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.

Dans la première partie de cette thèse nous étudions la mobilité et le temps de transfert d'un message dans les réseaux ad hoc mobiles. Nous obtenons, pour plusieurs modèles de mobilité, la loi stationnaire de la position des noeuds, la distribution du temps nécessaire avant que deux noeuds puissent (à nouveau) communiquer, et le temps durant lequel deux noeuds sont dans leur voisinage mutuel. Nous déduisons de ces résultats des formules pour le temps de transfert d'un message en utilisant d'autres noeuds dans le réseau comme relais. Ces calculs sont effectués pour plusieurs modèles de mobilité et pour deux types de protocoles de routage.La deuxième partie de cette thèse traite d'un système à " Polling " qui consiste en deux files d'attente servies par un serveur. Après avoir servi une file d'attente, le serveur a besoin d'un temps de commutation pour passer d'une file à l'autre, et commencer à servir les clients. Les temps de commutation peuvent être corrélés. Nous obtenons l'expression de plusieurs mesures de performance, notamment le temps d'attente moyen et la taille moyenne de la file d'attente. Grâce à ces expressions, nous comparons deux disciplines de service et au travers d'exemples nous montrons que la corrélation des temps de commutation peut augmenter significativement le temps d'attente moyen et la taille des files d'attente. Cela indique que la corrélation ne peut pas être ignorée et qu'elle a des implications importantes pour des systèmes de communication dans lesquels un canal de communication commun est partagé entre plusieurs utilisateurs et où le temps entre des transferts de données consécutifs est corrélé (par exemple dans les réseaux ad hoc).Dans la troisième et dernière partie nous étudions deux files d'attente en série avec des coûts pour chaque client dans le système. La fonction de valeur est calculée pour le coût moyen quand il n'y a pas d'entrée des clients. Celle-ci peut être utilisée pour l'optimisation des systèmes en série ou pour le calcul complet de la fonction de valeur.

Cette thèse propose une méthode pour l'analyse de problèmes relevant des systèmes complexes physiques ouverts avec des systèmes multi-agents physiques. Cette méthode que nous appelons DIAMOND (Decentralized Iterative Approach for Multiagent Open Networks Design) agence quatre phases en un cycle de vie en spirale. Elle propose d'utiliser, pour le recueil des besoins, des notations d'UML mais elle structure le fonctionnement global du système via une étude de modes de marche et d'arrêt. Elle utilise le raffinement notamment entre le niveau local et le niveau global du système et assemble les comportements individuels et les comportements sociaux tout en identifiant les influences de l'un sur l'autre. Elle guide le concepteur durant la phase de conception générique en utilisant les composants comme unité opératoire. En fin de cycle, le partitionnement logiciel/matériel du système intervient et permet la génération du code ou des descriptions matérielles.<br />Il n'était pas suffisant de proposer une méthode : considérer les composants des systèmes complexes physiques comme des noeuds coopérants d'un réseau sans fil est une démarche attrayante qui peut être vue comme la traduction physique extrême de la décentralisation. De fait, des besoins spécifiques en architectures doivent être traités. Pour cela, nous proposons le modèle MWAC (Multi-Wireless-Agent Communication) qui repose sur l'auto-organisation des entités du système.<br />Ces deux contributions sont exploitées au sein de l'application EnvSys qui a pour objectif l'instrumentation d'un réseau hydrographique.

La technique MIMO (Multiple-Input Multiple-Output) est l’une des techniques de base qui offre une diversité spatiale. Elle associe plusieurs antennes à l’émission et à la réception. En plus de la diversité spatiale, le système MIMO permet d’augmenter le gain de multiplexage sans avoir besoin de plus de bande passante ou de puissance d’émission. Cependant, la technique MIMO a des limites liées au coût d’installation de plusieurs antennes sur un terminal, et a l’écart minimal exigé entre les antennes. La communication coopérative a été proposée comme une technologie alternative, dans laquelle la diversité spatiale peut être réalisée en coordonnant plusieurs nœuds qui sont proches géographiquement pour former des réseaux d’antennes virtuelles. La coopération permet de lutter contre l’instabilité du canal radio et de faire face aux phénomènes qui le perturbent comme les évanouissements, les bruits, ou les interférences. Elle permet aussi d’améliorer les performances du système en termes de débit global, d’énergie consommée et d’interférences, etc. Dans le cadre des communications coopératives, nous avons proposé deux protocoles MAC coopératifs dans le contexte des réseaux ad hoc. La première proposition est le protocole RACT (Rate Adaptation with Cooperative Transmission). Ce protocole combine la coopération avec un mécanisme d’adaptation de débit. Lorsqu’un lien entre une source et une destination subit de mauvaises conditions de canal, une station relais est sélectionnée dans le voisinage des deux nœuds de sorte que la liaison directe à faible débit de transmission soit remplacée par un lien à deux sauts avec un débit de données plus élevé. La sélection du meilleur relais est fondée sur un processus de contention distribué. La procédure ne nécessite aucune connaissance de la topologie et aucune communication entre les relais potentiels. Lorsque la qualité de la liaison directe est bonne et que la transmission coopérative n’est pas nécessaire, le protocole fonctionne comme un mécanisme d’adaptation de débit. L’adaptation de débit de données est également réalisée sans aucune signalisation supplémentaire. La sélection du meilleur relais et l’adaptation de débit sont fondés sur des mesures instantanées du canal pour s’adapter aux conditions dynamiques du canal radio. Dans le but d’améliorer davantage les performances du système, nous avons proposé notre deuxième protocole MAC coopératif PRACT (Power and Rate Adaptation with Cooperative Transmission). Ce protocole combine un mécanisme d’adaptation de puissance et de débit (TPRC : Transmit Power and Rate Control) avec un mécanisme de coopération. C’est en cela que cette contribution se distingue des solutions proposées dans la littérature. Notre objectif avec cette contribution est d’atteindre une efficacité d’énergie pour la transmission des données tout en augmentant le débit global du réseau. PRACT propose d’ajuster dynamiquement la puissance et le débit de transmission en s’adaptant aux variations de la qualité du canal radio. Cela permet de gagner davantage dans l’énergie économisée. En outre, le contrôle de puissance, réduit les interférences et augmente la réutilisation spatiale entre cellules ad hoc adjacentes en utilisant la même fréquence de transmission. L’idée de base du protocole est de permettre à chaque nœud dans le réseau ad hoc de créer une table avec les combinaisons puissance-débit optimales, en se fondant seulement sur les spécifications de la carte réseau, à savoir, les débits de transmission possible et la consommation en énergie de la carte. Avec la connaissance des qualités des liens obtenue grâce à l’échange des trames de contrôle et en recherchant dans la table puissance-débit, les nœuds choisissent la stratégie de transmission la plus adaptée pour chaque transmission de trames de données, ainsi que le mode de transmission (direct ou coopératif). / MIMO (Multiple-Input Multiple-Output) technology is one of the basic techniques that offer a spatial diversity. It combines multiple antennas for transmission and reception. In addition to spatial diversity, MIMO can increase the multiplexing gain without requiring more bandwidth or transmit power. However, the MIMO technology has limitations related to the cost of installing multiple antennas on a terminal, and to the minimum distance required between antennas. The cooperative communication has been proposed as an alternative technology, in which the spatial diversity can be achieved by coordinating multiple nodes that are geographically close to form virtual antenna arrays. Cooperation helps to fight against the instability of the radio channel and deal with phenomena that disturb this channel like fading, noise or interference. It also improves system performance in terms of overall throughput, energy consumption and interference, etc. In the context of cooperative communications, we proposed two MAC protocols in the context of cooperative ad-hoc networks. The first proposal is the RACT (Rate Adaptation with Cooperative Transmission) protocol. This protocol combines cooperation with a rate adaptation mechanism. When a link between a source and a destination suffers from poor channel conditions, a relay station is selected in the neighborhood of the two nodes so that the direct low data-rate link is replaced by a two-hop link with a higher data-rate. Selecting the best relay is based on a distributed contention process. The procedure requires no knowledge of the topology and no communication between the potential relay. When the quality of the direct link is good enough and the cooperative transmission is not necessary, the protocol operates as a rate adaptation mechanism. The data rate adaptation is also performed without any additional signaling. Both the best relay selection and the rate adaptation is based only on the instantaneous channel measurements to adapt to the dynamic conditions of the radio channel. In order to further improve the system performance, we proposed our second cooperative MAC protocol PRACT (Power and Rate Adaptation with Cooperative Transmission). This protocol combines a power and rate control mechanism (TPRC: Transmit Power and Rate Control) with a mechanism for cooperation, this feature distinguishes this contribution from the solutions proposed in the literature. Our objective with this contribution is to achieve energy efficiency for data transmission while increasing the overall throughput of the network. PRACT proposes to dynamically adjust dynamically the power and the transmission rate to adapt to the radio channel quality variations. This way more energy can be saved. In addition, the power control reduces interference and increases the spatial reuse between adjacent ad-hoc cells using the same channel transmission frequency. The basic idea of the protocol is to allow each node in the network to create a table with the best power-rate combinations, based only on the specifications of the network card, namely the possible transmission rates, transmit power levels and the power consumption of the card. With the knowledge of the qualities of links obtained through the exchange of the control frames and looking up in the power-rate table, the nodes choose the most suitable transmission strategy, for each data frame transmission, and the transmission mode (direct or cooperative).

La multiplication de l'usage des équipements connectables à un réseau sans fil tels que les smartphones ou les objets connectés peut être mise à profit pour construire des réseaux reposant sur des communications de proximité : les appareils communiquent directement entre eux, sans le support d'une infrastructure centrale. On parle de réseau ad hoc. Ce type de réseau sans infrastructure est exploité dans de nombreux domaines comme le militaire ou la gestion de catastrophes naturelles. Pour certains cas d'utilisation, le passage à l'échelle, c'est-à-dire la capacité à fonctionner avec la croissance de la taille du réseau, est une propriété indispensable. Dans cette thèse, nous nous intéressons à la problématique du routage sous l'aspect du passage à l'échelle. Le routage est la fonction responsable de l'acheminement des données au sein du réseau. Pour cela, des informations de contrôle sont échangées entre les nœuds du réseau. Mais le trafic associé à ces échanges peut être un frein pour passer à l'échelle. Afin de le réduire, nous proposons d'agréger les informations concernant des nœuds géographiquement proches. Dans un premier temps, nous mettons en place une structuration de la zone de déploiement du réseau en régions hiérarchiques. Ces régions servent d'agrégateur de nœuds à travers un adressage de ces derniers selon les régions auxquelles ils appartiennent. Par la suite, nous proposons un protocole de routage combinant les approches topologique et géographique. Il s'agit, pour un nœud donné, de maintenir des routes menant, d’une part, vers d'autres nœuds dans un voisinage proche et, d'autre part, vers des zones géographiques de plus en plus étendues au fur et à mesure de l'éloignement. Cette dernière propriété est obtenue en profitant de la structuration hiérarchique précédente des zones d'agrégation. Les résultats montrent la faculté de notre proposition à monter à grande échelle par rapport aux protocoles de routage ad hoc classique et aussi sa capacité à adresser les problèmes propres aux protocoles de routage purement géographique. / The widespread use of wireless devices such as smartphones and connected objects leads to an increasing emergence of infrastructure-less networks relying on device-to-device communication: ad hoc networks. Applications of this type of network vary widely from military operations to emergency situations. Scalability is a key property for some use cases involving a large number of devices, also called nodes. We mean by scalability, the ability of the network to increase in size without drastic loss of performance and with a cost-effective network maintenance. In this thesis, we focus on the scalability from a routing perspective. Routing handles the delivery of data packets from a source to a destination across the network. This is achieved by the exchange of information between nodes. The corresponding traffic may represent a break for scalability in presence of numerous nodes. In this work, we propose an aggregation of routing information. First, we partition the deployment area into smaller hierachical regions based on geographical coordinates. Nodes are assigned hierachical address depending on the regions they are located in. Then, we propose a mixed topological and geographical-based routing protocol. A node maintains precise routing information to other nodes in close proximity and geographically aggregate information for nodes at greater distances. Regions are the units of nodes aggregation. The further the nodes are, the larger the regions referring to them are. The results show that our proposition outperforms regular ad hoc routing in terms of scalability and addresses more efficiently geographical routing-related issues compared to classical geographical routing.

Nous proposons un algorithme original de structuration des réseaux ad hoc nommé SDEAC dans le but d'optimiser les communications et de tolérer les pannes transitoires. SDEAC est auto-stabilisant, distribué et déterministe. Il utilise un modèle asynchrone à passage de messages et se fonde sur un voisinage à distance 1 pour construire des clusters non-recouvrants à k sauts. Nous montrons que partant d'une configuration quelconque et sans occurrence de pannes transitoires, SDEAC structure le réseau dans le pire des cas en n+2 transitions. En outre, son exécution nécessite une occupation mémoire de (Δu+1)*log(2n+k+3) bits pour chaque noeud u, avec Δu étant le degré de u, k le rayon maximal des clusters et n la taille du réseau. Par simulation sous OMNeT++, nous observons pour un réseau quelconque un temps de stabilisation très inférieur à celui du pire des cas d'une part. D'autre part, suite à l'occurrence de pannes transitoires après la stabilisation, nous constatons un temps de stabilisation inférieur à celui du clustering. Dans le contexte des RCSF, nous étudions la consommation énergétique de SDEAC suivant trois critères d'élection des cluster-heads (identité, degré et énergie résiduelle des noeuds) puis nous la comparons avec celle de la solution de Mitton et al. opérant dans le même modèle. Les résultats montrent que SDEAC permet le passage à l'échelle et réduit la consommation énergétique de 42% à 49%. Enfin, pour l'utilisation de SDEAC dans l'acheminement de l'information, nous proposons deux approches efficaces : (i) un routage sans agrégation qui minimise les délais de bout en bout et (ii) un routage avec agrégation partielle qui réduit la consommation énergétique totale offrant ainsi une meilleure durée de vie du réseau. / We propose SDEAC, a self-Stabilizing Distributed Energy-Aware and fault-tolerant Clustering algorithm. SDEAC uses an asynchronous message-passing model and is based on 1-hop neighboring to build non-overlapping k-hops clusters. We prove that, starting from an arbitrary configuration, SDEAC structures the network after at most n + 2 transitions and requires (Δu+1)log(2n+k+3) memory space for each node u, where n is the number of network nodes, Δu is the degree of u and k represents the maximum hops number. Through simulations under OMNeT++, we observe that over arbitrary network, the stabilization time is far below the worst case scenario. Furthermore, we remark that after faults, the re-clustering cost is significantly lower than the clustering cost. In the context of Wireless Sensor Networks (WSNs), we evaluate the energy consumption of SDEAC according to multiple criteria in the election of cluster-heads, such as nodes' identity, residual energy or degree and we compare it with the well-known message-passing based self-stabilizing clustering algorithm proposed by Mitton et al. Results show that SDEAC is scalable and reduces energy consumption between 42% and 49%.Afterwards, we propose efficient scenarios in order to transfer information: (i) the non-aggregation scenario that provides a better end-to-end delay and (ii) the partially-decentralized aggregation scenario that reduces the total energy consumption and prolongs the network lifetime.

Les réseaux ad hoc de véhicules accueillent une multitude d'applications intéressantes. Parmi celles-ci, les applications d'info divertissement visent à améliorer l'expérience des passagers. Ces applications ont des exigences rigides en termes de délai de livraison et de débit. De nombreuses approches ont été proposées pour assurer la qualité du service des dites applications. Elles sont réparties en deux couches: réseau et contrôle d'accès. Toutefois, ces méthodes présentent plusieurs lacunes.Cette thèse a trois volets. Le premier aborde la question du routage dans le milieu urbain. A cet égard, un nouveau protocole, appelé SCRP, a été proposé. Il exploite l'information sur la circulation des véhicules en temps réel pour créer des épines dorsales sur les routes et les connectées aux intersections à l'aide de nœuds de pont. Ces derniers collectent des informations concernant la connectivité et le délai, utilisées pour choisir les chemins de routage ayant un délai de bout-en-bout faible. Le deuxième s'attaque au problème d'affectation des canaux de services afin d'augmenter le débit. A cet effet, un nouveau mécanisme, appelé ASSCH, a été conçu. ASSCH collecte des informations sur les canaux en temps réel et les donne à un modèle stochastique afin de prédire leur état dans l'avenir. Les canaux les moins encombrés sont sélectionnés pour être utilisés. Le dernier volet vise à proposer un modèle analytique pour examiner la performance du mécanisme EDCA de la norme IEEE 802.11p. Ce modèle tient en compte plusieurs facteurs, tels que l'opportunité de transmission, non exploitée dans IEEE 802.11p / The fact that vehicular ad hoc network accommodates two types of communications, Vehicle-to-Vehicle and Vehicle-to-Infrastructure, has opened the door for a plethora of interesting applications to thrive. Some of these applications, known as infotainment applications, focus on enhancing the passengers' experience. They have rigid requirements in terms of delivery delay and throughput. Numerous schemes have been proposed, at medium access control and routing layers, to enhance the quality of service of infotainment applications. However, existing schemes have several shortcomings. Subsequently, the design of new and efficient approaches is vital for the proper functioning of such applications.This work proposes three schemes. The first is a novel routing protocol, labeled SCRP. It leverages real-time vehicular traffic information to create backbones over road segments and connect them at intersections using bridge nodes. These nodes are responsible for collecting connectivity and delay information, which are used to select routing paths with low end-to-end delay. The second is an altruistic service channel selection scheme, labeled ASSCH. It first collects real-time service channels information and feeds it to a stochastic model that predicts the state of these channels in the near future. The least congested channels are then selected to be used. The third is an analytical model for the performance of the IEEE 802.11p Enhanced Distributed Channel Access mechanism that considers various factors, including the transmission opportunity (TXOP), unexploited by IEEE 802.11p

L’objectif de cette thèse concerne l’allocation des canaux fréquentiels dans les réseaux ad hoc organisés en clusters. Les terminaux du réseau sont assemblés localement en clusters afin de garder les avantages des réseaux ad hoc tout en réduisant la quantité de signalisation nécessaire à son fonctionnement. Dans chaque cluster, un chef de cluster (CH en anglais) est désigné parmi les terminaux dont le rôle est de gérer localement les ressources ainsi que les communications. Un des problèmes concerne l'allocation des bandes de fréquence de manière distribuée à chaque cluster pour leur permettre d'opérer correctement. Les fréquences sont une ressource rare ce qui implique que plusieurs clusters sont amenés à utiliser les mêmes et donc à interférer entre eux. Le CH base ses décisions sur une fonction d'utilité qui prend en compte des mesures de performance des communications. Ces dernières peuvent être perturbées à cause des diverses variations dynamiques auxquels sont soumis les réseaux ad hoc. Parmi les algorithmes d'apprentissage distribués, nous avons identifié des méthodes basées sur le paradigme "d'essais erreur'' (TE en anglais) comme des solutions potentielles. Ces algorithmes ont la particularité d'avoir des propriétés de convergence globale intéressantes bien que le problème soit non coopératif.Dans un premier temps, nous avons étudié la convergence théorique de ces algorithmes en réalisant des approximations de chaînes de Markov dans des cas particuliers. Ensuite, nous avons montré théoriquement et numériquement que le principal défaut des approches TE est leur sensibilité aux variations aléatoires de la mesure d'utilité. Nous avons donc proposé des solutions, avec des preuves théoriques à l’appui, pour adapter ces algorithmes aux cas où l'utilité serait perturbée par des phénomènes aléatoires. Enfin, nous avons analysé de manière plus approfondie l’influence des évanouissements de Rayleigh sur les statistiques de l’utilité. / This thesis deals with the fully distributed allocation of channels in clustered ad hoc networks. Nodes are gathered locally into clusters in order to keep the advantage of the no infrastructure of ad hoc networks, and to reduce the amount of signalling. In each cluster a node is elected as the Clustered Head (CH) whose role is to manage the resources and the transmissions locally. One of the major problem is to allocate in a distributed way spectrum bands to the clusters in order to make them able to operate. Bandwidth is a scarce resource which implies that several clusters may use the same frequency and hence interfere among each other. The CH realizes the frequency allocation based on a utility function that uses measurements as inputs. These measurements are possibly disturbed due to the wide variety of dynamic changes that face ad hoc networks. Among the distributed learning algorithms, we have identified approaches based on "trial and error'' (TE) paradigm that could solve the channel allocation problem. These approaches possess very attractive global convergence behavior despite the non-cooperativeness of the problem and thus in a broad class of games.First, based on a specific utility model, we analyse the performance of these algorithms using Markov chains approximations in order to reduce numerical computations complexity. Then, we assess theoretically and numerically that a drawback of TE algorithms is their sensitivity to disturbances. We propose modifications with supporting theoretical proofs in order to adapt the TE algorithms to disturbances of the utility. Furthermore, we study the impact of Rayleigh fading on the utility by deriving its probability density function (pdf) in various contexts.

L'IEEE 802.11 (Wi-Fi) est le standard de WLAN (Wireless Local Area Network). En conséquence, le marché des produits dotés de la technologie réseau Wi-Fi est en plein essor et a provoqué une véritable révolution dans le monde de l'informatique. Cependant, la communication utilisant le Wi-Fi ne présente pas, pour autant, que des avantages. La grande différence entre le débit théorique et le débit effectif dépend de nombreux paramètres. Il est, par exemple, difficile de faire du streaming vidéo haute définition en utilisant un réseau IEEE 802.11g, alors que le débit théorique le permet parfaitement. La technologie WLAN souffre d'autres contraintes, comme la nature vulnérable du médium sans fil (interférences électromagnétiques, multi-trajet...), l'accès indéterministe au médium, la limitation de la bande passante...Les applications utilisant les réseaux Ad Hoc deviennent de plus en plus complexes et offrent de nouveaux services qui exigent des performances réseau de plus en plus élevées. De ce fait, la Qualié de Service (QdS) dans les réseaux Ad Hoc est un sujet de recherche ouvert. La bande passante est un indicateur très important pour la garantie de la QdS. Dans notre travail de thèse, nous avons étudié l'un des aspects de la QdS qui est la Bande Passante Disponible (BPD) dans les réseaux Ad Hoc basés sur la norme IEEE 802.11. Particulièrement, nous nous sommes intéressés aux différentes techniques d'estimation de la BPD et avons évalué les performances de ces techniques du point de vue temps de réponse et précision des estimations. Ces techniques peuvent être utilisées dans d'autres types de réseaux sans fil ou filaire. Nos contributions sont, essentiellement , le développement de deux nouvelles techniques d'estimation de la bande passante SLOT (SLOps-Topp) et TOPP-NET (TOPP-Non invasive Estimation Technique). Ces deux techniques sont le résultat d'améliorations successives des techniques d'estimation qui existent dans la littérature (TOPP : Trains of Packet Pairs, SLoPS : Self-Loading Periodic Streams et NIMBE : Non Invasive Manet Bandwith Estimation) en mettant l'accent sur la précision et le délai de sondage des techniques d'estimation. Notre troisième contribution est une nouvelle méthode de filtrage adaptatif des estimations nommée ZONE-FILTER ( Filtrage par Zone). Cette méthode combine les filtres EWMA et la mèthode statistique SPC (Statistical Process Control).

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