La thèse porte sur la conception de protocoles de routage pour les réseaux de capteurs. Les problèmes de recherche du routage de données dans un réseau multi-sauts sont d’une part l’optimisation de l’énergie et d’autre part le routage sous contraintes de la qualité de service (QoS) multicritères (e.g., énergie, fiabilité, délai, …). Cette thèse apporte deux contributions par rapport à l’état de l’art : une optimisation d'un protocole de routage probabiliste pour l'équilibre de l'usage d'énergie et un protocole de routage capable de prendre en compte simultanément des métriques de QoS multiples. En effet, pour équilibrer la consommation de l’énergie du routage lorsque des chemins multiples existent, les protocoles de routage probabiliste existants affectent une probabilité de choix à chaque chemin, soit de façon empirique, soit proportionnelle au niveau de l’énergie disponible du chemin. Nous ne savions pas quelles sont les probabilités optimales qui permettent d’avoir la durée de vie maximale du réseau. Cette thèse a permis d’établir ces probabilités optimales à l’aide de la modélisation sous forme d’un problème d’optimisation linéaire. Quant au problème du routage multicritères, bien que des métriques multiples soient définies par RPL (un standard d’IETF), les protocoles existants choisissent la route soit sur une métrique, soit sur une fonction de coût combinant plusieurs (qui introduit par conséquent un biais de pondération), mais jamais plusieurs simultanément. Dans cette thèse, nous avons d’abord évalué numériquement les performances de l’approche « operator calculus algebra » introduit par R. Schott et S. Staples qui définit un algorithme efficace permettant de trouver tous les chemins satisfaisant les contraintes multiples dans un graphe , puis dérivé une version distribuée sur laquelle nous avons conçu un protocole de routage multi-métriques. Ces deux contributions ont été implémentées dans l’environnement Contiki et émulées/simulées sous Cooja (un logiciel permettant de simuler des protocoles des réseaux de capteurs) / In this thesis, we focus on routing protocols for Wireless Sensor Networks (WSNs). The main research problems in the domain of routing data packets in a multi-hop network are the optimisation of the energy and the routing under multi-criteria QoS constraints (e.g., energy, reliability, delay, …). To address these problems, this dissertation proposes two contributions. Firstly, an optimal probabilistic routing protocol which balances the usage of energy and secondly, a routing protocol which is able to simultaneously take into account multiple QoS metrics. In fact, for balancing the energy consumption between the multiple existing links, the existing probabilistic routing protocols assign a probability to each link, either in an empirical way or depending on proportional energy level of the path. We did not know what are the optimal probabilities which lead to the optimal network lifetime. Our first contribution proposes optimal probabilities by modeling and solving a linear programming problem. As for the multi-constrainted QoS routing problem, multiple metrics are defined by RPL (a standard of IETF) but the existing protocols chose paths either according to only one metric or using a single aggregated function with multiple metrics, but never all the metrics simultaneously. In this dissertation, we first evaluate the performance of the operator calculus algebra introduced by R. Schott and S. Staples which defines an efficient algorithm allowing to find all the paths which satisfy the multiple constraints in a graph, and secondly we proposed a distributed version of this algorithm based on which a routing protocol has been designed. Both contributions are implemented in Contiki environment and simulated/emulated under Cooja (a software designed for simulating protocols of WSNs)

Depuis trois décennies, la tendance du marché répond à la demande actuelle de miniaturisation et d'augmentation de performances des appareils multimédias. Or, toute réduction des dimensions d'un facteur donné impose une diminution des tensions (pour des raisons de fiabilité). Afin d'y répondre, la réduction de taille des circuits intégrés CMOS atteint des échelles d'intégration submicroniques entrainant une baisse importante de la fiabilité des composants et en particulier des transistors. La création de porteurs chauds, ainsi que la dissipation thermique à l'intérieur des circuits submicroniques, sont les deux phénomènes physiques principaux à l'origine de la baisse de fiabilité. La solution technique permettant de garder un bon degré de fiabilité, tout en réduisant la taille des composants, consiste à réduire la tension d'alimentation des circuits. Parallèlement aux contraintes de performances, les normes environnementales demandent une consommation la plus réduite possible. La difficulté consiste alors en la réalisation de circuits associant une alimentation basse puissance (tension et courant) d'où la notion de circuits " Low Power ". Ces circuits sont pour certains déjà utilisés dans le domaine du multimédia, du médical, avec des contraintes d'intégration différentes (possibilité de composants externes, stabilité, etc.). L'augmentation des performances en vitesse des circuits digitaux nécessite par ailleurs l'utilisation de technologies générant des fuites de plus en plus importantes qui sont incompatibles avec une réduction de la consommation dans des modes de veille sans la mise en place de nouvelles techniques / For three decades, the market trend answers the current demand of miniaturization and performance increase of the multimedia devices. Yet, any reduction of the dimensions of a given factor imposes a decrease of the tensions (for reasons of reliability). To answer this question, the downsizing of CMOS integrated circuits reaches submicron scales of integration resulting in a significant decrease in the reliability of components and in particular transistors. The hot carriers creations, as well as heat dissipation within the submicron circuits, are the two main physical phenomena behind the reliability decline. The technical solution to maintain a good degree of reliability, while reducing component size, is to reduce the supply voltage of circuits. In parallel to performance constraints, environmental standards require consumption as small as possible. The challenge is then to build circuits combining low power supply (voltage and current) where the concept of circuits "Low Power". These circuits are used for some already in the field of multimedia, medical, integration with various constraints (possibility of external components, stability, etc..). The speed increase performance of digital circuits also requires the use of technologies that generate leaks increasingly important that are inconsistent with consumption reduction in standby modes without the introduction of new techniques.

Les recherches sur ce sujet se base sur la prise de conscience qu’il est possible de réaliser des équipements de très petite taille pouvant être exploité dans des différents domaines comme : l’habitat intelligent, surveillance et sécurité, les applications médicales, gestion d’une exploitation agricole, etc.Contrairement aux réseaux traditionnels qui se concentrent essentiellement à fournir une meilleure qualité de service (QoS), les RCSFs doivent, en plus, se préoccuper à conserver au mieux l’énergie dans le réseau.En effet, ils doivent adopter des techniques qui permettent aux utilisateurs de maximiser la durée de vie du réseau en entier, car chaque capteur est alimenté par une source d’énergie limitée et généralement irremplaçable.C’est pourquoi, il est important d’optimiser les performances de ce type de réseau en termes d’énergie à tous les niveaux de conception. Dans ce contexte, cette thèse est dédiée à l’étude des différentes techniques adoptées au niveau de la couche physique et MAC, plus particulièrement au processus de modulation et du codage des données puis aux techniques de relayage des informations. En effet, le choix de la modulation optimale et de la méthode de codage du canal appropriée est une tâche cruciale à la couche physique de cette classe de réseaux.Pour ce faire, nous avons présenté en premier temps les différents aspects caractérisant les réseaux de capteurs sans fil. Puis, les efforts engagés pour maximiser la conservation de l’énergie dans ces réseaux ont été résumés. En second lieu, nous nous sommes focalisés sur l’impact du choix du schéma de modulation et du codage canal dans les RCSFs, afin de trouver la consommation optimale permettant de préserver au mieux l’énergie du noeud capteur.Dans la dernière partie de notre étude, nous nous sommes intéressés à l’intégration de la coopération au niveau de la couche MAC afin de quantifier le gain apporté en termes de consommation d’énergie ainsi qu’en termes de stabilité des liens radio. / Wireless sensor networks (WSNs) are composed of sensor nodes generally powered by batteries, for which recharging or replacement is difficult. Since battery technology has not progressed as rapidly as semiconductor technology, energy efficiency has become increasingly important in WSN. On the other hand, data exchanged between nodes are vulnerable to corruption by errors induced by random noise, signal fading and other factors. Therefore, improving link reliability and reducing energy consumption are prime concerns in the design of wireless sensor networks. In this context, performing optimal modulation schemes with suitable channel coding process is a crucial task at the physical layer of this class of networks.The aim of this work is to study from a signal processing point of view different techniques used at the physical layer and MAC, in particular the modulation process, coding strategy and cooperative communication protocol dedicated to WSN.We investigate energy-constrained wireless sensor networks and we focus on the determination of the optimal system configuration that permits to improve the performance of this type of network. A comparative analysis of energy consumption referring to MSK modulation is presented in the chapter three. We show that the gain achieved with MSK modulation is very promising to obtain optimal energy network consumption. The final chapter is devoted to the cooperative relaying system. The aim of using such technique is to make better energy conservation in the network. Indeed, through Cooperative transmission with the help of relays provides a better performance gain compared to the direct transmission (DT).