Pour avoir une idée sur la qualité du réseau, la majorité des acteurs concernés (opérateurs réseau, fournisseurs de service) se basent sur la Qualité de Service (Quality of Service). Cette mesure a montré des limites et beaucoup d'efforts ont été déployés pour mettre en place une nouvelle métrique qui reflète, de façon plus précise, la qualité du service offert. Cette mesure s'appelle la qualité d'expérience (Quality of Experience). La qualité d'expérience reflète la satisfaction de l'utilisateur par rapport au service qu'il utilise. Aujourd'hui, évaluer la qualité d'expérience est devenu primordiale pour les fournisseurs de services et les fournisseurs de contenus. Cette nécessité nous a poussés à innover et concevoir des nouvelles méthodes pour estimer la QoE. Dans cette thèse, nous travaillons sur l'estimation de la QoE (1) dans le cas des communications Voix sur IP et (2) dans le cas des services de diffusion Vidéo sur IP. Nous étudions les performances et la qualité des codecs iLBC, Speex et Silk pour la VoIP et les codecs MPEG-2 et H.264/SVC pour la vidéo sur IP. Nous étudions l'impact que peut avoir la majorité des paramètres réseaux, des paramètres sources (au niveau du codage) et destinations (au niveau du décodage) sur la qualité finale. Afin de mettre en place des outils précis d'estimation de la QoE en temps réel, nous nous basons sur la méthodologie Pseudo-Subjective Quality Assessment. La méthodologie PSQA est basée sur un modèle mathématique appelé les réseaux de neurones artificiels. En plus des réseaux de neurones, nous utilisons la régression polynomiale pour l'estimation de la QoE dans le cas de la VoIP.

La mobilité est le caractère ou la propriété d'un objet qui a une capacité ou une possibilité de se mouvoir ou d'être mû. Elle caractérise toutes choses qui changent rapidement de forme, d'aspect ou qui est instable, variable ou fluctuant dans le temps et l'espace. L'introduction de la mobilité dans les réseaux a marqué une étape dans la description et la mise en place de systèmes communicants devant tenir compte de la mobilité d'une ou plusieurs entités composant ce système. L'évolution des paradigmes de communication actuels montre qu'il est de plus en plus difficile de concevoir un système de communication intégrant l'utilisateur final sans parler de mobilité. A partir du moment où l'on considère que la mobilité existe dans les réseaux qu'elle soit physique comme par exemple avec déplacement physique d'une entité ou logique avec le déplacement d'une ressource ou d'un service, les communications dans ces réseaux doivent tenir compte de cette mobilité. Les protocoles de communications doivent donc prendre en compte l'instabilité, la variabilité et la fluctuation imposées par la mobilité de certaines entités composants le réseau. C'est ainsi que beaucoup de protocoles de communications, surtout les protocoles pour les réseaux ad hoc, ont été conçus et évalués pour et selon leur résistance à la mobilité comme préconisé par Corson et Macker dans la RFC 2501. Au début des années 2000, des travaux montrent que la mobilité n'a pas que des inconvénients en soulignant que la mobilité permet d'augmenter la capacité, la sécurité et les zones couvertes. Ces articles et bien d'autres soulèvent deux points importants: (i) L'apport de la mobilité décrite dans ces articles concernent des services ou des fonctionnalités de niveau application si l'on s'en réfère au modèle OSI et (ii) la mobilité considérée est une mobilité subie par des entités composant le réseau. Les deux points soulevés précédemment seront abordés suivant différents angles ici. Par rapport au premier point les résultats que je montre ici considèrent deux aspects. Le premier aspect se concentre sur les apports de la mobilité au niveau application et plus spécifiquement au niveau de la couverture dans les réseaux de capteurs. Le deuxième aspect considère l'utilisation de la mobilité comme une primitive de réseau et utilise celle-ci pour augmenter les performances de la pile protocolaire. Concernant ces deux points et contrairement à la majorité des travaux de la littérature, la mobilité considérée est une mobilité contrôlée. Cet aspect permet entre autre de contrôler ou d'anticiper l'instabilité, la variabilité et la fluctuation du réseau mais aussi de maîtriser la couverture et la topologie dans les réseaux de capteurs. L'utilisation de la mobilité contrôlée pour les applications de réseau de capteurs et pour augmenter la qualité de service de la pile protocolaire sont les deux contributions qui sont abordés ici. Dans ce cadre, des algorithmes exploitant la mobilité contrôlée sont conçues et des propriétés sur ses algorithmes sont prouvées. De plus, des évaluations sur des plate-formes de robots mobiles montrent la faisabilité des ces algorithmes dans un cadre réel.

Les villes du futur et actuelles sont de plus en plus connectées. Les relèves de compteur électrique, de gaz et d'eau se font de plus en plus à distance et sans-fil. Les luminaires des villes deviennent intelligents et communiquent pour économiser l'énergie et offrir un éclairage adapté. Les engins de ramassage des ordures communiqueront bientôt avec les poubelles afin d'anticiper les tournées de ramassage et de mieux connaître le contenu des containers. Pour des questions de coûts et de rapidité de déploiement, ces réseaux sont souvent sans infrastructure. Par ailleurs, pour les mêmes raisons, chaque nœud du réseau puise son énergie dans une batterie donc la capacité est limitée. Il convient donc pour ces réseaux particuliers, déployés dans un environnement contraint, de trouver des solutions d'organisation et de communication adaptées. À travers cette thèse je propose d'étudier la problématique des réseaux sans-fil multi-sauts dans les villes intelligentes. J'étudie dans un premier temps l'importance et l'impact de la topologie sur les performances réseau. Plus précisément, au travers de simulations et d'études expérimentales, je démontre que le placement des nœuds impacte les performances des algorithmes et que, par conséquent, il est nécessaire d'étudier les algorithmes pour réseaux de capteurs sans-fil sur des topologies qui correspondent à l'application ciblée. Je propose ensuite une famille d'algorithmes de clustering pour réseaux de capteurs sans-fil permettant d'optimiser la durée de vie du réseau. L'hypothèse clé de ces algorithmes est qu'un chef de cluster (cluster-head ) consomme plus d'énergie qu'un nœud sans rôle particulier. En effet, le cluster-head se voit souvent attribuer des tâches supplémentaires telles que l'agrégation de données et la transmission à un nœud puits, plus lointain donc plus coûteux à joindre. Cette famille d'algorithmes nommée BLAC permet de créer des clusters multi-sauts dans lesquels chaque tête de cluster est la racine d'un arbre qui compose le cluster. Dans chaque cluster, les données sont acheminées vers le cluster-head grâce à un gradient routing. L'idée principale de ces algorithmes est que le rôle de cluster-head doit être attribué en fonction du niveau d'énergie des nœuds et de leur voisinage. Ces algorithmes ont été testés grâce à des simulations sur des topologies de villes réalistes avec des paramètres de simulation tirés du monde réel. Enfin, je propose un algorithme de routage pour des réseaux de villes intelligentes à large échelle. Cet algorithme repose sur l'hypothèse que seulement certains nœuds du réseau ont une connaissance de leur position. Cette position peut être acquise parce que ces nœuds sont équipés d'une puce de localisation (telle que le GPS) ou parce qu'ils sont fixes et configurés au moment du déploiement avec leur position pré-programmée. Cet algorithme epose sur la combinaison de deux techniques de routage, classique et géographique : AODV et Greedy geographic routing. Je montre qu'il est possible d'obtenir des performances proches des algorithmes de routage géographique alors même qu'un sous ensemble des nœuds du réseau n'a pas connaissance de sa position.

Cette thèse porte sur la géolocalisation de sources radio-électriques dans le cadre du traitement d'antenne, c'est-à-dire l'estimation de la position, dans le plan ou l'espace, de sources incidentes à divers réseaux multicapteurs (stations de base). Il s'agit de concevoir des algorithmes estimant au mieux la position d'un ensemble de sources et de caractériser les limites théoriques, en termes d'erreur quadratique moyenne, des approches envisagées pour résoudre le problème de géolocalisation. Nous nous plaçons dans un contexte passif, sans a priori sur les signaux émis. De manière classique, la position des sources est souvent estimée à l'aide de paramètres intermédiaires (angles d'arrivée, temps d'arrivée, fréquences d'arrivée ...) estimés localement sur chacune des stations de base dans un premier temps. Ces paramètres intermédiaires sont ensuite transmis à une unité centrale de traitement qui réalise l'étape de localisation dans un second temps. On parle parfois d'approche en deux étapes. Cette solution décentralisée est par nature sous-optimale. Une approche optimale du problème de localisation consiste à estimer directement la position des sources à l'aide de l'ensemble des signaux reçus par les stations et transmis directement à l'unité centrale de traitement. Il convient alors de réaliser la localisation à l'aide d'une approche centralisée ne comportant qu'une seule étape : la position des sources étant directement estimée à partir de l'ensemble des signaux disponibles à l'unité centrale de traitement. Le problème à résoudre dépend directement de la position des sources et non plus de paramètres intermédiaires. Cette approche du problème de localisation offre de nouvelles perspectives quant à la conception de nouveaux algorithmes et pose la question de son intérêt théorique en termes d'amélioration des performances de localisation. Dans cette thèse, nous examinons l'intérêt constitué par l'exploitation simultanée des signaux de toutes les stations de base afin de réaliser la localisation. Nous nous attachons dans un premier temps à caractériser en termes d'erreur quadratique moyenne et de borne de Cramer-Rao les approches centralisées et décentralisées pour la localisation dans un contexte de signaux bande étroite sur l'ensemble du réseau de stations. Ensuite, pour le cas plus général de signaux large bande sur l'ensemble du réseau de stations, nous proposons une approche basée sur un traitement spatio-temporel. Nous montrons son intérêt comparativement à l'état de l'art et aux performances optimales théoriques qui font elles-mêmes l'objet d'une partie des travaux exposés dans cette thèse. Un algorithme de géolocalisation en contexte de multitrajets est également proposé dans cette thèse.

La cohabitation de plusieurs services différents sur un même réseau soulève de nombreux problèmes pour la gestion et la conception de réseau de télécommunication. L'introduction de mécanismes "intelligents " dans les réseaux multiservices permet de surmonter la difficulté de mettre en place des méthodes plus traditionnelles pour prendre en compte toute la complexité générée par la multiplication des services. Dans ce contexte, nous nous intéressons au problème de l'évaluation de performance dans les réseaux à l'état stationnaire, et plus spécifiquement l'évaluation des critères de qualité de service (QoS). Au lieu d'essayer de modéliser tous les mécanismes d'un routeur pour formaliser certains critères de QoS, nous proposons d'utiliser les capacités d'apprentissage et de généralisation des réseaux de neurones pour apprendre cette QoS à partir d'observations du système. Nous proposons ainsi des modèles neuro-mimétiques de différents critères de la QoS d'un noeud du réseau qui s'appuient sur une description statistique relativement simple des trafics incidents. Nous avons étudié l'apprentissage de plusieurs critères de qualité de service à partir de simulations à évènements discrets dans le cas de files d'attente élémentaires et de files d'attente à serveur partagé qui modélisent la différentiation de services dans les routeurs IP ou MPLS. Nous généralisons ensuite cette approche pour effectuer l'estimation de la QoS le long d'un chemin et proposons pour cela une coopération distribuée de modèles neuronaux. Les réseaux de neurones sont chargés d'estimer à la fois les critères de qualité de service et une description du trafic de sortie. Ce schéma couplé à un protocole de type RSVP permettrait à terme de propager les estimations le long du chemin pour établir une estimation de la QoS de bout en bout. Nous nous intéressons enfin au problème de routage optimal sous contraintes de QoS de bout en bout. Nous présentons une formalisation multiflot permettant de mettre en place une stratégie de résolution de type déviation de flot qui s'appuie sur une approche de type lagrangien augmenté pour relâcher les contraintes de QoS. Cette stratégie permet d'obtenir un optimum local réalisable. Nous proposons ensuite de remplacer l'approximation M/M/1 traditionnellement utilisée dans les modèles de multiflot par un modèle par réseaux de neurones de la QoS, plus réaliste notamment dans le cas de la différentiation de service. Toutefois il est nécessaire de garantir la croissance des fonctions évaluations pour assurer la validité du schéma d'optimisation. Cette monotonie peut être imposée lors de l'apprentissage du modèle neuronal par l'ajout de contraintes sur les dérivées premières. Nous avons développé ainsi un algorithme d'apprentissage sous contraintes qui impose la monotonie dans les réseaux de neurones feed-forward en utilisant des méthodes classiques de l'optimisation nonlinéaire sous contraintes.

La particularité des systèmes xDSL (Digital Subscriber Line) et CPL (Courants Porteurs en ligne) est de réutiliser des supports de transmission existants, à savoir l'infrastructure téléphonique et le réseau électrique domestique. Ces deux techniques présentent ainsi l'avantage d'optimiser l'utilisation de ces media de communication. Néanmoins les supports filaires utilisés n'étaient pas initialement destinés à la transmission d'informations à haut débit et des problèmes de Compatibilité Electromagnétique (CEM) se posent inévitablement. Dans ce contexte, ce travail de thèse étudie les problèmes de CEM dans les réseaux filaires supports des hauts débits, à partir des caractéristiques physiques des supports de transmission. Des solutions innovantes sont proposées pour la réduction de la diaphonie dans les réseaux téléphoniques multifilaires transportant les signaux xDSL; puis pour l'amélioration de la fonction de transfert du réseau électrique domestique, support des CPL.

L'information géographique est construite, analysée et transformée par des traitements informatiques. À l'Institut Géographique National (IGN), les utilisateurs et les développeurs ont besoin d'aide pour rechercher, connaître et partager ces traitements.<br />Le but de notre travail est de fournir cette aide. Les documentations existantes ne permettent pas toujours de répondre de façon satisfaisante aux besoins identifiés : elles sont éparses, aux formats hétérogènes et ne décrivent pas les données avec toute la finesse souhaitée. Ces documentations sont également en général statiques : elles ne peuvent fournir des modes d'emploi adaptés aux contextes d'utilisation particuliers (caractéristiques des données, environnement, connaissances de l'utilisateur). Or, puisque toutes les réponses aux requêtes des utilisateurs ne peuvent être stockées à l'avance, il faut que des mécanismes de dérivation de l'information soient mis en oeuvre.<br />Face à ce problème, nous soutenons la thèse qu'une solution peut être de recourir à des métadonnées à la structure et au contenu contrôlés, conformes à un modèle à la fois approprié à la spécificité des traitements géographiques (description fine des propriétés des données avant et après traitements, illustrations) et propre à une représentation opérationnelle des connaissances d'expert. Nous montrons l'intérêt de suivre une double approche en développant d'une part un système d'information documentaire (SI) dédié à la consultation et la saisie des métadonnées, d'autre part un système à base de connaissances (SBC) dédié à la simulation des raisonnements de l'expert et reposant sur les langages standard du Web Sémantique RDF, OWL et SWRL.

Peer-to-peer real-time communication and media streaming applications optimize their performance by using application-level topology estimation services such as virtual coordinate systems. Virtual coordinate systems allow nodes in a peer-to-peer network to accurately predict latency between arbi- trary nodes without the need of performing extensive measurements. However, systems that leverage virtual coordinates as supporting building blocks, are prone to attacks conducted by compromised nodes that aim at disrupting, eavesdropping, or mangling with the underlying communications. Recent research proposed techniques to mitigate basic attacks (inflation, deflation, oscillation) considering a single attack strategy model where attackers perform only one type of attack. In this work, we define and use a game theory framework in order to identify the best attack and defense strategies assuming that the attacker is aware of the defense mechanisms. Our approach leverages concepts derived from the Nash equilibrium to model more powerful adversaries. We apply the game theory framework to demonstrate the impact and efficiency of these attack and defense strategies using a well-known virtual coordinate system and real-life Internet data sets. Thereafter, we explore supervised machine learning techniques to mitigate more subtle yet highly effective attacks (frog-boiling, network-partition) that are able to bypass existing defenses. We evaluate our techniques on the Vivaldi system against a more complex attack strategy model, where attackers perform sequences of all known attacks against virtual coordinate systems, using both simulations and Internet deployments.

Ce travail de thèse est consacré à l'étude théorique et expérimentale de la régénération tout-optique pour les systèmes de télécommunications longue distance et très-haut débit. Nous nous intéressons plus particulièrement à des solutions compactes, bas coût, et compatibles avec des systèmes multiplexés en longueur d'onde (WDM). Ces travaux se sont orientés vers des dispositifs à base d'absorbant saturable en microcavité (AS) qui grâce à un couplage optique vertical et un démultiplexage spatial des longueurs d'onde rend ce composant très attractif pour des applications de régénération tout-optique dans des systèmes de transmission WDM. Premièrement, nous étudions une architecture de régénérateur optique 2R basé sur l'association d'un AS et d'un limiteur de puissance utilisant des effets non-linéaires dans une fibre optique. Durant cette thèse, un module AS à 8 canaux a été réalisé. Ce module a permis d'étudier la compatibilité de l'AS avec des systèmes de transmission WDM. L'efficacité de ce module AS pour la régénération 2R est validée à l'aide d'une boucle à recirculation de 100 km. Nous avons démontré expérimentalement sur les 8 canaux du module une amélioration de la distance de transmission d'un facteur 3,3 pour un taux d'erreur binaire de 10−4 . Deuxièmement, une solution alternative pour réaliser la fonction de limiteur de puissance basé également sur un AS est proposée. Nous étudions donc un dispositif de régénération qui associe un premier AS, permettant d'améliorer le taux d'extinction du signal, et un deuxième AS traitant les fluctuations des puissances optiques élevées (symbole "un"). Ensuite, un régénérateur 3R tout-optique basé sur le régénérateur 2R et une technique de modulation synchrone est considéré. La modulation synchrone est réalisée par une modulation d'absorption croisée dans l'AS obtenue en injectant une horloge optique issue d'une récupération d'horloge (RH) tout-optique. Cette RH utilise des lasers à verrouillage de modes à semi-conducteurs. Ce dispositif 3R a été inséré dans une boucle à recirculation de 100 km et étudié à un débit de 42,7 Gbit/s. L'étude expérimentale à montré un facteur d'amélioration de la distance de transmission de 22,5 pour un taux d'erreur binaire de 10−8 et correspondant à une distance de transmission de 18 000 km. Enfin, l'étude d'un dispositif de régénération tout-optique permettant de traiter un signal dont l'information est portée par la phase (DPSK) est menée. Nous avons étudié l'impact de l'AS quand il est utilisé comme limiteur de puissance dans un système de transmission DPSK. En effet, l'AS permet de limiter les fluctuations d'intensité et ainsi de se prévenir contre l'accumulation de bruit de phase non-linéaire. Nous avons démontré expérimentalement avec une boucle à recirculation de 100 km que ce type de régénérateur permet une amélioration jusqu'à un facteur 1,6 sur la distance de transmission pour un taux d'erreur binaire de 10−4.

La détection d'anomalies est une tâche critique de l'administration des réseaux. L'apparition continue de nouvelles anomalies et la nature changeante du trafic réseau compliquent de fait la détection d'anomalies. Les méthodes existantes de détection d'anomalies s'appuient sur une connaissance préalable du trafic : soit via des signatures créées à partir d'anomalies connues, soit via un profil de normalité. Ces deux approches sont limitées : la première ne peut détecter les nouvelles anomalies et la seconde requiert une constante mise à jour de son profil de normalité. Ces deux aspects limitent de façon importante l'efficacité des méthodes de détection existantes. Nous présentons une approche non-supervisée qui permet de détecter et caractériser les anomalies réseaux de façon autonome. Notre approche utilise des techniques de partitionnement afin d'identifier les flux anormaux. Nous proposons également plusieurs techniques qui permettent de traiter les anomalies extraites pour faciliter la tâche des opérateurs. Nous évaluons les performances de notre système sur des traces de trafic réel issues de la base de trace MAWI. Les résultats obtenus mettent en évidence la possibilité de mettre en place des systèmes de détection d'anomalies autonomes et fonctionnant sans connaissance préalable.