La thèse est consacrée à la modélisation analytique des réseaux de télécommunication à communication de paquets, véhiculant différents types de trafic, trafic temps-réel et transferts de données. Une première partie s'attache à l'évaluation de la performance des réseaux de données: l'analyse des différentes politiques d'allocation de ressource repose sur la théorie des réseaux de files d'attente dits Processor Sharing. En particulier, nous identifions et étudions les allocations insensibles aux caractéristiques statistiques fines du trafic. Nous étudions dans la deuxième partie le délai de traversée du réseau des paquets attachés aux applications temps-réel et donnons, à l'aide d'outils d'ordonnancement stochastique, quelques arguments en faveur de la conjecture "mieux que Poisson" majorant précisément ce délai. La dernière partie quantifie l'impact du trafic temps-réel sur la performance des transferts de données, étude basée également sur des notions d'ordre stochastique.

La télécommunication mobile connecte les personnes de n'importe où à tout moment. La transmission de la voix et des données à travers les réseaux de télécommunication mobile permet d'envoyer des informations et de diriger des transactions d'une manière nouvelle. Cela crée un nouveau domaine d'affaires qui s'appelle du commerce mobile, une affaire étendue basée sur l'Internet avec de nombreux des caractéristiques uniques ajoutés. Comme un soutien fondamental du plate-forme, les réseaux de la télécommunication mobile joue un rôle essentiel dans le commerce mobile. Leurs caractéristiques techniques et le déploiement déterminent l'essence pour le commerce mobile. Dans cette mémoire, nous étudions et présentons les caractéristiques techniques des technologies communications mobiles du réseau 1G à 3G et au-delà. Nous étudions également les technologies WLAN et WAP qui sont courantes dans le commerce mobile en Chine et dans le monde. Le commerce mobile est en train de se développer, le nombre d'utilisateurs de téléphones mobiles sont de plus en plus en Chine et dans ce monde. Les utilisateurs mobiles énormes en Chine ainsi que la maturité des technologies 3G affichent un fort potentiel pour offrir et d'adopter plus les nouveaux services mobiles. Après réviser l'évolution du commerce mobile et l'histoire du succès i-mode au Japon, nous nous concentrons sur le mobile du marché chinois de manière à découvrir son marché, l'infrastructure du réseau mobile, et le modèle d'affaires. Fondé sur la base de notre enquête sur le commerce mobile chinois, nous présentons, selon notre jugement, les services mobiles et des applications que sont convenables pour la Chine. Parmi eux, nous pensons qu'il y a la tendance sur les services basés sur la localisation et services orientées de l'architectures. Cette tendance peut attirer plus d'attention à offrir de nouveaux services. En plus, elle peut offrir des services d'intégration et de personnalisation qui viennent de fournisseurs de services mobiles et des utilisateurs finaux. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Gestion intégrée et écosystémique, Principe de précaution, Communication entre acteurs, Risques sur l'environnement et la santé.

L'explosion actuelle de l'utilisation des applications en temps réel, telles que la téléphonie et la vidéo haute définition, fait en sorte qu'une demande croissante en bande passante existe. Or, la fibre optique offre un très grand potentiel en termes de bande passante allant physiquement jusqu'à 50 terabits par seconde par fibre optique en utilisant un multiplexage en longueurs d'onde. La commutation de rafales en optique est une nouvelle technique de commutation permettant de tirer profit des avantages de la commutation de paquets et de la commutation de circuits. Une problématique majeure est le taux de perte élevé à cause du problème de la contention. Plusieurs techniques de résolution de la contention existent, notamment la déflexion et la retransmission. Dans la première partie de ce travail, on s'intéresse à combiner dynamiquement la déflexion et la retransmission d'une manière adaptative en tenant compte de l'état du réseau. L'algorithme proposé permet d'effectuer le plus de déflexions possibles tant que celles-ci ne déstabilisent pas le réseau. Les résultats démontrent également, avec des topologies fortement connectées telles que COST239, que l'algorithme proposé permet de diminuer radicalement les pertes en utilisant un ratio de déflexion très grand. La deuxième partie de ce travail porte sur la prévention de la contention en utilisant des tables de routage optimisées. Ces tables de routage sont optimisées en utilisant un modèle graphique probabiliste utilisé en intelligence artificielle, soit un réseau bayésien. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Fibre optique, WDM, Commutation de rafales, Contention, Déflexion, Retransmission.

La radiocommunication est un domaine d’application en constante évolution. Les organisations, qui utilisent des systèmes de radiocommunication dans leurs tâches quotidiennes, doivent absolument suivre cette évolution pour maintenir leur capacité à réaliser leurs objectifs. Ces organisations utilisent actuellement des systèmes qui sont peu flexibles, très coûteux et rarement compatibles. Les standards du Projet 25 (P25) ont été créés dans le but d’enrayer les problèmes de compatibilité entre les systèmes développés par les différents manufacturiers, tout en offrant un moyen de communication numérique efficace. Le déploiement des systèmes de radiocommunication P25 s’effectue actuellement, au Québec, à partir de sites fixes faisant partie du Réseau national intégré de radiocommunication (RENIR). Le problème rencontré par un déploiement fixe est l’impossibilité de couvrir tout le territoire québécois et l’incapacité à offrir les services lorsqu’un ou plusieurs sites sont mis hors services par l’action éventuelle d’une catastrophe naturelle ou d'une guerre. Une des alternatives au déploiement fixe des radiocommunications est le déploiement mobile qui s’effectue à partir de sites portables et de sites montés sur véhicules routiers et aériens. Cependant, ce type de déploiement est souvent chronophage car il dépend beaucoup de facteurs humains. Ce projet a donc pour objectif de concevoir des algorithmes permettant l’accélération du déploiement mobile des radiocommunications P25. Ainsi, deux algorithmes d’accélération de déploiement ont été conçus et intégrés au prototype d’un contrôleur de sous-système P25. Les tests du prototype permettent d'anticiper des résultats encourageants en ce qui a trait à l’avenir du déploiement mobile du standard de radiocommunication P25. En effet, l’équipe de recherche a déterminé que ce prototype pourrait réduire considérablement le temps requis pour déployer une zone de couverture radio.

Le trafic internet mondial étant toujours plus important, l’augmentation du débit transmis dans les fibres optiques de façon à diminuer le coût par bit est nécessaire. Les technologies actuelles sur fibres monomodes approchent une limite fondamentale empêchant une augmentation conséquente du débit dans les fibres optiques. Une nouvelle technique appelée le multiplexage de mode spatial est une solution pour dépasser cette limite. Plusieurs modes spatiaux, correspondant aux solutions des équations de propagation, sont multiplexés dans une fibre spécifique pour multiplier le débit transmis par le nombre de modes utilisés. Pour la mise en œuvre de cette technique, ma stratégie est de séparer les modes spatiaux de façon hybride, c'est-à-dire d’abord optiquement puis avec un traitement numérique relativement peu complexe. Dans cette approche, la diaphonie entre les modes non dégénérés n’est pas compensée et doit donc être minimisée sur toute la ligne de transmission pour une transmission de données de bonne qualité. Par l’utilisation d’un multiplexeur-démultiplexeur et d’une fibre pouvant propager six modes spatiaux et induisant peu de diaphonie, j’ai réalisé la transmission d’un signal monocanal de 6x100 Gbit/s dans une fibre de 40 km. Pour des transmissions plus longues que 80 km, un amplificateur est nécessaire pour compenser les pertes de la fibre optique. J’ai donc conçu un amplificateur à fibre dopé Erbium pour cinq modes spatiaux induisant peu de diaphonie et avec un gain supérieur à 15 dB pour tous les modes et réalisé la transmission d’un signal de 5x100 Gbit/s sur une distance de 80 km avec un traitement numérique relativement simple. / With the growth of the internet traffic, it is necessary to increase the throughput of optical fibers in such a manner that the cost per transmitted bit decreases. With the current single mode fiber technologies, we are approaching a fundamental limit which prevents us to continue to increase the throughput in these fibers. A new technique called spatial mode multiplexing is investigated as a solution to overcome this limit. Several spatial modes, corresponding to the solutions of the propagation equations in the fiber, are multiplexed into a specific fiber in order to multiply the throughput by the number of transmitted modes. To implement this technique, my strategy is to separate modes first optically and to use a relatively low complex digital signal processing (DSP). Thus the crosstalk between spatial modes should be minimized in the whole transmission line to retrieve the data. By using a multiplexer-demultiplexer and a fiber supporting six modes and inducing low crosstalk, I achieved 40 km long transmission of six modes each transporting 100 Gb/s on a single wavelength. Transmissions longer than 80 km need an amplifier supporting all modes to compensate the losses in the optical fiber. I thus built a five modes Erbium doped fiber amplifier with low crosstalk and >15 dB gain to achieve the transmission of five modes carrying each 100 Gbit/s in an 80 km long fiber with low complex DSP.

Notre groupe de recherche développe actuellement une plateforme de communication multimédia sur protocole IP. Cette plateforme vise une application dans le domaine des communications d'urgence médicale pré-hospitalière. Dans un tel contexte, il devient utile de joindre et d'inviter à une conférence multimédia, un spécialiste médical. La problématique que nous abordons est celle de pouvoir joindre, à tout moment, une telle ressource possédant certaines caractéristiques de spécialité et de disponibilité. Pour y répondre, nous suggérons la mise au point d'un service de présence adapté au contexte des communications d'urgence médicale pré-hospitalière. Ce service a la particularité de permettre une recherche de personnel qui répond à des critères spécifiques, tels que la spécialité, la localisation et/ou l'état de présence. L'objectif général de notre projet de recherche est donc de contribuer à l'avancement de la technologie des systèmes de présence en contexte médical.

Dans cette thèse nous avons tout d'abord abordé le problème de la stabilité des réseaux. Dans ce but, nous avons premièrement développé une méthode temps-réelle définissant des indicateurs de stabilités pour un flux quelconque de messages observé. Puis, nous nous sommes intéressé au cas particulier des flux d'alarmes, qui constituent actuellement un enjeu pour les réseaux du futur. Une méthode créant un graphe statistique de corrélation des alarmes fut développée. Nous avons montré que l'utilisation de la méthode précédente est très utile. Dans un second temps nous avons abordé les problèmes de paramétrisation des réseaux. Nous avons exploré une piste visant à représenter le comportement du protocole OSPF par un réseau de Petri temporisé. Alors, une heuristique à été crée afin de définir, le mieux possible certains paramètres du protocole modulant les arrivées de messages dans le réseau. Nous avons utilisé la simulation de réseau de Petri afin d'observer l'effet de l'heuristique sur le comportement du protocole OSPF. Finalement, nous avons étudié, à l'aide de la théorie du Network Calculus, les politiques de services à priorités fixes. Nous avons défini un programme linéaire, qui étant donné une paramétrisation des arrivées de message et des services, calcule une borne maximale du délai d'un flux observé dans un réseau de topologie quelconque.

La photonique silicium est un domaine de recherche en plein expansion, visant à intégrer la photonique avec la microélectronique. Cette technologie est envisagée pour l’obtention de solutions bas-coûts dans le domaine des télécommunications optiques grâce à l'intégration de l'optique avec l’électronique de commande des composants. La réalisation d'un lien optique rapide pour transporter une information à haut débit nécessite le développement de blocs de base performants et compatibles avec la technologie CMOS. Dans ce contexte, les travaux menés durant ma thèse ont porté plus spécifiquement sur le modulateur optique en silicium, pour les applications haut débit, de 10 à 40 Gbit/s. Les résultats présentés portent notamment sur la conception, l’optimisation, la fabrication et la caractérisation de ce composant. Le modulateur est basé sur un effet électroréfractif obtenu par déplétion des porteurs dans des structures de type PN et PIPIN pour obtenir une variation de phase de l’onde optique. La modulation d’intensité est ensuite obtenue par intégration de la région active dans un interféromètre Mach Zehnder ou un résonateur en anneau. Des simulations électriques, optiques et radiofréquences ont été menées sur les différents éléments du composant, afin de concevoir un dispositif pour les applications FTTH (Fiber To The Home), fonctionnant à 1,27 µm. Parmi les points clefs de ces études on peut noter l’optimisation des électrodes RF coplanaires réalisée grâce au développement d’un modèle électro-optique prenant en compte la propagation des ondes électriques et optiques dans la région active. Un procédé technologique compatible avec la filière CMOS a ensuite été mis en place et les masques nécessaires à la fabrication ont pu être dessinés en considérant les tolérances de fabrication et paramètres critiques. Enfin un grand nombre de résultats expérimentaux ont pu être obtenus, sur des composants conçus à l’IEF et fabriqués au CEA-LETI. On peut notamment retenir un modulateur Mach Zehnder fonctionnant à 40 Gbit/s utilisant une diode « PIPIN » pour réaliser la variation d’indice, et présentant un taux d'extinction de 7.5 dB pour des pertes de seulement 6 dB. Les futures optimisations des modulateurs, silicium visent à les intégrer avec l’électronique de commande, et à aller vers des formats de modulation plus complexes mais aussi plus performants que la modulation d’intensité sur 2 niveaux considérée jusqu’à présent. / Silicon photonics is a research field in full expansion that works towards the integration of photonics and microelectronic components in a single chip. The creation of a broadband optical link that is able to carry high-speed information requires the development of efficient building blocks compatible with CMOS technology. The work carried out during my Ph.D. focused specifically on silicon optical modulators for high-speed applications from 10 to 40 Gbit/s. The work presented includes design, optimization, fabrication and characterization of the complete device. The modulator is based on the electro-refractive effect obtained by depletion of carriers in PN and PIPIN diodes to obtain a phase change of the optical mode. Intensity modulation is obtained by integration of the active region in a Mach-Zehnder interferometer or a ring resonator. Electrical, optical and radio frequency simulations were conducted on the various elements of the modulator to design a device for FTTH (Fiber To The Home) applications operating at 127 µm. Additional studies included the design of RF coplanar waveguide electrodes optimized through the development of an electro-optical model that takes into account the propagation of the electrical and optical waves in the active region. Compatible CMOS processes were proposed, and the necessary masks for fabrication were designed considering fabrication tolerances and critical parameters. Finally, various experimental results were obtained on components designed at IEF and fabricated at CEA-LETI. We can specially mention a Mach Zehnder modulator operating at 40 Gbit/s that uses a PIPIN diode to obtain an index variation, and having an extinction ratio of 7.5 dB and losses of only 6 dB. The goal of future optimizations of silicon modulator is to integrate these devices with the RF driver, and to move towards more complex and efficient modulation formats than the two-level intensity modulation seen so far.

Les réseaux de télécommunications évoluent vers des modèles qui consistent en un certain nombre de routeurs IP interconnectés par un réseau optique intelligent. Cette nouvelle infrastructure multicouche nécessite un haut niveau de fiabilité, de telle manière que les services du réseau puissent être rétablis en cas de panne. Dans cette thèse, nous considérons différents problèmes de sécurisation et de dimensionnement liés à cette infrastructure multicouche. Nous donnons des formulations en terme de programmes linéaires mixtes , et nous discutons des polytopes associés. Nous décrivons plusieurs classes d'inégalités valides et étudions les conditions pour qu'elles définissent des facettes. Nous discutons de procédures de séparation pour ces inégalités et induisons des opérations de réduction. Nous développons des algorithmes de coupes et branchements et de coupes génération de colonnes et branchements et présentons une étude expérimentales sur des instances aléatoires et réelles.

En propagation endo-atmosphérique et sur des longues distances (supérieure à quelques kilomètres), les effets de la turbulence atmosphérique sont importants pour les liaisons de télécommunication optique en espace libre (LOA). Le champ de l'onde subit des perturbations de phase qui modulent l'intensité reçue par le récepteur, dans des proportions pouvant être rédhibitoires pour la fiabilité de la liaison. La pré-compensation du champ émis à l'aide d'une optique adaptative (OA) a été proposée afin de limiter cet effet et de permettre d'augmenter la distance de propagation ainsi que le débit des LOA. L'objectif de cette thèse est d'évaluer les performances et les limites, en termes d'efficacité vis-à-vis des LOA, des différentes méthodes de corrections par OA et d'étudier la possibilité de concepts plus efficaces. Nous avons montré qu'une approche itérative de correction de phase et d'amplitude - qualifiée de correction optimale - permet d'atteindre des performances excellentes, la meilleure parmi les approches proposées jusque-là. L'étude de cette approche théorique, nous a permis de fixer les limites de l'apport d'un système d'OA et de montrer que la correction a encore un intérêt largement au-delà de la limite des faibles perturbations. Dans le régime de fortes turbulences, nous montrons les limites des approches classiques - OA par mesure de front d'onde (ASO), par modulation de phase ou itérative de phase (qualifiée de sous-optimale) - notamment à cause de la scintillation, des enroulements de phase et de la présence de bruit de mesure. Nous avons quantifié la baisse de leurs performances vis-à-vis de la correction optimale et proposé une solution permettant de s'affranchir des effets de la scintillation sur la mesure de front d'onde. Nous avons finalement proposé un dispositif pour la pré-compensation de phase et d'amplitude et plus particulièrement de la mesure et de la commande qui devrait permettre de mettre en œuvre la correction optimale.