Actuellement, nous constatons une augmentation de demande de services vidéo sur les réseaux P2P. Ces réseaux jouent un rôle primordial dans la transmission de contenus multimédia à grande échelle pour des clients hétérogènes. Cependant, le déploiement de services vidéo temps réel sur les réseaux P2P a suscité un grand nombre de défis dû à l'hétérogénéité des terminaux et des réseaux d'accès, aux caractéristiques dynamiques des pairs, et aux autres problèmes hérités des protocoles TCP/IP, à savoir les pertes de paquets, les délais de transfert et la variation de la bande passante de bout-en-bout. Dans ce contexte, l'objectif de cette thèse est d'analyser les différents problèmes et de proposer un mécanisme de transport vidéo temps réel avec le provisionnement de la qualité de Service (QoS). Ainsi, nous proposons trois contributions majeures. Premièrement, il s'agit d'un mécanisme de streaming vidéo adaptatif permettant de sélectionner les meilleurs pair émetteurs. Ce mécanisme permet de structurer les pairs dans des réseaux overlay hybrides avec une prise en charge des caractéristiques sémantiques du contenu et des caractéristiques physiques du lien de transport. Nous présentons ensuite un mécanisme d'ordonnancement de paquets vidéo combiné à une commutation de pairs et/ou de flux pour assurer un transport lisse. Finalement, une architecture de collaboration entre les applications P2P et les fournisseurs de services / réseaux est proposée pour supporter un contrôle d'admission de flux.

Notre étude s'intéresse aux machines en jachère disponibles sur un intranet afin de les agréger en grappes virtuelles de calcul scientifique. Dans le cadre du projet I-Cluster, nous avons étudié et réalisé l'infrastructure permettant de tirer parti de manière transparente des PC inexploités d'un réseau d'entreprise. En particulier, nous présentons des mécanismes novateurs permettant de faire passer un PC entre deux modes de travail "utilisateur" et "calcul", exclusifs l'un par rapport à l'autre. Ces mécanismes sont basés sur l'identification des ressources de calcul disponibles, la détection de leurs périodes d'inexploitation à l'aide de leur profil d'utilisation observé, d'un système de prédiction de fenêtres de tir et d'un bac à sable d'isolation de code. Par ailleurs, nous proposons un annuaire de gestion distribuée des ressources disponibles, le « nuage I-Cluster », fonctionnant en mode pair-à-pair sans serveur, auto-organisant et passant à l'échelle sur plusieurs dizaines de milliers de machines.

Le pair-à-pair (P2P) offre de bonnes solutions pour de nombreuses applications distribuées, comme le partage de grandes quantités de données et/ou le support de collaboration dans les réseaux sociaux. Il apparaît donc comme un puissant paradigme pour développer des applications distribuées évolutives, comme le montre le nombre croissant de nouveaux projets basés sur cette technologie. Construire des applications P2P fiables est difficile, car elles doivent être déployées sur un grand nombre de noeuds, qui peuvent être autonomes, refuser de répondre à certaines demandes, et même quitter le système de manière inattendue. Cette volatilité des noeuds est un comportement commun dans les systèmes P2P et peut être interprétée comme une faute lors des tests. Dans cette thèse, nous proposons un cadre et une méthodologie pour tester et valider des applications P2P. Ce cadre s'appuie sur le contrôle individuel des noeuds, permettant de contrôler précisément la volatilité des noeuds au cours de leur exécution. Nous proposons également trois différentes approches de contrôle d'exécution de scénarios de test dans les systèmes distribués. La première approche étend le coordonnateur centralisé classique pour gérer la volatilité des pairs. Les deux autres approches permettent d'éviter le coordinateur central afin de faire passer à l'échelle l'exécution des cas de tests. Nous avons validé le cadre et la méthodologie à travers la mise en oeuvre et l'expérimentation sur des applications P2P open-source bien connues (FreePastry et OpenChord). Les expérimentations ont permis de tester le comportement des systèmes sur différentes conditions de volatilité, et de détecter des problèmes d'implémentation complexes.

Les systèmes pair-à-pair (P2P) sont aujourd'hui très populaires. Leur utilisation va de la messagerie instantanée au partage de fichiers, en passant par la sauvegarde et le stockage distribué ou encore le streaming video. Parmi les protocoles P2P, les protocoles basés sur le "gossip" sont une famille de protocoles qui a fait l'objet de nombreux travaux de recherche durant la dernière décennie. Les raisons de l'engouement pour les protocoles basés sur le "gossip" sont qu'ils sont considérés robustes, faciles à mettre en oeuvre et qu'ils ont des propriétés de passage à l'échelle intéressantes. Ce sont donc des candidats intéressants dès lors qu'il s'agit de réaliser des systèmes distribués dynamiques à large échelle. Cette thèse considère deux problématiques rencontrées lorsque l'on déploie des protocoles basé sur le "gossip" dans un environnement réel comme l'Internet. La première problématique est la prise en compte des pare-feux (NAT) dans le cadre des protocoles d'échantillonnage basés sur le "gossip". Ces protocoles font l'hypothèse que, a tout moment, chaque noeud est capable de communiquer avec n'importe quel noeud du réseau. Cette hypothèse est fausse dès lors que certains noeuds utilisent des NAT. Nous présentons Nylon, un protocole d'échantillonnage qui fonctionne malgré la présence de NAT. Nylon introduit un faible surcoût pour gérer les NAT et partage équitablement ce surcoût entre les noeuds possédant un NAT et les autres noeuds. La deuxième problématique que nous étudions est la possibilité de limiter la dissémination de messages de type "spam" dans les protocoles de dissémination basés sur le "gossip". Ces protocoles sont en effet des vecteurs idéaux pour diffuser les messages de type "spam" du fait qu'il n'y a pas d'autorité de contrôle permettant de filtrer les messages basés sur leur contenu. Nous proposons FireSpam, un protocole de dissémination basé sur le "gossip" qui permet de limiter la diffusion des messages de type "spam". FireSpam fonctionne par filtrage décentralisé (chaque noeud participe au filtrage). Par ailleurs, il fonctionne malgré la présence d'une fraction de noeuds malicieux (aussi appelés "Byzantins") et malgré la présence de noeuds dits "rationnels" (aussi appelés "égoïstes"). Ces derniers sont prêts à dévier du protocole s'ils ont un intérêt à le faire.

Les systèmes pair-à-pair à grande échelle ont été proposés comme un moyen fiable d'assurer un stockage de données à faible coût. Pour assurer la pérennité des données sur une période très longue, ces systèmes codent les données des utilisateurs comme un ensemble de fragments redondants qui sont distribués entre différents pairs du réseau. Un mécanisme de réparation est nécessaire pour faire face au comportement dynamique et non fiable des pairs. Ce mécanisme reconstruit en permanence les fragments de redondance manquants. Le système dépend de nombreux paramètres de configuration qui doivent être bien réglés, comme le facteur de redondance, sa politique de placement et la fréquence de réparation des données. Ces paramètres affectent la quantité de ressources, telles que la bande passante et l'espace de stockage, nécessaires pour obtenir un niveau souhaité de fiabilité, c'est-à-dire, une certaine probabilité de perdre des données. Cette thèse vise à fournir des outils permettant d'analyser et de prédire la performance de systèmes de stockage de données à grande échelle en général. Nous avons utilisé ces outils pour analyser l'impact de différents choix de conception du système sur différentes mesures de performance. Par exemple, la consommation de bande passante, l'espace de stockage et la probabilité de perdre des données, doivent être aussi faibles que possible. Différentes techniques sont étudiées et appliquées. Tout d'abord, nous décrivons un modèle simple par chaîne de Markov qui exploit la dynamique d'un système de stockage sous l'effet de défaillance des pairs et de réparation de données. Puis nous établissons des formules mathématiques closes qui donnent de bonnes approximations du modèle. Ces formules nous permettent de comprendre les interactions entre les paramètres du système. En effet, un mécanisme de réparation paresseux (lazy repair) est étudié et nous décrivons comment régler les paramètres du système pour obtenir une utilisation efficace de la bande passante. Nous confirmons en comparant à des simulations que ce modèle donne des approximations correctes du comportement moyen du système, mais ne parvient pas à capturer ses importantes variations au fil du temps. Nous proposons ensuite un nouveau modèle stochastique basé sur une approximation fluide pour saisir les écarts par rapport au comportement moyen. Ces variations qui sont généralement négligées par les travaux antérieurs, sont très im- portants pour faire une bonne estimation des ressources nécessaires au système. De plus, nous étudions plusieurs autres aspects d'un système de stockage distribué: nous utilisons un modèle de files d'attente pour calculer le temps de réparation pour un système avec bande passante limitée; nous étudions un système de codage hybride: en mixant les codes d'éffacement avec la simple réplication des données; enfin, nous étudions l'impact des différentes façons de distribuer des fragments de données entre les pairs, i.e., les stratégies des placements.

Cette thèse évalue les performances de systèmes de stockage de données sur des réseaux de pairs. Ces systèmes reposent sur trois piliers: la fragmentation des données et leur dissémination chez les pairs, la redondance des données afin de faire face aux éventuelles indisponibilités des pairs et l'existence d'un mécanisme de recouvrement des données perdues ou temporairement indisponibles. Nous modélisons deux mécanismes de recouvrement des données par des chaînes de Markov absorbantes. Plus précisément, nous évaluons la qualité du service rendu aux utilisateurs en terme de longévité et de disponibilité des données de chaque mécanisme. Le premier mécanisme est centralisé et repose sur l'utilisation d'un serveur pour la reconstruction des donnée perdus. Le second est distribué : la reconstruction des fragments perdus met en oeuvre, séquentiellement, plusieurs pairs et s'arrête dès que le niveau de redondance requis est atteint. Les principales hypothèses faites dans nos modèles sont validées soit par des simulations soit par des traces réelles recueillies dans différents environnements distribués. Pour les processus de téléchargement et de recouvrement des données nous proposons un modèle de simulation réaliste qui est capable de prédire avec précision le comportement de ces processus mais le temps de simulation est long pour de grands réseaux. Pour surmonter cette restriction nous proposons et analysons un algorithme efficace au niveau flux. L'algorithme est simple et utilise le concept de (min-max). Il permet de caractériser le temps de réponse des téléchargements en parallèle dans un système de stockage distribué.

Nous nous intéressons aux systèmes distribués d'information ouverts, mettant en oeuvre un grand nombre de sources d'informations autonomes et hétérogènes, tels que les systèmes pairs à pairs. Dans un tel contexte, un pair peut jouer à la fois le rôle d'initiateur de requêtes et celui de fournisseur d'informations. Le rôle du médiateur consiste à faire le lien entre initiateurs et fournisseurs, en allouant les requêtes qui lui sont confiées aux fournisseurs qui lui paraissent les plus pertinents. Les attentes des initiateurs et celles des fournisseurs peuvent être antagonistes : les premiers préférant des réponses pertinentes, les seconds privilégiant de traiter certains types de requêtes. Souvent, les médiateurs permettent de prendre en compte qu'un seul des deux points de vue. Cette thèse propose un mécanisme de médiation flexible qui permet de considérer les deux points de vue en même temps, de façon à assurer la satisfaction de tous les acteurs du système. D'un côté, les fournisseurs font des offres monétaires représentant leur intérêt pour la requête. De l'autre, les préférences des initiateurs pour les fournisseurs sont prises en compte au travers de la notion de qualité. Ces deux critères sont la base de la phase de sélection des fournisseurs de notre médiation. De plus, la médiation flexible propose la réquisition de fournisseurs lorsqu'ils ne veulent pas traiter une requête. Nous étudions notre médiation d'un point de vue théorique tout d'abord, en considérant des propriétés usuelles de microéconomie et en proposant une nouvelle définition pour prendre en compte la satisfaction à long terme des participants (initiateurs et fournisseurs). L'étude théorique est complétée par un ensemble de simulations dans différents contextes qui permettent de la comparer à d'autres mécanismes d'allocation de requêtes. Les résultats montrent que la médiation flexible assure généralement la satisfaction sur le long terme des participants et permettent de déterminer les conditions dans lesquelles il est préférable de l'utiliser.

L'importante augmentation de la quantité d'informations sur Internet a contribué à une forte demande pour un stockage persistant des données. Les architectures centralisées de stockage de données sont financièrement onéreuses, faiblement évolutives et vulnérables aux attaques car elles constituent un point unique de défaillance du système. Ces dernières années, les architectures pair-à-pair ont mergé comme une alternative pour la mise en place d'une architecture de stockage persistant des données. Les systèmes pair-à-pair sont fondamentalement évolutifs et moins chers que les modèles client-serveur. Cependant, pour construire des systèmes de stockage persistant en utilisant le modèle pair-à-pair, deux défis fondamentaux doivent être abordés. i) Faire face à la dynamique des pairs, en raison de leur connectivité transitoire. ii) Réduire l'impact du comportement malicieux des pairs. La réplication est une technique régulièrement utilisée pour faire face à la connectivité transitoire des systèmes de stockage pair-à-pair. Toutefois, selon le ratio d'arrivées et de départs des pairs dans le système, cette technique présente un impact négatif en termes de stockage et de bande passante. Les réseaux pair-à-pair qui offrent la tolérance aux fautes byzantins, font généralement l'hypothèse que seulement une fraction limitée des pairs dans le système sont des pairs de comportements malveillants. Toutefois, l'estimation de la proportion de pairs malveillants dans un système pair-à-pair est une opération peu fiable. Ainsi, créer une architecture qui fournit le stockage persistant de données fiables et qui permet de faire face à tous ces problèmes est une contribution souhaitable. Dans cette thèse, nous proposons Datacube. Datacube est une architecture pair-à-pair de stockage de données scalable et efficace qui fournit un stockage persistant en utilisant un schéma de redondance hybride sur un réseau overlay structuré basée sur des clusters. Le schéma de redondance hybride proposé par Datacube assure la persistance et l'intégrité des données garantissant une forte résilience aux arrivées et départs de pairs même en présence de pairs malveillants. Datacube repose sur les propriétés des codes fontaines pour mettre en place son schéma de redondance hybride. Les valuations analytiques ont montré que Datacube est notamment performant en termes de disponibilité, de surcharge de stockage et de bande passante. Nous avons aussi effectué des évaluations pratiques concernant les performances de deux types de codes fontaines dans le contexte de systèmes de stockage pair-à-pair. Ces évaluations ont aidé à comprendre l'impact des paramètres de codage sur les performances de Datacube. À notre connaissance, ceci est la première étude complète qui permet aux développeurs d'applications de trouver les valeurs des paramètres de codage adaptés au contexte des réseaux pair-à-pair.

Les systèmes complexes sont présents partout dans notre environnement : internet, réseaux de distribution d'électricité, réseaux de transport. Ces systèmes ont pour caractéristiques d'avoir un grand nombre d'entités autonomes, des structures dynamiques, des échelles de temps et d'espace différentes, ainsi que l'émergence de phénomènes. Ce travail de thèse se focalise sur la problématique du contrôle de tels systèmes. Il s'agit de déterminer, à partir d'une perception partielle de l'état du système, quelle(s) actions(s) effectuer pour éviter ou au contraire favoriser certains états globaux du système. Cette problématique pose plusieurs questions difficiles : pouvoir évaluer l'impact au niveau collectif d'actions appliqués au niveau individuel, modéliser la dynamique d'un système hétérogène (plusieurs comportements différents en interaction), évaluer la qualité des estimations issues de la modélisation de la dynamique du système. Nous proposons une architecture de contrôle selon une approche " equation-free ". Nous utilisons un modèle multi-agents pour évaluer l'impact global d'actions de contrôle locales avant d'appliquer la plus pertinente. Associée à cette architecture, une plateforme a été développée pour confronter ces idées à l'expérimentation dans le cadre d'un phénomène simulé de " free-riding " dans les réseaux d'échanges de fichiers pair à pair. Nous avons montré que cette approche permettait d'amener le système dans un état où une majorité de pairs partagent alors que les conditions initiales (sans intervention) feraient évoluer le système vers un état où aucun pair ne partage. Nous avons également expérimenté avec différentes configurations de l'architecture pour identifier les différents moyens d'améliorer ses performances.

La mise en réseau des dispositifs de gestion de l'information, qu'ils soient de petite taille (capteur - dispositif) ou de grande taille (cluster -super calcu- lateur) accompagnent et accélèrent l'émergence d'une informatique ubiquitaire. Ce mouvement de fond entraîne une explosion, tant de la quantité que de la diversité de l'information disponible. Le sens même de ces informations est souvent ignoré par les traitements opérés dans les couches basses des systèmes qui gèrent ces informations. Dans un contexte où les sources d'information deviennent surabondantes, l'exé- cution de l'opération la plus élémentaire, portant sur la plus élémentaire des in- formations, passe par la maîtrise du sens associé aux données manipulées. Une des évolutions majeures à venir est donc, l'intégration, au cœur des systèmes, du sens associé à l'information et aux processus de traitement. Les domaines plus particulièrement développés sont la recherche de sens dans les textes et la gestion de données dans les systèmes ubiquitaires à grande échelle. Ces recherches ont été conduites au sein de la communauté IMAG et se poursuivent aujourd'hui dans l'équipe SIGMA - laboratoire LIG et de l'Université Joseph Fourier.