Dans les machines parallèles les performances des programmes posent de manière cruciale le problème de l'efficacité des communications dans les réseaux d'interconnexion des processeurs d'une machine sans mémoire commune. Les communications point-à-point ne sont qu'un cas très particulier des schémas de communications complexes utilisés par les applications. Les communications globales, basées sur la construction correcte de protocoles à diffusion, sont une classe de ces schémas de communication. Ce problème comprend deux aspects : l'acheminement des messages pour la diffusion et la construction de protocoles de communication/synchronisation inter-processus. Nous considérons d'abord le problème de l'acheminement pour la diffusion, que nous construisons à partir d'une fonction de routage correcte pour des réseaux généraux de topologies quelconques. La famille d'algorithmes de diffusion obtenus s'adapte à la fois à la représentation de la fonction de routage, et à la topologie d'interconnexion entre processeurs. Un aspect de l'efficacité des algorithmes produits est l'espace mémoire nécessaire à une telle fonction de routage à diffusion. Nous développons des algorithmes qui requierent un espace mémoire constant et qui de plus, en utilisant une représention par intervalles de la fonction de routage, peuvent être intégrés dans un circuit routeur. Nous nous intéressons ensuite à la construction de divers types de protocoles à diffusion (synchrone et asynchrone) et proposons une machine virtuelle parallèle à diffusion (PDVM). Cette machine virtuelle s'inscrit dans l'architecture du micro-noyau pour systèmes parallèles ParX, développé par notre équipe, qui offre un support d'exécution générique pour de multiples machines virtuelles. PDVM se présente sous la forme de deux de protocoles nécessaires à l'élaboration de la plupart des schémas de communication par diffusion. L'interface d'accès à ces protocoles permet de gérer des groupes de processus à diffusion toujours cohérents. Dans sa conception cette machine virtuelle est un support minimal pour implémenter efficacement et correctement les diverses interfaces et bibliothèques de communications globales pour les standards de programmation parallèle qui émergent (PVM, MPI, etc.). L'ensemble des solutions proposées a été intégré dans le prototype de ParX; et leurs résultats d'évaluation de performances sont produits.

Les réseaux ad hoc sont des réseaux distribués, auto-organisés ne nécessitant pas d'infrastructure. Les entités formant un tel réseau doivent collaborer afin d'assurer le bon fonctionnement des services réseaux, tel que le routage. Dans un tel environnement, de nombreux algorithmes développés pour le monde filaire ne peuvent être adaptés de façon naïve sans entraîner une congestion importante du réseau qui va réduire son efficacité. Notre travail de thèse se penche sur l'étude de la gestion de services. En effet, sans application, le développement d'une architecture comme les réseaux ad hoc est inutile. La gestion de services consiste à fournir tout les moyens possibles pour faciliter et rendre fiable l'utilisation d'applications distribuées. Nos travaux contribuent à l'étude de deux points précis de la gestion de services. Premièrement, nous fournissons un algorithme permettant de répartir efficacement une information dans le réseau en sélectionnant certains objets du réseau pour être des réplicats de l'information. Cet algorithme peut alors être utilisé pour publier les informations relatives à un service afin de permettre sa recherche. Deuxièmement, nous avons étudié la prédiction de déconnexion entrainée par la mobilité des noeuds. Nous proposons trois solutions basées sur la recherche d'ensemble de chemins disjoints, la recherche de liens critiques et la recherche de noeuds critiques. Les recherches que nous proposons sont entièrement réalisées à partir d'informations locales. Les résultats obtenus fournissent une base au développement d'un gestionnaire de services distribués. De plus, certains de nos algorithmes (comme la recherche d'ensembles de chemins disjoints) peuvent être réutilisés dans d'autres applications, comme le routage QoS multi-chemins.

L'intégration d'appareils mobiles ad hoc dans l'Internet pose des problèmes intéressants aussi bien en terme d'optimisation des protocoles de routages utilisés pour fournir la connectivité ad hoc, qu'en terme d'intégration de la mobilité ad hoc dans l'infrastructure IP. Cette thèse passe ces problèmes en revue. Plusieurs solutions développées auparavant sont analysées et évaluées comparativement, ce pendant qu'un certain nombre de nouvelles solutions sont introduites.

Dans ce document, nous avons étudié les nouvelles possibilités de routage et d'adressage dans les réseaux sans-fil multisauts spontanés de grande taille (WMNs). Les WMNs promettent à l'avenir un changement profond de l'architecture d'Internet, mais beaucoup de problèmes restent à résoudre avant leur déploiement. Le routage, par exemple, est simple dans de petits réseaux statiques, mais les réseaux sans fil sont en pratique dynamiques : des liens peuvent apparaître et disparaître, des noeuds rejoignent ou quittent le réseau. Ainsi la taille du réseau peut s'agrandir, ce qui implique des problèmes de grandes tables de routage O (N). Les nouveaux types de réseaux spontanées amplifient cette tendance, ils comprennent des milliers de noeuds qui agissent comme des routeurs. Plusieurs expérimentations mettent en évidence des problèmes de passage à l'échelle dans les protocoles de routage topologique comme AODV, DSDV, DSR ou OLSR. Les algorithmes classiques de routage doivent être remplacés par des technologies appropriées qui garantissent une bonne évolutivité et offrent une connectivité robuste. Nous avons pris en considération les algorithmes de routage géographiques, car ils ne nécessitent pas de topologie complète et globale du réseau pour calculer les itinéraires et ils passent donc mieux à l'échelle que les algorithmes topologiques. Néanmoins, il reste de nombreux problèmes que nous devrons résoudre : le plus important étant que les algorithmes géographiques sont peu efficaces. Elle peut renvoyer des chemins beaucoup plus longs que ne le feraient les algorithmes topologiques de routage. Afin de résoudre ce problème, nous avons étudié le comportement du routage géographique glouton simple, l'algorithme de base du routage géographique et nous avons spécifié deux protocoles de routage Binary Waypoint Routing et Scalable Waypoint Routing. Nos protocoles ne nécessitent pas de surcoût pour découvrir une topologie de réseau, mais ils font plutôt une analyse passive du trafic afin de découvrir des chemins efficaces. Nous recueillons une information géographique qui permet de transmettre les paquets. Notre méthode de redirection de paquets se conforme aux propriétés topologiques du réseau et améliore en conséquence la performance de routage géographique des algorithmes.

Conçus à l'origine pour le trafic best-effort, les réseaux mobiles ad hoc (MANET) sont de plus en plus amenés à acheminer le trafic des applications imposant des contraintes de qualité de service (QoS). Les solutions pour le routage à QoS dans les MANET ont généralement été proposées comme des extensions optionnelles des protocoles best-effort. Par exemple, les liaisons y sont toujours considérées comme symétriques au sens de la connectivité, alors qu'elles ne le sont évidemment pas au sens de la QoS. De plus, dans les solutions proposées dans le cadre du protocole proactif Optimized Link State Routing (OLSR), l'effort algorithmique pour la QoS se fait souvent au détriment de l'optimisation de la diffusion qui est pourtant une des activités les plus consommatrices de ressources. L'approche proposée dans cette thèse consiste à intégrer les aspects liés à la QoS dans la représentation des MANET dès la conception du protocole de routage. Prenant pour cible le protocole OLSR, nous proposons une formulation du problème de la sélection des relais multipoints (MPR) sous forme de programme mathématique pour permettre à la fois l'optimisation de la diffusion et la prise en compte des paramètres de la qualité de service. Une heuristique proposée pour réaliser la sélection des MPR indépendamment du nombre et du type de métriques est également proposée. L'heuristique appliquée à quatre métriques ainsi que les autres mécanismes proposés sont ensuite intégrés dans OLSR. Les évaluations ciblant une application à fortes contraintes de qualité de service en établissent les performances aussi bien en environnement ouvert qu'en agglomération.

Il existe de nombreuses méthodes d'optimisation du routage réseau en général. Dans cette thèse nous nous intéressons au développement d'algorithmes distribués permettant une stabilisation, au sens de Nash, des flux réseaux. Nous rappelons tout d'abord brièvement le contexte général d'Internet aujourd'hui et quelques notions de théorie des jeux. Nous présentons un jeu de tarification simple à deux joueurs, que la méthode des joueurs fictifs permet de faire converger. Puis nous présentons un jeu de routage plus complexe, à n joueurs, basé sur le modèle de Wardrop, ainsi qu'un algorithme de comportement distribué qui permet au système de converger vers un équilibre de Wardrop (équilibre social). Ces équilibres sont confondus avec les équilibres de Nash dans le cas limite où un joueur représente une partie infinitésimale du trafic. Nous présentons ensuite un raffinement de notre représentation initiale du problème, qui permet une diminution de sa complexité, en terme de dimension des espaces de stratégies et de temps de calcul. Nous montrons qu'il s'agit d'une bonne heuristique d'approximation de la première méthode trop coûteuse, sa qualité dépend d'un unique paramètre. Enfin, nous concluons par la présentation de résultats de simulation qui montrent que notre méthode distribuée est effectivement capable d'apprendre les meilleurs équilibres du système.

De nombreuses études ont été réalisées autour du problème du routage et de l'affectation de longueur d'onde dans les réseaux WDM transparents. La majorité de ces études néglige les effets physiques liés à la transmission sur fibre. En effet, le signal optique subit le long de son trajet plusieurs dégradations, à savoir les effets linéaires et les effets non-linéaires. Dans les réseaux WDM opaques, la qualité du signal optique est considérée comme toujours satisfaisante car le signal est régénéré à chaque nœud du réseau. Cependant, cette faculté de régénération coûte très cher à l'opérateur et rigidifie totalement la capacité du réseau. Les réseaux WDM translucides présentent une nouvelle alternative. Ils offrent la possibilité de régénérer le signal à un nœud intermédiaire dès que la qualité de celui-ci devient inadmissible par rapport aux contraintes imposées par l'opérateur. Dans cette thèse, on s'intéresse au problème de la planification des réseaux WDM translucides de façon à garantir une certaine qualité de transmission. Nous proposons un nouvel outil de dimensionnement, LERP (Lightpath Establishment and Regenerator Placement), dont l'objectif est de fournir une solution permettant d'optimiser à la fois l'utilisation des ressources du réseau et la qualité de transmission sur l'ensemble de connexions établies. Le facteur Q permettant d'évaluer la qualité du signal est calculé au moyen d'un outil que nous avons également développé : BER-Predictor. Cet outil tient compte de quatre dégradations liées à la transmission sur fibre, à savoir la dispersion chromatique, la dispersion modale de polarisation, la phase non-linéaire et l'émission spontanée amplifiée.

Ce mémoire traite de la notion de champ de potentiel et de son application à l'allocation dynamique des tâches et au routage de produits dans des systèmes de production flexibles (FMS). Dans cette approche, les produits ont une liste de services à obtenir au sein du système de production. Les ressources émettent des champs de potentiel correspondant aux différents services offerts. Les produits détectent les champs émis par les ressources et sélectionnent le champ qui répond mieux à leur besoin. Les interactions se font donc entre produits et ressources et non uniquement entre ressources comme c'est généralement le cas dans les approches de pilotage plus classiques. Après un état de l'art sur les différentes approches d'interaction entre les entités intervenant dans le pilotage des systèmes de production, nous choisissons et détaillons l'approche à base de champs de potentiel. Un modèle formalisant les champs de potentiel est proposé pour le contrôle hétérarchique résolvant simultanément les problématiques d'allocation dynamique des ressources et de routage dynamique des produits en temps réel. L'approche repose sur l'utilisation d'entités autonomes décisionnelles capables de capter des informations dans leur environnement et de réagir dans celui-ci. Un modèle de produit « actif » embarquant des capacités décisionnelles, basé sur le concept d'augmentation est proposé. Grâce à la plateforme de simulation multi-agents « NetLogo », le modèle est validé tenant compte de contraintes caractéristiques des systèmes de production (temps de transport non négligeables, capacité des files d'attente des ressources et certaines situations de panne), et en s'inspirant d'un benchmark existant. Ce dernier est utilisé pour effectuer une comparaison entre notre modèle et une étude de référence basée sur l'utilisation du protocole contrat-net pour résoudre les problèmes d'allocation des produits entre ressources. Pour valider ce modèle, une mise en oeuvre réelle est présentée sur la cellule flexible AIP-PRIMECA de Valenciennes dans une partie « implémentation ». Dans celle-ci, après une présentation des équipements utilisés, une comparaison des deux approches (champ de potentiel / contract-net) est réalisée en utilisant le même protocole expérimental.

Dans cette thèse, nous étudions le routage multicast tout optique (AOMR) dans les réseaux WDM. Notre objectif est de trouver un ensemble de structures de diffusion, par exemple un arbre optique ou une forêt optique, pour distribuer des messages multicast vers toutes les destinations en même temps, soit en tenant compte du délai de bout en bout et du stress des liens soit en minimisant le coût total ou le budget en puissance. En ce qui concerne l'AOMR qui tient compte à la fois du délai et du stress des liens, un algorithme efficace évitant les nœuds de branchement ne pouvant pas dupliquer la lumière dans des arbres optiques est proposé. Cet algorithme améliore le délai de bout en bout sur les arbres optiques et trouve un bon compromis entre le délai, le stress des liens et le coût total. En ce qui concerne l'AOMR qui considère la puissance, un nouveau modèle plus précis et plus réaliste de la perte de puissance est introduit lors de la mise en œuvre d'une session multicast. Il distingue deux types de perte de puissance : la partie ponctionnée par les nœuds optiques intermédiaires pour un éventuel monitorage et la partie ponctionnée par les destinations pour la récupération des messages multicast. Basé sur ce nouveau modèle, nous proposons un calcule des arbres optiques optimisant la puissance de l'émetteur réalisé à partir d'une programmation linéaire mixte en nombres d'entiers (MILP). Pour y parvenir, un ensemble d'équations linéaires est introduit pour remplacer les équations non-linéaires induites par les coupleurs optiques. Pour analyser les algorithmes heuristiques de l'AOMR et évaluer leurs performances, nous proposons une analyse mathématique des résultats. Dans notre analyse, nous établis- sons les bornes de coût des routes et les ratios d'approximation des algorithmes dans les réseaux maillés WDM pondérés et non-pondérés. Pour le routage multicast optique de coût minimal, une nouvelle structure appelée hiérarchie optique est proposée. Il est prouvé que la structure optimale n'est pas toujours un arbre optique, mais une hiérarchie optique. Le calcul de la hiérarchie optique est modélisé sous forme d'une ILP. Ce calcul exact permet d'obtenir la solution optimale pour les petites instances. Dans les réseaux WDM à grande échelle, une heuristique efficace utilisant une stratégie de renouvellement du graphe est proposée. Les résultats de simulation justifient l'emploi de la hiérarchie optique pour l'AOMR dans les réseaux WDM avec une capacité clairsemée de duplication.

La société de l'information demande un accès efficace à un ensemble d'informations qui sont souvent hétérogènes et distribuées. Dans le but d'un partage efficace de cette information, plusieurs solutions techniques ont été proposées. L'infrastructure Pair-à-Pair (P2P) est un paradigme émergent et offrant de nouvelles opportunités pour la mise en place de systèmes distribués à grande échelle. D'autre part, le concept de base de données distribuée a été introduit dans le but d'organiser une collection multiple de bases de données logiquement liées et distribuées sur un réseau d'ordinateurs. Récemment, les systèmes P2P de gestion de données communément appelés PDMS (Peer Data Management System) ont vu le jour. Ils combinent les avantages des systèmes P2P avec ceux des bases de données distribuées. Dans le but de contribuer à la recherche sur la gestion de données dans un contexte P2P, nous proposons le PDMS SenPeer. SenPeer suit une topologie super-pair basée sur l'organisation des pairs en communautés sémantiques en fonction de leur thème d'intérêt. Pour faciliter l'échange de données entre pairs nous établissons des processus de découverte de correspondances sémantiques et de reformulation de requêtes en présence de plusieurs modèles de données. Ces correspondances sémantiques, en combinaison avec les schémas des pairs sont à la base d'une topologie sémantique au dessus du réseau physique et utilisée pour un routage efficace des requêtes. Les requêtes sont échangées à travers un format commun d'échange de requête et un processus d'optimisation distribué permet de choisir le meilleur plan d'exécution de la requête en fonction des caractéristiques du PDMS. Une validation expérimentale par la mise en place d'un simulateur permet d'affirmer l'utilité et la performance des techniques proposées.