Cette thèse se situe dans le domaine de graphes et de leurs applications, Elleest constitué de trois grandes parties, la première est consacrée à l’étude d’unnouveau type de coloration sommets distinguantes, les arête-colorations sommetsdistinguantespar écarte. Il consiste de trouver une valuation des arêtes qui permettede distinguer les sommets de graphes telle que chaque sommet v du graphe est identifiéde façon unique par la différence entre la plus grande et la plus petite des valeursincidentes à v. Le plus entier pour lequel le graphe G admet une arête-colorationsommets-distinguantes par écarte est le nombre chromatique par écart de G, notégap(G). Nous avons étudié ce paramètre pour diverses familles de graphes. Uneconjecture intéressante, proposée dans cette partie, suggère que le nombre chromatiquepar écart de tout graphe connexe d’ordre n > 2 vaut n - 1, n ou n + 1.La deuxième partie du manuscrit concerne le problème du placement de graphes.Nous proposons un état de l’art des problèmes de placement de graphes, puis nousintroduisons la nouvelle notion de placement de graphes étiquetés. Il s’agit d’unplacement de graphes qui préserve les étiquettes des sommets. Ensuite, nous proposonsdes encadrements de ce nouveau paramètre pour plusieurs classes de graphes.La troisième partie de la thèse s’intéresse au problème d’appariement d’arbres dansle cadre de la recherche d’information dans des documents structurés de type XML.Les algorithmes holistique de jointure structurelle est l’une des premières méthodesproposées pour résoudre l’appariement exact des documents XML. Ces algorithmessont souvent divisés en deux grandes étapes. La première étape permet de décomposerl’arbre de la requête en un ensemble de petites composantes connexes. Ensuite,des solutions intermédiaires pour chaque composante de la requête sont trouvées, cesrésultats intermédiaires sont joints pour obtenir la solution finale. Nous proposonsdans cette partie un nouvel algorithme appelé TwigStack++ qui vise principalementà diminuer le coût de la jointure et le calcule inutile recherche. Notre algorithmeobtient de meilleurs résultats en comparaison avec deux autres méthodes de l’étatde l’art. / In this thesis, we investigate some problems in graph theory, namelythe graph coloring problem, the graph packing problem and tree pattern matchingfor XML query processing. The common point between these problems is that theyuse labeled graphs.In the first part, we study a new coloring parameter of graphs called the gapvertex-distinguishing edge coloring. It consists in an edge-coloring of a graph G whichinduces a vertex distinguishing labeling of G such that the label of each vertex isgiven by the difference between the highest and the lowest colors of its adjacentedges. The minimum number of colors required for a gap vertex-distinguishing edgecoloring of G is called the gap chromatic number of G and is denoted by gap(G).We will compute this parameter for a large set of graphs G of order n and we evenprove that gap(G) 2 fn E 1; n; n + 1g.In the second part, we focus on graph packing problems, which is an area ofgraph theory that has grown significantly over the past several years. However, themajority of existing works focuses on unlabeled graphs. In this thesis, we introducefor the first time the packing problem for a vertex labeled graph. Roughly speaking,it consists of graph packing which preserves the labels of the vertices. We studythe corresponding optimization parameter on several classes of graphs, as well asfinding general bounds and characterizations.The last part deal with the query processing of a core subset of XML query languages:XML twig queries. An XML twig query, represented as a small query tree,is essentially a complex selection on the structure of an XML document. Matching atwig query means finding all the occurrences of the query tree embedded in the XMLdata tree. Many holistic twig join algorithms have been proposed to match XMLtwig pattern. Most of these algorithms find twig pattern matching in two steps. Inthe first one, a query tree is decomposed into smaller pieces, and solutions againstthese pieces are found. In the second step, all of these partial solutions are joinedtogether to generate the final solutions. In this part, we propose a novel holistictwig join algorithm, called TwigStack++, which features two main improvementsin the decomposition and matching phase. The proposed solutions are shown to beefficient and scalable, and should be helpful for the future research on efficient queryprocessing in a large XML database.

Les problèmes d’ordonnancement de rendez-vous en tête-à-tête sont des problèmes dans lesquels des personnes souhaitent se rencontrer par deux lors de courts rendez-vous qui se déroulent lors d’une session unique. Dans cette thèse, nous référençons plusieurs applications de ce type de problèmes et proposons des notations qui généralisent les notations standards de problèmes d’ordonnancement α|β|γ. Nous nous intéressons en particulier à un cas dans lequel deux populations distinctes se rencontrent, des participants peuvent arriver en retard et des rencontres sont interdites. L’objectif est de minimiser le nombre maximal d’attentes des participants. Nous étudions dans un premier temps la complexité de ces problèmes : nous démontrons que plusieurs cas sans rencontre interdite sont polynomiaux et que le cas général est NP-complet au sens fort. Nous proposons ensuite des bornes inférieures. Puis nous développons plusieurs méthodes de résolution. Des modèles de programmation linéaire en nombres entiers et un modèle de programmation par contraintes sont tout d’abord proposés. Des règles de dominance permettant de limiter les symétries sont intégrées à ces modèles dans le but de limiter l’espace des solutions. Enfin, nous proposons une recherche à divergence limitée (limited discrepancy search) qui est une méthode approchée basée sur l’exploration d’un arbre de recherche tronqué. Dans cette méthode, nous exploitons le plus possible les propriétés de symétrie du problème pour faciliter la convergence vers une bonne solution. Toutes ces méthodes sont testées et comparées sur un ensemble de 300 instances générées aléatoirement d’après des paramètres réalistes. / One-to-one meeting scheduling problems are problems where a population of actors want to meet each other during short time slots that take place in a single session. In this thesis, we reference several applications of this type of problems found in the literature and introduce a notation extending the well-known scheduling notation α|β|γ. We are particularly interested in a case in which two distinct populations meet, participants may arrive late and some meetings are forbidden. The objective is to minimize the maximum number of participants waiting slots. First, we study the complexity of these problems: we show that several cases with no forbidden meeting are polynomial and that the general case is NP-complete in the strong sense. We then propose lower bounds. After that, we develop several resolution methods. Integer linear programming models and a constraint programming model are developed. To limit the solution space, we add dominance rules based on symmetries to these methods. Finally, we present a limited discrepancy search (i.e. an approximate method based on the exploration of a truncated tree search). In this method, we use as much as possible the symmetry properties of the problem to facilitate the convergence to a good solution. All these methods are tested and compared on a set of 300 randomly generated instances from realistic parameters.

Les réseaux de capteurs sans fil (RCSF) sont très largement utilisés dans divers domaines d'applications civiles et militaires, comme la surveillance de champs de bataille, la détection de phénomène environnementaux, ou encore les bâtiments intelligents. Cependant, les réseaux de capteurs sans fil sont caractérisés par de fortes limitations au niveau de l'énergie disponible et des communications radio. Les travaux réalisés dans cette thèse visent à proposer des solutions garantissant une certaine qualité de service dans le contexte des réseaux de capteurs sans fil. La première partie concerne la couche liaison de données avec l'objectif d'augmenter la durée de vie du réseau. L'accès au médium sans fil est analysé et modélisé sous la forme d'un problème d'ordonnancement des liens de communication, tenant compte des collisions. Nous étudions alors la complexité de ce problème. Une approche distribuée et tolérante aux défaillances avec garantie de performance est proposée (SS-DD2EC) pour résoudre ce problème. La seconde partie de la thèse concerne le routage des messages à l'aide du protocle IPv6 Routing Protocol for Low-Power and Lossy Network (RPL). Tout d'abord, un comparatif entre les différentes métriques de routage existantes pour l'optimisation de l'énergie consommée a été mené. En plus de la durée de vie, les critères de fiabilité et de latence de bout-en-bout sont considérés pour évaluer ces métriques. Enfin, deux nouvelles métriques (R_MinMax et R_Delai) ont été proposées pour RPL permettant d'atteindre des gains significatifs par rapport à l'état de l'art. La première ne tient compte que des critères de consommation d'énergie et de fiabilité, alors que la seconde intègre en plus la latence de bout-en-bout. / Wireless sensor networks (RCSF) is a technology that has a wide range of civil or military applications, including battlefield monitoring, environmental monitoring or smart city. However, WSN are characterized by high limitations in terms of energy (battery-operated nodes) and wireless links (low power and lossy links). The work done in this PhD thesis aims to provide solutions that guarantee a certain quality of service in the context of wireless sensor networks. The first part of this work concerns the medium access control layer with the aim of increasing the lifetime of the network. The access to the wireless medium is analyzed and modeled as a link scheduling problem, taking into account collisions. First, a study of the complexity of this problem is carried out, then a distributed and fault-tolerant approach with guaranteed performance is proposed (SS-DD2EC) to solve this problem. The second part is about message routing with the IPv6 Routing Protocol for Low Power and Lossy Network (RPL). First of all, a comparison between the various existing routing metrics for the optimization of the energy consumed has been carried out. In addition of lifetime, the reliability and end-to-end latency criteria are considered for evaluating these metrics. Then, two new RPL metrics (R_MinMax and R_Delai) were proposed, achieving significant gains over the state of the art. The first one only considers the energy consumption and reliability, while the second one takes also into account the end-to-end latency.

Ce travail est dédié à la conception, l’analyse et l’évaluation des performances de nouveaux schémas de codage appropriés aux systèmes de stockage distribué. La première partie de ce travail est consacrée à l’étude des performances des codes spatialement couplés pour les canaux à effacements. Une nouvelle méthode de couplage spatial des ensembles classiques de contrôle de parité à faible densité (LDPC) est proposée. La méthode est inspirée du codage en couches. Les arêtes des ensembles locaux et celles définissant le couplage spatial sont construites séparément. Nous proposons également de saturer le seuil d’un ensemble Root-LDPC par couplage spatial de ses bits de parité dans le but de faire face aux évanouissements quasi-statiques. Le couplage spatial est dans un deuxième temps appliqué à un ensemble Root-LDPC, ayant une double diversité, conçu pour un canal à effacements par blocs à 4 états. Dans la deuxième partie de ce travail, nous considérons les codes produits non-binaires avec des composantes MDS et leur décodage algébrique itératif ligne-colonne sur un canal à effacements. Les effacements indépendants et par blocs sont considérés. Une représentation graphique compacte du code est introduite avec laquelle nous définissions la notion de coloriage à double diversité. Les ensembles d’arrêt sont définis et une caractérisation complète est donnée. La performance des codes produits à composantes MDS, avec et sans coloration, à double diversité est analysée en présence d’effacements indépendants et par blocs. Les résultats numériques montrent aussi une excellente performance en présence d’effacements à probabilité inégale due au coloriage ayant une double diversité. / This work is dedicated to the design, analysis, and the performance evaluation of new coding schemes suitable for distributed storage systems. The first part is devoted to spatially coupled codes for erasure channels. A new method of spatial coupling for low-density parity-check ensembles is proposed. The method is inspired from overlapped layered coding. Edges of local ensembles and those defining the spatial coupling are separately built. We also propose to saturate the whole Root-LDPC boundary via spatial coupling of its parity bits to cope with quasi-static fading. Then, spatial coupling is applied on a Root-LDPC ensemble with double diversity designed for a channel with 4 block-erasure states. In the second part of this work, we consider non-binary product codes with MDS components and their iterative row-column algebraic decoding on the erasure channel. Both independent and block erasures are considered. A compact graph representation is introduced on which we define double-diversity edge colorings via the rootcheck concept. Stopping sets are defined and a full characterization is given in the context of MDS components. A differential evolution edge coloring algorithm that produces colorings with a large population of minimal rootcheck order symbols is presented. The performance of MDS-based product codes with and without double-diversity coloring is analyzed in presence of both block and independent erasures. Furthermore, numerical results show excellent performance in presence of unequal erasure probability due to double-diversity colorings.