Le passage à l’échelle des protocoles de routage est un des problèmes les plus critiques pour les réseauxmobiles sans fil à grande envergure. Dans ce cadre, le concept de clusterisation peut être mis à profit dans lafonction de routage afin d’améliorer les performances de ces réseaux. En premier lieu, cette thèse présentenotre algorithme de clusterisation à 1-saut alpha-SSCA (α-Stability Structure Clustering Algorithm) qui apour objectif d’améliorer la stabilité de la structure des clusters. Un algorithme générique de clusterisationà K-sauts est également proposé en ayant le même but de stabilité visé par alpha-SSCA tout en réduisant lenombre de clusters générés et en étant indépendant de la métrique d’élection des cluster-heads. Ensuite, nousprésentons notre proposition d’un protocole de routage à état des liens des clusters qui exploite les apports denotre mécanisme de clusterisation α-SSCA. Ce protocole, appelé CLSR (Cluster-based Link State Routing),vise à réduire le trafic de contrôle afin d’améliorer les performances du réseau à large échelle. Nous avonsproposé aussi une version hiérarchique du protocole CLSR. Ce protocole de routage introduit une hiérarchiedans la structure des clusters qui permet de réduire le nombre de clusters en groupement des clusters prochesdans un même cluster. L’objectif principal de ce protocole hiérarchique est d’améliorer la scalabilité de CLSRquand le nombre de noeuds dans le réseau augmente considérablement. / Scalability is one of critical challenges for routing protocols in large scale mobile wireless networks. In thiscontext, clustering technique seems a promising approach to overcome the scalability problem. First, we proposea one hop clustering algorithm, alpha-SSCA (alpha-Stability Structure Clustering Algorithm), whichaims to improve the stability of the clusters structure. Second, we present a proposal of a generic K-hopsclustering algorithm which is independent of the metrics used to elect cluster-heads. The main contributionof this last algorithm is to enhance the stability of the clusters structure while reducing the number of clusters.Clustering mechanism is introduced in our proposed routing protocol CLSR (Cluster-based Link StateRouting) in order to reduce the control overhead. The main objective of CLSR is to take profit of the stablestructure of clusters to enhance the network scalability.We propose also a second proactive link-state protocolwhich is based on hierarchical clustering. This protocol makes use of hierarchical clustering to more reducethe routing overhead.

Le passage à l'échelle des protocoles de routage est un des problèmes les plus critiques pour les réseauxmobiles sans fil à grande envergure. Dans ce cadre, le concept de clusterisation peut être mis à profit dans lafonction de routage afin d'améliorer les performances de ces réseaux. En premier lieu, cette thèse présentenotre algorithme de clusterisation à 1-saut alpha-SSCA (α-Stability Structure Clustering Algorithm) qui apour objectif d'améliorer la stabilité de la structure des clusters. Un algorithme générique de clusterisationà K-sauts est également proposé en ayant le même but de stabilité visé par alpha-SSCA tout en réduisant lenombre de clusters générés et en étant indépendant de la métrique d'élection des cluster-heads. Ensuite, nousprésentons notre proposition d'un protocole de routage à état des liens des clusters qui exploite les apports denotre mécanisme de clusterisation α-SSCA. Ce protocole, appelé CLSR (Cluster-based Link State Routing),vise à réduire le trafic de contrôle afin d'améliorer les performances du réseau à large échelle. Nous avonsproposé aussi une version hiérarchique du protocole CLSR. Ce protocole de routage introduit une hiérarchiedans la structure des clusters qui permet de réduire le nombre de clusters en groupement des clusters prochesdans un même cluster. L'objectif principal de ce protocole hiérarchique est d'améliorer la scalabilité de CLSRquand le nombre de noeuds dans le réseau augmente considérablement.

La croissance des terminaux et des services de réseau mobile pose aujourd'hui une question sur la méthode de distribuer efficacement des données aux utilisateurs. Plusieurs applications de réseau ont besoin de télécharger des données afin de fournir des informations aux utilisateurs. En conséquence, l'explosion du trafic de données exercé par les clients qui cherchent des contenus en ligne provoque la saturation du réseau cellulaire des opérateurs mobiles. Similaire aux problèmes du réseau Internet, les utilisateurs mobiles ont désormais fait face à la congestion au niveau des passerelles de réseau. En raison de l'imprévisibilité de la mobilité humaine, les fournisseurs de services mobiles ne peuvent pas installer suffisamment des infrastructures pour leurs clients. La réplication de contenu dans ce contexte a été prouvée comme une bonne solution pour améliorer la performance et l'extensibilité du réseau. Dans cette thèse, nous abordons les problèmes de la réplication du contenu dans des réseaux hétérogènes mobiles. Nous étudions deux questions fondamentales: où et combien de répliques doivent être placées dans le système. Nous modélisons le problème à l'aide de la théorie de "facility location" et nous concevons un mécanisme distribué qui est capable de réduire la latence d'accès au contenu et d'éviter la congestion au niveau des passerelles mobiles. En outre, nous examinons les contraintes de ressources des équipements mobiles et proposons des mécanismes P2P pour transférer les répliques afin de parvenir l'équilibrage de charge parmi les utilisateurs. Nous évaluons nos mécanismes en utilisant des modèles de mobilité humaine. Enfin, pour résoudre le problème causé par les utilisateurs rationnels qui se comportent égoïstement lors de la réplication du contenu dans les réseaux hétérogènes mobiles, nous dérivons un modèle de coût et utilisons la théorie des jeux pour étudier les équilibres du système. Particulièrement, nous étudions le facteur de réplication dans un scénario "flash-crowd" avec de différents débits de réseau sans fil. A partir des résultats théoriques, nos futurs travaux sont d'élaborer des stratégies à mettre en œuvre dans les réseaux en pratique.

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.