrent qu'un aspect de qualité de service, ne s'adaptent pas seules à toutes les variations de charge, ou se contentent d'une approche "au mieux" (best-effort), sans garantie de la qualité de service fournie. Dans cette thèse, nous proposons un contrôle adaptatif de services Internet, fournissant à la fois des garanties de performance et de disponibilité de service, tout en minimisant le coût de fonctionnement des services. Les contributions de cette thèse sont les suivantes. Tout d'abord, un modèle analytique de prédiction des performances, de la disponibilité et du coût d'un service Internet en fonction de charges et de configurations variables du service, est proposé. Puis une quantification de l'utilité du service Internet, en termes de niveaux de performance et de disponibilité et en termes de coût, est définie. Ensuite, une méthode de planification de capacité, permettant de calculer la configuration optimale d'un service Internet pour garantir des contraintes de qualité de service et minimiser le coût du service est proposée. Enfin, un contrôle adaptatif de services Internet est fourni pour prendre en compte tout type de variation de charge des services Internet et ceci via un calibrage en ligne automatique des modèles et planification de capacité sous-jacents. L'approche proposée est implantée dans un prototype fonctionnel appelé MoKa. MoKa a été appliqué avec succès pour le contrôle d'un service Internet de vente en ligne constitué de serveurs Web et de serveurs de bases de données. Les expériences menées ont montré que le service contrôlé par MoKa était capable de s'adapter en ligne à diverses variations de charge et continuait ainsi de garantir les contraintes de qualité de service tout en effectuant des économies de ressources significatives.

Ce document résume mon activité de recherche depuis 1991. Elle a porté sur deux thématiques connexes : la modélisation et la validation de langages métier de l'automatisme et le contrôle à distance de systèmes mécaniques sur des réseaux de communication non fiables. Le premier axe de recherche portait plus précisément sur la définition formelle des langages classiques de l'automatisme (langage à relais et Grafcet) à l'aide des formalismes synchrones tels que Signal ou Lustre. L'intérêt d'un tel travail était de pouvoir exprimer les différentes interprétations possibles d'un même programme afin de pouvoir les comparer ; les environnements développés autour des formalismes synchrones permettant alors la réalisation directe de simulateurs ainsi que l'ouverture vers des outils autorisant la validation des programmes. Dans ce dernier domaine, différentes pistes ont été étudiées avant de retenir une modélisation à l'aide d'automates temporisés permettant alors l'expression de propriétés temporelles sur les programmes modélisés. Le deuxième axe de travail avait et a pour objectif d'étudier la faisabilité de l'introduction des nouvelles technologies, et en particulier des technologies réseau, dans le contrôle supervisé de systèmes mécaniques. Le réseau est ici vu comme un réseau sans qualité de service, de type Internet, alors que l'une des préoccupations majeures des automaticiens est d'assurer une sécurité maximale. Dans un premier temps, nous avons proposé une architecture logicielle permettant la communication entre l'opérateur et le système à contrôler. Basée sur un noyau de services complété par des pilotes spécifiques aux applications cibles, elle est facilement extensible. Pour prendre en compte les aléas réseau, la méthodologie Gemma, utilisée en ingéniérie des automatismes, a été étendue afin d'intégrer des informations en provenance d'un capteur réseau. Ce dernier permet d'estimer la qualité de la connexion d'un bout à l'autre du système de communication et doit être pris en compte automatiquement, et en permanence, par le système afin d'assurer la sécurité du contrôle supervisé. Bien que différentes, ces deux thématiques se rejoignent sur de nombreux points : --- Le domaine d'application, c'est à dire le contrôle de systèmes en environnement de production industriel. D'un côté, on a cherché à assurer une meilleure qualité, de la spécification à l'implantation en passant par la vérification des applications. De l'autre en proposant l'utilisation des nouvelles technologies de communication pour améliorer la productivité globale de l'entreprise. --- L'utilisation et l'introduction des méthodes et des outils de l'informaticien auprès de la communauté des automaticiens. Dans mon premier domaine de recherche, par l'intermédiaire du monde dit "synchrone" et dans le deuxième par la mise en oeuvre des technologies autour de l'Internet. Dans les deux cas, les technologies informatiques se sont placées au service d'autres disciplines tout en essayant de faire ressortir les points difficiles et de proposer des solutions innovantes. --- Le souci permanent de construire des applications sûres et de valider, si possible de manière formelle, les résultats obtenus. Cet aspect est surtout visible dans le cadre de la première activité de recherche, mais des travaux, non encore achevés, ont également porté sur la validation de l'architecture logicielle proposée pour le contrôle à distance. Ils sont directement issus des connaissances et de l'expérience acquises dans le premier thème.

Ce travail de thèse présente trois contributions qui portent sur le routage et la fourniture de qualité de service dans les réseaux maillés sans fil basés sur IEEE 802.11. La première contribution définit une métrique de routage qui permet de sélectionner les chemins empruntant des liens avec de bonnes performances exprimées en termes d'interférences physiques (qui causent des pertes), d'interférences logiques (qui causent des délais) et de capacité. L'évaluation de cette métrique par rapport aux principales métriques de la littérature scientifique montre une amélioration des performances du réseau. La deuxième contribution concerne l'amélioration du mécanisme de maintenance de route le plus souvent utilisé par les protocoles de routage réactifs. Ce mécanisme considère qu'une route est coupée si l'un de ses liens observe plusieurs échecs successifs de retransmission. Nos études montrent que ces échecs sont assez souvent dûs à de problèmes transitoires sur les liens (bruit, interférence etc.). Nous avons donc proposé des algorithmes de maintenance de route qui appréhendent mieux les problèmes ponctuels ou soutenus sur les liens ce qui permet de prendre une décision cohérente et réfléchie quant à la coupure d'un lien (et donc d'une route). Les études de performances montrent une amélioration conséquente des performances globales du réseau. La dernière contribution propose un cadre pour la fourniture de la Qualité de Service (garantie de bande passante) dans les réseaux maillés multi-interfaces, multi-canaux. Ce cadre intègre un protocole de routage réactif couplé à un mécanisme de contrôle d'admission et de partage de charge. Ces derniers exploitent la diversité des liens entre nSuds voisins afin d'améliorer le taux d'admission des flux avec garantie de bande passante.

La problématique de la fourniture de qualité de service (QoS) dans les réseaux Internet connaît un regain d'intérêt engendré par deux phénomènes : (1) la croissance des services à valeur ajoutée qui demandent de la QoS (e.g., IPTV) et (2) la convergence des réseaux vers une architecture unifiée, basée sur IP, pour les services de voix, d'image, et de données. Dans ce contexte, des limitations des technologies actuelles de QoS apparaissent : il est actuellement difficile pour un opérateur de garantir les niveaux de service que son réseau peut offrir. Par ailleurs, il est très difficile de garantir un traitement cohérent de bout en bout pour les flux sensibles à la QoS et qui traversent les réseaux de plusieurs opérateurs. En effet, le contrôle de ces flux d'information est partagé entre tous les opérateurs traversés. Dans la thèse, nous avons étudiés ces différents problèmes. Nous nous sommes plus spécifiquement penchés sur les problèmes de routage et d'ingénierie dynamique de trafic au niveau inter-domaine. Nous avons proposés plusieurs solutions algorithmiques pour permettre de calculer des chemins soumis à plusieurs contraintes de performance. Des études analytiques et par simulations montrent que nos algorithmes sont efficaces et extensibles. Enfin, nous les avons intégrés dans une architecture récemment standardisée à l'IETF et avons étudié les adaptations protocolaires requises pour leur déploiement. Nos contributions représentent un pas important vers une gestion plus efficace du trafic inter-domaine dans les réseaux à ingénierie de trafic.

Cette thèse est consacrée à l'évaluation de la fiabilité d'une caravane de véhicules intelligents avec les principaux objectifs de fournir une méthode pour évaluer et améliorer la sécurité des ITS. Après examen de l'évolution des ITS et DSRC, la fiabilité/qualité de service (QoS) de transmission de bout-en-bout des communications courtes est analysée. Ensuite, les effets de la transmission et QoS sur le système de commande PID et flou sont étudiés respectivement.D'abord, Les méthodes de protection des données utilisées dans le protocole Bluetooth sont analysées en termes de fiabilité. Un modèle de performance du nœud est construit pour les différentes distributions de temps de service du nœud. Ainsi, chaque nœud dans le réseau peut surveiller directement la qualité de service du nœud à tout moment. Basé sur ce modèle, un protocole de routage ad hoc (NPDSR) est proposé. Ce protocole présente les avantages de maintenir la qualité de service requise de la communication, et des économies de routage.Deuxièmement, les effets sur les systèmes de contrôle, en termes de retards et de pertes, sont analysés en utilisant la méthode mathématique et statistique. Des fonctions descriptives pour les contrôleurs flous de types Mamdani et T-S sont fournies, et la stabilité du contrôleur multi-flou avec un retard de communication est analysée à l'aide des lieux de Nyquist.Enfin, en perspective, l'utilisation possible de NS-2 sur le modèle de simulation et de vérification est discutée, ce qui s'avère intéressant pour simuler des protocoles différents. En outre, il peut être connecté avec Simulink permettant une meilleure analyse de performances des systèmes de contrôle en réseau

Les travaux menés dans cette thèse s'intéressent particulièrement à la mesure de la bande passante disponible qui est un paramètre très important pour le bon fonctionnement de plusieurs applications réseaux et dont la détermination avec précision reste jusqu'à aujourd'hui un défi à relever. Ces travaux visent donc à améliorer les techniques de mesure de ce paramètre en proposant un nouveau modèle déterministe basé sur la technique de la paire de paquets. Ce dernier est implémenté dans un nouvel outil de mesure appelé IGMPS. L'évaluation de performances de cet outil ont montré que ce dernier permet de mesurer la bande passante disponible avec une très grande précision. Par ailleurs, une analyse de sensibilité et un calcul des incertitudes sur les modèles étudiés ont montré que les erreurs dues à l'estampillage des paquets sondes au niveau de l'émetteur et du récepteur sont principalement à l'origine de l'imprécision des mesures fournies par les différents outils de mesure de la bande passante isponible.

Bien que les données qui transitent sur l'Internet et les contraintes inhérentes à leur transmission soient de<br />natures variées, ces transmissions reposent presque toujours sur TCP ou UDP. L'adoption d'une approche de<br />bout en bout impose d'agir sur le service de transport pour s'adapter aux besoins des données en fonction<br />de la qualité de service offerte par le réseau. Les données multimédias en général sont tolérantes aux<br />pertes, elles peuvent alors faire l'objet d'une compression et d'un transport avec pertes tout en conservant une bonne qualité de l'information reconstruite si les informations perdues sont parfaitement contrôlées.<br />Cela suppose que les applications multimédias puissent compter sur un service de transport adapté à leurs<br />besoins, associant les principes de fiabilité partielle et le contrôle d'erreur déterministe.<br />Dans cette thèse, nous définissons un service de transport à fiabilité partielle de ce type, utilisé pour la<br />transmission d'images fixes compressées sur les réseaux de type « best-effort ». Les travaux portent sur<br />la conciliation du transport à fiabilité partielle avec les données compressées ainsi que la recherche d'un<br />gain de temps de service et d'une dégradation acceptable. Un protocole de transport appelé 2CP-ARQ est proposé à cet effet. Sa compatibilité avec le transport d'images codées selon le standard JPEG2000 est d'abord étudiée. Les résultats de cette étude nous conduisent à élaborer un schéma de compression et<br />d'organisation des données plus approprié à l'utilisation d'un système de transport à fiabilité partielle basé<br />sur 2CP-ARQ. Les résultats montrent que le réseau peut bénéficier de l'utilisation de ce service de transport,<br />qui se traduit par une moindre sollicitation des ressources du réseau, tout en satisfaisant les contraintes de l'application en termes de qualité des images reconstruites.