Les réseaux de transport optiques constituent aujourd'hui l'infrastructure de base des systèmes de communications modernes. Etant donné les investissements colossaux nécessaires au déploiement de ces réseaux, liés en particulier aux coûts des équipements (fibres optiques, cartes, transpondeurs,...), l'optimisation du routage et de l'allocation de ressources est indispensable pour maitriser les coûts d'exploitation. Dans ce contexte, ces travaux de thèse étudient un ensemble de problèmes d'allocation de ressources qui se posent lors de la planification des réseaux SDH (Synchronous Digital Hierarchy) et WDM (Wavelength Division Multiplexing), mais aussi lors de celle des réseaux multicouches basés sur une couche de transport optique. Dans un premier temps, nous étudions le problème du routage des circuits dans les réseaux SDH avec pour objectif principal de minimiser la fragmentation de la bande passante. Nous formulons ce problème comme un programme linéaire en nombres entiers intégrant un ensemble de contraintes réalistes de routage, de transmission et de brassage et utilisant des coûts de ressources granulaires. Un algorithme exact et deux heuristiques sont proposés pour résoudre ce problème. Nous abordons également le problème du reroutage des circuits SDH qui se pose aux opérateurs lorsqu'il devient indispensable de réduire la fragmentation de la bande passante. Nous montrons sur des instances réelles des problèmes étudiés que les méthodes proposées permettent des gains économiques considérables. Dans un deuxième temps, nous étudions deux problèmes de planification pour l'optimisation des réseaux WDM. Le premier problème est celui du design de la topologie logique, c'est à dire celui de la définition des circuits (chemins) optiques permettant de router un ensemble de demandes en trafic avec un coût de transpondeurs minimal. Le second problème est celui du routage et de l'affectation de longueurs d'onde: comment router les circuits optiques définis précédemment pour minimiser le nombre de longueurs d'onde utilisées tout en respectant un ensemble de contraintes technologiques? Nous formulons ces deux problèmes comme des programmes linéaires en nombres entiers et proposons des heuristiques efficaces, de type approximation successive pour le premier problème et utilisant une approche par décomposition pour le second problème. Là encore, les résultats expérimentaux montrent que les méthodes proposées permettent d'obtenir des approximations de qualité pour des instances de très grandes tailles. Enfin, nous abordons l'allocation de ressources dans les réseaux multicouches de nouvelle génération IP/MPLS sur OTN (Optical Transport Network) sur DWDM (Dense WDM). Dans ce cas, la question à laquelle la majorité des opérateurs cherchent une réponse est celle du routage des demandes en trafic de niveau 3 permettant d'optimiser l'allocation des ressources non seulement dans la couche IP/MPLS mais aussi dans les couches sous-jacentes OTN et DWDM. Pour répondre à cette question, nous proposons un nouveau modèle d'optimisation multicouche qui tient compte d'une hiérarchie de contraintes matérielles et définit un compromis entre les coûts des ressources dans les trois couches de réseau. L'ensemble des algorithmes d'optimisation proposés ont été intégrés dans l'environnement de planification et d'optimisation de réseaux NEST de la société QoS Design, utilisé par de grands opérateurs pour planifier leurs réseaux. / Optical transport networks currently constitute base infrastructures for modern day telecommunications systems. Given the huge investments required for deploying these networks, and in particular concerning equipment costs (fiber optics, cards, transponders, etc.), routing optimization and resource allocation are indispensable issues for mastering the operational expenditures (OPEX). In this context, the work conducted in this thesis handle a set of resource allocation problems which arise while planning not only optical SDH (Synchronous Digital Hierarchy) and WDM (Wavelength Division Multiplexing) networks, but also multilayer ones based on an optical transport layer. First, the circuit routing problem in SDH networks is tackled with the main objective of minimizing the bandwidth fragmentation. This problem is formulated as an Integer Linear Program (ILP) integrating a set of realistic routing, transmission and cross-connect constraints and using granular resource costs. An exact algorithm and two heuristics are proposed to solve this problem. The rerouting problem of SDH circuits, which faces operators when it becomes absolutely necessary to reduce the bandwidth fragmentation in the network, is also addressed. For real instances of the studied problems, it is shown that the proposed methods provide considerable economic gains. Second, two planning problems for WDM network optimization is tackled. The first problem is that of the logical network design, or in other words that concerned with the definition of lightpaths to route a set of traffic demands with a minimum transponder cost. The second problem is related to the routing and the wavelength assignment: how to route the previously defined lightpaths so as to minimize the total number of assigned wavelengths while respecting a set of technological constraints? These two problems are formulated as Integer Linear Programs (ILPs) and are solved using efficient heuristics, based on a successive approximation for the first problem and a decomposition approach for the second one. Here again, experimental results show that the proposed methods allow obtaining good quality approximations for large scale instances. Finally, resource allocation in new generation multilayer networks, that is IP/MPLS over OTN (Optical Transport Network) over DWDM (Dense WDM), is addressed. In this case, the question that most of the operators seek to answer is how to route layer 3 traffic demands while optimizing resource allocation, not only in the IP/MPLS layer, but also in the underlying OTN and DWDM layers. For this purpose, a new multilayer optimization model is proposed. It takes into account a hierarchy of material constraints and defines a tradeoff between the resource costs in the three network layers. The set of proposed optimization algorithms have been integrated into the network planning and optimization environment NEST of QoS Design, which is used by major operators to plan their network.

Les travaux réalisés dans cette thèse traitent de l'optimisation des échanges dans les réseaux véhiculaires sans fil en mode sans infrastructure Ad Hoc (VANETs). Les VANETs sont une partie des systèmes de transports intelligents (STIs).Ces derniers essaient de répondre à la question de comment équiper les véhicules de systèmes de communications sans fil pour éviter les accidents, mieux gérer les embouteillages et avoir des.impacts économiques, énergétiques et environnementaux positifs. Les VANETs utilisent les équipements mis en place dans les véhicules par les STI pour assurer des communications sans fil autonomes (IEEE 802.11p, 3G, LTE, etc) entre les véhicules ou entre les véhicules et les infrastructures fixes. Avec de tels mécanismes de communication, un véhicule peut échanger des informations avec ses voisins proches à un saut ou loin à deux sauts et plus grâce à la technique de relayage des messages de la source à la destination à travers les véhicules intermédiaires. Afin d'assurer un cheminement optimal de ces messages, des protocoles de routage existent. Dans ce travail, nous proposons un nouveau concept de routage de type géocast pour lequel la littérature ne répond pas. Le routage géocast dans la littérature permettant d'acheminer un message d'un véhicule source unique vers tous les véhicules situés dans une zone de destination géographique bien définie, nous avons proposée de scinder cette zone de destination en plusieurs sous-zones géographiques. La solution que nous avons proposé est le protocole GeoSUZ qui permet d'optimiser les échanges dans le contexte de routage géocast multi-zones de destination. / Vehicular ad hoc networks (VANETs) are a part of intelligent transportation systems (ITS). These letter attempt to answer the question of how to equip vehicles with wireless communication means to avoid accidents, better manage congestion and have positive impact on economics, energy and environment. Indeed, with wireless communication mechanisms such as IEEE 802.11p, a vehicle may exchange information with its near neighbors at one hop or at two furthur hops trhough relaying messages technique across intermediate vehicles. Some of these messages may cover vehicles wich are in a defined geographical area and spread throughout the network will consume bandwidth and penalize other vehicles. This is the case for information on the road trafic, for example. In the latter case, routing protocols said Geocast are used for the dissemination of these messages. The protocols are used to route a message from a unique source to multiple destination vehicles locked in the same geographic area. In this thesis, we considered the case where we have several geographic areas of interest and have proposed a new Geocast routing mechanism, called GeoSUZ, for conveying a message optimally between a source and multiple destination areas. An optimized broadcasting mechanism within an area is also combined with GeoSUZ algorithm to ensure end-to-end routing with minimal overhead.

Dans cette thèse, nous étudions les décompositions arborescentes qui satisfont certaines contraintes supplémentaires et nous proposons des algorithmes pour les calculer dans certaines classes de graphes. Finalement, nous résolvons des problèmes liés au routage en utilisant ces décompositions ainsi que des propriétés structurelles des graphes. Cette thèse est divisée en deux parties. Dans la première partie, nous étudions les décompositions arborescentes satisfaisant des propriétés spécifiques. Dans le Chapitre 2, nous étudions les décompositions de taille minimum, c’est-À-Dire avec un nombre minimum de sacs. Etant donné une entier k 4 fixé, nous prouvons que le problème de calculer une décomposition arborescente de largeur au plus k et de taille minimum est NP-Complet dans les graphes de largeur arborescente au plus 4. Nous décrivons ensuite des algorithmes qui calculent des décompositions de taille minimum dans certaines classes de graphes de largeur arborescente au plus 3. Ces résultats ont été présentés au workshop international ICGT 2014. Dans le Chapitre 3, nous étudions la cordalité des graphes et nous introduisons la notion de k-Good décomposition arborescente. Nous étudions tout d’abord les jeux de Gendarmes et Voleur dans les graphes sans long cycle induit. Notre résultat principal est un algorithme polynomial qui, étant donné un graphe G, soit trouve un cycle induit de longueur au moins k+1, ou calcule une k-Good décomposition de G. Ces résultats ont été publiés à la conférence internationale ICALP’12 et dans la revue internationale Algorithmica. Dans la seconde partie de la thèse, nous nous concentrons sur des problèmes de routage. / A tree decomposition of a graph is a way to represent it as a tree by preserving some connectivity properties of the initial graph. Tree decompositions have been widely studied for their algorithmic applications, in particular using dynamic programming approach. In this thesis, we study tree decompositions satisfying various constraints and design algorithms to compute them in some graph classes. We then use tree decompositions or specific graph properties to solve several problems related to routing. The thesis is divided into two parts. In the first part, we study tree decompositions satisfying some properties. In Chapter 2, we investigate minimum size tree decompositions, i.e., with minimum number of bags. Given a fixed k 4, we prove it is NP-Hard to compute a minimum size decomposition with width at most k in the class of graphs with treewidth at least 4. We design polynomial time algorithms to compute minimum size tree decompositions in some classes of graphs with treewidth at most 3 (including trees). Part of these results will be presented in ICGT 2014. In Chapter 3, we study the chordality (longest induced cycle) of graphs and introduce the notion of good tree decomposition (where each bag must satisfy some particular structure). Precisely, we study the Cops and Robber games in graphs with no long induced cycles. Our main result is the design of a polynomial-Time algorithm that either returns an induced cycle of length at least k+1 of a graph G or compute a k-Good tree decomposition of G. These results have been published in ICALP 2012 and Algorithmica. In the second part of the thesis, we focus on routing problems.

Les systèmes embarqués sur puce modernes intègrent des milliards de transistors et des composants intégrés hétérogènes pour fournir toutes les fonctionnalités requises par les applications courantes. La solution support de la communication dans ce cadre s'appuie sur la notion de réseau sur puce (NoC pour network on chip). Les principaux objectifs de la conception d'un NoC sont d'obtenir des performances élevées, pour un coût d'implémentation (notamment en surface et en consommation électrique) le plus faible possible. Ainsi, le concepteur de NoC doit tenir compte de l'impact des paramètres du NoC sur le compromis entre les performances du réseau et la taille de silicium requis pour son implémentation. L'utilisation de la technologie submicronique profonde amène des phénomènes de variabilité et de vieillissement qui causes des événements singuliers uniques (SEU pour Single Event Upset). Un SEU provoque le changement d'état d'un bit qui provoque l'échec de la transmission d'une donnée dans un NoC. La mise en œuvre de routage supportant la tolérance aux fautes est donc nécessaire. Dans cette thèse, nous proposons dans un premier temps, une évaluation de l'impact des paramètres de conception des NoC sur ses performances. Le résultat permet de guider le concepteur dans ses choix et le réglage des paramètres du réseau permettant d'éviter la dégradation de ses performances. Deuxièmement, nous avons proposé de nouveaux algorithmes de routage adaptatifs tolérants aux pannes pour un réseaux maillé 2D appelé Gradient et pour un réseaux maillé 3D appelé Diagonal. Ces algorithmes s'adaptent et proposent des séquences de chemins alternatifs pour les paquets lorsque le chemin principal est fautif. Nous avons ainsi évalué le coût d'implémentation de Gradient sur un FPGA actuel. Tous ces travaux ont été validés et caractérisée par simulation et mis en œuvre en FPGA. Les résultats fournissent la comparaison des performances de nos algorithmes avec les algorithmes de l'état de l'art. / Chips will be designed with billions of transistors and heterogeneous components integrated to provide full functionality of a current application for embedded system. These applications also require highly parallel and flexible communicating architecture through a regular interconnection network. The emerging solution that can fulfill this requirement is Network-on-Chips (NoCs). Designing an ideal NoC with high throughput, low latency, minimum using resources, minimum power consumption and small area size are very time consuming. Each application required different levels of QoS such as minimum level throughput delay and jitter. In this thesis, firstly, we proposed an evaluation of the impact of design parameters on performance of NoC. We evaluate the impact of NoC design parameters on the performances of an adaptive NoCs. The objective is to evaluate how big the impact of upgrading the value on performances. The result shows the accuracy of choosing and adjusting the network parameters can avoid performance degradation. It can be considered as the control mechanism in an adaptive NoC to avoid the degradation of QoS NoC. The use of deep sub-micron technology in embedded system and its variability process cause Single Event Upsets (SEU) and ''aging'' the circuit. SEU and aging of circuit is the major problem that cause the failure on transmitting the packet in a NoC. Implementing fault-tolerant routing techniques in NoC switching instead of adding virtual channel is the best solution to avoid the fault in NoC. Communication performance of a NoC is depends heavily on the routing algorithm. An adaptive routing algorithm such as fault-tolerant has been proposed for deadlock avoidance and load balancing. This thesis proposed a novel adaptive fault-tolerant routing algorithm for 2D mesh called Gradient and for 3D mesh called Diagonal. Both algorithms consider sequences of alternative paths for packets when the main path fails. The proposed algorithm tolerates faults in worst condition traffic in NoCs. The number of hops, the number of alternative paths, latency and throughput in faulty network are determined and compared with other 2D mesh routing algorithms. Finally, we implemented Gradient routing algorithm into FPGA. All these work were validated and characterized through simulation and implemented into FPGA. The results provide the comparison performance between proposed method with existing related method using some scenarios.

Les réseaux véhicules (VANET) permettent d’offrir des solutions efficaces et rentables pour diverses applications telles que celles liées à : la sécurité routière, la gestion du trafic routier et les applications multimédia en utilisant les communications sans fil multi-sauts entre les véhicules communicants. Cependant, la mise en place et le maintien de liens multi-sauts fiables dans les environnements VANET posent de réels défis principalement à cause des changements rapides de topologie et des déconnexions fréquentes des liens, ce qui conduit à l'échec et l'inefficacité des protocoles de routage ad hoc traditionnels. Cette thèse propose une nouvelle famille de protocoles de routage (nommés AQRV, AQRV-1 et AQRV-2) adaptés aux caractéristiques intrinsèques des réseaux VANET. Basés sur l’estimation de la qualité de service en temps réel des segments de route (à savoir la probabilité de connectivité, le taux de perte de paquets et le délai), ces trois protocoles de routage reposent sur la sélection dynamique aux intersections du meilleur prochain segment de route pour un routage de bout-en-bout affichant la meilleure QoS (Quality of Service). Cette propriété de sélection opportuniste confère aux protocoles AQRV une bonne adaptation aux scénarios urbains à grande échelle tout en répondant aux contraintes QoS d'un grand nombre d'applications. Afin d'explorer la meilleure route en termes de QoS, la question du routage est vue comme un problème d'optimisation pour lequel un algorithme basé sur l’approche de colonie de fourmis ACO (Ant Colony Optimization) est employé. Par ailleurs, afin de réduire le temps d’exploration des routes et diminuer la charge du trafic de signalisation sur le réseau, une méthode opportuniste est proposée pour explorer efficacement le réseau et rechercher les meilleurs chemins disponibles en termes de QoS locale et globale. En outre, en exploitant des informations sur le trafic, telles que la densité véhiculaire, la vitesse des véhicules et de la longueur des segments de routes, des modèles théoriques sont élaborés pour estimer la qualité de service en temps réel pour deux scénarios distincts : des segments de routes à 1 et à 2 voies. Ces modèles offrent deux principaux avantages: des estimations précises de la qualité des segments de routes et un gain en charge de trafic de signalisation par rapport à la méthode d'estimation traditionnelle reposant sur l’envoi périodique de paquets de signalisation dédiés. Par ailleurs, le concept de TI (Terminal Intersection) est introduit pour mutualiser les routes entre intersections et éviter un routage basé sur nœuds communicants. Ainsi, les différentes paires de communication partagent les informations les plus à jour sur les meilleures routes, ce qui est bénéfique à la réduction de la charge de signalisation et au délai d’établissement des routes. Enfin, pour réduire davantage le trafic de signalisation et diminuer ainsi la congestion du réseau, la technique de transmission à un saut est améliorée, dans le protocole AQRV-2, grâce au concept d'élection distribuée du relayeur qui permet d’éviter la découverte du voisinage par échanges périodiques de paquets Hello. Les performances des protocoles proposés et la pertinence des modèles mathématiques de QoS dérivés ont été évaluées par des séries de simulations implémentant des scénarios réalistes. Une analyse approfondie a permis de montrer la meilleure performance des protocoles de routage développés en termes de signalisation, de délai et de taux de remise de paquets en comparaison aux protocoles de routage de référence. L’étude a également montré l’effet des différents paramètres protocolaires sur les performances globales. / Vehicular ad hoc networks (VANETs) are able to supply scalable and cost-effective solutions for various applications such as road safety, traffic efficiency and entertainments through multi-hop vehicle-to-vehicle wireless communications. However, developing multi-hop communications in VANET environments is a very challenging problem due to the rapid topology changes and frequent network disconnections, which lead to routing failure or inefficiency in traditional mobile ad hoc routing protocols. This dissertation proposes a novel class of routing protocols (AQRV, AQRV-1 and AQRV-2), which can account for specific characteristics of VANETs. Based on real-time QoS of road segment (namely connectivity probability, packet delivery ratio and delay), these three routing protocols rely on dynamic intersection-based best QoS route selection to cope with the scalability challenge in large-scale urban scenarios and meet varying requirements of a large number of applications. In order to explore the best QoS routing path, we regard the corresponding routing issue as an optimization problem, and propose an ACO-based (Ant Colony Optimization) algorithm to solve it. Besides, to reduce routing exploration time and decrease network overhead, an opportunistic method is proposed to explore the network and search available routing paths in terms of local/global QoS. In addition, by taking benefit from traffic information, such as vehicle density, vehicle speed and road length, we design mathematical models to estimate real-time QoS for 1-lane and 2-lane road scenarios. The main advantages of these models are twofold: provide accurate estimations of road segments’ QoS metrics and decrease the overhead compared with the estimation method by forwarding periodic packets. Furthermore, a TI-based (Terminal Intersection) concept is proposed to make a group of communication pairs share the same back-bone best route, which is beneficial to update latest routing information, decrease overhead and reduce transmission delay. Upon best route identification, data packets forwarding process is initiated including a dynamic road segment selection at intersections based on the updated global QoS, and a simple greedy carry-and-forward scheme to relay data packets between two neighboring intersections. Finally, to further reduce signaling overhead and alleviate network congestion, the one-hop geographical forwarding is improved using a distributed receiver-based election concept and utilized in AQRV-2 routing protocol to avoid periodic Hello packets exchanges. Extensive simulations are implemented to prove the effectiveness of the proposed protocols and the accuracy of the derived mathematical QoS models. A thorough analysis showed the better performance of our routing protocols in terms of overhead, delay and packet delivery ratio compared with reference routing protocols, and investigated the effects of related influencing factors.

Les études protocolaires sur les réseaux multi-sauts mobiles proposent d’améliorer la performance du réseau en liant le comportement des protocoles à sa dynamique d’évolution. Le protocole s’adapte à l’état du réseau grâce à un ensemble de métriques. Ainsi pour les protocoles de routage il s’agit de trouver des chemins tout en considérant l’état énergétique des nœuds, la bande passante des liens, la qualité de service, ou encore la dynamique de la topologie qui est liée à la qualité des liens sans fil et à la mobilité des éléments du réseau. Le travail présenté traite de l’adaptation à la mobilité dans les protocoles de routage et s’intéresse aux métriques de mobilité. Dans une première étape nous analysons le processus d’adaptation en en dégageant les caractéristiques, les contraintes et l’intérêt, et étudions qualitativement les métriques de mobilité. Nous examinons différents travaux de recherche ayant pour objet la mobilité et ses métriques dont nous proposons une taxinomie originale. Nous mettons en évidence l’intérêt des métriques obtenues par mesure locale et de voisinage. Dans une deuxième étape, nous évaluons par simulation les métriques. L’objectif est de déterminer une "meilleure" métrique de mobilité, c'est-à-dire celle qui apportera le plus de gain de performance à une adaptation protocolaire. Le postulat est que plus la métrique influe sur les performances d'un protocole, plus il est intéressant que le protocole adapte son comportement en fonction de sa valeur. L’analyse de corrélation entre performances et métriques, sur plusieurs protocoles de routage, ne permet pas de mettre en avant une meilleure métrique qui soit indépendante du contexte, à savoir de la densité ou du modèle de mobilité. Nous montrons néanmoins l’intérêt de la métrique durée de liaison. Finalement, nous développons deux applications à partir des métriques sélectionnées par l’analyse. Ce sont la densité, exprimée par le nombre de voisins, ainsi que la mobilité, exprimée par la durée de liaison pour la première application, et par le nombre d’erreurs de route pour la seconde application. La première application met en place un choix adaptatif des éléments MPR (Multi-Point Relay) dans le protocole de routage Optimized Link State Routing (OLSR), la deuxième développe une élection adaptative des chefs de clusters et un changement de mode adaptatif (avec ou sans structure) pour le protocole Cluster Source Routing (CSR). Pour les deux applications plusieurs stratégies d’adaptations sont considérées ; le meilleur résultat est obtenu dans les deux cas par la stratégie d'adaptation à la mobilité en plus de la densité. Ce travail se prolonge par l’étude de validation des résultats en rapport au modèle de mobilité. Nous en déduisons une méthode pour appliquer, selon les conditions de mobilité et de densité, des adaptations / Manquant

Les WMNs comportent des nœuds qui sont capables de recevoir et de transmettre des données vers de multiples destinations dans le réseau. De ce fait, les WMNs sont capables de s'auto-organiser et auto-configurer dynamiquement [5]. Chaque nœud crée et maintient la connectivité avec ses voisins. La disponibilité du mode ad-hoc basée sur la norme IEEE 802.11 permet une mise en œuvre de WMNs à faible coût. Les WMNs présentent cependant deux inconvénients majeurs liés aux interférences d'une part et à la scalabilité d'autre part [6]. (D1) Le problème des interférences (D2) Le problème de scalabilité. Les solutions existantes au niveau de la couche PHY ou de la couche MAC peuvent apporter des solutions au problème des interférences mentionné ci-dessus (cf. D1) . D'un autre côté, le problème de scalabilité dans les WMNs peut être résolu par les solutions de routage efficaces [11]. En effet, les algorithmes de routage dans les WMNs sont chargés de calculer des routes pour transporter des données de multiples sauts jusqu' à atteindre les destinations. Comme illustré dans [11], les routes les plus courtes, qui sont les solutions par défaut des algorithmes de routage classiques, ont généralement plus d'interférences. En conséquences, il faut trouver des routes qui ont moins d'interférences. Pour un objectif de routage donné et des paramètres donnés, ces routes peuvent être optimales ou sub-optimales. Les objectifs de routage peuvent être par exemple de maximiser la bande passante entre utilisateurs, ou de minimiser les pertes de paquets, etc. Les paramètres dans les problèmes de routage comprennent des métriques orientées réseau et des métriques orientées utilisateur. Les métriques orientées réseau, également appelées les métriques de la qualité de service (QoS), sont dérivées à partir des paramètres réseau comme la bande passante, le délai, la gigue, etc. En revanche, les métriques orientées vers l'utilisateur, également appelées les métriques de qualité d'expérience (QoE), sont basées sur l'expérience de l'utilisateur, tels que les notes MOS (Mean Opinion Score) qui indiquent le niveau de satisfaction de l'utilisateur. La perception de l'utilisateur est un objectif majeur des services de streaming vidéo. La plupart des algorithmes de routage existants prennent des décisions de routage en fonction d'une seule ou d'une combinaison des métriques orientées réseau. Ainsi, les algorithmes de routage dans [12, 13, 14] déterminent les routes basées sur la bande passante et la charge du réseau. Cependant, les métriques orientées réseau ne sont pas nécessairement corrélée à l'expérience de l'utilisateur [15, 16, 17, 18]. En d'autres termes, les utilisateurs peuvent ne pas être satisfaits même avec les routes optimales qui sont basées sur les métriques orientés réseau. En conséquences, il est nécessaire de développer les algorithmes de routage qui tiennent compte de métriques orientées utilisateur. Cette thèse traite d'algorithmes de routage dans les WMNs avec comme objectif d'améliorer la qualité pour les applications de streaming vidéo. Les algorithmes de routage proposés prendront des décisions de routage basées sur la perception de l'utilisateur. Dans ce contexte, toutes les solutions doivent faire face aux deux challenges suivants : (M1) l'estimation en temps réel de la perception utilisateur et (M2) découverte des routes optimales ou sous-optimales. / WMNs comprise nodes that are able to receive and forward the data to other destinations in the networks. Consequently, WMNs are able to dynamically self-organize and self-configure [5]. Each node itself creates and maintains the connectivity with its neighbors. The availability of ad-hoc mode on popular IEEE 802.11 allows low-cost implementation of WMNs. Nevertheless, WMNs have two major drawbacks: interference and scalability as discussed in [6]. (D1) Interference : The independent behaviour and arbitrary deployment of nodes in WMNs can create an extremely high interference environment, which leads to degradation in the quality of wireless connections. For instance, the Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance (CSMA/CA) mechanism of IEEE 802.11 (CSMA/CA) has long delays and low resource utilization in dense networks [7]. Recent advancements in physical (PHY) and medium control access (MAC) layers, such as multiple-input multiple-output (MIMO) and multiple channels MAC, can overcome this challenge. The deployment of some solutions are unable in practice because of specific requirements of hardware. Moreover, some implementations such as multiple channel MAC requires high synchronization, which is difficult in WMNs [8]. (D2) Scalability: Multi-hop communication are able to improve coverage and band-width availability in wireless networks [9]. However, it has scalability issues as discussed in [10, 11]. It means that the performance of networks deteriorates significantly when the size of networks grows. PHY layer may experience an extremely noisy medium, thus causing throughput degradation at MAC layer. Moreover, the noisy environment increases the packet loss rate, which impacts significantly to network and transport layers. The existing solutions at PHY or MAC layer can solve the interference problem mentioned in D1. Meanwhile, the scalability of WMNs could be tackled by routing solutions [11]. Routing algorithms are responsible for computing routes so as to convey data through multiple hops until reaching the destinations. As shown in [11], the shortest-path routes, which are the default solutions of conventional routing algorithms, usually have more interference. The solution, subsequently, is finding other routes that have less interference. These routes could be optimal or sub-optimal with given objectives and arguments. The arguments of routing problems comprise of network-oriented metrics and User-oriented metrics. Network-oriented metrics, also called as Quality of Service (QoS) metrics, are derived from the network directly such as bandwidth, delay, jitter, etc. Meanwhile, User-oriented metrics, also called as Quality of Experience (QoE) metrics, are based on users’ experience such as mean opinion score (MOS). They represent the level of satisfaction of a users. The good perception of users is the major objective of video streaming services. Most of existing routing algorithms give routing decisions based on single or combination of network-oriented metrics. For example, the routing algorithms in [12, 13, 14] determine routes based on the bandwidth and congestion. Nevertheless, network-oriented metrics may not be well-correlated to users’ experience [15, 16, 17, 18]. In other words, users may not be satisfied even with optimal network-oriented metric routes. As a result, it is necessary to develop routing algorithms that take user-oriented metrics into account. This thesis addresses the routing of video streaming over WMNs and proposes novel routing algorithms. These routing algorithms give routing decisions based on the perception of users. To do that, the proposed solution has to address two challenges as follows :(M1) estimate users’ perception in real-time and (M2) find optimal or sub-optimal routes efficiently.

L'éco-routage est une méthode de navigation du véhicule qui sélectionne les trajets vers une destination minimisant la consommation de carburant, la consommation d'énergie ou les émissions de polluants. C'est l'une des techniques qui tentent de réduire les coûts d'exploitation et l'empreinte environnementale du véhicule. Ce travail passe en revue les méthodes actuelles d'éco-routage et propose une nouvelle méthode pour pallier leurs insuffisances. La plupart des méthodes actuelles attribuent à chaque route du réseau routier un coût constant qui représente la consommation du véhicule ou la quantité de polluants émis. Un algorithme de routage optimal est ensuite utilisé pour trouver le chemin qui minimise la somme de ces coûts. Différentes extensions sont considérées dans la littérature. L'éco-routage contraint permet d'imposer des limites sur le temps de trajet, la consommation d'énergie et les émissions de polluants. L'éco-routage dépendant du temps permet le routage sur un graphique avec des coûts qui sont fonction du temps. L'éco-routage adaptatif permet de mettre à jour la solution d'éco-routage au cas où elle deviendrait invalide en raison d'un développement inattendu sur la route. Il existe des méthodes d'éco-routage optimales publiées qui résolvent l'éco-routage dépendant du temps ou l'éco-routage contraint ou l'éco-routage adaptatif. Chacun vient avec des frais généraux de calcul considérablement plus élevés par rapport à l'éco-routage standard et, à la connaissance de l'auteur, aucune méthode publiée ne prend en charge la combinaison des trois: éco-routage adaptatif dépendant du temps contraint. On soutient dans ce travail que les coûts d'acheminement sont incertains en raison de leur dépendance au trafic immédiat autour du véhicule, du comportement du conducteur et d'autres perturbations. Il est en outre soutenu que puisque ces coûts sont incertains, il y a peu d'avantages à utiliser un routage optimal car l'optimalité de la solution ne tient que tant que les coûts de routage sont corrects. Au lieu de cela, une méthode d'approximation est proposée dans ce travail. La charge de calcul est plus faible car la solution n'est pas requise pour être optimale. Cela permet l'éco-routage adaptatif dépendant du temps contraint. / Eco-routing is a vehicle navigation method that selects those paths to a destination that minimize fuel consumption, energy consumption or pollutant emissions. It is one of the techniques that attempt to lower vehicle's operational cost and environmental footprint. This work reviews the current eco-routing methods and proposes a new method designed to overcome their shortcomings. Most current methods assign every road in the road network some constant cost that represents either vehicle's consumption there or the amount of emitted pollutants. An optimal routing algorithm is then used to find the path that minimizes the sum of these costs. Various extensions are considered in the literature. Constrained eco-routing allows imposing limits on travel time, energy consumption, and pollutant emissions. Time-dependent eco-routing allows routing on a graph with costs that are functions of time. Adaptive eco-routing allows updating the eco-routing solution in case it becomes invalid due to some unexpected development on the road. There exist published optimal eco-routing methods that solve either the time-dependent eco-routing, or constrained eco-routing, or adaptive eco-routing. Each comes with considerably higher computational overhead with respect to the standard eco-routing and, to author's best knowledge, no published method supports the combination of all three: constrained time-dependent adaptive eco-routing. It is argued in this work that the routing costs are uncertain because of their dependence on immediate traffic around the vehicle, on driver's behavior, and other perturbations. It is further argued that since these costs are uncertain, there is little benefit in using optimal routing because the optimality of the solution holds only as long as the routing costs are correct. Instead, an approximation method is proposed in this work. The computational overhead is lower since the solution is not required to be optimal. This enables the constrained time-dependent adaptive eco-routing.

Au cours des dernières années, la croissance des architectures de réseaux de télécommunication a rapidement augmenté pour suivre un trafic en plein essor. En outre, leur consommation d'énergie est devenue un enjeu Important, tant pour son impact économique qu'écologique. De multiples approches ont été proposées pour la réduire. Dans cette thèse, nous nous concentrons sur l'approche Energy Aware Routing (EAR) qui consiste à fournir un routage valide tout en diminuant le nombre d'équipements réseau actifs. Cependant, les réseaux actuels ne sont pas adaptés au déploiement de politiques vertes globales en raison de leur gestion distribuée et de la nature fermée des périphériques réseau actuels. Les paradigmes de Software Defined Network (SDN) et de Network Function Virtualization (NFV) promettent de faciliter le déploiement de politiques vertes. En effet, le premier sépare le plan de contrôle et de données et offre donc une gestion centralisée du réseau. Le second propose de découpler le logiciel et le matériel des fonctions réseau et permet une plus grande flexibilité dans la création et la gestion des services réseau. Dans cette thèse, nous nous concentrons sur les défis posés par ces paradigmes pour le déploiement de politiques EAR. Nous consacrons les deux premières parties aux SDNs. Nous étudions d'abord les contraintes de taille de table de routage causées par la complexité accrue des règles, puis le déploiement progressif de périphériques SDN dans un réseau actuel. Nous concentrons notre attention sur NFV dans la dernière partie, et plus particulièrement nous étudions les chaines de fonctions de services. / In the recent years, the growth of the architecture of telecommunication networks has been quickly increasing to keep up with a booming traffic. Moreover, the energy consumption of these infrastructures is becoming a growing issue, both for its economic and ecological impact. Multiple approaches were proposed to reduce the networks' power consumption such as decreasing the number of active elements. Indeed, networks are designed to handle high traffic, e.g., during the day, but are over-provisioned during the night. In this thesis, we focus on disabling links and routers inside the network while keeping a valid routing. This approach is known as Energy Aware Routing (EAR). However current networks are not adapted to support the deployment of network-wide green policies due to their distributed management and the black-box nature of current network devices. The SDN and NFV paradigms bear the promise of bringing green policies to reality. The first one decouples the control and data plane and thus enable a centralized control of the network. The second one proposes to decouple the software and hardware of network functions and allows more flexibility in the creation and management of network services. In this thesis, we focus on the challenges brought by these two paradigms for the deployment of EAR policies. We dedicated the first two parts to the SDN paradigm. We first study the forwarding table size constraints due to an Increased complexity of rules. We then study the progressive deployment of SDN devices alongside legacy ones. We focus our attention on the NFV paradigm in the last part, and more particularly, we study the Service Function Chaining problem.

Les réseaux véhiculaires mobiles, ou Vehicular Ad-hoc NETworks (VANETs), existent depuis les années 80, mais sont de plus en plus développés depuis quelques années dans différentes villes à travers le monde. Ils constituent un apport d’informations aux réseaux routiers grâce à la mise en place de communications entre ses constituants : principalement les véhicules, mais aussi certaines infrastructures de bords de routes liées directement aux automobilistes (feux de circulation, parcomètres, infrastructures spécialisées pour les VANETs et bien d’autres). L’ajout des infrastructures apporte un support fixe à la dissémination des informations dans le réseau. Le principal objectif de ce type de réseau est d’améliorer la sécurité routière, les conditions de circulations, et d’apporter aux conducteurs et aux passagers quelques applications publicitaires ou de divertissement. Pour cela, il est important de faire circuler l’information de la manière la plus efficace possible entre les différents véhicules. L’utilisation des infrastructures pour la simulation de ces réseaux est bien souvent négligée. En effet, une grande partie des protocoles présentés dans la littérature simulent un réseau ad-hoc avec des noeuds se déplaçant plus rapidement et selon une carte définie. Cependant, ils ne prennent pas en compte les spécificités même d’un réseau véhiculaire mobile. Le routage de l’information dans les réseaux véhiculaires mobiles utilise les infrastructures de façon certes opportuniste, mais à terme, les infrastructures seront très présentes dans les villes et sur les autoroutes. C’est pourquoi nous nous sommes concentrés dans ce mémoire à l’étude des variations des différentes métriques du routage de l’information lors de l’ajout d’infrastructures sur une autoroute avec l’utilisation du protocole de routage AODV. De plus, nous avons modifié le protocole AODV afin d’obliger les messages à emprunter le chemin passant par les infrastructures si celles-ci sont disponibles. Les résultats présentés sont encourageants, et nous montrent qu’il est important de simuler les réseaux VANETs de manière complète, en considérant les infrastructures. / Vehicular Ad-hoc NETwork (VANET) were created in the early 80’s but have been developped for the last few years in many cities around the world. They add informations to the road network by including wireless communications between its component. Mainly the vehicles, but also numerous RoadSide Units (RSU) which are directly in relation with the road network (traffic light, meter, but also specialized units and more). The addition of RSUs help the network to disseminate the informations across the network. The main goal of this type of networks is to improve road safety and road traffic, as well as providing driver and passengers with advertisement and entertainment applications. In order to accomplish these aims, a good routing of the information in this kind of networks is a key. Unfortunately, the use of the RSUs in the simulations of VANETs is often missed. Indeed, the major parts of research on the matter of routing in VANETs are a simulation of a mobile ad-hoc network with only some improvements : controlled movement of faster nodes. They do not use the full description of a vehicular ad-hoc network. The routing in these networks use RSU in an opportunistic way but in the end, the RSUs should be deployed massively so they have to be ackowledged. In this research, we concentrate on the study of the variations of routing metrics when RSUs are added to the simulations. The routing protocol used is AODV, and we present a modification of it, to force messages to use the path which contains RSU(s) if they exist. The results are encouraging and show us that in the simulation of a real vehicular ad-hoc networks, it is important to consider the roadside units.