Poussé par la demande croissante de services à haut débit sans fil, Long Term Evolution (LTE) a émergé comme une solution prometteuse pour les communications mobiles. Dans plusieurs pays à travers le monde, la mise en oeuvre de LTE est en train de se développer. LTE offre une architecture tout-IP qui fournit des débits élevés et permet une prise en charge efficace des applications de type multimédia. LTE est spécifié par le 3GPP ; cette technologie fournit une architecture capable de mettre en place des mécanismes pour traiter des classes de trafic hétérogènes comme la voix, la vidéo, les transferts de fichier, les courriers électroniques, etc. Ces classes de flux hétérogènes peuvent être gérées en fonction de la qualité de service requise mais aussi de la qualité des canaux et des conditions environnementales qui peuvent varier considérablement sur une courte échelle de temps. Les standards du 3GPP ne spécifient pas l’algorithmique de l’allocation des ressources du réseau d’accès, dont l’importance est grande pour garantir performance et qualité de service (QoS). Dans cette thèse, nous nous focalisons plus spécifiquement sur la QoS de LTE sur la voie descendante. Nous nous concentrons alors sur la gestion des ressources et l’ordonnancement sur l’interface radio des réseaux d’accès. Dans une première partie, nous nous sommes intéressés à des contextes de macro-cellules. Le premier mécanisme proposé pour l’allocation des ressources combine une méthode de jetons virtuels et des ordonnanceurs opportunistes. Les performances obtenues sont très bonnes mais n’assurent pas une très bonne équité. Notre seconde proposition repose sur la théorie des jeux, et plus spécifiquement sur la valeur de Shapley, pour atteindre un haut niveau d’équité entre les différentes classes de services au détriment de la qualité de service. Cela nous a poussé, dans un troisième mécanisme, à combiner les deux schémas. La deuxième partie de la thèse est consacrée aux femto-cellules (ou femtocells) qui offrent des compléments de couverture appréciables. La difficulté consiste alors à étudier et à minimiser les interférences. Notre premier mécanisme d’atténuation des interférences est fondé sur le contrôle de la puissance de transmission. Il fonctionne en utilisant la théorie des jeux non coopératifs. On effectue une négociation constante entre le débit et les interférences pour trouver un niveau optimal de puissance d’émission. Le second mécanisme est centralisé et utilise une approche de division de la bande passante afin d’obliger les femtocells à ne pas utiliser les mêmes sous-bandes évitant ainsi les interférences. Le partage de bande passante et l’allocation sont effectués en utilisant sur la théorie des jeux (valeur de Shapley) et en tenant compte du type d’application. Ce schéma réduit les interférences considérablement. Tous les mécanismes proposés ont été testés et évalués dans un environnement de simulation en utilisant l’outil LTE-Sim au développement duquel nous avons contribué. / Driven by the growing demand for high-speed broadband wireless services, Long term Evolution (LTE) technology has emerged as a competitive alternative to mobile communications solution. In several countries around the world, the implementation of LTE has started. LTE offers an IP-based framework that provides high data rates for multimedia applications. Moreover, based on the 3GPP specifications, the technology provides a set of built in mechanisms to support heterogeneous classes of traffic including data, voice and video, etc. Supporting heterogeneous classes of services means that the traffic is highly diverse and has distinct QoS parameters, channel and environmental conditions may vary dramatically on a short time scale. The 3GPP specifications leave unstandardized the resource management and scheduling mechanisms which are crucial components to guarantee the QoS performance for the services. In this thesis, we evaluate the performance and QoS in LTE technology. Moreover, our research addresses the resource management and scheduling issues on the wireless interface. In fact, after surveying, classifying and comparing different scheduling mechanisms, we propose three QoS mechanisms for resource allocation in macrocell scenarios focused on real time services and two mechanisms for interference mitigation in femtocell scenarios taking into account the QoS of real time services. Our first proposed mechanism for resource allocation in macrocell scenarios combines the well known virtual token (or token buckets) method with opportunistic schedulers, our second scheme utilizes game theory, specifically the Shapley value in order to achieve a higher fairness level among classes of services and our third mechanism combines the first and the second proposed schemes. Our first mechanism for interference mitigation in femtocell scenarios is power control based and works by using non cooperative games. It performs a constant bargain between throughput and SINR to find out the optimal transmit power level. The second mechanism is centralised, it uses a bandwidth division approach in order to not use the same subbands to avoid interference. The bandwidth division and assignation is performed based on game theory (Shapley value) taking into account the application bitrate . This scheme reduces interference considerably and shows an improvement compared to other bandwidth division schemes. All proposed mechanism are performed in a LTE simulation environment. several constraints such as throughput, Packet Loss Ratio, delay, fairness index, SINR are used to evaluate the efficiency of our schemes

Depuis quelques années, il y a un réel changement dans les usages des réseaux en termes d'applications véhiculées ainsi que dans leur nombre. On voit apparaître de plus en plus d'applications contraintes en termes de délai, comme par exemple la téléphonie sur IP, ainsi que d'applications gourmandes en ressources comme par exemple le Srteaming Video. La croissance en volume de ces applications copmmence à poser des problèmes de congestion dasn les réseaux filiares et sans fil. Les opérateurs réseaux doivent être capables d'absorber ces changements de trafic, de faire face à cette demande de plus en plus intensive en bande passante et de fournir une bonne qualité (QoS) aux applications. Cela nécessite des mécanismes intellignets en termes d'ordonnancement et de gestion des files d'attente, de contrôle d'admission, de contrôle de débit et/ou de routage. L'objectif initial de cette thèse étati d'aboutir à la conception d'une nouvelle architecture de traitement et de gestion du trafic et de la qualité de service pour le contrôle d'admission. Plus précisément nous présentons une nouvelle solution pour le contrôle d'admission qui repose sur l'élaboration en continu d'un plan de connaissance et sur la modélisatio automatique du comportement d'un lien réseau par une file d'attente monoserveur. Norte solution doit permettre d'offrir une garantie probabiliste d'un paramètre de performance QoS qui peut être le délai d'attente moyen des paquets dans le buffer du lien ou le taux de perte. Nous avons évalué les performances de notre nouveau contro^le d'admission par simulation en considérant diverses conditions possibles de trafic. Lers résultats obtenus indiquent que la solution proposée permet d'atteindre un contrôle d'admission ni trop conservateur, ni trop permissif. En outre, notre solution offre l'avantage de se baser uniquement sur une connaisssance acquise au cours du temps et permet ainsi de s'affranchir d'un paramétrage compliqué des paramètres comme c'est le cas pour les solutions classiques de contrôle d'admission

Depuis quelques années, il y a un réel changement dans les usages des réseaux en termes d'applications véhiculées ainsi que dans leur nombre. On voit apparaître de plus en plus d'applications contraintes en termes de délai, comme par exemple la téléphonie sur IP, ainsi que d'applications gourmandes en ressources comme par exemple le Srteaming Video. La croissance en volume de ces applications copmmence à poser des problèmes de congestion dasn les réseaux filiares et sans fil. Les opérateurs réseaux doivent être capables d'absorber ces changements de trafic, de faire face à cette demande de plus en plus intensive en bande passante et de fournir une bonne qualité (QoS) aux applications. Cela nécessite des mécanismes intellignets en termes d'ordonnancement et de gestion des files d'attente, de contrôle d'admission, de contrôle de débit et/ou de routage. L'objectif initial de cette thèse étati d'aboutir à la conception d'une nouvelle architecture de traitement et de gestion du trafic et de la qualité de service pour le contrôle d'admission. Plus précisément nous présentons une nouvelle solution pour le contrôle d'admission qui repose sur l'élaboration en continu d'un plan de connaissance et sur la modélisatio automatique du comportement d'un lien réseau par une file d'attente monoserveur. Norte solution doit permettre d'offrir une garantie probabiliste d'un paramètre de performance QoS qui peut être le délai d'attente moyen des paquets dans le buffer du lien ou le taux de perte. Nous avons évalué les performances de notre nouveau contro^le d'admission par simulation en considérant diverses conditions possibles de trafic. Lers résultats obtenus indiquent que la solution proposée permet d'atteindre un contrôle d'admission ni trop conservateur, ni trop permissif. En outre, notre solution offre l'avantage de se baser uniquement sur une connaisssance acquise au cours du temps et permet ainsi de s'affranchir d'un paramétrage compliqué des paramètres comme c'est le cas pour les solutions classiques de contrôle d'admission / Over the las few years, new ussages such as streaming or live video watching are increasingly representing a significant part of Internet traffic. Network operators face the challenge of satisfying the quality of experience expected by end-users while, in the same time, avoiding the over-provisioning of transmission links. Bandwidth management offers a wide spectrum of policies to overcome this issue. Possible options include congestion control, scheduling algorithms, traffic shaping and admission control. The initial objective of this thesis was to design of a new architecture of traffic management and quality of service for admission control. More precisely, we introduce a novel data-driven method based on a time-varying model that we refer to as Knowledge-Based Admission Control solutions (KBAC). Our KBAC solution consists of three main stages : (i) collect leasurments on the on-going traffic over the communication link ; (ii) maintain an up-to-date broad view of the link behavior, and feed it to a Knowledge Plane ; (iii) model the observed link behavior by a mono-server queue whose parameters are set auutomatically and which predicts the expected QoS if a flow requesting admission were to be accepted. our KBAC solution provides a probalistic guarantee whose admission thresold is either expressed, as a bounded dealy or as a bounded loss rate. We run extensive siçmulations using various traffic conditions to assess the behavior of our KBAC solution in the case of a delay thresold. The results show that our KBAC solution leads to a good trade-off between flow performance and resource utilization. This ability stems from the quick and autoamtic adjustment of its admission policy according to the actual variations on the traffic conditions. On the other hand, our KBAC solution avoids the critical step of precisely calibrating key parameters.

L'IEEE 802.11 (Wi-Fi) est le standard de WLAN (Wireless Local Area Network). En conséquence, le marché des produits dotés de la technologie réseau Wi-Fi est en plein essor et a provoqué une véritable révolution dans le monde de l'informatique. Cependant, la communication utilisant le Wi-Fi ne présente pas, pour autant, que des avantages. La grande différence entre le débit théorique et le débit effectif dépend de nombreux paramètres. Il est, par exemple, difficile de faire du streaming vidéo haute définition en utilisant un réseau IEEE 802.11g, alors que le débit théorique le permet parfaitement. La technologie WLAN souffre d'autres contraintes, comme la nature vulnérable du médium sans fil (interférences électromagnétiques, multi-trajet...), l'accès indéterministe au médium, la limitation de la bande passante...Les applications utilisant les réseaux Ad Hoc deviennent de plus en plus complexes et offrent de nouveaux services qui exigent des performances réseau de plus en plus élevées. De ce fait, la Qualié de Service (QdS) dans les réseaux Ad Hoc est un sujet de recherche ouvert. La bande passante est un indicateur très important pour la garantie de la QdS. Dans notre travail de thèse, nous avons étudié l'un des aspects de la QdS qui est la Bande Passante Disponible (BPD) dans les réseaux Ad Hoc basés sur la norme IEEE 802.11. Particulièrement, nous nous sommes intéressés aux différentes techniques d'estimation de la BPD et avons évalué les performances de ces techniques du point de vue temps de réponse et précision des estimations. Ces techniques peuvent être utilisées dans d'autres types de réseaux sans fil ou filaire. Nos contributions sont, essentiellement , le développement de deux nouvelles techniques d'estimation de la bande passante SLOT (SLOps-Topp) et TOPP-NET (TOPP-Non invasive Estimation Technique). Ces deux techniques sont le résultat d'améliorations successives des techniques d'estimation qui existent dans la littérature (TOPP : Trains of Packet Pairs, SLoPS : Self-Loading Periodic Streams et NIMBE : Non Invasive Manet Bandwith Estimation) en mettant l'accent sur la précision et le délai de sondage des techniques d'estimation. Notre troisième contribution est une nouvelle méthode de filtrage adaptatif des estimations nommée ZONE-FILTER ( Filtrage par Zone). Cette méthode combine les filtres EWMA et la mèthode statistique SPC (Statistical Process Control).

Les nouvelles applications sur Internet nécessitent des garanties de qualité de service (QoS) de la part du réseau. Nous nous intéressons à deux paramètres de QoS : le temps de réponse et la gigue de bout-en-bout. Nous proposons un ordonnancement, noté FP/DP, à base de priorités fixes (FP), départageant les paquets ex aequo selon leurs priorités dynamiques (DP). La priorité fixe d'un flux reflète son degré d'importance et sa priorité dynamique est un paramètre temporel. FP/FIFO et FP/EDF sont deux exemples d'ordonnancement FP/DP. Nous déterminons des bornes déterministes sur les paramètres de QoS considérés, en utilisant l'approche par trajectoire. En monoprocesseur, nous améliorons les résultats existants et prouvons que FP/EDF domine FP/FIFO sous certaines conditions. En distribué, nous apportons de nouveaux résultats et montrons que l'approche par trajectoire est beaucoup moins pessimiste que l'approche holistique. Nos résultats sont appliqués dans une architecture DiffServ/MPLS.

Les cyber-attaques pourraient engendrer des pertes qui sont de plus en plus importantes pour les utilisateurs finaux et les fournisseurs de service. Ces attaques sont, en outre, élevées par une myriade des ressources infectées et comptent surtout sur les réseaux pour être contrôlées, se propager ou endommager. Face à ces risques, il y a un besoin essentiel qui se manifeste dans la réponse à ces nombreuses attaques par des stratégies de défense efficaces. Malgré les multitudes efforts dévouées pour mettre en œuvre des techniques de défense complètes afin de se protéger contre les attaques réseaux; les approches proposées n’ont pas parvenus à satisfaire toutes les exigences. Les stratégies de défense impliquent un processus de détection complété par des actions de mitigation. Parallèlement à l’importance accordée à la conception des stratégies de détection, il est essentiel de fermer la boucle de sécurité avec des techniques efficaces permettant d’atténuer les impacts des différentes attaques. Dans cette thèse, nous proposons une technique pour réagir aux attaques qui abusent les ressources du réseau, par exemple, DDoS, botnet, distribution des vers, etc. La technique proposée s’appuie sur des approches de gestion du trafic et utilise le standard Multiprotocol Label Switching (MPLS) pour gérer le trafic diagnostiqué comme abusant du réseau, tout en invoquant les processus de détection. Les objectifs de notre technique peuvent être résumés comme suit: d’une part, fournir les moyens — par la qualité de service et schémas de routage — à séparer les flux suspects des légitimes, et d’autre part de prendre le contrôle des flux suspects. Nous bénéficions de l’extension du MPLS au niveau d’inter-domaine pour permettre une coopération entre les fournisseurs, permettant par suite la construction d’un mécanisme de défense à grande échelle. Nous développons un système afin de compléter les aspects de gestion de la technique proposée. Ce système effectue plusieurs tâches telles que l’extraction de données d’alerte, l’adaptation de la stratégie et la configuration des équipements. Nous modélisons le système en utilisant une approche de regroupement et un langage de politiques de sécurité afin de gérer de manière cohérente et automatique le contexte et l’environnement dans lequel la technique de mitigation est exécutée. Enfin, nous montrons l’applicabilité de la technique et du système à travers des différentes simulations tout en évaluant la qualité de service dans des réseaux MPLS. L’application de la technique a démontré son efficacité dans non seulement la mitigation des impacts des attaques mais aussi dans l’offre des avantages financiers aux acteurs de la chaîne de sécurité, à savoir les fournisseurs de service / Cyber attacks cause considerable losses not only for end-users but also service providers. They are fostered by myriad of infected resources and mostly rely on network resources for whether propagating, controlling or damaging. There is an essential need to address these numerous attacks by efficient defence strategies. Researchers have dedicated large resources without reaching a comprehensive method to protect from network attacks. Defence strategies involve first a detection process, completed by mitigation actions. Research on detection is more active than on mitigation. Yet, it is crucial to close the security loop with efficient technique to mitigate counter attacks and their effects. In this thesis, we propose a novel technique to react to attacks that misuse network resources, e.g., DDoS, Botnet, worm spreading, etc. Our technique is built upon network traffic management techniques. We use the Multiprotocol Label Switching (MPLS) technology to manage the traffic diagnosed to be part of a network misuse by detection processes. The goals of our technique can be summarized as follows: first to provide the means — via QoS and routing schemes — to segregate the suspicious flows from the legitimate traffic; and second, to take control over suspicious flows. We profit from the enhancement on the inter-domain MPLS to permit a cooperation among providers building a large-scale defence mechanism. We develop a system to complete the management aspects of the proposed technique. This system performs tasks such as alert data extraction, strategy adaptation and equipments configurations. We model the system using a clustering method and a policy language in order to consistently and automatically manage the mitigation context and environment in which the proposed technique is running. Finally, we show the applicability of the technique and the system through simulation. We evaluate and analyse the QoS and financial impacts inside MPLS networks. The application of the technique demonstrates its effectiveness and reliability in not only alleviating attacks but also providing financial benefits for the different players in the mitigation chain, i.e., service providers