Το αντικείμενο της διατριβής αυτής είναι η εισαγωγή ενός νέου πρωτοκόλλου (e-SCP-ECG+) με στόχο την μεταφορά και διαχείριση πολλαπλών τύπων πληροφορίας που προέρχονται από ιατρικές συσκευές συλλογής ζωτικών σημάτων, δεδομένα που αφορούν τις αλλεργίες από τις οποίες υποφέρει ο ασθενής, στοιχεία γεωτοποθεσίας, καθώς επίσης και δημογραφικών στοιχείων, από τους ασθενείς σε υπολογιστικούς σταθμούς επεξεργασίας, διαχείρισης και αποθήκευσής της. Ορίζεται επίσης η αρχιτεκτονική ενός Συστήματος Τηλεπαρακολούθησης Υγείας Ασθενούς (ΣΤΥΑ), το οποίο χρησιμοποιεί το πρωτόκολλο e-SCP-ECG+ για τη μεταφορά, τη διαχείριση και την αρχειοθέτηση της συλλεγόμενης πληροφορίας. Η αρχιτεκτονική περιλαμβάνει, επίσης, τη δημιουργία ενός Δικτύου από ΣΤΥΑ, με στόχο την δικτυακή αναζήτηση πληροφορίας σχετικής με τον ασθενή, εξασφαλίζοντας έτσι τη δυνατότητα του ελέγχου της πορείας της υγείας ενός ασθενούς. Το ΣΤΥΑ πέρα από την λειτουργία του σε εργαστηριακό επίπεδο, δοκιμάστηκε πιλοτικά σε πραγματικές συνθήκες. / This dissertation introduces a new protocol named e-SCP-ECG+, which permits the transport and management of multiple information types collected from patients (vital signs, citizen demographic data, other information relative with the treated incident, allergy data, geolocation data, etc.), through a communication network to a Health Reception Center. The dissertation also defines the architecture of a Health Tele-monitoring System (HTS) aiming to protocol’s application and evaluation. The pilot HTS, uses the protocol e-SCP-ECG+, in order to transmit, manage and archive the collected information. The creation of an HTS’s Network is also included in this architecture. This network supports health continuity and gives doctor the ability to search information relative to the patient between different networked HTSs. The pilot HTS, has been tested both on laboratory conditions and in real-world operation.

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Over the last few decades, we have been witnessing a tremendous evolution in mobile computing, wireless networking and hand-held devices. In the future communication networks, users are anticipated to become even more mobile demanding for ubiquitous connectivity to different applications which will be preferably aware of their context. Admittedly, location information as part of their context is of paramount importance from both application and network perspectives. From application or user point of view, service provision can upgrade if adaptation to the user's context is enabled. From network point of view, functionalities such as routing, handoff management, resource allocation and others can also benefit if user's location can be tracked or even predicted. Within this context, we focus our attention on indoor localization and handoff prediction which are indispensable components towards the ultimate success of the envisioned pervasive communication era. While outdoor positioning systems have already proven their potential in a wide range of commercial applications, the path towards a successful indoor location system is recognized to be much more difficult, mainly due to the harsh indoor characteristics and requirement for higher accuracy. Similarly, handoff management in the future heterogeneous wireless networks is much more challenging than in traditional homogeneous networks. Handoff schemes must be seamless for meeting strict Quality of Service (QoS) requirements of the future applications and functional despite the diversity of operation features of the different technologies. In addition, handoff decisions should be flexible enough to accommodate user preferences from a wide range of criteria offered by all technologies. The main objective of this thesis is to devise accurate, time and power efficient location and handoff management systems in order to satisfy better context-aware and mobile applications. For indoor localization, the potential of Wireless Local Area Network (WLAN) and Radio Frequency Identification (RFID) technologies as standalone location sensing technologies are first studied by testing several algorithms and metrics in a real experimental testbed or by extensive simulations, while their shortcomings are also identified. Their integration in a common architecture is then proposed in order to combine their key benefits and overcome their limitations. The performance superiority of the synergetic system over the stand alone counterparts is validated via extensive analysis. Regarding the handoff management task, we pinpoint that context awareness can also enhance the network functionality. Consequently, two such schemes which utilize information obtained from localization systems are proposed. The first scheme relies on a RFID tag deployment, alike our RFID positioning architecture, and by following the WLAN scene analysis positioning concept, predicts the next network layer location, i.e. the next point of attachment to the network. The second scheme relies on an integrated RFID and Wireless Sensor/Actuator Network (WSAN) deployment for tracking the users' physical location and subsequently for predicting next their handoff point at both link and network layers. Being independent of the underlying principle wireless access technology, both schemes can be easily implemented in heterogeneous networks. Performance evaluation results demonstrate the advantages of the proposed schemes over the standard protocols regarding prediction accuracy, time latency and energy savings

Revolutionary mobile technologies, such as high-speed packet access 3G (HSPA+) and LTE, have significantly increased mobile data rate over the radio link. While most of the world looks at this revolution as a blessing to their day-to-day life, a little-known fact is that these improvements over the radio access link results in demanding tremendous improvements in bandwidth on the backhaul network. Having said this, today's Internet Service Providers (ISPs) and Mobile Network Operators (MNOs) are intemperately impacted as a result of this excessive smartphone usage. The operational costs (OPEX) associated with traditional backhaul methods are rising faster than the revenue generated by the new data services. Building a mobile backhaul network is very different from building a commercial data network. A mobile backhaul network requires (i) QoS-based traffic with strict requirements on delay and jitter (ii) high availability/reliability. While most ISPs and MNOs have promised advantages of redundancy and resilience to guarantee high availability, there is still the specter of failure in today's networks. The problems of network failures in today's networks can be quickly but clearly ascertained. The underlying observation is that ISPs and MNOs are still exposed to rapid fluctuations and/or unpredicted breakdowns in traffic; it goes without saying that even the largest operators can be affected. But what if, these operators could now put in place designs and mechanisms to improve network survivability to avoid such occurrences? What if mobile network operators can come up with low-cost backhaul solutions together with ensuring the required availability and reliability in the networks? With this problem statement in-hand, the overarching theme of this dissertation is within the following scopes: (i) to provide low-cost backhaul solutions; the motivation here being able to build networks without over-provisioning and then to bring-in new resources (link capacity/bandwidth) on occasions of unexpected traffic surges as well as on network failure conditions for particularly ensuring premium services (ii) to provide uninterrupted communications even at times of network failure conditions, but without redundancy. Here a slightly greater emphasis is laid on tackling the 'last-mile' link failures. The scope of this dissertation is therefore to propose, design and model novel network architectures for improving effective network survivability and network capacity, at the same time by eliminating network-wide redundancy, adopted within the context of mobile backhaul networks. Motivated by this, we study the problem of how to share the available resources of a backhaul network among its competitors, with whom a Service Level Agreement (SLA) has been concluded. Thus, we present a systematic study of our proposed solutions focusing on a variety of empirical resource sharing heuristics and optimization frameworks. With this background, our work extends towards a novel fault restoration framework which can cost-effectively provide protection and restoration for the operators, enabling them with a parameterized objective function to choose desired paths based on traffic patterns of their end-customers. We then illustrate the survivability of backhaul networks with reduced amount of physical redundancy, by effectively managing geographically distributed backhaul network equipments which belong to different MNOs using 'logically-centralized' physically-distributed controllers, while meeting strict constraints on network availability and reliability

In recent years, deep neural network models have shown to outperform many state of the art algorithms. The reason for this is, unsupervised pretraining with multi-layered deep neural networks have shown to learn better features, which further improves many supervised tasks. These models not only automate the feature extraction process but also provide with robust features for various machine learning tasks. But the unsupervised pretraining and feature extraction using multi-layered networks are restricted only to the input features and not to the output. The performance of many supervised learning algorithms (or models) depends on how well the output dependencies are handled by these algorithms [Dembczy´nski et al., 2012]. Adapting the standard neural networks to handle these output dependencies for any specific type of problem has been an active area of research [Zhang and Zhou, 2006, Ribeiro et al., 2012]. On the other hand, inference into multimodal data is considered as a difficult problem in machine learning and recently ‘deep multimodal neural networks’ have shown significant results [Ngiam et al., 2011, Srivastava and Salakhutdinov, 2012]. Several problems like classification with complete or missing modality data, generating the missing modality etc., are shown to perform very well with these models. In this work, we consider three nontrivial supervised learning tasks (i) multi-class classification (MCC), (ii) multi-label classification (MLC) and (iii) label ranking (LR), mentioned in the order of increasing complexity of the output. While multi-class classification deals with predicting one class for every instance, multi-label classification deals with predicting more than one classes for every instance and label ranking deals with assigning a rank to each label for every instance. All the work in this field is associated around formulating new error functions that can force network to identify the output dependencies. Aim of our work is to adapt neural network to implicitly handle the feature extraction (dependencies) for output in the network structure, removing the need of hand crafted error functions. We show that the multimodal deep architectures can be adapted for these type of problems (or data) by considering labels as one of the modalities. This also brings unsupervised pretraining to the output along with the input. We show that these models can not only outperform standard deep neural networks, but also outperform standard adaptations of neural networks for individual domains under various metrics over several data sets considered by us. We can observe that the performance of our models over other models improves even more as the complexity of the output/ problem increases.

L'efficacité énergétique constitue l'objectif clef pour la conception des protocoles de communication pour des réseaux de capteurs radio multi-sauts. Beaucoup d'efforts ont été réalisés à différents niveaux de la pile protocolaire à travers des algorithmes d'agrégation spatiale et temporelle des données, des protocoles de routage efficaces en énergie, et des couches d'accès au médium avec des mécanismes d'ordonnancement permettant de mettre la radio en état d'endormissement afin d'économiser l'énergie. Pour autant, ces protocoles utilisent de façon importante des paquets de contrôle et de découverte du voisinage qui sont coûteux en énergie. En outre, cela se fait très souvent sans aucune interaction entre les différentes couches de la pile. Ces travaux de thèse s'intéressent donc particulièrement à la problématique de l'énergie des réseaux de capteurs à travers des protocoles de routage et d'accès au médium. Les contributions de cette thèse se résument de la manière suivante : Nous nous sommes tout d'abord intéressés à la problématique de l'énergie au niveau routage. Dans cette partie, les contributions se subdivisent en deux parties. Dans un premier temps, nous avons proposé une analyse théorique de la consommation d'énergie des protocoles de routage des réseaux radio multi-sauts d'appréhender au mieux les avantages et les inconvénients des uns et des autres en présence des modèles de trafic variables, un diamètre du réseau variable également et un modèle radio qui permet de modéliser les erreurs de réception des paquets. À l'issue de cette première étude, nous sommes parvenus à la conclusion que pour être économe en énergie, un protocole de routage doit avoir des approches similaires à celle des protocoles de routage géographique sans message hello. Puis, dans un second temps, nous introduisons une étude de l'influence des stratégies de relayage dans un voisinage à 1 saut sur les métriques de performance comme le taux de livraison, le nombre de messages dupliqués et la consommation d'énergie. Cette étude est suivie par une première proposition de protocole de routage géographique sans message hello (Pizza-Forwarding (PF)) exploitant des zones de relayage optimisées et sans aucune hypothèse sur les propriétés du canal radio. Dans le but de réduire considérablement la consommation de PF, nous proposons de le combiner avec une adaptation d'un protocole MAC asynchrone efficace en énergie à travers une approche transversale. La combinaison de ces deux approches montre un gain significatif en terme d'économie d'énergie avec des très bon taux de livraison et cela quels que soient les scénarios et la nature de la topologique. / Energy-efficient communication protocol is a primary design goal for Wireless Sensor Networks (WSNs). Many efforts have been done to save energy anywhere in the protocol stack through temporal and spatial data aggregation schemes, energy-aware routing protocols, activity scheduling and energy-efficient MAC protocols with duty cycle. However both control packets and beacons remain which induces a huge waste energy. Moreover, their design follows the classical layered approach with the principle of modularity in system development, which can lead to a poor performance in WSNs. This thesis focuses on the issues of energy in WSNs through energy-efficient routing and medium access control protocols. The constributions of this thesis can be summarized as follows: First, we are interested on the energy issues at the routing layer for multihop wireless sensor networks (WSNs). We propose a mathematical framework to model and analyze the energy consumption of routing protocols in multihop WSNs by taking into account the protocol parameters, the traffic pattern and the network characteristics defined by the medium channel properties, the dynamic topology behavior, the network diameter and the node density. In this study, we show that Beacon-less routing protocol should be a best candidate to save energy in WSNs. We investigate the performance of some existing relay selection schemes which are used by Beacon-less routing protocols. Extensive simulations are proposed to evaluate their performance locally in terms of packet delivery ratio, duplicated packet and delay. Then, we extend the work in multihop wiriless networks and develop an optimal solution, Enhanced Nearest Forwarding within Radius, which tries to minimize the per-hop expected number of retranmissions in order to save energy. We present a new beaconless routing protocol called Pizza-Forwarding (PF) without any assumption on the radio environment: neither the radio range nor symmetric radio links nor radio properties (shadowing, etc.) are assumed or restricted. A classical greedy mode is proposed. To overcome the hole problem, packets are forwarded to an optimal node in the two hop neighbor following a reactive and optimized neighborhood discovery. In order to save energy due to idle listening and overhearing, we propose to combine PF's main concepts with an energy-efficient MAC protocol to provide a joint MAC/routing protocol suitable for a real radio environment. Performance results lead to conclude to the powerful behavior of PFMAC.

Les réseaux de capteurs sans-fil sont composés de dispositifs électroniques conçus pour mesurer une grandeur physique de l’environnement dans lequel ils sont déployés et pour acheminer ces mesures à un système d’information. Dans nos travaux, nous étudions les architectures de réseau et les protocoles de communication associés afin de déterminer les configurations adéquates à un scénario de réseau de capteurs pour la Ville Intelligente. Après avoir recensé les applications et leurs exigences de Qualité de Service attendue, nous avons construit des modèles analytiques permettant de comparer les différentes familles de protocoles MAC en terme de taux de livraison et de consommation d’énergie. Ces travaux permettent ainsi de motiver le choix d’un protocole synchrone ou asynchrone, à contention ou à accès direct, en fonction du scénario applicatif et du déploiement de réseau considéré : longue portée ou multi-sauts. Sur la base des résultats de cette étude, nous proposons ensuite un ensemble d’optimisation des protocoles de communication permettant d’améliorer la Qualité de Service et la dépense énergétique des compteurs. Nous proposons une méthode d’accès au médium de communication permettant l’allocation de plusieurs instants de transmission en une phase unique de tournoi. Cette optimisation vise à réduire le pôle de consommation majoritaire des réseaux multi-sauts, tel qu’identifié dans l’étude précédente. Le protocole résultant, CT-MAC, résout l’allocation de plusieurs instants de transmission en une unique phase de compétition et de manière distribuée. CT-MAC réduit ainsi la consommation d’énergie de l’arbitrage du médium. Nous proposons ensuite un mécanisme de relayage adaptatif pour l’architecture de réseau longue-portée. Le protocole, nommé SARI-MAC, est conçu de manière à pallier aux ‘trous’ de couverture que présentent les systèmes radio longue-portée lorsqu’ils sont déployés dans un habitat urbain dense. Pour cela, SARI-MAC propose d’exploiter certains nœuds du réseau, choisis pour leurs ressources en énergie, en tant que relais pour leurs voisins dont le bilan radio est insuffisant pour respecter les exigences de Qualité de Service de l’application. SARI-MAC est un protocole MAC asynchrone, initié récepteur dont les paramètres s’adaptent automatiquement aux conditions de trafic et aux contraintes de cycle d’activité imposées par la durée de vie souhaitée des nœuds capteurs et par la législation. Finalement, nous proposons un schéma de routage opportuniste appelé QOR. QOR est un protocole de routage qui tire profit des liens radio longue portée, opportunistes afin d’améliorer la fiabilité et la latence des transmissions de données dans un réseau de collecte. Pour cela, QOR propose une structure de routage combinée à un schéma d’adressage permettant d’identifier un ensemble de nœuds relais entre une source et la passerelle de collecte. / Wireless Sensors are small electronic devices made for measuring physical properties of their environment and communicating them wirelessly to an information system. In this thesis, we study existing network architectures and to devise the best-suited configuration for typical urban wireless Sensor Network use-cases. To that effect, we provide comprehensive analytical models to compare the different families of MAC protocols in terms of Delivery Rate and Energy Consumption, e.g. synchronous vs asynchronous, contention-based vs direct access etc. Headlines results a mathematical framework to devise the least energy-cost contention algorithm for a given Delivery Rate and closed-form expressions of the Energy Consumption and Delivery Rate for popular access control protocols. These results are then synthesised in a comparison study of the two prevailing urban sensors network architectures, i.e. long-range and multihop. We show that long-range sensor networks are best-suited for low-traffic and sparser network topologies while higher traffic loads and denser network topologies demand switching to a multihop network operating a synchronous MAC protocol on higher bitrate radios. Based on the analysis of the architectures best suited for each use-case scenario, i.e. low traffic loads/sparse network and high traffic loads/dense network, we identify suitable optimisations to improve the QoS performance and energy efficiency of said architectures. First, we improve on the energy efficiency of the arbitration of the medium access by defining a cascading tournament contention algorithm. This protocol, CT-MAC, resolves multiple timeslots allocation in a single, energy efficient contention tournament. Second, we propose an adaptive relaying scheme for the long-range network architecture named SARI-MAC. This scheme is an attempt to cope with coverage holes that occurs when using long-range in a dense urban habitat by letting sensor nodes relay communications of nodes whose link budgets are incompatible with the QoS requirements of the network. To that effect, we propose a receiver-initiated MAC protocol that self-adapts to the traffic condition so that the duty-cycle of relayers is kept as low as possible with respect to the load of frames to relay. Finally, we propose an opportunistic relaying scheme named QOR. QOR is a routing protocol that exploits long-range, opportunistic radio links to provide faster and more reliable transmissions. To that effect, QOR proposes a joint routing structure and addressing scheme that allows identifying a limited set of nodes than can become opportunistic relayers between a source sensor and the sink. Those nodes then follow an original cascaded acknowledgement mechanism that brings reliable acknowledgment and ensures a replication-free forwarding of the data frames.

This work is focused on the security of small to medium-sized networks with central administration, especially on the creation of a methodology for secure network design.The design of a secure network for a start-up IT company, using open-source software, is described. Deployment of the designed secure network, with central management, is performed and the connectivity of network elements are tested. The model simulates network traffic situations and network attacks using penetration testing techniques. In terms of the severity of the impact on network security, intercepted attacks are evaluated and immediately reported to responsible persons. Finally, the results of the intercepted attacks are processed and further actions are recommended.

Au cours des dernières décennies, nous avons été témoins d'une évolution considérable dans l'informatique mobile, réseau sans fil et des appareils portatifs. Dans les réseaux de communication à venir, les utilisateurs devraient être encore plus mobiles exigeant une connectivité omniprésente à différentes applications qui seront de préférence au courant de leur contexte. Certes, les informations de localisation dans le cadre de leur contexte est d'une importance primordiale à la fois la demande et les perspectives du réseau. Depuis l'application ou de point de vue utilisateur, la fourniture de services peut mettre à jour si l'adaptation au contexte de l'utilisateur est activée. Du point de vue du réseau, des fonctionnalités telles que le routage, la gestion de transfert, l'allocation des ressources et d'autres peuvent également bénéficier si l'emplacement de l'utilisateur peuvent être suivis ou même prédit. Dans ce contexte, nous nous concentrons notre attention sur la localisation à l'intérieur et de la prévision transfert qui sont des composants indispensables à la réussite ultime de l'ère de la communication omniprésente envisagé. Alors que les systèmes de positionnement en plein air ont déjà prouvé leur potentiel dans un large éventail d'applications commerciales, le chemin vers un système de localisation à l'intérieur de succès est reconnu pour être beaucoup plus difficile, principalement en raison des caractéristiques difficiles à l'intérieur et l'exigence d'une plus grande précision. De même, la gestion de transfert dans le futur des réseaux hétérogènes sans fil est beaucoup plus difficile que dans les réseaux traditionnels homogènes. Régimes de procédure de transfert doit être sans faille pour la réunion strictes de qualité de service (QoS) des applications futures et fonctionnel malgré la diversité des caractéristiques de fonctionnement des différentes technologies. En outre, les décisions transfert devraient être suffisamment souples pour tenir compte des préférences utilisateur d'un large éventail de critères proposés par toutes les technologies. L'objectif principal de cette thèse est de mettre au point précis, l'heure et l'emplacement de puissance et de systèmes efficaces de gestion de transfert afin de mieux satisfaire applications sensibles au contexte et mobiles. Pour obtenir une localisation à l'intérieur, le potentiel de réseau local sans fil (WLAN) et Radio Frequency Identification (RFID) que l'emplacement autonome technologies de détection sont d'abord étudiés par des essais plusieurs algorithmes et paramètres dans un banc d'essai expérimental réel ou par de nombreuses simulations, alors que leurs lacunes sont également été identifiés. Leur intégration dans une architecture commune est alors proposée afin de combiner leurs principaux avantages et surmonter leurs limitations. La supériorité des performances du système de synergie sur le stand alone homologues est validée par une analyse approfondie. En ce qui concerne la tâche de gestion transfert, nous repérer que la sensibilité au contexte peut aussi améliorer la fonctionnalité du réseau. En conséquence, deux de tels systèmes qui utilisent l'information obtenue à partir des systèmes de localisation sont proposées. Le premier schéma repose sur un déploiement tag RFID, comme notre architecture de positionnement RFID, et en suivant la scène WLAN analyse du concept de positionnement, prédit l'emplacement réseau de la prochaine couche, c'est à dire le prochain point de fixation sur le réseau. Le second régime repose sur une approche intégrée RFID et sans fil de capteur / actionneur Network (WSAN) de déploiement pour la localisation des utilisateurs physiques et par la suite pour prédire la prochaine leur point de transfert à deux couches de liaison et le réseau. Etre indépendant de la technologie d'accès sans fil principe sous-jacent, les deux régimes peuvent être facilement mises en œuvre dans des réseaux hétérogènes [...] / Over the last few decades, we have been witnessing a tremendous evolution in mobile computing, wireless networking and hand-held devices. In the future communication networks, users are anticipated to become even more mobile demanding for ubiquitous connectivity to different applications which will be preferably aware of their context. Admittedly, location information as part of their context is of paramount importance from both application and network perspectives. From application or user point of view, service provision can upgrade if adaptation to the user's context is enabled. From network point of view, functionalities such as routing, handoff management, resource allocation and others can also benefit if user's location can be tracked or even predicted. Within this context, we focus our attention on indoor localization and handoff prediction which are indispensable components towards the ultimate success of the envisioned pervasive communication era. While outdoor positioning systems have already proven their potential in a wide range of commercial applications, the path towards a successful indoor location system is recognized to be much more difficult, mainly due to the harsh indoor characteristics and requirement for higher accuracy. Similarly, handoff management in the future heterogeneous wireless networks is much more challenging than in traditional homogeneous networks. Handoff schemes must be seamless for meeting strict Quality of Service (QoS) requirements of the future applications and functional despite the diversity of operation features of the different technologies. In addition, handoff decisions should be flexible enough to accommodate user preferences from a wide range of criteria offered by all technologies. The main objective of this thesis is to devise accurate, time and power efficient location and handoff management systems in order to satisfy better context-aware and mobile applications. For indoor localization, the potential of Wireless Local Area Network (WLAN) and Radio Frequency Identification (RFID) technologies as standalone location sensing technologies are first studied by testing several algorithms and metrics in a real experimental testbed or by extensive simulations, while their shortcomings are also identified. Their integration in a common architecture is then proposed in order to combine their key benefits and overcome their limitations. The performance superiority of the synergetic system over the stand alone counterparts is validated via extensive analysis. Regarding the handoff management task, we pinpoint that context awareness can also enhance the network functionality. Consequently, two such schemes which utilize information obtained from localization systems are proposed. The first scheme relies on a RFID tag deployment, alike our RFID positioning architecture, and by following the WLAN scene analysis positioning concept, predicts the next network layer location, i.e. the next point of attachment to the network. The second scheme relies on an integrated RFID and Wireless Sensor/Actuator Network (WSAN) deployment for tracking the users' physical location and subsequently for predicting next their handoff point at both link and network layers. Being independent of the underlying principle wireless access technology, both schemes can be easily implemented in heterogeneous networks. Performance evaluation results demonstrate the advantages of the proposed schemes over the standard protocols regarding prediction accuracy, time latency and energy savings

Les évolutions technologies mobiles majeures, tels que les réseaux mobiles 3G, HSPA+ et LTE, ont augmenté de façon significative la capacité des données véhiculées sur liaison radio. Alors que les avantages de ces évolutions sont évidents à l’usage, un fait moins connu est que ces améliorations portant principalement sur l’accès radio nécessitent aussi des avancées technologiques dans le réseau de collecte (backhaul) pour supporter cette augmentation de bande passante. Les fournisseurs d’accès Internet (FAI) et les opérateurs de réseau mobile doivent relever un réel défi pour accompagner l’usage des smartphones. Les coûts opérationnels associés aux méthodes traditionnelles de backhaul augmentent plus vite que les revenus générés par les nouveaux services de données. Ceci est particulièrement vrai lorsque le réseau backhaul doit lui-même être construit sur des liens radio. Un tel réseau de backhaul mobile nécessite (i) une gestion de qualité de service (QoS) liée au trafic avec des exigences strictes en matière de délai et de gigue, (ii) une haute disponibilité / fiabilité. Alors que la plupart des FAI et des opérateurs de réseau mobile font état des avantages de mécanismes de redondance et de résilience pour garantir une haute disponibilité, force est de constater que les réseaux actuels sont encore exposés à des indisponibilités. Bien que les causes de ces indisponibilités soient claires, les fluctuations rapides et / ou des pannes imprévues du trafic continuent d’affecter les plus grands opérateurs. Mais ces opérateurs ne pourraient-ils pas mettre en place des modèles et des mécanismes pour améliorer la survie des réseaux pour éviter de telles situations ? Les opérateurs de réseaux mobiles peuvent-ils mettre en place ensemble des solutions à faible coût qui assureraient la disponibilité et la fiabilité des réseaux ? Compte tenu de ce constat, cette thèse vise à : (i) fournir des solutions de backhaul à faible coût ; l’objectif est de construire des réseaux sans fil en ajoutant de nouvelles ressources à la demande plutôt que par sur-dimensionnements, en réponse à un trafic inattendu surgit ou à une défaillance du réseau, afin d’assurer une qualité supérieure de certains services (ii) fournir des communications sans interruption, y compris en cas de défaillance du réseau, mais sans redondance. Un léger focus porte sur l’occurrence de ce problème sur le lien appelé «dernier kilomètre» (last mile). Cette thèse conçoit une nouvelle architecture de réseaux backhaul mobiles et propose une modélisation pour améliorer la survie et la capacité de ces réseaux de manière efficace, sans reposer sur des mécanismes coûteux de redondance passive. Avec ces motivations, nous étudions le problème de partage de ressources d'un réseau de backhaul entre opérateurs concurrents, pour lesquelles un accord de niveau de service (SLA) a été conclu. Ainsi, nous présentons une étude systématique de solutions proposées portant sur une variété d’heuristiques de partage empiriques et d'optimisation des ressources. Dans ce contexte, nous poursuivons par une étude sur un mécanisme de recouvrement après panne qui assure efficacement et à faible coût la protection et la restauration de ressources, permettant aux opérateurs via une fonction basée sur la programmation par contraintes de choisir et établir de nouveaux chemins en fonction des modèles de trafic des clients finaux. Nous illustrons la capacité de survie des réseaux backhaul disposant d’un faible degré de redondance matérielle, par la gestion efficace d’équipements de réseau de backhaul répartis géographiquement et appartenant aux différents opérateurs, en s’appuyant sur des contrôleurs logiquement centralisés mais physiquement distribués, en respectant des contraintes strictes sur la disponibilité et la fiabilité du réseau / Revolutionary mobile technologies, such as high-speed packet access 3G (HSPA+) and LTE, have significantly increased mobile data rate over the radio link. While most of the world looks at this revolution as a blessing to their day-to-day life, a little-known fact is that these improvements over the radio access link results in demanding tremendous improvements in bandwidth on the backhaul network. Having said this, today’s Internet Service Providers (ISPs) and Mobile Network Operators (MNOs) are intemperately impacted as a result of this excessive smartphone usage. The operational costs (OPEX) associated with traditional backhaul methods are rising faster than the revenue generated by the new data services. Building a mobile backhaul network is very different from building a commercial data network. A mobile backhaul network requires (i) QoS-based traffic with strict requirements on delay and jitter (ii) high availability/reliability. While most ISPs and MNOs have promised advantages of redundancy and resilience to guarantee high availability, there is still the specter of failure in today’s networks. The problems of network failures in today’s networks can be quickly but clearly ascertained. The underlying observation is that ISPs and MNOs are still exposed to rapid fluctuations and/or unpredicted breakdowns in traffic; it goes without saying that even the largest operators can be affected. But what if, these operators could now put in place designs and mechanisms to improve network survivability to avoid such occurrences? What if mobile network operators can come up with low-cost backhaul solutions together with ensuring the required availability and reliability in the networks? With this problem statement in-hand, the overarching theme of this dissertation is within the following scopes: (i) to provide low-cost backhaul solutions; the motivation here being able to build networks without over-provisioning and then to bring-in new resources (link capacity/bandwidth) on occasions of unexpected traffic surges as well as on network failure conditions for particularly ensuring premium services (ii) to provide uninterrupted communications even at times of network failure conditions, but without redundancy. Here a slightly greater emphasis is laid on tackling the ‘last-mile’ link failures. The scope of this dissertation is therefore to propose, design and model novel network architectures for improving effective network survivability and network capacity, at the same time by eliminating network-wide redundancy, adopted within the context of mobile backhaul networks. Motivated by this, we study the problem of how to share the available resources of a backhaul network among its competitors, with whom a Service Level Agreement (SLA) has been concluded. Thus, we present a systematic study of our proposed solutions focusing on a variety of empirical resource sharing heuristics and optimization frameworks. With this background, our work extends towards a novel fault restoration framework which can cost-effectively provide protection and restoration for the operators, enabling them with a parameterized objective function to choose desired paths based on traffic patterns of their end-customers. We then illustrate the survivability of backhaul networks with reduced amount of physical redundancy, by effectively managing geographically distributed backhaul network equipments which belong to different MNOs using ‘logically-centralized’ physically-distributed controllers, while meeting strict constraints on network availability and reliability