Un réseau sans fil mobile est une collection de noeuds mobiles connectés via des liens sans fil. Le noeud mobile peut être une personne portant un terminal mobile, un animal avec une étiquette électronique, un véhicule ou tout autre appareil mobile doté de capacités de communication sans fil. Cette thèse traite deux importants problèmes dans les réseaux sans fil mobiles : la localisation et la détection des conflits. La localisation est l’estimation des positions absolues ou relatives des noeuds mobiles. La détection des conflits est la prédiction des potentiels futurs conflits entre les noeuds mobiles. Un conflit est une situation dans laquelle deux ou plusieurs noeuds mobiles se trouvent à une distance inférieure à une distance minimale requise. La détection des conflits est particulièrement nécessaire dans les réseaux mobiles où les noeuds risquent de trop se rapprocher les uns des autres et se heurter.La première contribution de cette thèse est un nouvel algorithme de localisation pour les réseaux sans fil mobiles. L’algorithme proposé est distribué et nécessite un faible coût de calcul et de communication permettant son utilisation par des noeuds à ressources limitées. En particulier, un petit ensemble de noeuds avec des positions connues, appelés des nœuds ancres, diffusent périodiquement leurs coordonnées. Chaque noeud mobile avec une position inconnue collecte les coordonnées des noeuds ancres, les attribue des poids en fonction de différentes métriques (par exemple, la qualité de la liaison sans fil, le temps de réception) et enfin estime sa position en tant que la moyenne pondérée de toutes les coordonnées collectées. La deuxième contribution de cette thèse consiste en un algorithme de détection de conflit nommé SLIDE. SLIDE est distribué et à faible complexité: chaque noeuds mobile utilise des simples inégalités mathématiques afin de prédire avec précision et en temps opportun les futurs conflits avec les noeuds voisins. En outre, SLIDE abandonne l’hypothèse restrictive des positions et vitesses précises ainsi que des communications non perturbées afin de garantir son efficacité dans les applications du monde réel. La troisième et dernière contribution de cette thèse est un modèle stochastique qui évalue les risques des conflits dans un réseau sans fil mobile où les noeuds mobiles se déplacent dans le même espace partagé. Contrairement à la plupart des modèles stochastiques existants, le modèle proposé est simple, générique et ne nécessite que deux paramètres d’entrée: le nombre de noeuds mobiles et le paramètre λ caractérisant le temps d’inter-contact entre une paire de noeuds mobiles. Le paramètre λ peut être difficile à estimer expérimentalement. Nous proposons donc une expression générique pour λ et puis nous la spécifions pour deux modèles de mobilité couramment utilisés. Toutes les contributions de cette thèse sont validées en utilisant des simulations basées sur le simulateur d’événements discrets OMNeT ++. / A mobile wireless network is a collection of mobile nodes connected via wireless links. The mobile node can be a person carrying a mobile terminal, an animal with an embedded sensor (electronic tag), a vehicle or any other mobile device with wireless communication capabilities. This thesis deals with two fundamental issues in mobile wireless networks: localization and conflict detection. Localization is the estimation of the absolute or relative positions of the mobile nodes. Conflict detection is the prediction of potential future conflicts between the mobile nodes. A conflict is a situation in which two or more mobile nodes are within an unsafe distance from one another. Conflict detection is a crucial requirement for mobile networks where the nodes can get too close to each other and collide.The first contribution of this thesis is a new weighted localization algorithm for mobile wireless networks. The proposed algorithm is distributed and requires low computational and communication overheads enabling its use in resource-limited nodes. In particular, a small set of nodes with known positions, called beacon nodes, are periodically broadcasting their coordinates. A mobile node with an unknown position collects the beacon nodes coordinates, attributes them weights based on different metrics (e.g, link quality, reception time) and finally estimates its position as the weighted average of all the collected coordinates. The second contribution of this thesis consists in a straight line conflict detection algorithm called SLIDE. SLIDE is distributed and lightweight: each mobile node uses simple mathematical inequalities in order to accurately and timely predict future conflicts with the surrounding nodes. Furthermore, SLIDE drops the restrictive assumption of perfect sensing capabilities and perturbation-free environment in order to guarantee its efficiency in real world applications. The third and last contribution of this thesis is a stochastic model that assesses the conflicts risks in a mobile wireless network where the mobile nodes are moving in the same shared space. Unlike most of the existing stochastic models, the proposed model is simple, generic and requires only two input parameters: the number of mobile nodes and the parameter λ characterizing the inter-contact time between a pair of mobile nodes. The parameter λ may be difficult to estimate experimentally. We therefore provide a generic explicit expression for λ and then specify this generic expression for two commonly used mobility models. All the contributions of this thesis are validated through extensive simulations based on the discrete-event simulator OMNeT++.

Durant ces dernières années, nous avons observe une expansion progressive et continue des réseaux mobile sans-fil centres sur l’être humain. L’apparition de ces réseaux a encouragé les chercheurs à réfléchir à de nouvelles solutions pour assurer une évaluation efficace et une conception adéquate des protocoles de communication. En effet, ces réseaux sont sujets à de multiples contraintes telles que le manque d’infrastructure, la topologie dynamique, les ressources limitées ainsi que la qualité de service et la sécurité des informations précaires. Nous nous sommes spécialement intéressés à l’aspect dynamique du réseau et en particulier à la mobilité humaine. La mobilité humaine a été largement étudiée pour pouvoir extraire ses propriétés intrinsèques et les exploiter pour des approches plus adaptées à cette mobilité. Parmi les propriétés les plus intéressantes soulevées dans la littérature, nous nous sommes focalisés sur l’impact des interactions sociales entre les entités du réseau sur la mobilité humaine et en conséquence sur la structure du réseau. Pour recueillir des informations structurelles sur le réseau, plusieurs métriques et techniques ont été empruntées de l’analyse des réseaux sociaux (SNA). Cet outil peut être assimilé à une autre alternative pour mesurer des indicateurs de performance du réseau. Plus précisément, il extrait des informations structurelles du réseau et permet aux protocoles de communication de bénéficier d’indications utiles telles que la robustesse du réseau, les nœuds centraux ou encore les communautés émergentes. Dans ce contexte, la SNA a été largement utilisée pour prédire les liens dans les réseaux sociaux en se basant notamment sur les informations structurelles. Motivés par l’importance des liens sociaux dans les réseaux mobiles sans-fil centres sur l’être humain et par les possibilités offertes par la SNA pour prédire les liens, nous nous proposons de concevoir la première méthode capable de prédire les liens dans les réseaux sans-fil mobiles tels que les réseaux ad-hoc mobiles (MANETs) et les réseaux tolérants aux délais (DTNs). Notre proposition suit l’évolution de la topologie du réseau sur T périodes à travers un tenseur (en ensemble de matrices d’adjacence et chacune des matrices correspond aux contacts observés durant une période bien spécifique). Ensuite, elle s’appuie sur le calcul de la mesure sociométrique de Katz pour chaque paire de nœuds pour mesurer l’étendue des relations sociales entre les différentes entités du réseau. Une telle quantification donne un aperçu sur les liens dont l’occurrence est fortement pressentie à la période T+1 et les nouveaux liens qui se créent dans le futur sans pour autant avoir été observés durant le temps de suivi. Pour attester l’efficacité de notre proposition, nous l’appliquons sur trois traces réelles et nous comparons sa performance à celles d’autres techniques de prédiction de liens présentées dans la littérature. Les résultats prouvent que notre méthode est capable d’atteindre le meilleur niveau d’efficacité et sa performance surpasse celles des autres techniques. L’une des majeures contributions apportées par cette proposition met en exergue la possibilité de prédire les liens d’une manière décentralisée. En d’autres termes, les nœuds sont capables de prédire leurs propres liens dans le futur en se basant seulement sur la connaissance du voisinage immédiat (voisins à un et deux sauts). En outre, nous sommes désireux d’améliorer encore plus la performance de notre méthode de prédiction de liens. Pour quantifier la force des relations sociales entre les entités du réseau, nous considérons deux aspects dans les relations : la récence des interactions et leur fréquence. À partir de là, nous nous demandons s’il est possible de prendre en compte un troisième critère pour améliorer la précision des prédictions […] / During the last years, we have observed a progressive and continuous expansion of human-centered mobile wireless networks. The advent of these networks has encouraged the researchers to think about new solutions in order to ensure efficient evaluation and design of communication protocols. In fact, these networks are faced to several constraints as the lack of infrastructure, the dynamic topology, the limited resources and the deficient quality of service and security. We have been interested in the dynamicity of the network and in particular in human mobility. The human mobility has been widely studied in order to extract its intrinsic properties and to harness them to propose more accurate approaches. Among the prominent properties depicted in the literature, we have been specially attracted by the impact of the social interactions on the human mobility and consequently on the structure of the network. To grasp structural information of such networks, many metrics and techniques have been borrowed from the Social Network Analysis (SNA). The SNA can be seen as another network measurement task which extracts structural information of the network and provides useful feedback for communication protocols. In this context, the SNA has been extensively used to perform link prediction in social networks relying on their structural properties. Motivated by the importance of social ties in human-centered mobile wireless networks and by the possibilities that are brought by SNA to perform link prediction, we are interested by designing the first link prediction framework adapted for mobile wireless networks as Mobile Ad-hoc Networks (MANETs) and Delay/Disruption Tolerant Networks (DTN). Our proposal tracks the evolution of the network through a third-order tensor over T periods and computes the sociometric Katz measure for each pair of nodes to quantify the strength of the social ties between the network entities. Such quantification gives insights about the links that are expected to occur in the period T+1 and the new links that are created in the future without being observed during the tracking time. To attest the efficiency of our framework, we apply our link prediction technique on three real traces and we compare its performance to the ones of other well-known link prediction approaches. The results prove that our method reaches the highest level of accuracy and outperforms the other techniques. One of the major contributions behind our proposal highlights that the link prediction in such networks can be made in a distributed way. In other words, the nodes can predict their future links relying on the local information (one-hop and two-hop neighbors) instead of a full knowledge about the topology of the network. Furthermore, we are keen to improve the link prediction performance of our tensor-based framework. To quantify the social closeness between the users, we take into consideration two aspects of the relationships: the recentness of the interactions and their frequency. From this perspective, we wonder if we can consider a third criterion to improve the link prediction precision. Asserting the heuristic that stipulates that persistent links are highly predictable, we take into account the stability of the relationships (link and proximity stabilities). To measure it, we opt for the entropy estimation of a time series proposed in the Lempel-Ziv data compression algorithm. As we think that our framework measurements and the stability estimations complement each other, we combine them in order to provide new link prediction metrics. The simulation results emphasize the pertinence of our intuition. Providing a tensor-based link prediction framework and proposing relative enhancements tied to stability considerations represent the main contributions of this thesis. Along the thesis, our concern was also focused on mechanisms and metrics that contribute towards improving communication protocols in these mobile networks […]