Cette thèse démontre la pertinence de l’utilisation du Courant Porteur en Ligne (CPL) pour des applications de réseaux de capteurs. Nous nous focalisons sur la technologie basse consomma- tion et bas débit "WPC" développée par la société Watteco et nous montrons que son utilisation est justifiée pour des applications de réseaux de capteurs. Nous situons la solution WPC dans le paysage du CPL et déterminons les protocoles compatibles. Nous décrivons ensuite l’implé- mentation du module WPC et du média CPL dans le simulateur de réseau COOJA afin de proposer une solution réseau reposant sur l’adaptation du standard 802.15.4 sur la technologie WPC. Nous démontrons ensuite l’intérêt de la convergence des médias au niveau réseau par l’utilisation du standard IPv6, que nous adaptons sur notre solution CPL grâce au protocole 6LoWPAN. Nous justifions l’utilisation des protocoles standards de l’IETF sur notre solution CPL et nous montrons qu’une solution de routage sur CPL doit être développée. Nous montrons par des expérimentations que notre solution CPL correspond aux critères des réseaux basse puis- sance et supportant les pertes de transmissions (LLNs) pour lesquels le protocole standard RPL a été conçu. Nous justifions l’utilisation de ce protocole sur CPL, et validons son implémenta- tion dans le cadre de 2 expérimentations. Formées respectivement de 7 puis 26 noeuds CPL, les résultats montrent que le routage créé par RPL permet de couvrir un étage d’un bâtiment avec une topologie de type arbre et une profondeur de 3 sauts maximum. Nous montrons également que la technologie WPC permet une connectivité importante entre les noeuds du réseau et que la qualité des liens est fortement dynamique, mais que le routage permet de s’adapter à ces variations. Nous pointons également les limites de notre solution CPL qui présente des délais importants et des débits faibles, générant de contraintes fortes sur les applications. Notre solu- tion de réseau de capteur sur CPL repose sur le standard IP, permettant des échanges de paquets avec d’autres technologies. Nous étudions ainsi la possibilité de créer des réseaux hétérogènes mélangeant la technologie WPC et radio 802.15.4. Nous montrons que notre pile protocolaire permet la création de ce type de réseau, afin de profiter du meilleur des 2 mondes. Nous décri- vons ainsi l’architecture d’un noeud hybride Radio Fréquence (RF) / CPL permettant de faire transiter les paquets entre ces 2 médias. Nous montrons ensuite que l’utilisation combinée de ces 2 médias augmente le nombre de chemins disponibles et permet de faciliter le routage, en diminuant le nombre de sauts et le risque que certains noeuds du réseau soient inaccessibles. Nous démontrons ensuite que l’injection de noeuds CPL et RF/CPL dans un réseau formé de noeuds RF sur batterie permet de les délester de leur charge de routage afin de prolonger leur durée de vie. Nous présentons ensuite une optimisation énergétique matérielle et logicielle d’un noeud radio. Nous déterminons les paramètres des protocoles et les optimisations logicielles per- mettant de tirer au mieux partie de cette architecture et nous réalisons l’étude énergétique de la sonde embarquée sur le noeud. Au final, notre architecture présente une consommation totale inférieure à 17 μW. Nous indiquons dans les annexes nos implications dans les organismes de standardisation qui ont permis de valider l’implémentation. / This thesis demonstrate the relevance of Powerline Communication (PLC) usage for sensor networks applications. We focus in particular on the low power and low data rate PLC technol- ogy "Watt Pulse Communication" (WPC) developed by the Watteco company and justify its usage for sensor network applications. We situate the WPC technology in the PLC landscape and define compatible protocols. We then describe the WPC module and the PLC media im- plementation in the COOJA network simulator. This allows us to propose a network solution over this technology, leveraging on the adaptation of the 802.15.4 standard over the WPC tech- nology. We then demonstrate the benefit of media convergence at the network layer level, with the use of the IPv6 standard that we adapted over our PLC solution thanks to the 6LoWPAN protocol. We justify the usage of standards protocols over our PLC solution and show that a routing solutions must be developed over WPC. We show through experiments that our PLC solution match low power and lossy network (LLNs) criterions for which the RPL standard pro- tocol has been designed. We justify the usage of this routing protocol over our PLC solution, and validate its implementation through 2 experiments conducted in tertiary types buildings. Respectively composed of 7 and 26 PLC nodes, results show that the routing topology created by RPL enable the coverage an entire floor of a tertiary building with a tree based topology and 3 hops maximum path length. We also show that the WPC technology exhibits a high connectivity between nodes and that the link quality is highly dynamic. Though, we observed that the routing topology was able to handle these variations. We point out the limitations of our PLC solution, which presents high delays and low throughput, creating high constraints on applications. Our sensor network solution over PLC relies on the IP standard, enabling packets exchanges with other technologies using the same protocol. In particular, we study the possi- bility to create heterogeneous networks mixing the WPC technology with 802.15.4 radio. We show that our protocol stack used over PLC enable to create this type of network, in order to benefit from the best of these 2 worlds. We purpose an architecture of a hybrid Radio / PLC node enabling to transfer packets between these 2 media. Then, we show that the combined usage of these 2 media increase the number of available paths and facilitate the routing, while diminishing the number of hops and possible unreachability of nodes. We then demonstrate that the addition of PLC and Radio/PLC nodes in a RF based battery powered sensor network enable to relieve their routing charge in order to expand their lifetime. We then continue the energy study with a power consumption optimization of a wireless sensor network platform from the hardware and software standpoint. We first determine the operating frequency, the wake up frequency and the mode of operation of the micro controller offering the lowest power consump- tion. We then conduct an energy study of 4 different radio transceivers using the 2.4 GHz and 868 MHz frequency band, in order to determine the most efficient architecture. We determine the protocols parameters and the software optimization to reach the lower power consumption of this architecture. Finally, we realize the energy study of several probes than can be embedded on the node, according to their nature and functioning mode. Our final architecture exhibits a total power consumption that is lower than 17 μW, with an applicative reporting each 10 minutes and the maintenance of the reachability with the network. We also mention in annex parts our implication in standards developments organizations such as the IETF a the IPSO alliance, that allow us to validate the implementation of our solution through interoperability events.

Dans cette thèse, nous nous intéressons à plusieurs méthodes pour améliorer la sécurité des réseaux sans fil ad-hoc. Ces réseaux, ainsi que la sous-famille des réseaux de capteurs sans fil, sont une des solutions les plus intéressantes pour de nombreux problèmes, comme par exemple la collecte de données dans une large zone, ou bien la création d'infrastructure de communication après une catastrophe. Ces réseaux sont par nature collaboratifs, ce qui les rend très vulnérables à d'éventuels attaquants. Pour les protéger, nous étudions la sécurité des protocoles conçus pour ces réseaux. Premièrement, nous proposons SR3 (pour Secure and Resilient Reputation-based Routing), un algorithme de routage sécurisé et résilient pour le routage convergent (tous-vers-un) dans les réseaux de capteurs sans fil. SR3 route ses messages selon une mesure de réputation qui est bâtie sur des informations fiables. Ce protocole garantit la confidentialité de ses données, et l'inforgeabilité de ses paquets. Nous avons prouvé formellement ces propriétés avec deux outils de vérification : Scyther et CryptoVerif. Nous avons montré expérimentalement la résilience de SR3 quand confronté à divers scénarios d'attaque, et nous avons comparé nos résultats à plusieurs algorithmes de routage de la litérature. L'évaluation a montré que la résilience et l'équité fournies par SR3 sont meilleures que celles des autres protocoles, et cette distinction est accentuée si le réseau est peu dense. De plus, et contrairement aux autres protocoles, SR3 est capable de s'auto-adapter aux changements de comportement des attaquants afin d'assurer une qualité de service satisfaisante. Les analyses de la sécurité des protocoles de routage reposent presque toujourssur des simulations, qui évaluent la capacité du protocole à délivrer ses messages aux bons noeuds. Il existe plusieurs définitions différentes pour concevoir la sécurité du routage, mais à notre connaissance, elles considèrent seulement les protocoles de source routing, où les routes sont déterminées avant que le message ne soit envoyé. Nous proposons la notion de corruptibilité, une définition calculatoire et quantitative pour la sécurité du routage basée sur la capacité d'un attaquant à altérer les routes empruntées par un message. Nous illustrons ensuite ces définitions par plusieurs analyses de protocoles. Enfin, nous étudions les systèmes de détection d'intrusions (IDS) pour réseaux sans fil ad-hoc, et plus spécifiquement les sources de données utilisées pour leurs mécanismes de décision. Nous classifions celles-ci en fonction du niveau de coopération qu'elles requièrent, et en fonction de l'origine de leurs données. Nous proposons ensuite InDICE, un outil d'aide à la décision qui étant donné un IDS, permet de découvrir automatiquement quelles attaques seront indétectables par les sources de données qu'utilise cet IDS. Enfin, nous utilisons cet outil pour découvrir deux vulnérabilités dans des IDS de la littérature. / In this document, we focus on ways of increasing the security of wireless ad-hoc networks. These networks, and more specifically wireless sensor networks, look increasingly like the right answer to a lot of problem, such as data collection over a large area, or providing emergency network infrastructure after a disaster. They are also inherently exposed to malicious intents due to their collaborative nature. In order to protect them, we focus on the security aspects of the protocols built for these networks. We first propose a Secure and Resilient Reputation-based Routing protocol, called SR3. This protocol routes messages according to a reputation metric built using only trusted information. This protocol achieves data confidentiality and data packet unforgeability, which we prove formally using two verification tools: CryptoVerif and Scyther. We experimentally show the resiliency of SR3 against various attack scenarios, and we compared our results to several routing algorithms of the literature. This evaluation shows that both the resiliency and fairness accomplished by SR3 are better than for those others protocols, especially when the network is sparse. Moreover, and unlike previous solutions, if the compromised nodes behavior changes, then SR3 will self-adapt in order to ensure an acceptable quality of service. Analyses of routing protocols security are nearly always supported by simulations, which often evaluate the ability to deliver messages to a given destination. Several competing definitions for secure routing exist, but to our knowledge, they only address source routing protocols. We propose the notion of incorruptibility, a quantitative computational definition for routing security based on the attacker's ability to alter the routes used by messages. These definitions are then illustrated with several routing algorithms. Finally, we study Intrusion Detection Systems (IDS) for WANET, and more specifically their inputs. These systems provide a supplementary layer of defenses for WANETs, and they are able to easily detect attacks who are complicated for the network protocols. We classify the different inputs used by the decision process of these IDS, according to their level of required cooperation, and the source of their data. We then propose the InDICE tool, a decision aid which, given an IDS, allows automated discovery of undetectable attacks according to the inputs used by that IDS. In the end, we apply our framework to discover weaknesses in two existing IDS.

Les théâtres d’opérations militaires s’organisent aujourd’hui sous la forme de coalitions. Les forces armées qui sont déployées possèdent des moyens technologiques (communication, routage) et créent des réseaux sans fil. Le mouvement de ces forces sur le terrain donne au réseau une topologie fortement dynamique. Il se caractérise comme un réseau sans fil mobile, plus communément appelé MANET (Mobile Ad hoc NETwork). Pour l’efficacité de la mission et des communications, il est intéressant d’interconnecter facilement les différents groupes participant à la coalition. Cependant, chaque membre de la coalition possède sa propre architecture et souhaite rester autonome, sans s’adapter aux autres. Comme les opérateurs ont pu le faire lors de la création de l’Internet avec le protocole BGP (Border Gateway Protocol), il est nécessaire de créer un protocole qui connecte tous ces groupes participant à la coalition. Ce protocole doit permettre de créer des connexions inter-groupes, supporter facilement les changements de topologies et appliquer des politiques de routage qui permettent d’indiquer des préférences de groupes à emprunter, par exemple. Dans cette thèse, nous allons dans un premier temps étudier la non-adaptabilité de BGP sur les réseaux MANET. Puis, nous étudierons les différentes propositions de la littérature. Ensuite, nous présenterons notre solution ITMAN (Inter Tactical Mobile Ad hoc Network) dans sa première version et les améliorations que nous avons pu y apporter. Enfin, nous terminerons ce manuscrit par les perspectives qui peuvent être menées suite à cette thèse. / Nowadays, military operations are organized as coalitions. The armed forces that are deployed have technological features (communication, routing) that create wireless networks. The mobility of these forces on the ground means that the network has a highly dynamic topology. This is a mobile wireless network, more commonly called MANET (Mobile Ad hoc NETwork). For mission and communication efficencies, interconnection between the various groups participating in the coalition is necessary. However, each member of the coalition has its own architecture and wants to keep independancy from the other groups technologies. This situation is similar as the Internet construction, where operators were able to interconnect their infrastructures with BGP (Border Gateway Protocol). It is important to create a protocol that can connect all the groups involved in the coalition. This protocol should allow inter-group connections, easily support topology changes and apply routing policies that specifies groups on the route preferences, for example. In this thesis, we first study the adaptability issues of BGP on MANET. Then, we study the proposals that have been made in the literature. Next, we present ITMAN (Inter Tactical Mobile Ad Hoc Network) in its first version and the improvements that have been made. Finally, we will conclude this manuscript with the perspectives that can be highlighted following this thesis.

Les systèmes de communication de l'aviation civile sont soumis à une demande de capacité toujours croissante pour répondre à l'augmentation du nombre de vols et au développement de nouveaux services. Dans ce contexte, les réseaux ad hoc aéronautiques, aussi appelés AANET (Aeronautical Ad-hoc NETwork), sont étudiés comme une solution de communication innovante et complémentaire des systèmes existants. Un AANET est un réseau ad hoc dont les nœuds sont des avions. Il exploite les capacités de communication directe entre les nœuds pour transmettre des données au delà de la portée radio en utilisant une chaîne de nœuds relais. Cette thèse a pour objectif de proposer des solutions à deux problématiques complexes dans les réseaux ad hoc en tenant compte des contraintes spécifiques aux AANET : la gestion de l'accès au canal et le routage des données. La faisabilité de tels réseaux a déjà été démontrée dans la littérature, et une architecture de communication basée sur le CDMA (Code Division Multiple Access) a été proposée afin de pouvoir discriminer des transmissions concurrentes entre plusieurs utilisateurs. Cependant, aucune méthode d'attribution des codes d'étalement n'a été spécifiée. Pour résoudre ce problème dans un réseau à grande échelle tel qu'un AANET, nous proposons d'améliorer une méthode existante : le RP-CDMA (Random Packet CDMA). Nous présentons ensuite le protocole de routage novateur que nous avons conçu : NoDe-TBR (Node Density TBR). Dans le paradigme de routage TBR (Trajectory Based Routing), les paquets sont transférés de manière à suivre un chemin géographique appelé geopath, spécifié par l'émetteur. Nous avons conçu à travers NoDe-TBR une méthode pour déterminer ces chemins dans un AANET. Dans ce protocole, les geopath sont calculés en tant que géodésiques qui prennent en compte la densité effective des avions. Cette approche a été choisie car elle devrait présenter les avantages des algorithmes de routage géographique (très faible signalisation générée) tout en étant robuste aux conditions spécifiques rencontrées dans les AANET (mobilité, densité d'avions non uniforme). Afin d'évaluer les performances des solutions que nous proposons, nous avons développé des modèles avec le simulateur Omnet++. Nous avons utilisé une approche basée sur le rejeu de trajectoires réelles d'avions afin de rendre compte au mieux de la diversité des contraintes qui s'y appliquent. Le trafic de données simulé représente des communications bidirectionnelles entre des avions en vol et des services de contrôle au sol. Nos simulations mettent en évidence que les modifications que nous avons apportées au RP-CDMA améliorent les performances globales du système. Ces simulations montrent aussi que l'algorithme NoDe-TBR est sensiblement plus performant que des algorithmes de routage classiques en termes de délai et de joignabilité, tout en générant un volume négligeable de messages de signalisation. / The communication systems used in civil aviation are subject to an ever increasing capacity demand because of the air traffic growth and the development of new services. In this context, the AANETs (Aeronautical Ad-hoc NETworks) are studied as an innovative communication solution that would complement existing systems. An AANET is an ad hoc network in which the nodes are aircraft. It makes use of direct inter-aircraft communications to transmit data beyond the radio range by using a chain of relays. The objective of this thesis is to propose a solution to two complex problematics present in AANETs : the channel access management and the routing. Previous studies have shown the feasibility of such networks, and a communication architecture based on CDMA (Code Division Multiple Access) has been proposed in the literature. The CDMA allows concurrent receptions between users. However, no spreading code assignment method have been specified. In order to solve this problem on large scale networks such as AANETs, we propose to improve an existing method : the RP-CDMA (Random Packet CDMA). We then describe the innovative routing protocol that we have designed: NoDe-TBR (Node Density TBR). In the TBR (Trajectory Based Routing) paradigm, the packets are forwarded along a geographical path (geopath), specified by the sender. We specify through NoDe-TBR a method to compute these paths. In this protocol, the geopaths are computed as geodesics which take into account the actual node density. This approach has been selected because it should have the benefits of geographic routing (very low overhead) while being robust to the specific conditions encountered in AANETs (mobility, uneven aircraft density). To assess the performances of our propositions, we have developed models for the simulator Omnet++. We have used an approach based on the replay of actual aircraft trajectories in order to take into account the variety of constraints applied to the movements of the aircraft. The simulated data traffic represents bidirectional communications between aircraft and ground stations. Our simulations shows that the modification we propose for RP-CDMA improve the overall performances of the system. The simulations results also shows that NoDe-TBR outperforms more classical routing methods in terms of reachability and delay, while generating less overhead.

A?n de répondre à une complexité croissante des systèmes de calcul, due notamment aux progrès rapides et permanents des technologies de l’information, de nouveaux paradigmes et solutions architecturales basées sur des structures auto-adaptatives, auto-organisées sont à élaborer. Ces dernières doivent permettre d’une part la mise à disposition d’une puissance de calcul suf?sante répondant à des contraintes de temps sévères (traitement temps réel). D’autre part, de disposer d’une grande ?exibilité et adaptabilité dans le but de répondre aux évolutions des traitements ou des défaillances non prévues caractérisant un contexte d’environnement évolutif de fonctionnement du système. C’est dans ce cadre que s’insèrent les travaux de recherche présentés dans cette thèse qui consistent à développer une architecture auto-organisée de type Recon?gurable MPSoC (Multi processor System on Chip) à base de technologie FPGA. / The growing complexity of computing systems, mostly due to the rapid progress in Information Technology (IT) in the last decade, imposes on system designers to orient their traditional design concepts towards the new ones based on self-organizing and self-adaptive architectural solutions. On the one hand, these new architectural solutions should provide a system with a suf?cient computing power, and on the other hand, a great ?exibility and adaptivity in order to cope with all non-deterministic changes and events that may occur in the environnement in which it evolves. Within this framework, a recon?gurable MPSoC self-organizing architecture on the FPGA recon?gurable technology is studied and developped during this PhD.

La communication véhiculaire permet le développement de nouvelles applications multicast émergentes telles que la gestion de la flotte et la distribution des Points d'Intérêt (POI). Ces deux catégories d'applications nécessitent une communication multicast de l'Internet vers les réseaux véhiculaires (VANET). Afin de mettre en place une communication multicast adaptée au contexte de la communication Internet-vers-réseaux véhiculaires, notre travail traite de deux aspects différents. Tout d'abord, l'accessibilité des véhicules en mouvement au service Internet et en deuxième lieu, la dissémination du message dans les VANET. Nous introduisons un schéma d'adressage multicast basé sur les coordonnées géographiques des véhicules qui leur permet de s'auto-configurer d'une façon dynamique sans aucun besoin d'échanger des messages de signalisation avec Internet. Nous proposons aussi une approche simplifiée de gestion de la mobilité des véhicules dans le cadre des architectures Mobile IP et Proxy Mobile IP. Le but de cette approche est d'optimiser l'échange des messages avec les entités responsables de la gestion de la mobilité dans Internet. Afin d'étudier les mécanismes de dissémination appropriés aux applications de gestion de flottes, nous nous proposons de revisiter les techniques de routage multicast traditionnelles basées sur une structure de diffusion en arbre. Pour cela, nous étudions leur application aux réseaux véhiculaires. Nous présentons une étude théorique portant sur la durée de vie des liens entre les véhicules en milieux urbains. Ensuite, en utilisant la simulation, nous étudions l'application de Multicast Adhoc On Demand Vector, MAODV et proposons Motion-MAODV, une version adaptée de MAODV qui a pour objectif d'établir des routes plus robustes Enfin, concernat la dissémination multicast géolocalisée dans les applications POI, nous proposons le protocole de routage Melody qui permet une diffusion geocast en milieu urbain. A partir de simulations, nous constatons que, comparé aux protocoles de géo-brodcasting dans les milieux urbain très denses, Melody assure plus de fiabilité et d'efficacité lors de l'acheminement des données vers les zones géographiques de destination. / Vehicular communications allow emerging new multicast applications such as fleet management and point of interest (POI). Both applications require Internet-to-vehicle multicasting. These approaches could not be applied to vehicular networks (VANET) due to their dynamic and distributed nature. In order to enable such multicasting, our work deals with two aspects. First, reachability of the moving vehicles to the multicast service and second, multicast message dissemination in VANET. We introduce first a self-configuring multicast addressing scheme that allows the vehicles to auto-configure a dynamic multicast address without a need to exchange signalling messages with the Internet. Second, we propose a simplified approach that extends Mobile IP and Proxy Mobile IP. This approach aims at optimizing message exchange between vehicles and entities responsible for managing their mobility in Internet. To study the dissemination mechanisms that are suitable for fleet management applications, we propose to revisit traditional multicast routing techniques that rely on a tree structure. For this purpose, we study their application to vehicular networks. In particular, as vehicular networks are known to have changing topology, we present a theoretical study of the link lifetime between vehicles in urban environments. Then, using simulations, we study the application of Multicast Adhoc On Demand Vector, MAODV. We propose then Motion-MAODV, an improved version of MAODV that aims at enhancing routes built by MAODV in vehicular networks and guarantee longer route lifetime. Finally, to enable geographic dissemination as required by POI applications, we propose a routing protocol Melody that provides a geocast dissemination in urban environments. Through simulations, Melody ensures more reliable and efficient packet delivery to a given geographic area compared to traditional geo-brodcasting schemes in highly dense scenarios.

Cette thèse traite de l'optimisation des communications dans les réseaux véhiculaires à l'aided'une plate-forme de simulation réaliste. Un environnement réaliste implique des modèles demobilité adaptés aux véhicules ainsi que des modèles de couche physique détaillés (modèles decanaux et chaîne de transmission numérique).Notre travail a d'abord consisté à concevoir une plate-forme de simulation réaliste dédiée auxVANETs (Vehicular Ad hoc NETworks). Cette plate-forme a été complétée par un modèle depropagation semi-déterministe que nous avons conçu. L'avantage de ce modèle, appelé UMCRT,est d'avoir un réalisme équivalent à un modèle déterministe tout en réduisantsignificativement le temps de calcul. Ce modèle a été validé par comparaison avec unsimulateur déterministe à tracé de rayons.Nous avons ensuite utilisé cette plate-forme pour évaluer des protocoles de routage.L'efficacité de ces différents protocoles ad hoc testés en conditions réalistes nous a permis defocaliser notre étude sur les protocoles réactifs. De cette évaluation, nous avons retenu AODV(Ad hoc On demand Distance Vector) auquel nous avons notamment appliqué une métriquecross layer pour pallier la baisse de performance induite par le réalisme. Nous avons ensuiteutilisé une technique de tuning appliquée à des protocoles réactifs. Finalement, nous avonsévalué différentes couches physiques, SISO (Simple Input Simple Output) et MIMO (MultipleImput Multiple Output).Ces travaux montrent que seules des améliorations combinées à différents niveaux (physique etréseau) permettraient d'apporter une amélioration significative des performances. / This thesis deals with the optimization of communications in vehicular networks by using arealistic simulation platform. A realistic environment implies the usage of mobility modelsadapted to vehicles and also highly detailed physical models (channel models and digitaltransmission chain).The first part of our work has consisted in the design of a realistic simulation platformdedicated to VANETs (Vehicular Ad hoc NETworks). This platform has been completed by asemi-deterministic propagation model which we have designed. This model called UM-CRThas the advantage to have the same level of realism than a deterministic model while requiringmuch less computation time. This model has been validated by comparison with a deterministicray tracing simulator.We then have used this platform to evaluate routing protocols. The efficiency of different adhoc routing protocols in realistic conditions has led us to focus our study on the family ofreactive protocols. From this evaluation we have selected AODV (Ad hoc On demandDistance Vector) to which we have applied a cross-layer metric in order to reduce theperformance degradation caused by the realistic environment. We then have used a tuningtechnique with reactive protocols. Finally, we have evaluated several SISO and MIMOphysical layers. This work shows that only improvements combined at different levels (physicaland network) can yield a significant increase in performance.

Les véhicules autonomes sont des engins mobiles caractérisés par l’absence de pilote à leur bord et font partie d’un système plus global comprenant des éléments tels qu’une station de contrôle. Ils présentent la particularité d’avoir une conception spécifique liée à la mission assignée et peuvent être déployés dans des milieux divers et hétérogènes, incluant le milieu spatial, aérien,terrestre, marin de surface et sous-marin.Certaines missions requièrent la coopération de véhicules hétérogènes, où chaque type de véhicule réalise une mission locale pour permettre la réalisation d’une mission globale. La coopération entre les véhicules nécessite l’interopérabilité des communications. Même si des efforts ont été entrepris dans ce sens en normalisant les couches applicatives, ces travaux restent insuffisants.En effet, il n’existe pas de protocole qui assure l’acheminement des données entre différents types de véhicules qui possèdent une mobilité propre et utilisent parfois des médias de communication différents, comme les engins sous-marins et terrestres. L’objectif principal de cette thèse est de permettre à tous les engins de communiquer entre eux et de rendre cette interconnexion transparente. Pour cela, nous adoptons une approche multicouche qui nous permet de diffuser et d’acheminer des données vers n’importe quel engin. Il devient alors possible pour chaque véhicule de transmettre des données de manière transparente à un autre véhicule de nature différente sans connaître la topologie globale du réseau. Pour cela nous avons conçu un protocole de routage qui adapte sa politique en fonction du contexte et de l’environnement.Nous exploitons également un mode de diffusion qui permet de transmettre des données vers un engin faisant partie d’un groupe cible en nous basant sur leurs caractéristiques afin d’acheminer les données de manière optimale. / Unmanned vehicles are defined as autonomous entities with no operator on board. They are a part of a global system called Unmanned System which also includes elements such as a control station. These vehicles are designed to fulfil the requirements of assigned missions and can be deployed in spatial, aerial, terrestrial and maritime environments. Since a mission cannot be accomplished with a single vehicle, vehicles have to cooperate in order to achieve a global mission. However, cooperation requires communication interoperability between all vehicles. Even if previous works have standardized application protocols, it is not sufficient to ensure data delivery between all vehicles, since they have a specific mobility pattern and sometimes different network interfaces. The main goal of this thesis is to offer a seamless network, including all kinds of unmanned systems. We propose a cross layer approach in order to route and deliver data to any vehicle. In this context, each vehicle is able to transmit data to another without information on the global topology. We have developed a routing protocol, which adapts its strategy, according to the contextand to the network environment. In addition, we exploit the any cast diffusion technique based on vehicles features in order to adopt an optimal routing scheme.

Cette thèse propose un schéma entièrement distribué de routage résilient pour les réseaux de switches. Dans cette approche une panne est traitée localement ; ainsi les autres nœuds du réseau n’ont pas besoin de prendre des mesures spécifiques. Contrairement aux systèmes classiques de routage IP qui se base uniquement sur la destination, le routage est fait en se basant sur l’arc de l’entrée et la destination. La contrainte qui en résulte est que les deux flux à la même destination entrant dans un nœud par un arc commun doivent fusionner après cet arc. Nous montrons que sous des faibles hypothèses (en supposant que le réseau est symétrique et bi-connexes au sens des liens), il existe un schéma de routage résilient pour toutes les situations de pannes simples de liens. Nous modélisons le problème de dimensionnement par un programme linéaire en nombres entiers qui peut être résolu exactement pour des réseaux de taille modeste. Nous proposons également plusieurs heuristiques pour traiter des instances de grande taille. Notre méthode généralise les méthodes de la littérature, en particulier celles de Xi et al. et de Nelakuditi et al. qui ont proposé des approches similaires. Notre approche permet d’obtenir de meilleurs résultats sur de nombreuses instances de test. Nous avons également étudié l’existence d’un schéma de routage résilient pour situation de panne de nœud dans le réseau basée sur les switches. Nous montrons que dans le cas des pannes de plusieurs liens, la condition de connexité n’est pas suffisante. / This thesis presents a fully distributed resilient routing scheme for switch-based networks. A failure is treated locally, so other nodes in the network do not need to undertakespecial actions. In contrast to conventional IP routing schemes, each node routesthe traffic on the basis of the entering arc and of the destination. The resulting constraintis that two flows to the same destination entering in a node by a common archave to merge after this arc. We show that this is sufficient for dealing with all singlelink failure situations, assuming that the network is symmetric and two-link connected.We model the dimensioning problem with an Integer Linear Program which can besolved exactly for small networks. We also propose several heuristics for larger networks.Our method generalizes the methods of Xi et Chao and Li and of Nelakuditiet al. who have proposed similar schemes in the context of IP. Our methods are moreefficient than previous ones. We have also studied the existence of a resilient routingscheme for single node failure situation in switch-based network. We study also thecase of multi-link failure situations and show that requiring the network to be connectedafter any failure does not guarantee the existence of a resilent routing schemeas described above.

Les réseaux de capteurs sans fil (RCSFs) ont suscité un grand intérêt scientifique durant cette dernière décennie. Un des grands défis des RCSFs est d'assurer une communication avec la Qualité de Service (QoS) exigée par l'application tout en prenant en considération les contraintes intrinsèques des capteurs. Un autre défi est relatif à la génération des trafics hétérogènes avec des priorités diverses, ce qui impose des contraintes supplémentaires aux différents protocoles de communication. Dans cette thèse, nous nous intéressons aux protocoles de routage dédiés aux RCSFs. Dans un premier temps, nous proposons des améliorations de deux protocoles appartenant à deux catégories différentes de routage. L'objectif est de surmonter les contraintes liées aux caractéristiques des capteurs sans fil et d'assurer de meilleure performance. Dans un deuxième temps, nous proposons une solution pour remédier à la vulnérabilité de la technique des chemins multiples aussi bien dans le cas d'une seule source ou que dans le cas de plusieurs sources. Ainsi, nous avons proposé un protocole de routage à chemins multiples, capable de créer des chemins tout en évitant l'effet du rayon de détection de porteuse. Ce protocole nommé « Carrier Sense Aware Multipath Geographic Routing (CSA-MGR) », satisfait la QoS exigée par les RCSFs. Comme application directe de notre solution, nous avons étudié un scénario d'irrigation par goutte-à-goutte en utilisant les RCSFs. Principalement, nous nous sommes intéressés au cas d'un dysfonctionnement de système, tel que la rupture des tuyaux d'irrigation ou bien le blocage des émetteurs. Ainsi, nous distinguons deux niveaux de priorité pour les informations transmises par le réseau, et en utilisant le protocole CSA-MGR, nous concevons un routage selon la priorité exigée. Notre travail a été validé avec NS2 et TOSSIM ainsi par une implémentation réelle sur des noeuds capteurs TelosB. Les résultats des simulations numériques et des tests expérimentaux montrent l'apport de nos contributions par rapport aux solutions existantes. / Wireless Sensor Networks (WSNs) have aroused great scientific interest during the last decade. One of the greatest challenge of WSNs is to ensure communication with the Quality of Service (QoS) required by the application while taking into account the inherent constraints of the sensor nodes. Another challenge is related to the generation of heterogeneous traffic with different priorities, which imposes additional constraints on different communication protocols. In this thesis, we are interested specifically to routing protocols dedicated to WSNs. First, we propose improvements of protocols based on combinatorial optimization techniques and those based on nodes geographic positions to overcome the related constraints of WSNs. Secondly, we propose a solution to address the vulnerability of the multiple paths technique, whether for the case of a single source or several sources in the network. Thus, our main contribution is to provide a multi-path routing protocol, able to creating paths while avoiding the carrier sense range effect. This protocol denoted "Carrier Sense Aware Multipath Geographic Routing (CSA-MGR)" meets the QoS required by WSNs. As direct application of our solution, we studied a drip irrigation scenario using WSNs. Mainly, we studied the case where a system dysfunctioning occurs, such as irrigation pipe rupture or the emitters blocking. Also, we distinguish two priority levels for the data transmitted over the network, and based on the CSA-MGR, we design routing according to the required priority. Our work in this thesis has been validated through NS2 and TOSSIM simulators and also through a real implementation over the TelosB motes. The results of numerical simulations and experimental results show the advantage of our contributions compared to existing solutions.