Les applications modernes s’appuient sur des architectures qui combinent de plus en plus de composants logiciels émanant de plusieurs éditeurs, implantant des fonctions de plus en plus spécialisées, et très souvent déployés dans le « cloud ». De ce fait, ces applications nécessitent une dynamique et une adaptation certaines vis-à-vis des flux de données que leurs composants échangent et des besoins de qualité de service (QdS) que ces flux requièrent. Pour la majorité des applications, il s’avère difficile d’identifier à l’avance l’ensemble des flux et/ou d’exprimer précisément les besoins de QdS associés. Ainsi, fournir un service de communication réseau capable de répondre et de suivre les besoins de ces applications sans gaspiller, par surdimensionnement, l’utilisation des ressources réseau, pose plusieurs défis aux réseaux de communication supports, notamment un haut degré de flexibilité, largement au-delà des possibilités des réseaux de communication actuels. L’objectif de ce travail de thèse est de développer le concept de réseau guidé par les applications (ADN : Application Driven Networking), réseau capable d’offrir des services de communication personnalisés et dynamiques aux applications. Le qualificatif personnalisé signifie que le service ADN répond à des besoins de communication applicatifs exprimés avec un niveau de granularité très fin pouvant aller jusqu’aux flux élémentaires. Ces besoins peuvent être exprimés explicitement par l’application ou inférés par le réseau par analyse du trafic. L’aspect dynamique signifie que le service ADN est reprogrammé et ajusté pour suivre l’évolution des besoins de l’application dans le temps. Les contributions de ce travail de thèse couvrent plusieurs points. Nous avons défini l’architecture générale d’un réseau ADN bâti sur une infrastructure réseau de type SDN (Software Defined Network) en explicitant ses composants fonctionnels et en spécifiant les interfaces entre composants. Nous avons développé les algorithmes de ses principaux composants, notamment deux algorithmes d’allocation de ressources réseau qui calculent les chemins de données et les ressources réseau à y réserver pour satisfaire les exigences de bande passante et de délai des services ADN, tout en optimisant l’utilisation de ressources. Nous avons mis au point deux heuristiques de migration des services ADN afin de répartir aux mieux la charge du réseau et d’augmenter l’admissibilité des requêtes des services ADN à venir. Nous avons développé un prototype démonstrateur de réseau ADN qui fournit un ensemble de services ADN à des applications dynamiques basées sur le middleware temps réel DDS (Data Distribution Service). / Modern applications are typically composed of lots of software components that tend to implement self-contained specialized functions. These components are often supplied by many software editors and provisioned and accessed via the cloud. As a consequence, the data flows that are exchanged between applications’ components and their QoS requirements vary over time. Moreover, in many situations, it is quite difficult to pre-identify this set of data flows and/or express precisely the associated QoS. Hence, providing a network service that meets application requirements and dynamically evolves with their needs without uselessly wasting network resources poses several challenges to the underlying communication network. Notably, the necessity of a high level of flexibility, far beyond the capabilities of today’s communication networks. The aim of this PhD is to develop the Application Driven Networking (ADN) concept, which is able to provide tailored and dynamic network services to applications. Tailored means that the ADN service captures a fine-grained description of application needs, which can consider elementary flows. These needs can be expressed, either, explicitly by the application or inferred by the network by traffic analysis. The dynamic facet means that the ADN service is reprogrammed and adjusted to fit to evolving application needs. The main contributions of this thesis are the following. First, a general architecture of the ADN network built on top of a Software Defined Network (SDN) infrastructure is proposed. Algorithms related to the ADN functional components are also proposed, in particular two network resource allocation algorithms that calculate the optimal (in terms of network resource utilization) data paths and the required network resources that meet application requirements. Two ADN service migration heuristics are also proposed to efficiently distribute the network load and increase the acceptance of forthcoming network service requests. An ADN network prototype is developed as proof of concept. It provides ADN services to dynamic applications with QoS requirements built on top of the DDS (Data Distribution Service) middleware.

La tendance à la numérisation de nombreux secteurs industriels tels que l’automobile, l’agriculture, les transports, la gestion urbaine, etc. révèle la nécessité de nouveaux usages des services de communication point-à-multipoint, tels que la fourniture massive de mises à jour logicielles et livraison fiable de messages d’alerte à la population, etc. D’un autre côté, la mise en logiciel des réseaux de nouvelle génération, avec notamment l’adoption croissante des réseaux définis par logiciel (SDN), apporte au réseau la flexibilité et les capacités de programmation permettant de prendre en charge des services de distribution point-à-multipoint de manière rentable. Cette thèse contribue au problème général de la fourniture de services de communication point-à-multipoint avec des exigences de qualité de service (QoS) dans un réseau SDN multi-domaines. Il considère également que certains des domaines sont des réseaux multi-sauts sans-fil. Tout d’abord, une technique d’agrégation de topologie de domaine basée sur une arborescence de Steiner, combinée à un algorithme heuristique d’allocation de ressources, sont proposés pour prendre en charge des services point-à-multipoint couvrant plusieurs domaines. Ensuite, un service de découverte de topologie générique est proposé pour les réseaux multi-sauts sans-fil basés sur le SDN afin de permettre au contrôleur SDN de créer et de gérer une vue complète du réseau avec divers attributs de nœud et de liaison sans-fil. Le contrôleur peut alors exposer des vues personnalisées aux applications de contrôle du réseau, telles que, par exemple, l’application en charge de la fourniture de services point-à-multipoint sur un réseau multi-sauts sans-fil basé sur le paradigme SDN. Un algorithme basé sur la programmation linéaire en nombres entiers et un algorithme génétique sont également proposés pour l’allocation de liens virtuels point-à-multipoint sur un réseau sans-fil multi-radio, multi-canaux et multi-sauts basé sur SDN. Enfin, pour traiter le cas des services dynamiques point-à-multipoint, nous proposons un schéma de réallocation de ressources qui répond aux exigences changeantes tout en réduisant les interuptions de service. / The movement towards the digitalization of many industry sectors such as automotive, agriculture, transportation, city management, etc. is revealing the need for novel usages of point-to-multipoint network delivery services, such as massive delivery of software updates to objects, secure and reliable delivery of alert messages to population, etc. On another side, the softwarization of next generation networks, with amongst, the increasing adoption of Software Defined Networks (SDN) is bringing to the network the flexibility and programming capabilities that enable the support of point-to-multipoint delivery services in an efficient and cost-effective way. This PhD work contributes to the general problem of providing point-tomultipoint delivery services with Quality of Service (QoS) requirements in a multidomain SDN network. It also considers that some of the domains are wireless multi hop networks. First, a Steiner tree based network domain topology aggregation combined with a resource allocation heuristic algorithm is proposed to support point-to-multipoint delivery services that span multiple domains. Then, a generic topology discovery service is proposed for SDN based wireless multi-hop networks to let the SDN controller build and maintain a comprehensive view of the network with various node and wireless link attributes. From there, customized views can be exposed by the controller to network control applications, as, for instance, the application in charge of provisioning point-to-multipoint services on a SDN based wireless multi-hop network. An Integer linear programming based algorithm and a genetic algorithm are also proposed for the embedding of point-to-multipoint services on a SDN based multi-radio, multi-channel and multi-hop wireless network. Last, to address the case of dynamic point-to-multipoint services, we propose a resource reallocation scheme that meets the changing requirements while reducing service disruption.