Les RCsF sont des réseaux ad hoc, sans fil, large échelle déployés pour mesurer des paramètres de l'environnement et remonter les informations à un ou plusieurs emplacements (nommés puits). Les éléments qui composent le réseau sont de petits équipements électroniques qui ont de faibles capacités en termes de mémoire et de calcul ; et fonctionnent sur batterie. Ces caractéristiques font que les protocoles développés, dans la littérature scientifique de ces dernières années, visent principalement à auto-organiser le réseau et à réduire la consommation d'énergie. Avec l'apparition d'applications critiques pour les réseaux de capteurs sans fil, de nouveau besoins émergent, comme le respect de bornes temporelles et de fiabilité. En effet, les applications critiques sont des applications dont dépendent des vies humaines ou l'environnement, un mauvais fonctionnement peut donc avoir des conséquences catastrophiques. Nous nous intéressons spécifiquement aux applications de détection d'événements et à la remontée d'alarmes (détection de feu de forêt, d'intrusion, etc), ces applications ont des contraintes temporelles strictes. D'une part, dans la littérature, on trouve peu de protocoles qui permettent d'assurer des délais de bout en bout bornés. Parmi les propositions, on trouve des protocoles qui permettent effectivement de respecter des contraintes temporelles mais qui ne prennent pas en compte les spécificités des RCsF (énergie, large échelle, etc). D'autres propositions prennent en compte ces aspects, mais ne permettent pas de garantir des bornes temporelles. D'autre part, les applications critiques nécessitent un niveau de confiance très élevé, dans ce contexte les tests et simulations ne suffisent pas, il faut être capable de fournir des preuves formelles du respect des spécifications. A notre connaissance cet aspect est très peu étudié pour les RcsF. Nos contributions sont donc de deux types : * Nous proposons un protocole de remontée d'alarmes, en temps borné, X-layer (MAC/routage, nommé RTXP) basé sur un système de coordonnées virtuelles originales permettant de discriminer le 2-voisinage. L'exploitation de ces coordonnées permet d'introduire du déterminisme et de construire un gradient visant à contraindre le nombre maximum de sauts depuis toute source vers le puits. Nous proposons par ailleurs un mécanisme d'agrégation temps-réel des alarmes remontées pour lutter contre les tempêtes de détection qui entraînent congestion et collision, et donc limitent la fiabilité du système. * Nous proposons une méthodologie de vérification formelle basée sur les techniques de Model Checking. Cette méthodologie se déroule en trois points, qui visent à modéliser de manière efficace la nature diffusante des réseaux sans fil, vérifier les RCsF en prenant en compte la non-fiabilité du lien radio et permettre le passage à l'échelle de la vérification en mixant Network Calculus et Model Checking. Nous appliquons ensuite cette méthodologie pour vérifier RTXP.

Les grandes évolutions de la technique de systèmes embarqués au cours des dernières années ont permis avec succès la combinaison de la détection, le traitement des données, et diverses technologies de communication sans fil tout en un nœud. Les réseaux de capteurs sans fil (WSN) qui se composent d'un grand nombre de ces nœuds ont attiré l'attention du monde entier sur les établissements scolaires et les communautés industrielles, puisque leurs applications sont très répandues dans des domaines tels que la surveillance de l'environnement, le domaine militaire, le suivi des événements et la détection des catastrophes. En raison de la dépendance sur la batterie, la consommation d'énergie des réseaux de capteurs a toujours été la préoccupation la plus importante. Dans cet article, une méthode mixte est utilisée pour l'évaluation précise de l'énergie sur les réseaux de capteurs, ce qui inclut la conception d'un environnement de SystemC simulation base au niveau du système et au niveau des transactions pour l'exploration de l'énergie, et la construction d'une plate-forme de mesure d'énergie pour les mesures de nœud banc d'essai dans le monde réel pour calibrer et valider à la fois le modèle de simulation énergétique de nœud et le modèle de fonctionnement. La consommation d'énergie élaborée de plusieurs différents réseaux basés sur la plate-forme de nœud sont étudiées et comparées dans différents types de scénarios, et puis des stratégies globales d'économie d'énergie sont également données après chaque scénario pour les développeurs et les chercheurs qui se concentrent sur la conception des réseaux de capteurs efficacité énergétique. Un cadre de l'optimisation basée sur un algorithme génétique est conçu et mis en œuvre à l'aide de MATLAB pour les réseaux de capteurs conscients de l'énergie. En raison de la propriété de recherche global des algorithmes génétiques, le cadre de l'optimisation peut automatiquement et intelligemment régler des centaines de solutions possibles pour trouver le compromis le plus approprié entre la consommation d'énergie et d'autres indicateurs de performance. Haute efficacité et la fiabilité du cadre de la recherche des solutions de compromis entre l'énergie de nœud, la perte de paquets réseau et la latence ont été prouvés par réglage paramètres de l'algorithme CSMA / CA de unslotted (le mode non-beacon de IEEE 802.15.4) dans notre simulation basé sur SystemC via une fonction de coût de la somme pondérée. En outre, le cadre est également disponible pour la tâche d'optimisation basée sur multi-scénarios et multi-objectif par l'étude d'une application médicale typique sur le corps humain.

Les Réseaux de Capteurs Sans Fil (RCSF) sont de plus en plus exploités par des applications diverses grâce à leur facilité de déploiement et d’auto-configuration. Les applications de collecte de données qui utilisent les RCSF ont souvent un profil convergecast : l’ensemble des données récoltées par tous les capteurs du réseau sont acheminées vers un puits de collecte, grâce à une communication multi-saut. Pendant l’acheminement des données des nœuds de collecte vers le puits, des goulots d’étranglement sont fréquemment observés, principalement au voisinage du puits. Cela est du à la congestion et au phénomène d’entonnoir couramment observé sur le trafic de données ayant un profile convergecast. Outre un risque accru de collision, cela entraîne le débordement des files d’attente des nœuds concernés conduisant à des pertes de données. Cette perte réduit le taux de livraison au puits entraînant une baisse du débit du réseau. Afin de réduire ces pertes et de permettre un meilleur taux de livraison au puits, le trafic doit être équitablement réparti au niveau de chaque saut pendant l’acheminement. Dans cette thèse, nous avons d’une part proposé S-CoLBA (Single channel Collaborative Load Balancing Algorithm), un protocole mono-canal de routage dynamique avec équilibrage de la charge. Sa métrique de routage est basée sur le délais moyen d’accès au medium radio par nœud. Chaque nœud choisit comme prochain saut à destination du puits, un de ses voisins ayant le délais d’accès le plus court. S-CoLBA intègre également une surveillance permanente des files d’attente des nœuds afin de prévenir la congestion et d’éviter le débordement de ces files. D’autre part, nous avons adapté S-CoLBA pour le rendre utilisable dans un réseau multicanal. Cette version du protocole s’appelle M-CoLBA (pour Mulitchannel CoLBA). M-CoLBA évite la congestion en équilibrant la charge grâce à une répartition du trafic au niveau de chaque saut du réseau. Dans un réseau multicanal, le problème de support de diffusion se pose. M-CoLBA introduit des périodes de synchronisations où tous les nœuds utilisent le même canal pour échanger les informations de routage. Ces périodes de synchronisation contribuent à allonger les délais de bout en bout des paquets. Nous avons ainsi optimisé M-CoLBA en "surchargeant" les acquittements des trames avec les informations de routage ( piggybacking) et les états des files d’attente. Cela évite de passer par des périodes de synchronisation pour diffuser ces informations. Cette version optimisée s’appelle ABORt ( Acknowledgement-Based opportunistic Routing protocol). Dans un cas de trafic de type convergecast, ABORt induit une diversité des routes prises par les données collectées, ce qui est bénéfique à la quantité de données transportées et à la robustesse de la solution. Les contributions ont été évaluées par simulation et expérimentation dans un réseau monocanal et multicanal. Les résultats montrent que nos contributions améliorent le taux de livraison des données au puits, optimisent le délais de bout en bout et réduisent la quantité de trafic de contrôle comparé à des solutions déjà existantes. / The popularity of wireless sensor networks (WSNs) is increasing due to their ease ofdeployment and auto-configuration capabilities. They are used in different applica-tion domains including data collection with convergecast scenarios. In convergecast,all data collected in the network is destined to one common node usually called thesink. In case of high carried traffic load and depending on the used routing policy,this many-to-one data collection leads to congestion and queue overflow mainly innodes located near the sink. Congestion and queue overflow reduce delivery ratiothat negatively affects the network efficiency.Wireless sensor nodes are resource constrained devices with limited buffers sizeto store and forward data to the sink. Introducing multichannel communication inWSNs helps to increase the carried traffic load thanks to allowing parallel data trans-mission and reduction of contention and interference. With high traffic load, thenumber of data packets travelling from leaf nodes towards the sink becomes higher.In case the routing scheme does not balance the traffic load, it will be unfairly dis-tributed between forwarding nodes. Thus, nodes that are in part of the routing will beoverloaded while others are less used. Overloaded nodes increase the risk of conges-tion and queue overflow leading to data loss that reduces the throughput. Therefore,we need to couple the routing protocols with traffic load balancing scheme in hightraffic load network scenarios.The goal of this thesis is to propose an efficient routing solution to prevent con-gestion and queue overflow in high data rate convergecast WSNs, in such a way, tooptimize data delivery ratio at the sink node.On the one hand, we proposed a single channel traffic load balancing routingprotocol, named S-CoLBA (Single channel Collaborative Load balancing routing).It relies on data queueing delay metric and best score (according to the value of themetric) next hop neighbors to fairly distribute traffic load in per hop basis in the net-work. Since the carried traffic load increases in multichannel communication, onthe other hand, we adapted our contribution to cope with multichannel WSNs andwe named it as Multichannel CoLBA (M-CoLBA). As broadcasting information isnot straightforward in multichannel, we optimize M-CoLBA to use piggybackingscheme for routing information sharing in the network. This enhanced version iscalled ABORt for Acknowledgement-Based opportunistic Routing protocol and re-lies on ACK frames to share routing information. Doing so helps to optimize dataframe end-to-end delay and to reduce the transmitted beacons in the network. ABORtfairly distributes traffic load in the network and avoids congestion and queue over-flow.We evaluated the performance of our contributions in both simulation using Con-tiki OS Cooja simulator and experiment (only for S-CoLBA) on TelosB motes. Ob-tained results in both simulation and experiment confirm the efficiency of our routingprotocols in term of packet delivery ratio and queue overflow compared to some ex-isting routing protocols in the literature.

L'énergie est une ressource clé dans les réseaux de capteurs sans fil (WSNs), en particulier lorsque les nœuds capteurs sont alimentés par des batteries. Cette thèse s'inscrit dans le contexte de la réduction de la consommation de l'énergie d'un réseau de capteurs au niveau application construite au-dessus de ce réseau, grâce à des stratégies de contrôle, en temps réel et de façon dynamique. La première stratégie de gestion de l'énergie considérée s'appuie sur le contrôle prédictif (MPC). Le choix de MPC est motivé par les objectifs globaux qui sont de réduire la consommation d'énergie de l'ensemble des nœuds capteurs tout en assurant un service donné, nommé mission, pour le réseau de capteurs. En outre, un ensemble de contraintes sur les variables de contrôle binaires et sur les nœuds capteur doit être rempli. La deuxième stratégie de gestion de l'énergie au niveau de l'application utilise une approche de contrôle hybride (HDS). Ce choix est motivé par la nature inhérente du système WSN qui est par essence hybride, en particulier lorsque l'on s'intéresse à la gestion de l'énergie. La nature hybride vient essentiellement de la combinaison de processus physiques continus tels la charge et décharge des batteries des nœuds; tandis que la partie discrète est liée à la modification des modes de fonctionnement et l'état Inaccessible des nœuds. Les stratégies proposées sont évaluées et comparées en simulation sur des différents scenarios réalistes. Elles ont aussi \'et\'e mises en œuvre sur un banc d'essai réel et les résultats obtenus ont été discutés. / Energy is a key resource in Wireless Sensor Networks (WSNs), especially when sensor nodes are powered by batteries. This thesis is investigates how to save energy of the whole WSN, at the application level, thanks to control strategies, in real time and in a dynamic way. The first energy management strategy investigated is based on Model Predictive Control (MPC). The choice of MPC is motivated by the global objectives that are to reduce the energy consumption of the set of sensor nodes while ensuring a given service, named mission, for the sensor network. Moreover, a set of constraints on the binary control variables and on the sensor modes must be fulfilled. The second energy management strategy at the application level is based on a Hybrid Dynamical System (HDS) approach. This choice is motivated by the hybrid inherent nature of the WSN system when energy management is considered. The hybrid nature basically comes from the combination of continuous physical processes, namely, the charge / discharge of the node batteries; while the discrete part is related to the change in the functioning modes and the Unreachable condition of the nodes. The proposed strategies are evaluated and compared in simulation on a realistic test-case. Lastly, they have been implemented on a real test-bench and the results obtained have been discussed.

Les réseaux de capteurs sans fils linéaires (RdCSL) sont un cas particulier de réseaux de capteurs sans fils où les nœuds de capteurs sont déployés le long de multiples lignes. les RdCSL sont utilisés pour la surveillance des infrastructures routières, ferroviaires, des conduites de gaz, d’eau, de pétrole et de cours d’eau. Les solutions classiques de formation de topologie et d’adressage proposées ne sont pas adaptées à l’environnement des RdCSFL. En effet les paramètres initiaux utilisés par ces protocoles tels que le nombre maximum de nœuds fils (Cm), nombre maximum de nœuds routeurs fils Rm, profondeur maximum de l’arbre (Lm), occasionnent un gaspillage de l’espace d’adressage disponible pour les nœuds et limitent la profondeur de l’arbre adressable (15 sauts pour ZigBee). D’autres solutions adaptées pour les RdCSFL utilisent une organisation en cluster des nœuds du réseau et sont basées elles aussi sur des paramètres fixés à l’avance tels quel le nombre maximum de cluster fils par cluster. De plus, ces solutions requièrent beaucoup d’interventions manuelles sur les nœuds de capteurs (choix des chefs de cluster par exemple) et ne favorisent pas une adaptation face aux changements du RdCSL tels que l’ajout d’un ensemble de nœuds de capteurs. Dans cette thèse, nous proposons donc des protocoles permettant la construction automatique de topologies logiques, l’adressage et le routage pour des réseaux de capteurs sans fil linéaires. Nos protocoles fournissent aussi des mécanismes de gestion dynamique d’un RdSFL avec l’ajout de nouveaux nœuds, la réallocation d’adresses pour les nœuds en cas d’épuisement de blocs d’adresses et la gestion du routage vers plusieurs puits du réseau. Nos différents protocoles sont évalués grâce au simulateur Castalia/Omnet++. Les résultats de nos simulations montrent que nos protocoles permettent de construire un RdCSFL connecté avec peu de nœuds orphelins (nœuds sans adresses logiques) et sans limitations de profondeur. Nous montrons aussi, grâce à nos simulations, que nos contributions permettent d’ajouter un grand nombres de nœuds à un RdCSFL existant de n’importe quelle taille et s’adaptent au déploiement de plusieurs puits et au routage multi-puits et permettent d’améliorer le ratio et la latence de paquets livrés dans les RdCSFL. / Linear wireless sensor network (LWSN) are a sub-case of wireless sensor network where sensor nodes are roughly deployed through multiple long lines with branches. LWSN are used to monitor infrastructures such as roads, pipelines, and naturals entities such as rivers.Classical solutions of topology construction and addressing are inefficient on LWSN . Indeed, with initials networks parameters such as the maximum number of children per node (Cm), the maximum number of children routers per node (Rm), and the maximum tree depth, a solution like ZigBee causes a waste of available address space of network nodes and limit the depth of the addressable tree to 15 hops. Other solutions proposed for LWSN use a cluster-tree organisation and are based on initial network parameters such as the maximum number of children clusters per cluster. In addition, these solutions require a lot of manual intervention on different sensor nodes and do not allow adaptation for a network extension (addition of a set of new sensor nodes). In this thesis, we propose protocols to allow the automatic construction of topologies, the addressing and the data routing for linear wireless sensor networks. Our contribution also provides mechanisms for dynamic management of LWSN (addition of new nodes, addresses reallocation, and data routing to multiple sink nodes). Our different protocols are evaluated using Castalia/Omnet++ simulator. Results of our simulations show that our protocols allow a construction of connected LWSN with very few orphan nodes and without depth limitations. We also show that our contribution allows to add many new nodes on different LWSN, and adapts to the deployment of multiple sinks to improve the ratio and the latency of data delivery packets.

La tendance actuelle des réseaux de capteurs sans fil est d’avoir un seul réseau supportant plusieurs applications et fournissant plusieurs QoS. Dans cette thèse, nous étudions les techniques de cross-layering afin d’améliorer les performances et de fournir de la QoS. Tout d’abord, nous généralisons le concept de la méthode d’accès MaCARI en proposant une architecture multi-couches où plusieurs combinaisons de protocoles MAC-routage sont utilisées. Une file d’attente est associée à chaque combinaison, et chaque combinaison est activée pour une période précise. Le but est de profiter de ces combinaisons pour offrir différentes QoS. Cependant, cette architecture cause un problème de dimensionnement des périodes, ce qui a un impact sur les performances du réseau. Nous proposons, ensuite, des techniques de cross-layering en échangeant les paquets entre les différentes files d’attente afin de résoudre le problème de dimensionnement. Durant sa période, chaque combinaison traite tous les paquets de sa file d’attente ainsi que les paquets des files d’attente d’autres périodes. Nous montrons par simulation que notre approche améliore les performances du réseau. / The current trend in wireless sensor networks is to have a single network supporting serveral applications and providing several QoS. In this thesis, we study the cross-layering techniques in order to improve the network performance and provide several QoS. Fistly, we generalize the concept of the access method MaCARI by proposing a multi-stack architecture in which several MAC-routing combination protocols are used. A queue is associated to each combination, and each combination is active for a specified period. The purpose consists in using these combinations in order to provide different QoS. However, this architecture yields to a dimensioning problem for the periods reducing the network performance. Secondly, we propose cross-layering techniques by exchanging packets between different queues to solve the dimensioning problem. During its period, each combination treats all the packets of its queue and the packets related to queues associated to other periods. We show by simulations that our approach improves the network performance.

Améliorer la durée de vie est un enjeu important qui s'impose lors du déploiement des réseaux de capteurs sans fil (RCsFs). En effet, ces réseaux sont composés par des capteurs autonomes alimentés par des batteries qu'il est difficile de recharger ou remplacer. Le challenge est donc d'assurer le fonctionnement de ces réseaux pendant plusieurs années sans aucune intervention extérieure majeure.Afin de maximiser la durée de vie des RCsFs, nous avons d'abord exploré la possibilité d'introduire plusieurs puits mobiles. Nous avons proposé deux stratégies. La première détermine les positions optimales sur un réseau de petite échelle et la deuxième, basée sur une heuristique, garantit le passage à l'échelle.Nous nous sommes ensuite intéressés aux RCsFs basés sur IPv6 qui utilisent RPL, le nouveau protocole de routage proposé par l'IETF. Nous avons étudié ce protocole, étendu ses capacités pour gérer des puits mobiles et proposé une stratégie de mobilité des puits adaptée permettant de prolonger la durée de vie du réseau.Puis, nous avons proposé une nouvelle approche qui applique le codage de Slepian-Wolf sur les adresses émises dans les RCsFs. L'idée consiste à exploiter la corrélation des adresses garantie par un schéma approprié d'allocation afin de réduire le nombre de bits d'entête transmis au puits et d'améliorer ainsi la durée de vie du réseau.Finalement, nous avons proposé une infrastructure IPv6 hybride pour bâtiments intelligents qui combine les avantages des technologies sans fil et courants porteurs en ligne afin d'améliorer la durée de vie du réseau, sa connectivité et sa robustesse à faible surcoût. / Improving the network lifetime is a very challenging problem that needs to be taken into account during the deployment of wireless sensor networks (WSNs). Indeed, these networks are composed of many autonomous sensors with a limited energy supply provided by batteries which are usually difficult to recharge or replace. The scientific challenge is to ensure the operation of these networks for several years without major external intervention. To maximize the lifetime of WSNs, we first explored the possibility of introducing multiple mobile sinks. We proposed two mobility strategies. The first one provides the optimal placement in a network of small scale. The second one is based on an heuristic algorithm that ensures scalability.We were then interested in IPv6 based WSNs which use the new proposed routing protocol by IETF namely RPL. We studied this protocol, extended its capacity to manage mobile sinks andproposed an appropriate sinks mobility strategy that extends the network lifetime.Next, we proposed a novel approach which consists in applying Slepian-Wolf coding to emitted addresses in WSNs. The basic idea is to exploit the addresses correlation, guaranteed by an appropriate addresses allocation scheme, in order to reduce the header size of packets transmitted to the sink and thus improve the network lifetime.Finally, we proposed an hybrid IPv6 infrastructure for smart buildings which combines the wireless and power line technologies to guarantee energy efficiency and a longer network lifetime.

Pour assurer les communications dans un réseau de capteurs sans fil, les capteurs utilisent un modèle simplifié de protocoles en couches inspiré du modèle OSI. Ce modèle comporte cinq couches, chaque couche devant assurer des fonctionnalités indépendantes et particulières. Nous nous intéressons à deux couches qui sont impliquées directement dans les décisions assurant les communications, la couche Liaison de données dans laquelle le protocole MAC assure la coordination des communications entre voisins directs, et la couche Réseau dans laquelle le protocole de routage est responsable de trouver une route entre un émetteur et un récepteur. Chacune des deux couches vise à améliorer certaines métriques, comme la latence, mais les décisions incohérentes venant de différents protocoles peuvent ne pas le permettre. Par conséquent, les décisions spatiales du protocole de routage et les décisions temporelles du protocole MAC doivent être corrélées pour optimiser la latence des communications. Les protocoles cross-layer résolvent ce problème soit en assurant des communications entre des protocoles des deux couches, soit en combinant les deux couches en une nouvelle couche. Dans ce contexte, cette thèse étudie les protocoles cross-layer existants entre MAC et routage et propose de nouvelles approches ayant comme but de minimiser la latence des communications. Dans un premier temps, nous avons proposé un protocole de routage qui utilise des informations du protocole MAC qu’est un TDMA pour trouver un chemin entre le noeud qui capte les données et la station de base tout en minimisant la latence des communications [1]. Ensuite, nous nous sommes intéressés au cas inverse, i.e. des approches MAC qui utilisent des informations de routage pour établir des ordonnancements TDMA de communication pour les nœuds du réseau, ces ordonnancements visant toujours à optimiser la latence des communications [2, 3, 5].Enfin, dans [4], nous avons proposé une approche qui combine un protocole MAC et un protocole de routage en un seul protocole. / Traditionally, in Wireless Sensor Networks, protocols are designed independently in the layered protocol stack, and metrics involved in several layers can be affected. Communication latency is one metric example, impacted by both the routing protocol in the network layer and the MAC protocol in the data link layer. Cross-layer protocols are known to be more efficient when exploiting the dependencies between these layers.In this context, and aiming to minimize the communication latency, we propose different cross-layer approaches concerning routing trees and TDMA schedules. First, we propose a routing approach using information of the TDMA schedule. Then, we propose different TDMA scheduling approaches which use information of the routing tree. Finally, we propose an approach that combines MAC and routing to produce a routing tree and a TDMA schedule simultaneously. Extensive simulations have shown better results of our contributions compared to the state of the art in terms of latency. Other metrics such as the energy consumption, the duty cycle of the nodes and the number of hops in the routing paths were also considered during the evaluation of our contributions.

Les réseaux de capteurs sans fil émergent comme une technologie innovatrice qui peut révolutionner et améliorer notre façon de vivre, de travailler et d'interagir avec l'environnement physique qui nous entoure. Néanmoins, l'utilisation d'une telle technologie soulève de nouveaux défis concernant le développement de systèmes fiables et sécurisés. Ces réseaux de capteurs sans fil sont souvent caractérisés par un déploiement dense et à grande échelle dans des environnements limités en terme de ressources. Les contraintes imposées sont la limitation des capacités de traitement, de stockage et surtout d'énergie car ils sont généralement alimentés par des piles.Nous visons comme objectif principal à travers cette thèse à proposer des solutions permettant de garantir un certain niveau de fiabilité dans un RCSF dédié aux applications sensibles. Nous avons ainsi abordé trois axes, qui sont :- Le développement de méthodes permettant de détecter les noeuds capteurs défaillants dans un RCSF,- Le développement de méthodes permettant de détecter les anomalies dans les mesures collectées par les nœuds capteurs, et par la suite, les capteurs usés (fournissant de fausses mesures).- Le développement de méthodes permettant d'assurer l'intégrité et l'authenticité des données transmise dans un RCSF. / Wireless sensor networks emerge as an innovative technology that can revolutionize and improve our way to live, work and interact with the physical environment around us. Nevertheless, the use of such technology raises new challenges in the development of reliable and secure systems. These wireless sensor networks are often characterized by dense deployment on a large scale in resource-onstrained environments. The constraints imposed are the limitation of the processing, storage and especially energy capacities since they are generally powered by batteries.Our main objective is to propose solutions that guarantee a certain level of reliability in a WSN dedicated to sensitive applications. We have thus proposed three axes, which are:- The development of methods for detecting failed sensor nodes in a WSN.- The development of methods for detecting anomalies in measurements collected by sensor nodes, and subsequently fault sensors (providing false measurements).- The development of methods ensuring the integrity and authenticity of transmitted data over a WSN.

Les recherches sur ce sujet se base sur la prise de conscience qu’il est possible de réaliser des équipements de très petite taille pouvant être exploité dans des différents domaines comme : l’habitat intelligent, surveillance et sécurité, les applications médicales, gestion d’une exploitation agricole, etc.Contrairement aux réseaux traditionnels qui se concentrent essentiellement à fournir une meilleure qualité de service (QoS), les RCSFs doivent, en plus, se préoccuper à conserver au mieux l’énergie dans le réseau.En effet, ils doivent adopter des techniques qui permettent aux utilisateurs de maximiser la durée de vie du réseau en entier, car chaque capteur est alimenté par une source d’énergie limitée et généralement irremplaçable.C’est pourquoi, il est important d’optimiser les performances de ce type de réseau en termes d’énergie à tous les niveaux de conception. Dans ce contexte, cette thèse est dédiée à l’étude des différentes techniques adoptées au niveau de la couche physique et MAC, plus particulièrement au processus de modulation et du codage des données puis aux techniques de relayage des informations. En effet, le choix de la modulation optimale et de la méthode de codage du canal appropriée est une tâche cruciale à la couche physique de cette classe de réseaux.Pour ce faire, nous avons présenté en premier temps les différents aspects caractérisant les réseaux de capteurs sans fil. Puis, les efforts engagés pour maximiser la conservation de l’énergie dans ces réseaux ont été résumés. En second lieu, nous nous sommes focalisés sur l’impact du choix du schéma de modulation et du codage canal dans les RCSFs, afin de trouver la consommation optimale permettant de préserver au mieux l’énergie du noeud capteur.Dans la dernière partie de notre étude, nous nous sommes intéressés à l’intégration de la coopération au niveau de la couche MAC afin de quantifier le gain apporté en termes de consommation d’énergie ainsi qu’en termes de stabilité des liens radio. / Wireless sensor networks (WSNs) are composed of sensor nodes generally powered by batteries, for which recharging or replacement is difficult. Since battery technology has not progressed as rapidly as semiconductor technology, energy efficiency has become increasingly important in WSN. On the other hand, data exchanged between nodes are vulnerable to corruption by errors induced by random noise, signal fading and other factors. Therefore, improving link reliability and reducing energy consumption are prime concerns in the design of wireless sensor networks. In this context, performing optimal modulation schemes with suitable channel coding process is a crucial task at the physical layer of this class of networks.The aim of this work is to study from a signal processing point of view different techniques used at the physical layer and MAC, in particular the modulation process, coding strategy and cooperative communication protocol dedicated to WSN.We investigate energy-constrained wireless sensor networks and we focus on the determination of the optimal system configuration that permits to improve the performance of this type of network. A comparative analysis of energy consumption referring to MSK modulation is presented in the chapter three. We show that the gain achieved with MSK modulation is very promising to obtain optimal energy network consumption. The final chapter is devoted to the cooperative relaying system. The aim of using such technique is to make better energy conservation in the network. Indeed, through Cooperative transmission with the help of relays provides a better performance gain compared to the direct transmission (DT).