Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Cette thèse analyse la possibilité d'utiliser des communications sans fil inter-véhiculaires pour améliorer la sécurité routière. Les performances du nouveau réseau ainsi créé (réseau ad-hoc véhiculaire) sont étudiées analytiquement et par des simulations dans un environnement réaliste. La thèse se concentre surtout sur des scénarios avec une forte densité de véhicules. Dans ce cas, l'accès au support devient un problème essentiel, en principal pour les applications de sécurité routière qui nécessitent une qualité de service élevée pour fonctionner dans un tel contexte. Ce travail montre que la version actuelle du standard IEEE 802.11, proposé comme méthode d'accès dans les réseaux véhiculaires, ne peut pas résoudre ce problème de passage à l'échelle pour supporter correctement les applications de sécurité routière. Plusieurs améliorations possibles sont analysées, liées à l'utilisation optimale de certains paramètres du protocole comme la taille de la fenêtre de contention ou bien le seuil de détection de la porteuse. Des nouveaux mécanismes adaptatifs visant ces paramètres sont proposés et les améliorations ainsi obtenues sont non-négligeables. Finalement, une nouvelle méthode d'accès est définie, en tenant compte des caractéristiques des applications de sécurité routière. Toujours basée sur des techniques CSMA, cette technique donne des résultats largement supérieurs à la version standard actuelle. / The equipment of vehicles with wireless communication devices in order to improve road safety is a major component of a future intelligent transportation system. The success and availability of IEEE 802.11-based products make this technology the main competitor for the Medium Access Control (MAC) layer used in vehicle-to-vehicle communication. The IEEE 802.11p amendment has been specially designed in this special context of wireless access in vehicular environments. However, as all the other approaches based on Carrier Sense Multiple Access (CSMA), this protocol presents scalability problems, which leads to poor performance in high density scenarios, quite frequent in the case of a vehicular ad hoc network (VANET). This thesis studies the congestion control problem in the context of safety vehicular communications, with a special focus on the back-off mechanism and the carrier sense function. First of all, a number of important characteristics presented by the safety messages are discovered and understood by the means of an analytical framework. Second, the lessons learned from the analytical study are put into practice with the design of two adaptive mechanisms (one for the contention window and the other one for the carrier sense threshold) that take into account the local vehicular density. These mechanisms remain simple, but highly efficient, while also being straightforward to integrate in IEEE 802.11 devices. Finally, by taking into account the most important properties of a safety VANET, a new CSMA-based MAC protocol is proposed. This new access method, named Safety Range CSMA (SR-CSMA), relies on the idea that collisions can not be avoided in a high density network. However, by increasing the number of simultaneous transmissions between geographically distant nodes, SR-CSMA manages to better protect the immediate neighborhood, the most important area for safety applications.

Lors d'une communication dans un réseau, les nœuds intermédiaires se contentent en général de retransmettre les paquets de données qu'ils reçoivent. Grâce au codage de réseau (NC), ces nœuds intermédiaires peuvent envoyer des combinaisons linéaires des paquets qu'ils ont reçus. Ceci permet une meilleure exploitation de la capacité du réseau et une plus grande robustesse à l'égard de pertes.Cette thèse s'intéresse à une implantation du NC en lien avec TCP (TCP-NC). Grâce à la redondance introduite par le NC, une partie des pertes liées à des liens sans fils peut être compensée. Elle propose en particulier un mécanisme d'adaptation de la redondance introduite par le codage de réseau. Une première partie de cette thèse est consacrée à l'analyse de la dynamique de TCP-NC avec Random Early Detection (RED) comme mécanisme de gestion des files d'attente en utilisant les outils d'optimisation convexe et issus de l’automatique. Nous caractérisons l'équilibre du réseau et les propriétés de stabilité de TCP-Reno en présence de NC. Dans une seconde partie, cette thèse propose un algorithme d'adaptation de la redondance introduite par NC. Dans TCP-NC avec redondance adaptative (TCP-NCAR), cet ajustement se fait grâce à un schéma de différenciation des pertes, qui estime la répartition des pertes entre erreurs de transmission dues aux liens sans fils et pertes liées à la congestion. Les propriétés d'équilibre et de stabilité de TCP-NCAR/RED sont caractérisées. Les résultats théoriques et de simulation montrent que TCP-NCAR adopte une redondance proche de l'optimum quand les taux de perte de paquets sur les liens sans fils sont petits. En outre, le modèle linéarisé autour de l'équilibre montre que TCP-NCAR augmente la taille de la région de stabilité de TCP-Reno. / Communication networks today share the same fundamental principle of operation: information is delivered to their destination by nodes intermediate in a store-and-forward manner.Network coding (NC) is a technique that allows intermediate nodes to send out packets that are linear combinations of previously received information. The main benefits of NC are the potential throughput improvements and a high degree of robustness, which is translated into loss resilience. These benefits have motivated deployment efforts for practical applications of NC, e.g., incorporating NC into congestion control schemes such as TCP-Reno to get a TCP-NC congestion protocol. In TCP-NC, TCP-Reno throughput is improved by sending a fixed amount of redundant packets, which mask part of the losses due, e.g., to channel transmission errors. In this thesis, we first analyze the dynamics of TCP-NC with random early detection (RED) as active queue management (AQM) using tools from convex optimization and feedback control. We study the network equilibrium point and the stability properties of TCP-Reno when NC is incorporated into the TCP/IP protocol stack. The existence and uniqueness of an equilibrium point is proved, and characterized in terms of average throughput, loss rate, and queue length. Our study also shows that TCP-NC/RED becomes unstable when delay or link capacities increases, but also, when the amount of redundant packets added by NC increases. Using a continuous-time model and neglecting feedback delays, we prove that TCP-NC is globally stable. We provide a sufficient condition for local stability when feedback delays are present. The fairness of TCP-NC with respect to TCP-Reno-like protocols is also studied. Second, we propose an algorithm to dynamically adjust the amount of redundant linear combinations of packets transmitted by NC. In TCP-NC with adaptive redundancy (TCP-NCAR), the redundancy is adjusted using a loss differentiation scheme, which estimates the amount of losses due to channel transmission errors and due to congestion. Simulation results show that TCP-NCAR outperforms TCP-NC in terms of throughput. Finally, we analyze the equilibrium and stability properties of TCP-NCAR/RED. The existence and uniqueness of an equilibrium point is characterized experimentally. The TCP-NCAR/RED dynamics are modeled using a continuous-time model. Theoretical and simulation results show that TCP-NCAR tracks the optimal value for the redundancy for small values of the packet loss rate. Moreover, simulations of the linearized model around equilibrium show that TCP-NCAR increases the size of the TCP-Reno stability region. We show that this is due to the compensator effect of the redundancy adaptation dynamics to TCP-Reno. These characteristics of TCP-NCAR allow the congestion window adaptation mechanism of TCP-Reno to react in a smooth way to channel losses, avoiding some unnecessary rate reductions, and increasing the local stability of TCP-Reno.

Dans cette thèse, nous nous intéressons au déploiement à grande échelle de la Voix sur IP (VoIP) dans des environnements Internet hétérogènes. Après une description des mécanismes de codage et de transmission de la voix sur l'Internet, nous étudions dans une première partie de la thèse, les limites de performance dans le cas d'une transmission d'un grand nombre de flux de voix sur IP entre deux passerelles téléphoniques. Nous discutons le besoin d'utilisation de mécanismes de contrôle de congestion pour le trafic de voix sur IP qui est en croissance continue sur l'Internet. Nous proposons un nouveau schéma de contrôle de congestion de la voix sur IP. Ce schéma combine le multiplexage de flux RTP et le mécanisme de contrôle TCP-amical (TCP-friendly) afin d'améliorer l'efficacité et la performance de la transmission des flux de voix sur IP et de garantir l'équité avec les autres types de trafic coexistant sur l'Internet. La deuxième partie de la thèse est consacrée à l'étude de la transmission de la voix dans des environnements de réseaux locaux sans fil IEEE 802.11e. Nous développons un modèle analytique permettant d'évaluer la capacité d'un réseau 802.11e en nombre de communications de voix sur IP en fonction des paramètres de l'application (codage audio utilisé) ainsi que des paramètres relatifs aux canal de transmission sans fil. Ce modèle peut être utilisé pour ajuster ces paramètres afin d'augmenter la capacité du réseau sans fil tout en considérant les contraintes strictes des communications interactives de la voix sur IP. Dans la dernière partie de la thèse, nous étudions le cas de la transmission de la voix sur IP dans des environnements Internet hétérogènes (filaires/sans fil) constitués en partie par des liens d'accès sans fil. Nous proposons une architecture basée sur une passerelle de voix sur IP placée au bord du réseau sans fil. Cette passerelle est utilisée pour adapter les flux de voix aux caractéristiques du réseau sans fil. Le mécanisme d'adaptation proposé estime dynamiquement l'état de congestion du canal sans fil et permet la différentiation entre les pertes de paquets causées par la congestion et celles dûes aux erreurs de transmission sur le canal sans fil. L'adaptation appropriée est alors appliquée. Le mécanisme d'adaptation proposé, ne nécessite pas de modifications du protocole de contrôle d'accès au canal sans fil (MAC), ce qui facilite son déploiement sur l'infrastructure réseau existante.

Cette thèse contient quelques applications des chaînes de Markov et des processus de décision markoviens pour la contrôle de congestion et de puissance. D´abord nous étudions le comportement de la taille de la fenêtre d´une source qui utilise l´algorithme MIMD. Nous montrons que le logarithme de la taille de la fenêtre suit une récurrence stochastique additive, et est une chaîne de Markov. Nous montrons aussi que le débit obtenu par une source est proportionnel à l´inverse de la probabilité de perte d´un paquet. Ensuite, nous analysons le processus de la taille de la fenêtre d´un algorithme de contrôle de congestion en temps continu. Nous pourvoyons des conditions sous lesquelles deux algorithmes ont le même comportement. Puis, nous étudions le processus de rapport de deux sources qui utilisent l´algorithme MIMD et qui partagent la capacité d´un goulot d´étranglement. Pour les sources hétérogènes, nous montrons que l´intensité du processus de perte de paquet doit être supérieure à une constante qui dépend des paramètres des algorithmes pour que l´indice d´équité s´améliore. Ensuite, nous présentons un modèle stochastique pour obtenir la distribution jointe du nombre instantané de paquets et sa moyenne mobile. Ensuite, nous étudions un problème de commande optimale en temps discret. Un appareil mobile veut transmettre des paquets et conserver son énergie en même temps. Nous montrons que la politique optimale est un contrôle à seuil. Enfin, par simulations, nous étudions le délai des flots TCP sur la voie descendante de l´UMTS lorsque deux politiques différentes de commutation de canaux sont utilisées.

Au cours des vingt dernières années, c'est une évolution très rapide non seulement en termes de nombre d'éléments inter-connectés mais surtout en termes de capacités des liens qui a pu être constatée au sein des réseaux de communications. A la création du réseau ARPANET en 1969, il y a plus de quarante ans, quatre ordinateurs, tous situés aux États-Unis étaient connectés avec des liens avec un débit de 50 kilobits par seconde. En 1986, à la création du réseau des universités américaines, le NSFNET, le nombre de machines dépassait déjà plusieurs milliers mais le débit des liens de coeur était encore de 56 kilobits par seconde. A partir de ce moment, la croissance à la fois en termes de nombre d'éléments inter-connectés et de capacités des liens a été exponentielle, grâce au succès de nouvelles applications populaires comme le WWW ou les avancées technologiques comme SDH, SONET ou DWDM dans le domaine des réseaux de fibres optiques et ATM et les protocoles DSL qui en dérivent. L'Internet actuel interconnecte des milliards d'utilisateurs (un demi-milliard de machines fin 2006) répartis partout dans le monde, pouvant utiliser des liens de coeur dont les débits cumulés sont supérieurs à plusieurs Térabits par seconde et dont les liens d'accès peuvent atteindre jusqu'à 10 Gigabits par seconde. Une autre évolution technologique fondamentale est que, aujourd'hui, certains liens d'accès ont des débits du même ordre de grandeur que les débits des liens de coeur auxquels ils sont connectés. Il est aujourd'hui courant de trouver des fermes de serveurs où les noeuds sont interconnectés avec des liens à 1 Gbps ou 10 Gbps et qui ont une connexion vers l'extérieur avec un débit similaire. Cette modification est importante car désormais quelques connexions suffisent à provoquer une saturation des liens de coeur. Cette situation risque d'empirer au fur et à mesure du remplacement des technologies DSL par la Fibre-Jusqu'à-La-Maison (FTTH). Des connexions à 5 Mbps agrégées sur des liens OC48 (2.5 Gbps) vont alors être remplacées par des connexions à 100 Mbps, voire 1 Gbps, agrégées sur des liens à 10 Gbps, voire moins suivant la technologie optique utilisée sur le réseau d'accès. Il est fort probable que dans de tels environnements des niveaux de congestion élevés ne soient pas rares, engendrant des perturbations pour de nombreuses applications. Un grand nombre d'applications prometteuses ont émergé et pourraient bénéficier de capacités de communication accrues, comme par exemple la Vidéo-à-la-Demande (VoD) qui permet aux utilisateurs de regarder des films en haute définition chez eux quand ils le désirent ou les expériences scientifiques générant des quantités massives de données (comme le LHC) qui doivent être acheminées dans des centres de calcul répartis tout autour du globe. L'interaction d'utilisateurs avec des objets distants via un réseau de communication ou Téléprésence commence également à prendre un rôle prépondérant dans de nombreux domaines allant du médical au militaire en passant par l'exploration spatiale. Mais ces applications sont encore construites au dessus de logiciels ou de protocoles à succès comme TCP et IP, conçus il y a longtemps pour un contexte de réseaux bas-débit. Le conception était dirigé par un but principal: fournir une interconnexion robuste entre des réseaux existants. Plongés maintenant dans un contexte de réseaux très haut-débit, ces protocoles extrêmement robustes et capables de passer à l'échelle sont toujours en activité mais commencent à montrer leurs limites en termes de performance, sécurité, fonctionnalités et flexibilité. L'exemple le plus typique est TCP au niveau de la couche de transport. TCP a été conçu comme un protocole ``à tout faire'' mais à mesure que la capacité des liens augmente dans les réseaux fixes, que les caractéristiques intrinsèques changent pour les réseaux sans fils et que les besoins des applications divergent, TCP n'est plus capable de permettre une utilisation performante pour tous des capacités nominales des liens du réseau. De nombreuses solutions ont été proposées, mais les concepteurs de protocoles d'aujourd'hui ont un large désavantage par rapport à ceux d'il y a quarante ans. Faire fonctionner ensemble quatre machines identiques n'est pas exactement pareil que concevoir un logiciel de communication ou protocole susceptible d'être utilisé entre des milliards de machines hétérogènes. Apporter du changement dans un système d'une telle ampleur est problématique: il n'est pas possible d'envisager une migration massive du jour au lendemain surtout si des équipements physiques sont concernés. Le changement ne peut être que graduel et via des mises à jour logicielles dans les hôtes d'extrémité. La peur d'un effondrement de l'Internet dû à la congestion comme à la fin des années 80 resurgit. Causés par une surabondance de trafic réseau sur des liens saturés, ces troubles ont mis en avant la nécessité d'introduire un mécanisme de contrôle de congestion dans les protocoles de transport. Si les nouvelles solutions introduites se comportent de façon égoïste quand elles partagent une ressource commune (un lien), alors cette peur est fondée. Il est donc nécessaire de fournir des moyens de vérifier si une solution donnée possède les propriétés adéquates avant de l'introduire dans un système partagé à très large échelle.

Depuis plusieurs années, on observe une multiplication des services de communication en temps réel de type Over-The-Top (OTT). Ces solutions utilisent l¿Internet « best-effort » et s¿adaptent aux fluctuations du réseau. Néanmoins, il est discutable que l¿approche OTT soit suffisante pour fournir une qualité de service de communication acceptable quelles que soient les conditions réseaux. Dès lors, est-il possible d¿utiliser l¿assistance réseau pour améliorer la qualité de service des solutions OTT ?Pour traiter cette question, nous étudions tout d¿abord les solutions OTT, et particulièrement la technologie WebRTC. Nous identifions trois stratégies de couplage lâche qui permettent de tirer parti des mécanismes réseaux pour améliorer la qualité de service des solutions OTT.Nous vérifions la pertinence de ces stratégies dans le contexte de la gestion du trafic. On identifie deux approches de gestion du trafic adaptées à WebRTC : 1) qui assure des délais d¿attente courts quel que soit le trafic ou 2) qui isole le trafic sensible. On évalue ces solutions et leur impact sur WebRTC, pour les réseaux d¿accès filaire (uplink, ADSL et fibre). Les résultats obtenus montrent que les pratiques actuelles de gestion du trafic ne sont pas adaptées au trafic WebRTC. De plus, les solutions proposées assurent plus d¿équité entre le trafic WebRTC et TCP et elles permettent d¿éviter que le trafic WebRTC soit désavantagé et elles améliorent la qualité de communication.Enfin, ces solutions de la gestion du trafic sont positionnées dans le contexte des stratégies de couplage proposées. A partir de là, on fournit des recommandations pour améliorer la qualité WebRTC avec l¿assistance du NSP. / The number of real-time Over-The-Top (OTT) communication services has increased in the recent years. OTT solutions use the best-effort Internet delivery and rely on mechanisms built into the endpoints to adapt to underlying network fluctuations. Nevertheless, it is questionable if this approach is enough to provide acceptable quality of communication regardless the network conditions. Therefore, can network assistance be used to improve the quality of OTT real-time communication services?To address this question, we study OTT solutions with a focus on WebRTC. We identify three loose coupling strategies that leverage network mechanisms for improving OTT communication services quality.We verify the pertinence of these coupling strategies in the context of traffic management. We identify two approaches of traffic management solutions adapted to WebRTC traffic: 1) aiming at assuring lower queuing delays regardless the traffic or 2) isolating the sensitive traffic. We study the impact of identified traffic management solutions on WebRTC for wireline access networks (uplink, ADSL and fiber). The obtained results show that current Internet engineering practices are not well adapted to the WebRTC traffic, but are optimized for TCP traffic. Furthermore, the proposed solutions ensure more fairness between WebRTC and TCP flows and consequently enable avoiding WebRTC traffic starvation and improve the overall quality of the communication.In the final analysis, the evaluated traffic management solutions are positioned in the context of identified coupling strategies. Based on this assessment, we provide recommendations of improving WebRTC quality with the assistance of NSP.

Les réseaux actuels et la prochaine génération des réseaux sans fil cellulaires (5G) doivent garantir, non seulement, les communications entre les gens (aussi connu sous le nom d'humain à humain - H2H), mais aussi à un déploiement massif de communication de type machine (MTC). MTC, ou encore Machine à Machine (M2M), peut être considérée comme des appareils qui peuvent établir des communications avec d’autres appareils sans aucune intervention humaine. M2M est aussi vue comme la pierre angulaire de la vision des objets connectés (IoT). Elle attire beaucoup d'attention, car elle peut être considérée comme une nouvelle opportunité pour les opérateurs de réseau et service IoT. Il existe aujourd’hui plusieurs types d’applications se basant sur MTC couvrant plusieurs domaines. On peut citer comme exemples les applications suivantes: la santé, les systèmes de transport intelligents (ITS), les compteurs intelligents et les réseaux intelligents, et la sécurité publique (PS). Le déploiement de ce type d'applications dans les réseaux mobiles cellulaires actuels, particulièrement Long Term Evolution (LTE) et LTE-Advanced (LTE-A) , ne peut être effectif sans surmonter les challenges posés par le déploiement d’un grand nombre d’équipement MTC dans la même cellule. En effet, le déploiement d'une myriade d'appareils MTC causera une congestion et une surcharge du système des réseaux d'accès radio (RAN) et du cœur de réseau (CN). Comme les appareils MTC sont équipés d'une batterie non rechargeable, la consommation d'énergie est aussi un défi. Dans cette thèse, nous allons étudier les problèmes de congestion et de consommation d'énergie dans le contexte des réseaux LTE et LTE-A en présence des appareils M2M. En ce qui concerne la congestion et la surcharge de système, nous nous concentrons sur la partie RAN, puisqu'elle peut être considérée comme la première ligne de défense pour le réseau cellulaire. Les contributions de cette thèse sont organisées sous les axes suivants: 1) Proposition d'un algorithme générique pour prédire le trafic entrant, de sorte que la congestion dans le réseau peut être facilement résolue, 2) Étude et proposition d'un modèle analytique générique de la procédure d'accès aléatoire au canal (RACH). Le modèle a pour but l’évaluation des méthodes de contrôle de congestion ciblant la partie RAN, 3) Approfondissement et proposition des méthodes permettant d'améliorer la méthode Pagination de Groupe (GP) approuvée par le 3GPP pour contrôler la congestion. / The current and next generation wireless cellular networks (5G) have to deal with not only communications between people (known as Human-to-Human - H2H), but also with a massive deployment of Machine-Type-Communication (MTC). MTC, or alternatively Machine-to-Machine (M2M), can be viewed as devices connected among them without any human intervention. M2M can be considered as the cornerstone of Internet-of-Things (IoT) vision. It attracts a lot of attention, since it can be considered as a new opportunity and business market. Nowadays, there is a vast number of MTC applications, covering a large number of fields. Some of these applications are Healthcare, Intelligent Transport System (ITS), smart metering and smart grids, public safety (PS), forming the so-called smart city. Deploying this type of applications in the current cellular mobile networks, especially Long Term Evolution (LTE) and LTE-Advanced (LTE-A), cannot be achieved before overcoming the accompanied challenges. Indeed, caused by the existence of a myriad of MTC devices, Radio Access Network (RAN) and Core Network (CN) congestion and system overload is one of these challenging issues. As the MTC devices are using non-rechargeable batteries, power consumption is also a challenge. In this thesis, we study the congestion and power consumption problems in the context of LTE and LTE-A networks featuring M2M communications. Regarding the congestion and system overload, the focus will be on the RAN part since it can be considered as the first defense line on the network. The contributions of the thesis are organized on the following axes: 1) Propose a general algorithm to predict the incoming traffic, so that the congestion in the network can be easily remedied, 2) Study and propose a general analytical model of the Random Access Channel (RACH) procedure. The model can help to evaluate the congestion control methods targeting the RAN part, 3) Depth study and propose methods improving the performance of Group Paging (GP) method, one of the methods approved by 3GPP to control the congestion.

Les protocoles de contrôle de congestion ont pour but d'autoriser un partage équitable des ressources entre les utilisateurs et d'éviter la congestion dans les réseaux de communications. Dans cette thèse, nous avons commencé par comparer la performance des différents protocoles dans des modèles de réseaux qui intègrent la notion de variation de bande passante produit par l'agrégation/désagrégation des flux ainsi que la présence des mécanismes fournissant de la Qualité du Service.<br /><br />Ainsi, nous avons montré que ce sont les protocoles basés sur l'assistance de routeurs fournissant aux émetteurs un taux d'émission explicite (``Explicit Rate Notification'' - ERN) partagent mieux les ressources du réseaux entre les utilisateurs et évitent mieux la congestion que les protocoles de bout-en-bout (comme les protocoles basés sur TCP). Cependant, l'absence d'inter-opérabilité des protocoles ERN avec les routeurs non-ERN (par exemple, les routeurs DropTail) et les protocoles de congestion de bout-en-bout (comme TCP), empêche leur mise en place dans les réseaux actuels.<br /><br />Pour résoudre les problèmes d'inter-opérabilité des protocoles ERN avec des routeurs non-ERN, nous avons proposé des stratégies et des mécanismes capables de détecter les groupes des routeurs non-ERN entre deux routeurs ERN, d'estimer la bande passante minimale disponible à l'intérieur de ces groupes, et de créer des routeurs virtuels qui remplacent chaque groupe de routeurs non-ERN par un routeur ERN.<br /><br />Nous avons également proposé un système d'équité intra-protocolaire entre les protocoles ERN et les protocoles de bout-en-bout. Avec notre solution, les routeurs ERN dans une première étape estiment les besoins en terme de bande passante des flux ERN et non-ERN puis, dans une deuxième étape, limitent le débit des flux non-ERN en rejetant leurs paquets avec une probabilité qui dépend des résultats de la première étape.<br /><br />Le succès des protocoles ERN est basé sur l'information de rétroalimentation, calculée par les routeurs, et renvoyée par les récepteurs aux émetteurs. Nous avons montré que les protocoles ERN deviennent instables face aux pertes de l'information de rétroalimentation dans des environnements hétérogènes et à bande passante variable. Dans ce cadre là, nous avons proposé une nouvelle architecture qui améliore la robustesse des protocoles ERN, ainsi que la réactivité des émetteurs.<br /><br />Toutes nos propositions, applicables sur d'autres protocoles ERN, ont été expérimentées et validées sur le protocole eXplicit Control Protocol (XCP). Ainsi, nous avons montré que nos solutions surmontent les défis concernant les problèmes d'inter-opérabilité des protocoles ERN dans un grand nombre des scénarios et de topologies.<br /><br />De cette façon, nous avons développé les bases pour bénéficier d'un protocole ERN capable d'être déployé dans des réseaux hétérogènes à grand produit bande passante - délai où le transfert de grande quantité des données est nécessaire, tels que les réseaux de grilles (ex. GÉANT).

Chaque jour, l'humanité perd des milliers de personnes sur les routes pendant qu'ils se rendaient à travailler, à étudier ou même à se distraire. Ce nombre alarmant s'accumule avec le coût financier terrifiant de ces décès: Certaines statistiques évaluent le coût à 160 milliards d'euros par an en Europe. Dans ce contexte, les réseaux véhiculaires (VANETs) émergent comme une technologie sans fil prometteuse capable d'améliorer la vision des conducteurs et ainsi offrir un horizon télématique plus vaste. Les applications de sécurité routière exigent que le message d'alerte soit propagé de proche en proche par les véhicules jusqu'à arriver à la zone concernée par l'alerte tout en respectant les délais minimaux exigés par ce type d'applications et la grande fiabilité des transmissions. Dans cette thèse, nous nous intéressons à l'amélioration de l'efficacité des communications inter-véhiculaires sous différents scénarios: tout d'abord, nous nous concentrons sur le développement d'une nouvelle solution, appelée EBDR, pour disséminer les informations d'alertes dans un réseau VANET tout en assurant des courts délais de bout en bout et une efficacité pour les transmissions. Notre proposition est basée sur des transmissions dirigées effectuées à l'aide des antennes directionnelles pour la diffusion des messages et un algorithme de guidage d'itinéraire afin de choisir le meilleur chemin pour le paquet. En dépit de son fonctionnement en diffusion, les transmissions de notre technique s'arrêtent très rapidement après l'arrivée du paquet à la destination finale ce qui représente une caractéristique fondamentale dans la conception d’EBDR. Deuxièmement, nous proposons un framework mathématique ayant pour objectif l'évaluation des performances d’EBDR analytiquement. Nos modèles analytiques permettent de dériver des métriques de performances significatives à savoir la probabilité de succès et le nombre de sauts requis pour atteindre la destination finale. En outre, nous proposons une amélioration de notre protocole EBDR dans le but de fournir une diffusion plus efficace. Pour cela, nous nous basons sur l'ajustement de la puissance de transmission de chaque véhicule en fonction de la distance qui le sépare de la destination et la densité locale des nœuds. Ce mécanisme de contrôle de congestion permet de mieux minimiser les interférences et économiser de la bande passante. En plus, un modèle mathématique a été élaboré pour calculer la surface de la zone de transmission dans le cas d'une distribution uniforme des nœuds. Finalement, nous nous sommes intéressés aux mécanismes de collecte de données dans les réseaux véhiculaires. Notre approche est basée sur l'utilisation du principe du Q-learning pour la collecte des données des véhicules en mouvement. L'objectif de l'utilisation de ce mécanisme d'apprentissage est de rendre l'opération de collecte mieux adaptée à la mobilité des nœuds et le changement rapide de la topologie du réseau. Notre technique a été comparée à des méthodes n'utilisant pas du "learning", afin d'étudier l'effet du mécanisme d'apprentissage. Les résultats ont montré que notre approche dépasse largement les autres propositions en terme de performances et réalise un bon compromis entre le taux de collecte et les délais de bout en bout. Pour conclure, nous pensons que nos différentes contributions présentées tout le long de cette thèse permettront d'améliorer l'efficacité des communications sans fil inter-véhiculaires dans les deux directions de recherches ciblées par cette thèse à savoir : la dissémination des messages et la collecte des données. En outre, nos contributions de modélisation mathématique enrichiront la littérature en termes de modèles analytiques capables d'évaluer les techniques de transmission des données dans un réseau véhiculaire / Each day, Humanity loses thousands of persons on roads when they were traveling to work, to study or even to distract. The financial cost of these injuries is also terrifying: Some statistics evaluate the financial cost of vehicle accidents at 160 billion Euro in Europe each year. These alarming figures have driven researchers, automotive companies and public governments to improve the safety of our transportation systems and communication technologies aiming at offering safer roads and smooth driving to human beings. In this context, Vehicular Adhoc Networks, where vehicles are able to communicate with each others and with existent road side units, emerge as a promising wireless technology able to enhance the vision of drivers and offer larger telematic horizon. VANETs promising applications are not only restricted to road safety but span from vehicle trafficoptimization like flow congestion control to commercial applications like file sharing and internet access. Safety applications require that their alert information is propagated to the concerned vehicles (located in the hazardous zone) with little delay and high reliability. For these reasons, this category of applications is considered as delay sensitive and broadcast-oriented nature. While classical blind flooding is rapid, its major drawback is its huge bandwidth utilization. In this thesis, we are interested on enhancing vehicular communications under different scenarios and optimizations: First, We focus on deriving a new solution (EBDR) to disseminate alert messages among moving vehicles while maintaining it efficient and rapid. Our proposal is based on directional antennas to broadcast messages and a route guidance algorithm to choose the best path for the packets. Findings confirmed the efficiency of our approach in terms of probability of success and end-to-end delays. Moreover, in spite of the broadcast nature of the proposed technique, all transmissions stop very soon after the arrival of a packet to its destination representing a strong feature in the conception of EBDR. Second, we propose a novel mathematical framework to evaluate the performance of EBDR analytically. Although most of the proposed techniques present in literature use experimental or simulation tools to defend their performance, we rely here on mathematical models to confirm our achieved results. Our proposed framework allows to derive meaningful performance metrics including the probability of transmission success and the required number of hops to reach thefinal destination. Third, we refine our proposed broadcast-based routing EBDR to provide more efficient broadcasting by adjusting the transmission range of each vehicle based on its distance to the destination and the local node density. This mechanism allows better minimization of interferences and bandwidth's saving. Furthermore, an analytical model is derived to calculate thetransmission area in the case of a simplified node distribution. Finally, we are interested on data collection mechanisms as they make inter-vehicle communications more efficient and reliable and minimize the bandwidth utilization. Our technique uses Q-learning to collect data among moving vehicles in VANETs. The aim behind using the learning technique is to make the collecting operation more reactive to nodes mobility and topology changes. For the simulation part, we compare it to a non-learning version to study the effect of the learning technique. Findings show that our technique far outperforms other propositions and achieves a good trade off between delay and collection ratio. In conclusion, we believe that the different contributions presented in this Thesis will improve the efficiency of inter-vehicle communications in both dissemination and data collection directions. In addition, our mathematical contributions will enrich the literature in terms of constructing suitable models to evaluate broadcasting techniques in urban zones