Les réseaux de communication devenant de plus en plus présents dans nos activités quotidiennes, l'interruption des services fournis par le réseau, ou même une dégradation significative de leurs qualit és, deviennent de moins en moins tolérables. Une conception robuste des réseaux de communication, anticipant les pannes éventuelles d'équipements ou les variations sur la demande en trafic, devient donc de plus en plus nécessaire. Cette thèse traite de plusieurs problèmes de conception et de planification robustes apparaissant dans le domaine des télécommunications. Nous étudions tout d'abord le problème de la conception et du dimensionnement d'une topologie de communication résilience. Nous proposons un nouveau modèle de conception de réseaux intégrant les coûts et les contraintes des différents équipements (liens, routeurs, cartes). Ce modèle prend également en compte de nombreuses contraintes opérationnelles telles que la présence de noeud potentiel et de capacités modulaires, mais aussi des contraintes sur les délais de communication. Un algorithme exact et deux approximations sont proposés pour résoudre ce problème. Les résultats numériques montrent que des économies substantielles peuvent être effectuées en intégrant les coûts d'équipements dans la phase amont du processus de conception. Avec la croissance exponentielle de l'Internet et l'incroyable développement des applications réseaux, les variations sur les volumes de trafic sont devenus un des problèmes majeurs auxquels sont confrontés les opérateurs. Aujourd'hui, concevoir un réseau sur la base d'une unique matrice de trafic "en heure de pointe" est de moins en moins crédible du fait de la forte volatilité des trafics. Il devient ainsi nécessaire d'intégrer explicitement l'incertitude sur la demande en trafic dans les problèmes d'optimisation du routage. Nous étudions deux problèmes d'optimisation robuste du routage : (1) le problème de conception des VPN dans le cadre du modèle hose d'incertitude sur la de mande et (2) le problème d'optimisation des métriques de routage IGP avec incertitude sur la demande. Nous formulons des modèles mathématiques de chacun de ces problèmes et proposons des heuristiques efficaces basées sur des techniques de recherche locale pour les résoudre. L'efficacité pratique des techniques et méthodes développées dans le cadre de cette thèse est démontrée et validée par une batterie de tests sur des données réalistes. Ce travail a d'autre part donné lieu `a plusieurs développements logiciels dans le logiciel de planification de réseaux NEST de QoS Design.

Au cours des dernières années, l'évolution rapide des réseaux a provoqué une explosion de la diversité et du nombre des équipements gérés et, par conséquent, du nombre de plateformes de supervision de réseaux. Chacune de ces plateformes induit un environnement de gestion à la fois clos de part la spécificité de son architecture et de son protocole de communication mais également non isolé de part la nature des ressources gérées. En effet, bien qu'hétérogènes, les modèles de données de ces plateformes se recouvrent au moins partiellement. Il s'ensuit un fort problème de sécurité puisque chacune de ces plateformes de supervision met en œuvre sa propre architecture de sécurité avec ses paramètres associés. Le problème apparaît également au sein d'une même plateforme qui autoriserait plusieurs modèles de sécurité ou plusieurs protocoles sous-jacents. Jusqu'à maintenant, il n'y a pas eu de véritable réflexion sur les conséquences de cet environnement et les solutions envisageables. Dans cette thèse, nous proposons des architectures inter-plateformes de distribution automatique des droits d'accès de façon à limiter les différences de permissions et aboutir à une meilleure cohérence des politiques de sécurité. Nous définissons également un modèle de vérification des droits d'accès pour assurer une cohérence locale au sein d'un même équipement. Ce modèle exprime dans un référentiel commun des politiques hétérogènes de façon à en extraire les différences de permissions. Nous avons également étendu le protocole Netconf avec un modèle de contrôle d'accès basé sur les rôles. Cette proposition a été implantée et a donné lieu à étude de l'impact des règles d'accès et des services de sécurité mis en œuvre sur les performances.

L'objectif de ce travail de thèse dans un premier temps est l'évaluation de performances des modèles de routage multi-chemins pour l'ingénierie de trafic et l'équilibrage de charge sur un réseau de type IP/MPLS (MPLS-TE). Nous comparons la capacité de ces modèles à équilibrer la charge du réseau tout en faisant de la différentiation de trafic. Nous les appliquons sur des grandes topologies générées par le générateur automatique des topologies BRITE, qui s'approchent en forme et en complexité du réseau réel. Nous mesurons ainsi l'impact de leur complexité respective et donc la capacité à les déployer sur des réseaux de grande taille (scalabilité). Dans un second temps, l'objectif est de proposer un concept de modélisation générale d'un réseau à commutations par paquets. Ce modèle est établi sur la base de la théorie différentielle de trafic et la théorie des files d'attente, tout en utilisant des approches graphiques. Le but est d'estimer l'état de charge du réseau et de ses composants (routeurs, liens, chemins). Ensuite, en fonction de ça, nous développons des approches de contrôle de congestion et commande sur l'entrée améliorant les techniques de routage adaptatif et l'équilibrage de charge dans les réseaux IP/MPLS

La quantité de données devant être transportée via les réseaux de cœur croit de près de 25% par an. Pour maîtriser les coûts, les différentes couches du réseau doivent mettre des informations en commun pour inclure de plus en plus de paramètres lors du dimensionnement du réseau. Cela s’appelle « dimensionnement multicouche ». Nous étudions le dimensionnement multicouche de réseaux statiques composés de deux couches utilisant la commutation en mode circuit (typiquement IP-sur-WDM). Nous proposons un modèle semi-analytique expliquant le comportement des algorithmes responsables de l’agrégation et du routage dans les deux couches. Ce cadre théorique permet de comparer les algorithmes de dimensionnement multicouche entre eux, mais aussi d’expliquer et d’améliorer leur efficience. Nous décrivons ensuite comment la contrainte de portée optique affecte les résultats d’un algorithme de dimensionnement multicouche. Enfin, nous expliquons comment ces résultats s'appliquent au dimensionnement des réseaux de nouvelle génération (dynamiques et hétérogènes en capacité optique) / The traffic passing through core networks grows by nearly 25% each year. To bring the costs under control, the different network layers of the network should work together to include more and more parameters during the network planning phase. This is called “multilayer network planning”. We study the multilayer network planning of static networks composed of two circuit switched layers (typically IP-over-WDM). We propose a semi-analytical model explaining the behavior of algorithms responsible for aggregation and routing in both layers. This theory allows comparing multilayer planning algorithms between them, but also explaining and enhancing their efficiency. We then describe the impact of the optical reach constraint in WDM networks on the results of a multilayer planning algorithm. Finally, we explain how these results apply to the design of future networks (dynamic and with heterogeneous optical layers)

Avec l'augmentation du nombre d'utilisateurs mobiles et l'évolution rapide des réseaux mobiles sans fil, les demandes des utilisateurs en terme de qualité de service (QoS) deviennent de plus en plus exigeantes. La gestion de la ressource radio est de loin le problème critique des réseaux mobiles sans fil d'autant plus que l'interface radio représente le goulet d'étranglement dans ces réseaux. Dans cette optique, un protocole dallocation de ressources doit pouvoir gérer efficacement la bande passante tout en fournissant la qualité de service à différentes classes de service. <br />Dautre part, la gestion de la mobilité constitue un important défi technique à relever. En effet, un protocole de mobilité efficace doit empêcher la terminaison forcée de lappel et permettre lexécution des applications dune manière transparente à la mobilité.<br />Nos travaux réalisés portent sur la gestion des ressources radio et la mobilité dans les réseaux multiservices sans fil. Les environnements qui sont visés dans ce travail concernent les réseaux de seconde, troisième et quatrième génération. <br />Dans un premier temps, nous avons proposé et étudié un contrôle d'admission multiservice servant quatre classes de service. Deux types d'ordonnancement: HOL (Head of the Line) et QLT (Queue Length Threshold) ont été mis en place afin d'ordonnancer les requêtes handover en attente. L'analyse des performances prouve que le schéma proposé avec QLT améliore la qualité de service des données sans pour autant induire une dégradation perceptible de la qualité de service de la voix. <br />Dans un second temps, nous avons proposé une architecture dynamiquement adaptable DYNAA dont le but est d'absorber les fluctuations du réseau en terme de capacité en introduisant de la dynamique dans la gestion de ces ressources. Grâce à l'adaptabilité introduite par DYNAA, la QoS de bout en bout est élaborée conjointement entre l'application et le réseau afin de respecter le contrat de service établi avec l'utilisateur.<br />Puisque les réseaux publics d'accès mobile sont en train d'évoluer rapidement vers une définition de réseau entièrement IP, nous avons poursuivi nos études et mis l'accent sur les problèmes de handover et de routage dans le sens montant dans les réseaux Cellular IPv6. Ensuite, nous nous sommes focalisés sur la gestion de la qualité de service dans le même environnement. L'étude est menée au moyen de l'architecture DYNAA déjà étudiée et permet de très bons résultats en couplant une utilisation du protocole de type DiffServ dans le réseau coeur et IntServ dans le réseau d'accès. Cette étude constitue une bonne approche de l'appréhension de la qualité de service de bout en bout.<br />Une autre contribution dans notre thèse concerne la qualité de service dans les réseaux IEEE 802.11. Ainsi, nous avons proposé un mécanisme au niveau de la couche MAC, nommé P3-DCF qui introduit une bonne différentiation de service.<br />Enfin, nous avons abordé les réseaux UMTS où nous avons étudié la couche MAC. Cette étude nous a permis d'analyser le trafic Web et de tirer des règles de dimensionnement des réseaux UMTS.

La technologique utilisée dans les réseaux de télécommunication à commutation de paquets est en développement permanent. La tendance actuelle est orientée vers la mutualisation des services voix et données, de leurs infrastructures et des techniques associées (réseaux IP/MPLS, QoS dans Internet). Les méthodes classiques utilisées pour l'évaluation de performances des ces réseaux sont la modélisation analytique et la simulation événementielle. La simulation événementielle requiert des temps de calcul prohibitifs, tandis que les modèles issus des méthodes analytiques manquent parfois de précision. Le travail présenté dans cette thèse définit un cadre de modélisation appelé Simulation Hybride Distribuée qui combine de manière rigoureuse la théorie différentielle du trafic et la simulation événementielle. Dans une première technique, les ressources du réseau sont partitionnées en domaines dont certains sont simulés par événements, et les autres sont modélisés par des équations intégrées numériquement. La seconde technique proposée permet la circulation de trafics simulés par événements sur les ressources du réseau modélisées par des équations. La simulation hybride permet ainsi de prolonger la modélisation analytique au-delà de ses limites théoriques. Elle permet également de concevoir des modèles d'évaluation de performances très généraux et de développer des logiciels plus performants en temps de calculs. Un prototype de simulateur hybride a été conçu. Il permet de modéliser précisément des routeurs Internet Diffserv et MPLS, le protocole TCP ainsi que diverses sources de trafic multimédia (Audio, Vidéo). Pour réduire les temps de calcul, le simulateur peut être parallélisé. En ce sens, un nouveau noyau de communication de l'environnement de parallélisme LANDA a été conçu. Il offre une bibliothèque à la norme MPI et permet d'utiliser simultanément et efficacement (latence, bande passante) plusieurs media de communication haut-débit ainsi que la mémoire commune S MP.

Nous abordons le problème de l'optimisation des mesures dans les grands réseaux Internet par la théorie des plans d'expériences optimaux. Cette approche donne lieu d'étudier des problèmes de grande taille en conception optimale d'expériences, pour lesquels nous développons une méthode de résolution fondée sur l' Optimisation Conique du Second Ordre. Le cœur de notre méthode est un théorème de réduction du rang en optimisation semi-définie. Certains aspects combinatoires sont également étudiés. L'application à l'inférence des matrices de trafic dans les réseaux IP fait l'objet de la seconde partie de ce manuscrit. Nous développons une méthode où l'on optimise l'estimation de plusieurs combinaisons linéaires (tirées de façon aléatoire) des demandes de trafic. Nous comparons notre approche aux précédentes au travers de simulations sur des données réelles. En particulier, nous traitons des instances pour lesquelles les approches précédentes étaient incapables de fournir une solution.

La forte variabilité des trafics est devenue l'un des problèmes majeurs auxquels doivent faire face les gestionnaires d'infrastructures réseau. Dans ces conditions, l'optimisation du routage des flux en se basant uniquement sur une matrice de trafic moyenne estimée en heure de pointe n'est plus pertinente. Les travaux conduits dans cette thèse visent la conception de méthodes d'optimisation dynamiques du routage, adaptant en temps réel les routes utilisées par les flux aux conditions de trafic dans le réseau.Nous étudions tout d'abord le problème d'optimisation des poids OSPF pour le routage intra-domaine dans les réseaux IP, où le trafic est routé le long de plus courts chemins, en fonction des poids des liens. Nous proposons une approche en ligne permettant de reconfigurer dynamiquement les poids OSPF, et donc les routes utilisées, pour répondre aux variations observées du trafic et réduire ainsi le taux de congestion du réseau. L'approche proposée repose sur l'estimation robuste des demandes en trafic des flux à partir de mesures SNMP sur la charge des liens. Les résultats expérimentaux, aussi bien sur des trafics simulés que réels, montrent que le taux de congestion du réseau peut être significativement réduit par rapport à une configuration statique.Dans la même optique, nous nous intéressons également à l'optimisation des réseaux MPLS, qui permettent de gérer l'utilisation des ressources disponibles en affectant un chemin spécifique à chaque LSP. Nous proposons un algorithme inspiré de la théorie des jeux pour déterminer le placement des LSP optimisant un critère de performance non linéaire. Nous établissons la convergence de cet algorithme et obtenons des bornes sur son facteur d'approximation pour plusieurs fonctions de coût. L'intérêt principal de cette technique étant d'offrir des solutions de bonne qualité en des temps de calcul extrêmement réduits, nous étudions son utilisation pour la reconfiguration dynamique du placement des LSP.La dernière partie de cette thèse est consacrée à la conception et au développement d'une solution logicielle permettant le déploiement d'un réseau overlay auto-guérissant et auto-optimisant entre différentes plateformes de cloud computing. La solution est conçue pour ne nécessiter aucun changement des applications. En mesurant régulièrement la qualité des liens Internet entre les centres de données, elle permet de détecter rapidement la panne d'une route IP et de basculer le trafic sur un chemin de secours. Elle permet également de découvrir dynamiquement les chemins dans le réseau overlay qui optimisent une métrique de routage spécifique à l'application. Nous décrivons l'architecture et l'implémentation du système, ainsi que les expériences réalisées à la fois en émulation et sur une plateforme réelle composée de plusieurs centres de données situés dans différents pays. / The high variability of traffic has become one of the major problems faced by network infrastructure managers . Under these conditions, flow route optimization based solely on an average busy hour traffic matrix is no longer relevant. The work done in this thesis aims to design dynamic routing optimization methods, adapting in real time the routes used by the flows to the actual network traffic conditions.We first study the problem of OSPF weight optimization for intra-domain routing in IP networks, where the traffic is routed along shortest paths, according to links weights. We propose an online scheme to dynamically reconfigure the OSPF weights and therefore the routes used, to respond to observed traffic variations and reduce the network congestion rate. The proposed approach is based on robust estimation of flow traffic demands from SNMP measurements on links loads. Experimental results, both on simulated and real traffic data show that the network congestion rate can be significantly reduced in comparison to a static weight configuration.On the same idea, we are also interested in optimizing MPLS networks that manage the available resource utilization by assigning a specific path for each LSP. We propose an algorithm inspired by game theory to determine the LSP placement optimizing a nonlinear performance criterion. We establish the convergence of the algorithm and obtain bounds on its approximation factor for several cost functions. As the main advantage of this technique is to offer good quality solutions in extremely reduced computation times, we are studying its use for dynamic reconfiguration of the LSP placement.The last part of this thesis is devoted to the design and development of a software solution for the deployment of a self-healing and self-optimizing network overlay between different cloud platforms. The solution is designed such that no change is required for client applications. By regularly measuring the quality of Internet links between data centers, it can quickly detect an IP route failure and switch the traffic to a backup path. It also allows to dynamically discover the paths in the overlay network that optimize a routing metric specific to the application. We describe the system architecture and implementation, as well as the experiments in both emulation and real platform composed of several data centers located in different countries

Dans cette thèse, nous nous intéressons à un problème de fiabilité dans les réseaux multicouches IP-sur-WDM. Etant donné un ensemble de demandes pour lesquelles on connaît une topologie fiable dans la couche IP, le problème consiste à sécuriser la couche optique WDM en y cherchant une topologie fiable. Nous montrons que le problème est NP-complet même dans le cas d'une seule demande. Ensuite, nous proposons quatre formulations en termes de programmes linéaires en nombres entiers pour le problème. La première est basée sur les contraintes de coupes. Nous considérons le polyèdre associé. Nous identifions de nouvelles familles de contraintes valides et étudions leur aspect facial. Nous proposons également des algorithmes de séparation pour ces contraintes. En utilisant ces résultats, nous développons un algorithme de coupes et branchements pour le problème et présentons une étude expérimentale. La deuxième formulation utilise comme variables des chemins entre des terminaux dans le graphe sous-jacent. Un algorithme de branchements et génération de colonnes est proposé pour cette formulation. Par la suite, nous discutons d'une formulation dite naturelle utilisant uniquement les variables de design. Enfin, nous présentons une formulation étendue compacte qui, en plus des variables naturelles, utilise des variables de routage. Nous montrons que cette formulation fournit une meilleure borne inférieure. / This thesis deals with a problem related to survivability issues in multilayer IP-over-WDM networks. Given a set of traffic demands for which we know a survivable logical routing in the IP layer, the aim is determine the corresponding survivable topology in the WDM layer. We show that the problem is NP-hard even for a single demand. Moreover, we propose four integer linear programming formulations for the problem. The first one is based on the so-called cut inequalities. We consider the polyhedron associated with the formulation. We identify several families of valid inequalities and discuss their facial aspect. We also develop separation routines. Using this, we devise a Branch-and-Cut algorithm and present experimental results. The second formulation uses paths between terminals of the underlying graph as variables. We devise a Branch-and-Price algorithm based on that formulation. In addition, we investigate a natural formulation for the problem which uses only the design variables.  Finally, we propose an extended compact formulation which, in addition to the design variables, uses routing variables. We show that this formulation provides a tighter bound for the problem.

L'objectif de ce travail de thèse dans un premier temps est l'évaluation de performances des modèles de routage multi-chemins pour l'ingénierie de trafic et l'équilibrage de charge sur un réseau de type IP/MPLS (MPLS-TE). Nous comparons la capacité de ces modèles à équilibrer la charge du réseau tout en faisant de la différentiation de trafic. Nous les appliquons sur des grandes topologies générées par le générateur automatique des topologies BRITE, qui s'approchent en forme et en complexité du réseau réel. Nous mesurons ainsi l'impact de leur complexité respective et donc la capacité à les déployer sur des réseaux de grande taille (scalabilité). Dans un second temps, l'objectif est de proposer un concept de modélisation générale d'un réseau à commutations par paquets. Ce modèle est établi sur la base de la théorie différentielle de trafic et la théorie des files d'attente, tout en utilisant des approches graphiques. Le but est d'estimer l'état de charge du réseau et de ses composants (routeurs, liens, chemins). Ensuite, en fonction de ça, nous développons des approches de contrôle de congestion et commande sur l'entrée améliorant les techniques de routage adaptatif et l'équilibrage de charge dans les réseaux IP/MPLS / In This work, firstly we present and evaluate the behavior of multipath routing models for the DS-TE (DiffSev aware MPLS traffic Engineering) called PEMS and LBWDP. To clarify network topologies and routing models that are suitable for MPLS Traffic Engineering, we evaluate them from the viewpoint of network scalability and end-to-end quality. Using a network topology generated by BRITE, that has many alternative paths, we applied these models on a huge topology that correspond to real network. This can provide a real simulation for the internet and gives a good evaluation for the end-to-end quality and the network use.Secondly, the aim of this work is to propose a general model for Packet switching networks. This model is established on the traffic differential theory and the Queuing theory, while using graphic approaches. The aim of this model is to calculate the network use state and its components (router, link, path...). Then, we develop control and command approaches in the entry of network to improve an adaptive routing plan and load balancing in IP/MPLS networks