Cette thèse présente nos travaux à la fois théoriques et techniques sur la fourniture de la qualité de service dans les réseaux de capteurs sans fil, travaux développés principalement pour la détection en temps réel d'événements. Le premier problème fondamental pour assurer une qualité de service est la connectivité d'un réseau. La probabilité de non-isolation de nœud est donnée garantissant une borne supérieure de 1-connectivité du réseau. Un deuxième problème traité concerne la considération conjointe du problème de connectivité de communication et de couverture de détection. Ce problème étant formalisé comme un problème d'optimisation multi-objectif, un algorithme heuristique du type génétique a été développé, permettant ainsi d'aider au déploiement. Pour assurer la communication des données en temps réel et de façon fiable, un protocole de routage basé sur SPEED a été développé. Les simulations ont montré une amélioration notable de performances par rapport aux solutions existantes. Afin d'assurer la fiabilité de l'information finale, un ensemble de règles de fusion de décision a été proposé. Quant à son implémentation réelle avec moins de complexité sur des nœud de ressources limitées, trois alternatives sousoptimales ont été proposées et qui donnent des performances satisfaisantes dans des plages de rapport signal sur bruit.

Nous étudions dans cette thèse un problème de construction de tournées de véhicules pour le transport de personnes à la demande (TAD) qui, combinant la souplesse des taxis à la capacité de regroupement des transports en commun, est une voie pour repenser nos pratiques en terme de mobilité. Après avoir défini puis classé plusieurs critères de qualité de service, nous en sélectionnons trois pour leur représentativité : la minimisation de la distance totale parcourue, la maximisation du taux de remplissage des véhicules et la minimisation du temps perdu en transport. La méthode d'optimisation utilisée est basée sur une approche par décomposition appelée génération de colonnes. Nous nous plaçons dans le cas statique où toutes les demandes sont connues par avance. L'adaptation de cette méthode exacte aux trois critères choisis induit des développements originaux, comme la modélisation du réseau par un p-graphe ou l'optimisation d'une fonction objectif fractionnaire. Cette étude est intégrée à un projet pluridisciplinaire piloté par des géographes qui a pour sujet d'expérimentation la mise en place d'un TAD opérationnel dans le Pays du Doubs Central (France). Un algorithme de résolution heuristique spécifique a été développé pour cette application. L'intégration des résultats des deux algorithmes à un Système d'Information Géographique permet une analyse des critères de qualité de service et de leurs interactions avec le territoire d'un point de vue géomatique. Il en découle une étude sur la forme des tournées et plus particulièrement sur différentes mesures de leur sinuosité.

Nos travaux de thèse ont pour objectif la conception, la mise en Suvre et l'évaluation d'architectures pour la mobilité et la qualité de service (QoS) dans des systèmes satellites DVB-S2/RCS. Ces systèmes peuvent constituer une solution alternative efficace aux réseaux terrestres dans des zones reculées à faible densité de population mais ils doivent pour cela offrir les mêmes services tout en tenant compte de leurs caractéristiques spécifiques, en particulier leur long délai de transmission qui peut s'avérer problématique dans le cadre d'applications multimédias interactives. Notre première contribution a donc été de développer une architecture de QoS adaptée à ce type d'applications, utilisant le modèle DiffServ et se basant essentiellement sur l'interaction entre l'architecture liée au protocole d'initiation de session SIP et différentes entités du système satellite. La QoS peut alors être configurée de façon précise au niveau des STs, par le biais de l'outil TC, en analysant les descripteurs de session SDP compris dans les messages SIP et en déduisant leurs caractéristiques (débit, gigue max, délai max, etc...) soit localement si elles sont connues, soit à partir d'un service Web que nous avons développé. Nous avons ensuite proposé et développé une solution de mobilité basée sur SIP, adaptée au système satellite ainsi qu'à la solution de QoS précédemment décrite. Les performances de cette solution ont alors été comparées, en termes de temps d'interruption et de consommation de ressources, avec celles obtenues par Mobile IPv6 et certaines de ses extensions, démontrant ainsi de réelles améliorations pour le cas des applications multimédias interactives. Enfin, notre dernière contribution a été de développer deux architectures couplant QoS et mobilité, une spécifiquement conçue pour les applications interactives et basée sur la combinaison de notre solution de mobilité SIP avec notre architecture de QoS SIP et une autre basée sur Mobile IPv6 ou FMI Pv6 et sur l'interaction d'un QoS Agent mobile avec les entités de QoS du système satellite. Ces architectures ont été évaluées et comparées sur la plateforme d'émulation PLATINE développée dans le cadre du projet SATSIX.

Ce mémoire de thèse s'intéresse aux réseaux hétérogènes de capteurs sans fil (Wireless Sensor Networks - WSNs) constitués par une multitude de dispositifs de détection qui coexistent malgré leurs caractéristiques différentes. Contrairement aux réseaux homogènes de capteurs, chaque capteur d'un réseau hétérogène est capable de détecter et mesurer différents phénomènes physiques (température, pression, humidité) et générer ainsi un trafic avec des caractéristiques spécifiques, différentes d'un capteur à l'autre. En effet, selon l'application visée, le déploiement initial des nœuds peut être aléatoire, résultant en une répartition non-homogène des nœuds dans l'environnement. Autres facteurs comme l'extinction d'un nœud suite à l'épuisement de sa batterie ou à une faute générique peuvent impacter l'hétérogénéité de la répartition des nœuds. Tous ces phénomènes peuvent être perçus comme une source supplémentaire d'hétérogénéité dans les réseaux de capteurs sans fil. Puisque les facteurs d'hétérogénéité peuvent évoluer tant au cours du temps que dans l'espace, il est indispensable de concevoir des mécanismes adaptatifs pour les réseaux hétérogènes de capteurs afin de réagir et de s'adapter à la dynamique du réseau. De tels mécanismes adaptatifs sont toutefois difficiles à mettre en place. L'objectif majeur de cette thèse est d'étudier les problèmes liés à l'hétérogénéité dans les réseaux de capteurs sans fil afin de concevoir des méthodes de contrôle de l'accès au canal (Medium Access Control - MAC) qui s'adaptent à la dynamique de l'hétérogénéité tout en étant économe d'un point de vue énergétique. Deux sources d'hétérogénéité sont envisagées. Dans un premier temps, nous considérons les problématiques liées aux sources dans trafics multiples chacune dotée de caractéristiques et contraintes spécifiques. Pour pallier ce problème, un protocole MAC adaptatif basé sur une approche asynchrone est proposé ; il consiste en une méthode MAC de préservation de l'énergie, couplée à l'utilisation d'un instant de rendez-vous pour la transmission des données. Le protocole proposé, LA-MAC pour Low-Latency MAC, permet de garantir de façon efficace le transport de messages au travers d'un réseau multi-sauts grâce à la transmission d'agrégats de données (bursts). De vastes campagnes de simulations numériques corroborent la supériorité de LA-MAC en termes de latence, de taux de paquets correctement délivrés et de consommation énergétique par rapport à d'autres protocoles présentés dans l'état de l'art. Dans un second temps, nous étudions des réseaux dynamiques de capteurs sans fil, dont la densité de nœuds varie en temps et en espace. Cette densité des nœuds dans le réseau peut se définir comme étant le nombre de dispositifs avec des données à émettre par mètre carré. En effet, de brusques augmentations de la densité résultent en un accroissement du taux de paquets perdus en raison d'une hausse de la probabilité de collision des trames. En outre, une baisse de la densité des nœuds peut causer un gaspillage énergétique dû à une écoute oisive. Dans ce mémoire, nous traitons des réseaux dynamiques de capteurs sans fils dans lesquels les nœuds et les liens radio entre ces nœuds peuvent apparaître ou disparaître au cours du temps en raison de l'épuisement de leurs batterie, ou de toute autre opération d'administration du réseau, comme par exemple le déploiement de nœuds additionnels. Le travail présenté démontre qu'il est possible de fournir un support à la qualité de service (QoS) dans les réseaux dynamiques grâce à une méthode MAC adaptative et consciente de la densité, baptisée DA-MAC pour Density Aware MAC. Avec DA-MAC, les nœuds s'appuient sur la valeur de la densité locale et adaptent périodiquement les paramètres locaux qui régissent le protocole afin d'accéder au canal sans collision. L'efficacité du protocole proposé est présentée en comparaison d'autres protocoles de l'état de l'art dans de vastes campagnes de simulations numériques.

Dans cette thèse, nous contribuons à la gestion orientée buts d'affaires des systèmes informatiques à différents niveaux d'abstraction des politiques. D'abord, nous proposons un cadre de gestion qui lie ensemble les buts d'affaires, les accords de niveau de service (SLAs), et l'exécution des politiques. Puis, nous étudions les formalismes existants de spécification des politiques et des SLAs et proposons une spécification orientée-politiques des SLAs qui par conséquent s'adapte bien pour une approche de raffinement basée sur les politiques. La contribution principale de la thèse se relie cependant aux mécanismes d'analyse des politiques. Nous contribuons à l'analyse off-line de la validité et l'uniformité des politiques de bas niveau en ce qui concerne les buts de haut niveau et les SLAs. D'une part, nous identifions un type de test des politiques qui aide à détecter un nouveau type de comportement anormal que nous appelons boucles de politique. Ni détecter ni résoudre ce type de comportement n'est facile à faire dans le cas général. Nous montrons cependant comment il peut être fait pour l'exemple d'application étudiée. D'autre part, nous suggérons un nouveau type d'analyse, que nous appelons analyse dynamique des politiques, et qui correspond à l'investigation de la façon à influencer l'ordonnancement de l'exécution des politiques au temps d'exécution afin de réaliser une meilleure optimisation des buts d'affaires de haut niveau. En conclusion, nous identifions le besoin critique de simuler les solutions de gestion par politiques et nous présentons PS, qui est un simulateur de politiques que nous avons développé afin de permettre l'expérimentation, l'analyse, la validation, et l'optimisation des solutions de gestion par politique avant leur déploiement dans une plateforme de gestion réelle. Le paradigme de gestion orientée buts d'affaires vise à ce que les actions de configuration de bas niveau d'un système informatique soient dérivées et actionnées d'une façon qui permet d'accomplir et optimiser les buts de haut niveau initiaux du fournisseur de service. Un ensemble de conditions est nécessaire pour permettre un tel paradigme de gestion. Celles-ci incluent la capacité de spécifier les buts d'affaire de haut niveau ainsi que des Contrats de Niveau de Service (SLAs), le raffinement de ces buts et SLAs en des actions de configuration de bas niveau, aussi bien que la validation de ces actions de bas niveau contre le comportement de haut niveau indiqué. Enfin, la boucle de surveillance aide à augmenter la performance et correction des futures exécutions du système en identifiant et en remédiant à des défauts observés lors d'exécutions antérieures. La gestion par politiques a émergé comme mécanisme de préféré pour la mise en œuvre de la gestion orientée buts d'affaires vu la promesse qu'elle offre d'alléger le coût de configuration et d'entretien de systèmes automatisés complexes en fournissant un modèle de gestion qui sépare la fonctionnalité d'exécution de la logique comportementale. Bien qu'il y ait eu des efforts considérables, à la fois dans l'industrie et le milieu universitaire, sur la spécifications et l'exécution des politiques et des SLAs, il y a eu peu d'efforts sur le raffinement des buts de haut niveau en des politiques de bas niveau. En plus, il y a besoin d'étudier le comportement d'exécution des politiques et de développer des modèles et des techniques qui emmènent plus loin le raffinement orienté-politiques des buts par la considération de la dynamique du comportement des politiques au temps d'exécution et comment ceux-ci peuvent se relier à l'optimisation des buts d'affaires de haut niveau. Dans cette thèse, nous contribuons à la gestion orientée buts d'affaires des systèmes informatiques à différents niveaux d'abstraction des politiques. D'abord, nous proposons un cadre de gestion qui lie ensemble les buts d'affaires, les accords de niveau de service (SLAs), et l'exécution des politiques. Puis, nous étudions les formalismes existants de spécification des politiques et des SLAs et proposons une spécification orientée-politiques des SLAs qui par conséquent s'adapte bien pour une approche de raffinement basée sur les politiques. La contribution principale de la thèse se relie cependant aux mécanismes d'analyse des politiques. Nous contribuons à l'analyse off-line de la validité et l'uniformité des politiques de bas niveau en ce qui concerne les buts de haut niveau et les SLAs. D'une part, nous identifions un type de test des politiques qui aide à détecter un nouveau type de comportement anormal que nous appelons boucles de politique. Ni détecter ni résoudre ce type de comportement n'est facile à faire dans le cas général. Nous montrons cependant comment il peut être fait pour l'exemple d'application étudiée. D'autre part, nous suggérons un nouveau type d'analyse, que nous appelons analyse dynamique des politiques, et qui correspond à l'investigation de la façon à influencer l'ordonnancement de l'exécution des politiques au temps d'exécution afin de réaliser une meilleure optimisation des buts d'affaires de haut niveau. En conclusion, nous identifions le besoin critique de simuler les solutions de gestion par politiques et nous présentons PS, qui est un simulateur de politiques que nous avons développé afin de permettre l'expérimentation, l'analyse, la validation, et l'optimisation des solutions de gestion par politique avant leur déploiement dans une plateforme de gestion réelle.

Cette thèse se focalise sur le développement des algorithmes d'ordonnancement sous contrainte (m, k)-firm, ainsi que leurs applications pour la gestion de la qualité de service (QdS) dans les réseaux et systèmes temps réel distribués. L'objectif recherché est la ga-rantie déterministe de la QdS tout en maintenant un fort taux d'utilisation des ressources.<br />Les contributions sont (1) l'établissement d'une condition suffisante d'ordonnançabilité d'un ensemble de tâches sous l'algorithme « distance based priority »; (2) la définition de R-(m, k)-firm, un nouveau modèle qui relâche la contrainte (m, k)-firm et qui permet de modéliser de façon plus juste des exigences du temps réel souple; (3) le développement d'un algorithme efficace de dimensionnement de ressources sous contrainte (m, k)-firm relâchée; (4) la proposition de « Double Leaks Bucket » pour la gestion active de files d'attente permettant de maintenir une QdS en cas de surcharge des réseaux.

Les progrès récents dans le domaine des technologies de communications ont ouvert la voie à de nouveaux réseaux et les applications multimédias distribuées se sont développées. Elles ont pour principales caractéristiques des débits élevés, des flux continus avec de fortes contraintes temporelles, et des besoins en synchronisation pour préserver la cohérence de leur présentation. Les réseaux de communication actuels ne pouvant tout offrir à la fois (hauts débits, qualité et respect des contraintes temporelles), la multiplicité des supports de communication et des services permet d'envisager une nouvelle voie : le choix du support de communication en fonction des contraintes de l'application. Si cette multiplicité possède des attraits, elle recèle aussi de nombreuses difficultés qu'il faut maîtriser comme l'hétérogénéité des services de bout en bout. Ceci nous a conduit à concevoir et à réaliser une nouvelle architecture de communication " multi-réseaux " prenant en compte les besoins spécifiques des applications multimédias. D'une part, lorsque plusieurs réseaux sont accessibles, un protocole permettant de sélectionner la meilleure interface de communication en fonction des besoins spécifiques des flux multimédias a été défini. Afin de préserver la synchronisation multimédia, des mécanismes d'ordres partiels sont intégrés au protocole. D'autre part, lorsque des domaines très hétérogènes doivent être traversés par un flux, une solution qui permet de préserver la qualité de service des protocoles de transport est proposée. Elle est basée sur le principe de la rupture des connexions transport par des proxys situés en bordure de domaine. Un modèle de flux associant un langage de spécification des flux multimédias à des mécanismes de traitement de ces flux par le protocole est proposé pour formaliser les spécifications de qualité de service. Enfin, cette thèse a contribué à développer des mécanismes de déploiement dynamique de protocoles de t ransport.

Dans cette thèse, nous nous intéressons à la problématique liée à la communication numérique sur courant porteur dans l'objectif de fournir une infrastructure de communication qui permet la surveillance et le contrôle de la distribution et de la consommation de l'énergie. Ce travail a été effectué dans le cadre du projet européen REMPLI (Real-time Energy Management via Power Line and Internet) et a produit la spécification REMPLI PLC (Power Line Communication). Pour fournir une meilleure performance de la communication et effectuer le transfert de données en temps réel, en utilisant les réseaux électriques de moyenne tension et de basse tension, les problèmes principaux qui sont le routage dynamique de paquets de données, la gestion de la qualité de service et la notification des événement en temps réel, ont été traités. Nous avons développé un protocole de routage efficace pour s'adapter au changement dynamique de topologie du réseau électrique. Les performances de REMPLI PLC sont évaluées en utilisant des approches de simulation couplée avec des approches analytiques. Il est prouvé que la majorité des besoins applicatifs peuvent être satisfaite par REMPLI PLC. Nous avons proposé et implanté un nouvel “ordonnançeur de traffic” fournissant différents niveaux de qualité de service pour les applications. Des variantes de protocole ALOHA ont été proposées et évaluées afin de vérifier que les propriétés temps réel requises sur les notifications d'événements sont respectées.

Les systèmes d'exploitation utilisent très généralement une politique de " meilleur effort " (Best-effort) pour exécuter les applications. Tant que les ressources sont suffisantes, les applications s'exécutent normalement mais quand les ressources deviennent insuffisantes, des mécanismes de contrôle sont nécessaires pour continuer à obtenir des services de qualité acceptable. Cette thèse a pour objectif de gérer la QoS des applications distribuées. La première partie propose un middleware totalement décentralisé pour contrôler l'utilisation des ressources des applications distribuées. Cette approche se fonde sur une planification approximative et un schéma d'emprunt de ressources afin d'améliorer la QoS globale du système. Via ce schéma d'emprunt, chaque nœud construit localement une vue détaillée de la disponibilité des ressources dans le système. La présence da la connaissance de la disponibilité des ressources en local permet à chaque nœud de prendre localement des décisions et de planifier les tâches des applications. Pour un contrôle plus fin de l'exécution, la deuxième partie ajoute un support pour l'adaptation du comportement des applications. Le middleware utilise un modèle général des applications sous forme de graphe d'exécution décoré avec les besoins en ressources. Un chemin dans le graphe est une exécution possible de l'application avec une certaine utilité, et ce sont ces chemins qui fournissent les degrés de liberté dont le middleware a besoin pour adapter la consommation des ressources au contexte. Les applications coopèrent avec le middleware dans le processus de gestion de la QoS lors de l'admission puis durant toute l'exécution. Le middleware est le chef d'orchestre et c'est lui qui pilote et c'est lui qui pilote l'exécution des actions des applications (arcs dans le graphe) Pour valider notre approche, un prototype à base d'agents a été réalisé. Les résultats démontrent l'intérêt de notre approche.

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal