La technologie des réseaux ad hoc a fait l'objet d'une attention particulière de par les propriétés qu'elle possède en termes d'auto-organisation et d'auto-adaptation. Une application importante est la mise en place rapide d'un réseau de communications, dans le cas d'une catastrophe sur des zones dépourvues d'infrastructure ou dans le cas où l'infrastructure existante est saturée, voire complètement détruite. Mais des changements topologiques résultant de la mobilité des n¿uds du réseau peuvent engendrer l'indisponibilité du service de communication. Une telle interruption est intolérable car elle peut mettre en péril la vie des équipes de secours. L'objectif de cette thèse est de traiter le problème de restauration de la connexité dans un réseau ad hoc déployé dans des situations d'urgence. Nous avons considéré dans un premier temps un scénario de lutte contre les feux de forêt, où les unités d'intervention forment un réseau ad hoc mobile. Dans un tel environnement, une des principales causes de la défaillance du système est le partitionnement du réseau. Le satellite a été donc proposé pour assurer l'interconnexion entre les différentes parties du réseau. Pour ce scénario, nous avons traité plusieurs problématiques, notamment la modélisation mathématique des déplacements des n¿uds sur la surface de simulation, la structuration du réseau grâce à la recherche d'un ensemble dominant indépendant et la réduction du surcoût en signalisation. Ensuite, nous avons considéré un deuxième scénario où les n¿uds forment cette fois-ci un réseau ad hoc maillé. Déployés sur une zone dépourvue de toute infrastructure de communications, les n n¿uds passent par un relais satellite pour se connecter à l'épine dorsale. Nous nous sommes intéressés particulièrement au choix des passerelles qui vont offrir un accès satellite un prenant en compte la minimisation du nombre de ces passerelles et le respect de contraintes portant sur la charge de ces passerelles ainsi que la distance maximale aux n¿uds terminaux. Nous avons appliqué un algorithme génétique dont les performances sont supérieures à des algorithmes basés sur la théorie des graphes.

L’objectif de la thèse est l’étude des codes correcteurs d’erreurs au niveau applicatif (Application Layer – Forward Error Correction, ou AL-FEC) pour les communications par satellite. Dans ce contexte, pendant les deux première années de thèse, nous avons proposé de nouvelles méthodes d’analyse, de construction et d’optimisation des codes à effacements définis par des matrices de parité à faible densité (code LDPC, pour « Low Density Parity Check » en anglais). La troisième année de la thèse a été consacrée à : (1) La suite des études portant sur de nouvelles méthodes de construction des codes LDPC non-binaires. D’une part, nous avons développé un nouvel algorithme (Scheduled-PEG) qui permet d’optimiser la construction des codes LDPC non-binaires pas rapport aux métriques de performance spécifiques à la couche application, notamment dans le cadre des systèmes de diffusion de contenu (broadcasting). D’autre part, nous avons proposé une nouvelle méthode de construction de codes à faible rendement, qui utilise l’image binaire étendue d’un code LDPC non-binaire. Ces études ont fait l’objet de deux publications dans deux conférences internationales : (a) “Scheduled-PEG construction of LDPC codes for Upper-Layer FEC”, International Workshop on Coding and Cryptography, April 2011, Paris, France. (b) “Extended Non-Binary Low-Density Parity-Check Codes over Erase Channels”, IEEE International Symposium on Wireless Communication Systems, November 2011, Aachen, Germany. (2) Une étude portant sur l’analyse asymptotique de codes cluster-LDPC non-binaires. Cette nouvelle classe de codes – introduite récemment (ISIT’2011) – se distingue par ses excellentes propriétés en termes de distance minimale. Notre étude a permis de déterminer de manière analytique la capacité de correction des codes cluster-LDPC non-binaires, aussi bien pour le décodage itératif par propagation de croyances (BP, pour « Belief Propagation ») que pour le décodage par maximum de vraisemblance (ML, pour « Maximum Likelihood »). Ces résultats seront intégrés à une publication scientifique sur les codes cluster-LDPC, en cours de rédaction, qui sera soumise à « IEEE Transactions on Information Theory », avant la fin de l’année 2011. (3) Une étude portant sur une méthode de construction des codes LDPC qui permet de réduire de manière significative le plancher d’erreur (« error floor ») du code, sans dégrader ses performances dans la région de « waterfall ». Ainsi, nous avons proposé la structuration de la matrice de parité du code, de manière à intégrer une partie irrégulière, optimisée pour la partie « waterfall », et une partie régulière, qui permet de réduire le plancher d’erreur du code. Cette étude fera l’objet d’une publication dans une conférence internationale (à déterminer), à soumettre début 2012. / The advent of content distribution, IPTV, video-on-demand and other similar services accelerate the demand for reliable data transmission over highly heterogeneous networks and toward terminals potentially heterogeneous too. In this context, Forward Error Correction (FEC) codes that operate at the transport or the Application Layer (AL-FEC) are used in conjunction with the FEC codes implemented at the physical layer, in order to improve the overall performance of the communication system. AL-FEC codes are aimed at recovering erased data packets and they are essential in many multicast/broadcast environments, no matter the way the information is transported, for instance using a wired or wireless link, and a terrestrial, satellite-based or hybrid infrastructure.This thesis addresses the design of Low Density Parity Check (LDPC) codes for AL-FEC applications. One the one hand, we provide an asymptotical analysis of non-binary LDPC codes over erasure channels, as well as waterfall and error-floor optimization techniques for finite-length codes. On the other hand, new concepts and coding techniques are developed in order to fully exploit the potential of non-binary LDPC codes.The first contribution of this thesis consists of the analysis and optimization of two new ensembles of LDPC codes. First, we have derived the density evolution equations for a very general ensemble of non-binary LDPC codes with rank-deficient coefficients. This allows improving the code performance, as well as designing ensembles of LDPC codes that can be punctured in an effective manner. The second approach allows the asymptotical optimization of a particular ensemble of LDPC codes, while ensuring low error-floors at finite lengths.The second contribution is the construction of finite length LDPC codes with good waterfall and error floor performance. Two approaches were investigated, according to the metric used to evaluate the code. The “Scheduled” Progressive Edge Growth (SPEG) algorithm is proposed, in order to optimize the waterfall performance of the code. Another method is proposed which consists in optimizing a specific structure of the parity check matrix. This approach gives low error-floors.The third contribution investigates a new technique of rate adaptability for non-binary LDPC codes. We propose a new method to generate “on-the-fly” incremental redundancy, which allows designing codes with flexible coding rates, in order to cope with severe channel conditions or to enable Fountain-like distribution applications.The fourth contribution focuses on a new class of LDPC codes, called non-binary cluster-LDPC codes. We derive exact equations of the density evolution for the iterative decoding and an upper bound for the maximum-likelihood decoding.Finally, we propose a practical solution to the problem of reliable communication via satellite to high-speed trains. Here, the challenge is that obstacles present along the track regularly interrupt the communication. Our solution offers optimal performance with a minimum amount of redundancy.

Avec la démocratisation des appareils mobiles, les transports en commun sont amenés à proposer de nouveaux services à leur usagers et notamment une connexion à Internet. Le véhicule de transport en commun agit alors comme un routeur mobile fournissant une connexion fiable à ses noeuds et doit pour cela être connecté en permanence à un point d'accès. Les zones de couverture étant limitées par les technologies utilisées et par les obstacles, des changements de réseaux sont alors nécessaires et provoquant différents évènements pouvant impacter les performances des protocoles de Transport : introduction de latences dues à la configuration des interfaces, modification des caractéristiques du chemin utilisé par la communication.. Dans cette thèse nous étudions cet impact en déterminant son origine puis nous proposons des solutions visant à le réduire de deux manières : en réduisant les latences introduites par le changement de réseau et en diminuant l'impact de la modification des caractéristiques du réseau.

Les systèmes de communication prennent de nos jours une importance de plus en plus prépondérante dans tous les aspects de la vie courante et les exigences de connectivité se retrouvent dorénavant dans de très nombreux projets. Ces besoins de connexion exigent des débits de communication ainsi que des taux de couverture de plus en plus importants, poussant de ce fait vers l’utilisation de systèmes de communication par satellite (SATCOM). Les applications envisagées n’étant pas limitées à des installations fixes, celles-ci demandent de pouvoir assurer une communication par satellite depuis un porteur en mouvement. Il est donc nécessaire d’utiliser des servomécanismes de positionnement de l’antenne de façon à assurer un pointage correct de l’antenne vers le satellite. Ces positionneurs sont donc asservis de façon à orienter la ligne de visée de l’antenne vers le satellite, avec une erreur angulaire de l’ordre du dixième de degré. Cette précision a pour conséquences certaines exigences fortes sur la conception. Ces contraintes imposent l’utilisation de composants de qualité supérieure, des études mécaniques poussées ainsi que des réglages propres à chaque positionneur après assemblage. Dans le cadre de ces travaux de thèse, une stratégie de pointage différente de l’état de l’art a été conçue. Cette stratégie, nommée Helios (Hybrid Estimator of Line Of Sight), permet de lever certains verrous scientifiques spécifiques. Notamment, elle permet une diminution des performances requises de l’asservissement en position de l’antenne en fournissant une trajectoire plus facile à suivre. Cela permet une diminution des contraintes de conception, notamment mécaniques (frottements, raideurs …). Cela est rendu possible par une meilleure estimation de la direction à pointer, utilisant un plus grand nombre de mesures, sans introduire de retard dans l’estimation. Les moyens d’essais de Thales ont permis d’effectuer des essais expérimentaux sur des prototypes industriels. Ainsi, la stratégie est testée en simulation et en expérimentation sur un hexapode simulant un porteur, permettant un recalage du modèle de simulation à partir de données expérimentales. C’est ainsi que la stratégie est validée en conditions opérationnelles. Afin de réaliser ces tests expérimentaux, une étape de mise en place du moyen d’essais a été réalisée. Notamment, les outils de communication ont été mis au point (bus de terrains, liaisons série …). L’asservissement en position de la station a été réalisé à partir d’une identification non-paramétrique en boucle fermée du mécanisme. L’intégration de la station complète a été réalisée, permettant ainsi les tests en extérieur, sur un hexapode. / In military and civil application, satellite communications (SACTOM) are often needed on moving vehicles (drones, planes, land vehicles, vessels…) in order to transfer all kind of data (pictures, videos, internet …). These types of stations are called SATCOM On The Move (SOTM). In order insure high data rates, the antenna must be directional, which means that they direct electro-magnetic waves in a particular direction of space, called line of sight. The line of sight must be steered in order to be aligned with the satellite to insure a strong communication link with the highest data rate possible. Stabilized platforms, called Antenna Positioning System, aim to steer the antenna’s line of sight in the satellite direction. The pointing requirements are the source of conception constraints that reduce the cost efficiency of the overall station. This PhD report focus on the development and the study of a new pointing strategy called Helios (“Hybrid Estimator of LIne Of Sight”). This algorithm uses least squares to found the antenna pattern in real time, using an observation window. Among others, it allows to reduce the bandwidth of the control loops by generating a trajectory easier to follow. Therefore, it decreases the conception constraints (friction, backlash, field bus data rate …). Helios is tested through experimentation, using Thales industrial prototypes. The vehicle is emulated by a hexapod. Simulation is carried out in order to fit the measured experimental behavior. To do so, parametrical and non-parametrical identification has been done on the SOTM prototype. This way, Helios is validated and studied in operational conditions.