The work focuses on introduction to the topic of wireless sensor networks and brings readers the various aspects of problem solving in these networks. Work is closely focused on the energy performance when communicating between devices on a network and discusses the causes of excessive energy consumption. It also addresses the mechanisms for saving energy and is also engaged today protocols that its contribution to proposing solutions to problems. The author had also proposes an adapted protocol, based on lessons learned from previous theoretical sources.

Les années récentes ont vu l’explosion du trafic sur les réseaux mobiles depuis l’apparition de nouveaux terminaux (smartphones, tablettes) et des usages qu’ils permettent, en particulier les données multimédia, le trafic voix restant sensiblement constant. Une conséquence est le besoin de plus de spectre, ou la nécessité de mieux utiliser le spectre déjà alloué. Comme il n’y a pas de coordination entre les utilisateurs secondaire(s) et primaire, avant toute transmission les premiers doivent mettre en œuvre des traitements pour détecter les périodes dans lesquelles l’utilisateur primaire transmet, ce qui est le scénario considéré dans cette thèse. Nous considérons donc une autre approche, reposant sur l’utilisation de codes correcteurs d’effacements en mode paquet. La dernière partie de la thèse aborde un scénario dans lequel il n’y a plus d’utilisateur primaire, tous les utilisateurs ayant le même droit à transmettre dans le canal. Nous décrivons une modification de la couche MAC du 802.11 consistant à réduire les différents temps consacrés à attendre (SIFS, DIFS, backoff, . . .) afin d’accéder plus souvent au canal, au prix de quelques collisions supplémentaires qu’il est possible de récupérer en mettant en œuvre des codes correcteurs d’effacements. / The emergence of new devices especially the smartphones and tablets having a lot of new applications have rocketed the wireless traffic in recent years and this is the cause of main surge in the demand of radio spectrum. There is a need of either more spectrum or to use existing spectrum more efficiently due to dramatic increase in the demand of limited spectrum. Among the new dynamic access schemes designed to use the spectrum more efficiently opportunistic spectrum access (OSA) is currently addressed when one or more secondary users (SU) are allowed to access the channel when the PU is not transmitting. The erasure correcting codes are therefore envisioned to recover the lost data due to sensing impairments. We define the parameter efficiency of SU and optimize it in-terms of spectrum utilization keeping into account sensing impairments, code parameters and the activity of PU. Finally, the spectrum access for multiple secondary users is addressed when there is no primary and each user has equal right to access the channel. The interesting scenarios are Cognitive radio networks and WiFi where 802.11 protocol gives the specification for MAC layer. The throughput curvesachieved by retransmission and using various erasure correcting codes are compared. This modification in MAC layer will reduce the long waiting time to access the channel, as the number of users are increased.

Cette thèse se situe dans le domaine des Systèmes Commandés en Réseaux, systèmes pluridisciplinairesqui connaissent un grand développement dans le contexte technologique actuel etqui introduisent de nouveaux problèmes de recherche, en particulier, pour les communautés Automatiqueet Réseau de Communication. L’objectif est de montrer l’intérêt de considérer un lienbidirectionnel entre la Qualité de Contrôle (QdC) (stabilité et performance des applications decontrôle-commande) et la Qualité de Service (QdS) (retards dans les transmissions) en se focalisantsur les réseaux locaux et plus particulièrement sur l’ordonnancement des trames dans la souscouche MAC où on considère des protocoles MAC de type CSMA.Notre travail se situe tout d’abord dans le cadre du réseau CAN où nous faisons trois propositions.La première proposition consiste en des solutions de QdS pour des applications decontrôle-commande sur la base du concept de priorité hybride, pour l’ordonnancement de trames,dans laquelle nous définissons une partie priorité dynamique qui dépend d’un paramètre de QdC.Ceci permet de réaliser une relation QdC→QdS. La deuxième proposition consiste en des solutionsde QdC par une méthode de compensation de retard (maintenance des pôles dominants)ce qui permet de réaliser une relation QdS→QdC. La troisième proposition consiste à réaliserune relation QdC⇋QdS qui assure lors de l’implantation de plusieurs applications, une propriétéd’équité comportementale. Nous abordons ensuite le cadre particulier des réseaux locaux sans filoù, d’une part, nous définissons des protocoles MAC de type CSMA sans collision sur la basede priorités et, d’autre part, nous montrons la faisabilité des idées développées dans le cadre duréseau CAN / This thesis is in the field of Networked Controlled Systems, which are multidisciplinary systemsand which experience a great development in the context of the current technology andintroduce new research problems, particularly for the communities of Automatic Control andCommunication Network. The aim is to show the interest in considering a bidirectional link betweenthe Quality of Control (QoC) (stability and performance of process control applications) andQuality of Service (QoS) (delays in the transmissions) and to focus on Local Area Networks and,more particularly, on the scheduling of frames in the MAC layer in which we consider CSMAMAC protocols.Our work first concerns a CAN network where we have three proposals. The first proposalconsists of solutions for QoS, for process control applications, which are based on the conceptof hybrid priority for the frame scheduling in which we define a dynamic priority part which dependson a QoC parameter. This allows to implement a relation QoC→QoS. The second proposalconsists of QoC solutions by using a compensation method for time delays (maintenance of dominantpoles) which allows to implement a relation QoS→QoC. The third proposal consists inimplementing a relation QoS⇋QoC that ensures, for the implementation of several applications,a fairness property. We then discuss the specific context of Wireless LANs, where, on the onehand, we define collision-free CSMA MAC protocols on the basis of priorities and, on the otherhand, we show the feasibility of the ideas developed in the CAN network

Dans le domaine des réseaux de capteurs sans-fil (dits « WSN »), les piles réseau spécialisées constituent un domaine de recherche très actif depuis maintenant de nombreuses années. Toutefois, beaucoup de ces études, notamment concernant les couches basses de ces piles réseau, n’ont pas dépassé le stade de la théorie. Leurs implantations n’ont sauf exception pas fait l’objet d’efforts poussés ou systématiques, surtout dans le cadre des systèmes d’exploitation spécialisés. Nous nous proposons donc, dans cette thèse, de nous focaliser sur l’analyse des interactions entre les protocoles des couches basses et les plates-formes logicielles dédiées, et de les optimiser, notamment au niveau de l’implantation. Nous passons d’abord en revue et évaluons les différents systèmes d’exploitation spécialisés, et choisissons celui offrant les fonctionnalités, notamment temps-réel, que nous estimons nécessaires pour implanter des protocoles MAC / RDC novateurs et performants. Nous entreprenons ensuite un effort d’étude, d’amélioration et d’optimisation de ces couches basses des piles spécialisées, et montrons, avec une implantation concrète d’un de nos protocoles MAC / RDC avancés, que nous pouvons amener des progrès notables dans la qualité de service (QdS) des WSN, notamment avec un trafic réseau intense. Nous examinons en outre des inexactitudes inattendues dans les simulations / émulations effectuées par Cooja / MSPSim, et analysons les problèmes de fiabilité posés par l’utilisation de cet outil pour effectuer des évaluations de performances, notamment temporelles, de WSN. Nous proposons enfin de nouvelles pistes pour de futures améliorations et optimisations de ces couches basses des piles réseau spécialisées, afin d’améliorer encore la fiabilité, les performances et la consommation énergétique des WSN. / In the field of wireless sensors networks (WSN), specialized network stacks have been a very active research field for many years. However, most of this research, especially on lower layers of the network stacks, did not go beyond theory. Their implementations have generally not been the subject of deep or systematic effort, especially within the framework of dedicated operating systems. We thus propose, in this thesis, to focus on interaction analysis between lower layers’ protocols and dedicated software platforms, and to optimize them, especially at the implementation level. We first review and evaluate the various dedicated operating systems, and choose the one offering the necessary features to implement efficient and innovative MAC/RDC protocols. We then study, improve and optimize these lower layers of specialized stacks, and show, with an actual implementation of one of our advanced MAC/RDC protocols, that we can bring significant improvements in the quality of service (QoS) of WSNs, especially under heavy network traffic. We also report inaccuracies in Cooja/MSPSim simulations/emulations, and analyze the reliability issues caused by the use of this tool for performing evaluations (especially time-related) of WSNs. We finally propose some new leads for future enhancements and optimizations of the lower layers of these specialized network stacks, in order to further improve the liability, performances and energy consumption of WSNs.