Cette thèse aborde le problème de la surcharge des réseaux des données des opérateurs mobiles. La croissance des abonnements au haut débit mobile engendre aujourd'hui de nombreux goulots d'étranglement dans ces réseaux. Plus particulièrement, la disponibilité de la bande passante sur les stations de bases est de plus en plus réduite. Pour faire face à cette problématique, les opérateurs mobiles essaient de décharger le trafic des données de leurs infrastructures en déployant des réseaux de substitution à petites cellules, tels que les femtocells ou réseaux WiFi publics. Ces réseaux restent néanmoins très localisés et ne résolvent donc que très partiellement le problème. Ainsi, plus récemment, nous voyons l'émergence des réseaux opportunistes qui visent à transmettent les données en ne se basant que sur les dispositifs mobiles, c-à-d, de dispositif à dispositif. Cette thèse vise à évaluer la faisabilité de décharger le trafic de données mobile à l'aide des hotspots WiFi en étendant leur champs de couverture par l'utilisation des réseaux opportunistes. Pour ce faire, cette thèse propose un cadre pour le déchargement (offloading) de données de façon opportuniste et un mécanisme d'incitation pour encourager la coopération des utilisateurs des dispositifs mobiles. Dans une première partie de cette thèse, nous avons tracé la couverture 3G et WiFi à travers plusieurs lignes de bus à Paris afin d'évaluer la façon dont les utilisateurs et les opérateurs mobiles peuvent bénéficier des réseaux WiFi existants pour le déchargement des données. Nos résultats indiquent que les points d'accès WiFi déployés par les fournisseurs de service Internet peuvent décharger une partie non négligeable du trafic de données, cependant des restrictions telles que le temps de l'association et le processus d'authentification peuvent diminuer la quantité de données transmises. Dans une tentative d'offrir une nouvelle approche pour le déchargement mobile, nous proposons dans un second temps un cadre décisionnel multi-critères, appelé OppLite, pour décharger les données des réseaux de mobiles 3G grâce à des communications dispositif à dispositif opportunistes. Nous avons montré par des simulations qu'un tel déchargement mobile opportuniste peut étendre la couverture et l'efficacité des réseaux cellulaires, permettant un déchargement pouvant aller jusqu'à 36% des données dans certains scénarios. L'efficacité du déchargement mobile par les réseaux opportunistes dépend principalement de la tolérance au délai par l'application et de la coopération des utilisateurs mobiles. Le déchargement opportuniste dépend de la volonté de l'utilisateur d'offrir ses ressources aux autres. Nous avons donc proposé, dans un troisième temps, un mécanisme d'incitation, appelé MINEIRO, qui calcul un rang de réputation basée sur la source des messages reçus par les nœuds intermédiaires. MINEIRO permet à des réseaux composés d'un pourcentage important, allant jusqu'à 60%, de nœuds avec un comportement égoïste sans dégradation des performances dans un scénario de mobilité aléatoire. Au delà de ce pourcentage, MINEIRO permet maintenir un taux de livraison et des délais de livraison constants / This thesis addresses the overload problem of the Wireless Internet service Providers' (WISP) network. The growth of mobile broadband subscription has been leading several bottlenecks to WISPs, such as, bandwidth availability and resource sharing of over a single cellular cell. WISPs can move off data traffic from its infrastructure by deploying small cells, such as femtocells, to public WiFi networks or, more recently, to device-to-device opportunistic networks. This work evaluates the feasibility to offload mobile data traffic using WiFi hotspots, proposes a framework to opportunistic data offloading and an incentive mechanism to encourage users cooperation. We mapped 3G and WiFi coverage through several bus routes in Paris in order to evaluate how users and WISPs can benefit from the existing infrastructure. Our results indicate that the deployed WISPs access points can offload part of the data traffic, however restrictions such as association time and the authentication process may reduce the amount of offloaded data. We propose a multi-criteria decision-making framework, called OppLite, to offload data from 3G networks using opportunistic device-to-device communications. Trace-driven simulations showed that opportunistic mobile offloading can expand coverage and network efficiency, offloading up to 36% of data in certain scenarios. Thus, the effectiveness of opportunistic mobile offloading depends mainly of the delay tolerance of the applications and whether the user cooperates. Since opportunistic offloading depends on the user's willingness to offer his/her resources to others, we propose a message-based incentive mechanism that builds a reputation rank based on the source of messages received by the forwarding nodes, called MINEIRO. The network supports up to 60% of nodes with selfish behavior without performance degradation in a random mobility scenario. After this threshold, MINEIRO kept the delivery rate and the delay constant. Meanwhile, in a scenario with social-based mobility, selfish behavior degrades the network performance quickly

Cette thèse s’inscrit dans le domaine de l’informatique ambiante et del’Internet des objets, et considère des réseaux qui peuvent se formerspontanément et qui sont composés d’équipements fixes ou mobiles. Ceséquipements peuvent communiquer à travers une infrastructure, ou de gré-à-gré en mode ad hoc. Des ruptures de connectivité peuvent apparaître dans le réseau d’unemanière fréquente et imprévisible. Ces ruptures de connectivité peuvents’avérer problématiques dès lors que ces équipements souhaitent accéder àdes ressources offertes par d’autres équipements.L’informatique opportuniste étend le principe des communicationsopportunistes en proposant d’exposer les ressources à travers des serviceset d’accéder à ces services par des techniques et des protocoles decommunication opportunistes qui mettent en œuvre le principe du “store,carry and forward”.Dans cette thèse, nous nous intéressons à la composition de services afin depouvoir combiner les services élémentaires offerts par les équipementsprésents dans le réseau et ainsi proposer aux utilisateurs des services deplus haut niveau et plus riches. La composition de services représente unetâche complexe dans l’informatique opportuniste du fait des ruptures deconnexion.Dans cette thèse, nous proposons une solution pour composer les servicesen utilisant deux stratégies, à savoir la chorégraphie et l’orchestration. Cettesolution repose en outre sur une fonction d’utilité qui permet de sélectionnerles fournisseurs de services. Nous proposons également une versionaméliorée exploitant un cache distribué de données et un mécanismeproactif de composition de services exploitant les profils d’intérêt desutilisateurs. / This thesis is related to the domain of Ubiquitous computing and Internet ofThings (IoT), and focuses on networks that can be formed spontaneously bymobile or fixed devices. These devices can be connected using aninfrastructure, or in a peer-to-peer mode using ad hoc communications.Connection disruptions may occur in the network frequently andunpredictably. These connection disruptions can be problematic when a givendevice tries to access remote resources provided by other devices, or when ittries to offer its own resources to these ones.Opportunistic computing extends the paradigm of opportunistic networkingby abstracting local resources as services accessible remotely using theprotocols of opportunistic networking that implement the "store, carry andforward" principle.In this thesis, we focus on service composition in order to combineelementary services and offer new, rich and high level composite services tousers. Service composition can be a very difficult task to perform inopportunistic networks due to connection disruptions. In this thesis, we propose a solution to compose services using twostrategies: orchestration and choreography. This solution also relies on autility function that selects service providers. We also propose an optimizedversion of our solution that exploits a distributed cache of data and aproactive service composition mechanism based on the user interest profile.

Le trafic mobile global atteindra 24,3 exa-octets en 2019. Accueillir cette croissance dans les réseaux d’accès radio devient un véritable casse-tête. Nous porterons donc toute notre attention sur l'une des solutions à ce problème : le délestage (offloading) grâce à des communications de dispositif à dispositif (D2D). Notre première contribution est DROiD, une stratégie qui exploite la disponibilité de l'infrastructure cellulaire comme un canal de retour afin de suivre l'évolution de la diffusion d’un contenu. DROiD s’adapte au rythme de la diffusion, permettant d'économiser une quantité élevée de données cellulaires, même dans le cas de contraintes de réception très serrées. Ensuite, nous mettons l'accent sur les gains que les communications D2D pourraient apporter si elles étaient couplées avec les transmissions multicast. Par l’utilisation équilibrée d'un mix de multicast, et de communications D2D, nous pouvons améliorer, à la fois, l'efficacité spectrale ainsi que la charge du réseau. Afin de permettre l’adaptation aux conditions réelles, nous élaborons une stratégie d'apprentissage basée sur l'algorithme dit ‘’bandit manchot’’ pour identifier la meilleure combinaison de communications multicast et D2D. Enfin, nous mettrons en avant des modèles de coûts pour les opérateurs, désireux de récompenser les utilisateurs qui coopèrent dans le délestage D2D. Nous proposons, pour cela, de séparer la notion de seeders (utilisateurs qui transportent contenu, mais ne le distribuent pas) et de forwarders (utilisateurs qui sont chargés de distribuer le contenu). Avec l'aide d’un outil analytique basée sur le principe maximal de Pontryagin, nous développons une stratégie optimale de délestage. / Mobile data traffic is expected to reach 24.3 exabytes by 2019. Accommodating this growth in a traditional way would require major investments in the radio access network. In this thesis, we turn our attention to an unconventional solution: mobile data offloading through device-to-device (D2D) communications. Our first contribution is DROiD, an offloading strategy that exploits the availability of the cellular infrastructure as a feedback channel. DROiD adapts the injection strategy to the pace of the dissemination, resulting at the same time reactive and relatively simple, allowing to save a relevant amount of data traffic even in the case of tight delivery delay constraints.Then, we shift the focus to the gains that D2D communications could bring if coupled with multicast wireless networks. We demonstrate that by employing a wise balance of multicast and D2D communications we can improve both the spectral efficiency and the load in cellular networks. In order to let the network adapt to current conditions, we devise a learning strategy based on the multi-armed bandit algorithm to identify the best mix of multicast and D2D communications. Finally, we investigate the cost models for operators wanting to reward users who cooperate in D2D offloading. We propose separating the notion of seeders (users that carry content but do not distribute it) and forwarders (users that are tasked to distribute content). With the aid of the analytic framework based on Pontryagin's Maximum Principle, we develop an optimal offloading strategy. Results provide us with an insight on the interactions between seeders, forwarders, and the evolution of data dissemination.

Les réseaux mobiles ad hoc (MANETs) se forment spontanément à partir de terminaux mobiles qui communiquent en utilisant des interfaces sans fil à faible portée (e.g. Wi-Fi, Bluetooth). Dans la plupart des réseaux ad hoc déployés dans des conditions réelles, ces terminaux mobiles peuvent être volatiles et distribués de manière clairsemée, et former par conséquent des îlots de connectivité qui évoluent continuellement. Dans cette thèse, je considère spécifiquement ce type de réseaux, qui sont appelés MANETs discontinus. Les communications dans les MANETs discontinus présentent un défi, parce que les protocoles de routage conçus pour les MANETs connexes ne fonctionnent pas dans de tels réseaux. L'approche storecarry- and-forward est proposée depuis quelques années pour palier les discontinuités du réseau. Elle permet à un nœud de stocker temporairement un message, afin de le transmettre plus tard quand les conditions deviennent favorables. La mobilité des nœuds devient alors un avantage, en facilitant la propagation des messages d'un îlot vers un autre. L'approche orientée services semble appropriée pour mettre en œuvre des applications dans les MANETs discontinus à cause de la nature découplée des entités qu'elle met en jeu. En effet, le découplage entre un client et un fournisseur de service est essentiel dans un environnement où la disponibilité des fournisseurs est fluctuante, et où les communications de bout en bout ne sont pas garanties. Malgré ce découplage, dans les systèmes orientés services existants les fournisseurs sont souvent supposés stables et toujours accessibles. Bien que l'approche orientée services semble appropriée dans les MANETs discontinus, la mise en œuvre de services distribués nécessite des communications dans l'ensemble du réseau, malgré la fragmentation de celui-ci. En outre, la mise en œuvre doit prendre en compte l'accessibilité non prévisible des fournisseurs, ainsi que les délais potentiels de la communication. Cette thèse propose une plate-forme de services pour les terminaux mobiles, qui supporte l'exécution d'applications orientées services dans les MANETs discontinus. La plate-forme consiste en un intergiciel structuré en deux couches : une couche de communication et une couche de services. La couche de communication permet le découplage entre deux entités en termes d'interactions dans le temps, de comportement synchrone, et de connaissance mutuelle. Pour cette couche de communication (DoDWAN), un protocole opportuniste et basé contenu est utilisé. La couche de services (DiSWAN) permet le découplage entre les fournisseurs de services et les clients en termes d'interopérabilité et de contrat de service. Pour cette couche, des solutions de découverte et d'invocation de services sont proposées. Les éléments du protocole de découverte sont la description et la publication du coté fournisseur, et la collecte et la sélection du coté client. La description inclut des propriétés fonctionnelles et nonfonctionnelles du service, ainsi que des propriétés contextuelles. La découverte est basée sur le modèle pair à pair, où un client ne collecte que les services intéressants. Les invocations sont basées contenu pour bénéficier de la réplication de services, dans le cas où plusieurs fournisseurs peuvent fournir le même service métier. Le client crée sa requête en connaissant un fournisseur déjà découvert, mais il publie cette requête afin qu'elle soit reçue par tous les fournisseurs compatibles. L'exploitation de la multiplicité des fournisseurs pouvant engendrer des communications superflus, plusieurs mécanismes de "guérison" du réseau ont été mis en place pour éliminer les requêtes et réponses d'invocation redondantes. Des simulations dans un MANET discontinu ont été effectuées. Les simulations montrent que la performance de la découverte étant directement liée à celle du protocole de communication et que l'utilisation des invocations basées contenu permet de meilleurs temps de réponses et une meilleure satisfaction du client. Les simulations montrent aussi que les mécanismes de "guérison" du réseau sont efficaces.

La vision de l'informatique ubiquitaire permettant de construire des espaces intelligents interactifs dans l'environnement physique passe, peu à peu, du domaine de la recherche à la réalité. La capacité de calcul ne se limite plus à l'ordinateur personnel mais s'intègre dans de multiples appareils du quotidien, et ces appareils deviennent, grâce à plusieurs interfaces, capables de communiquer directement les uns avec les autres ou bien de se connecter à Internet.Dans cette thèse, nous nous sommes intéressés à un type d'environnement cible de l'informatique ubiquitaire qui forme ce que nous appelons un réseau hybride à connexions intermittentes (ICHN). Un ICHN est un réseau composé de deux parties : une partie fixe et une partie mobile. La partie fixe est constituée de plusieurs infostations fixes (potentiellement reliées entre elles avec une infrastructure fixe, typiquement l'Internet). La partie mobile, quant à elle, est constituée de smartphones portés par des personnes nomades. Tandis que la partie fixe est principalement stable, la partie mobile pose un certain nombre de défis propres aux réseaux opportunistes. En effet, l'utilisation de moyens de communication à courte portée couplée à des déplacements de personnes non contraints et à des interférences radio induit des déconnexions fréquentes. Le concept du "store, carry and forward" est alors habituellement appliqué pour permettre la communication sur l'ensemble du réseau. Avec cette approche, un message peut être stocké temporairement sur un appareil avant d'être transféré plus tard quand les circonstances sont plus favorables. Ainsi, n'importe quel appareil devient un relai de transmission opportuniste qui permet de faciliter la propagation d'un message dans le réseau. Dans ce contexte, la fourniture de services est particulièrement problématique, et exige de revisiter les composants principaux du processus de fourniture, tels que la découverte et l'invocation de service, en présence de ruptures de connectivité et en l'absence de chemins de bout en bout. Cette thèse aborde les problèmes de fourniture de service sur l'ensemble d'un ICHN et propose des solutions pour la découverte de services, l'invocation et la continuité d'accès. En ce qui concerne le défi de la découverte de services, nous proposons TAO-DIS, un protocole qui met en œuvre un mécanisme automatique et rapide de découverte de services. TAO-DIS tient compte de la nature hybride d'un ICHN et du fait que la majorité des services sont fournis par des infostations. Il permet aux utilisateurs mobiles de découvrir tous les services dans l'environnement afin d'identifier et de choisir les plus intéressants. Pour permettre aux utilisateurs d'interagir avec les services découverts, nous introduisons TAO-INV. TAO-INV est un protocole d'invocation de service spécialement conçu pour les ICHN. Il se fonde sur un ensemble d'heuristiques et de mécanismes qui assurent un acheminement efficace des messages (des requêtes et des réponses de services) entre les infostations fixes et les clients mobiles tout en conservant un surcoût et des temps de réponses réduits. Puisque certaines infostations dans le réseau peuvent être reliées entre elles, nous proposons un mécanisme de continuité d'accès (handover) qui modifie le processus d'invocation pour réduire les délais de délivrance. Dans sa définition, il est tenu compte de la nature opportuniste de la partie mobile de l'ICHN. Nous avons mené diverses expérimentations pour évaluer nos solutions et les comparer à d'autres protocoles conçus pour des réseaux ad hoc et des réseaux opportunistes. Les résultats obtenus tendent à montrer que nos solutions surpassent ces autres protocoles, notamment grâce aux optimisations que nous avons développées pour les ICHN. À notre avis, construire des protocoles spécialisés qui tirent parti des techniques spécifiquement conçues pour les ICHN est une approche à poursuivre en complément des recherches sur des protocoles de communication polyvalents / The vision of pervasive computing of building interactive smart spaces in the physical environment is gradually heading from the research domain to reality. Computing capacity is moving beyond personal computers to many day-to-day devices, and these devices become, thanks to multiple interfaces, capable of communicating directly with one another or of connecting to the Internet.In this thesis, we are interested in a kind of pervasive computing environment that forms what we call an Intermittently Connected Hybrid Network (ICHN). An ICHN is a network composed of two parts: a fixed and a mobile part. The fixed part is formed of some fixed infostations (potentially connected together with some fixed infrastructure, typically the Internet). The mobile part, on the other hand, is formed of smartphones carried by nomadic people. While the fixed part is mainly stable, the mobile part is considered challenging and form what is called an Opportunistic Network. Indeed, relying on short-range communication means coupled with the free movements of people and radio interferences lead to frequent disconnections. To perform a network-wide communication, the "store, carry and forward" approach is usually applied. With this approach, a message can be stored temporarily on a device, in order to be forwarded later when circumstances permit. Any device can opportunistically be used as an intermediate relay to facilitate the propagation of a message from one part of the network to another. In this context, the provisioning of pervasive services is particularly challenging, and requires revisiting important components of the provisioning process, such as performing pervasive service discovery and invocation with the presence of connectivity disruptions and absence of both end-to-end paths and access continuity due to user mobility. This thesis addresses the problems of providing network-wide service provisioning in ICHNs and proposes solutions for pervasive service discovery, invocation and access continuity. Concerning service discovery challenge, we propose TAO-DIS, a service discovery protocol that performs an automatic and fast service discovery mechanism. TAO-DIS takes into account the hybrid nature of an ICHN and that the majority of services are provided by infostations. It permits mobile users to discover all the services in the surrounding environment in order to identify and choose the most convenient ones. To allow users to interact with the discovered services, we introduce TAO-INV. TAO-INV is a service invocation protocol specifically designed for ICHNs. It relies on a set of heuristics and mechanisms that ensures performing efficient routing of messages (both service requests and responses) between fixed infostations and mobile clients while preserving both low values of overhead and round trip delays. Since some infostations in the network might be connected, we propose a soft handover mechanism that modifies the invocation process in order to reduce service delivery delays. This handover mechanism takes into consideration the opportunistic nature of the mobile part of the ICHN. We have performed various experiments to evaluate our solutions and compare them with other protocols designed for ad hoc and opportunistic networks. The obtained results tend to prove that our solutions outperform these protocols, namely thanks to the optimizations we have developed for ICHNs. In our opinion, building specialized protocols that benefit from techniques specifically designed for ICHNs is an approach that should be pursued, in complement with research works on general-purpose communication protocols

Les réseaux opportunistes (DTN) permettent d'utiliser de nouveaux vecteurs de transmissions. Avant de pouvoir profiter de toutes les capacités des DTN, nous devons nous pencher sur la compréhension de ce nouveau paradigme. De nombreuses propriétés des réseaux DTN sont maintenant reconnues, cependant les relations entre un noeud du réseau et son voisinage proche ne semblent pas encore avoir été passée au crible. Souvent, la présence de noeuds voisins proches mais pas directement lié par le contact est ignorée. Dans cette thèse, nous montrons à quel point considérer les noeuds à proximité nous aide à améliorer les performances DTNs.En identifiant le paradoxe binaire dans les DTN, nous montrons que les caractérisations actuelles ne sont pas suffisantes pour bénéficier de toutes les possibilités de transmission dans les DTN. Nous proposons une définition formelle du voisinage pour les DTNs avec le ``k-vicinity''. Nous étudions les caractérisations temporelles du k-vicinity avec différentes données. Ensuite, nous nous concentrons sur l'étude de l'organisation interne du k-vicinity. Nous avons crée le Vicinity Motion qui permet d'obtenir un modèle markovien à partir de n'importe quelle trace de contact. Nous en extrayions trois mouvements principaux: la naissance, la mort et les mouvements séquentiels. Grâce aux valeurs du Vicinity Motion, nous avons pu créer un générateur synthétique de mouvements de proximité nommé TiGeR. Enfin, nous posons la question de la prévisibilité des distances entre deux noeuds du k-vicinity. En utilisant le savoir emmagasiné dans le Vicinity Motion, nous mettons au point une heuristique permettant de prédire les futures distances entre deux noeuds. / The networking paradigm uses new information vectors consisting of human carried devices is known as disruption-tolerant networks (DTN) or opportunistic networks. We identify the binary assertion issue in DTN. We notice how most DTNs mainly analyze nodes that are in contact. So all nodes that are not in contact are in intercontact. Nevertheless, when two nodes are not in contact, this does not mean that they are topologically far away from one another. We propose a formal definition of vicinities in DTNs and study the new resulting contact/intercontact temporal characterization. Then, we examine the internal organization of vicinities using the Vicinity Motion framework. We highlight movement types such as birth, death, and sequential moves. We analyze a number of their characteristics and extract vicinity usage directions for mobile networks. Based on the vicinity motion outputs and extracted directions, we build the TiGeR that simulates how pairs of nodes interact within their vicinities. Finally, we inquire about the possibilities of vicinity movement prediction in opportunistic networks. We expose a Vicinity Motion-based heuristic for pairwise shortest distance forecasting. We use two Vicinity Motion variants called AVM and SVM to collect vicinity information. We find that both heuristics perform quite well with performances up to 99% for SVM and around 40% for AVM.

Les réseaux cibles des applications distribuées ont connu une évolution significative ces dernières années, faisant apparaître un dynamisme croissant. Une première caractéristique des réseaux dynamiques est la volatilité, qui implique que certaines machines du réseau peuvent être amenées à ne plus participer à l'application, de façon temporaire ou définitive. Une autre caractéristique est apparue avec l'avènement de l'informatique mobile : dans un contexte où les machines sont mobiles et communiquent par radio, la portée limitée des transmissions induit de fréquents changements de topologie du réseau. Nos travaux concernent deux catégories de réseaux dynamiques. Dans un premier temps, nous nous sommes intéressés aux applications relevant du Grid Computing et plus particulièrement aux applications parallèles ciblant des grappes non dédiées, c'est-à-dire à des ensembles de stations de travail hétérogènes banalisées reliées par des réseaux d'interconnexion eux aussi banalisés, offrant donc des performances variables. Dans un deuxième temps, nous avons considéré des réseaux cibles de l'informatique ambiante. Nous avons en particulier étudié les réseaux mobiles ad hoc discontinus, c'est-à-dire des réseaux formés spontanément à partir de machines mobiles communiquant par radio directement entre elles, sans passer par une infrastructure fixe, et dont la topologie est telle qu'ils ne se présentent pas sous la forme d'une seule composante connexe mais plutôt d'un ensemble d'îlots de communication distincts. Pour faciliter le développement et l'exploitation des applications distribuées sur réseaux dynamiques, il apparaît utile de s'appuyer sur des paradigmes de programmation de haut niveau tel que ceux mis en avant dans l'approche orientée composants et l'approche orientée services. Ces approches permettent notamment un découplage entre les entités de l'application, facilitant la gestion de la complexité du développement et du déploiement des applications dans un environnement dynamique. La plupart des technologies de composants et de services ont été conçues pour des réseaux stables et ne conviennent généralement pas aux applications sur réseaux dynamiques. Les travaux que nous avons menés ont eu pour objectif de faciliter l'exploitation des composants et services dans un contexte dynamique. Nous nous sommes surtout focalisés sur le support à l'exécution des applications bâties à partir de composants et services, ce support prenant la forme d'un intergiciel, c'est-à-dire d'un ensemble de services logiciels construits au-dessus des systèmes d'exploitation et des protocoles de communication, et invoqués par les composants de l'application. Nos contributions sont présentées à travers trois projets principaux : le projet Concerto, portant sur la définition d'un modèle de composants parallèles associé à un intergiciel pour des applications devant être déployées sur des grappes de stations de travail banalisées ; le projet Cubik, étendant le modèle de composants Fractal et proposant un support pour le déploiement et l'exécution de composants ubiquitaires pour réseaux dynamiques ; et le projet Sarah, s'attachant à la construction d'une plate-forme à services bâtie au dessus d'un protocole de communication adapté aux réseaux mobiles ad hoc discontinus.

Les communications par satellites sont l’aboutissement de recherches menées dans les domaines de télécommunications et des technologies spatiales depuis plus de 50 ans. Les premiers satellites souffraient d’un coût exorbitant pour des performances très limitées. Les avancées technologiques apparues dans ces domaines ont permis de rendre ce rapport satisfaisant et commercialement viable ce qui a permis de multiplier leurs lancements et ainsi de mettre en place de véritables réseaux de satellites. À ce jour, il existe de nombreuses constellations de satellites géostationnaires et d’orbites basses utilisées à des fins civiles ou militaires. De manière générale, le routage au sein de ces constellations s’effectue suivant un pré-calcul des routes existantes qui est alors utilisé sur une période donnée et rafraîchi si besoin. Ce type de routage n’étant optimal que sur des topologies déterministes, nous sommes donc amenés à considérer d’autres solutions si l’on relaxe cette hypothèse. L’objectif de cette thèse est d’explorer les alternatives possibles au routage pré-calculé. En tant que piste potentielle, nous proposons de vérifier l’adéquation des protocoles de routage à réplication issus du monde des réseaux tolérants au délai, DTN, aux constellations de satellites. Afin de nous offrir un cadre d’étude pertinent à la vue de cet objectif, nous nous focalisons sur une constellation particulière à caractère quasi-déterministe n’offrant pas une connectivité directe entre tous les nœuds du système. Dans une deuxième partie nous nous intéressons à la modélisation du protocole de routage Binary Spray and Wait. Nous développons un modèle capable de déterminer théoriquement la distribution du délai d’acheminement pour tout type de réseau, homogène et hétérogène. / Satellite communication is the achievement of more than 50 years of research in the fields of telecommunications and space technologies.First satellites had exorbitant costs for very limited performances. Technological advances occurred in these areas have helped them to become commercially feasible and satisfying. This enable the increase of satellite launches and thus, building complete satellite networks.Today, there are many GEO or LEO satellite constellations used for civilian or military applications. In general, routing in these constellations is done by pre-computing existing routes. These routes are then used for a given period and refreshed if needed. This type of routing is optimal only on deterministic topologies as a consequence we need to consider other solutions if we relax this assumption. The objective of this thesis is to explore alternatives to pre-computed routing. As a potential solution, we propose to assess the suitability of replication based routing protocols issued from the world of delay tolerant networks, DTN. To provide a relevant framework to study this topic, we focus on a particular constellation that present a quasi-deterministic nature and do not provide direct connectivity between all nodes of the system. In a second part, we focus on the modeling of the Binary Spray and Wait, routing protocol. We develop a model that can theoretically determine the distribution of end-to-end delay for any type of network, homogeneous and heterogeneous. Finally, we present a possible use of this model to conduct more in-depth theoretical analysis.

La pénétration du marché des appareils mobiles a connu une croissance impressionnante ces dernières années. Smartphones, tablettes et ordinateurs portables sont devenus soit producteurs soit consommateurs de contenus générés par les utilisateurs. Les communications opportunistes permettent une couverture étendue dans les endroits où il n'existe aucune infrastructure réseau disponible et des stratégies de délestage de données pour aider les opérateurs à soulager la charge de leurs infrastructures. Dans cette thèse, nous considérons le cas de la diffusion opportuniste de plusieurs grands contenus d'un point de vue expérimental. Dans la première partie nous commençons par implémenter EPICS, un protocole réseau conçu pour l'échange opportuniste de grands contenus, dans des terminaux Android. Après sa évaluation nous proposons DAD, un nouveau protocole, qui envoie une rafale de paquets de données de façon adaptative. Nous comparons les deux protocoles expérimentalement et, à l'aide des traces de contacts, soit réelles, soit synthétiques, nous obtenons des gains importants avec cette nouvelle approche. La deuxième partie est dédiée au passage à l'échelle des systèmes de surveillance passive. Nous proposons deux approches. La première est basée sur la similarité des traces et des algorithmes de détection de communautés. La deuxième est basée sur des mesures collaboratives. / The market penetration of mobile devices has experienced an impressive growth. Smartphones, tablets, and laptops have become both producers and consumers of user-generated contents. They also motivate novel communication paradigms such as the possibility to establish, in an opportunistic fashion, direct device-to-device links whenever two mobile nodes enter within the wireless range of each other. In this thesis, we consider the case of opportunistic dissemination of multiple large contents from an experimental point of view. This implies revisiting, among others, the common assumption that contacts have enough capacity to transfer any amount of data.In the first part of this thesis, we start from an Android implementation of EPICS, a network protocol designed for exchanging large contents in opportunistic networks, on off-the-shelf devices. After an deep analysis of application-level logs and captured wireless traces we found out limitations and uncovered improving possibilities. We then propose DAD, a new content dissemination protocol that adaptively sends bursts of data instead of the per-fragment transmission strategy of EPICS.The second part of this thesis deals with the scalability of legacy WLAN monitoring systems. We propose two original approaches. With the first one, based on trace similarity and community detection algorithms, we are able to identify how many monitor we need in a target area and where to place them. The second approach in based on collaborative measurements. In this case we face the risk of biased measures due attacks of malicious users generating adulterated traces. We then propose a method to detect such malicious behaviors.

Cette thèse apporte des contributions à la modélisation, compréhension ainsi qu’à la communication efficace d’information dans les réseaux dynamiques peuplant la périphérie de l’Internet. Par réseaux dynamiques, nous signifions les réseaux pouvant être modélisés par des graphes dynamiques dans lesquels noeuds et liens évoluent temporellement. Dans la première partie de la thèse, nous proposons un nouveau modèle de mobilité - STEPS - qui permet de capturer un large spectre de comportement de mobilité humains. STEPS mets en oeuvre deux principes fondamentaux de la mobilité humaine : l’attachement préférentiel à une zone de prédilection et l’attraction vers une zone de prédilection. Nous proposons une modélisation markovienne de ce modèle de mobilité. Nous montrons que ce simple modèle paramétrique est capable de capturer les caractéristiques statistiques saillantes de la mobilité humaine comme la distribution des temps d’inter-contacts et de contacts. Dans la deuxième partie, en utilisant STEPS, nous analysons les propriétés comportementales et structurelles fondamentales des réseaux opportunistes. Nous redéfinissons dans le contexte des réseaux dynamiques la notion de structure petit monde et montrons comment une telle structure peut émerger. En particulier, nous montrons que les noeuds fortement dynamiques peuvent jouer le rôle de ponts entre les composants déconnectés, aident à réduire significativement la longueur du chemin caractéristique du réseau et contribuent à l’émergence du phénomène petit-monde dans les réseaux dynamiques. Nous proposons une façon de modéliser ce phénomène sous STEPS. À partir d’un réseau dynamique régulier dans lequel les noeuds limitent leur mobilité à leurs zones préférentielles respectives. Nous recablons ce réseau en injectant progressivement des noeuds nomades se déplaçant entre plusieurs zones. Nous montrons que le pourcentage de tels nœuds nomades est de 10%, le réseau possède une structure petit monde avec un fort taux de clusterisation et un faible longueur du chemin caractéristique. La troisième contribution de cette thèse porte sur l’étude de l’impact du désordre et de l’irrégularité des contacts sur la capacité de communication d’un réseau dynamique. Nous analysons le degré de désordre de réseaux opportunistes réels et montrons que si exploité correctement, celui-ci peut améliorer significativement les performances du routage. Nous introduisons ensuite un modèle permettant de capturer le niveau de désordre d’un réseau dynamique. Nous proposons deux algorithmes simples et efficaces qui exploitent la structure temporelle d’un réseau dynamique pour délivrer les messages avec un bon compromis entre l’usage des ressources et les performances. Les résultats de simulations et analytiques montrent que ce type d’algorithme est plus performant que les approches classiques. Nous mettons également en évidence aussi la structure de réseau pour laquelle ce type d’algorithme atteint ses performances optimum. Basé sur ce résultat théorique nous proposons un nouveau protocole de routage efficace pour les réseaux opportunistes centré sur le contenu. Dans ce protocole, les noeuds maintiennent, via leurs contacts opportunistes, une fonction d’utilité qui résume leur proximité spatio-temporelle par rapport aux autres noeuds. En conséquence, router dans un tel contexte se résume à suivre le gradient de plus grande pente conduisant vers le noeud destination. Cette propriété induit un algorithme de routage simple et efficace qui peut être utilisé aussi bien dans un contexte d’adressage IP que de réseau centré sur les contenus. Les résultats de simulation montrent que ce protocole superforme les protocoles de routage classiques déjà définis pour les réseaux opportunistes. La dernière contribution de cette thèse consiste à mettre en évidence une application potentielle des réseaux dynamiques dans le contexte du « mobile cloud computing ». / This thesis contributes to the modeling, understanding and efficient communication in dynamic networks populating the periphery of the Internet. By dynamic networks, we refer to networks that can be modeled by dynamic graphs in which nodes and links change temporally. In the first part of the thesis, we propose a new mobility model - STEPS - which captures a wide spectrum of human mobility behavior. STEPS implements two fundamental principles of human mobility: preferential attachment and attractor. We show that this simple parametric model is able to capture the salient statistical properties of human mobility such as the distribution of inter-contact/contact time. In the second part, using STEPS, we analyze the fundamental behavioral and structural properties of opportunistic networks. We redefine in the context of dynamic networks the concept of small world structure and show how such a structure can emerge. In particular, we show that highly dynamic nodes can play the role of bridges between disconnected components, helping to significantly reduce the length of network path and contribute to the emergence of small-world phenomenon in dynamic networks. We propose a way to model this phenomenon in STEPS. From a regular dynamic network in which nodes limit their mobility to their respective preferential areas. We rewire this network by gradually injecting highly nomadic nodes moving between different areas. We show that when the ratio of such nomadic nodes is around 10%, the network has small world structure with a high degree of clustering and a low characteristic path length. The third contribution of this thesis is the study of the impact of disorder and contact irregularity on the communication capacity of a dynamic network. We analyze the degree of disorder of real opportunistic networks and show that if used correctly, it can significantly improve routing performances. We then introduce a model to capture the degree of disorder in a dynamic network. We propose two simple and efficient algorithms that exploit the temporal structure of a dynamic network to deliver messages with a good tradeoff between resource usage and performance. The simulation and analytical results show that this type of algorithm is more efficient than conventional approaches. We also highlight also the network structure for which this type of algorithm achieves its optimum performance. Based on this theoretical result, we propose a new efficient routing protocol for content centric opportunistic networks. In this protocol, nodes maintain, through their opportunistic contacts, an utility function that summarizes their spatio-temporal proximity to other nodes. As a result, routing in this context consists in following the steepest slopes of the gradient field leading to the destination node. This property leads to a simple and effective algorithm routing that can be used both in the context of IP networks and content centric networks. The simulation results show that this protocol outperforms traditional routing protocols already defined for opportunistic networks. The last contribution of this thesis is to highlight the potential application of dynamic networks in the context of "mobile cloud computing." Using the particle optimization techniques, we show that mobility can significantly increase the processing capacity of dynamic networks. In addition, we show that the dynamic structure of the network has a strong impact on its processing capacity.