La programmation bi-niveau désigne une classe de problèmes d'optimisation emboîtés impliquant deux joueurs.Un joueur meneur annonce une décision à un joueur suiveur qui détermine sa réponse parmi l'ensemble des solutions d'un problème d'optimisation dont les données dépendent de la décision du meneur (problème de niveau bas).La décision optimale du meneur est la solution d'un autre problème d'optimisation dont les données dépendent de la réponse du suiveur (problème de niveau haut).Lorsque la réponse du suiveur n'est pas unique, on distingue les problèmes bi-niveaux optimistes et pessimistes,suivant que la réponse du suiveur soit respectivement la meilleure ou la pire possible pour le meneur.Les problèmes bi-niveaux sont souvent utilisés pour modéliser des problèmes de tarification. Dans les applications étudiées ici, le meneur est un vendeur qui fixe un prix, et le suiveur modélise le comportement d'un grand nombre de clients qui déterminent leur consommation en fonction de ce prix. Le problème de niveau bas est donc de grande dimension.Cependant, la plupart des problèmes bi-niveaux sont NP-difficiles, et en pratique, il n'existe pas de méthodes générales pour résoudre efficacement les problèmes bi-niveaux de grande dimension.Nous introduisons ici une nouvelle approche pour aborder la programmation bi-niveau.Nous supposons que le problème de niveau bas est un programme linéaire, en variables continues ou discrètes,dont la fonction de coût est déterminée par la décision du meneur.Ainsi, la réponse du suiveur correspond aux cellules d'un complexe polyédral particulier,associé à une hypersurface tropicale.Cette interprétation est motivée par des applications récentes de la géométrie tropicale à la modélisation du comportement d'agents économiques.Nous utilisons la dualité entre ce complexe polyédral et une subdivision régulière d'un polytope de Newton associé pour introduire une méthode dedécomposition qui résout une série de sous-problèmes associés aux différentes cellules du complexe.En utilisant des résultats portant sur la combinatoire des subdivisions, nous montrons que cette décomposition mène à un algorithme permettant de résoudre une grande classe de problèmes bi-niveaux en temps polynomial en la dimension du problème de niveau bas lorsque la dimension du problème de niveau haut est fixée.Nous identifions ensuite des structures spéciales de problèmes bi-niveaux pour lesquelles la borne de complexité peut être améliorée.C'est en particulier le cas lorsque la fonction coût du meneur ne dépend que de la réponse du suiveur.Ainsi, nous montrons que la version optimiste du problème bi-niveau peut être résolue en temps polynomial, notammentpour des instancesdans lesquelles les données satisfont certaines propriétés de convexité discrète.Nous montrons également que les solutions de tels problèmes sont des limites d'équilibres compétitifs.Dans la seconde partie de la thèse, nous appliquons cette approche à un problème d'incitation tarifaire dans les réseaux mobiles de télécommunication.Les opérateurs de données mobiles souhaitent utiliser des schémas de tarification pour encourager les différents utilisateurs à décaler leur consommation de données mobiles dans le temps, et par conséquent dans l'espace (à cause de leur mobilité), afin de limiter les pics de congestion.Nous modélisons cela par un problème bi-niveau de grande taille.Nous montrons qu'un cas simplifié peut être résolu en temps polynomial en utilisant la décomposition précédente,ainsi que des résultats de convexité discrète et de théorie des graphes.Nous utilisons ces idées pour développer une heuristique s'appliquant au cas général.Nous implémentons et validons cette méthode sur des données réelles fournies par Orange. / Bilevel programming deals with nested optimization problems involving two players. A leader annouces a decision to a follower, who responds by selecting a solution of an optimization problem whose data depend on this decision (low level problem). The optimal decision of the leader is the solution of another optimization problem whose data depend on the follower's response (high level problem). When the follower's response is not unique, one distinguishes between optimistic and pessimistic bilevel problems, in which the leader takes into account the best or worst possible response of the follower.Bilevel problems are often used to model pricing problems.We are interested in applications in which the leader is a seller who announces a price, and the follower models the behavior of a large number of customers who determine their consumptions depending on this price.Hence, the dimension of the low-level is large. However, most bilevel problems are NP-hard, and in practice, there is no general method to solve efficiently large-scale bilevel problems.In this thesis, we introduce a new approach to tackle bilevel programming. We assume that the low level problem is a linear program, in continuous or discrete variables, whose cost function is determined by the leader. Then, the follower responses correspond to the cells of a special polyhedral complex, associated to a tropical hypersurface. This is motivated by recent applications of tropical geometry to model the behavior of economic agents.We use the duality between this polyhedral complex and a regular subdivision of an associated Newton polytope to introduce a decomposition method, in which one solves a series of subproblems associated to the different cells of the complex. Using results about the combinatorics of subdivisions, we show thatthis leads to an algorithm to solve a wide class of bilevel problemsin a time that is polynomial in the dimension of the low-level problem when the dimension of the high-level problem is fixed.Then, we identify special structures of bilevel problems forwhich this complexity bound can be improved.This is the case when the leader's cost function depends only on the follower's response. Then, we showthe optimistic bilevel problem can be solved in polynomial time.This applies in particular to high dimensional instances in which the datasatisfy certain discrete convexity properties. We also show that the solutions of such bilevel problems are limits of competitive equilibria.In the second part of this thesis, we apply this approach to a price incentive problem in mobile telecommunication networks.The aim for Internet service providers is to use pricing schemes to encourage the different users to shift their data consumption in time(and so, also in space owing to their mobility),in order to reduce the congestion peaks.This can be modeled by a large-scale bilevel problem.We show that a simplified case can be solved in polynomial time by applying the previous decomposition approach together with graph theory and discrete convexity results. We use these ideas to develop an heuristic method which applies to the general case. We implemented and validated this method on real data provided by Orange.

La densification de réseau à l'aide de petites cellules massivement déployées sur les zones macro-cellules, représente une solution prometteuse pour les réseaux mobiles 5G avenir pour faire face à l'augmentation du trafic mobile. Afin de simplifier la gestion de l'hétérogène du réseau d'accès radio (Radio Access Network RAN) qui résulte du déploiement massif de petites cellules, des recherches récentes et des études industrielles ont favorisé la conception de nouvelles architectures de RAN centralisés appelés comme Cloud-RAN (C-RAN), ou RAN virtuel (V-RAN), en incorporant les avantages du cloud computing et Network Functions Virtualization (NFV). Le projet de DynaRoC vise l'élaboration d'un cadre théorique de l'orchestration de ressources pour les C-RAN et dériver les limites de performance fondamentaux ainsi que les arbitrages entre les différents paramètres du système, et la conception de mécanismes d'orchestration de ressources dynamiques sur la base des conclusions théoriques à atteindre un équilibre de performance souhaité, en tenant compte des différents défis de conception. Le doctorant va étudier les mécanismes d'optimisation des ressources novatrices pour favoriser le déploiement de C-RAN, améliorer leur performance exploitant la technologie Network Functions Virtualization / Network densification using small cells massively deployed over the macro-cell areas, represents a promising solution for future 5G mobile networks to cope with mobile traffic increase. In order to simplify the management of the heterogeneous Radio Access Network (RAN) that results from the massive deployment of small cells, recent research and industrial studies have promoted the design of novel centralized RAN architectures termed as Cloud-RAN (C-RAN), or Virtual RAN (V-RAN), by incorporating the benefits of cloud computing and Network Functions Virtualization (NFV). The DynaRoC project aims at (1) developing a theoretical framework of resource orchestration for C-RAN and deriving the fundamental performance limits as well as the tradeoffs among various system parameters, and (2) designing dynamic resource orchestration mechanisms based on the theoretical findings to achieve a desired performance balance, by taking into account various design challenges. The PhD student will investigate innovative resource optimization mechanisms to foster the deployment of C-RANs, improving their performance exploiting the enabling Network Functions Virtualization technology

Le 3GPP (3rd Generation Partnership Project) a choisi, dans sa Release 99, le protocole AAL2/ATM pour le transport des données sur les interfaces Iub et Iur du réseau d'accès de l'UMTS, nommé UTRAN (UMTS Terrestrial Radio Access Network). L'AAL-2 (ATM Adaptation Layer - Type 2) est une couche d'adaptation au-dessus de la couche ATM. L'AAL2 consiste à agréger plusieurs paquets de différents flux dans une même cellule ATM pour réduire le temps de remplissage surtout pour les applications temps-réel à bas débit. Les études menées sur l'AAL2 pour évaluer ses performances ne sont pas nombreuses, surtout dans le contexte de l'UTRAN où les contraintes temporelles sont strictes à cause des mécanismes de synchronisation des canaux de transport radio. Le lien entre le Node B et le RNC, où le protocole AAL2 est déployé, ne doit pas constituer le goulot d'étranglement (Bottleneck) pour les flux transportés. Le protocole AAL2 doit être bien étudié pour évaluer ses performances et ses capacités pour le transport des canaux radio. <br />L'AAL2 constitue un véritable protocole de transport qui se superpose au protocole de transport ATM. Or, dans les normes de l'AAL2, aucune notion de qualité de service (QoS) n'était définie pendant notre étude. En plus, les études faites étaient insuffisantes pour définir un modèle complet de la QoS dans l'AAL2. Nous avons alors contribué pour définir des classes de QoS au niveau AAL2, des paramètres de QoS, des capacités de transfert (AAL2-TC) ainsi que des critères de performance. Ensuite, nous proposons des schémas d'association (mapping) entre les différentes classes de service de l'UMTS et les classes de l'AAL2 d'une part et entre les classes de l'AAL2 et les classes de l'ATM d'autre part. Un schéma de partage de la bande passante entre les différentes classes est proposé ainsi qu'un schéma de contrôle d'admission des connexions AAL2. Dans le cas où plusieurs types de trafic seraient agrégés dans le même VC ATM, un mécanisme d'ordonnancement au niveau AAL2 est nécessaire pour pouvoir différencier entre les classes de services. Plusieurs algorithmes d'ordonnancement sont proposés au niveau de l'AAL2 et une comparaison entre ces mécanismes est réalisée dans plusieurs contextes pour évaluer les avantages et les inconvénients de chaque algorithme. Nous proposons un nouvel algorithme dynamique appelé DyWRR qui s'adapte avec le changement du trafic. Nous étudions aussi un paramètre important relatif au protocole AAL2 qui est le Timer-CU (Timer - Combined Use). Ce paramètre de temporisation a une influence sur le délai des paquets et sur le taux d'utilisation de la bande passante. Une étude fine et détaillée de ce paramètre est réalisée pour obtenir des résultats sur sa valeur optimale. Le choix de l'ATC (ATM Transfer Capability) pour le transport des connexions AAL2 fait une partie de notre étude. Le DBR et le SBR sont deux ATC proposées et une comparaison entre ces deux solutions est analysée. Quand on parle de l'AAL2 comme un protocole de transport, l'idée de la commutation AAL2 ne sera plus exclue. Au lieu de commuter les cellules ATM, on peut commuter les paquets AAL2 pour qu'on puisse séparer les connexions AAL2 dans un nud donné du réseau. La commutation AAL2 présente des avantages mais également des inconvénients que nous traitons dans cette thèse.<br />Les résultats de létude sur lAAL2 faite dans le cadre de cette thèse ont été utilisés pour une contribution à la normalisation au sein de lITU-T (International Telecommunication Union -Telecommunication standardization sector). Ces travaux de normalisation ont abouti à une nouvelle norme appelée ITU-T I.378 qui traite la problématique de la qualité de service et du contrôle de trafic au niveau de lAAL2.<br />Dans la Release 5 du 3GPP, l'IP est introduit comme protocole de transport sur les interfaces Iub et Iur dans une optique de réaliser des réseaux "tout-IP". Ce protocole, dans sa version simple, ne peut pas garantir une qualité de service parce qu'il ne fournit qu'une seule classe de service pour tous les flux, la classe du meilleur effort (Best Effort). Des mécanismes de différenciation des services sont alors nécessaires comme DiffServ ou IntServ dans le contexte de l'UTRAN. Plusieurs architectures pour le transport en IP sur l'interface Iub sont présentées. D'ailleurs, ces solutions en IP introduisent une charge supplémentaire à cause de la longueur des en-têtes. Sachant que les opérateurs des télécommunications s'intéressent à l'optimisation de la bande passante sur les liens appelés Last Mile Link, une étude est alors réalisée dans cette thèse pour évaluer les performances des solutions en IP dans l'UTRAN.

Since two decades, we are observing a continuous evolution in wireless communications and networking technologies. This evolution creates nowadays an unprecedented demand for accessing communication services anywhere, anytime and using any device. This trend is also encouraging the rapid development of more and more novel communication services and applications. These latter require more capacity and more quality of service from the network, as well as more efficiency from the communication device. One of the main goals in current research is to design new communication solutions that are more robust and resource-efficient. In this context, our aim is to propose novel mechanisms and protocols that target the "improvement of the resource usage in wireless packet networks". Improving the resource usage can be realized at two complementary levels: the packet-level and the connection-level. In our research, we addressed and solved different facets of the resource usage issue at both levels. At the connection level, our main concern was to maintain the experienced quality of service while the users are willing to move transparently over the diverse available wireless packet networks; while at the packet-level the issue we addressed was to improve the quality of service experienced by the packet flows generated by novel data and multimedia communication services. This report presents the major research results we obtained in this field.

La thèse se focalise sur la sécurité dans les réseaux mobiles ad hoc (MANET : Mobile Ad hoc NETwork) [RFC 2501]. L'absence d'une gestion centrale des fonctionnalités du réseau rend ces réseaux beaucoup plus vulnérables aux attaques que les réseaux sans fil (WLAN) et filaires (LAN). Malheureusement, les protocoles de sécurité qui existent actuellement ne sont pas conçus pour un tel environnement (dynamique). Ils ne prennent pas la contrainte des ressources en considération car non seulement l'environnement est dynamique, mais les ressources sont aussi limitées (mémoire, capacité de calcul et surtout énergie), ce qui complique davantage la problématique, car on sait bien que les solutions de sécurité sont gourmandes en terme de ressources. Cependant, en raison de l'importance des domaines d'application des réseaux mobiles ad hoc comme les opérations militaires (communication entre les avions, les voitures et le personnel et opérations de secours, situations d'urgence en cas de sinistre, etc . . .), il faut relever le défi, car concevoir un mécanisme de sécurité infaillible pour les réseaux mobiles ad hoc est nécessaire. L'objectif principal de la thèse consiste à étudier les solutions susceptibles d'assurer la sécurité dans les réseaux mobiles ad hoc, en proposant une architecture hiérarchique distribuée qui permet d'établir une infrastructure dynamique à clé publique. Cette architecture doit supporter les différentes caractéristiques de ces réseaux (absence d'une unité centrale de gestion de réseau, topologie réseau dynamique, etc . . .). Dans ce but, un modèle de confiance adapté à l'environnement dynamique pour assurer l'évolution des niveaux de confiance des nœuds est établi. De plus, les vulnérabilités au niveau des autorités de certification sont prises en compte dans le nouveau concept de DDMZ (zone dynamique démilitarisée) que nous proposons. Dans le but de sécuriser les nœuds dont le rôle est crucial au sein du réseau, leur identité doit être cachée. C'est pourquoi le concept d'anonymat est introduit. Un protocole d'authentification anonyme est proposé. De plus, nous nous inspirons du modèle militaire pour mettre en place un mécanisme de camouflage qui cache le rôle des nœuds sensibles. Pour entretenir le modèle de confiance, un mécanisme de surveillance est indispensable. Il est adapté aux contraintes de l'environnement sans fil dynamique et réduit le taux de fausses alarmes (faux positifs). Il est fondé sur une approche inter-couches et un modèle probabiliste pour améliorer l'observation du nœud surveillant. Pour faire face aux attaques intelligentes de type inter-couches, une étude des vulnérabilités au niveau des couches inférieures comme la couche MAC est menée. Ensuite, des mécanismes de prévention et de détection sont analysés et évalués. La performance de ces mécanismes est évaluée avec la prise en compte des métriques primordiales pour les réseaux mobiles ad hoc, telles que la consommation d'énergie, la mobilité, la densité des nœuds et du trafic, etc . . .

La sécurité des systèmes de communication mobiles/sans fil est problématique, car ceux-ci sont généralement construits suivant une topologie répartie ou arborescente. Les noeuds qui composent ces réseaux sont caractérisés par des ressources limitées et connectés généralement entre eux d'une manière ad-hoc sans l'aide d'une tierce personne de confiance. Les méthodes de sécurité matures issues du monde des réseaux filaires s'appuient souvent sur des procédés nécessitant des systèmes centralisés et des ressources importantes qui sont difficiles à mettre en place dans des réseaux à fortes contraintes. Dans le cadre de cette thèse, on propose de nouvelles solutions de sécurité qui exploitent les propriétés du médium électromagnétique et de l'interface de radiocommunication dans le but d'assurer des communications sécurisées. La thèse est structurée en deux parties. La première est dédiée au problème de génération de clés de cryptage en exploitant les propriétés des systèmes de communication à bande de fréquence ultra large (ULB). Trois phases sont nécessaires pour convertir le canal radio en clés secrètes: l'estimation du canal, la quantification et l'accord mutuel entre noeuds. Des expérimentations ont été effectuées pour valider les hypothèses sur lesquelles se fondent les méthodes de génération de clés (c.-à-d. la réciprocité et la décorrélation spatiale du canal). Notre étude a montré que la robustesse de ces techniques de sécurité repose sur le choix des algorithmes de numérisation utilisés pour la conversion de la signature du canal ULB vers un format de clé. Une solution adaptative d'extraction a été proposée, évaluée et testée. La robustesse contre les attaques de prédiction du canal a été également examinée. La deuxième partie traite le problème des intrusions illégitimes aux réseaux sans fil. Dans un premier temps, nous testons expérimentalement une méthode basée sur les variations électromagnétiques afin de détecter l'attaque d'écoute passive "eavesdropping" dans les réseaux de capteurs. Par la suite, nous présentons nos travaux concernant l'attaque relais qui est une variante de l'attaque de l'homme-du-milieu et qui est considérée comme un grand défi en particulier pour les systèmes d'authentification. Une nouvelle approche basée sur la détection de la variation des caractéristiques du bruit a été proposée. Des études théoriques et expérimentales ont été conduites pour vérifier la validité de la proposition dans les systèmes de communication de type RFID. / Security in mobile wireless networks is considered a major impediment since these environments are a collection of low-cost devices. They are generally collected in ad hoc manner without the help of trusted third party. Therefore, conventional security methods are always inappropriate. Recent contributions propose to explore the radio communication interface and to turn the radio propagation problems into advantages by providing new alternatives to enhance security. In this thesis, we investigate the signal-based security concept and study its effectiveness through experiments. The first part of this dissertation discusses the problem of key generation from Ultra Wide Band channel. To derive secret keys from channel measurements three stages are required: channel estimation, quantization and key agreement. A campaign of measurements has been performed to confirm the fundamental channel requirements for key generation (i.e., the reciprocity and the spatial decorrelation). Results show that the robustness of such techniques depends on the channel information used as source of randomness as well as on the underlying algorithms. Analysis on the impact of each stage (i.e. the quantization and the key agreement) on the security has been presented. An adaptive key extraction method is proposed, performances are evaluated and robustness against deterministic channel prediction attacks is presented. The second part of the dissertation considers the problem of intrusion detection. First, we test a method based on electromagnetic radiation to discover the presence of an adversary in the receiver/emitter vicinity. Then, the problem of relay attack detection is investigated in RFID systems. A relay attack is a man-in-the middle attack, where the adversary is able to successfully pass the authentication phase by relaying messages between the legitimate verifier and the prover. A new solution based on the noise channel is proposed to detect this attack. Experimental and theoretical results are provided to test the effectiveness of the new proposition.

Cette thèse se positionne dans le cadre de l'algorithmique distribuée tolérante aux pannes adaptée aux réseaux mobiles à grande échelle.L'auto-stabilisation est une approche de tolérance aux pannes satisfaisante dans les systèmes ayant des perturbations transitoires, mais pas dans les réseaux très dynamiques à grande échelle. La faute est due à l'éventuelle absence totale de service lorsque les perturbations sont fréquentes.Pour remédier à cet inconvénient, nous avons introduit l'approche auto-stabilisation robuste apportant une garantie de service pendant la phase de stabilisation.La garantie de service offerte par l'auto-stabilisation robuste est assurée via : (1) le délai de reprise d'un service minimum, et(2) la préservation du service minimum pendant la convergence vers un service optimum en dépit de l'occurrence de certaines perturbations hautement tolérées.L'intérêt d'avoir la propriété auto-stabilisation robuste est d'assurer une haute disponibilité du système en dépit de l'occurrence des perturbations et changements topologiques.Dans cette thèse, nous proposons, prouvons et évaluons une suite protocolaire auto-stabilisante robuste.Dans un premier temps, nous proposons deux protocoles auto-stabilisants robustes pour les problèmes de partitionnement, et l'établissement et le maintien de la connaissance des clusters voisins.Les deux protocoles sont écrits dans le modèle à états et fonctionnent sous l'hypothèse d'un démon distribué faiblement équitable.Le protocole de partitionnement, baptisé R-BSC, permet de partitionner le réseau en clusters à 1-saut. Les noeuds choisis pour être leaders sont les plus aptes à ce rôle, et les clusters construits sont de taille bornée dans le but d'équilibrer la charge entre leaders.Le protocole R-BSC fournit rapidement, en 4 rounds seulement, un service minimum où le réseau est complètement partitionné en clusters de taille bornée.Pendant la convergence vers un service optimum, où les leaders seront bien les noeuds les plus aptes et leur nombre sera réduit localement, le service minimum restera préservé. Le protocole de connaissance des clusters voisins, baptisé R-CNK, permet à chaque leader de connaître l'identité des leaders des clusters voisins, les chemins menant vers eux, ainsi que la composition (liste des noeuds ordinaires) des clusters voisins.Le service minimum de notre protocole R-CNK, atteint après 4 rounds seulement, garantit que tout leader connaît toujours des chemins vers tous les leaders des clusters voisins. Ce service minimum est maintenu en dépit des changements de la structure hiérarchique : création / destruction des clusters, changement de composition des clusters suite au départ / arrivé des noeuds ordinaires.Un deuxième aspect de nos travaux concerne l'évaluation des protocoles conçus (R-BSC et R-CNK) dans le contexte des réseaux mobiles.Nous avons mené une étude expérimentale sous le simulateur NS2 pour évaluer les performances de nos protocoles, ainsi que ceux des protocoles auto-stabilisants correspondants.Cette étude a montré que nos protocoles R-BSC et R-CNK offrent de meilleurs performances en terme de garantie de service, d'où l'efficacité de l'approche auto-stabilisation robuste par rapport à l'auto-stabilisation classique. / This dissertation is focused on fault-tolerant distributed algorithms adapted to large scale mobile networks.Self-stabilization is a fault-tolerance approach suited for systems with transient disruptions, but not for large scale dynamic networks.The fault is due to the eventual total lack of service when faults occur frequently.To address this drawback, we have introduced the robust self-stabilization approach that improves the service guarantee during the stabilization phase.The service guarantee provided by the robust self-stabilization is achieved via:(1) fast recovery to a minimum service and(2) preservation of minimum service during the convergence to an optimum service despite the occurrence of highly tolerated disruptions.Having the robust self-stabilization property ensures a high availability of the system despite the occurrence disruptions and topological changes in the network.In this thesis, we propose, evaluate and prove a series of robust self-stabilizing protocols.At first, we propose two robust self-stabilizing protocols for both problems : clustering and the maintain of knowledge about neighbor clusters.The two protocols are written in the local shared memory model and operate under the assumption of a weakly fair distributed daemon.The clustering protocol, called R-BSC, gathers the network nodes into 1-hop clusters.It allows a best choice of leaders, and it builds clusters with limited size in order to balance the load between leaders.The protocol R-BSC quickly provides, after at most 4 rounds, a minimum service where the network is completely partitioned into bounded-size clusters.During the convergence towards an optimum service, in which leaders will be the most appropriate nodes and their number will be reduced locally, the minimum service is preserved.The protocol for knowledge of neighbor clusters, called R-CNK, allows each leader to know the identity of leaders of neighbor clusters, paths leading to them, and the composition (list of ordinary nodes) of its neighbor clusters.The minimum service provided by of R-CNK protocol, reached after 4 rounds, ensures that every leader always knows paths towards all the leaders of neighbor clusters.We conducted an experimental study using the simulator NS2 to evaluate and to compare the performance of our protocols (R-BSC and R-CNK) with those of their self-stabilizing version in the context of mobile networks.This study confirmed that our protocols R-BSC and R-CNK offer a better service guarantee.

Depuis plusieurs années, bénéficiant de nombreuses évolutions technologiques, le domaine de l'instrumentation sans fil a conquis de nouveaux champs d'application, comme le suivi de paramètres physiologiques des personnes, par le développement des réseaux de capteurs sans fil autour du corps humain (BAN, pour Body Area Networks). Majoritairement orienté vers le domaine médical et l'amélioration des conditions de vie des patients, ce type de plate-forme s'est plus récemment étendu à d'autres activités, notamment aux loisirs et au sport. Selon le contexte applicatif, les hypothèses et les contraintes liées à ces réseaux peuvent être très variées, c'est pourquoi le développement de mécanismes de communication adaptés est nécessaire. Au cours de mes travaux de thèse, je me suis intéressé à la réalisation de plate-formes de collecte de données pour des applications sportives en situation de mobilité. Dans une première partie est abordée la collecte d'informations individuelles, pour laquelle nous présentons une preuve de concept en contexte sportif, avant d'apporter des éléments complémentaires à la modélisation des canaux des BAN et aux stratégies de communication pour la collecte individuelle. Ensuite, nous abordons la réflexion sur la collecte d'informations dans les réseaux denses et mobiles, en proposant des algorithmes distribués basés sur le consensus permettant d'identifier des groupes de façon dynamique, à petite et large échelle. Des réalisations pratiques à chaque étape de mes travaux de thèse permettent la validation des plate-formes développées, grâce à un ensemble conséquent de données collectées sur le terrain. L'analyse des données fournit également des éléments pour mieux caractériser les communications, notamment à large échelle, ce qui ouvre de nombreuses pistes quant à de futurs travaux. De plus, si un fort contexte applicatif est présent dans ces travaux, les méthodes d'analyse et les algorithmes développés sont valorisables et extensibles à d'autres domaines. / The technological evolutions which have taken place for the last decades allowed the emergence of new application fields, such as the wireless monitoring of physiological parameters collected on the human body, with the development of Wireless Body Area Networks (WBANs, or BANs). Mostly dedicated to the medical domain and the improvement of the patients' comfort and safety, this kind of platforms more recently extended to other kinds of activities, such as sports and leisures. According to the applicative context, the hypotheses and constraints associated to these networks can vary drastically, yielding the necessity of developing adapted communication mechanisms. The works presented in this thesis have focused on the realization of data collection platforms for mobile sports applications. In a first part, we concentrate on the individual data collection, for which we give a proof of concept in the context of a Marathon race, before aiming at a better understanding of individual channel models and cooperative mechanisms for on-body data centralization. In a second part, we are interested in dense and mobile networks consisting in an important number of coexisting BANs. Our aim is to propose distributed algorithms based on consensus to allow dynamic group detection, with a variable scale. The validation of the approaches developed in this document is performed by practical implementations and experiments at each step of this work, thanks to an important amount of real world collected data. Through extended analyzes, we provide elements allowing to characterize the communication within mobile BANs, and particularly large scale networks. Although guided by the strong applicative context of live TV broadcast, these works and analysis methods don't lose in generality, and this challenging and original context opens a lot of perspectives.

Depuis quelques années le trafic de l'internet mobile ne cesse d'augmenter. Cette croissance soutenue est liée à plusieurs facteurs, parmi lesquels l'évolution des terminaux, la grande diversité des services et des applications disponibles et le déploiement des nouvelles technologies d'accès radio mobile (3G/4G). À cet égard, le standard 3GPP pour les réseaux LTE propose une architecture offrant une gestion fine de la QoS (par flux). Ce modèle, hérité des réseaux mobiles traditionnels orientés connexion, soulève des problèmes en termes de scalabilité, efficacité et performances. Les travaux entrepris dans cette thèse ont pour objectif principal de proposer des solutions plus simples et moins coûteuses pour la gestion de la QoS dans les réseaux mobiles. À cette fin, à l'issue d'une étude et de l'évaluation de l'impact de la signalisation associée au modèle de QoS standard, deux modèles alternatifs ont été proposés. Nous proposons tout d'abord un modèle basée sur les mécanismes IP inspiré de l'approche DiffServ (par agrégat) largement étudié dans les réseaux IP fixes. Ce modèle fournit une gestion de la QoS simple, efficiente et rentable, tout en garantissant des performances équivalentes au modèle standard. Cependant, elle nécessite une remise à niveau de tous les eNB, et donc une longue phase de transition. En conséquence, nous proposons SloMo qui vise à améliorer l'expérience des clients mobiles, mais avec un objectif de déploiement plus rapide. SloMo est une solution de gestion implicite de la QoS depuis un point unique situé sur le chemin des communications. SloMo exploite la dynamique instaurée par le mécanisme de contrôle de flux de TCP. Il vise à recréer un goulot d'étranglement dynamique dans un équipement contrôlé par l'opérateur lorsque les points de congestion réels ne sont pas accessibles. Une fois ce goulot d'étranglement déporté, il est alors aisé d'effectuer une gestion de la qualité IP classique dans l'équipement supportant Slo-Mo. / The mobile data landscape is changing rapidly and mobile operators are today facing the daunting challenge of providing cheap and valuable services to ever more demanding customers. As a consequence, cost reduction is actively sought by operators as well as Quality of Service (QoS) preservation. Current 3GPP standards for LTE/EPC networks offer a fine tuning QoS (per-flow level), which inherits many characteristics of legacy telco networks. In spite of its good performance, such a QoS model reveals costly and cumbersome and finally, it remains very rarely deployed, thereby giving way to basic best-effort hegemony. This thesis aims at improving QoS in mobile networks through cost-effective solutions; To this end, after an evaluation of the impact and cost of signaling associated with the standard QoS model, alternative schemes are proposed, such as the IP-centric QoS model (per aggregate) inspired from the DiffServ approach widely used in fixed IP networks. This model provides a simple, efficient and cost-effective IP level QoS management with a performance level similar to standardized solutions. However, as it requires enhancements in the eNB, this scheme cannot be expected in mobile networks before a rather long time.Thus, we introduce Slo-Mo, which is a lightweight implicit mechanism for managing QoS from a distant point when the congestion point (e.g. eNB) is not able to do it. Slo-Mo creates a self-adaptive bottleneck which adjusts dynamically to the available resources taking advantage of TCP native flow control. Straightforward QoS management at IP level is then performed in the Slo-Mo node, leading to enhanced customer experience at a marginal cost and short term.

L'utilisation intensive des services de données mobiles a de plus en plus augmenté la consommation de ressources sur les réseaux sans fil. La ressource principale utilisée pour la communication sans fil est le spectre de fréquence. À mesure que le trafic de données augmente brusquement, de nouvelles bandes du spectre de fréquences ne sont pas disponibles dans la même proportion, ce qui rend le spectre de fréquence de plus en plus rare et saturé. Plusieurs propositions ont été présentées pour optimiser l'allocation des canaux de fréquences afin d'atténuer les interférences entre les liaisons proches qui transmettent des données. Beaucoup d'entre eux utilisent un critère unique et ne considèrent pas le comportement de l'utilisateur pour guider le processus d'allocation de canaux. Les utilisateurs ont des cycles de routine et un comportement social. Ils passent au travail, à l'école, utilisent leurs appareils mobiles générant du trafic de données, et rencontrent des amis formant des groupes. Ces caractéristiques peuvent être explorées pour optimiser le processus d'allocation des canaux.Cette thèse présente une stratégie d'allocation de canaux pour les réseaux sans fil basée sur le comportement de l'utilisateur. Notre contribution principale consiste à considérer certaines caractéristiques du comportement de l'utilisateur, telles que la mobilité, le trafic et la popularité dans le processus d'allocation des canaux. De cette façon, nous priorisons l'allocation de canaux pour les nœuds qui resteront dans le réseau dans une fenêtre de temps future, avec un trafic plus élevé dans le réseau, et avec plus de popularité. Nous adoptons une approche distribuée qui permet de limiter le nombre de messages échangés dans le réseau tout en répondant rapidement aux changements de la topologie du réseau. Dans notre évaluation des performances, nous considérons des scénarios dans des réseaux ad hoc et véhiculaires, et nous utilisons des modèles de mobilité synthétique, tels que SLAW et Manhattan grid, et l'ensemble de données de traces de ville de Cologne. Dans les scénarios, nous comparons notre mécanisme avec différents types de techniques : une centralisée (nommée TABU), une autre aléatoire (nommée RANDOM), une avec la plus grande distance spectrale (appelée LD) et une avec un seul canal (appelée SC). Nous évaluons les métriques telles que le débit agrégé, le débit de livraison des paquets et le délai de bout en bout.Les simulations envisageant un scénario ad hoc avec un routage monodiffusion montrent que notre stratégie présente des améliorations en termes de débit de l'ordre de 14,81% par rapport à RANDOM et de 16,28% par rapport à l'allocation de canal LD. Dans le scénario véhiculaire, notre stratégie montre des gains de taux de livraison de paquets de l'ordre de 11,65% et de 17,18% par rapport aux méthodes RANDOM et SC, respectivement. Dans ces deux scénarios, la performance de notre stratégie est proche de la limite supérieure donnée par l'approche centralisée de TABU, mais avec l’envoie de moins des messages. / The intensive use of mobile data services has increasingly increased resource consumption over wireless networks. The main resource used for wireless communication is the frequency spectrum. As data traffic rises sharply, new bands of the frequency spectrum are not available in the same proportion, making the frequency spectrum increasingly scarce and saturated. Several proposals have been presented to optimize frequency channel allocation in order to mitigate interference between nearby links that are transmitting data. Many of them use a single criterion and does not consider the user behavior to guide the channel allocation process. Users have routine cycles and social behavior. They routinary move to work, to school, use their mobile devices generating data traffic, and they meet with friends forming clusters. These characteristics can be explored to optimize the channel allocation process.This thesis presents a channel allocation strategy for wireless networks based on user behavior. Our main contribution is to consider some characteristics of the user behavior, such as mobility, traffic, and popularity in the channel allocation process. In this way, we prioritize the channel allocation for the nodes that will remain in the network in a future time window, with higher traffic in the network, and with more popularity. We adopt a distributed approach that allows limiting the number of messages exchanged in the network while quickly responding to changes in the network topology. In our performance evaluation, we consider scenarios in ad hoc and vehicular networks, and we use some synthetic mobility models, such as SLAW and Manhattan grid, and the traces dataset of Cologne city. In the scenarios, we compare our mechanism with different types of approaches: i.e., a centralized (named TABU), a random (named RANDOM), a with largest spectral distance (named LD), and a with single channel (named SC). We evaluate metrics such as aggregated throughput, packet delivery rate, and end-to-end delay. Simulations considering ad hoc scenario with unicast routing show that our strategy presents improvements in terms of throughput at the order of 14.81% than RANDOM and 16.28% than LD channel allocation. In vehicular scenario, our strategy shows gains of packet delivery rate at the order of 11.65% and 17.18% when compared to RANDOM and SC methods, respectively. In both scenarios, the performance of our strategy is close to the upper bound search of the TABU centralized approach, but with lower overhead.