Avec les avancées récentes en microélectronique, en traitement numérique et en technologie de communication, les noeuds de réseau de capteurs sans fil (noeud RCSF) deviennent de moins en moins encombrants et coûteux. De ce fait la technologie de RCSF est utilisée dans de larges domaines d’application. Comme les noeuds RCSF sont limités en taille et en coût, ils sont en général équipés d’un petit microcontrôleur de faible puissance de calcul et de mémoire etc. De plus ils sont alimentés par une batterie donc son énergie disponible est limitée. A cause de ces contraintes, la plateforme logicielle d’un RCSF doit consommer peu de mémoire, d’énergie, et doit être efficace en calcul. Toutes ces contraintes rendent les développements de logiciels dédiés au RCSF très compliqués. Aujourd’hui le développement d’un système d’exploitation dédié à la technologie RCSF est un sujet important. En effet avec un système d’exploitation efficient, les ressources matérielles d’une plateforme RCSF peuvent être utilisées efficacement. De plus, un ensemble de services système disponibles permet de simplifier le développement d’une application. Actuellement beaucoup de travaux de recherche ont été menés pour développer des systèmes d’exploitation pour le RCSF tels que TinyOS, Contiki, SOS, openWSN, mantisOS et simpleRTJ. Cependant plusieurs défis restent à relever dans le domaine de système d’exploitation pour le RCSF. Le premier des défis est le développement d’un système d’exploitation temps réel à faible empreinte mémoire dédié au RCSF. Le second défi est de développer un mécanisme permettant d’utiliser efficacement la mémoire et l’énergie disponible d’un RCSF. De plus, comment fournir un développement d’application pour le RCSF reste une question ouverte. Dans cette thèse, un nouveau système d’exploitation hybride, temps réel à énergie efficiente et à faible empreinte mémoire nommé MIROS dédié au RCSF a été développé. Dans MIROS, un ordonnanceur hybride a été adopté ; les deux ordonnanceurs évènementiel et multithread ont été implémentés. Avec cet ordonnanceur hybride, le nombre de threads de MIROS peut être diminué d’une façon importante. En conséquence, les avantages d’un système d’exploitation évènementiel qui consomme peu de ressource mémoire et la performance temps réel d’un système d’exploitation multithread ont été obtenues. De plus, l’allocation dynamique de la mémoire a été aussi réalisée dans MIROS. La technique d’allocation mémoire de MIROS permet l’augmentation de la zone mémoire allouée et le réassemblage des fragments de mémoire. De ce fait, l’allocation de mémoire de MIROS devient plus flexible et la ressource mémoire d’un noeud RCSF peut être utilisée efficacement. Comme l’énergie d’un noeud RCSF est une ressource à forte contrainte, le mécanisme de conservation d’énergie a été implanté dans MIROS. Contrairement aux autres systèmes d’exploitation pour RCSF où la conservation d’énergie a été prise en compte seulement en logiciel, dans MIROS la conservation d’énergie a été prise en compte à la fois en logiciel et en matériel. Enfin, pour fournir un environnement de développement convivial aux utilisateurs, un nouveau intergiciel nommé EMIDE a été développé et intégré dans MIROS. EMIDE permet le découplage d’une application de système. Donc le programme d’application est plus simple et la reprogrammation à distance est plus performante, car seulement les codes de l’application seront reprogrammés. Les évaluations de performance de MIROS montrent que MIROS est un système temps réel à faible empreinte mémoire et efficace pour son exécution. De ce fait, MIROS peut être utilisé dans plusieurs plateformes telles que BTnode, IMote, SenseNode, TelosB et T-Mote Sky. Enfin, MIROS peut être utilisé pour les plateformes RCSF à fortes contraintes de ressources. / With the recent advances in microelectronic, computing and communication technologies, wireless sensor network (WSN) nodes have become physically smaller and more inexpensive. As a result, WSN technology has become increasingly popular in widespread application domains. Since WSN nodes are minimized in physical size and cost, they are mostly restricted to platform resources such as processor computation ability, memory resources and energy supply. The constrained platform resources and diverse application requirements make software development on the WSN platform complicated. On the one hand, the software running on the WSN platform should be small in the memory footprint, low in energy consumption and high in execution efficiency. On the other hand, the diverse application development requirements, such as the real-time guarantee and the high reprogramming performance, should be met by the WSN software. The operating system (OS) technology is significant for the WSN proliferation. An outstanding WSN OS can not only utilize the constrained WSN platform resources efficiently, but also serve the WSN applications soundly. Currently, a set of WSN OSes have been developed, such as the TinyOS, the Contiki, the SOS, the openWSN and the mantisOS. However, many OS development challenges still exist, such as the development of a WSN OS which is high in real-time performance yet low in memory footprint; the improvement of the utilization efficiency to the memory and energy resources on the WSN platforms, and the providing of a user-friendly application development environment to the WSN users. In this thesis, a new hybrid, real-time, energy-efficient, memory-efficient, fault-tolerant and user-friendly WSN OS MIROS is developed. MIROS uses the hybrid scheduling to combine the advantages of the event-driven system's low memory consumption and the multithreaded system's high real-time performance. By so doing, the real-time scheduling can be achieved on the severely resource-constrained WSN platforms. In addition to the hybrid scheduling, the dynamic memory allocators are also realized in MIROS. Differing from the other dynamic allocation approaches, the memory heap in MIROS can be extended and the memory fragments in the MIROS can be defragmented. As a result, MIROS allocators become flexible and the memory resources can be utilized more efficiently. Besides the above mechanisms, the energy conservation mechanism is also implemented in MIROS. Different from most other WSN OSes in which the energy resource is conserved only from the software aspect, the energy conservation in MIROS is achieved from both the software aspect and the multi-core hardware aspect. With this conservation mechanism, the energy cost reduced significantly, and the lifetime of the WSN nodes prolonged. Furthermore, MIROS implements the new middleware software EMIDE in order to provide a user-friendly application development environment to the WSN users. With EMIDE, the WSN application space can be decoupled from the low-level system space. Consequently, the application programming can be simplified as the users only need to focus on the application space. Moreover, the application reprogramming performance can be improved as only the application image other than the monolithic image needs to be updated during the reprogramming process. The performance evaluation works to the MIROS prove that MIROS is a real-time OS which has small memory footprint, low energy cost and high execution efficiency. Thus, it is suitable to be used on many WSN platforms including the BTnode, IMote, SenseNode, TelosB, T-Mote Sky, etc. The performance evaluation to EMIDE proves that EMIDE has less memory cost and low energy consumption. Moreover, it supports small-size application code. Therefore, it can be used on the high resource-constrained WSN platforms to provide a user-friendly development environment to the WSN users.

Au cours des dernières années, différents travaux de recherche ont été consacrés à l’étude et au développement des solutions de type réseau de capteurs sans fil. Ces travaux sont une réponse à l’augmentation du nombre d’objets connectés dans le monde avec le développement de l’internet des objets. La consommation d’énergie dans les réseaux de capteurs représente un des domaines les plus étudiés. Les communications dans les réseaux de capteurs représentent une part importante de leur consommation. Afin de réduire la consommation des communications dans les réseaux de capteurs, différents niveaux d’optimisation sont possibles. Dans ce contexte, différents travaux de recherches visant à réduire la consommation des émetteurs-récepteurs, grâce à des architectures innovantes, ont été menés à l’IM2NP. Beaucoup de ces travaux ont été consacrés aux radios impulsionnelles Ultra-Large Bande (ULB). En outre, les protocoles d’accès aux canaux de communications dans les réseaux de capteurs sont également importants quant à l’optimisation de leurs consommations. Les travaux de recherches proposés dans ce manuscrit, basés sur les travaux sur les radios impulsionnelles ULB réalisés au sein de l’IM2NP, proposent une optimisation de la consommation des réseaux de capteurs sur deux niveaux. Tout d’abord, un protocole asynchrone à base de radio de réveil d’accès au canal de communication adapté aux communications ULB est proposé ainsi que son étude énergétique. Suite à l'étude du protocole asynchrone proposé, la conception d’un récepteur de réveil semi-passif et d’un générateur d’impulsion ULB sous-GHz est abordée, et leurs performances en termes d’efficacité énergétique discutées. / In recent years, research has been devoted to the study and development of Wireless Sensor Network (WSN). These research are a response to the increase of the connected objet number in the world with development of smartphones and Internet of things (IoT). Energy consumption in sensor networks is one of the most studied areas. In fact, the optimization of the consumption of the elements making up the sensor networks allows a reduction in the costs associated with their installation, operation and maintenance. Communications in sensor networks represent an important part of their power consumption. In order to reduce the consumption of communications in sensor networks, different levels of optimization are possible. In this context, various IM2NP research projects aimed at reducing transceiver consumption through innovative design were carried out. Much of this work has been devoted to Impulsionnal Radio Ultra-Wide Band (IR-UWB). Moreover, MAC protocols used to manage the communication channel access in wireless sensor networks are also important in optimizing their consumption. The research work proposed in this manuscript, based on the work on impulse radios UWB carried out within the IM2NP, propose an optimization of the consumption of sensor networks on two levels. Firstly, an asynchronous MAC protocol based on radio wake-up radio suitable for UWB communications is proposed as well as its energy study. Following the study of the proposed asynchronous protocol, the design of a low power semi-passive wake-up receiver (WuRx) and a UWB sub-GHz impulse generator is presented and their performance in terms of energy efficiency discussed.

La dernière décennie a montré un intérêt croissant pour les bâtiments intelligents. Les bâtiments traditionnels sont les principaux consommateurs d’une partie importante des ressources énergétiques, d'où le besoin de bâtiments intelligents a alors émergé. Ces nouveaux bâtiments doivent être conçus selon des normes de construction durables pour consommer moins. Ces bâtiments intelligents sont devenus l’un des principaux domaines d’application des environnements pervasifs. En effet, une infrastructure basique de construction de bâtiment intelligent se compose notamment d’un ensemble de capteurs sans fil. Les capteurs basiques permettent l’acquisition, la transmission et la réception de données. La consommation d’énergie élevée de l’ensemble de ces appareils est un des problèmes les plus difficiles et fait donc l’objet d’études dans ce domaine de la recherche. Les capteurs sont autonomes en termes d’énergie. Etant donné que la consommation d’énergie a un fort impact sur la durée de vie du service, il existe plusieurs approches dans la littérature. Cependant, les approches existantes sont souvent adaptées à une seule application de surveillance et reposent sur des configurations statiques pour les capteurs. Dans cette thèse, nous contribuons à la définition d’une architecture de surveillance déclaratif durable par l’optimisation énergétique des interactions entre requêtes applicative orientées service et réseau de capteurs sans fil. Nous avons choisi le bâtiment intelligent comme cas d’application et nous étudions donc un système de surveillance d’un bâtiment intelligent. Du point de vue logiciel, un système de surveillance peut être défini comme un ensemble d’applications qui exploitent les mesures des capteurs en temps réel. Ces applications sont exprimées dans un langage déclaratif sous la forme de requêtes continues sur les flux de données des capteurs. Par conséquent, un système de multi-applications nécessite la gestion de plusieurs demandes de flux de données suivant différentes fréquences d’acq/tx de données pour le même capteur sans fil, avec des exigences dynamiques requises par les applications. Comme une configuration statique ne peut pas optimiser la consommation d’énergie du système, nous proposons une approche intitulée Smart-Service Stream-oriented Sensor Management (3SoSM) afin d’optimiser les interactions entre les exigences des applications et l’environnement des capteurs sans fil, en temps réel. 3SoSM offre une configuration dynamique des capteurs pour réduire la consommation d’énergie tout en satisfaisant les exigences des applications en temps réel. Nous avons conduit un ensemble d’expérimentations effectuées avec un simulateur de réseau de capteurs sans fil qui ont permis de valider notre approche quant à l’optimisation de la consommation d’énergie des capteurs, et donc l’augmentation de la durée de vie de ces capteurs, en réduisant notamment les communications non nécessaires. / Recent researches and analysis reports declare that high energy consumption of buildings is major problem in developed countries. As a result, they show concretely that building energy management systems (BEMS) and deployed wireless sensor network environments are important for energy efficiency of building operations. In the literature, existing smart building management systems focus on energy consumption of the building, hardware deployed inside/outside of the building and network communication issues. They adopt static configurations for wireless sensor devices and proposed models are fitted to a single application. In this study, we propose a sustainable declarative monitoring architecture that focus on the energy optimisation of interactions between application service oriented queries and wireless sensor devices. We consider the monitoring system as a set of applications that exploit sensor measures in real time such as HVAC automation and control systems, real time supervision, security. These applications can be configured dynamically by the users or by the supervisor. In our approach, we take a data point of view: applications are declaratively expressed as a set of continuous queries on the sensor data stream. To achieve our objective of energy aware optimization of the monitoring architecture, we formalize sensor device configuration and fit data acquisition and data transmission to actual applications requirements. We present a complete monitoring architecture and an algorithm that handles dynamic sensor configuration. We introduce a platform that covers physical and also simulated wireless sensor devices.

Le Contrôle-Santé Intégré (CSI) réduit les besoins d’inspections humaines grâce à une surveillance automatisée, réduit les coûts de maintenance grâce à la détection précoce des anomalies avant qu’elles ne dégénèrent et améliore la sécurité ainsi que la fiabilité des services. L’objectif de cette thèse est de concevoir une plateforme de communication sans fil pour le CSI des structures ferroviaires. Le principe de contrôle repose sur la reconstruction des réponses impulsionnelles (fonctions de Green) par corrélation de bruit aléatoire se propageant dans le milieu. Durant ces travaux, nous avons éprouvé expérimentalement la relation entre les réponses actives expérimentales et une version post-traitée des fonctions de corrélation de bruit dans un contexte ferroviaire. Ainsi, nous avons démontré l’applicabilité des fonctions de corrélation pour la détection d’un défaut local sur un rail. Ensuite, nous avons réalisé une étude expérimentale comparative sur la caractérisation d’une transmission ZigBee en termes d’atténuation et de portée dans plusieurs environnements. Dans l’environnement ferroviaire sous test, nous avons démontré l’adéquation avec la portée d’une transmission ZigBee mono-saut (dans un rayon de 76m). Une solution de synchronisation des capteurs lors du prélèvement du signal basée sur la norme IEEE 802.15.4 a été proposée et validée par une campagne de mesures. Il a été démontré que cette approche offre une précision de l’ordre de quelques centaines de nanosecondes. Un prototype-plateforme de communication sans fil basé sur la technologie ZigBee/IEEE 802.15.4 a été mis en place et déployé sur un échantillon de rail. Cette solution a permis de valider les performances de cette plateforme, une fois les données récoltées par les transducteurs, ces informations sont transmises par un lien ZigBee vers une station de base où des algorithmes de détection leurs sont appliqués. / Structural Health Monitoring (SHM) reduces human inspection requirements through automated monitoring, reduces maintenance costs by early detection of defects before they escalate, and improves safety and reliability of services. The work presented in this thesis aims to design a wireless communication platform for railway structures health monitoring. The control principle is based on the reconstruction of impulse responses (Green’s functions) by correlation of random noise propagated in the medium. In this work, direct comparison between an active emission-reception response and the estimated noise correlation function has confirmed the validity of the equivalence relation between them. Thus, we have demonstrated the applicability of the correlation functions for local defect detection in a rail. Then, we conducted an experimental study on the characterization of a ZigBee transmission in terms of path loss and communication range in multiple environments. In the railway environment under test, we showed the adequacy with the range of a ZigBee single-hop transmission (within a radius of 76m). Furthermore, a flexible solution for sensors synchronization during the sampling process, based on IEEE 802.15.4 standard was proposed and validated by a measurement campaign. It has been demonstrated that this approach provides a precision of a few hundred nanoseconds. A wireless communication-platform prototype based on the ZigBee/IEEE 802.15.4 technology has been implemented and deployed on a rail sample. This solution enabled the validation of the platform performances, once the data collected by the transducers, the information is transmitted by a ZigBee link to a base station where detection algorithms are applied.

Les besoins de nouveaux services dans les rames ferroviaires ( le comptage, l’efficience énergétique, le confort et la sécurité des passagers etc.), risquent de saturer à terme les systèmes de communication filaires mis en place il y a une vingtaine d’années. Les réseaux de capteurs sans fil, par leurs avantages (déploiement facile, capacité à s’adapter à plusieurs types d’environnements, faible consommation d’énergie), ouvrent de nombreuses perspectives pour les systèmes de gestion énergétique. Le but de ce travail de thèse est d’étudier et mettre en oeuvre un réseau de capteurs sans fil à l’intérieur des trains pour l’efficience énergétique. Ainsi, quelques protocoles de communication dédiés à la gestion énergétique ont été présentés puis une étude comparative des différents réseaux de communication sans fil réalisée. Cette étude comparative a permis de faire le choix du réseau ZigBee comme étant le plus adéquat pour la plateforme. L’architecture hybride proposée permet l’utilisation du réseau IP existant comme colonne vertébrale de l’ensemble des réseaux ZigBee. Afin de tenir compte de l’effet de l’environnement ferroviaire dans la planification et le déploiement du réseau, une étude du canal de propagation, basée sur des mesures réalisées dans un métro et un wagon de RER a été menée. L’impact de la coexistence entre le ZigBee et le WiFi et de la présence humaine sur la communication du réseau sans fil a été démontré. Le prototype d’une plateforme basée sur le réseau ZigBee allant de la collecte des données à l’affichage des informations a été réalisé et testé. / The need of new services in railway trains (services for metering, energy efficiency, the comfort and safety of users etc.) may eventually saturate the wired communication systems installed since twenty years ago years. The several advantages of wireless sensor networks (easy deployment, ability to adapt on different environments and low energy consumption) offer many possibilities for energy management systems. The aim of this thesis is to study and implement a wireless network sensors inside trains for energy efficiency. Thus, some communication protocols dedicated to energy management were presented and then a comparative study of the various wireless communication networks carried out. This comparative study shows that the ZigBee network is the most suitable for the platform. The proposed hybrid architecture allows the use of the existing IP network as the backbone of all ZigBee networks. In order to take into account the effect of the railway environment in the planning and deployment of the network, a study of the propagation channel was carried out, based on measurements realized in a subway and a RER car. The impact of the coexistence between ZigBee and WiFi and of the human presence on wireless communication have been demonstrated. The prototype of a platform based on the ZigBee network, allows data collection, informations traitement and monitoring, was carried out.

Dans cette thèse, nous présenterons une architecture de communication multi-utilisateurs à base des réseaux de capteurs sans fil dans un environnement industriel fortement bruité. Deux modes de fonctionnement de cette architecture sont présentés ; un mode Many-To-One reliant plusieurs capteurs émetteurs à un seul récepteur et un mode One-To-Many reliant un émetteur à plusieurs capteurs récepteurs. La couche physique de ce système est basée sur une modulation par transformée par paquets d'ondelettes inverse (IDWPT) à l'émission et une transformée par paquets d'ondelette discrète (DWPT) en réception. Pour tester notre architecture, un modèle de canal industriel est proposé qui tient compte des phénomènes des multi-trajets et des évanouissements en plus du bruit additif. Ce dernier étant modélisé comme un bruit gaussien auquel s'additionne un bruit impulsionnel causant une dégradation significative des signaux. L'architecture est testée pour différentes configurations de communications sans fil et pour différentes formes d'ondelettes afin de proposer un mode de communication optimal. Aussi, une amélioration de la robustesse de notre système est effectuée en ajoutant un codage correcteur d'erreur du canal et un seuillage du bruit impulsionnel à la réception pour minimiser les effets du bruit industriel sur les signaux reçus. En utilisant un code correcteur d'erreur, la détection et reconstitution des signaux se fait sans erreur à partir d'un SNR de 8dB pour un taux de codage 1/4 pour une transmission sur à canal à évanouissement. Pour un récepteur optimal à base du seuillage du bruit, les performances en termes de taux d'erreur binaires sont améliorées de 10dB pour une transmission sur un canal à bruit industriel. Enfin, une comparaison de la robustesse de notre architecture impulsionnelle avec un système à base d'une modulation multi-porteuse classique OFDM est effectuée. Ceci nous amène à proposer un système de communication multi-utilisateurs robuste à base des réseaux de capteurs sans fil pour des communications en milieu industriel difficile. / In this thesis, we will present a multi-user communication architecture based on wireless sensor networks in a noisy industrial environment. Two modes of operation of this architecture are presented ; a Many-To-One mode linking several transmitter sensors to a single receiver and a One-To-Many mode linking a transmitter to several receiver sensors. The physical layer of this system is based on the inverse transform (IDWPT) at transmission and the discrete wavelet packet transform (DWPT) at reception. To test our architecture, an industrial channel model is proposed that takes into account the phenomena of multipath and fading in addition to additive noise. The latter being modelled as Gaussian noise to which is added an impulse noise causing significant signal degradation. The architecture is tested for different wireless communication configurations and wavelet shapes to provide an optimal communication mode. Also, an improvement in the robustness of our system is achieved by adding channel error correction coding and pulse noise thresholding at reception to minimize the effects of industrial noise on the received signals. Using an error-correcting code, the detection and reconstruction of signals is error-free from an SNR of 8dB for a coding rate of 1/4 for transmission on a fading channel. For an optimal receiver based on noise thresholding, the performance in terms of binary error rates is improved by 10dB for transmission over an industrial noise channel. Finally, a comparison of the robustness of our pulse architecture with a system based on a conventional OFDM multi-carrier modulation is carried out. This leads us to propose a robust multi-user communication system based on wireless sensor networks for communications in difficult industrial environments.

Les travaux de cette thèse s'inscrivent dans le cadre du développement des réseaux de capteurs sans fil pour le domaine aérospatial. Les applications concernées sont la mesure de température et des contraintes mécaniques sur les ailes d'avion en vol d'essai ainsi que sur la structure des satellites. Ces mesures sont effectuées en temps réel et sans perte de données. Nos travaux de recherches se focalisent sur le développement d'une architecture de communication sans fil qui permet de répondre aux besoins des ces applications en terme de faible coût, faible consommation et haut débit. Nous avons développé une architecture à conversion directe avec l'utilisation de deux voies différentielles I et Q. Cette architecture exploite la bande de fréquence UWB 6-8.5 GHz autorisée en Europe. Nous nous sommes concentrés en particulier sur la conception des mélangeurs de fréquence qui demandent une bande passante très importante en valeur relative (10-510 MHz) sur l'entrée de mélangeur rehausseur de fréquence et sur la sortie de mélangeur abaisseur de fréquence. La conception de l'amplificateur faible bruit est moins délicate car son besoin en bande passante relative est moins important. Une nouvelle topologie de mélangeur a été conçue pour répondre au besoin en largeur de bande. Nous avons pris soins à ce que le mélangeur d'émission ait une perte de conversion nulle pour attaquer directement l'antenne sans passer par un amplificateur de puissance et réduire la puissance de contrôle à -3d Bm pour diminuer la consommation de l'oscillateur contrôlé en tension (VCO). De cette manière, la chaine d'émission se réduit à deux mélangeurs I et Q basse consommation. Cette architecture d'émission laisse plus de marge en terme de consommation pour la conception de la chaine de réception. Les différents blocs RF ont été développés en technologie CMOS 130 nm, permettant d'atteindre de bonnes performances avec un coût minimum. Les mesures effectuées valident le fonctionnement des circuits développés.

Dans ce travail nous nous intéressons à la modélisation des couches MAC et PHY dans le cadre des réseaux sans fil à faible, portée. Il présente les techniques de modélisation utilisées pour l'intégration des couches MAC-PHYs (Medium Access Control and Physical layer) de type IR-UWB (Impulse Radio Ultra Wideband) d'une part, et des nouvelles techniques de transmission à 60GHz incluant le beamforming d'autre part, dans le simulateur GloMoSim/QualNet. La modélisation de IR-UWB est basée sur la prise en compte directe des collisions d'impulsions et de l'interférence multi-utilisateur au niveau de la couche PHY par l'introduction du concept de séquences de réception et la notion d'orthogonalité en réception. L'architecture de modélisation proposée est basée sur l'utilisation d'une matrice d'interférence, elle a été développée en deux étapes : une première modélisation basée sur des trains d'impulsions uniformément espacées et une deuxième modélisation plus complète prenant en compte l'utilisation des séquences de sauts aléatoires également appelés séquences de time hopping. L'évaluation de performances de cette partie est basée sur une application typique des réseaux de capteurs dans le cadre d'une application de détection d'intrusion sur une surface protégée. La modélisation à 60 GHz à pour but la prise en compte des nouvelles techniques d'amélioration du débit, notamment l'agrégation et le beamforming. La prise en compte du beamforming est basée sur la définition, des diagrammes de rayonnement des antennes ainsi que de l'interface MAC-PHY/Antenne. La modélisation des deux protocoles de beamforming définis dans le standard 802.15.3c est également effectuée. L'évaluation de performances de cette partie est basée sur un système de distribution de contenu multimédia.

Récepteurs récupérateurs d’énergie sans fil (WPR) détiennent un avenir prometteur pour la génération d'énergie électrique continue afin d’alimenter complètement ou partiellement les circuits compris dans les systèmes de communication sans fil. Applications importantes telles que l'identification par radiofréquence (RFID) et les réseaux de capteurs sans fils (WSN) fonctionnant aux bandes de fréquences UHF et SHF sont apparues, nécessitant un important effort sur la conception de WPRs d’haute efficacité pour étendre la distance de fonctionnement ou de la durée de vie de ces applications portables. Dans ce contexte, les redresseurs intégrés et les antennes sont d'un intérêt particulier, car ils sont responsables pour la tâche de conversion d'énergie. Ce travail de thèse vise à faire progresser l'étatde l'art à travers de la conception et réalisation de WPRs d’haute efficacité, dès l'antenne jusqu’au stockage de la puissance DC convertie, en explorant les défis d’interconnexion avec leur pleine intégration sur PCBs. / Wireless Powered Receivers (WPR) hold a promising future for generating a small amount ofelectrical DC energy to drive full or partial circuits in wirelessly communicating electronic devices.Important applications such as RFIDs and WSNs operating at UHF and SHF bands have emerged,requiring a significant effort on the design of high efficient WPRs to extend the operating range or thelifetime of these portable applications. In this context, integrated rectifiers and antennas are of aparticular interest, since they are responsible for the energy conversion task. This thesis work aims tofurther the state-of-the-art throughout the design and realization of high efficient WPRs from the antennaup to the storage of the converted DC power, exploring the interfacing challenges with their fullyintegration into PCBs.

Dans les maisons et bâtiments intelligents, il devient nécessaire de limiter l'intervention humaine sur le système énergétique, afin de fluctuer automatiquement l'énergie consommée par les appareils consommateurs. Pour cela, un système de mesure de la consommation électrique d'équipements est aussi nécessaire et peut être déployé de deux façons : intrusive ou non-intrusive. La première solution consiste à relever la consommation de chaque appareil, ce qui est inenvisageable à une grande échelle pour des raisons pratiques liées à l'entretien et aux coûts. Donc, la solution non-intrusive (NILM pour Non-Intrusive Load Monitoring), qui est capable d'identifier les différents appareils en se basant sur les signatures extraites d'une consommation globale, est plus prometteuse. Le problème le plus difficile des algorithmes NILM est comment discriminer les appareils qui ont la même caractéristique énergétique. Pour surmonter ce problème, dans cette thèse, nous proposons d'utiliser une information externe pour améliorer la performance des algorithmes existants. Les premières informations additionnelles proposées considèrent l'état précédent de chaque appareil comme la probabilité de transition d'état ou la distance de Hamming entre l'état courant et l'état précédent. Ces informations sont utilisées pour sélectionner l'ensemble le plus approprié des dispositifs actifs parmi toutes les combinaisons possibles. Nous résolvons ce problème de minimisation en norme l1 par un algorithme d'exploration exhaustive. Nous proposons également d'utiliser une autre information externe qui est la probabilité de fonctionnement de chaque appareil fournie par un réseau de capteurs sans fil (WSN pour Wireless Sensor Network) déployé dans le bâtiment. Ce système baptisé SmartSense, est différent de la solution intrusive car seul un sous-ensemble de tous les dispositifs est surveillé par les capteurs, ce qui rend le système moins intrusif. Trois approches sont appliquées dans le système SmartSense. La première approche applique une détection de changements de niveau sur le signal global de puissance consommé et les compare avec ceux existants pour identifier les dispositifs correspondants. La deuxième approche vise à résoudre le problème de minimisation en norme l1 avec les algorithmes heuristiques de composition Paréto-algébrique et de programmation dynamique. Les résultats de simulation montrent que la performance des algorithmes proposés augmente significativement avec la probabilité d'opération des dispositifs surveillés par le WSN. Comme il n'y a qu'un sous-ensemble de tous les appareils qui sont surveillés par les capteurs, ceux qui sont sélectionnés doivent satisfaire quelques critères tels qu'un taux d'utilisation élevé ou des confusions dans les signatures sélectionnées avec celles des autres. / In smart homes, human intervention in the energy system needs to be eliminated as much as possible and an energy management system is required to automatically fluctuate the power consumption of the electrical devices. To design such system, a load monitoring system is necessary to be deployed in two ways: intrusive or non-intrusive. The intrusive approach requires a high deployment cost and too much technical intervention in the power supply. Therefore, the Non-Intrusive Load Monitoring (NILM) approach, in which the operation of a device can be detected based on the features extracted from the aggregate power consumption, is more promising. The difficulty of any NILM algorithm is the ambiguity among the devices with the same power characteristics. To overcome this challenge, in this thesis, we propose to use an external information to improve the performance of the existing NILM algorithms. The first proposed additional features relate to the previous state of each device such as state transition probability or the Hamming distance between the current state and the previous state. They are used to select the most suitable set of operating devices among all possible combinations when solving the l1-norm minimization problem of NILM by a brute force algorithm. Besides, we also propose to use another external feature that is the operating probability of each device provided by an additional Wireless Sensor Network (WSN). Different from the intrusive load monitoring, in this so-called SmartSense system, only a subset of all devices is monitored by the sensors, which makes the system quite less intrusive. Two approaches are applied in the SmartSense system. The first approach applies an edge detector to detect the step-changes on the power signal and then compare with the existing library to identify the corresponding devices. Meanwhile, the second approach tries to solve the l1-norm minimization problem in NILM with a compositional Pareto-algebraic heuristic and dynamic programming algorithms. The simulation results show that the performance of the proposed algorithms is significantly improved with the operating probability of the monitored devices provided by the WSN. Because only part of the devices are monitored, the selected ones must satisfy some criteria including high using rate and more confusions on the selected patterns with the others.