Les travaux présentés dans cette thèse s'inscrivent dans le thème général de l'adaptabilité des systèmes de communication pour la QoS. La contribution proposée porte sur l'adaptation dynamique de protocoles de Transport, pour répondre aux besoins en QoS d'applications multimédia distribuées dans un contexte d'activités coopératives de groupe de type opérations d'intervention d'urgence. La première partie a été réalisée dans le cadre du projet européen projet IST NETQoS et porte sur une proposition d'architecture conceptuelle pour la mise en oeuvre de l'adaptation au niveau Transport. Suivant une approche basée politique, les contributions exposées portent sur l'élaboration de l'architecture du composant central du système, chargé de concevoir, d'adapter et de faire appliquer des politiques opérationnelles aux entités en charge de la gestion directe de la QoS. La deuxième partie porte sur le problème de la décision et propose une approche originale de gestion collaborative des protocoles de Transport pour la QoS dans les activités coopératives de groupe. L'approche explorée vise à privilégier les connexions de Transport les plus prioritaires au détriment des connexions les moins prioritaires. Nous nous intéressons au problème de la répartition de la bande passante entre ces connexions. Après avoir défini le problème et les données nécessaires à sa résolution, nous le formulons sous la forme d'un problème de programmation linéaire résolu grâce à la méthode du simplexe. Deux critères de minimisation sont envisagés et discutés. Enfin, des mesures de performance réalisées en simulation permettent de mettre en évidence le bien fondé et les limites des solutions proposées.

Les travaux présentés dans cette thèse s’inscrivent dans le thème général de l’adaptabilité des systèmes de communication pour la QoS. La contribution proposée porte sur l’adaptation dynamique de protocoles de Transport, pour répondre aux besoins en QoS d’applications multimédia distribuées dans un contexte d’activités coopératives de groupe de type opérations d’intervention d’urgence. La première partie a été réalisée dans le cadre du projet européen projet IST NETQoS et porte sur une proposition d’architecture conceptuelle pour la mise en oeuvre de l’adaptation au niveau Transport. Suivant une approche basée politique, les contributions exposées portent sur l’élaboration de l’architecture du composant central du système, chargé de concevoir, d’adapter et de faire appliquer des politiques opérationnelles aux entités en charge de la gestion directe de la QoS. La deuxième partie porte sur le problème de la décision et propose une approche originale de gestion collaborative des protocoles de Transport pour la QoS dans les activités coopératives de groupe. L’approche explorée vise à privilégier les connexions de Transport les plus prioritaires au détriment des connexions les moins prioritaires. Nous nous intéressons au problème de la répartition de la bande passante entre ces connexions. Après avoir défini le problème et les données nécessaires à sa résolution, nous le formulons sous la forme d’un problème de programmation linéaire résolu grâce à la méthode du simplexe. Deux critères de minimisation sont envisagés et discutés. Enfin, des mesures de performance réalisées en simulation permettent de mettre en évidence le bien fondé et les limites des solutions proposées / The results presented in this thesis deal with the general area of QoS oriented self-adaptive communication systems. The proposed contribution deals with dynamic adaptation of configurable (TCP-like) Transport protocols. The goal is to tackle the quality of service (QoS) requirements of multimedia applications distributed in cooperative group activities such as the ones involved in emergency operations. The first part of the thesis has been performed within the European IST project NETQoS. A conceptual architecture is proposed for managing adaptation at the Transport level. Following a policy-based approach, the exposed contributions particularly deal with design, implementation and test of the central component of the architecture, aimed at elaborating, adapting and making them enforced the operational policy having to be deployed on the managed Transport-level entities. The second part of the thesis deals with the decision problem. An original approach is proposed to manage Transport level protocols in a collaborative way within group cooperative activities. The proposed approach is aimed at privileging the most priority Transport connections at the expense of the less priority ones. The bandwidth distribution between the connections is considered in the proposed study. The problem is formulated as a linear programming problem which is resolved using the Simplex method. Two criteria are elaborated and discussed. Finally, performance assessments performed in ns-2 simulation allow showing the benefits and limitations of the proposed solutions

Avec les larges déploiements de multiples technologies sans fil, les terminaux informatiques mobiles bénéficient d'une connectivité presque permanente, changeant de réseaux d'accès au gré de leurs déplacements. Ceci pose cependant le problème de la sélection de ces réseaux, afin de fournir les meilleures performances. Cette mobilité risque aussi d'impacter la qualité des applications, souvent en raison lors des " handovers " d'un réseau à l'autre, ou de la disparité des caractéristiques des réseaux d'accès. Pour aborder ces problèmes, cette thèse introduit trois éléments de contrôle (observation, décision, action) pour permettre une meilleure utilisation des ressources réseau par les équipements mobiles. Nous introduisons d'abord un mécanisme de décision qui utilise directement les métriques pertinentes pour les utilisateurs et les applications, plutôt que l'approche indirecte classique basée sur les métriques réseau. Ce mécanisme contrôle de manière coordonnée l'ensemble de la pile protocolaire, plutôt que des composants séparés, afin d'éviter des combinaisons conflictuelles. Nous démontrons que la flexibilité des paramètres applicatifs peut être exploitée et permet de maintenir une qualité élevée pour les applications tout en réduisant les coûts d'accès (énergétique et financier). Un élément d'action pour atténuer les perturbations lors des handovers est ensuite proposé sous la forme d'une extension au TCP-Friendly Rate Control mechanism (TFRC). Nous proposons de suspendre la transmission avant la déconnexion, puis de sonder le réseau après reconnexion. Nous montrons que cela permet un rétablissement plus rapide et une meilleure adaptabilité aux conditions du nouveau réseau. Son usage en combinaison avec le Datagram Congestion Control Protocol (DCCP) offre un meilleur support aux applications temps-réel, dont la qualité dépend de la vitesse de transmission immédiate. Finalement, nous proposons l'usage de la OMF Measurement Library (OML), une bibliothèque légère d'instrumentation et de rapport, comme élément d'observation. Pour évaluer la validité de cette proposition, nous étudions sa performance. Nous montrons qu'elle n'a pas d'impact significatif sur les applications instrumentées et qu'elle permet un suivi précis des métriques idoines.

Les travaux présentés dans cette thèse ont pour but d'améliorer la couche transport de l'architecture réseau de l'OSI. La couche transport est de nos jour dominée par l'utilisation de TCP et son contrôle de congestion. Récemment de nouveaux mécanismes de contrôle de congestion ont été proposés. Parmi eux TCP Friendly Rate Control (TFRC) semble être le plus abouti. Cependant, tout comme TCP, ce mécanisme ne prend pas en compte ni les évolutions du réseau ni les nouveaux besoins des applications. La première contribution de cette thèse consiste en une spécialisation de TFRC afin d'obtenir un protocole de transport avisé de la Qualité de Service (QdS) spécialement défini pour des réseaux à QdS offrant une garantie de bande passante. Ce protocole combine un mécanisme de contrôle de congestion orienté QdS qui prend en compte la réservation de bande passante au niveau réseau, avec un service de fiabilité totale afin de proposer un service similaire à TCP. Le résultat de cette composition constitue le premier protocole de transport adapté à des réseau à garantie de bande passante. En même temps que cette expansion de service au niveau réseau, de nouvelles technologies ont été proposées et déployées au niveau physique. Ces nouvelles technologies sont caractérisées par leur affranchissement de support filaire et la mobilité des systèmes terminaux. De plus, elles sont généralement déployées sur des entités où la puissance de calcul et la disponibilité mémoire sont inférieures à celles des ordinateurs personnels. La deuxième contribution de cette thèse est la proposition d'une adaptation de TFRC à ces entités via la proposition d'une version allégée du récepteur. Cette version a été implémentée, évaluée quantitativement et ses nombreux avantages et contributions ont été démontrés par rapport à TFRC. Enfin, nous proposons une optimisation des implémentations actuelles de TFRC. Cette optimisation propose tout d'abord un nouvel algorithme pour l'initialisation du récepteur basé s ur l'utilisation de l'algorithme de Newton. Nous proposons aussi l'introduction d'un outil nous permettant d'étudier plus en détails la manière dont est calculé le taux de perte du côté récepteur.

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.

Les dernières évolutions de l'Internet se sont traduites par l'émergence de nouvelles applications distribuées et par la multiplication des technologies réseaux (sans fils, mobiles. . . ) ainsi que des services offerts par les opérateurs sur de nouveaux types de terminaux (portable, PDA. . . ). L'enjeu socio économique majeur de ces avancées est le futur Internet ambiant, à la fois ubiquitaire et intelligent, au travers duquel l'utilisateur pourra, quelle que soit sa localisation et son point d'accès, bénéficier d'une qualité de service (QdS) maximale compatible avec l'environnement applicatif et réseau courant, hétérogène et dynamique. Dans cet horizon, la thèse présente une architecture ainsi que des modèles et algorithmes permettant de réaliser une composition dynamique et auto-adaptative des services fournis par les multiples mécanismes de QdS existants. L'approche proposée repose sur l'adaptabilité dynamique et coordonnée, à la fois du comportement et de l'architecture des protocoles composant la pile de communication. La démarche suivie se base sur la théorie de l'intelligence artificielle et l'apprentissage et propose la spécification, l'implémentation et l'évaluation d'un système de communication adaptatif en fonction à la fois, des exigences applicatives liées aux flux manipulés, et des contraintes de l'environnement de communication. Enfin, l'évaluation faite des modèles dedécision et d'apprentissage illustre comment le système permet de répondre à son objectif et valide ainsi les concepts qui sont proposés dans cette thèse.

La métrologie n'est appliquée dans la recherche, l'ingénierie et la conception des réseaux Internet que depuis peu de temps (le début des années 2000), mais cette approche est de plus en plus populaire et devrait tendre à se généraliser. Ses principes consistent à étudier, caractériser, analyser et modéliser le tra_c existant sur les liens de l'Internet, a_n de comprendre les principes qui régissent le comportement du réseau par rapport à un tra_c qui s'avère méconnu. En particulier, garantir la qualité de service (QdS) dans l'Internet est un problème essentiel aujourd'hui. La métrologie du tra_c Internet, et notamment son analyse montre que les mécanismes de transport actuels (TCP) introduisent des propriétés de LRD (Long Range Dependence) qui se traduisent par une grande variabilité du tra_c et obligent à surdimensionner les ressources de communication [20]. L'objectif de cette thèse est de trouver des protocoles de transport qui réduisent cette LRD a_n d'optimiser l'utilisation des ressources de communication. Ainsi, les nouveaux mécanismes protocolaires et architecturaux de l'Internet pourront être parfaitement adaptés aux besoins des utilisateurs et aux contraintes du tra_c [Lar03a]. Finalement, c'est le processus de recherche et d'ingénierie des réseaux qui sera modi_é en lui ajoutant une phase métrologique en amont permettant de collecter des données et des connaissances sur l'existant, qui permettront ensuite de concevoir et mettre en ÷uvre de nouveaux réseaux optimisés. Ainsi, ce travail de thèse présente une nouvelle approche pour l'Internet, dont l'objectif est d'améliorer la gestion du tra_c, la QdS et plus généralement, les services réseaux. Cette approche, appelée MBN (Measurement Based Networking), repose principalement sur l'utilisation de techniques de métrologie actives et passives qui permettent de mesurer en temps réel di_érents paramètres du réseau et de son tra_c pour ainsi réagir très rapidement et très précisément à des évènements spéci_ques se produisant dans le réseau (apparition de congestion par exemple). Nous illustrerons en particulier l'approche MBN au travers du développement d'un mécanisme de contrôle de congestion orienté mesures intitulé MBCC (Measurement Based Congestion Control) et nous l'évaluerons au travers de simulations NS-2 [Lar05c]. Nous montrerons, en particulier, comment ce nouveau mécanisme permet d'améliorer les caractéristiques du tra_c ainsi que la QdS dans l'Internet, malgré la complexité et la variabilité du tra_c actuel. En_n, dans la dernière partie de ce travail de thèse nous présenterons comment l'approche MBN et le mécanisme MBCC, en particulier, peuvent garantir une QdS robuste, i.e. capable de fournir la QdS demandée en toutes circonstances, notamment en présence d'attaques de DdS (Déni de Service) [Owe04f]. En e_et, nous utiliserons l'architecture MBA (Measurement Based Architecture) basée sur des mesures du tra_c en temps réel pour s'adapter aux ruptures légitimes ou illégitimes du tra_c s'y produisant en continu. En particulier, nous démontrerons que le mécanisme de congestion MBCC associé à MBA, conçu pour générer des tra_cs réguliers et optimaux, rend l'Internet plus robuste que TCP face aux attaques de DdS.

Ces dernières années, les évolutions de linformatique et des télécommunications ont conduit à une modification drastique du paysage de la communication informatique, et en conséquence de lInternet et de ses services : les applications sont désormais à la fois multimédias, multi utilisateurs et coopératives ; les technologies réseaux offrent à présent de hauts débits de transmission, à échelle locale ou grande distance, et permettent de se connecter à lInternet via différents types de terminaux et de points daccès, filaires ou sans fil. En dépit de ces avancées, les services de communication offerts par lInternet sont encore très insuffisants, en ceci quils noffrent aucune garantie sur les performances offertes, notamment en termes de délai de bout en bout. Cest dans cette problématique que sinscrivent nos travaux, qui adressent le besoin de nouveaux services, protocoles et architectures de communication pour lInternet, dans le but doffrir des garanties de Qualité de Service (QdS). Notre démarche part dune expression formelle des besoins applicatifs et aboutit à des solutions de bout en bout visant à : (1) intégrer les niveaux considérés (Application, Transport et IP) ; (2) minimiser lutilisation des ressources (bande passante, buffer, &) ; et (3) abstraire le niveau applicatif de la complexité du choix et du paramétrage des services sous-jacents. Trois thèmes de recherche sont explorés : (1) les services et protocoles de Transport multimédia pour optimiser la QdS dans un contexte IP de type Best Effort ; (2) les architectures de bout en bout pour garantir la QdS, en coordonnant les nouveaux services de lInternet aux niveaux Transport et IP (IntServ et DiffServ mono puis multi domaines) ; et (3) la signalisation pour la QdS, dans un contexte IP de type DiffServ multi domaines. Notre prospective concerne dune part la signalisation pour la QdS en considérant à présent lhétérogénéité de lInternet multi domaines, et dautre part, les protocoles de Transp ort auto configurables et les architectures dynamiques, pour optimiser la qualité des communications et des coopérations dans les futurs réseaux ambiants (réseaux mobiles et ad hoc, capteurs, &) en tenant compte dune dynamicité du contexte à la fois au niveau utilisateur, mobile et coopérant, et au niveau du réseau, mobile et aux ressources variables. null null

Avec la démocratisation des appareils mobiles, les transports en commun sont amenés à proposer de nouveaux services à leur usagers et notamment une connexion à Internet. Le véhicule de transport en commun agit alors comme un routeur mobile fournissant une connexion fiable à ses noeuds et doit pour cela être connecté en permanence à un point d'accès. Les zones de couverture étant limitées par les technologies utilisées et par les obstacles, des changements de réseaux sont alors nécessaires et provoquant différents évènements pouvant impacter les performances des protocoles de Transport : introduction de latences dues à la configuration des interfaces, modification des caractéristiques du chemin utilisé par la communication.. Dans cette thèse nous étudions cet impact en déterminant son origine puis nous proposons des solutions visant à le réduire de deux manières : en réduisant les latences introduites par le changement de réseau et en diminuant l'impact de la modification des caractéristiques du réseau.

Depuis quelques années le trafic de l'internet mobile ne cesse d'augmenter. Cette croissance soutenue est liée à plusieurs facteurs, parmi lesquels l'évolution des terminaux, la grande diversité des services et des applications disponibles et le déploiement des nouvelles technologies d'accès radio mobile (3G/4G). À cet égard, le standard 3GPP pour les réseaux LTE propose une architecture offrant une gestion fine de la QoS (par flux). Ce modèle, hérité des réseaux mobiles traditionnels orientés connexion, soulève des problèmes en termes de scalabilité, efficacité et performances. Les travaux entrepris dans cette thèse ont pour objectif principal de proposer des solutions plus simples et moins coûteuses pour la gestion de la QoS dans les réseaux mobiles. À cette fin, à l'issue d'une étude et de l'évaluation de l'impact de la signalisation associée au modèle de QoS standard, deux modèles alternatifs ont été proposés. Nous proposons tout d'abord un modèle basée sur les mécanismes IP inspiré de l'approche DiffServ (par agrégat) largement étudié dans les réseaux IP fixes. Ce modèle fournit une gestion de la QoS simple, efficiente et rentable, tout en garantissant des performances équivalentes au modèle standard. Cependant, elle nécessite une remise à niveau de tous les eNB, et donc une longue phase de transition. En conséquence, nous proposons SloMo qui vise à améliorer l'expérience des clients mobiles, mais avec un objectif de déploiement plus rapide. SloMo est une solution de gestion implicite de la QoS depuis un point unique situé sur le chemin des communications. SloMo exploite la dynamique instaurée par le mécanisme de contrôle de flux de TCP. Il vise à recréer un goulot d'étranglement dynamique dans un équipement contrôlé par l'opérateur lorsque les points de congestion réels ne sont pas accessibles. Une fois ce goulot d'étranglement déporté, il est alors aisé d'effectuer une gestion de la qualité IP classique dans l'équipement supportant Slo-Mo. / The mobile data landscape is changing rapidly and mobile operators are today facing the daunting challenge of providing cheap and valuable services to ever more demanding customers. As a consequence, cost reduction is actively sought by operators as well as Quality of Service (QoS) preservation. Current 3GPP standards for LTE/EPC networks offer a fine tuning QoS (per-flow level), which inherits many characteristics of legacy telco networks. In spite of its good performance, such a QoS model reveals costly and cumbersome and finally, it remains very rarely deployed, thereby giving way to basic best-effort hegemony. This thesis aims at improving QoS in mobile networks through cost-effective solutions; To this end, after an evaluation of the impact and cost of signaling associated with the standard QoS model, alternative schemes are proposed, such as the IP-centric QoS model (per aggregate) inspired from the DiffServ approach widely used in fixed IP networks. This model provides a simple, efficient and cost-effective IP level QoS management with a performance level similar to standardized solutions. However, as it requires enhancements in the eNB, this scheme cannot be expected in mobile networks before a rather long time.Thus, we introduce Slo-Mo, which is a lightweight implicit mechanism for managing QoS from a distant point when the congestion point (e.g. eNB) is not able to do it. Slo-Mo creates a self-adaptive bottleneck which adjusts dynamically to the available resources taking advantage of TCP native flow control. Straightforward QoS management at IP level is then performed in the Slo-Mo node, leading to enhanced customer experience at a marginal cost and short term.