En cas de catastrophes importantes, telles qu’un tremblement de terre ou un incendie, l’efficacité des forces de la sécurité civile nécessite une bonne coordination des différents groupes d’intervention. Suivant la nature et l’importance du sinistre, l’infrastructure des moyens de communications classique peut être détruite. Les forces d’intervention ont donc besoin de nouveaux outils de communication dits réseaux de circonstance. Ces réseaux posent de nouveaux problèmes de routage, pour maintenir la connectivité, mais aussi d’allocation de ressources, particulièrement importante dans un contexte de sécurité où les communications doivent être garanties. Dans une première partie, nous avons abordé la problématique de l’allocation de ressources dans les réseaux de circonstance utilisant le partage TDMA. Nos solutions visent une répartition équitable des canaux et prennent en compte une zone d’interférence double de celle de transmission.Evaluer de nouvelles politiques dans des réseaux déployés sur des scènes de catastrophe nécessite de nouveaux modèles de mobilité. Nous avons donc également développé un nouveau modèle de mobilité spécifique au déplacement des équipes de la sécurité civile. / When a major disaster occurs, such as an earthquake or fire, the efficiency of the rescue workers depends of the coordination between the different emergency teams. This coordination needs reliable communication equipments. In such a situation, however, the infrastructure for wireless communication is generally destroyed or unusable. It is therefore necessary to find adapted communication tools for the rescue workers known as opportunistic networks. These networks pose new challenging problems such as, for instance, resource allocation which is particularly important for the QoS satisfaction. In the first part of our thesis, we addressed the problem of resource allocation in ad hoc networks using the TDMA access mechanism. Our solutions aim to perform a fair distribution of channels and take into account an interference area twice as large as the transmission range. Evaluation of new policies for opportunistic networks deployed in disaster areas requires new mobility models. We developed a novel mobility model dedicated to the movement of rescue workers. Our model includes the group mobility and some characteristics of human mobility. It also incorporates a mechanism to circumvent obstacles presents in the simulation area.

En cas de catastrophes importantes, telles qu'un tremblement de terre ou un incendie, l'efficacité des forces de la sécurité civile nécessite une bonne coordination des différents groupes d'intervention. Suivant la nature et l'importance du sinistre, l'infrastructure des moyens de communications classique peut être détruite. Les forces d'intervention ont donc besoin de nouveaux outils de communication dits réseaux de circonstance. Ces réseaux posent de nouveaux problèmes de routage, pour maintenir la connectivité, mais aussi d'allocation de ressources, particulièrement importante dans un contexte de sécurité où les communications doivent être garanties. Dans une première partie, nous avons abordé la problématique de l'allocation de ressources dans les réseaux de circonstance utilisant le partage TDMA. Nos solutions visent une répartition équitable des canaux et prennent en compte une zone d'interférence double de celle de transmission.Evaluer de nouvelles politiques dans des réseaux déployés sur des scènes de catastrophe nécessite de nouveaux modèles de mobilité. Nous avons donc également développé un nouveau modèle de mobilité spécifique au déplacement des équipes de la sécurité civile.

Cette thèse porte sur le développement de méthodes et de modèles permettant de quantifier la sûreté de fonctionnement d'applications embarquées sur des systèmes mobiles. L'objectif est de fournir des indicateurs pour l'analyse et la sélection des architectures les plus adaptées pour satisfaire les exigences de sûreté de fonctionnement. Nous considérons le cas des applications véhiculaires utilisant des communications inter-véhicules basées sur des réseaux ad-hoc et pouvant avoir accès à des services situés sur des infrastructures fixes. Nous proposons une approche combinant: 1) des modèles de sûreté de fonctionnement utilisant des réseaux d'activités stochastiques permettant de décrire les modes défaillances et de restauration des systèmes considérés et 2) des simulations et des modèles analytiques de scénarios de mobilité permettant d'estimer des caractéristiques de connectivité de ces systèmes. Cette approche est illustrée sur trois cas d'études dont un système d'autoroute automatisée, et une boîte noire virtuelle basée sur la réplication et la sauvegarde coopérative des données.

Les réseaux véhiculaires sont des systèmes de communication basés sur un échange d'informations de véhicules à infrastructures fixes installées au bord des routes, on parle alors de mode V2I (Vehicle-to-Infrastructure), ou de véhicules à véhicules dit mode V2V (Vehicle-to-Vehicle) ou VANET (Vehicular Ad hoc Network). L'objectif est de fournir aux conducteurs et aux opérateurs de transport des informations sur le trafic routier permettant d'améliorer l'efficacité des systèmes de transport, la sécurité et le confort des usagers. Depuis leur apparition, les VANET ont connu un très grand essor, de nombreux standards, applications et mécanismes de routage ont été proposés pour répondre aux spécificités de cette nouvelle classe de réseaux. Les défis à relever pour leur conception découlent principalement de la forte mobilité des véhicules, de la diversité spatio-temporelle de la densité du trafic et de la propagation des ondes radio en environnement extérieur défavorable à l'établissement des communications sans fil. La difficulté, aussi bien économique que logistique, de la mise en œuvre réelle des réseaux véhiculaires fait de la simulation le moyen le plus largement utilisé pour la conception et l'évaluation des solutions proposées. Cependant la validité des résultats de simulation dépend fortement de la capacité des modèles utilisés à reproduire le plus fidèlement possible les situations réelles. Deux aspects sont essentiellement importants dans les VANET : la mobilité des véhicules et la propagation des ondes radio. Nous proposons dans cette thèse un nouveau modèle de mobilité et un nouveau modèle de propagation d’ondes radio pour réseaux de véhicules en environnement urbain et suburbain. Pour définir des schémas réalistes, ces deux modèles se basent sur des données statiques et dynamiques réelles sur les caractéristiques topographiques et socio-économiques de l'environnement. Ces données décrivent particulièrement la distribution spatio-temporelle des véhicules et les infrastructures présentes dans l'environnement. Trois cas d'études sont présentés dans la thèse pour la validation des modèles développés ; un environnement théorique, urbain ou suburbain, défini par l'utilisateur, notamment le cas Manhattan très utilisé, et deux environnements réels qui représentent des agglomérations de taille moyenne. Une autre contribution de cette thèse est l'étude de la connectivité radio et des performances des protocoles de routage dans les VANET. A partir de graphes dynamiques de connexions représentant la variation des liens radio entre véhicules en déplacement, nous avons analysé et déterminé les propriétés de la topologie des liaisons radio des réseaux véhiculaires. Pour étudier les protocoles de routage, nous avons utilisé le modèle de mobilité et le modèle de propagation radio que nous avons développés en association avec le simulateur de réseaux ns-2. Nous avons comparé les performances des protocoles de routage les plus répandus et déterminé les mécanismes de routage les plus adaptés aux réseaux véhiculaires. / Vehicular networks are communication systems based on information exchange either between vehicles and roadside fixed infrastructure, which is called V2I (Vehicle-to-Infrastructure) mode, or from vehicle to vehicle V2V (Vehicle-to-Vehicle) mode also known as VANET (Vehicular Ad hoc Network). The objective of these networks is to provide drivers and transport authorities the most timely information on road traffic in order to improve the efficiency of transportation systems, users safety and comfort.Since their appearance, the VANET have been greatly developed; many standards, applications and routing mechanisms have been proposed to address the specifics of this new class of networks. The challenges arise mainly from the high vehicles mobility, the spatiotemporal diversity of traffic density and, the radio waves propagation in external environment unfavorable to wireless communications establishment.The difficulty, both economic and logistical, of a real implementation of vehicular networks makes the simulation widely used to conceive and assess the proposed solutions. The validity of simulation results depends strongly on the ability of the models to reproduce as faithfully as possible the real situations. Two aspects are mainly important in the VANET: the simulation of vehicles mobility and radio wave propagation.We propose in this thesis a new mobility model and a new radio propagation model for vehicular networks in urban and suburban environment. To be realistic, these two models are based on real static and dynamic data describing the topographic and socioeconomic characteristics of the environment. These data concern particularly the spatiotemporal vehicles distribution and the description of the infrastructures present in the environment. Three case studies are presented in the thesis to validate the models, a theoretical user-defined urban or suburban environment (the Manhattan case very often used) and two real environments from mean size cities.Another contribution of this thesis is the study of radio connectivity and performance of routing protocols in the VANET. From dynamic graphs representing the variation of the radio links between vehicles in motion, we have analyzed and determined the topology properties of vehicular networks. To study routing protocols, we used the mobility model and the radio propagation model in association with the network simulator ns-2. We have compared the performance of the widespread routing protocols and determined the most adapted routing mechanisms to vehicular networks.

Un réseau ad hoc peut se voir comme une généralisation ultime d'un réseau sans fil. Les protocoles qui assurent la communication dans un réseau ad hoc doivent également prendre en compte la mobilité et la variation de la connectivité des noeuds. En fait, la recherche sur les algorithmes de routage dans les réseaux ad hoc s'est principalement concentrée sur des réseaux totalement connectés dans lesquels la mobilité des noeuds n'est pas utilisée. Dans cette thèse, nous nous sommes intéressés à des techniques qui mettent la mobilité au service du routage dans un réseau ad hoc de grande taille. Certains inconvénients du routage dans ces réseaux sont l'information imprécise sur le routage des noeuds à longue distance, la variation de la connectivité et le surcoût généré par les protocoles de routage. Cette thèse offre une solution basée sur le contrôle de la mobilité des noeuds pour amléiorer les performances des protocoles de routage d'un réseau ad hoc de grande taille. Nous pensons que le mouvement des noeuds présente une opportunité: si les noeuds se déplacent d'une manière appropriée, alors les algorithmes de routage peuvent en tirer profit. Ainsi, notre solution met en oeuvre un mécanisme de rendez-vous qui réduit, les effets de la mobilité, le surcoût dû aux mises à jour et assure une communication en temps borné dans le réseau. Une autre conséquence de ce mécanisme est la réduction de la consommation de l'énergie et de la bande passante car la zone de transmission des noeuds peut être réduite. Nous présentons deux algorithmes, dont un tolérant aux pannes et développé un simulateur pour faire des tests et des mesures de performances. De plus, nous avons montré la faisabilité de la solution par une implantation sur des robots.

Les réseaux véhiculaires sont des systèmes de communication basés sur un échange d'informations de véhicules à infrastructures fixes installées au bord des routes, on parle alors de mode V2I (Vehicle-to-Infrastructure), ou de véhicules à véhicules dit mode V2V (Vehicle-to-Vehicle) ou VANET (Vehicular Ad hoc Network). L'objectif est de fournir aux conducteurs et aux opérateurs de transport des informations sur le trafic routier permettant d'améliorer l'efficacité des systèmes de transport, la sécurité et le confort des usagers. Depuis leur apparition, les VANET ont connu un très grand essor, de nombreux standards, applications et mécanismes de routage ont été proposés pour répondre aux spécificités de cette nouvelle classe de réseaux. Les défis à relever pour leur conception découlent principalement de la forte mobilité des véhicules, de la diversité spatio-temporelle de la densité du trafic et de la propagation des ondes radio en environnement extérieur défavorable à l'établissement des communications sans fil. La difficulté, aussi bien économique que logistique, de la mise en œuvre réelle des réseaux véhiculaires fait de la simulation le moyen le plus largement utilisé pour la conception et l'évaluation des solutions proposées. Cependant la validité des résultats de simulation dépend fortement de la capacité des modèles utilisés à reproduire le plus fidèlement possible les situations réelles. Deux aspects sont essentiellement importants dans les VANET : la mobilité des véhicules et la propagation des ondes radio. Nous proposons dans cette thèse un nouveau modèle de mobilité et un nouveau modèle de propagation d'ondes radio pour réseaux de véhicules en environnement urbain et suburbain. Pour définir des schémas réalistes, ces deux modèles se basent sur des données statiques et dynamiques réelles sur les caractéristiques topographiques et socio-économiques de l'environnement. Ces données décrivent particulièrement la distribution spatio-temporelle des véhicules et les infrastructures présentes dans l'environnement. Trois cas d'études sont présentés dans la thèse pour la validation des modèles développés ; un environnement théorique, urbain ou suburbain, défini par l'utilisateur, notamment le cas Manhattan très utilisé, et deux environnements réels qui représentent des agglomérations de taille moyenne. Une autre contribution de cette thèse est l'étude de la connectivité radio et des performances des protocoles de routage dans les VANET. A partir de graphes dynamiques de connexions représentant la variation des liens radio entre véhicules en déplacement, nous avons analysé et déterminé les propriétés de la topologie des liaisons radio des réseaux véhiculaires. Pour étudier les protocoles de routage, nous avons utilisé le modèle de mobilité et le modèle de propagation radio que nous avons développés en association avec le simulateur de réseaux ns-2. Nous avons comparé les performances des protocoles de routage les plus répandus et déterminé les mécanismes de routage les plus adaptés aux réseaux véhiculaires.

Un nombre important d'outils d'expérimentation permettent aujourd'hui l'étude de problématiques pour les réseaux fixes et mobiles multi sauts. En s'appuyant sur un état de l'art faisant état des différentes fonctionnalités et caractéristiques propres aux outils et méthodes d'expérimentation les plus couramment utilisés, cette thèse vise à évaluer des outils d'expérimentations innovants. Concernant l'étude des réseaux fixes, nous proposons VIRCONEL, un outil permettant la définition de topologies réseaux virtuelles ainsi que la réalisation de scénario dans des conditions réalistes. Pour l'étude des réseaux mobiles multi sauts, nous proposons tout d'abord SILUMOD, un langage qui permet de définir aisément à l'aide de mots clés et d'opérateurs spécifiques les caractéristiques du mouvement d'un nœud mobile. Nous proposons ensuite VIRMANEL, un outil permettant la gestion des connexions entre des nœuds mobiles multi sauts représentés par des machines virtuelles, à l'aide d'un algorithme optimisant la mise à jour des liens effectifs entre ces nœuds mobiles. En associant SILUMOD et VIRMANEL, nous obtenons ainsi un outil capable de simuler les déplacements d'un nœud mobile tout en évaluant et établissant les connections potentielles entre ces nœuds mobiles. Les évaluations de ces outils montrent que si la virtualisation est effectivement un outil pertinent et utile pour l’expérimentation des réseaux, elle a aussi ses limites et le réalisme des résultats dépend des conditions d’expérimentation. Nous discutons de cette problématique et proposons, à l’issue de cette thèse, quelques critères permettant d’évaluer le degré de confiance à accorder à un résultat. / A significant number of experimental tools now allow the study of problems for fixed and mobile multi -hop networks. Based on a state of the art reporting different features and characteristics specific to different testing methods, this thesis aims to provide some assessment of these innovative experiments tools. Concerning the study of fixed networks , we propose and evaluate VIRCONEL , a tool for the definition of virtual network topologies as well as the realization of scenario under realistic conditions. For the study of mobile multi-hop networks , we first propose SILUMOD , a language that allows using specific keywords and operators to easily define characteristics of the movement of a mobile node. We then propose VIRMANEL , a tool for managing connections between mobile nodes represented by virtual machines, using an algorithm optimizing the update of effective links between mobile nodes. By combining SILUMOD and VIRMANEL , we obtain a tool to simulate the movement of a mobile node while evaluating and establishing potential connections between mobile nodes. Evaluations of these tools show that if virtualization is indeed a relevant and useful tool for network experiments , it also has its limitations and the realism of results depends on experimental conditions. We discuss this problem and propose at the end of this thesis , some criteria for assessing the degree of trust to give a result.

L'avenir de la communication est perçu comme étant quasiment exclusivement constitué de nœuds mobiles évoluant dans un réseau mobile. Dans ce contexte, différentes approches contribuent continuellement à l'amélioration directe ou indirecte des délais d'acheminement des informations échangées entre les utilisateurs, dont :- l'analyse des traces;- l'évaluation des performances ;- les services de localisation;- le routage. Nous décrivons chacun de ses thèmes et proposons des solutions faisant évoluer l'état de l'art. Celles-ci prennent appui sur des méthodes et outils tels que :- les Réseaux de Petri, pour l'analyse des traces ;- les modèles de mobilité, pour l'évaluation des performances;- l'introduction du social dans les services de localisation;- la mise en place d'une nouvelle métrique pour le routage. Nous montrons comment ces solutions concourent de façon complémentaire les unes avec les autres, à améliorer l'expérience de l'utilisateur.

La diffusion massive de dispositifs portables, de plus en plus utilisés pour le traitement et la communication de l'information, permet la collecte d'importantes masses de données liées à l'activité des utilisateurs sur des applications mobiles. Nous nous intéressons aux données de localisation (les traces de mobilité) qui sont issues de systèmes mobiles formés par un groupe d'utilisateurs. Les données de mobilité produites dans un système mobile sont étudiées suivant deux axes : - L'utilisation des modèles de mobilité est à la base du développement d'algorithmes de communication dédiés au systèmes mobiles. Les données de mobilité réelles concernant les utilisateurs vont nous permettre de comparer les données de mobilité synthétiques utilisées dans la simulation avec la réalité qu'ils sont censés décrire. - La manipulation des données de mobilité réelles implique une réflexion sur les conséquences que les informations extraites de ces données ont relativement à la protection de la vie privée des utilisateurs. Les contributions sur ces deux fronts sont les suivantes : - Une analyse fine des propriétés spatiales et sociales d'un ensemble de traces de mobilité réelles collecté expérimentalement à l'aide d'une plateforme à haute precision. - Une comparaison exploratoire entre des traces de mobilité réelles et des traces de mobilité synthétiques générées à partir de sept différents modèle de mobilité. - La conception et l'analyse d'un algorithme d'inférence par co-localisation décorrélée des informations sur la localisation des utilisateurs ciblés. - La quantification du potentiel des données de co-localisation non-déterministes sur la perte de protection de la vie privée d'un ensemble d'utilisateurs. / The wide diffusion of smart portable devices allows the collection of a big amount of data concerning the activities of users from mobile apps. We focus our attention on location data, i.e. mobility traces, of a set of users in a crowd. Data collected from these mobile systems are studied following two axies: - Mobility models are used to simulate the behavior of users to develop opportunistic forwarding algorithms. We compare real and synthetic mobility traces to show the distance between the reality and the models. - Information on mobility may endanger the privacy of users. We analyze the impact of such information on privacy of users. The main contributions are: - We analyze the spatial and social properties of human motion from real traces collected by a highly accurate experimental localization system. - We compare the real traces with synthetic mobility traces generated from seven popular mobility models - We provide an inference algorithm based on co-location of users and we show its efficiency on different datasets. - We quantify the effect of probabilistic co-location information by means of a novel co-location attack.

Cette thèse s´intéresse à la conception et l´évaluation des protocoles de routage et d´accès au canal pour les réseaux sans fils. La première partie de la thèse focalise principalement sur l´évaluation de protocoles de routage pour les réseaux tolérants aux perturbations quand ces réseaux incluent des relais fixes, appelées boîtes. Dans un premier temps, nous montrons que les instants successifs de rencontre entre une boîte et un noeud mobile qui se déplace selon un modèle de mobilité aléatoire sont bien approximés par un processus de Poisson. Nous donnons une formule explicite approchée pour l´intensité de ce processus qui dépend notamment de la densité de probabilité spatiale du modèle de mobilité considérée ainsi que celle des boîtes. Dans un deuxième temps, nous étudions l´impact d´ajouter des boîtes sur les performances de deux protocoles de routage classiques, le protocole épidémique et le protocole de routage à deux sauts. Nous développons des expressions explicites pour quantifier la distribution et la moyenne du délai de livraison d´un paquet, ainsi que le nombre des copies générées lors de cette transmission. Ensuite, nous proposons cinq stratégies qui s´appuient sur la présence des boîtes pour réaliser le routage des copies. Par ailleurs, nous introduisons une plateforme basée sur un modèle markovien qui permet de calculer et de comparer analytiquement les diverses métriques de performance pour ces cinq stratégies. Dans la deuxième partie de la thèse, nous intéressons à l´algorithme de backoff du standard IEEE 802.11. Nous proposons une extension de cet algorithme dont l´objectif est d´améliorer ses performances dans le cas où le réseau possède un grand nombre d´utilisateurs.