L'essor des technologies sans fil, offre aujourd'hui de nouvelles perspectives dans le domaine des télécommunications. L'évolution récente de moyens de communications sans fill permet la manipulation de l'information à travers des unités de calculs portables qui ont des caractéristiques particulières (une faible capacité de stockage, une source d'énergie autonome...) et accèdent au réseau à travers une interface de communication sans fill. Un réseau mobile ad hoc consiste en une grande population relativement dense d'unités mobiles qui se déplacent dans un environnement quelconque et dont le seul moyen de communication est l'utilisation des interfaces sans fil. Du coté des réseaux ad hoc on trouve également les réseaux des capteurs avec des propriétés particulières. Les capteurs sont des dispositifs ayant les particularités suivantes : (1) capacité de capturer des données relatives à l'environnement où ils sont physiquement placés et les convertir en signaux électriques. Les données récupérées peuvent être de nature différente et la manière d'obtenir ces données est susceptible de varier. (2) capacité d'effectuer un traitement sur ces données récupérées (3) capacité d'échanger ces données avec d'autres dispositifs ou unités mobiles. Contrairement aux réseaux basés sur la communication cellulaire : aucune administration centralisée n'est disponible ; ce sont les hôtes mobiles elles-mêmes qui, forment d'une manière ad hoc une interface du réseau. Aucune supposition ou limitation n'est faite sur la taille du réseau ; le réseau peut contenir des centaines ou des milliers d'unités mobiles. Étant donné les propriétés de ces réseaux le routage devient alors un dé et nécessite une restructuration de ses différentes composantes qui sont le routage (ou adressage), le positionnement, l'acheminement des messages entre noeuds communicants. Durant cette thèse nous nous sommes intéressés implicitement au routage en proposant une structure hiérarchique ou structure en clusters de façon à simuler une sorte de dorsale constituée de noeuds ou terminaux plus adaptés que d'autres. La mise en place de cette structure se base sur les paramètres du réseau en question. La dorsale ainsi constituée permet un routage hiérarchique qui allège considérablement les tables de routage des noeuds. Nous avons proposé une approche de localisation sans GPS, L-Libre qui vise à procurer une information de position à l'ensemble des noeuds du réseau. Cette information de position est vitale pour les protocoles de routage géographiques mais aussi pour les réseaux de capteurs où l'on a souvent bien besoin de connaître la source (les capteurs origines) des informations reçues, ce qui est d'ailleurs le cas de notre algorithme de poursuite de cible tracking) proposé dans cette thèse. Nous nous sommes également intéressé à un mode de transmission d'information appelé geocasting (ou diffusion géographique) qui consiste à transmettre des informations avec garantie de livraison non pas à l'ensemble des unités du réseau mais à un groupe particulier de noeuds situés dans une région d'intérêt communément appelé région multicast. Un autre point important est la connectivité des noeuds. La mobilité des noeuds est souvent source de déconnexion du réseau en des ensembles disjoints connexes. Notre algorithme de maintenance de connectivité vise à déterminer les noeuds qui peuvent être à l'origine de ce problème afin d'adapter leurs comportements. Et finalement, nous avons considéré une architecture virtuelle de réseau de capteurs anonymes dans laquelle certains clusters peuvent être vides. Les capteurs étant des dispositifs de capacités très limitées il devient alors indispensable de trouver une approche permettant d'organiser ou de faire collaborer à moindre coût ces capteurs dans un but bien précis. Le noeud sink (ou noeud puits) est le seul équipement qui dispose d'assez d'énergie et de puissance de transmission pour atteindre l'ensemble des capteurs répartis dans la région d'intérêt. Une stratégie de gestion de ou des antennes du noeud sink nous a permis de proposer une méthode de localisation sans inonder le réseau par échange de messages d'informations de position. Il nous a également permis d'esquisser une structure en grappes offrant un support de routage simple et efficace. Les données ainsi recueillies par les capteurs peuvent être acheminées selon un modèle de communication centralisé ou distribué défini à l'avance par le sink.

Hop count, i.e., the number of wireless hops a packet has to go through to reach the destination, is a fundamental metric in multi-hop wireless ad-hoc networks. Network performance, such as throughput, end-to-end delay, energy consumption, and so on, depends critically on hop count. Previous work on modeling hop count is limited in making unrealistic simplifying assumptions either at the physical or network, or both layers of the communication protocol stack. A key contribution of this thesis is to present an analytical model to derive the probability distribution of hop count under realistic assumptions at both physical and network layers. Specifically, the model considers a log-normal shadowing radio propagation capable of accommodating the random signal fading observed in most wireless communication environments, and the widely used geographic routing at the network layer. Validation of the model is achieved by a comprehensive set of simulation experiments including a trace driven simulation of a real-word vehicular ad-hoc network. The model reveals that the presence of randomness in radio propagation reduces the required number of hops to reach a given destination significantly. To demonstrate the utility of the proposed hop count model, the thesis proposes three new applications which address some of the key challenges in multi-hop wireless networks. The first application derives the per-node packet forwarding load in multi-hop wireless sensor networks and reveals that the nodes in the vicinity of the base station has a significantly less forwarding load than previously thought under simplifying radio propagation and routing assumptions. The second application demonstrates that using hop count as a measure of distance traveled by a data packet, geocasting can be achieved in multi-hop wireless networks in situations when some of the network nodes do not have access to reliable location information. Finally, the proposed hop count model is used to evaluate the performance of the third application which demonstrates that the overhead of geographic routing can be reduced significantly by embracing a position update philosophy which adapts to the mobility and communication patterns of the underlying ad-hoc network.

Hop count, i.e., the number of wireless hops a packet has to go through to reach the destination, is a fundamental metric in multi-hop wireless ad-hoc networks. Network performance, such as throughput, end-to-end delay, energy consumption, and so on, depends critically on hop count. Previous work on modeling hop count is limited in making unrealistic simplifying assumptions either at the physical or network, or both layers of the communication protocol stack. A key contribution of this thesis is to present an analytical model to derive the probability distribution of hop count under realistic assumptions at both physical and network layers. Specifically, the model considers a log-normal shadowing radio propagation capable of accommodating the random signal fading observed in most wireless communication environments, and the widely used geographic routing at the network layer. Validation of the model is achieved by a comprehensive set of simulation experiments including a trace driven simulation of a real-word vehicular ad-hoc network. The model reveals that the presence of randomness in radio propagation reduces the required number of hops to reach a given destination significantly. To demonstrate the utility of the proposed hop count model, the thesis proposes three new applications which address some of the key challenges in multi-hop wireless networks. The first application derives the per-node packet forwarding load in multi-hop wireless sensor networks and reveals that the nodes in the vicinity of the base station has a significantly less forwarding load than previously thought under simplifying radio propagation and routing assumptions. The second application demonstrates that using hop count as a measure of distance traveled by a data packet, geocasting can be achieved in multi-hop wireless networks in situations when some of the network nodes do not have access to reliable location information. Finally, the proposed hop count model is used to evaluate the performance of the third application which demonstrates that the overhead of geographic routing can be reduced significantly by embracing a position update philosophy which adapts to the mobility and communication patterns of the underlying ad-hoc network.