La croissance et les évolutions de l'Internet lors de ces deux dernières décennies ont considérablement augmenté la complexité des techniques mises en œuvre dans ce réseau, ainsi que les caractéristiques de son trafic. Ainsi, alors qu'on demande à l'Internet de fournir des services de communication de qualités garanties, la méconnaissance des caractéristiques de l'Internet et de son trafic ont conduit à l'échec de toutes les propositions faites en ce sens. Mon travail de ces 6 dernières années a donc proposé d'utiliser la métrologie Internet pour régler ce problème et montre comment cette nouvelle (dans l'Internet) " science des mesures " fournit des éléments essentiels à l'évolution technique des réseaux. Ce travail aborde donc essentiellement la caractérisation et l'analyse du réseau et de son trafic, dont les résultats ont été utilisés pour la conception d'une nouvelle architecture de l'Internet basée sur un système de métrologie global qui permet de sensiblement améliorer les performances et la qualité des services de l'Internet. A noter que les résultats de caractérisation du trafic permettent de classifier les anomalies du trafic en anomalies légitimes (foules subites) et illégitimes (attaques) et ouvrent donc la voie à une nouvelle façon de penser la sécurité des réseaux de communication.

Conçus à l'origine pour le trafic best-effort, les réseaux mobiles ad hoc (MANET) sont de plus en plus amenés à acheminer le trafic des applications imposant des contraintes de qualité de service (QoS). Les solutions pour le routage à QoS dans les MANET ont généralement été proposées comme des extensions optionnelles des protocoles best-effort. Par exemple, les liaisons y sont toujours considérées comme symétriques au sens de la connectivité, alors qu'elles ne le sont évidemment pas au sens de la QoS. De plus, dans les solutions proposées dans le cadre du protocole proactif Optimized Link State Routing (OLSR), l'effort algorithmique pour la QoS se fait souvent au détriment de l'optimisation de la diffusion qui est pourtant une des activités les plus consommatrices de ressources. L'approche proposée dans cette thèse consiste à intégrer les aspects liés à la QoS dans la représentation des MANET dès la conception du protocole de routage. Prenant pour cible le protocole OLSR, nous proposons une formulation du problème de la sélection des relais multipoints (MPR) sous forme de programme mathématique pour permettre à la fois l'optimisation de la diffusion et la prise en compte des paramètres de la qualité de service. Une heuristique proposée pour réaliser la sélection des MPR indépendamment du nombre et du type de métriques est également proposée. L'heuristique appliquée à quatre métriques ainsi que les autres mécanismes proposés sont ensuite intégrés dans OLSR. Les évaluations ciblant une application à fortes contraintes de qualité de service en établissent les performances aussi bien en environnement ouvert qu'en agglomération.

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.

Cette thèse porte sur l'étude de la discipline de service LAS ({\it least attained service}) et de variantes de cette discipline, dans le but d'offrir de la différentiation de service dans l'Internet. LAS donne la priorité au client qui a reçu le moins de service à un instant donné. Elle est connue, en théorie des files d'attente, depuis une trentaine d'années, mais n'a jamais été considérée dans les réseaux de paquets à cause de certains résultats (sur une file M/M/1 par exemple) montrant que LAS pénalise trop les plus "gros" clients.\\ Des études récentes ont montré que le trafic Internet, au niveau flot, se caractérise par une forte variabilité: de nombreux flots sont très courts alors que les flots les plus longs représentent plus de 50\% de la charge totale. Motivé par ce nouveau résultat, nous avons analysé LAS dans le cas d'une file M/G/1 avec une discipline de service G ayant une variabilité plus ou moins marquée. Cette analyse a montré que les temps moyens de réponse conditionels de LAS dépendent fortement de la variabilité de G et que la fraction de flots pénalisés dans le cas où G a une forte variabilité est très faible. Nous avons comparé LAS avec SRPT ({\it Shortest Remaining Processing Time}), car, parmis les disciplines de service fonctions de la taille des clients, SRPT est optimale en terme de nombre moyen de clients actifs. Nous avons montré que LAS offrait des performances très similaires à celles de SRPT lorsque G est très variable. Nous avons aussi comparé LAS à FCFS ({\it First Come First Serve}) qui est la discipline de service des routeurs de l'Internet. Nous avons montré que LAS surpassait FCFS lorsque G est très variable. De plus LAS offre une fonctinonement dégradé en cas de surcharge, alors que FCFS est totalement instable.\\ Nous avons ensuite mené une étude à base de simulations pour déterminer les performances de LAS dans diverses configurations de réseaux paquets. Notamment, nous avons étudié les effets de LAS sur TCP. Nous avons trouvé que LAS interagit très bien avec TCP car il réduit le temps de transfert des flots courts et ne pénalise pas notablement les flots longs. De plus, nous avons montré que LAS ne souffrait pas des problèmes d'inéquité dans le partage de la bande passante (entre flots TCP et UDP par exemple) rencontrés avec FCFS.\\ Nos résultats de simulation montrent aussi que LAS pénalise trop les flots extrêmement longs lorsque la charge est trop élevée. Pour corriger ce problème, nous avons proposé une famille de politiques de service basées sur LAS et capables d'offir un meilleur service aux flots dits prioritaires. Pour évaluer ces politiques, nous avons développé des modèles analytiques de LAS et de ces politiques au niveau flot. Nous les avons validés par des simulations ns2 pour une large gamme de paramètres et un taux de perte faible. L'évaluation des politiques proposées montre qu'elles améliorent notablement la performance des flots rioritaires, en terme de temps moyen de transfert, gigue et taux de perte, sans pour autant trop affecter les flots dits ordinaires. Finalement, nous avons évalué une politique de service LAS-FCFS qui sert les flots courts comme LAS et les flots longs comme FCFS. Cette politique peut être utile lorsque la pénalité infligée aux flots longs avec LAS est jugée inacceptable. Nous avons aussi proposé et évalué des variantes de LAS-FCFS capables d'offrir un service différentié.

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.