Cette dernière décennie a connu une prolifération des réseaux d'accès sans fil, dominée par les réseaux locaux sans fil (ou Wireless Local Area Network - WLAN), les réseaux cellulaires 3GPP de troisième (3G) et quatrième génération (4G) et en moindre mesure les réseaux Digital Video Broadcast (DVB) pour la télévision numérique. Conjugué à l'apparition des téléphones intelligents (Smartphone) et des tablettes, les réseaux sans fil ont changé la façon dont les utilisateurs consomment les applications Internet, où on constate que l'accès aux plateformes vidéo (Youtube, vidéo à la demande, Télé sur IP) et aux réseaux sociaux à partir des réseaux sans fil et mobiles a explosé. L'accès massif à ces applications par le biais des réseaux sans fil introduit de nouveaux verrous, liés principalement à l'augmentation du trafic et l'aspect temps réel de certaines applications, où un certain niveau de Qualité de Service (QdS)/Qualité d'Expérience (QdE) doit être assuré. Par conséquent, un certain nombre de défis se posent : (i) aux opérateurs des réseaux sans fil et mobiles, pour lesquels il est nécessaire d'avoir des nouveaux mécanismes et protocoles réseaux pour éviter la congestion et garantir la QdS/QdE aux utilisateurs ; (ii) aux fournisseurs de contenus (service provider) qui doivent s'adapter au contexte de l'utilisateur (bande passante, terminal utilisé, résolution, etc.) lors de la création de contenus audiovisuels (audio et vidéo). Afin d'adresser les problématiques citées dans la section précédente, l'originalité de nos contributions se situe dans la proposition de protocoles et mécanismes de contrôle de réseau dits dynamiques ou adaptatifs. L'approche dynamique permet de s'adapter : (i) aux changements de l'état du réseau (niveau de charge/contention) ; (ii) aux changements de l'état du canal sans fil (dégradation/amélioration du canal physique) ; (iii) à l'augmentation ou la réduction du trafic d'une application ; (iv) à la dégradation de la qualité de service/expérience de l'utilisateur. De ce fait, nos travaux ont généralement considéré le réseau (ou l'application réseau) ainsi que la fonction ou le mécanisme à contrôler comme un système en boucle fermée, dont le but est de modifier (contrôler) l'état d'entrée (accepter ou refuser un nouveau flux, augmenter la durée de mise en veille d'une station, maitriser la congestion, etc.) du système et mesurer les paramètres en sortie (délais, QdE) pour les prendre en compte lors des prochaines décisions du mécanisme de contrôle. Ces mesures se font soit au niveau du réseau, terminal ou application. Nos contributions sont classées suivant la nature de la mesure utilisée. Une partie de nos travaux utilise des mesures centrées QdS/réseau (tel que l'intensité du trafic, la taille de la file d'attente, débit de la station, délai applicatif), et l'autre partie est centrée sur l'utilisateur (ou human-centric) à travers la mesure de la qualité d'expérience perçue par l'utilisateur.

Le concept de réseau offre un modèle de représentation pour une grande variété d'objets et de systèmes, aussi bien naturels que sociaux, dans lesquels un ensemble d'entités homogènes ou hétérogènes interagissent entre elles. Il est aujourd'hui employé couramment pour désigner divers types de structures relationnelles. Pourtant, si chacun a une idée plus ou moins précise de ce qu'est un réseau, nous ignorons encore souvent les implications qu'ont ces structures dans de nombreux phénomènes du monde qui nous entoure. C'est par exemple le cas de processus tels que la diffusion d'une rumeur, la transmission d'une maladie, ou même l'émergence de sujets d'intérêt commun à un groupe d'individus, dans lesquels les relations que maintiennent les individus entre eux et leur nature s'avèrent souvent être les principaux facteurs déterminants l'évolution du phénomène. C'est ainsi que l'étude des réseaux est devenue l'un des domaines émergents du 21e siècle appelé la "Science des réseaux". Dans ce mémoire, nous abordons trois problèmes de la science des réseaux: le problème de la diffusion dans les réseaux sociaux, où nous nous sommes intéressés plus particulièrement à l'impact de la dynamique du réseau sur le processus de diffusion, le problème de l'analyse des réseaux sociaux, dans lequel nous avons proposé une solution pour tirer parti de l'ensemble des informations disponibles en combinant les informations sur la structure du réseau et les attributs des noeuds et le problème central de la collecte de données sociales, où nous nous sommes intéressés au cas particulier de la collecte de données en milieux sauvages / The concept of network provides a model for representing a wide variety of objects and systems, both natural and social, in which a set of homogeneous or heterogeneous entities interact. It is now widely used to describe various kinds of relational structures. However, if everyone has an idea of the concept of network, we often ignore the implications that these structures have in real world phenomena. This is for example the case of processes such as the spread of a rumor, the disease transmission, or even the emergence of subjects of common interest for a group of individuals, in which the relations maintained between individuals, and their nature, often prove to be the main factors determining the evolution of the phenomenon. This is the reason why the study of networks has become one of the emerging areas in the 21st century called the "Science of networks." ln this thesis, we address three issues of the domain of the science of networks: the problem of diffusion in social networks, where we have addressed more particularly the impact of the network dynamics on the diffusion process, the problem of the analysis of social networks, in which we have proposed a solution to take full advantage of all information available on the network by combining information on both structure and node attributes and the central problem of the social data collection, for which we have focused on the particular case of the data collection in a wild environment.

La Qualité de Service (Quality of Service - QoS) est une garantie de paramètres réseau (bande passante élevée, délai court, etc.). Dans un réseaux inter-domaine, elle peut être assurée par des contrats entre domaines appelés Service Level Agreements (SLA). Dans cette thèse, nous nous intéressons d’abord à l’étape de négociation de SLA : la sélection des SLA proposés par un domaine. Nous proposons des méthodes exactes et approchées permettant aux domaines de proposer les SLA qui maximisent leurs revenus. Nous étudions également l'impact de la réputation des domaines sur cette négociation. Au niveau de l’instanciation des SLA, nous nous intéressons au calcul de chemins qui prennent en compte les encapsulations de protocoles (afin de pallier l’hétérogénéité technologique des domaines). En utilisant des outils de théorie des langages, nous proposons la première solution polynomiale au calcul de chemins dans un tel contexte / Quality of Service (QoS) is a guarantee of network parameters (high bandwidth, short delay, etc.). In an inter-domaine network, it can be provided by contracts between domains, called Service Level Agreements (SLAs). In this thesis, we first focus on the SLA negotiation step, i.e., the selection of SLAs proposed by a domain. We provide exact and approximate methods that allow the domains to propose the SLAs that maximize their revenues. We also study the impact of the domain reputation on the negotiation process. Regarding the SLA instantiation step, we focus on path computation processes that take into account the encapsulation of protocols (in order to overcome the domain technological heterogeneity). Using tools from Language Theory, we provide the first polynomial solution to the path computation problem in this context.

Avec l’avènement des objets connectés, la bande passante nécessaire dépasse la capacité des interconnections électriques et interface sans fils dans les réseaux d’accès mais aussi dans les réseaux coeurs. Des systèmes photoniques haute capacité situés dans les réseaux d’accès utilisant la technologie radio sur fibre systèmes ont été proposés comme solution dans les réseaux sans fil de 5e générations. Afin de maximiser l’utilisation des ressources des serveurs et des ressources réseau, le cloud computing et des services de stockage sont en cours de déploiement. De cette manière, les ressources centralisées pourraient être diffusées de façon dynamique comme l’utilisateur final le souhaite. Chaque échange nécessitant une synchronisation entre le serveur et son infrastructure, une couche physique optique permet au cloud de supporter la virtualisation des réseaux et de les définir de façon logicielle. Les amplificateurs à semi-conducteurs réflectifs (RSOA) sont une technologie clé au niveau des ONU(unité de communications optiques) dans les réseaux d’accès passif (PON) à fibres. Nous examinons ici la possibilité d’utiliser un RSOA et la technologie radio sur fibre pour transporter des signaux sans fil ainsi qu’un signal numérique sur un PON. La radio sur fibres peut être facilement réalisée grâce à l’insensibilité a la longueur d’onde du RSOA. Le choix de la longueur d’onde pour la couche physique est cependant choisi dans les couches 2/3 du modèle OSI. Les interactions entre la couche physique et la commutation de réseaux peuvent être faites par l’ajout d’un contrôleur SDN pour inclure des gestionnaires de couches optiques. La virtualisation réseau pourrait ainsi bénéficier d’une couche optique flexible grâce des ressources réseau dynamique et adaptée. Dans ce mémoire, nous étudions un système disposant d’une couche physique optique basé sur un RSOA. Celle-ci nous permet de façon simultanée un envoi de signaux sans fil et le transport de signaux numérique au format modulation tout ou rien (OOK) dans un système WDM(multiplexage en longueur d’onde)-PON. Le RSOA a été caractérisé pour montrer sa capacité à gérer une plage dynamique élevée du signal sans fil analogique. Ensuite, les signaux RF et IF du système de fibres sont comparés avec ses avantages et ses inconvénients. Finalement, nous réalisons de façon expérimentale une liaison point à point WDM utilisant la transmission en duplex intégral d’un signal wifi analogique ainsi qu’un signal descendant au format OOK. En introduisant deux mélangeurs RF dans la liaison montante, nous avons résolu le problème d’incompatibilité avec le système sans fil basé sur le TDD (multiplexage en temps duplexé). / With the advent of IoT (internet of things) bandwidth requirements triggered by aggregated wireless connections have exceeded the fundamental limitation of copper and microwave based wireless backhaul and fronthaul networks. High capacity photonic fronthaul systems employing radio over fiber technology has been proposed as the ultimate solution for 5G wireless system. To maximize utilization of server and network resources, cloud computing and storage based services are being deployed. In this manner, centralized resources could be dynamically streamed to the end user as requested. Since on demand resource provision requires the orchestration between the server and network infrastructure, a smart photonic (physical layer)PHY enabled cloud is foreseen to support network virtualization and software defined network. RSOAs (Reflective Semiconductor Optical Amplifier) are being investigated as key enablers of the colorless ONU(Optical Network Unit) solution in PON (Passive Optical Network). We examine the use of an RSOA in radio over fiber systems to transport wireless signals over a PON simultaneously with digital data. Radio over fiber systems with flexible wavelength allocation could be achieved thanks to the colorless operation of the RSOA and wavelength reuse technique. The wavelength flexibility in optical PHY are inline with the paradigm of software defined network (SDN) in OSI layer 2/3. The orchestration between optical PHY and network switching fabric could be realized by extending the SDN controller to include optical layer handlers. Network virtualization could also benefit from the flexible optical PHY through dynamic and tailored optical network resource provision. In this thesis, we investigate an optical PHY system based on RSOA enabling both analog wireless signal and digital On-Off Keying (OOK) transportation within WDM (Wavelength Division Multiplexing) PON architecture. The RSOA has been characterized to show its potential ability to handle high dynamic range analog wireless signal. Then the RF and IF radio over fiber scheme is compared with its pros and cons. Finally we perform the experiment to shown a point to point WDM link with full duplex transmission of analog WiFi signal with downlink OOK signal. By introducing two RF mixer in the uplink, we have solved the incompatible problem with TDD (Time Division Duplex) based wireless system.

L'accessibilité aux techniques d'analyse avancées est souvent un problème pour l'établissement des diagnostics, posés par le personnel médical. Les techniques classiques requièrent souvent des installations considérables (laboratoires d'analyses) ou utilisent des équipements volumineux et difficilement disponibles. Dans le but de résoudre ce problème, l'usage d'une plateforme technologique composée de l'intégration partielle d'un biodétecteur sur une structure auto-émettrice est un intéressant point de départ. Cette plateforme considère le problème d'accessibilité à la technologie directement en réduisant la taille et le coût relié à celle-ci. L'usage d'une structure compatible aux procédés de microfabrication couramment utilisés dans l'industrie de la microélectronique indique la possibilité d'augmenter l'échelle de production aisément et à faible coût. En contrepartie, les systèmes non intégrés sont généralement plus polyvalents sur les procédés de détection possibles mais aussi plus sensible, grâce à des systèmes optiques complexes. L'intégration d'un système interférométrique et son couplage à la plateforme technologique déjà existante permettraient l'implémentation d'une mesure basée sur la détection de phase additionnelle à la mesure classique de l'intensité, menant ainsi à l'augmentation de la sensibilité du biodétecteur. En se basant sur la théorie électromagnétique des modes couplés dans les structures laminaires pour créer le tissu théorique et sur des simulations FEM (modélisation par éléments finis) pour effectuer les démonstrations préliminaires, l'objectif de cette maîtrise consiste à étudier les caractéristiques d'un biodétecteur SPR (résonance de plasmons de surface) dont la mesure d'indice de réfraction de surface utilise une approche interférométrique. Pour ce faire, une microstructure est ajoutée à la surface du biodétecteur pour coupler une lumière incidente cohérente aux modes de surface. Ces modes de surface sont le produit de l'interaction et de l'interférence des plasmons diffractés par les différentes composantes de la microstructure. Dans un cas de microstructure simple, par exemple une paire de réseaux finis adjacents, l'analyse détaillée de l'interaction des plasmons diffractés est possible, comme il sera démontré dans ce document. Cette interaction sera ensuite liée à la forme de la résonance de la structure et comparée à d'autres cas simples, dont une structure classique de SPR. Cette transformation de la forme de la résonance augmente la précision globale de la mesure du biodétecteur sans en augmenter grandement la complexité. La méthode interférométrique promet des résultats très intéressants sous certain paramètres, aussi mis en évidence dans ce mémoire.

Dans cette thèse, nous nous intéressons à la modélisation du problème de la corrélation d'alertes à base de modèles graphiques probabilistes. Nous avons constaté que les approches existantes de corrélation d'alertes, soit se basent sur des connaissances explicites d'experts, soit utilisent des mesures de similarité simples qui ne permettent pas de détecter des scénarios d'attaque. Pour cela, nous avons d'abord proposé une nouvelle modélisation de la corrélation d'alertes, basée sur les classifieurs Bayésiens naïfs, qui permet d'apprendre les coordinations entre les attaques élémentaires qui contribuent à la réalisation d'un scénario d'attaque. Notre modélisation nécessite seulement une légère contribution des connaissances d'experts. Elle tire profit des données disponibles et fournit des algorithmes efficaces pour la détection et la prédiction des scénarios d'attaque. Ensuite, nous avons montré comment notre approche de corrélation d'alertes peut être améliorée en prenant en considération les informations contextuelles codées en logiques de description, notamment dans le contexte d'une détection coopérative d'intrusions. Enfin, nous avons proposé plusieurs mesures d'évaluation pour un multi-classifieurs Bayésiens naïfs. Ceci est très important pour l'évaluation de notre approche de corrélation d'alertes car elle utilise un ensemble de classifieurs Bayésiens naïfs pour surveiller plusieurs objectifs d'intrusion en même temps. / In this thesis, we focus on modeling the problem of alert correlation based on probabilistic graphical models. Existing approaches either require a large amount of expert knowledge or use simple similarity measures which are not enough to detect coordinated attacks. We first proposed a new modeling for the alert correlation problem, based on naive Bayesian classifiers, which can learn the coordination between elementary attacks that contribute to the achievement of an attack scenario. Our model requires only a slight contribution of expert knowledge. It takes advantage of available data and provides efficient algorithms for detecting and predicting attacks scenario. Then we show how our alert correlation approach can be improved by taking into account contextual information encoded in description logics, particularly in the context of a cooperative intrusion detection. Finally, we proposed several evaluation measures for a naive Bayesian multi-classifiers. This is very important for evaluating our alert correlation approach because it uses a set of naive Bayesian classifiers to monitor multiple intrusion objectives simultaneously.

Thèse numérisée par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Les gènes situés sur la molécule d'ADN au coeur de nos cellules nonseulement portent une information héréditaire, mais de plusparticipent dynamiquement au fonctionnement de la cellule ensynthétisant plus ou moins activement des protéines. Ces dernièressont susceptibles de nombreuses interactions non linéaires avecd'autres acteurs, menant à la formation de réseaux biochimiques quipeuvent présenter des comportements dynamiques divers et complexes. Enparticulier, la régulation de l'activité des gènes (leur taux detranscription) par des protéines spécifiques peut aboutir à laformation de boucle de rétroaction. Ces boucles tissent des réseauxgénétiques où un ensemble de gènes régulent réciproquement leursexpressions.Des travaux expérimentaux récents ont montré que la régulation del'activité du gène n'est pas toujours instantanée. Nous avons alorsétudié l'influence d'une dynamique transcriptionnelle intrinsèque dansun circuit simple constitué d'un gène réprimé par sa propre protéine.Nous obtenons un critère analytique pour l'apparition desoscillations, qui nous permet de montrer que ces dernières sontfavorisées lorsque le temps de réponse du gène prend une certainevaleur. L'échelle de temps ainsi repérée est pertinente à la fois dansune description déterministe et dans une description stochastique.Ce sont également des réseaux génétiques qui sont à l'origine decertains rythmes biologiques, induisant les oscillations del'expression de protéines clés. Ces réseaux sont alors des horlogesendogènes qui permettent à de nombreux êtres vivants d'anticiper lesmodifications cycliques de l'environnement. Parmi celles-ci, l'horlogecircadienne permet à l'organisme de s'adapter au cycle diurnal enétant entraîné par l'alternance du jour et de la nuit. À partir de données expérimentales, nous avons modélisé l'horlogecircadienne de l'algue unicellulaire Ostreococcus tauri. Lemodèle est basé sur une boucle de rétroaction transcriptionnellenégative impliquant deux gènes se régulant mutuellement. L'accordentre le modèle et les données expérimentales est excellent et met enévidence une absence de signature du couplage dans les données lorsquel'horloge est à l'heure, ce qui révèle une propriété de robustesse aux fluctuations d'éclairement. / Genes located on the DNA macromolecule inside our cells do not onlycarry hereditary information. They also contribute dynamically tobiological functions by synthesizing proteins at a variable rate.Proteins are subject to many nonlinear interactions with other actors,forming vast biochemical networks which may display a number ofcomplex behaviors. In particular, regulation of gene activity (i.e.,of their transcription rate) by specific proteins creates feedbackloops. These loops form genetic networks where a set of genes regulatetheir expressions reciprocally. Recent experimental studies have shown that gene regulation is notalways instantaneous. We have thus studied the influence of anintrinsic transcriptional dynamics in the simple circuit where a geneis repressed by its own protein. We have obtained an analyticalcriterion for the appearance of oscillations, which allows us to showthat oscillations are favored when gene response time is close to acharacteristic value. The time scale thus identified is relevant bothin a deterministic and a stochastic description. Gene regulatory networks are also at work in some biological rhythms,inducing oscillations in the concentrations of some key proteins.These networks then serve as endogeneous clocks, which allow manyliving organisms to anticipate periodic changes in the environment. Inparticular, the circadian clock is used by organisms to adapt to thediurnal cycle by being entrained by the day/night cycle. Using experimental data, we have constructed a mathematical model ofthe circadian clock of the unicellular alga Ostreococcus tauri.This model is based on a transcriptional negative feedback loop, whichinvolves two genes regulating each other. Agreement between numericalsimulations and experimental data is excellent and unveils the factthat there is no signature of coupling in data when the clock is ontime. This reveals a strong robustness to daylight fluctuations.

Cette thèse traite deux problèmes importants dans le domaine du raisonnement et de la décision dans l'incertain. En premier lieu, nous développons des méthodes d'inférence basées sur la compilation pour les réseaux possibilistes. En effet, nous commençons par adapter au cadre possibiliste l'approche de base proposée, initialement, pour les réseaux Bayésiens et nous la raffinons, ensuite en utilisant la notion de structure locale. Nous proposons aussi une nouvelle stratégie de codage appelée structure locale possibiliste appropriée dans le cadre qualitatif. Nous implémentons, par ailleurs, une méthode purement possibiliste basée sur la transformation des réseaux possibilistes en bases de connaissances possibilistes. Notre deuxième contribution consiste à étendre nos approches d'inférence dans le cadre des réseaux causaux afin de calculer l'effet des observations et des interventions d'une manière efficace. Nous confrontons, en particulier, des approches basées sur la mutilation et celles basées sur l'augmentation. Finalement, nous étudionsl'aspect décisionnel sous compilation en étendant nos résultats portant sur la compilation des réseaux possibilistes afin d'évaluer les diagrammes d'influence possibilistes. Une étude expérimentale évaluant les différentes approches étudiées dans cette thèse est également présentée. / This thesis addresses two important issues in reasoning and decision making under uncertainty. At first, we have developed compilation-based inference methods dedicated to possibilistic networks. In fact, we have adapted the standard approach initially proposed for Bayesian networks into a possibilistic framework and we have refined it using local structure. We havealso proposed a new encoding strategy, called possibilistic local structure, exclusively useful in a qualitative framework. Moreover, we have implemented a purely possibilistic approach based on transforming possibilistic networks into possibilistic knowledge bases. Our second contribution consists in extending our inference approaches to possibilistic causal networks in order to efficiently compute the impact of both observations and interventions. We have confronted, in particular, mutilated-based approaches and augmented-based ones. Finally, we have explored the decision-making aspect under compilation by extending our results on compiling possibilistic networks to efficiently evaluate possibilistic influence diagrams. An experimental study evaluating the different approaches studied in this thesis is also presented.