Avec la multiplication des services dans un même réseau et les diversités des applications utilisées par les usagers finaux, le trafic transporté est devenu très complexe et dynamique. Le Partage de la Charge Dynamique (PCD) constitue une alternative intéressante pour résoudre cette problématique. Si une paire Source-Destination est connectée par plusieurs chemins, le problème est le suivant : comment distribuer le trafic parmi ces chemins de telle façon qu'une fonction objective soit optimisé. Dans ce cas les chemins sont fixés a priori et la quantité de trafic acheminée sur chaque route est déterminée dynamiquement en fonction de la demande de trafic et de la situation actuelle du réseau. Dans cette thèse nous étudions puis nous proposons plusieurs mécanismes de PCD. Tout d'abord, nous distinguons deux types d'architecture : celles dans lesquelles les ressources sont réservées pour chaque chemin, et celles pour lesquelles aucune réservation n'est effectuée. La simplification faite dans le premier type d'architecture nous permet de proposer l'utilisation d'un nouveau mécanisme pour gérer les chemins. Partant de ce mécanisme, nous définissons un nouvel algorithme de PCD. Concernant la deuxième architecture, nous étudions et comparons plusieurs fonctions objectives. À partir de notre étude, nous proposons un nouvel algorithme distribué permettant d'atteindre l'optimum de ces fonctions objectives. La principale caractéristique de notre algorithme, et son avantage par rapport aux propositions antérieures, est sa capacité d'auto-configuration, dans la mesure où la convergence de l'algorithme est garantie sans aucun besoin de réglage préalable de ses paramètres.

Le but de cette thèse est de tenté de donner une meilleure compréhension des nouveaux paradigmes de l'informatique en Nuage. En ce qui concerne l'Ingénierie du Trafic, l'économie d'énergie, de l'équité dans le partage du débit.Dans la première partie de note thèse, nous étudions l'impact de ces nouvelles techniques dans les réseaux de Data Center, nous avons formulé notre problème en un modèle d'optimisation, et nous le résolvons en utilisons un algorithme glouton. Nous avons étudié l'impact des ponts virtuels et du multi chemin sur différentes architectures de Data Centers. Nous avons en particulier étudié l’impact de la virtualisation des switches et l’utilisation du multi-chemin sur les différents objectifs d'optimisation tels que l'Ingénierie du Trafic, l'économie d'énergie.Dans notre seconde partie, nous avons essayé d’avoir une meilleure compréhension de l'impact des nouvelles architectures sur le contrôle de congestion, et vice versa. En effet, l'une des préoccupations majeures du contrôle de congestion est l'équité en terme de débit, l'impact apporté par le multi-chemin, les nouvelles architectures Data Center et les nouveaux protocoles, sur le débit des points terminaux et des points d'agrégations reste vague.Enfin, dans la troisième partie nous avons fait un travail préliminaire sur le nouveau paradigme introduit par la possibilité de virtualisé les Fonctions Réseaux. Dans cette partie, nous avons formulé le problème en un modèle linéaire, dans le but est de trouver le meilleur itinéraire à travers le réseau où les demandes des clients doivent passer par un certain nombre de NFV. / This dissertation tries to give a deep understanding of the impact of the new Cloud paradigms regarding to the Traffic Engineering goal, to the Energy Efficiency goal, to the fairness in the endpoints offered throughput, and of the new opportunities given by virtualized network functions.In the first part of our dissertation we investigate the impact of these novel features in Data Center Network optimization, providing a formal comprehensive mathematical formulation on virtual machine placement and a metaheuristic for its resolution. We show in particular how virtual bridging and multipath forwarding impact common DCN optimization goals, Traffic Engineering and Energy Efficiency, assess their utility in the various cases in four different DCN topologies.In the second part of the dissertation our interest move into better understand the impact of novel attened and modular DCN architectures on congestion control protocols, and vice-versa. In fact, one of the major concerns in congestion control being the fairness in the offered throughput, the impact of the additional path diversity, brought by the novel DCN architectures and protocols, on the throughput of individual endpoints and aggregation points is unclear.Finally, in the third part we did a preliminary work on the new Network Function Virtualization paradigm. In this part we provide a linear programming formulation of the problem based on virtual network function chain routing problem in a carrier network. The goal of our formulation is to find the best route in a carrier network where customer demands have to pass through a number of NFV node, taking into consideration the unique constraints set by NFV.

Ce travail de thèse s’est tout d’abord attaché à comprendre comment la prise en compte du temps de téléchargement, autrement dit, de la latence, lors de la mise en cache ou de la transmission de données pouvait contribuer aux performances du téléchargement dans les réseaux de caches dont ICN. Nous y introduisons un mécanisme distribué novateur qui décide de l’opportunité de conserver un objet en considérant que plus il a été long à télécharger plus intéressant il semble de le soumettre au cache sous-jacent. Nous montrons que ce nouveau mécanisme surpasse en de nombreux points l’état de l’art, que ce soit du point de vue de la réduction du temps moyen de téléchargement à partir de caches LRU, et de son écart-type (jusqu’à −60% ), que de celui de la vitesse de convergence vers ceux-ci. Dans une seconde phase, nous avons optimisé conjointement les fonctions de mises en cache et de distribution multi-chemin de requêtes de contenus. Troisièmement, nous avons étudié l’équité vis-à-vis des contenus au sein des réseaux de caches et plus particulièrement, d’ICN. Il en ressort que seule suffit une allocation équitable de la bande passante entre les contenus pour que l’équité d’ICN soit complète. Notre dernière contribution vise à aider au passage à l’échelle d’ICN dans contexte où deviennent réalités l’Internet des Objets et son espace de nommage illimité. Nous avons proposé une approche nouvelle au routage dans les réseaux centrés sur l’information, nommée AFFORD, qui combine apprentissage automatique et diffusion aléatoire. / This thesis investigates how making content caching and forwarding latency-aware can improve data delivery performance in Information-Centric Networks (ICN). We introduce a new mechanism that leverages retrieval time observations to decide whether to store an object in a network cache, based on the expected delivery time improvement. We demonstrate that our distributed latency-aware caching mechanism, LAC+, outperforms state of the art proposals and results in a reduction of the content mean delivery time and standard deviation of LRU caches by up to 60%, along with a fast convergence to these figures. In a second phase, we conjointly optimize the caching function and the multipath request forwarding strategies. To this purpose, we introduce the mixed forwarding strategy LB-Perf, directing the most popular content towards the same next hops to foster egress caches convergence, while load-balancing the others. Third, we address ICN fairness to contents. We show that traditional ICN caching, which favors the most popular objects, does not prevent the network from being globally fair, content-wise. The incidence of our findings comforts the ICN community momentum to improve LFU cache management policy and its approximations. We demonstrate that in-network caching leads to content-wise fair network capacity sharing as long as bandwidth sharing is content-wise fair. Finally, we contribute to the research effort aiming to help ICN Forwarding Information Base scale when confronted to the huge IoT era’s namespace.We propose AFFORD, a novel view on routing in named-data networking that combines machine learning and stochastic forwarding.

Durant ces dernières années, de nombreux travaux de recherches ont été menés dans le domaine des réseaux multi-sauts sans fil à contraintes (MWNs: Multihop Wireless Networks). Grâce à l'évolution de la technologie des systèmes mico-electro-méchaniques (MEMS) et, depuis peu, les nanotechnologies, les MWNs sont une solution de choix pour une variété de problèmes. Le principal avantage de ces réseaux est leur faible coût de production qui permet de développer des applications ayant un unique cycle de vie. Cependant, si le coût de fabrication des nœuds constituant ce type de réseaux est assez faible, ces nœuds sont aussi limités en capacité en termes de: rayon de transmission radio, bande passante, puissance de calcul, mémoire, énergie, etc. Ainsi, les applications qui visent l'utilisation des MWNs doivent être conçues avec une grande précaution, et plus spécialement la conception de la fonction de routage, vu que les communications radio constituent la tâche la plus consommatrice d'énergie.Le but de cette thèse est d'analyser les différents défis et contraintes qui régissent la conception d'applications utilisant les MWNs. Ces contraintes se répartissent tout le long de la pile protocolaire. On trouve au niveau application des contraintes comme: la qualité de service, la tolérance aux pannes, le modèle de livraison de données au niveau application, etc. Au niveau réseau, on peut citer les problèmes de la dynamicité de la topologie réseau, la présence de trous, la mobilité, etc. Nos contributions dans cette thèse sont centrées sur l'optimisation de la fonction de routage en considérant les besoins de l'application et les contraintes du réseau. Premièrement, nous avons proposé un protocole de routage multi-chemin "en ligne" pour les applications orientées QoS utilisant des réseaux de capteurs multimédia. Ce protocole repose sur la construction de multiples chemins durant la transmission des paquets vers leur destination, c'est-à-dire sans découverte et construction des routes préalables. En permettant des transmissions parallèles, ce protocole améliore la transmission de bout-en-bout en maximisant la bande passante du chemin agrégé et en minimisant les délais. Ainsi, il permet de répondre aux exigences des applications orientées QoS.Deuxièmement, nous avons traité le problème du routage dans les réseaux mobiles tolérants aux délais. Nous avons commencé par étudier la connectivité intermittente entre les différents et nous avons extrait un modèle pour les contacts dans le but pouvoir prédire les future contacts entre les nœuds. En se basant sur ce modèle, nous avons proposé un protocole de routage, qui met à profit la position géographique des nœuds, leurs trajectoires, et la prédiction des futurs contacts dans le but d'améliorer les décisions de routage. Le protocole proposé permet la réduction des délais de bout-en-bout tout en utilisant d'une manière efficace les ressources limitées des nœuds que ce soit en termes de mémoire (pour le stockage des messages dans les files d'attentes) ou la puissance de calcul (pour l'exécution de l'algorithme de prédiction).Finalement, nous avons proposé un mécanisme de contrôle de la topologie avec un algorithme de routage des paquets pour les applications orientés évènement et qui utilisent des réseaux de capteurs sans fil statiques. Le contrôle de la topologie est réalisé à travers l'utilisation d'un algorithme distribué pour l'ordonnancement du cycle de service (sleep/awake). Les paramètres de l'algorithme proposé peuvent être réglés et ajustés en fonction de la taille du voisinage actif désiré (le nombre moyen de voisin actifs pour chaque nœud). Le mécanisme proposé assure un compromis entre le délai pour la notification d'un événement et la consommation d'énergie globale dans le réseau. / Great research efforts have been carried out in the field of challenged multihop wireless networks (MWNs). Thanks to the evolution of the Micro-Electro-Mechanical Systems (MEMS) technology and nanotechnologies, multihop wireless networks have been the solution of choice for a plethora of problems. The main advantage of these networks is their low manufacturing cost that permits one-time application lifecycle. However, if nodes are low-costly to produce, they are also less capable in terms of radio range, bandwidth, processing power, memory, energy, etc. Thus, applications need to be carefully designed and especially the routing task because radio communication is the most energy-consuming functionality and energy is the main issue for challenged multihop wireless networks.The aim of this thesis is to analyse the different challenges that govern the design of challenged multihop wireless networks such as applications challenges in terms of quality of service (QoS), fault-tolerance, data delivery model, etc., but also networking challenges in terms of dynamic network topology, topology voids, etc. Our contributions in this thesis focus on the optimization of routing under different application requirements and network constraints. First, we propose an online multipath routing protocol for QoS-based applications using wireless multimedia sensor networks. The proposed protocol relies on the construction of multiple paths while transmitting data packets to their destination, i.e. without prior topology discovery and path establishment. This protocol achieves parallel transmissions and enhances the end-to-end transmission by maximizing path bandwidth and minimizing the delays, and thus meets the requirements of QoS-based applications. Second, we tackle the problem of routing in mobile delay-tolerant networks by studying the intermittent connectivity of nodes and deriving a contact model in order to forecast future nodes' contacts. Based upon this contact model, we propose a routing protocol that makes use of nodes' locations, nodes' trajectories, and inter-node contact prediction in order to perform forwarding decisions. The proposed routing protocol achieves low end-to-end delays while using efficiently constrained nodes' resources in terms of memory (packet queue occupancy) and processing power (forecasting algorithm). Finally, we present a topology control mechanism along a packet forwarding algorithm for event-driven applications using stationary wireless sensor networks. Topology control is achieved by using a distributed duty-cycle scheduling algorithm. Algorithm parameters can be tuned according to the desired node's awake neighbourhood size. The proposed topology control mechanism ensures trade-off between event-reporting delay and energy consumption.