Vers de meilleures applications pour le partage de contenus dans des réseaux tolérants au délai

The rapid proliferation of advanced mobile devices has created a growing demandfor data content. Existing approaches cannot keep up with the large volume ofcontent generated and requested, without the deployment of new expensive infrastructure.Exchanging content of interest opportunistically, when two nodes are inrange, presents a low cost and high bandwidth alternative for popular, bulky content.Yet, efficiently collecting, storing, and sharing the content while preventingselfish users from impairing collaborative ones, poses major challenges.In this thesis, we start by discussing the state of the art in terms of proposedsolutions for both point-to-point content routing and point-to-multipoint contentsharing solutions in DTN(s) (Delay Tolerant Network). Our main observationswere (i) despite a large amount of effort invested in the design of efficient routingprotocols for DTN, there has not been a similar focus on storage management andscheduling policies, and (ii) in addition to dealing with the resources managementchallenges, distributed (or peer-to-peer) content sharing systems over non-altruisticmobile devices have one more important issue to deal with: to ensure enough nodescollaborate to make the system interesting to participants. This latter goal is oftenconflicting with optimal resources management policies.Following this preliminary study, we try to solve the highlighted problems intheir foundations. We focus first on the problem of optimal resource managementin the context point-to-point content routing through a DTN. This problem wasfirst studied in scenarios related to environment and habitat monitoring based onsensor networks [1, 2], in project willing to connect rural villages [3, 4, 5, 6, 7], andeven in scenarios related to space technologies based on DTN protocols [8, 9]. Wepropose a practical and efficient joint scheduling and drop policy that can optimizedifferent performance metrics, such as average delay and delivery probability. Wefirst use the theory of encounter-based message dissemination to derive the optimalpolicy based on global knowledge about the network (GBSD, Global knowledgeBased Scheduling and Drop). Then, we introduce a method that estimates allnecessary parameters using locally collected statistics. Based on this, we derive adistributed scheduling and drop policy that can approximate the performance of theoptimal policy in practice (HBSD, History Based Scheduling and Drop). Finally,we study how sampled statistics can reduce the signaling overhead of our algorithmand examine its behavior under different congestion regimes.In a second effort, we revisit the problem of optimal resource management inthe context of large scale interests-driven content sharing over non-altruistic mobiledevices. Our ultimate goal is to enable people, through a channel based architectureto express their interests, head out in the real world and wait to get notified whenevera content that matches their interests is retrieved. To achieve this, we proposeMobiTrade as a candidate architecture. MobiTrade is a utility driven trading systemfor efficient content sharing on top of a DTN. It does not only take care of thenetwork and device resources, but also carefully considers: (i) the propagation ofinterests of participating users, (ii) the matching of these interests to individual node mobility patterns, and (iii) the willingness of involved users to collaborate.While simple tit-for-tat (TFT) mechanisms can force nodes to give one to get one,dealing with the inherent tendency of peers to take much but give back little, theycan quickly lead to deadlocks when some (or most) of interesting content must besomehow fetched across the network. To resolve this, MobiTrade relies on a tradingmechanism that allows a node merchant to buy, store, and carry content for othernodes (its clients) so that it can later trade it for content it is personally interestedin. To exploit this extra degree of freedom, MobiTrade nodes continuously profilethe type of content requested and the collaboration level of encountered devices.An appropriate utility function is then used to collect an optimal inventory thatmaximizes the expected value of stored content for future encounters, matched to theobserved mobility patterns, interest patterns, and collaboration levels of encounterednodes.Both our resources management solutions for point-to-point DTN routing(HBSD) and our channel based content sharing architecture (MobiTrade) have beenvalidated respectively through extensive NS-2 and NS-3 simulations along with amultitude of synthetic mobility models and real mobility traces. Furthermore, inorder to ensure the feasibility of our protocols and offer them to users, we implementedrespectively HBSD and MobiTrade for the DTN2 reference architecture andon real Android powered mobile devices and did further experiments in real environments.L’innovation au niveau des appareils et des technologies mobiles se fait à un rythme très rapide qui risque de remettre en question la capacité des infrastructures des réseaux mobiles déjà déployés ainsi que l’efficacité des approches classiques et déjà existantes de partages de données au niveau de ces derniers. En effet, l’infrastructure mobile existante ne pourra pas faire face à l’augmentation exponentielle du volume de données échangées entre les utilisateurs sans avoir à étendre sa capacité actuelle. Cette dernière approche peut s’avérer très couteuse. Les différents travaux de recherche qui ont été récemment menés dans ce contexte ont proposés une architecture alternative pour l’échange de continus volumineux et populaires. Cette dernière consiste dans le fait de se baser sur la capacité des échanges opportunistes qui peuvent avoir lieux entre les utilisateurs (les nœuds) mobiles (équipés d’appareils sans-fils) lorsqu’ils se retrouvent à la portée les uns des autres afin disséminer d’une manière efficace et assez rapide les continus volumineux et populaires. Une telle approche peut s’avérer très intéressante en termes de performance ainsi qu’en termes de cout. Cependant, des études doivent être encore menées au niveau protocolaire afin d’identifier les mécanismes qui permettront aux nœuds mobiles de collecter, stocker les continus en local et les relayer de manière optimale. Par ailleurs, dans ce contexte distribué, le bon déroulement des sessions de partage de continus dépendra de la capacité du protocole à faire face aux nœuds malveillant, à bien les identifier et les contrôler.Dans cette thèse, nous avons commencé par étudier exhaustivement l’état de l’art en termes de solutions qui ont été proposés pour le routage des continus en mode point-a-point ou point-a-multipoints dans les réseaux sans fils tolérants au délai (DTN). Les principales observations qui ont découlé de notre étude consistent premièrement (i) dans le fait que la communauté de recherche a produit d’énormes effort afin de définir des algorithmes de routage de continus pour les réseaux DTN sans mettre trop l’accent sur les aspects de gestion des unités de stockages au niveau des nœuds mobiles en cas de congestion ou l’ordonnancement de l’envoie des continus en cas d’une limitation de la bande passante du contact en question et deuxièmement (ii) afin de mener d’une manière efficace le partage de continus dans un contexte DTN et en plus de définir des politiques de gestion des ressources (capacité de stockage, bande passante) , il faut impérativement s’assurer que suffisamment de nœuds collaborent afin de rendre le système intéressant pour les participants. Ce dernier objectif est souvent en conflit avec celui de la gestion optimale des ressources.Suite à cette dernière étude, nous avons essayé d’adresser d’une manière détaillée les différents problèmes mis en évidences. Durant cette thèse et dans un premier volet, nous avons mis l’accent sur le problème de routage du continu en point à point à travers un réseau DTN. Les chercheurs se trouvent fréquemment en face à un tel problème par exemple dans le cadre de la surveillance et l’étude de la vie animale dans les habitats naturels. De telles études se basent généralement sur des réseaux de capteurs où les nœuds essayent de relayer et livrer d'une manière efficace les observations recueillies et les mesures à un nœud central. Dans ce sens, nous avons proposé une politique (GBSD : Global Knowledge Based Scheduling and Drop) pouvant gérer de façon optimale les ressources au niveau des nœuds mobiles. La politique GBSD peut être configuré pour l’optimisation que ce soit du taux ou du délai de livraison des continus et elle se base sur l’utilisation des paramètres décrivant l’état global d’un message dans un réseau DTN, de ce fait, elle ne servira qu’en étant une référence. Nous avons aussi proposé une politique distribuée HBSD (History Based Scheduling and Drop) basée sur l’apprentissage statistique afin d’approximer en pratique les performances de notre politique de références. Enfin, dans cette même direction, nous avons introduits des notions d’échantillonnage des statistiques utilisées par HBSD afin de diminuer la charge de la signalisation sans autant dégrader les performances.Dans un second volet, nous avons adressé le problème de partage de continus à large échelle au niveau d’un réseau de nœuds mobiles qui ne sont pas forcément altruistes. Ainsi, nous avons proposé une architecture basée sur des canaux de diffusion qui permet aux utilisateurs d’exprimer leurs intérêts en termes de continus et d’attendre tout simplement d’être notifier une fois ils reçoivent des continus qui matchent leurs intérêts. Afin de concrétiser cela, nous avons proposé MobiTrade. MobiTrade est un système de marchandage de continus qui se base sur des utilitées et qui permet de gérer d’une manière optimale les ressources des nœuds mobiles, de relayer les intérêts des utilisateurs, de rapatrier les continus d’intérêt et de forcer la collaboration au sein du réseau DTN. Durant cette thèse, nos politiques de gestion des ressources des nœuds mobiles en mode point-à-point ainsi que notre protocole de partage de continus à une large échelle en mode point-à-multipoint ont fait l’objet d’une évaluation exhaustive en se basant respectivement sur des simulations NS2 et NS3. Nous avons aussi développé des prototypes pour nos architectures afin de les tester dans un environnement réel