Parmi les évolutions majeures de l'informatique, nous distinguons l'émergence des technologies mobiles sans fil. Le développement actuel de ces technologies permet de réaliser des communications ad-hoc directes entre de nombreux types d'entités mobiles, comme des véhicules, des robots terrestres ou des drones. Dans un réseau de tels équipements, l'ensemble des liens de communication qui existe à un instant donné dépend des distances entre les entités et la topologie du réseau change continuellement lorsque les entités se déplacent. Les hypothèses habituelles sur la connexité du réseau n'ont pas leur place ici, néanmoins, une autre forme de connexité appelée connexité temporelle est souvent disponible à travers le temps et l'espace. L'objectif de cette thèse a été de développer des algorithmes pour les flottes d'appareils dans le cas des réseaux tolérant aux délais (DTN). De manière simplifiée, les réseaux tolérants aux délais sont des réseaux pour lesquels certaines parties peuvent se retrouver isolées pendant un moment sans que cela pose problème. Nous nous intéressons, en particulier, au cas où ces appareils sont organisés sous la forme de groupes, et où la notion de groupe elle même survit à ces déconnexions transitoires. Ainsi, une grande partie de la thèse s'articule autour de la notion des groupes tolérant aux délais (groupe DTN). Dans notre cas cet éloignement est limité dans le temps et nous parlons alors de "diamètre temporel borné" au sein du groupe. Le fait de borner le diamètre temporel du groupe lui permet de distinguer entre l'éloignement temporaire d'un noeud et sa perte définitive (crash ou autre). / Among the major developments in computer science, we distinguish the emergence of mobile wireless technologies. The current development of these technologies allows for direct ad-hoc communications between many types of mobile entities, such as vehicles, land robots or drones. In a network of such devices, the set of communication links that exists at a given instant depends upon the distances between the entities. As a result, the topology of the network changes continuously as the entities move. The common assumption on connectivity may not be relevant in this case, but another kind of connectivity called temporal connectivity is often alvailable over time and space. The goal of this thesis has been the development of algorithms for fleets of mobile devices in the case of delay-tolerant networks. In a simpler way, the delay-tolerant networks are networks where some parts can be isolated during a certain time without problems. We are interested, in particular, in the case where the devices are organised as groups, and where the notion of group itself survives to these deconnections. Hence, a big part of this thesis relates to the notion of delay-tolerant groups (DTN groups). In our case, these deconnections are limited in time and we speak of a "bounded temporal diameter" within the group. The fact of limiting the temporal diameter of the group enables it to distinguish between temporary deconnections and final loss (crash or other) of some nodes.

Les incitations économiques et environnementales poussent dorénavant à intégrer des considérations énergétiques dès les premiers stades de développement des réseaux. Dans les réseaux sans fil multi-sauts, l'approche la plus courante consiste à répartir le trafic sur l'ensemble des nœuds afin de réduire équitablement la consommation énergétique de chacun, avec pour objectif la maximisation de la durée de vie du réseau. Or cette approche n'est pas optimale vis-à-vis de la consommation globale du réseau, le niveau d'activité d'un nœud n'ayant souvent que peu d'influence sur sa propre consommation. Nous montrons que la meilleure approche consiste à éteindre un maximum de nœuds. Parmi les travaux réalisés, nous avons développé une solution s'appuyant sur de la programmation linéaire en nombres entiers et des simulations de graphes et de réseaux. La solution proposée permet ainsi une agrégation de flux optimale, réduisant significativement le nombre de nœuds utilisés dans le réseau. Afin de la rendre applicable en pratique, une heuristique est détaillée permettant une mise en œuvre distribuée grâce à l'utilisation d'une métrique de routage. Ainsi, tout algorithme de plus court chemin peut nativement réaliser de l'agrégation de flux efficace. Il est important de souligner que la qualité de service en termes de débit est respectée. En effet, les interférences sont prises en compte et il est possible de profiter de la synergie offerte par l'utilisation conjointe de l'agrégation de flux et du codage réseau. Nos résultats améliorent significativement les méthodes d'économie d'énergie basées sur l'extinction des nœuds en leur permettant d'en éteindre davantage. / Economic and ecologic incentives are now leading people to design networks with energetic considerations at early stages of development. Most of the works for multi-hop wireless networks tend to spread the traffic uniformly over the network to reduce the energy consumption of each node individually. However, considering that the traffic of a node doesn't impact significantly its energy consumption, this approach is not optimal regarding the global energy consumption of the network. Finding a way to turnoff as much node as possible seems then to be a better way. This PhD thesis focus on routing a set of flows over a multi-hop wireless network while minimizing the number of used nodes. This is done by using a distributed metric that allows the shortest path routing algorithms to perform flow aggregation. Using integer linear programming and simulations, we proposed an efficient solution to aggregate flows to significantly reduce the number of nodes used in the network. It allows, then, to improve algorithms that reduce the energy consumption of networks by increasing the number of nodes that can be turned off.

La consommation des systèmes de communication pour l'IoT peut être réduite grâce à un nouveau paradigme de réception radio. La technique consiste à ajouter un récepteur supplémentaire à chaque noeud IoT, appelé Wake Up Radio (WU-RX). Le rôle du WU-RX est de surveiller le canal de communication et de réveiller le récepteur principal (aussi appelé récepteur de données) lors de la réception d'une demande de communication. Une analyse des implémentations des WU-RX existants montre que les systèmes de l'état de l'art sont suffisamment sensibles par rapport aux récepteurs de données classiques mais manquent de robustesse face aux brouilleurs. Pour améliorer cette caractéristique nous proposons un étage de filtrage accordable `a fréquence intermédiaire qui nous permet de scanner toute la bande FI en cherchant le canal utilisé pour la demande de réveil. Ce filtre a été implémenté en utilisant les principes du traitement numérique de données à temps continu et consiste en un CAN suivi par un processeur numérique à temps continu. Le principe de fonctionnement du CAN est basé sur les modulateurs delta, avec une boucle de retour améliorée qui lui permet la quantification des signaux de fréquence plus élevé pour une consommation énergétique plus faible. Par conséquent, il a une plage de fonctionnement entre 10MHz et 50MHz ; pour un SNDR entre 32dB et 42dB et une consommation de 24uW. Cela se traduit par une figure de mérite entre 3fJ/conv-step et 10fJ/conv-step, une des meilleures pour la gamme de fréquences sélectionnée. Le processeur numérique est constitué d'un filtre IIR suivi par un filtre FIR. L'atténuation hors bande apportée par le filtre IIR permet de réduire le taux d'activité vu par le filtre FIR qui, par conséquent, consomme moins d'énergie. Nous avons montré, en simulation, une réduction de la puissance consommée par le filtre FIR d'un facteur entre 2 et 3. Au total, les deux filtres atteignent plus que 40dB de réjection hors bande, avec une bande passante de 2MHz qui peut être délacée sur toute la bande passante du CAN. Dans un pire cas, le système proposé (CAN et processeur numérique) consomme moins de 100uW, cependant la configuration des signaux à l'entrée peut rendre cette consommation plus faible. / Wake-Up Receivers (WU-RX) have been recently proposed as candidates to reduce the communication power budget of wireless networks. Their role is to sense the environment and wake up the main receivers which then handle the bulk data transfer. Existing WU-RXs achieve very high sensitivities for power consumptions below 50uW but severely degrade their performance in the presence of out-of-band blockers. We attempt to tackle this problem by implementing an ultra low power, tunable, intermediate frequency filtering stage. Its specifications are derived from standard WU-RX architectures; it is shown that classic filtering techniques are either not tunable enough or demand a power consumption beyond the total WU-RX budget of 100uW. We thus turn to the use of Continuous Time Digital Signal Processing (CT-DSP) which offers the same level of programmability as standard DSP solutions while providing an excellent scalability of the power consumption with respect to the characteristics of the input signal. A CT-DSP chain can be divided into two parts: the CT-ADC and the CT-DSP itself; the specifications of these two blocks, given the context of this work, are also discussed. The CT-ADC is based on a novel, delta modulator-based architecture which achieves a very low power consumption; its maximum operation frequency was extended by the implementation of a very fast feedback loop. Moreover, the CT nature of the ADC means that it does not do any sampling in time, hence no anti-aliasing filter is required. The proposed ADC requires only 24uW to quantize signals in the [10MHz 50MHz] bandwidth for an SNR between 32dB and 42dB, resulting in a figure of merit of 3-10fJ/conv-step, among the best reported for the selected frequency range. Finally, we present the architecture of the CT-DSP which is divided into two parts: a CT-IIR and a CT-FIR. The CT-IIR is implemented by placing a standard CT-FIR in a feedback loop around the CT-ADC. If designed correctly, the feedback loop can now cancel out certain frequencies from the CT-ADC input (corresponding to those of out-of-band interferers) while boosting the power of the useful signal. The effective amplitude of the CT-ADC input is thus reduced, making it generate a smaller number of tokens, thereby reducing the power consumption of the subsequent CT-FIR by a proportional amount. The CT-DSP consumes around 100uW while achieving more than 40dB of out-of-band rejection; for a bandpass implementation, a 2MHz passband can be shifted over the entire ADC bandwidth.

Vu que la modulation multi-porteuses est largement utilisée dans les communications sans fil et la radio cognitive (CR pour “Cognitive Radio”) améliore l’utilisation des ressources radio et du spectre, nous nous concentrons sur les réseaux radio cognitifs (CR) pour faire progresser l’allocation des ressources, le routage, et l’ajustement de la puissance d’émission vers les récepteurs (synthèse de faisceaux ou beamforming) dans cette thèse. Nous étudions deux types de modulations multi-porteuses :Orthogonal Frequency-Division Multiplexing (OFDM) à base d’ondelettes (WOFDM pourWavelet OFDM) et OFDM dans sa forme classique ou traditionnelle (OFDM s’appuyant sur la transformation de Fourier pour partager les ressources). WOFDM adopte Wavelet Packet Modulation (WPM) pour obtenir des lobes secondaires beaucoup plus faibles dans la densité spectrale de puissance du signal transmis en comparaison à OFDM. WPM permet de surcroit à WOFDM de s’affranchir du Préfixe Cyclique (indispensable à OFDM) et d’exploiter l’égalisation pour combattre l’Interférence entre Symboles (ISI). Nous évaluons la performance de WOFDM sous différentes conditions du canal radio. Nous comparons la performance de WOFDM, qui s’appuie sur l’égalisation dans le domaine temporel, à celle de OFDM, qui requiert l’utilisation du Préfixe Cyclique et opère dans le domaine fréquentiel / In view of the wide usage of multicarrier modulation in wireless communications and the prominent contribution of Cognitive Radio (CR) to deal with critical shortage of spectrum resource, we focus on multicarrier based cognitive radio networks to investigate general resource allocation issues: subcarrier allocation, power allocation, routing, and beamforming in this thesis. We investigate two types of multicarrier modulation: Wavelet-based Orthogonal Frequency Division Multiplexing (WOFDM) and Fourier-based Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM). WOFDM adopts Wavelet Packet Modulation (WPM). Compared with fourier-based OFDM, wavelet-based OFDM achieves much lower side lobe in the transmitted signal. Wavelet-based OFDM excludes Cyclic Prefix (CP) which is used in fourier-based OFDM systems. Wavelet-based OFDM turns to exploit equalization to combat Inter-Symbol Interference (ISI). We evaluate the performance of WOFDM under different channel conditions. We compare the performance of wavelet-based OFDM using equalization in the time domain to that of fourier-based OFDM with CP and the equalization in the frequency domain

Même si les réseaux de données ont beaucoup évolué au cours des dernières décennies, les paquets sont presque toujours transmis d’un nœud à l’autre comme des blocs de données inaltérables. Cependant, ce paradigme fondamental est aujourd’hui remis en question par des techniques novatrices comme le codage réseau, qui promet des améliorations de performance et de fiabilité si les nœuds sont autorisés à mixer des paquets entre eux. Les réseaux sans fil manquent de fiabilité en raison des obstacles ou interférences que subissent les liens sans fil, et ces problèmes peuvent empirer dans des topologies maillées avec de multiples relais potentiels. Dans ce travail, nous nous concentrons sur l’application du codage réseau intra-flux aux flux unicast dans les réseaux sans fil, avec pour objectif d’améliorer la fiabilité des transferts de données et de discuter des opportunités de déploiement et des performances. Tout d’abord, nous proposons une borne inférieure pour la redondance, puis un algorithme opportuniste distribué, pour adapter le codage aux conditions du réseau et permettre la livraison fiable des données dans un réseau sans fil maillé, tout en prenant en compte les besoins de l’application. En outre, puisque les opérations requises pour le codage réseau sont coûteuses en termes de calcul et de mémoire, nous étendons cet algorithme pour s’adapter aux contraintes physiques de chaque nœud. Ensuite, nous étudions les interactions du codage intra-flux avec TCP et son extension MPTCP. Le codage réseau peut en effet améliorer les performances de TCP, qui ont tendance à être plus faibles sur les liens sans fil, moins fiables. Nous observons l’impact des problèmes d’équité qui se posent quand des flux codés fonctionnent en parallèle avec des flux traditionnels non codés. Pour finir, nous explorons deux manières différentes d’améliorer les performances de MPTCP dans les environnements sans fil : le faire fonctionner sur du codage réseau, et implémenter directement le codage directement dans le protocole MPTCP tout en préservant sa compatibilité avec TCP / Even if packet networks have significantly evolved in the last decades, packets are still transmitted from one hop to the next as unalterable pieces of data. Yet this fundamental paradigm has recently been challenged by new techniques like network coding, which promises network performance and reliability enhancements provided nodes can mix packets together. Wireless networks rely on various network technologies such as WiFi and LTE. They can however be unreliable due to obstacles, interferences, and these issues are worsened in wireless mesh network topologies with potential network relays. In this work, we focus on the application of intra-flow network coding to unicast flows in wireless networks. The main objective is to enhance reliability of data transfers over wireless links, and discuss deployment opportunities and performance. First, we propose a redundancy lower bound and a distributed opportunistic algorithm, to adapt coding to network conditions and allow reliable data delivery in a wireless mesh. We believe that application requirements have also to be taken into account. Since network coding operations introduce a non negligible cost in terms of processing and memory resources, we extend the algorithm to consider the physical constraints of each node. Then, we study the interactions of intra-flow coding with TCP and its extension MPTCP. Network coding can indeed enhance the performances of TCP, which tends to perform poorly over lossy wireless links. We investigate the pratical impact of fairness issues created when running coded TCP flows besides legacy non-coded TCP flows. Finally, we explore two different ways to enhance the performance of MPCTP in wireless environments : running it over network coding, and implementing the coding process directly in MPTCP while keeping it fully TCP-compatible.