La gestion performante de la mobilité et l'amélioration des performances des couches basses sont deux enjeux fondamentaux dans le contexte des réseaux sans fil. Cette thèse apporte des solutions originales et innovantes qui visent à répondre à ces deux problématiques empêchant à ce jour d'offrir des possibilités de communication performantes et sans couture aux usagers mobiles accédant à l'Internet via des réseaux d'accès locaux sans fil (WLAN). Ces solutions se distinguent en particulier par l'impact minimum qu'elles ont sur les protocoles standards de l'Internet (niveaux transport et réseau) ou de l'IEEE (niveaux physique et liaison de données). S'inscrivant dans les paradigmes de "bout en bout" et "cross-layer", notre architecture permet d'offrir des solutions efficaces pour la gestion de la mobilité : gestion de la localisation et des handover en particulier. En outre, nous montrons que notre approche permet également d'améliorer l'efficacité des transmissions ainsi que de résoudre efficacement plusieurs syndromes identifiés au sein de 802.11 tels que les anomalies de performance, l'iniquité entre les flux et l'absence de contrôle de débit entre la couche MAC et les couches supérieures. Cette thèse résout ces problèmes en combinant des modèles analytiques, des simulations et de réelles expérimentations. Ces mécanismes adaptatifs ont été développés et intégrés dans une architecture de communication qui fournit des services de communication à haute performance pour réseaux sans fils tels que WIFI et WIMAX.

Les réseaux de capteurs sans fil sont conçus dans le but de remplir différentes tâches de surveillance dans des conditions environnementales variées. Ces petits appareils électroniques sont capables de détecter, traiter et transmettre des données environnementales avec des communications multi-sauts et peuvent par conséquent aussi se coordonner. En même temps, ces dispositifs ont des ressources limitées (mémoire, capacités de calcul) et doivent fonctionner le plus souvent sur des batteries. C’est pour ces raisons que les recherches menées dans le domaine des réseaux de capteurs possèdent naturellement une forte partie qui concerne la réduction de la consommation d’énergie et une auto-organisation du réseau.Nos recherches considèrent les applications critiques de surveillance. Ces applications peuvent avoir des exigences très différentes des réseaux de capteurs traditionnels. De plus, nous utilisons des capteurs images, dont l’activité est définie en fonction de la criticité de l’application. Un ordonnancement basé sur la criticité permet de définir des nœuds sentinelles qui possèderont une vitesse de capture plus grande, cela afin d’avoir une probabilité plus élevée de détecter des intrusions et d’alerter leurs nœuds voisins. Au niveau de la couche de contrôle d’accès au medium (couche MAC), les approches alternant activité-sommeil (consistant à allumer et éteindre la radio de manière cyclique) sont utilisées pour préserver l’énergie et prolonger la durée de vie du réseau. Cependant, tout en conservant l’énergie, les applications critiques de surveillance ne doivent pas compromettre la qualité de la surveillance et le réseau doit être toujours en mesure de propager rapidement les messages d’alerte. Notre but est de définir un protocole MAC qui pourrait réduire la latence de propagation d’alerte ainsi que de prolonger la durée de vie du réseau. Nous proposons tout d’abord une approche originale pour déterminer dynamiquement la durée de la période d’activité radio des nœuds pour augmenter la probabilité de propager rapidement les alertes. Les résultats des simulations ont confirmé que notre approche réussit à améliorer la réactivité du système par rapport à une approche statique. En même temps, notre proposition permet de réduire considérablement la consommation d’énergie du réseau. Ensuite, nous avons implémenter notre approche sur des capteurs réels et les résultats obtenus sont très proches des résultats de simulation. / Wireless Sensor Networks (WSNs) are designed for the purpose of completing different monitoring tasks under various environmental conditions. The small electronic devices called sensors are capable of sensing, processing and communicating the environmental data through multi-hop communication and coordination. These devices have limited resources (memory, computing capabilities) and usually run on batteries. This is the reason the research on wireless sensor networks have been focused on energy efficiency and self-organization of the network. We consider mission-critical surveillance applications in our research work. These applications can have different requirements than traditional WSNs. In addition, we use image sensor nodes, whose activity is defined based on criticality of the application. The criticality-based scheduling scheme defines sentry nodes with faster capture rates, to have higher probability to detect intrusions and to alert neighbor nodes. At Medium Access Control (MAC) Layer level, duty cycled approaches are used to preserve energy and prolong the network lifetime. However, while conserving energy, mission-critical surveillance applications cannot compromise on quality of surveillance and the network should still be able to quickly propagate the alert messages. In this thesis, we propose a low latency, energy efficient adaptive MAC protocol. We first propose an original approach to dynamically determine the duty-cycle length of sensor nodes to increase the probability of quick propagation of alerts. Simulation results confirmed that our approach succeeds in improving the system responsiveness when compared to a static duty-cycling approach. At the same time, our proposition considerably reduces the energy consumption of the network. Then, we implemented our approach on sensor node hardware and results were found to be very close to our simulation results.

Un réseau ad hoc est une collection de stations communicant au travers d'un lien sans fil sans l'aide d'aucune autre infrastructure. L'un des principaux défis dans la conception de protocoles pour ce type de réseaux est l'accès au médium. Le standard IEEE 802.11 définit un mode pour les réseaux ad hoc. Cependant, le protocole MAC (Medium Access Control) décrit montre des problèmes d'équité et d'efficacité. Dans cette thèse j'ai d'abord évalué les performances d'algorithmes et de protocoles MAC existants et mis en évidence leurs problèmes de performance grâce à un modèle exploitant le formalisme des algèbres de processus stochastiques. Grâce à ces résultats j'ai proposé deux protocoles MAC (MadMac et PAS) pour les réseaux ad hoc et les réseaux locaux sans fil. Nos protocoles sont différents de ceux présentés dans la littérature car nous essayons de répondre au compromis équité-efficacité et les solutions que nous proposons sont à la fois équitables et efficaces

Les réseaux de capteurs sans-fil sont une nouvelle technologie qui permet de déployer des capteurs hétérogènes et de les faire communiquer sans fil et de façon autonome. Cette capacité nouvelle à surveiller ou instrumenter le monde qui nous entoure ouvre la voie à de nouvelles applications innovantes ou à une évolution majeure d’applications déjà existantes.D’une dizaine de nœuds à plusieurs milliers, les réseaux de capteurs sans fil commencent à conquérir le monde industriel et notre vie quotidienne. Leurs besoins en communications, gestion, génération et stockage de l’énergie, miniaturisation et réduction des coûts ne nécessitent pas seulement de perfectionner les technologies actuelles mais bien d’en inventer de nouvelles. Parmi toutes les applications révolutionnaires des réseaux de capteurs sans fil comme dans la santé, l’environnement, l’industrie et le militaire, l’une des applications les plus transformatrices est la surveillance de structure. La surveillance de structure est l’art de surveiller tout ce qui peut s’abimer, s’user ou tomber en panne. Elle est particulièrement importante dans les domaines des transports et du bâtiment, étant donné que la sécurité des personnes est en jeu. En plaçant aux endroits stratégiques des capteurs sans-fil, il sera possible de prévoir et de prévenir la défaillance d’un pont, l’usure d’un avion ou d’un train ou la déformation d’un bâtiment. La surveillance de structure permet de prévenir les pannes et les défaillances, de réduire les coûts de maintenance et d’améliorer les performances. C’est un processus complexe qui implique plusieurs technologies : des capteurs, la transmission de l’information et l’analyse des données. La nature (accéléromètre, gyroscope, jauge de contrainte, température, pression, fuite, givre, etc. . .), la position ainsi que le nombre de capteurs sont dictés et dépendants des besoins de l’analyse de la structure qui doit être effectuée. De ce fait, les contraintes imposées au système de transmission de données sans fil, afin d’offrir une couverture suffisante de la structure de l’appareil avec plusieurs centaines voire plusieurs milliers de capteurs que leur localisation rendra difficile d’accès, nécessitent des nouvelles innovations en matière d’efficacité énergétique et de performance de communication. Ce travail s’intéresse à la conception et l’implémentation d’un système de transmission de données dans un réseau de capteurs sans-fil. Après une présentation des exigences du système de surveillance de structure aéronautique, l’architecture générale du système de surveillance est décrite. Une couche physique spécifique à haute efficacité énergétique basée sur l’Impulse-Radio UltraWide Band a été conçue. Les designs complets de l’émetteur et du récepteur IR-UWB sont présentés ainsi que l'optimisation du codage canal par rapport à la consommation énergétique. Une couche MAC spécifique permettant un nombre important de nœuds et une efficacité énergétique élevée basée sur du TDMA reconfigurable a été conçue. Plusieurs prototypes ont été implémentés pour valider la conception et démontrer les performances. Ces implémentation utilise des techniques avancées d’optimisation de la consommation énergétique et de reconfigurabilité afin de répondre aux exigences des réseaux de capteurs sans-fil. Des simulations ASIC permettent également de prévoir que ce système permettra de supporter des débits applicatifs de plusieurs centaines de mégabits par seconde, tout en permettant à plusieurs dizaines de nœuds de communiquer. Les performances énergétiques de ce système de communication sont aujourd’hui à l’état de l’art. Enfin, cette technologie de communication sans-fil a été intégrée dans un système complet de deux nœuds capteurs et d’un routeur dans un démonstrateur FPGA / Wireless Sensor Networks (WSN) is an emerging technology which allows deploying wireless communicating autonomous heterogenous sensors. This monitoring capability paves the way for new innovative applications or breakthrough evolution of existing ones. WSN have started to change the industry and our daily lives. Their communication, energy, miniaturization and cost requirements cannot be met by evolutions of current technologies but will require new innovations.Among health, environment, industrial and military applications for WSN, one of the most revolutionary is Structural Health Monitoring (SHM). SHM is the art of monitoring anything which can wear, break down or be damaged. It is of utmost importance in safety sensitive domains such as the transport and construction industries.By placing sensors in carefully chosen locations, SHM will allow failure prediction, cost reduction and improved performance of bridges, planes, building or engines.The tens to thousands of sensors and the huge amount of data generated places a strong burden on the wireless communication of the nodes, which cannot be satisfied with today’s technology. This work presents the design and implementation works such a wireless communication system.Following a presentation of the context and requirement of this work, a general description of the SHM system is given. A specific highly energy efficient physical layer based on Impulse-Radio UltraWide Band (IR-UWB) has been designed.The complete IR-UWB transmitter and receiver are detailed, including the energy efficiency optimized channel coding. A specific Medium Access Control (MAC) layer allowing a large number of communicating nodes based on reconfigurableTime Division Multiple Access (TDMA) was designed. Several prototypes of this system have been implemented to prove feasibility and performance. These implementations employ advanced energy consumption reduction and reconfigurability techniques to answer WSN communication challenges. An ASIC implementation simulation has demonstrated hundreds of megabits per second data rate at state of the art energy efficiency

Le développement du transport partout dans le monde a fourni un grand nombre d'avantages pour de nombreux aspects de la vie humaine. Les systèmes de transport intelligents (ITS) sont des applications avancées qui visent à rendre les réseaux de transport plus sûrs, plus pratiques et plus intelligents. Selon leurs usages, ils peuvent être classés en deux types d'applications ITS, qui sont des applications de sûreté et des applications non-sûreté. Le réseau de véhicules ad hoc (VANET) est un élément clé des systèmes ITS, car il permet la communication entre les unités de transport. Ces communications prennent en charge différentes applications ITS avec différentes propriétés. Parmi les deux types d'applications, nous nous intéressons aux applications de sûreté qui ont des contraintes de qualité de service et des contraintes de sécurité plus strictes. Selon le scénario considéré et l'application de sûreté donnée, les informations échangées entre les véhicules doivent être diffusé localement dans une communication à un seul saut et / ou également notifiées aux véhicules à large dimension. L'objectif principal de cette thèse est d'améliorer les performances des applications de sûreté en termes de qualité de service et de sécurité, à la fois dans une communication à un saut et dans une communication multi-sauts. Nous nous intéressons à la fiabilité, la connectivité et le déni de service (DoS). Nous étudions et proposons des solutions techniques provenant de couches inférieures (Physique, Liaison et Réseaux) qui jouent un rôle fondamental dans l'atténuation des défis créés par la nature de l'environnement des véhicules. Tout d'abord, nous introduisons une nouvelle méthode efficace pour fiabiliser la radiodiffusion. Dans notre système, les messages de sécurité sont rediffusés lorsque l'expéditeur est sollicité. Cela augmente le pourcentage de véhicules qui reçoivent les messages alors que le nombre de messages dupliqués reste limité. En second lieu, en tenant compte de la fragmentation du réseau, nous étudions des solutions qui permettent de pallier la déconnexion temporaire du réseau pour apporter l'information de sécurité aux destinataires. Basé sur les propriétés sociales des réseaux de véhicules, nous proposons un protocole de transfert basé sur des relations sociales pour relayer la communication entre les véhicules et des points d'intérêt qui fournissent des services de sécurité avec des contraintes de temps plus souples, telles que la recherche et le sauvetage. Troisièmement, nous étudions l'attaque de brouillage, une sorte d'attaques DoS, qui est cruciale pour les applications de sûreté et qui et facilement réalisable au niveau des couches inférieures. Nous modélisons l'attaque de brouillage afin d'étudier la dégradation causée par l'attaque sur les performances du réseau. La dégradation à un certain niveau dans les performances du réseau est une indication de présence d'attaques de brouillage dans le réseau; donc les résultats de cette analyse nous permettent de déterminer les seuils de performance du réseau pour distinguer entre les scénarios normaux et les scénarios attaqués. Toutefois, selon cette analyse, le procédé utilisant la dégradation comme une indication pour détecter une attaque de brouillage est impossible pour des applications temps réel. Par conséquent, nous proposons des nouvelles méthodes afin de détecter les attaques de brouillage temps réel. Nos méthodes permettent la détection en temps réel avec une grande précision, non seulement chez le moniteur central mais aussi au niveau de chaque véhicule. Par conséquent, les véhicules sont avertis sur l'attaque assez tôt pour récupérer la communication et réagir à ces attaques. / The development of transportation all over the world has been providing a lot of benefits for many aspects of human life. Intelligent Transportation Systems (ITS) are advanced applications that aim to make the transport networks safer, more convenient and smarter. According to their usages, they can be classified into two types of ITS applications, which are safety applications and non-safety applications. Vehicular ad hoc network (VANET) is a key component of ITS since it enables communications among transportation units. These communications support different ITS applications with various properties. Between two types of applications, we are interested in safety applications which have tighter quality and security constraints. Depending on an applied scenario of a given safety application, the exchanged information among vehicles must be broadcast locally within one-hop communication and/or also be notified to vehicles in large range. The main objective of this thesis is to improve the performance of safety applications in term of the quality of service and security, in both one-hop communication and multi-hop communication. We focus on reliability, connectivity and Denial of Services (DoS) attack. We study and propose technical solutions coming from lower layers (Physical, MAC and network layers) which play a fundamental role in mitigation to challenges created by the nature of the vehicular environment. Firstly, we introduce a reliable scheme to achieve the reliability for broadcasting. In our scheme, the safety messages are rebroadcast when the sender is solicited. This increases the percentage of vehicles receiving the messages while duplicated messages are limited. Secondly, with consideration of the fragmentation of the network, we study solutions that overcome the temporary disconnection in the network to bring the safety information to the recipients. Based on the social properties of vehicular networks, we propose a social-based forwarding protocol to support the communication between vehicles to points of interest that provide safety services with looser time constraints, such as search and rescue. Thirdly, we investigate jamming attack, a kind of DoS attacks, which is crucial for safety applications because of the adequate condition of the attack at the lower layers. We model jamming attack on broadcasting in order to study the degradation caused by the attack on network performance. The degradation at a certain level in network performance is an indication of a jamming attack presence in the network; therefore results from this analysis will allow us to determine network performance thresholds to distinguish between normal and attacked scenarios. However, according to our analysis, the method using the degradation as an indication to detect a jamming attack is not feasible for real-time applications. Hence, we propose methods to detect jamming attacks in real-time. Our methods allow real-time detection with high accuracy, not only at the central monitor but also at each vehicle. Therefore, vehicles are noticed about the attack soon enough to recover the communication and react to these attacks.

Les Wireless Body Area (WBAN) sont une technologie de réseau sans fil basée sur les radio-fréquences qui consiste à interconnecter sur, autour ou dans le corps humain de minuscules dispositifs pouvant effectuer des mesures (capteurs). Ces réseaux sont considérés comme les plus critiques dans les réseaux de capteurs sans fil. Ils sont basés sur des architectures de réseaux auto-organisés. Chacun des capteurs corporels reçoit ou envoie des paquets du ou au coordinateur du réseau. Ce dernier est responsable de l'ordonnancement des tâches pour l'ensemble des noeuds fils. L'ordonnancement dans les WBAN nécessite un mécanisme dynamique et adaptatif pour gérer les cas d'urgence qui peuvent se produire et permet ainsi d'améliorer les paramètres les plus importants comme la qualité de la transmission, le temps de réponse, le débit, le taux de paquets délivres, etc.Dans ces travaux de thèse, nous avons proposé trois techniques d'ordonnancement qui sont : la méthode semi-dynamique; la méthode dynamique et la méthode basée sur la priorité. De plus, une étude sur les plateformes WBAN est présentée. Dans cette étude, nous avons proposé une classification et une évaluation qualitative des plateformes déjà existantes. Nous avons aussi étudier les modèles de mobilité en proposant une architecture permettant de les décrire. Nous avons aussi mis en place une procédure de diagnostique afin de détecter rapidement des maladies épidémiques dangereuses. Par la suite, ces différentes propositions ont été validées en utilisant deux méthodes afin de vérifier leur faisabilité. Ces méthodes sont la simulation avec OPNET et l'implémentation réelle sur des capteurs TelosB et TinyOS. / The Wireless Body Area Network (WBAN) is the most critical field when considering Wireless Sensor Networks (WSN). It must be a self-organizing network architecture, meaning that it should be able to efficiently manage all network architecture requirements. The WBAN usually contains at least two or more body sensors. Each body sensor sends packets to or receives packets from the Personal Area Network Coordinator (PANC). The PANC is responsible for scheduling its child nodes' tasks. Scheduling tasks in the WBAN requires a dynamic and an adaptive process in order to handle cases of emergency that can occur with a given patient. To improve the most important parameters of a WBAN, such as quality link, response time, throughput, the duty-cycle, and packet delivery, we propose three scheduling processes: the semi-dynamic, dynamic, and priority-based dynamic scheduling approaches.In this thesis, we propose three task scheduling techniques, Semi-Dynamic Scheduling (SDS), Efficient Dynamic Scheduling (EDS) and High Priority Scheduling (HPS) approaches. Moreover, a comprehensive study has been performed for the WBAN platforms by classifying and evaluating them. We also investigate the mobility model for the WBANs by designing an architecture that describe this model. In addition, we detail a diagnosis procedure by using classification methods in order to solve very sensitive epidemic diseases. Then, our proposals have been validated using two techniques to check out the feasibility of our proposals. These techniques are simulation scenarios using the well-known network simulator OPNET and real implementations over TelosB motes under the TinyOS system.

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.

Ces dernières années, les réseaux multi-sauts sans fil (MHWNs) ont connu une explosion de déploiement en raison de la demande croissante de connectivité continue indépendamment de l'emplacement physique. Les protocoles de transport Internet prédominantes, c.-à-Transmission Control Protocol (TCP), se trouvent face à la dégradation des performances dans MHWNs en raison de les taux élevés de pertes et de défaillance du lien. Plusieurs solutions ont été proposées qui sont basées sur l'estimation de l'état du réseau ou sur l'utilisation de renseignements de la couche MAC (dénommée métriques) dans une manière d’inter-couche pour mieux comprendre l'état du réseau. La première partie de cette thèse fournit une enquête et la définition complète de métriques communs des couches physique, MAC, réseau et transport et fournit ainsi un multi-critères et la classification hiérarchique. Après cela, l'efficacité dans la réflexion des informations de réseau des métriques de la couche MAC est également étudiée dans une façon systématique en simulant des situations différents de réseau et de mesurer les métriques de la couche MAC. Ainsi, le bonne MAC métrique pour le contrôle de congestion qui est couplé avec le niveau de contention de réseau et les pertes provoquées moyen sera découvert. D'après les résultats de l'étude sur l'efficacité, deux nouveaux systèmes de contrôle de débit pour les protocoles de transport sont proposés qui s'adaptent efficacement le débit de source en fonction de l'état du réseau fournie par certains métriques MAC. Grâce à un vaste ensemble de simulations, les performances des systèmes proposées de contrôle de débit dans MHWNs sont examinées approfondie avec des situations de réseau. / In recent years, Multi-hop Wireless Networks (MHWNs) have experienced an explosion of deployment due to the increasing demand for continuous connectivity regardless of the physical location. Internet predominant transport protocols, i.e. Transmission Control Protocol (TCP), face performance degradation in MHWNs because of the high loss and link failure rates. Several solutions have been proposed which are based on network state estimation or use information from MAC layer (called metrics) in a cross-layer manner to better comprehend the network state. The first part of this thesis provides a survey and comprehensive definition of common metrics from Physical, MAC, Network and Transport layers and thus provides a multi-criteria and hierarchical classification. After that, the effectiveness in reflecting network information of MAC metrics is also investigated in a systematic way by simulating various network situations and measuring the MAC metrics. Thus, the good MAC metric for congestion control which is coupled with the network contention level and the medium induced losses will be found out. From the results of the effectiveness study, new rate control schemes for transport protocols are proposed which adapt efficiently the source bit rate depending on the network condition provided by some MAC metrics. Through an extensive set of simulations, the performance of the proposed rate control schemes in MHWNs is investigated thoroughly with several network situations.

Dans un scénario avec plusieurs réseaux sans fil de différentes technologies, ce travail a comme objectif la conception d'un moteur cognitif capable de reconnaitre l'environnement radio et de sélectionner un réseau avec le but final de maximiser la "qualité d'expérience" (QoE) de l'utilisateur. Un accent particulier est mis sur la simplicité de tous les éléments impliqués, du hardware aux algorithmes, afin de garder la faisabilité pratique de ce dispositif.Deux aspects ont été étudiés. Pour la reconnaissance de l'environnement radio une identification de réseau et une classification automatique sur la base de caractéristiques de la couche MAC a été proposée et testée. En ce qui concerne la sélection du réseau, des "Key Performance Indicators" (KPIs), qui sont des paramètres de la couche application, ont étés pris en compte afin d'obtenir la QoE désirée. Un modèle général pour la sélection du réseau a été proposé et testé avec de différents types de trafic par des simulations et par la réalisation d'un démonstrateur (application pour Android). De plus, comme il y a le problème de quand mesurer pour estimer la performance d'un réseau et quand l'utiliser effectivement pour transmettre et recevoir, le problème du bandit manchot ("Multi-armed bandit", MAB) a été appliqué à ce contexte et un nouveau modèle de MAB a été proposé afin de mieux répondre aux cas réels considérés. L'impact du nouveau modèle, qui introduit la distinction de deux actions différentes, mesurer et utiliser, a été testé par des simulations en utilisant des algorithmes déjà disponibles dans la littérature et deux algorithmes conçus spécifiquement. / In a scenario where multiple wireless networks of different technologies are available, this work addresses the problem of the design of a cognitive engine, core of a cognitive radio device, able to perform the surrounding radio environment recognition and the network selection with the final goal of maximization of final user Quality of Experience (QoE). Particular focus is put on the requirement of simplicity of all the elements involved, from hardware to algorithms, in order to keep in mind the importance of its practical realizability.Two aspects were investigated. For the surrounding radio environment recognition step, a network identification and automatic classification method based on MAC layer features was proposed and tested. As regards the network selection, Key Performance Indicators (KPIs), i.e. application layer parameters, were considered in order to obtain the desired goal of QoE. A general model for network selection was proposed and tested for different traffic types, both with simulations and a practical realization of a demonstrator (implemented as an application for Android OS). Moreover, as a consequence of the originated problem of when measuring to estimate a network performance and when effectively using the network for data transmission and reception purposes, the multi-armed bandit problem (MAB) was applied to this context and a new MAB model was proposed, in order to better fit the considered real cases scenarios. The impact of the new model, that introduces the distinction of two different actions, to measure and to use, was tested through simulations using algorithms already available in literature and two specifically designed algorithms.

Architecture et mécanismes de bout en bout pour les communications mobiles et sans fil dans l'Internet. La gestion performante de la mobilité et l'amélioration des performances des couches basses sont deux enjeux fondamentaux dans le contexte des réseaux sans fil. Cette thèse apporte des solutions originales et innovantes qui visent à répondre à ces deux problématiques empêchant à ce jour d'offrir des possibilités de communication performantes et sans couture aux usagers mobiles accédant à l'Internet via des réseaux d'accès locaux sans fil (WLAN). Ces solutions se distinguent en particulier par l'impact minimum qu'elles ont sur les protocoles standards de l'Internet (niveaux transport et réseau) ou de l'IEEE (niveaux physique et liaison de données). S'inscrivant dans les paradigmes de "bout en bout" et "cross-layer", notre architecture permet d'offrir des solutions efficaces pour la gestion de la mobilité : gestion de la localisation et des handover en particulier. En outre, nous montrons que notre approche permet également d'améliorer l'efficacité des transmissions ainsi que de résoudre efficacement plusieurs syndromes identifiés au sein de 802.11 tels que les anomalies de performance, l'iniquité entre les flux et l'absence de contrôle de débit entre la couche MAC et les couches supérieures. Cette thèse résout ces problèmes en combinant des modèles analytiques, des simulations et de réelles expérimentations. Ces mécanismes adaptatifs ont été développés et intégrés dans une architecture de communication qui fournit des services de communication à haute performance pour réseaux sans fils tels que WIFI et WIMAX. / Wireless networks, because of the potential pervasive and mobile communication services they offer, are becoming the dominant Internet access networks. However, the legacy Internet protocols, still dominant at that time, have not been designed with mobility and wireless in mind. Therefore, numerous maladjustments and “defaults of impedance” can be observed when combining wireless physical and MAC layers with the traditional upper layers. This thesis proposes several solutions for a pacific coexistence between these communication layers that have been defined and designed independently. Reliable mobility management and Low layer performance enhancements are two main challenging issues in the context of wireless networks. Mobility management (which is mostly based on mobile IP architecture nowadays) aims to continuously assign and control the wireless connections of mobile nodes amongst a space of wireless access networks. Low layer performance enhancements mainly focus on the transmission efficiency such as higher rate, lower loss, interference avoidance. This thesis addresses these two important issues from an original and innovative approach that, conversely to the traditional contributions, entails a minimum impact on the legacy protocols and internet infrastructure. Following the “end to end” and “cross layer” paradigms, we address and offer efficient and light solutions to fast handover, location management and continuous connection support through a space of wireless networks. Moreover, we show that such an approach makes it possible to enhance transmission efficiency and solve efficiently several syndromes that plague the performances of current wireless networks such as performance anomaly, unfairness issues and maladjustment between MAC layer and upper layers. This thesis tackles these issues by combining analytical models, simulations and real experiments. The resulting mechanisms have been developed and integrated into adaptive mobility management communication architecture that delivers high performing communication services to mobile wireless systems, with a focus on WIFI and WIMAX access networks.