Les réseaux sans fil constituent de plus en plus une technologie émergente permettant à ses utilisateurs<br />un accès à l'information et aux services électroniques indépendamment de leurs positions<br />géographiques. Le succès de ce type de réseaux est suscité par un grand intérêt de la part des particuliers,<br />des entreprises et du milieu industriel. Les débits atteints actuellement avec les réseaux<br />sans fil rendent possible le transfert de flux multimédia soumis à de fortes contraintes. Ainsi, le<br />respect de certaines contraintes telles que la bande passante, le délai ou encore le taux de pertes<br />de paquets devient primordial. Cependant, les solutions qui ont été introduites dans le monde des<br />réseaux filaires deviennent inadaptées pour des réseaux utilisant un médium radio partagé sans aucune<br />administration centralisée.<br />Dans ce cadre, plusieurs travaux concernant l'étude de la qualité de service (QoS) dans les réseaux<br />sans fil et notamment les réseaux ad hoc ont été réalisés afin de définir des modèle de QoS, des protocoles<br />d'accès au médium, des protocoles de routage avec QoS et des protocoles de signalisation. Pour<br />cela, notre premier objectif a été l'étude des différents mécanismes de QoS. Ce travail se place donc,<br />dans le cadre de la QoS et la proposition de mécanismes permettant d'offrir des solutions optimales<br />à des applications sensibles à certains facteurs de QoS. L'autre contribution de ce travail se situe<br />dans l'intégration du concept de l'ingénierie du trafic dans les réseaux ad hoc. En effet, ce concept<br />nous a permis de proposer des mécanismes offrant des services différenciés afin d'assurer la QoS dans<br />ces réseaux. De même, nous avons proposé de nouveaux mécanismes d'ordonnancement dans le but<br />de gérer les différents types de flux passant par la couche MAC du standard IEEE 802.11. Enfin, la<br />dernière contribution a été la proposition de solutions d'équilibrage de charge, d'ingénierie de trafic<br />et la validation des différents résultats par le biais de simulations et de preuves mathématiques.

Dans cette thèse, nous étudions plusieurs méthodes pour la mise en place de la QoS<br />(Quality of Service) dans un réseau IP. Avant d'entamer nos travaux de recherche, nous<br />dévoilons tout d'abord les différents mécanismes de QoS que nous étudierons dans la thèse.<br />MPLS (Multi Protocol Label Switching), DiffServ (Differentiated Services) et les algorithmes<br />d'ordonnancement formeront la base du réseau coeur que nous utiliserons. En accord avec<br />plusieurs travaux, nous définissons trois classes de service à différencier dans le réseau. La<br />première classe comporte les flux voix. Elle nécessite un délai faible et une gigue réduite. Les<br />flux de "données critiques", qui requièrent un taux de perte faible et un délai borné, forme la<br />deuxième classe. La troisième classe, qui regroupe les applications telles que le transfert de<br />fichiers ou l'échange de courriers électroniques, n'exige aucune condition particulière du<br />réseau.<br />Dans un premier temps, nous modélisons les flux sortant/entrant d'un réseau mobile<br />sans fil. D'abord, nous modélisons les lois d'inter arrivée des paquets d'un flux agrégé au<br />niveau de la couche MAC (Medium Access Control) entrant au réseau UTRAN (UMTS<br />Terrestrial Radio Access Network), le réseau d'accès à l'UMTS (Universal Mobile<br />Telecommunication Service). Le protocole CDMA (Code Division Multiple Access) utilisé<br />dans ce réseau propose un accès différent en fonction de la QoS demandée. Ensuite, nous<br />déterminons la loi caractérisant l'inter arrivée des paquets sortant d'un réseau WiFi (Wireless<br />Fidelity) utilisant la couche MAC 802.11 de base. Pour ces deux réseaux, nous proposons<br />différents modèles d'agrégation de flux voix, Web, transfert de fichiers ou un multiplexage de<br />ces différentes classes. Nous mesurons l'adéquation de deux modèles de loi de distributions<br />aux traces créées. La première distribution est le processus MMPP (Markov Modulated<br />Poisson Process) qui représente un modèle Markovien. Nous expérimentons deux valeurs du<br />nombre d'états: 2 et 4. La seconde loi que nous considérons est la loi Gaussienne. Nos<br />résultats montrent que d'une part, le type des flux agrégés et d'autre part, le réseau utilisé,<br />influent tous les deux sur le modèle produit.<br />Dans un second temps, nous développons les équations qui déterminent les<br />probabilités stationnaires d'une file d'attente implémentant l'ordonnanceur GPS (Generalised<br />Processor Sharing) avec trois classes de service. En utilisant le mécanisme DiffServ pour<br />différencier les flux, nous mesurons la QoS à la sortie d'une file unique utilisant WRR<br />(Weighted Round Robin), un des algorithmes qui approximent GPS. Nous traçons alors les<br />différentes courbes de délai et de taux de perte observés à la sortie de cette file en fonction de<br />la pondération et de la charge créée par chacune des classes. Nous appliquons les différentes<br />conclusions du choix des paramètres que nous tirons d'un seul serveur à un réseau entier. De<br />plus, nous ajoutons l'ingénierie de trafic de MPLS pour quantifier le gain mesuré par chaque<br />politique. A partir de ce travail, nous avons pu généraliser nos constatations qui deviennent<br />valable aussi bien sur une file que dans un réseau.<br />Dans un troisième temps, nous développons une méthode d'adaptation dynamique du<br />routage. Nous la proposons afin de palier aux variations de la distribution du délai sur les<br />liens qui forment le chemin de bout en bout. Ce mécanisme se base sur les techniques de<br />tomographie des réseaux afin d'estimer la distribution du délai sur les différents tronçons des<br />chemins observés. Si le délai moyen sur la route utilisée reste supérieur d'un seuil ε pendant<br />un temps τ au délai moyen d'un autre chemin, le mécanisme déclenche alors la procédure de<br />modification du chemin emprunté. C'est l'utilisation du protocole MPLS associé à ce<br />mécanisme qui permet une modification souple et rapide des itinéraires.

La notion de qualité de service (QoS) est un concept important pour transporter sur les réseaux de l'information avec un maximum de fiabilité. Les métriques de la QoS sont le débit, le délai, la gigue et le taux de pertes. Par ailleurs, la multiplicité des applications conduit à une hétérogénéité des données : les flots élastiques requièrent un débit soutenu et les flots non élastiques exigeants en délai. Les algorithmes d'ordonnancement à différenciation proportionnelle permettent de partager équitablement les ressources entre les applications, selon leurs besoins. Toutefois, la proportionnalité ne s'est jusque-là effectuée que selon un seul critère de qualité (débit, délai ou taux de perte). Nous proposons un algorithme d'ordonnancement à différenciation proportionnelle, fondée sur la fonction de puissance mettant en rapport deux critères : le délai et le débit. L'ordonnanceur PSP (Power as a Scheduling Parameter) offre un partage équitable des ressources entre les applications à besoins différents de manière à ce qu'aucune classe ne subisse de phénomène de famine. L'implémentation et les tests de l'ordonnanceur ont été réalisés au moyen de l'outil de simulation ns-2.

La thèse s'intéresse à la réalisation d'une architecture de Qualité de Service en rupture avec les approches classiques, permettant d'offrir des garanties de bout en bout pour le trafic. L'approche Flow-Aware Networking considère le trafic au niveau des flux applicatifs, pour lesquels des modèles de trafic simples mais robustes conduisent à une relation fondamentale entre ressources offertes par le réseau, la demande générée, et la performance obtenue. En particulier, l'architecture de routeur Cross-Protect propose la combinaison d'un ordonnancement fair queueing et d'un contrôle d'admission afin d'assurer de manière implicite la performance des flots streaming et élastique, sans nécessiter ni marquage ni procotole de signalisation. Dans un tel contexte, nous considérons le dimensionnement des buffers au sein des routeurs, l'introduction d'un ordonnancement de type fair queueing dans le réseau et son impact sur la performance des protocoles TCP, ainsi que la réalisation d'un algorithme de contrôle d'admission approprié. Pour terminer, une déclinaison de cette architecture pour le réseau d'accès est proposée. / The thesis deals with the realization of a Quality of Service architecture that breaks with traditional approaches, and allows end-to-end performance guarantees for the traffic. The Flow-Aware Networking approach considers the traffic at the flow level, for which simple but robust traffic models lead to a fundamental relationship between the resources offered by the network, the demand and the obtained performance. In particular, the Cross-Protect router architecture proposes the combination of a fair queueing scheduler, and an admission control so as to implicitly ensure the performance of both streaming and elastic flows, without the need for any marking nor signalization protocol. In such a context, we consider the sizing of router buffers, the introduction of fair queueing scheduling inside the network and its impact on the performance of TCP protocols, as well as the realization of a suitable admission control algorithm. Finally, a declination of this architecture for the access network is proposed.