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Le vieillissement de la population sans doute catalysera l’augmentation des maladies chroniques et intensifiera le besoin de solutions d’assistance à la personne. Pendant que les chercheurs s’activent à apporter des réponses aux problèmes de santé publique qui s’accentuent, en s’appuyant sur les technologies de l’information et de la communication, le nombre des objets connectés connait une expansion fulgurante. Ainsi, le désir de révolution des technologies pour la santé, afin de faire face à la menace pathologique, coïncide avec le développement de l’Internet des objets 1. En effet, grâce aux innovations technologiques et au progrès médical, nombre de pathologies, souvent chroniques pourraient être suivies en temps réel et en tout lieu. Dans ce contexte, la gestion ou le partage des ressources de communication, la compatibilité des technologies et les performances à atteindre constituent des défis importants. Cet accroissement significatif du volume des communications, les contraintes de mobilité imposées par le contexte du suivi de patient ainsi que les besoins de qualité dans les transmissions de données médicales, révèlent une aspiration à des infrastructures de communication plus flexibles.Dans cette thèse, nous présentons une architecture de communication basée sur les réseaux Radio Cognitive pour répondre à cette exigence. Le caractère adaptable, flexible et autonome de la solution proposée permet d’aspirer à de meilleures performances. Ainsi, pour l’évaluation de son efficacité,nous avons choisi d’analyser et de tester trois critères importants pour les transmissions de données médicales urgentes.La connectivité en tout lieu : Ce premier critère est essentiel dans la mesure des performances et l’estimation de la fiabilité d’une infrastructure réseau dédiée à la santé. Plus précisément, toute solution de communication envisagée, doit être en mesure d’accompagner le patient suivi dans son environnement. En effet, la haute disponibilité des services réseaux et la qualité offerte sont déterminantes pour le suivi de patient à distance. Nous proposons dans cette première contribution, un mécanisme de prédiction spectrale capable d’examiner l’état d’occupation des bandes de fréquence. Cet algorithme associé au module de prise de décision Radio Cognitive, permet de parer aux éventuelles discontinuités de connexion réseaux.La gestion des interférences : Il s’agit du second critère qui évalue le degré de coexistence des ondes garantit par l’architecture, dans un contexte de prolifération des réseaux et des objets connectés. Le matériel communicant doit être capable de percevoir, d’analyser son environnement et d’agir en fonction des différentes contraintes. L’intérêt étant de protéger le matériel surtout médical, souvent très sensible aux bruits. Le suivi du patient devient alors possible à domicile ou à l’hôpital par exemple, avec un niveau d’interférence acceptable. Ainsi, tout en proposant un modèle de déploiement du réseau Radio Cognitive dans un centre hospitalier, nous définissons des exemples de fonctions permettant une adaptation dynamique des paramètres de communication en fonction de la sensibilité des équipements médicaux de proximité.L’efficacité dans la transmission de contenu multimédia : Ce dernier critère symbolise la capacité de l’architecture à fournir du contenu de qualité pour une assistance en temps réel. En effet, un réseau de soin à domicile ou une situation d’urgence peut nécessiter la transmission d’images ou de contenu multimédia vers les centres hospitaliers. Une solution de suivi de patient à distance doit être capable de fournir ces facilités qui imposent l’accès au haut débit. Dans une contribution répondant à cette préoccupation, nous suggérons un algorithme de réservation de ressources permettant de mieux gérer la qualité de service pour le contenu multimédia médical. / The aging of the population will probably catalyze the rise of chronic diseases and could intensify the need for personal assistance solutions. While researchers are focusing on information and communication technologies to provide responses to these public health problems, the number of connected objects is experiencing a rapid expansion. Indeed, desired revolution of technologies for health, forprevention and disease treatment coincides with the development of the Internet of Things 2. Thus, technological innovations and medical progress, for making it possible to monitor pathologies, often chronic, anywhere need appropriate equipments. Also, remote and real-time patient monitoring applications would require more network resources. In this context, communication resources management/sharing, technologies and equipments compatibilities and aplication’s desired performances become significant challenges. In this thesis, we propose an architecture based on Cognitive Radio, for meeting the medical applications constraints. We also analyze and test three important criteria for emergency transmissions, using this architecture.Connectivity : Any solution for patients monitoring must have anywhere and anytime capabilities for care continuity needs. High availability of network services and quality offered are critical for patient telemonitoring. We propose in this context, a spectral prediction mechanism able to examine the occupation conditions of the frequency bands. The algorithm we propose, associated learning and Grey Model technique in order to deal with any network connection discontinuities.Interference management : Network equipments must be able to perceive or to analyze their environment and act according to the underlying constraints. The interest is to protect in our case, medical equipment which are very sensitive to noise. Patient monitoring becomes possible at home or in the hospital, for example, with an acceptable level of interference. We propose for this criterion evaluation, a Cognitive Radio Networks deployment model in a hospital area. We define examples of functions for dynamic adaptation of the communication parameters, depending on the nearby medical devices sensitivity.Transmission efficiency under multimedia content delivery : This criterion analizes the ability of the architecture to provide desired quality in multimedia content delivery for real-time assistance or diagnosis. Patient monitoring at home or an emergency event may require the transmission of image or audio content to the hospital center. The remote monitoring solution must be able to provide these facilities which require a broadband network. We suggest an algorithm for resource reservation that performs a better management of the quality of service for medical multimedia content. We combine this algorithm with a transmission parameters control methode for maintaining the QoS at an acceptable level.

Le plan d’attribution du spectre présente un problème de déficit de ressources dans les réseaux sans fil. En 2002, la FCC (Federal Communication Commission) a rapporté que le spectre radioélectrique était de 20% à 85% sous-utilisé. L’utilisation inefficace du spectre est un problème majeur qui doit être résolu si l’on veut que les communications radio se développent. La FCC a ensuite changé la politique de gestion du spectre pour la rendre plus souple en s’interessant à l’approche radio cognitive (CR). La radio cognitive est un type de radio intelligente qui explore l’environnement de fréquences radio, apprend et décide d’utiliser la partie inutilisée du spectre. Les principales fonctions de la CR sont la détection, la prise de décision, et le partage. Cependant, ces radios doivent respecter les infrastructures sans fil standards en minimisant leur impact sur les appareils prioritaires, également appelés systèmes primaires. La coexistence entre les systèmes CR et les systèmes primaires nécessite des processus d’observation et de gestion des interférences dédiés. Dans cette thèse, nous nous sommes intéressés à la phase d’observation du point de vue CR. La zone de chevauchement entre un émetteur CR et l’émetteur primaire (PR) est analysée et prise en compte. L’impact de cette zone est appris par simulation et présenté dans le chapitre 4. En conséquence, des interférences potentielles sont envisagées. Durant la phase d’observation, nous étudions un mécanisme permettant de mieux prévenir la perturbation sur les dispositifs PR en utilisant le Grey Model et le filtre de Kalman comme modèle de prédiction de la densité des récepteurs primaires. En complément à cette observation, nous fournissons une stratégie visant à combiner les observations obtenues en une mesure qui pourra être utilisée par le routage dans le cadre de la coexistence entre réseaux radio cognitive (CRN) et réseaux primaires. La stratégie proposée utilise la logique floue et est présentée dans le chapitre 5. Dans ce chapitre, nous étudions comment la couche réseau réagit et prend les bonnes décisions pour maximiser l’utilisation des ressources du spectre, tout en évitant les interférences avec les récepteurs primaires. Par exemple, un noeud CR peut fonctionner dans une zone de recouvrement, si les récepteurs primaires sont inactifs dans cette zone. Ainsi, nous avons proposé un mécanisme de routage basé sur le protocole de routage DYMO qui prend en compte l’impact relatif observé. Dans ce même chapitre, nous avons également présenté des scénarios pratiques illustrant l’utilité de notre proposition. L’interconnexion des noeuds CR dans le CRN est aussi un problème crucial pour la mise en place du réseau. C’est pourquoi nous présentons un processus de diffusion par balises au chapitre 6. Dans ce chapitre, nous décrivons également un dispositif pratique conçu pour des expériences en radio cognitive. Même si notre travail se rapporte à différentes couches de la pile protocolaire, le cadre général que nous avons conçu est multicouches. En effet, les composants accèdent aux différentes couches pour récupérer l’information, la traiter et réagir en conséquence. Ainsi, notre travail constitue un environnement inter-couches pour un dispositif radio cognitive local visant à minimiser les interférences et à maximiser les ressources réseau dans les réseaux radio cognitive. / A fixed spectrum assignment scheme has a problem with resource deficiency in a wireless network. In 2002, the US Federal Communication Commission (FCC) reported that the radio spectrum was 20% to 85% under-utilized. The insufficient use of the spectrum is a critical issue for radio communication; as communication grows, a fixed spectrum becomes more limiting. The FCC then changed its spectrum management policy to make it more flexible by investigating the cognitive radio (CR) approach. Cognitive radio is a type of intelligent radio that explores the radio frequency environment, learns, and decides to use the unused portion of the frequency. The main functions of a CR are sensing, decision making, and sharing. However, these radios have to respect the standard wireless infrastructures by ensuring the least impact with their devices, also known as primary radios. Coexistence between CR systems and primary systems requires dedicated observation processes and interference management. In this thesis, observation from a CR point of view is presented. The overlapping area between a CR transmitter and primary radio (PR) transmitter is analysed so that it can be taken into account. The impact of this area is learnt by simulation and presented in Chapter 4. As a consequence, potential interference is envisaged. Along with observation, we investigate a proper mechanism to better prevent perturbation on PR devices using the Grey model and Kalman filter as a prediction model for predicting the density of primary receivers. In addition, we provide a strategy to combine the obtained observations into a metric that can be used in routing design in the context of coexistence between Cognitive Radio Networks (CRNs) and primary networks. The proposed strategy, using fuzzy logic, is presented in Chapter 5. In this chapter, we investigate how the routing layer reacts and makes the right decisions to maximise the spectrum resources, while avoiding interference with the primary receivers. For instance, a CR node can operate in an overlap region if primary receivers are inactive within this area. Also, we propose a routing mechanism based on the DYMO routing protocol that takes into account the observed relative impact. In the same chapter, we provide some practical scenarios illustrating the usefulness of our proposal. Interconnecting the CR nodes in CRNs is also a critical problem for the establishment of the network. We therefore present a beacon-based dissemination process in Chapter 6. In this chapter, we also describe a practical device designed for cognitive radio experiments. Even though our work affects different protocol layers, the designed framework is cross-layered. Indeed, the different components of the proposed framework access the various layers to retrieve information, process it, and react accordingly. Thus, our work constitutes a cross-layer framework for a local cognitive radio that aims to minimise the interference and maximise the network resources in cognitive radio networks.