Academic literature on the topic 'Réseaux tolérants aux perturbations'

Cette thèse s´intéresse à la conception et l´évaluation des protocoles de routage et d´accès au canal pour les réseaux sans fils. La première partie de la thèse focalise principalement sur l´évaluation de protocoles de routage pour les réseaux tolérants aux perturbations quand ces réseaux incluent des relais fixes, appelées boîtes. Dans un premier temps, nous montrons que les instants successifs de rencontre entre une boîte et un noeud mobile qui se déplace selon un modèle de mobilité aléatoire sont bien approximés par un processus de Poisson. Nous donnons une formule explicite approchée pour l´intensité de ce processus qui dépend notamment de la densité de probabilité spatiale du modèle de mobilité considérée ainsi que celle des boîtes. Dans un deuxième temps, nous étudions l´impact d´ajouter des boîtes sur les performances de deux protocoles de routage classiques, le protocole épidémique et le protocole de routage à deux sauts. Nous développons des expressions explicites pour quantifier la distribution et la moyenne du délai de livraison d´un paquet, ainsi que le nombre des copies générées lors de cette transmission. Ensuite, nous proposons cinq stratégies qui s´appuient sur la présence des boîtes pour réaliser le routage des copies. Par ailleurs, nous introduisons une plateforme basée sur un modèle markovien qui permet de calculer et de comparer analytiquement les diverses métriques de performance pour ces cinq stratégies. Dans la deuxième partie de la thèse, nous intéressons à l´algorithme de backoff du standard IEEE 802.11. Nous proposons une extension de cet algorithme dont l´objectif est d´améliorer ses performances dans le cas où le réseau possède un grand nombre d´utilisateurs.

L'objectif de cette thèse est de proposer des stratégies d'optimisation protocolaire et architecturale adaptées aux cas d'usages pour lesquels les communications entre les noeuds d'un réseau sont susceptibles d'être fortement perturbées par des conditions de déploiement défavorables, sans que les mécanismes standards de réparation de panne prévus pour ce réseau puissent convenablement traiter et résorber les effets de ces perturbations. Il peut s'agir de divers contextes applicatifs, comme celui des réseaux de communication d'urgence, mis en oeuvre suite à la survenue de désastres ou plus généralement d'incidents non planifiés capables de laisser les réseaux d'une zone affectée partiellement ou totalement endommagés. Les perturbations mentionnées peuvent être de différente nature : elles peuvent par exemple être provoquées par un dimensionnement du réseau défavorable (ex. nombre de noeuds trop faible, surface de dispersion des nœuds trop importante, portée des interfaces de communication sans fil trop réduites, . . . en regard des autres paramètres de déploiement considérés). Elles peuvent aussi être provoquées par des causes externes, comme par exemple la présence non anticipée d'obstacles ou la survenue de sources d'interférences extérieures au réseau considéré. De manière générale, on constate qu'en présence de telles perturbations, un réseau non conçu pour spécifiquement fonctionner dans de telles conditions peut voir ses performances et la qualité d'expérience de ses utilisateurs baisser significativement. Dans ce contexte, nous cherchons à comparer la perception que nous avons traditionnellement de la mobilité dans les réseaux sans fil, en particulier dans les réseaux ad hoc mobiles et les réseaux tolérants aux perturbations et aux délais, avec les principes de la mobilité contrôlée, selon lesquels un noeud est capable de participer directement à la détermination de sa trajectoire et à la réalisation de son déplacement. Nous définissons un système de forces virtuelles, comprenant diverses composantes répulsives, attractives, de frottement et d'alignement, pouvant être appliquées aux noeuds d'un réseau. Nous expliquons ensuite comment concrètement utiliser ces forces virtuelles dans un déploiement réseau, et nous spécifions une solution protocolaire utilisée selon diverses variations, que nous mettons en oeuvre à travers des stratégies de mobilité contrôlée adaptées à différents environnements réseau.Nous prenons tout d'abord appui sur un scénario applicatif relatif à la lutte contre la progression d'une espèce invasive, le frelon asiatique, et décrivons un déploiement sur un réseau ad hoc sans fil reposant sur un ensemble de véhicules mobiles aériens qui exécutent une première stratégie de mobilité contrôlée. Nous cherchons à identifier les plages de valeurs pour les paramètres-clés de notre protocole à base de forces virtuelles aboutissant aux meilleures performances du réseau constitué par l'ensemble des noeuds considérés. Par la suite, nous introduisons également un scénario de déploiement de réseau temporaire de secours en situation de désastre, toujours de type ad hoc sans fil, puis nous présentons une analyse de la performance d'une seconde stratégie de mobilité contrôlée adaptée à cet environnement. Nous montrons en particulier comment cette stratégie se comporte lorsque le nombre de noeuds du réseau augmente. Nous abordons ensuite le contexte des réseaux utilisés en conditions défavorables et des mécanismes de tolérance aux perturbations. Nous cherchons ici à concevoir un troisième type de stratégie de mobilité contrôlée utilisant conjointement des mécanismes de tolérance aux perturbations et aux délais et les principes de mobilité contrôlée afin d'augmenter significativement les performances du réseau<br>Throughout this thesis, we seek to propose and design optimized strategies that are adapted to a widespread class of use cases in which communications between network nodes may be disrupted by adverse deployment conditions, assuming that standard fault repair mechanisms are unable to address and mitigate the effects created by these disruptions. Such use cases include the applicative context of emergency communication networks, which are often met in the wake of disasters, or more generally after the occurrence of any unexpected event which may leave the existing networks of an affected area partially or even totally damaged. The aforementioned disruptions can be of different nature: they may result from a detrimental network dimensioning (e.g. low number of network nodes, excessive node scattering surface, insufficient radio communication range, . . . with respect to the other considered deployment parameter values). They may also stem from external causes, e.g. the unexpected presence of obstacles on the area of interest, or the existence of extrinsic interference sources that may disturb the considered network. In general, it can be observed that given such disruptions, a network which is not inherently designed to operate in these conditions is likely to under-perform and, as a result, to offer a significantly decreased quality of experience to its users. In this regard, we seek to compare our perception of the traditional concept of mobility as seen in common infrastructure, ad hoc or disruption- and delay-tolerant wireless networks with the principles of controlled mobility, according to which a network node may directly control its own movement and affect its trajectory accordingly. More precisely, we investigate the means to define a virtual force system which encompasses multiple repulsive, attractive, friction and alignment forces, all of which may be applied to network nodes in order to enforce this principle of controlled mobility.We then explain how virtual forces can concretely be implemented and used in a realistic network deployment, and we specify a protocol solution and its variations, which we enforce within controlled mobility strategies with the prospect that those prove best suited to the considered network environments. We first take as an applicative background a scenario aiming to fight the spread of an invasive species, the Asian hornet, and we outline a practical deployment relying on a wireless ad hoc network formed with unmanned aerial nodes which all enforce our first proposed controlled mobility strategy. We then seek to identify the best value intervals for the key parameters of our virtual force-based protocol, anticipating that configured with these values, the deployed network will yield its best performance in terms of delays and packet delivery. Later, we introduce a scenario related to the deployment of an emergency communication network, still on the basis of wireless ad hoc network principles. We then present an analysis of how a second proposed controlled mobility strategy performs in this applicative environment. In particular, we show how this strategy behaves when the number of network nodes increases. At that point, we address the context of networks deployed in challenging conditions, and of the use of disruption- and delaytolerant mechanisms. We aim here at designing a third type of strategy that jointly uses disruption- and delay-tolerant mechanisms as well as controlled mobility principles, in order to significantly increase the overall network performance. We then investigate and explain how this strategy allows transmitting a fraction of the user traffic with short delays, when an end-to-end route is available along a communication chain, while the other fraction of the traffic is delivered with longer delays, with the support of delay-tolerant routing mechanisms

Cette thèse aborde différents aspects de la conception d'un réseau de télécommunications. Un tel réseau utilise des technologies hétérogènes : liens antennes-satellites, radio, fibres optiques ou bien encore réseaux embarqués dans un satellite. Les problématiques varient en fonction de la partie du réseau considérée, du type de requêtes et de l'objectif. Le cas des requêtes de type paquets est abordé dans le cadre des réseaux en forme de grille, mais le thème principal est le routage de requêtes de type connections (unicast et multicast). Les objectifs considérés sont : la conception d'un réseau embarqué dans un satellite de télécommunication, de taille minimum et tolérant des pannes de composants; le dimensionnement des liens d'un réseau afin qu'il supporte des pannes corrélées ou qu'il offre une bonne qualité de service, ou s'il autorise des connections {\em multicast}; le dimensionnement de la taille des buffers d'un réseau d'accés radio; et l'optimisation de l'utilisation des ressources d'un réseau dynamique orienté connections. Dans tous ces cas la problématique du routage de connections est centrale. Mon approche consiste à utiliser la complémentarité de techniques algorithmique et d'optimisation combinatoire ainsi que d'outils issus de la théorie des graphes tels la pathwidth et des notions reliées -process number, jeux de captures et treewidth-, différents types de coloration -impropre et pondérée, proportionnelle, directed star colouring-, les graphes d'expansion et des techniques de partitions telle la quasi partition.

L'accès aux informations contenues en différents sites d'un réseau, nécessite la mise en place d'algorithmes de routage distribués tolérants aux fautes. Nous proposons plusieurs algorithmes permettant, la gestion des fautes transitoires, des fautes définitives, ou la gestion des fautes imputables à l'exécution de l'algorithme. Nous présentons d'abord, un algorithme d'auto-stabilisation automatique. Contrairement aux algorithmes déjà proposés, notre protocole permet, la transformation en un algorithme auto-stabilisant, de tous les algorithmes distribués écrits pour un modèle à passage de messages, et, grâce à ses performances, la possibilité d'implémentation d'un compilateur auto-stabilisant. Nous prouvons l'efficacité de notre solution en auto-stabilisant l'algorithme netchange. Dans l'objectif de proposer un algorithme de routage gérant plus efficacement les fautes, nous présentons un algorithme de calcul de tables de routage FTSS, capable, non seulement, de gérer les fautes transitoires, mais aussi, de résister aux fautes définitives. Les protocoles précédents résistent aux fautes provoquées par des causes extérieures. Certaines fautes peuvent être causées par l'exécution d'un algorithme : saturation des liens de communication, surcharge des sites. . . Nous proposons un algorithme de collecte des informations utilisant un mot circulant à déplacement aléatoire, ainsi que quatre schémas de gestion des informations collectées. Selon chacun des schémas proposés, nous présentons un algorithme de calcul de tables de routage équilibrant la charge des messages sur le réseau. Enfin, grâce à l'étude des performances des marchés aléatoires, nous donnons des perspectives de recherche permettant : soit l'évaluation des performances d'algorithmes probabilistes en fonction de la topologie, soit l'évaluation des capacités de réseaux en fonction des performances de marches aléatoires.

Les réseaux tolérants aux retards (DTN) ont été conçus pour fournir un moyen de communication durable entre terminaux mobiles dans les régions dépourvues d’infrastructure cellulaire. Dans de tels réseaux, l’ensemble des voisins de chaque nœud change au fil du temps en raison de la mobilité des nœuds, ce qui entraîne une connectivité intermittente et des routes instables dans le réseau. Nous analysons la performance d’un système d’incitation pour les DTN à deux sauts dans lequel une source en arriéré offre une récompense fixe aux relais pour délivrer un message. Un seul message à la fois est proposé par la source. Pour un message donné, seul le premier relais à le délivrer reçoit la récompense correspondant à ce message, induisant ainsi une compétition entre les relais. Les relais cherchent à maximiser la récompense attendue pour chaque message alors que l’objectif de la source est de satisfaire une contrainte donnée sur la probabilité de livraison du message. Nous considérons deux réglages différents : l’un dans lequel la source indique aux relais pendant combien de temps un message est en circulation, et l’autre dans lequel la source ne donne pas cette information. Dans le premier paramètre, nous montrons que la politique optimale d’un relais est de type seuil : il accepte un message jusqu’à un premier seuil et le conserve jusqu’à ce qu’il atteigne la destination ou le deuxième seuil. Les formules de calcul des seuils ainsi que de la probabilité de livraison des messages sont dérivées pour une source d’arriérés. Nous étudions ensuite la performance asymptotique de ce réglage dans la limite moyenne du champ. Lorsque le deuxième seuil est infini, nous donnons l’ODE du champ moyen et montrons que tous les messages ont la même probabilité de réussite. Lorsque le deuxième seuil est fini, nous ne donnons qu’une approximation ODE car dans ce cas, la dynamique n’est pas markovienne. Pour le second réglage, nous supposons que la source propose chaque message pour une période de temps fixe et qu’un relais décide d’accepter un message selon une politique randomisée lors d’une rencontre avec la source. S’il accepte le message, un relais le garde jusqu’à ce qu’il atteigne la destina- tion. Nous établissons dans quelle condition la probabilité d’acceptation des relais est strictement positive et montrons que, dans cette condition, il existe un équilibre de Nash symétrique unique, dans lequel aucun relais n’a quelque chose à gagner en changeant unilatéralement sa probabilité d’acceptation. Des expressions explicites pour la probabilité de livraison du message et le temps moyen de livraison d’un message à l’équilibre symétrique de Nash sont dérivées, ainsi qu’une expression de la valeur asymptotique de la livraison du message. Enfin, nous présentons de nombreux résultats de simulations pour com- parer les performances de la stratégie de type seuil et de la stratégie ran- domisée, afin de déterminer dans quelle condition il est rentable pour la source de donner l’information sur l’âge d’un message aux relais<br>Delay-Tolerant Networks (DTNs) were designed to provide a sustainable means of communication between mobile terminals in regions without cellular infrastructure. In such networks, the set of neighbors of every node changes over time due to the mobility of nodes, resulting in intermittent connectivity and unstable routes in the network. We analyze the performance of an incentive scheme for two-hop DTNs in which a backlogged source pro- poses a fixed reward to the relays to deliver a message. Only one message at a time is proposed by the source. For a given message, only the first relay to deliver it gets the reward corresponding to this message thereby inducing a competition between the relays. The relays seek to maximize the expected reward for each message whereas the objective of the source is to satisfy a given constraint on the probability of message delivery. We consider two different settings: one in which the source tells the relays for how long a message is in circulation, and one in which the source does not give this information. In the first setting, we show that the optimal policy of a relay is of thresh- old type: it accepts a message until a first threshold and then keeps the message until it either meets the destination or reaches the second threshold. Formulas for computing the thresholds as well as probability of message delivery are derived for a backlogged source. We then investigate the asymptotic performance of this setting in the mean field limit. When the second thresh- old in infinite, we give the mean-field ODE and show that all the messages have the same probability of successful delivery. When the second threshold is finite we only give an ODE approximation since in this case the dynamics are not Markovian. For the second setting, we assume that the source proposes each message for a fixed period of time and that a relay decides to accept a message accord- ing to a randomized policy upon encounter with the source. If it accepts the message, a relay keeps it until it reaches the destination. We establish under which condition the acceptance probability of the relays is strictly positive and show that, under this condition, there exists a unique symmetric Nash equilibrium, in which no relay has anything to gain by unilaterally changing its acceptance probability. Explicit expressions for the probability of message delivery and the mean time to deliver a message at the symmetric Nash equilibrium are derived, as well as an expression of the asymptotic value of message delivery. Finally, we present numerous simulations results to compare performances of the threshold-type strategy and the randomized strategy, in order to determine under which condition it is profitable for the source to give the information on the age of a message to the relays

Dans ce mémoire, nous nous intéressons à deux notions de coloration sous contraintes -- coloration acyclique par listes et coloration (d,1)-totale -- ainsi qu'à un problème de conception de réseaux embarqués tolérants aux pannes. Les notions de coloration acyclique par listes et de coloration (d,1)-totale sont des notions récentes (2002). Nous apportons de nouveaux résultats concernant le calcul du nombre chromatique acyclique de listes et du nombre (d,1)-total de certaines familles de graphes (graphes de degré borné, graphes de degré moyen maximum donné,. . . ) ainsi que de nouvelles perspectives de recherche. La fiabilité des réseaux embarqués dans les satellites de télécommunication, maillons essentiels dans la chaîne de la diffusion d'information, est un enjeu important. Comment concevoir des réseaux embarqués à faible coût capables de tolérer un certain nombre de pannes et de continuer à propager l'information ? Nous donnons des éléments de réponse à cette problématique posée par Alcatel Space Industries en présentant des réseaux de coût minimal supportant un nombre de pannes donné.

Nous étudions dans cette thèse des problèmes d’optimisation avec applications dans les réseaux optiques. Les problèmes étudiés sont liés à la tolérance aux pannes et à l’utilisation efficace des ressources. Les résultats obtenus portent principalement sur la complexité de calcul de ces problèmes. La première partie de cette thèse est consacrée aux problèmes de trouver des chemins et des chemins disjoints. La recherche d’un chemin est essentielle dans tout type de réseaux afin d’y établir des connexions et la recherche de chemins disjoints est souvent utilisée pour garantir un certain niveau de protection contre les pannes dans les réseaux. Nous étudions ces problèmes dans des contextes différents. Nous traitons d’abord les problèmes de trouver un chemin et des chemins lien ou nœud- disjoints dans des réseaux avec nœuds asymétriques, c’est-à-dire des nœuds avec restrictions sur leur connectivité interne. Ensuite, nous considérons les réseaux avec des groupes de liens partageant un risque (SRLG) en étoile : ensembles de liens qui peuvent tomber en panne en même temps suite à un événement local. Dans ce type de réseaux, nous examinons le problème de recherche des chemins SRLG-disjoints. La deuxième partie de cette thèse est consacrée au problème de routage et d’allocation de spectre (RSA) dans les réseaux optiques élastiques (EONs). Les EONs sont proposés comme la nouvelle génération des réseaux optiques et ils visent une utilisation plus efficace et flexible des ressources optiques. Le problème RSA est central dans les EONs. Il concerne l’allocation de ressources aux requêtes sous plusieurs contraintes<br>We study in this thesis optimization problems with application in optical networks. The problems we consider are related to fault-tolerance and efficient resource allocation and the results we obtain are mainly related to the computational complexity of these problems. The first part of this thesis is devoted to finding paths and disjoint paths. Finding a path is crucial in all types of networks in order to set up connections and finding disjoint paths is a common approach used to provide some degree of protection against failures in networks. We study these problems under different settings. We first focus on finding paths and node or link-disjoint paths in networks with asymmetric nodes, which are nodes with restrictions on their internal connectivity. Afterwards, we consider networks with star Shared Risk Link Groups (SRLGs) which are groups of links that might fail simultaneously due to a localized event. In these networks, we investigate the problem of finding SRLG-disjoint paths. The second part of this thesis focuses on the problem of Routing and Spectrum Assignment (RSA) in Elastic Optical Networks (EONs). EONs are proposed as the new generation of optical networks and they aim at an efficient and flexible use of the optical resources. RSA is the key problem in EONs and it deals with allocating resources to requests under multiple constraints. We first study the static version of RSA in tree networks. Afterwards, we examine a dynamic version of RSA in which a non-disruptive spectrum defragmentation technique is used. Finally, we present in the appendix another problem that has been studied during this thesis

Parmi les évolutions majeures de l'informatique, nous distinguons l'émergence des technologies mobiles sans fil. Le développement actuel de ces technologies permet de réaliser des communications ad-hoc directes entre de nombreux types d'entités mobiles, comme des véhicules, des robots terrestres ou des drones. Dans un réseau de tels équipements, l'ensemble des liens de communication qui existe à un instant donné dépend des distances entre les entités et la topologie du réseau change continuellement lorsque les entités se déplacent. Les hypothèses habituelles sur la connexité du réseau n'ont pas leur place ici, néanmoins, une autre forme de connexité appelée connexité temporelle est souvent disponible à travers le temps et l'espace. L'objectif de cette thèse a été de développer des algorithmes pour les flottes d'appareils dans le cas des réseaux tolérant aux délais (DTN). De manière simplifiée, les réseaux tolérants aux délais sont des réseaux pour lesquels certaines parties peuvent se retrouver isolées pendant un moment sans que cela pose problème. Nous nous intéressons, en particulier, au cas où ces appareils sont organisés sous la forme de groupes, et où la notion de groupe elle même survit à ces déconnexions transitoires. Ainsi, une grande partie de la thèse s'articule autour de la notion des groupes tolérant aux délais (groupe DTN). Dans notre cas cet éloignement est limité dans le temps et nous parlons alors de "diamètre temporel borné" au sein du groupe. Le fait de borner le diamètre temporel du groupe lui permet de distinguer entre l'éloignement temporaire d'un noeud et sa perte définitive (crash ou autre)<br>Among the major developments in computer science, we distinguish the emergence of mobile wireless technologies. The current development of these technologies allows for direct ad-hoc communications between many types of mobile entities, such as vehicles, land robots or drones. In a network of such devices, the set of communication links that exists at a given instant depends upon the distances between the entities. As a result, the topology of the network changes continuously as the entities move. The common assumption on connectivity may not be relevant in this case, but another kind of connectivity called temporal connectivity is often alvailable over time and space. The goal of this thesis has been the development of algorithms for fleets of mobile devices in the case of delay-tolerant networks. In a simpler way, the delay-tolerant networks are networks where some parts can be isolated during a certain time without problems. We are interested, in particular, in the case where the devices are organised as groups, and where the notion of group itself survives to these deconnections. Hence, a big part of this thesis relates to the notion of delay-tolerant groups (DTN groups). In our case, these deconnections are limited in time and we speak of a "bounded temporal diameter" within the group. The fact of limiting the temporal diameter of the group enables it to distinguish between temporary deconnections and final loss (crash or other) of some nodes

Grâce à une réduction considérable dans les dimensions des transistors, les systèmes informatiques sont aujourd'hui capables d'intégrer un très grand nombre de cœurs de calcul en une seule puce (System-on-Chip, SoC). Faire communiquer les composants au sein d'une puce est aujourd'hui assuré par un réseau de commutation de paquet intégré, communément appelé Network-on-Chip (NoC). Cependant, le passage à des technologies de plus en plus réduites rend les circuits plus vulnérables aux fautes et aux défauts de fabrication. Le réseau sur puce peut donc se retrouver avec des routeurs ou des liens non-opérationnels, qui ne peuvent plus être utilisés pour le routage de paquets. Par conséquent, le niveau de flexibilité offert par l'algorithme de routage n'a jamais été aussi important. La première partie de cette thèse consiste à proposer une méthodologie généralisée, permettant de concevoir des algorithmes de routage hautement flexibles, combinant tolérance aux fautes et hautes performances, et ce pour n'importe quelle topologie réseau. Cette méthodologie est basée sur une nouvelle condition suffisante pour l'absence d'interblocages (deadlocks) qui, contrairement aux méthodes existantes qui imposent des restrictions importantes sur l'utilisation des buffers, s'évalue de manière dynamique en fonction de chaque paquet et ne requiert pas un partitionnement stricte des canaux virtuels (virtual channels). Il est montré que ce degré élevé de liberté dans l'utilisation des buffers a un impact positif à la fois sur les performances et sur la robustesse du NoC, sans pour autant augmenter la complexité en termes d'implémentation matérielle. La seconde partie de la thèse s'intéresse à une problématique plus spécifique, qui est celle du routage dans des topologies tri-dimensionnelles partiellement connectées, qui vont vraisemblablement être en vigueur à cause du coût important des connexions verticales, réalisées en utilisant la technologie TSV (Through-Silicon Via). Cette thèse introduit un nouvel algorithme de routage pour ce type d'architectures nommé "First-Last". Grâce à un placement original des canaux virtuels, cet algorithme est le seul capable de garantir la connectivité totale du réseau en présence d'un seul pilier de TSVs de coordonnées arbitraires, tout en ne requérant de canaux virtuels que sur deux des ports du routeur. Contrairement à d'autres algorithmes qui utilisent le même nombre total de canaux virtuels, First-Last n'impose aucune règle sur la position des piliers, ni sur les piliers à sélectionner durant l'exécution. De plus, l'algorithme proposé ayant été construit en utilisant la méthode décrite dans la première partie de la thèse, il offre une utilisation optimisée des canaux virtuels ajoutés. L'implémentation d'un nouvel algorithme de routage implique souvent des changements considérables au niveau de la microarchitecture des routeurs. L'évaluation de ces nouvelles solutions requiert donc une plateforme capable de simuler précisément l'architecture matérielle du réseau au cycle près. De plus, il est essentiel de tester les nouvelles architectures sur des tailles de réseau significativement grandes, pour s'assurer de leur scalabilité et leur applicabilité aux technologies émergentes (e.g. intégration 3D). Malheureusement, les simulateurs de réseaux sur puce existants ne sont pas capables d'effectuer des simulations sur de grands réseaux (milliers de cœurs) assez vite, et souvent, la précision des simulations doit être sacrifiée afin d'obtenir des temps de simulation raisonnables. En réponse à ce problème, la troisième et dernière partie de cette thèse est consacrée à la conception et au développement d'un modèle de simulation générique, extensible et parallélisable, exploitant la puissance des processeurs graphiques modernes (GPU). L'outil développé modélise l'architecture d'un routeur de manière très précise et peut simuler de très grands réseaux en des temps record<br>Networks-on-Chip (NoCs) have proven to be a fast and scalable replacement for buses in current and emerging many-core systems. They are today an actively researched topic and various solutions are being explored to meet the needs of emerging applications in terms of performance, quality of service, power consumption, and fault-tolerance. This thesis presents contributions in two important areas of Network-on-Chip research:- The design of ultra-flexible high-performance deadlock-free routing algorithms for any topology.- The design and implementation of parallel cycle-accurate Network-on-Chip simulators for a fast evaluation of new NoC architectures.While aggressive technology scaling has its benefits in terms of delay, area and power, it is also known to increase the vulnerability of circuits, suggesting the need for fault-tolerant designs. Fault-tolerance in NoCs is directly tied to the degree of flexibility of the routing algorithm. High routing flexibility is also required in some irregular topologies, as is the case for TSV-based 3D Network-on-Chips, wherein only a subset of the routers are connected using vertical connections. Unfortunately, routing freedom is often limited by the deadlock-avoidance method, which statically restricts the set of virtual channels that can be acquired by each packet.The first part of this thesis tackles this issue at the source and introduces a new topology-agnostic methodology for designing ultra-flexible routing algorithms for Networks-on-Chips. The theory relies on a novel low-restrictive sufficient condition of deadlock-freedom that is expressed using the local information available at each router during runtime, making it possible to verify the condition dynamically in a distributed manner.A significant gain in both performance and fault-tolerance when using our methodology compared to the existing static channel partitioning methods is reported. Moreover, hardware synthesis results show that the newly introduced mechanisms have a negligible impact on the overall router area.In the second part, a novel routing algorithm for vertically-partially-connected 3D Networks-on-Chips called First-Last is constructed using the previously presented methodology.Thanks to a unique distribution of virtual channels, our algorithm is the only one capable of guaranteeing full connectivity in the presence of one TSV pillar in an arbitrary position, while requiring a low number of extra buffers (1 extra VC in the East and North directions). This makes First-Last a highly appealing cost-effective alternative to the state-of-the-art Elevator-First algorithm.Finally, the third and last part of this work presents the first detailed and modular parallel NoC simulator design targeting Graphics Processing Units (GPUs). First, a flexible task decomposition approach, specifically geared towards high parallelization is proposed. Our approach makes it easy to adapt the granularity of parallelism to match the capabilities of the host GPU. Second, all the GPU-specific implementation issues are addressed and several optimizations are proposed. Our design is evaluated through a reference implementation, which is tested on an NVidia GTX980Ti graphics card and shown to speed up 4K-node NoC simulations by almost 280x

L'essor considérable de la technologie CMOS a permis l'accroissement de la densité d'intégration selon la loi de Moore. Cependant, la poursuite de cette évolution est en voie de ralentissement dû aux contraintes physiques et économiques. Le défi devient alors de pouvoir utiliser un maximum de circuits tout en tolérant des défauts physiques présents en leur sein. Les circuits reconfigurables de type FPGA (Field Programmable Gate Array) connaissent un succès croissant car leurs performances et leurs capacités d'intégrer des applications très complexes ont directement bénéficié de l'évolution technologique. Le but de cette thèse est de proposer une architecture de FPGA contenant des mécanismes permettant de tolérer plus de 20% d'éléments défectueux après fabrication. La première partie du manuscrit étudie les différentes architectures de FPGA (matricielles et arborescentes) ainsi que les différentes techniques de contournement des défauts. Dans la seconde partie de cette thèse, nous présentons l'architecture cible matricielle (matrice de grappes ou groupes). Cette architecture combine les avantages des architectures matricielles (sa généricité) et arborescentes (réduction du taux d'utilisation de l'interconnexion. La troisième partie de cette thèse présente le développement d'une méthode d'identification des blocs les plus critiques contenus dans le FPGA ainsi que l'impact des différentes techniques de contournement retenues et proposées sur l'architecture et sur la criticité des blocs de base du FPGA. Pour finir, nous définissons les performances des différentes techniques de contournements en termes de tolérance aux défauts, de performances temporelles et de surface<br>The increasing integration density according to Moore’s law is being slowed due to economic and physical limits. However, this technological evolution involves an higher number of physical defects after manufacturing circuit. As yield goes down, one of the future challenges is to find a way to use a maximum of fabricated circuits while tolerating physical defects spread all over the chip. Fiel Programmable Gate Array (FPGA) are integrated circuits that contain logic blocks and reconfigurable interconnect. Their ability to integrate more complex applications, their flexibility and good performance make FPGAs the perfect target architecture. The aim of this thesis is to propose an FPGA architecture containing mechanisms to tolerate more than 20% of defective resources after manufacture. The first part of the manuscript studies the different FPGA architectures (mesh and tree) and different defects bypass techniques. In the second part of this thesis, we present the target architecture called Mesh of Clusters (MoC). This architecture combines the advantages of mesh architectures (genericity) and tree (reduction of the interconnect). The third contribution of this thesis is the development of a method to identify the most critical blocks in the FPGA and the impact of all bypass techniques on the architecture and on the criticality. Finally, we define the performance of all bypass techniques in terms of defect tolerance, timing and area overhead. Finally, thanks to these local redundancy techniques, we are able to tolerate more than 20% of defect on the FPGA architecture. In addition, the designer can fix his own metric in terms of area, timing and defect tolerance