La présente thèse s’intéresse aux communications descendantes, plus spécifiquement aux canaux de multidiffusion, pour lesquels un émetteur diffuse un message commun destiné à tous les utilisateurs d’un groupe. Pour que le débit ne soit pas limité par le plus faible utilisateur en terme de qualité de canal, différentes solutions reposant sur des techniques entrées multiples sorties multiples massives ou multi-débit ont été proposées dans la littérature. Cependant, si tous les utilisateurs souhaitaient obtenir le même niveau de qualité, le plus faible utilisateur établirait le débit et/ou nécessiterait une quantité de ressources démesurée, ce qui impacterait tout le groupe. Les études récentes portant sur les communications d’appareil à appareil ouvrent la voie à la coopération entre utilisateurs proches, ce qui pourrait bénéficier à tous les utilisateurs, en garantissant le même niveau de qualité tout en maintenant un faible coût en ressource et en énergie. C’est pour ces raisons que cette thèse s’intéresse aux canaux de multidiffusion avec coopération entre récepteurs. La théorie de l’information formalise l’étude de ces réseaux et fournit des bornes universelles portant sur le débit transmissible. Le schéma de coopération proposé se base sur une superposition appropriée d’opérations de compresse-relaie (CF) et décode-relaie (DF), et il est prouvé que ses performances surpasse celles des schémas de coopérations non-interactifs pour le scénario à deux récepteurs. Les propriétés de la coopération interactive émergent de l’asymétrie de construction du schéma de coopération, ce qui permet d’adapter l’ordre des CFs et DFs en fonction de la qualité du canal. L’idée derrière cette interaction, les intuitions concernant les points clés de la construction, et des résultats numériques sont donnés pour des réseaux de petites tailles. Des simulations au niveau du système illustrent le gain potentiel que la coopération entre récepteurs pourrait apporter pour des réseaux de plus grandes tailles. / The present thesis concentrates on downlink communications. In order to tackle one part of this challenging problem, we focus on the multicast channel in which one transmitter broadcasts a common message intended to a whole group of users. To ensure that the transmission rate is not limited by the weakest user in terms of channel quality, different solutions using massive multiple-input multiple-output or multirate strategies have been proposed in the literature. However, if all users wish to obtain the same content quality, the weakest user would set the rate and/or require a disproportionate amount of resource, and thus impact the whole group. With the recent study of device-to-device mechanisms, user cooperation in close proximity becomes possible and would benefit to all users by ensuring the same content quality while maintaining a low cost in terms of amount of resource and energy. Consequently, this thesis is centered around the multicast network with receiver cooperation. Information-theoretic tools formalize the study of the network considered and provide general bounds on the achievable transmission rate. The proposed cooperation scheme is based on an appropriate superposition of compress-forward (CF) and decode-forward (DF) operations, and provenly outperform non-interactive schemes in the two-receiver scenario. Properties of the interactive cooperation emerge from the asymmetric construction of the scheme which permits to adapt the order of CFs and DFs according to the channel condition. The core idea of the interaction, some insights on key construction points, and numerical results are given for small size networks. System level simulations illustrate the potential gain of receiver cooperation for larger networks.

Ce manuscrit est centré sur la conception, l'amélioration et l'évaluation des protocoles des couches RESEAU, MAC et PHY. En particulier, nous nous focalisons sur la conception de nouveaux protocoles distribués pour une utilisation optimale/améliorée des ressources radio disponibles. Par ailleurs, nous caractérisons les performances des réseaux ad hoc à accès aléatoire au canal en utilisant des paramètres de plusieurs couches avec aptitude de transfert d'information (data forwarding). La majeure partie de nos analyses se base sur le concept d'interaction entre les couches OSI (cross-layer). En effet, cette nouvelle et attractive approche est devenue en peu de temps omniprésente dans le domaine de recherche et développement et dans le domaine industriel. Les métriques de performances qui nous intéressent sont la stabilité des files d'attentes de transfert, le débit, le délai et la consommation d'énergie. Principalement, la compréhension de l'interaction entre les couches MAC/PHY et routage du standard IEEE 802.11e DCF/EDCF, d'une part, et l'interaction entre noeuds en terme d'interférences, d'autre part, constituent le coeur central de notre travail

Ce manuscrit est centré sur la conception, l'amélioration et l'évaluation des protocoles des couches RESEAU, MAC et PHY. En particulier, nous nous focalisons sur la conception de nouveaux protocoles distribués pour une utilisation optimale/améliorée des ressources radio disponibles. Par ailleurs, nous caractérisons les performances des réseaux ad hoc à accès aléatoire au canal en utilisant des paramètres de plusieurs couches avec aptitude de transfert d'information (data forwarding). La majeure partie de nos analyses se base sur le concept d'interaction entre les couches OSI (cross-layer). En effet, cette nouvelle et attractive approche est devenue en peu de temps omniprésente dans le domaine de recherche et développement et dans le domaine industriel. Les métriques de performances qui nous intéressent sont la stabilité des files d'attentes de transfert, le débit, le délai et la consommation d'énergie. Principalement, la compréhension de l'interaction entre les couches MAC/PHY et routage du standard IEEE 802.11e DCF/EDCF, d'une part, et l'interaction entre noeuds en terme d'interférences, d'autre part, constituent le coeur central de notre travail.

Les applications multimédias pour terminaux mobiles connaissent un succès grandissant. Cela oblige à développer de nouvelles méthodes plus efficaces de gestion des ressources des réseaux sans-fil du fait de leurs caractéristiques particulières : bande-passante limitée, état radio variable, interférences plus importantes, etc. Par ailleurs, les méthodes classiques de la gestion de ressources basées sur des paramètres techniques (perte/retard de paquets, gigue, etc.) ne parviennent pas à donner des évaluations précises de la qualité telle que perçue (encore appelée Qualité d'Expérience ou QdE) par l'utilisateur de ces applications. Cette thèse s'appuie sur une technique hybride nommée PSQA (Pseudo-Subjective Quality Assessment) d'évaluation pseudo-subjective en temps réel de la QdE pour proposer de nouvelles méthodes de gestion de ressources dans les réseaux multimédias sans-fil. Que ce soit du côté de l'opérateur réseau ou du côté de l'utilisateur, nous avons proposé des méthodes de contrôle d'accès et d'ordonnancement ainsi que des méthodes de sélection de réseaux d'accès dans le contexte des réseaux sans-fil hétérogènes utilisant différentes technologies (IEEE 802.11, UMTS, etc.). Les résultats obtenus encouragent l'utilisation du concept de QdE et ouvre la voie à un nouveau paradigme dans la gestion des ressources dans les réseaux multimédias sans-fil.

La complexité des architectures de communication avioniques ne cesse de croître avec l’augmentation du nombre des terminaux interconnectés et l’expansion de la quantité des données échangées. Afin de répondre aux besoins émergents en terme de bande passante, latence et modularité, l’architecture de communication avionique actuelle consiste à utiliser le réseau AFDX (Avionics Full DupleX Switched Ethernet) pour connecter les calculateurs et utiliser des bus d’entrée/sortie (par exemple le bus CAN (Controller Area Network)) pour connecter les capteurs et les actionneurs. Les réseaux ainsi formés sont connectés en utilisant des équipements d’interconnexion spécifiques, appelés RDC (Remote Data Concentrators) et standardisé sous la norme ARINC655. Les RDCs sont des passerelles de communication modulaires qui sont reparties dans l’avion afin de gérer l’hétérogénéité entre le réseau cœur AFDX et les bus d’entrée/sortie. Certes, les RDCs permettent d’améliorer la modularité du système avionique et de réduire le coût de sa maintenance; mais, ces équipements sont devenus un des défis majeurs durant la conception de l’architecture avionique afin de garantir les performances requises du système. Les implémentations existantes du RDC effectuent souvent une translation direct des trames et n’implémentent aucun mécanisme de gestion de ressources. Or, une utilisation efficace des ressources est un besoin important dans le contexte avionique afin de faciliter l’évolution du système et l’ajout de nouvelles fonctions. Ainsi, l’objectif de cette thèse est la conception et la validation d’un RDC optimisé implémentant des mécanismes de gestion des ressources afin d’améliorer les performances de l’architecture de communication avionique tout en respectant les contraintes temporelles du système. Afin d’atteindre cet objectif, un RDC pour les architectures réseaux de type CAN-AFDX est conçu, intégrant les fonctions suivantes: (i) groupement des trames appliqué aux flux montants, i.e., flux générés par les capteurs et destinés à l’AFDX, pour minimiser le coût des communication sur l’AFDX; (ii) la régulation des flux descendants, i.e., flux générés par des terminaux AFDX et destinés aux actionneurs, pour réduire les contentions sur le bus CAN. Par ailleurs, notre RDC permet de connecter plusieurs bus CAN à la fois tout en garantissant une isolation entre les flux. Par la suite, afin d’analyser l’impact de ce nouveau RDC sur les performances du système avionique, nous procédons à la modélisation de l’architecture CAN-AFDX, et particulièrement le RDC et ses nouvelles fonctions. Ensuite, nous introduisons une méthode d’analyse temporelle pour calculer des bornes maximales sur les délais de bout en bout et vérifier le respect des contraintes temps-réel. Plusieurs configurations du RDC peuvent répondre aux exigences du système avionique tout en offrant des économies de ressources. Nous procédons donc au paramétrage du RDC afin de minimiser la consommation de bande passante sur l’AFDX tout en respectant les contraintes temporelles. Ce problème d’optimisation est considéré comme NP-complet, et l’introduction des heuristiques adéquates s’est avérée nécessaire afin de trouver la meilleure configuration possible du RDC. Enfin, les performances de ce nouveau RDC sont validées à travers une architecture CAN-AFDX réaliste, avec plusieurs bus CAN et des centaines de flux échangés. Différents niveaux d’utilisation des bus CAN ont été considérés et les résultats obtenus ont montré l’efficacité de notre RDC à améliorer la gestion des ressources du système avionique tout en respectant les contraintes temporelles de communication. En particulier, notre RDC offre une réduction de la bande passante AFDX allant jusqu’à 40% en comparaison avec le RDC actuellement utilisé. / The aim of my thesis is to provide a resources-efficient gateway to connect Input/Output (I/O) CAN buses to a backbone network based on AFDX technology, in modern avionics communication architectures. Currently, the Remote Data Concentrator (RDC) is the main standard for gateways in avionics; and the existing implementations do not integrate any resource management mechanism. To handle these limitations, we design an enhanced CAN-AFDX RDC integrating new functions: (i) Frame Packing (FP) allowing to reduce communication overheads with reference to the currently used "1 to 1" frame conversion strategy; (ii) Hierarchical Traffic Shaping (HTS) to reduce contention on the CAN bus. Furthermore, our proposed RDC allows the connection of multiple I/O CAN buses to AFDX while guaranteeing isolation between different criticality levels, using a software partitioning mechanism. To analyze the performance guarantees offered by our proposed RDC, we considered two metrics: the end-to-end latency and the induced AFDX bandwidth consumption. Furthermore, an optimization process was proposed to achieve an optimal configuration of our proposed RDC, i.e., minimizing the bandwidth utilization while meeting the real-time constraints of communication. Finally, the capacity of our proposed RDC to meet the emerging avionics requirements has been validated through a realistic avionics case study.

Avec l’apparition des nouvelles technologies de communication, le nombre des systèmes embarqués avionique et automobile est en constante augmentation. La gestion des communications entre ces systèmes devient alors de plus en plus complexe à mettre en oeuvre dans un contexte où les contraintes temporelles et environnementales sont très fortes et où le taux d’échanges de messages en augmentation continuelle. L’utilisation optimale des réseaux pour acheminer les données tout en respectant les contraintes temporelles imposées est essentielle du point de vue de la sûreté de fonctionnement. Historiquement, pour répondre aux problématiques d’efficacité et de sûreté, les industriels ont développé une palette de réseaux embarqués dédiés à leurs applications cibles (CAN, LIN, . . . ). Ces réseaux présentaient des débits relativement faibles à un moment où un besoin croissant en bande passante se faisait ressentir. le choix d’utiliser le concept de composants dit ‘sur étagères’ (off the shelf COTS) permettait alors de pallier à ce nouveau besoin. Dans un souci de conservation des capacités des réseaux à garantir les contraintes temporelles imposées par les systèmes embarqués temps réel, les industriels ont dû adapter ce concept de composants sur étagères aux systèmes embarqués. L’intérêt de l’utilisation de ces composants est un gain non négligeable en bande passante et en poids pour des coûts de développements relativement faibles. L’introduction de ces composants nouveaux s’est faite de telle sorte que leur impact sur les standards préexistants et les systèmes connectés soit minimal. C’est ainsi que les réseaux dit ‘hétérogènes’ ont vu leur apparition. Ces réseaux constituent une hybridation entre les technologies embarquées historiques et les composants sur étagère. Ils consistent en des réseaux d’extrémité utilisant des technologies éprouvées (telles que le CAN) interconnectés via des passerelles à un réseau fédérateur (backbone) utilisant des composants sur étagères. Dès lors, le défi majeur à relever lors de l’utilisation d’un réseau fédérateur est de respecter les contraintes temporelles des applications sollicitant les différents réseaux. L’objectif est mis à mal sur les points d’interconnexion des réseaux hétérogènes (Passerelles). Ainsi l’approche principale utilisée pour le passage d’un réseau à un autre est l’encapsulation de trames. Pour atteindre l’optimalité de performance de cette technique plusieurs paramètres sont à prendre en compte tels que le nombre de trames à encapsuler, les ordonnancements utilisés, le coût en bande passante ainsi que l’impact sur les distributions de délais (gigue). Dans l’optique de préservation des performances des réseaux, l’objet de nos travaux porte sur l’étude, la comparaison et la proposition de techniques permettant l’interconnexion de réseaux hétérogènes temps réels à la fois pour des applications à faibles et à fortes contraintes temporelles. Après un état de l’art sur les réseaux temps réel, nous spécifions différentes techniques d’interconnexion de réseaux hétérogènes, puis, nous présentons une étude de cas basée sur une architecture réseau interconnectant différents bus CAN via un réseau fédérateur sans fil Wi-Fi. L’étude que nous avons menée montre, par le biais de différentes simulations, que cette architecture réseau est une bonne candidate pour la transmission de flux à contraintes temporelles faibles. Une architecture réseau interconnectant différents bus CAN via un réseau fédérateur Ethernet commuté est ensuite considérée dans une seconde étude de cas ciblant les applications à fortes contraintes temporelles. Dans un premier temps, nous prenons en compte le cas d’un réseau fédérateur Ethernet-PQSE et, dans un second temps, le cas d’Ethernet-AVB. Cette étude nous permet de montrer l’impact des différentes techniques d’interconnexion sur les délais des flux du réseau. / With the emergence of new communication technologies, the number of avionics and automotive embedded systems is constantly increasing. The management of communications between these systems becomes increasingly complex to implement in a context where temporal and environmental constraints are very strong and where messages exchange rate is continuously increasing. The optimal use of networks to transmit data while fulfilling the imposed temporal constraints is essential from a safety point of view. Historically, in order to address safety and efficiency issues, manufacturers have developed a range of embedded networks dedicated to their target applications (CAN, LIN, . . . ). These networks have relatively low bit rates at a point of time where a growing need for bandwidth was felt. To overcome this new need, the choice of using the concept of so-called ’off-theshelf’ components (COTS) has been made. In order to preserve the networks abilities to guarantee the temporal constraints imposed by the real time embedded systems, manufacturers had to adapt the concept of off-the-shelf components to embedded systems. The benefits of using these components is a non-negligible gain in bandwidth and weight for relatively low development costs. The introduction of these new components has been made in such a way that their impact on pre-existing standards and connected systems is minimal. thereby, so-called ’heterogeneous’ networks have emerged. These networks are a hybridization of historical embedded technologies and off-the-shelf components. They consist of stub networks using proven technologies (such as CAN) interconnected via gateways to a backbone network using off-the-shelf components. Thus, the major challenge while using a heterogeneous network is to respect the temporal constraints of the applications requesting the different parts of the networks. This objective can be damaged at the interconnection points of the heterogeneous networks (Gateways). The main used approach to pass frames from one network to another is the encapsulation. To achieve the optimum performances of this technique, several parameters have to be considered such as the number of frames encapsulated, the used scheduling policy, the bandwidth cost as well as the impact on delay distributions (jitter). In order to preserve networks performances, the aim of our work is to study, compare and propose techniques ennabling the interconnection of real-time heterogeneous networks for application with both soft and hard temporal constraints. After a state of the art on real-time networks, we have specified different techniques for the interconnection of heterogeneous networks, then we have presented a case study based on a network architecture interconnecting different CAN buses via a wireless backbone network (Wi-Fi ). The study we conducted shows, through various simulations, that this network architecture is a good contender for the transmission of flows with soft temporal constraints. A network architecture interconnecting different CAN busses via a switched Ethernet backbone is considered in a second case study targeting applications with hard temporal constraints. Two different Ethernet backbone networks are taken into account. We studied first, the case of a switched Ethernet-PQSE backbone network. Then the case of a switched Ethernet-AVB backbone is considered. This study enabled us to highlight the impact of the different used interconnection techniques on network flows delays.

Ce manuscrit est centré sur la conception, l'amélioration et l'évaluation des protocoles des couches RESEAU, MAC et PHY. En particulier, nous nous focalisons sur la conception de nouveaux protocoles distribués pour une utilisation optimale/améliorée des ressources radio disponibles. Par ailleurs, nous caractérisons les performances des réseaux ad hoc à accès aléatoire au canal en utilisant des paramètres de plusieurs couches avec aptitude de transfert d'information (data forwarding). La majeure partie de nos analyses se base sur le concept d'interaction entre les couches OSI (cross-layer). En effet, cette nouvelle et attractive approche est devenue en peu de temps omniprésente dans le domaine de recherche et développement et dans le domaine industriel. Les métriques de performances qui nous intéressent sont la stabilité des files d'attentes de transfert, le débit, le délai et la consommation d'énergie. Principalement, la compréhension de l'interaction entre les couches MAC/PHY et routage du standard IEEE 802.11e DCF/EDCF, d'une part, et l'interaction entre noeuds en terme d'interférences, d'autre part, constituent le coeur central de notre travail / The present dissertation deals with the problem of under-utilization of collision channels and other related problems in wireless networks. It deals with the design of random access protocols for wireless systems and provides a mathematical framework for performance evaluation of multihop based heterogeneous wireless networks. This thesis is divided into three parts. In the first part, we propose new versions of slotted aloha incorporating power control, priority and hierarchy. Our simulations were important to understand the behaviour of such a system and the real impact of involved parameters (transmit power, transmit rate, arrival rate, hierarchy order). Both team problem (common objective function is maximized) and game problem (each user maximizes its own objective) were discussed. Introducing hierarchy seems to provide many promising improvement without/or with a low amount of external information. We also proposed two distributed algorithms to learn the desired throughput. Next, we developed in the second part an analytical Framework to evaluate performances of multihop based heterogeneous Wireless networks. We built a cross-layer model and derived expression of stability, end-to-end throughput and end-to-end delay. Furthermore, we provided an accurate approximation for the distribution of end-to-end delay in multihop ad hoc networks (operating with slotted aloha protocol). As a direct application, we highlighted how streaming and conversational flows could be supported in this class of ubiquitous networks. The third part of this thesis is devoted to understanding and modelling of IEEE 802.11e DCF/EDCF-operated multihop ad hoc networks. We indeed built a complete and simple APPLICATION/NETWORK/MAC/PHY cross-layered model with finite retries per packet per flow. We analyzed the stability of forwarding queues and derived expression of end-to-end throughput. We finally proposed a Fountain code-based MAC layer to improve the throughput/fairness over the network

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L’évolution des technologies réseaux sans fil, des terminaux mobiles ainsi que des contenus et des services créent des environnements hétérogènes de plus en plus complexes. Dans ce contexte, un compromis entre la mobilité, la transparence et la performance apparaît. Des utilisateurs mobiles, ayant différents profils et préférences, voudraient être toujours connectés au meilleur réseau à tout moment, sans avoir à se soucier des différentes transitions entre réseaux hétérogènes. Face à cette complexité, il parait nécessaire de proposer de nouvelles approches afin de rendre ces systèmes plus autonomes et de rendre les décisions de handover vertical plus efficaces. Cette thèse se concentre sur la gestion de mobilité verticale, plus précisément sur la prise de décision de handover vertical dans un environnement de réseaux hétérogènes sans fil. Après l’identification des différents paramètres de prise de décision et l’analyse de l’état de l’art relié à la gestion de la mobilité verticale, nous avons proposé un système de réputation qui permet de réduire les délais de prise de décision. La réputation d’un réseau est introduite comme une nouvelle métrique de prise de décision qui peut être recueillie à partir des expériences précédentes des utilisateurs sur ce réseau. Nous montrons que la réputation est une métrique efficace qui permet l’anticipation du handover et accélère la prise de décision. Bien que l’objectif principal soit de garantir la meilleure qualité de service et l’utilisation optimale des ressources radios, les aspects économiques doivent également être considérés, y compris la minimisation des coûts pour les utilisateurs et la maximisation des revenus pour les fournisseurs de services ou les opérateurs. Nous proposons alors, dans la deuxième partie de la thèse, un mécanisme de prise de décision basé sur la théorie des jeux. Ce dernier permet la maximisation des utilités des réseaux et des utilisateurs. Dans cette solution, chaque réseau disponible joue un jeu de Stackelberg avec un ensemble d’utilisateurs, tandis que les utilisateurs jouent un jeu de Nash entre eux pour partager les ressources radios limitées. Un point d’équilibre de Nash, qui maximise l’utilité de l’utilisateur et les revenus des fournisseurs de services, est trouvé et utilisé pour le contrôle d’admission et la prise de décision de handover vertical. Dans la troisième partie de cette thèse, nous proposons et discutons deux différentes solutions architecturales sur lesquelles nos mécanismes de prise de décision proposés peuvent être intégrés. La première architecture proposée est basée sur la norme IEEE 802.21 à laquelle nous proposons certaines extensions. La seconde architecture proposée est basée sur un niveau de contrôle composé de deux couches de virtualisation. La virtualisation est assurée via des agents capables de faire un raisonnement et de prendre des décisions pour le compte d’entités physiques qu’ils représentent au sein du système. Cette architecture permet une plus grande flexibilité / Mobility management over heterogeneous wireless networks is becoming a major interest area as new technologies and services continue to proliferate within the wireless networking market. In this context, seamless mobility is considered to be crucial for ubiquitous computing. Service providers aim to increase the revenue and to improve users’ satisfaction. However there are still many technical and architectural challenges to overcome before achieving the required interoperability and coexistence of heterogeneous wireless access networks. Indeed, the context of wireless networks is offering multiple and heterogeneous technologies (e.g. 2G to 4G, WiFi, Wimax, TETRA,...). On the one hand, this rich environment allows users to take profit from different capacities and coverage characteristics. Indeed, this diversity can provide users with high flexibility and allow them to seamlessly connect at any time and any where to the access technology that best fits their requirements. Additionally, cooperation between these different technologies can provide higher efficiency in the usage of the scarce wireless resources offering more economic systems for network providers. On the other hand, the heterogeneity of technologies and architectures and the multiplication of networks and service providers creates a complex environment where cooperation becomes challenging at different levels including and not limited to mobility management, radio resource provisioning, Quality of Service and security guarantees. This thesis is focusing on mobility management and mainly on decision making for Vertical handover within heterogeneous wireless network environments. After the analysis of the related state of the art, we first propose a reputation based approach that allows fast vertical handover decision making. A decision making scheme is then built on that approach. Network’s reputation, is a new metric that can be gathered from previous users’ experiences in the networks. We show that it is an efficient construct to speed up the vertical handover decision making thanks to anticipation functionalities. While the main objective remains guaranteeing the best Quality of Service and optimal radio resource utilization, economical aspects have also to be considered including cost minimization for users and revenue maximization for network providers. For this aim, we propose, in the second part of the thesis, a game theoretic based scheme that allows maximizing benefits for both networks and users. In this solution, each available network plays a Stackelberg game with a finite set of users, while users are playing a Nash game among themselves to share the limited radio resources. A Nash equilibrium point, that maximizes the user’s utility and the service provider revenue, is found and used for admission control and vertical handover decision making. The analyses of the optimal bandwidth/prices and the revenue at the equilibrium point show that there are some possible policies to use according to user’s requirements in terms of QoS and to network capacities. For instance, we pointed out that networks having same capacities and different reputation values should charge users with different prices which makes reputation management very important to attract users and maximize networks’ revenue. In the third part of this thesis, we provide and discuss two different architectural and implementation solutions on which our proposed vertical handover decision mechanisms can be integrated. The first proposed architecture is a centralized one. It is based on the IEEE 802.21 standard to which some extensions are proposed. The second proposed architecture is distributed. It is based on an overlay control level composed of two virtualization layers able to make reasoning on behalf of physical entities within the system. This architecture allows higher flexibility especially for loosely coupled interconnected networks

L'un des challenges le plus important pour les opérateurs des réseaux mobiles est de dimensionner le réseau de la manière la plus efficace possible, c'est-à-dire, bien planifier les ressources pour fournir une bonne couverture et une meilleure capacité. Afin de mieux gérer le trafic généré dans le réseau, les opérateurs déploient des petites cellules pour aider les macro-cellules à délester les zones de la cellule où le trafic de données est significativement supérieur au trafic moyen dans la cellule. Cependant, le problème majeur de ces réseaux hétérogènes consiste à bien localiser ces hotspots et puis de mettre en place la meilleure solution pour les absorber. Dans cette thèse, on traite le sujet de localisation de hotspot et on étudie l'impact de son imperfection sur les performances des déploiements des réseaux hétérogènes. Dans une première étape, on propose une nouvelle méthode de localisation de hotspot. Puis, on propose d'évaluer l'impact d'une mauvaise localisation de trafic sur le déploiement des petites cellules à travers une analyse de performances au niveau statique et dynamique. Sachant qu'une grande quantité de trafic de données dans le réseau mobile est générée par des utilisateurs qui sont en mouvement, on propose d'évaluer les performances des petites cellules mobiles. Enfin, la quatrième étape consiste à améliorer encore la solution de déploiement de petites cellules en utilisant les drones. On propose un mécanisme de décongestion du réseau et on discute les avantages et les points à explorer. Une analyse de performance est aussi réalisée pour comparer cette solution avec les solutions classiques de macro cellules et de petites cellules / The continuous increasing traffic in cellular networks has forced the mobile operators to look for efficient and viable options to manage their networks so as to ensure more efficiency over the network life cycle while also evolving with the implementation of new technologies. Traffic hotspot localization can help operators to identify the areas where deploying small cells can reduce the congestion. We firstly propose and assess a new traffic hotspot localization method based on the projection of O&M KPIs on the coverage map. Compared to probing methods, the computational costs and the equipment expenditures are reduced. Moreover, the localization accuracy is improved. Next, in order to evaluate the impact of the limited accuracy of traffic localization tools on small cell deployment, we study the performances of three different scenarios. The first one considers a network of macrocells only and represents a benchmark to decide about the usefulness of small cells. The second one is based on a network of macrocells with a perfectly deployed small cell allowing to identify the limitations of small cell deployment and the last one is with an imperfectly deployed small cell. Realizing that a significant amount of cellular demand is generated on the go and suffers deteriorating quality, we investigate the potential performance gains of using moving small cells. The major outcome is to understand if moving cells leverage the relative operators' investments. Finally, we propose a new mobile data offloading mechanism which capitalizes on drone small cells to alleviate the data traffic load. We realize a performance evaluation and comparison with classic small cell deployment