Les applications de sécurité routière sont la principale motivation des réseaux de véhicules, bien que d'autres applications de gestion du trafic routier et de divertissement soient envisagées. La communication par diffusion sur plusieurs sauts est une composante importante de ces applications telles que, la signalisation du danger sur la route où la diffusion sur plusieurs sauts est utilisée pour notifier un accident sur la route, une présence d'animal, un objet qui barre la route, un freinage brusque du véhicule en avant, etc. Comme l'information traitée dans ces applications est très critique et peut avoir un effet sur la vie humaine, la diffusion doit être rapide et fiable. Cependant, la diffusion de messages sur plusieurs sauts a de nombreux défis à relever tels que le problème de tempête de diffusion (à savoir, des retransmissions redondantes, une haute charge du canal, une grande contention sur le canal de communication et ainsi, un taux de perte de paquets élevé) dans le cas d'un réseau dense, et le problème de déconnexion quand le réseau est clairsemé. En plus, les applications de sécurité routière sont à temps critique et la satisfaction de leurs exigences est très difficile, car il y a un compromis entre la fiabilité de la dissémination et le délai de livraison. De nombreux travaux ont été menés ces dernières années et une large gamme de mécanismes ont été proposés. Néanmoins, la plupart d'entre eux souffrent toujours de problèmes de collisions quand le réseau est dense et une latence élevée quand la densité du réseau est faible. Le but de cette thèse est d'étudier les protocoles permettant une livraison fiable et rapide de messages d'alerte, de comprendre leurs limites et de proposer une solution pour la dissémination rapide et fiable de l'information de sécurité dans un réseau de véhicule. / Road safety applications are the main motivation of vehicular networks, although other road traffic management and entertainment applications are considered. The multi-hop broadcasting communication is an important component of these applications, such as Road Hazard Signaling application where the multi-hop broadcasting is used to notify an accident on the road, a presence of animal, an object that blocks the road, sudden braking of the vehicle in front, etc. As the information handled in these applications is very critical and can affect the human life the dissemination must be fast and reliable. However, broadcasting messages over several hops comes with many challenges to overcome such as broadcast storm problem (i.e. redundant retransmissions, high load of the channel, high contention on the communication channel and thus, high packet loss rate) in the case of dense network, and the problem of disconnection when the network is sparse. In addition, road safety applications are time-critical and satisfaction of their demands is very difficult because there is a trade-off between the dissemination reliability and the delivery delay. Many studies have been conducted in recent years and a variety of mechanisms have been proposed. However, most of them still suffer from problems of collisions when the network is dense and a high latency when the density of the network is low. The aim of this thesis is to analyze protocols allowing a reliable and fast delivery of alert messages, understand their limitations and propose a solution for fast and reliable dissemination of safety information in vehicular networks.

L'utilisation des canaux multiples améliore significativement les performances globales des réseaux de capteurs sans fil (RCSF) en permettant des transmissions parallèles sur plusieurs canaux. Cependant, la mise en place d’un protocole MAC multi-canal dans un réseau multisauts nécessite une méthode efficace d’allocation des canaux pour permettre une coordination entre les nœuds afin de partager les canaux disponibles. Dans cette thèse, nous nous intéressons à la conception d’un protocole MAC multi-canal qui répond aux exigences des applications de collecte de données à haut débit dans un réseau multi-saut. Pour ce faire, nous abordons d’abord les principales façons d’utiliser plusieurs canaux pour réaliser le partage du médium. Ensuite, nous proposons un protocole MAC multi-canal, répondant aux exigences des RCSF à haut débit, qui combine les trois techniques TDMA, CSMA et FDMA. En effet, nous utilisons une nouvelle méthode d’allocation des canaux qui permet aux nœuds de choisir le canal de réception le plus convenable dans leurs voisinages jusqu’à 3-sauts d’une façon distribuée afin de minimiser les effets des interférences et des collisions. Enfin, nous évaluons par simulation les performances de notre protocole et nous le comparons à d’autres protocoles proposés dans la littérature. Les résultats obtenus montrent l’efficacité de notre proposition dans les différents scénarios étudiés. / The use of multi-channel significantly improves the overall network performance of wireless sensor networks (WSNs) by allowing parallel transmissions over multiple channels. However, the design of a multi-channel MAC protocol in a multi-hop network requires an efficient channel allocation method that allows the coordination between the nodes in order to share available channels. In this thesis, we focus on the conception of a multi-channel MAC protocol that meets the requirements of high data collection applications in a multi-hop network. In order to achieve this goal, we first present the main techniques to use multiple channels to realize medium access sharing. Then, we propose a multi-channel MAC protocol that meets the requirements of high data rate WSNs, which combines three techniques TDMA, FDMA and CSMA. Indeed, we use a new channel assignment method that enables nodes to choose the most convenient channel in their 3-hop neighborhood in a distributed manner in order to minimize the effects of interferences and collisions. Finally, we evaluate by simulation the performance of our protocol and we compare it to other protocols proposed in the literature. The results show the efficiency of our proposition in the different studied scenarios.

Ces dernières années, les réseaux multi-sauts sans fil (MHWNs) ont connu une explosion de déploiement en raison de la demande croissante de connectivité continue indépendamment de l'emplacement physique. Les protocoles de transport Internet prédominantes, c.-à-Transmission Control Protocol (TCP), se trouvent face à la dégradation des performances dans MHWNs en raison de les taux élevés de pertes et de défaillance du lien. Plusieurs solutions ont été proposées qui sont basées sur l'estimation de l'état du réseau ou sur l'utilisation de renseignements de la couche MAC (dénommée métriques) dans une manière d’inter-couche pour mieux comprendre l'état du réseau. La première partie de cette thèse fournit une enquête et la définition complète de métriques communs des couches physique, MAC, réseau et transport et fournit ainsi un multi-critères et la classification hiérarchique. Après cela, l'efficacité dans la réflexion des informations de réseau des métriques de la couche MAC est également étudiée dans une façon systématique en simulant des situations différents de réseau et de mesurer les métriques de la couche MAC. Ainsi, le bonne MAC métrique pour le contrôle de congestion qui est couplé avec le niveau de contention de réseau et les pertes provoquées moyen sera découvert. D'après les résultats de l'étude sur l'efficacité, deux nouveaux systèmes de contrôle de débit pour les protocoles de transport sont proposés qui s'adaptent efficacement le débit de source en fonction de l'état du réseau fournie par certains métriques MAC. Grâce à un vaste ensemble de simulations, les performances des systèmes proposées de contrôle de débit dans MHWNs sont examinées approfondie avec des situations de réseau. / In recent years, Multi-hop Wireless Networks (MHWNs) have experienced an explosion of deployment due to the increasing demand for continuous connectivity regardless of the physical location. Internet predominant transport protocols, i.e. Transmission Control Protocol (TCP), face performance degradation in MHWNs because of the high loss and link failure rates. Several solutions have been proposed which are based on network state estimation or use information from MAC layer (called metrics) in a cross-layer manner to better comprehend the network state. The first part of this thesis provides a survey and comprehensive definition of common metrics from Physical, MAC, Network and Transport layers and thus provides a multi-criteria and hierarchical classification. After that, the effectiveness in reflecting network information of MAC metrics is also investigated in a systematic way by simulating various network situations and measuring the MAC metrics. Thus, the good MAC metric for congestion control which is coupled with the network contention level and the medium induced losses will be found out. From the results of the effectiveness study, new rate control schemes for transport protocols are proposed which adapt efficiently the source bit rate depending on the network condition provided by some MAC metrics. Through an extensive set of simulations, the performance of the proposed rate control schemes in MHWNs is investigated thoroughly with several network situations.

L’émergence de l’Internet des Objets révolutionne les réseaux locaux sans fil et inspirent de nombreuses applications. L’une des problématiques majeures pour les réseaux locaux sans fil est l’accès et le partage du médium radio sans fil. Plusieurs protocoles MAC mono-canal ont été proposés et abordent cette problématique avec des solutions intéressantes. Néanmoins, certains problèmes majeurs liés à l’accès au canal (nœud caché, synchronisation, propagation des RDV…) pour un contexte de transmission multi-saut, persistent encore et font toujours l’objet d’intenses études de la communauté scientifique, surtout lorsqu’il s’agit de réseaux de capteurs sans fil distribués sur des topologies étendues. Certains travaux de recherches ont proposé des protocoles MAC multi-canal, traitant souvent le cas idéal, où tous les nœuds dans le réseau sont à portée les uns des autres. Les émissions et réceptions des trames de données sont généralement précédées de trames des contrôles pour l’établissement de Rendez-vous (RDV) entre les nœuds concernés. Nous constatons que les RDV ne garantissent pas la réservation des canaux de façon déterministe sans conflit entre les nœuds dans le réseau, et peuvent rendre difficile les transmissions en multi-saut. Une solution complexe serait de propager ces RDV vers les voisins du nœud récepteur au-delà de 2 sauts. C’est face à cette complexité de gestion de RDV multi-sauts que s’inscrit notre contribution. Il s’agit pour nous de proposer une méthode d’accès multi-canal aléatoire sans RDV, en topologie multi-saut. Notre solution est implémentée sur un testbedréel constitué de nœuds WiNo mono-interface, elle est basée sur la méthode ALOHA slottée améliorée pour notre contexte multi-canal, dont nous évaluons les performances qui sont comparées au cas mono-canal. Un modèle analytique lié au contexte multi-canal sans RDV a été développé également, et comparé aux résultats de notre testbed. / The emergence of the Internet of Thingsrevolutionizeswireless local area networks and inspiringnumerous applications. One of the main issues for wirelessLANsis the access and sharing of the wireless radio medium. Several single-channel MAC protocols have been proposed and addressthis issue withinteresting solutions. However, some major problemsrelated to the channelaccess (hiddennode, synchronization, propagation of RDV) for a multi-hop transmission context, persist and are still the subject of intensive studies by the scientificcommunity, especiallywhenitcomes to a distributedwirelesssensors networks over extended topologies. Someresearch has proposed multi-channel MAC protocols, oftenaddressingthe ideal case, where all nodes in the network are within range of eachother. The transmissions and receptions of the data frames aregenerallypreceded by controls frames for the establishment of Rendez-Vous (RDV) among the nodesconcerned. Wefindthat the RDVs do not guarantee the channelsreservation in a deterministicwaywithoutconflictamong the nodes in the network, and maymakeitdifficult the multi-hop transmissions. A complex solution wouldbe to propagatetheseRDVs to the neighbors of the receivernodebeyond 2 hops. Facedwiththiscomplexity of multi-hop RDV management thatmakesour contribution. It is important for us to propose arandom multi-channelaccessmethodwithout RDV, in multi-hop topology. Our solution isimplemented on a real testbed made of multi-channel single-interface “WiNo” nodes, of whichweevaluate the performance that are compared to the single-channel case. An analytical model related to the multi-channelcontextwithout RDV wasalsodeveloped, and compared to the results of ourtestbed.