Conception et optimisation robuste des réseaux de télécommunications

Les réseaux de communication devenant de plus en plus présents dans nos activités quotidiennes, l'interruption ou une une dégradation significative des services fournis par le réseau deviennent de moins en moins tolérables. Une conception robuste des réseaux de communication, anticipant les pannes éventuelles d'équipements ou les variations du trafic, devient donc de plus en plus nécessaire. Cette thèse traite de plusieurs problèmes de conception et de planification robustes. Nous étudions tout d'abord le problème de la conception et du dimensionnement d'une topologie de communication résiliente et proposons un modèle de conception intégrant les coûts et contraintes des équipements ainsi que de nombreuses contraintes opérationnelles (nœuds potentiels, capacités modulaires, délais de communication). Un algorithme exact et deux approximations sont proposés pour résoudre ce problème. Les résultats numériques montrent que des économies substantielles peuvent être effectuées en intégrant les coûts d'équipements dans la phase amont de la conception. Les variations sur les volumes de trafic sont devenus un des problèmes majeurs auxquels sont confrontés les opérateurs. Il devient ainsi nécessaire d'intégrer explicitement l'incertitude sur la demande en trafic dans les problèmes de planification. Nous étudions deux problèmes d'optimisation robuste du routage : (1) le problème de conception des VPN dans le cadre du modèle hose et (2) le problème d'optimisation des métriques de routage IGP avec incertitude sur la demande. Nous formulons des modèles mathématiques de chacun de ces problèmes et proposons des heuristiques basées sur des techniques de recherche locale pour les résoudre.With communication networks getting more and more present in our daily activities, network outages or even significant degradations of the quality of service become less and less tolerable. This calls for a robust design of communication networks anticipating possible failures or shifts in the expected traffic demands. This thesis addresses several robust design and planning problems arising in the telecommunication area. We first address the problem of designing and dimensioning a survivable network topology. We propose a novel network design model integrating all equipment costs and constraints and including several operational constraints (potential nodes, modular capacities, delay constraints). One exact and two heuristic algorithms are proposed to solve this problem. Numerical results show that significant cost-savings can be achieved when equipment costs are taken into account in the early stages of the design process. The variation in traffic volumes has become one of the most important problems faced by network operators. Designing a network using a single ``busy hour'' traffic matrix more and more strains credibility due to the high volatility of traffic patterns. Thus, there is a need to incorporate demand uncertainty into the network routing problems explicitly. We study two robust route optimization problems: (1) the problem of VPN design under the hose model of demand uncertainty and (2) the problem of link weight optimization under demand uncertainty. We establish mathematical models for both problems and propose efficient approximation algorithms based on local-search techniques to solve them