Avoir une agriculture garantissant ses bonnes pratiques et ainsi, contribuer à la protection de l'environnement est un enjeu majeur du développement durable du monde rural. Pour cela, il faut être à même de surveiller les milieux et d'enregistrer les interventions liées à l'agriculture. Cette surveillance nécessite de collecter de plus en plus de données spatio-temporelles pour alimenter des systèmes d'information agri-environnementaux capables de construire des indicateurs permettant de prendre des décisions, d'assurer des contrôles... Cette collecte de données ne peut être performante que si elle est réalisée de manière automatique au travers de réseaux informatiques. Ainsi, dans le cadre de ces travaux, le concept de réseaux agri-environnementaux est présenté. Les caractéristiques et les contraintes liées à ces réseaux montrent que seuls les réseaux sans fil de type ad hoc peuvent être mis en oeuvre pour répondre aux besoins. Un état de l'art des réseaux ad hoc et des protocoles de routages associés montre que la création d'un nouveau protocole de routage coopératif est nécessaire afin de satisfaire les besoins des réseaux agri-environnementaux. Ce protocole de routage coopératif est la principale contribution de ces travaux. Vient ensuite la question de Qualité de Service dans ce type de réseaux sans fil qui est très importante, notamment dans un contexte de surveillance de l'environnement. Au sein du protocole de routage proposé, la Qualité de Service est abordée suivant plusieurs principes : estimation de la bande passante, augmentation de la connectivité du réseau... La Qualité de Service dans les réseaux agri-environnementaux est donc un autre point important de ces travaux de thèse. La mise en oeuvre de ces principes est illustrée au travers de différents exemples de réseaux agri-environnementaux. Cet aspect est abordé de manière globale par la mise en oeuvre de modules originaux tant sur le plan matériel que logiciel. Les solutions proposée permettent le déploiement de capteurs, fixes ou mobiles, à même de surveiller l'environnement et ainsi, de mieux comprendre les actions de l'homme sur celui-ci.

Dans une machine sans mémoire commune, les processeurs communiquent par échanges de messages via des liaisons point à point. Les machines à connectique fixe utilisent des liaisons permanentes organisées selon un graphe d'interconnexion régulier tel qu'une grille ou un hypercube. Les messages qui ne beneficient pas d'une liaison directe doivent être routés de voisin en voisin jusqu'à leur destination. Les performances de ces machines sont tributaires de l'adéquation entre le graphe des communications entre tâches et le graphe d'interconnexion<br />physique des processeurs.<br />Cette thèse examine les possibilités offertes par les machines<br />à réseau d'interconnexion programmable, dites reconfigurables, et<br />deux modes de fonctionnement seront étudiés. La reconfiguration synchrone programme le réseau d'interconnexion en une seule fois avant l'exécution de l'application. Le routage des messages n'est pas totalement éliminé et l'utilisation possible de topologies irrégulières en complique la mise en oeuvre. Le réseau peut au contraire être reprogrammé systématiquement pour chaque message de telle sorte qu'il bénéficie d'une liaison directe le temps de son transfert. Ce mode de reconfiguration, dit asynchrone, impose<br />de fortes contraintes sur la vitesse de commande du réseau.<br />Cette thèse a été entreprise dans le cadre du projet de recherche<br />européen ESPRIT "supernode" ; le but de celui-ci étant la construction de multiprocesseurs reconfigurables à base de transputers.

Cette thèse aborde un ensemble de problèmes lies a la conception et a la mise en œuvre d'un noyau de communication faisant partie de Parx, un noyau de système d'exploitation pour machines multiprocesseurs sans mémoire, développe dans le cadre du projet de recherche européen esprit supernode. Le noyau réalisé une machine virtuelle, vis-a-vis des communications, dans laquelle l'ensemble de processeurs est complètement connecte indépendamment de la topologie du réseau d'interconnexion sous-jacent. La machine virtuelle offre une interface qui facilite l'exploitation correcte du haut degre de parallélisme physique des machines visées. Après un état de l'art des architectures d'ordinateurs massivement parallèles, il est propose un modèle de processus et une structure de noyau de système parallèle. Le modèle est base sur un ensemble d'entités bien adaptées au contrôle de l'exécution des programmes parallèles composes de processus communicants. Ces entités, qui étendent la notion traditionnelle de processus, intègrent des concepts nouveaux visant la meilleure exploitation de l'architecture physique. Dans le modèle de processus communicants, ceux-ci ne coopèrent que par échange de messages. Le contrôle, correct et efficace, de la communication et la synchronisation entre processus s'exécutant sur une architecture multi-processeurs sans mémoire commune est le thème central de cette thèse. Notre étude s'oriente vers la conception d'un noyau de communication, pour lequel les problèmes concernant essentiellement le routage de messages sans interblocage dans le réseau de processeurs et les protocoles de communication entre processus adéquats au modèle de programmation utilisé

L'objet de cette thèse est l'étude des aspects algorithmiques de l'effet petit monde dans les grands réseaux d'interaction.Les observations expérimentales ont montré que les grands réseaux d'interactions (sociales, informatiques, biologiques), présentaient des propriétés macroscopiques communes. Une d'elles est l'effet petit monde qui consiste en l'existence de chemins très courts entre toutes les paires de noeuds qui peuvent être découverts en n'utilisant qu'une vue locale du réseau. Nous nous intéressons à cette caractéristique algorithmique de l'effet petit monde, à son application au routage informatique décentralisé, et à son émergence dans les réseaux réels.Nous proposons un nouvel algorithme de routage décentralisé sur le modèle aléatoire de petit monde de Kleinberg, qui calcule des chemins de longueur O(log n.(loglog n)^2), asymptotiquement plus courts que ceux des algorithmes existants (en O((log n)^2)). Cet algorithme pourrait également s'appliquer aux réseaux pair-à-pair. Nous précisons cette étude en comparant les charges induites pas les différents algorithmes proposés sur ce modèle.En tentant d'exhiber les caractéristiques minimales d'un graphe qui permettent de l'augmenter en un petit monde par l'ajout de raccourcis aléatoires, nous proposons un nouveau modèle de petit monde qui généralise celui de Kleinberg. Il s'agit d'ajouter une distribution de liens dépendant de la taille des boules de la métrique des distance sous-jacente. Ce modèle peut par ailleurs être étendu simplement pour produire toute distribution des degrés, dont en particulier la fameuse loi de puissance. Enfin, nous proposons le premier schéma distribué qui permette de transformer un réseau de diamètre quelconque en petit monde en ajoutant un seul nouveau lien par noeud, il s'agit d'un premier pas vers la compréhension de l'émergence naturelle du phénomène dans les réseaux réels.

Cette thèse examine les problématiques de sécurité liées à la protection du routage dans les réseaux ad hoc (MANETs). La thèse classifie les différentes attaques qui peuvent être portées et examine en détail le cas du protocole OLSR (Optimized Link State Routing). Une architecture de sécurisation basée sur l'ajout d'une signature numérique est étudiée et proposée. D'autres contre-mesures plus élaborées sont également présentées. Ces dernières incluent: la réutilisation d'informations topologiques précédentes pour valider l'état de lien actuel, l'évaluation de la véridicité des messages par analyse croisée avec la position géographique d'un noeud, et la détection des comportements suspects à l'intérieur du réseau par le contrôle de cohérence des flux ou l'écoute passif. La thèse analyse aussi les problèmes pratiques liées à la choix de l'algorithme de signature et la distributions des clés cryptographiques, et propose aussi des parades même en présence de noeuds compromis.

Lors de la dernière décennie, le nombre d'appareils possédant des capacités sans fil a très fortement augmenté, attirant ainsi le grand public vers les réseaux mobiles sans fil. Nous considérons le cas des réseaux mobiles ad hoc aussi connu sous le nom de MANET (Mobile Ad hoc NETworks). La caractéristique principale des MANETs est la grande dynamicité des nœuds (induite pas le mouvement des utilisateurs), la propriété volatile des transmissions sans fil, le comportement des utilisateurs, les services et leurs utilisations. Cette thèse propose une solution complète pour la découverte de service dans les réseaux ad hoc, de la couche réseau sous-jacente à la découverte de service à proprement dite. La première contribution est le protocole Stable Linked Structure Flooding (SLSF) qui établi une structure basée sur des clusters stable et permet d'obtenir une dissémination efficace qui passe à l'échelle. La seconde contribution est SLSR (Stable Linked Structure Routing) qui utilise la structure de dissémination de SLSF et permet de faire du routage à travers le réseau. En utilisant ces protocoles comme base, nous proposons d'améliorer la découverte de service en prenant en compte le contexte. De plus, nous avons contribué à la simulation réseau en couplant des modèles et des simulateurs de domaines différents qui une fois couplés permettent d'élaborer et la simuler des scénarios riches et variés adaptés aux MANETs. Cette thèse à été réalisé au sein du projet ANR SARAH qui avait pour but le déploiement de service multimédia dans une architecture ad hoc hybride.

Un réseau ad hoc peut se voir comme une généralisation ultime d'un réseau sans fil. Les protocoles qui assurent la communication dans un réseau ad hoc doivent également prendre en compte la mobilité et la variation de la connectivité des noeuds. En fait, la recherche sur les algorithmes de routage dans les réseaux ad hoc s'est principalement concentrée sur des réseaux totalement connectés dans lesquels la mobilité des noeuds n'est pas utilisée. Dans cette thèse, nous nous sommes intéressés à des techniques qui mettent la mobilité au service du routage dans un réseau ad hoc de grande taille. Certains inconvénients du routage dans ces réseaux sont l'information imprécise sur le routage des noeuds à longue distance, la variation de la connectivité et le surcoût généré par les protocoles de routage. Cette thèse offre une solution basée sur le contrôle de la mobilité des noeuds pour amléiorer les performances des protocoles de routage d'un réseau ad hoc de grande taille. Nous pensons que le mouvement des noeuds présente une opportunité: si les noeuds se déplacent d'une manière appropriée, alors les algorithmes de routage peuvent en tirer profit. Ainsi, notre solution met en oeuvre un mécanisme de rendez-vous qui réduit, les effets de la mobilité, le surcoût dû aux mises à jour et assure une communication en temps borné dans le réseau. Une autre conséquence de ce mécanisme est la réduction de la consommation de l'énergie et de la bande passante car la zone de transmission des noeuds peut être réduite. Nous présentons deux algorithmes, dont un tolérant aux pannes et développé un simulateur pour faire des tests et des mesures de performances. De plus, nous avons montré la faisabilité de la solution par une implantation sur des robots.

Cette thèse présente nos travaux à la fois théoriques et techniques sur la fourniture de la qualité de service dans les réseaux de capteurs sans fil, travaux développés principalement pour la détection en temps réel d'événements. Le premier problème fondamental pour assurer une qualité de service est la connectivité d'un réseau. La probabilité de non-isolation de nœud est donnée garantissant une borne supérieure de 1-connectivité du réseau. Un deuxième problème traité concerne la considération conjointe du problème de connectivité de communication et de couverture de détection. Ce problème étant formalisé comme un problème d'optimisation multi-objectif, un algorithme heuristique du type génétique a été développé, permettant ainsi d'aider au déploiement. Pour assurer la communication des données en temps réel et de façon fiable, un protocole de routage basé sur SPEED a été développé. Les simulations ont montré une amélioration notable de performances par rapport aux solutions existantes. Afin d'assurer la fiabilité de l'information finale, un ensemble de règles de fusion de décision a été proposé. Quant à son implémentation réelle avec moins de complexité sur des nœud de ressources limitées, trois alternatives sousoptimales ont été proposées et qui donnent des performances satisfaisantes dans des plages de rapport signal sur bruit.

In the first part of the thesis, we address the optimization of multimedia applications such as videoconferences or multi-player games in which user-dependent information has to be sent from the users to a core node to be chosen, and then global information has to be multicast back from the core node to all users. For a given communication network, this optimization seeks a core node under two potentially competing criteria, one being the sum of the distances to a set of user terminals, the other being the cost of connecting this core node and the terminals with a multicast (or Steiner) tree. We first consider the problem of minimizing a weighted sum of the two criteria and propose a heuristic which rapidly computes a solution guaranteed to be within a few percent of the optimum. Then we characterize the worst-case trade-offs between approximation ratios for the two criteria. To state our result informally, we show that there always exists a core location for which each criterion is close to its minimum value (if we were to disregard the other criterion). In the second part, we focus on the protection of multimedia streaming applications against packet losses. Because of real-time constraints, error recovery is often achieved by Forward Error Correction (FEC) techniques which consist of partitioning the packet stream into blocks of consecutive packets and adding redundant data packets to each block. If the number of packets lost within a block is at most the number of redundant packets added, the receiver is able to recover the original data packets. Otherwise some data is irrecoverably lost. In communication networks, FEC techniques are typically impaired by the fact that packet losses are not evenly distributed among blocks but rather occur in long bursts of consecutive losses. However it has been observed that splitting the transmission of a FEC block onto several paths typically decreases the probability of an irrecoverable loss. Whereas current approaches rely on an exact computation of the probability and are consequently restricted to very small network instances, we propose to approximate this probability by measuring the impact of the chosen routing on the peakedness of the received packet stream. The peakedness of a stream may be seen as a measure of how packets are spread over time within the stream. Numerical experiments are presented and show that our method yields good approximations of the probability of irrecoverable loss./La première partie de cette thèse concerne l'optimisation d'applications multimédias, telles que des vidéoconférences ou des jeux en groupes, pour lesquels l'information propre à chaque utilisateur doit être envoyée vers un noeud central à sélectionner. L'information globale est ensuite diffusée en retour de ce noeud central vers chacun des utilisateurs. Pour un réseau de communication donné, cette optimisation consiste à choisir le noeud central selon deux critères potentiellement concurrents, le premier étant la somme des distances vers les utilisateurs, le second étant le coût de connecter ce noeud central et les utilisateurs avec un arbre multicast (ou arbre de Steiner). Nous considérons tout d'abord le problème de la minimisation d'une somme pondérée des deux critères et proposons une heuristique qui calcule rapidement une solution garantie d'être éloignée de l'optimum d'au plus quelques pour cent. Ensuite nous caractérisons les pires cas du compromis existant entre les rapports d'approximation pour les deux critères. De façon informelle, notre résultat peut se formuler comme suit : nous montrons qu'il est toujours possible de sélectionner le noeud central de telle sorte que chaque critère soit proche de sa valeur minimum (obtenue sans considérer l'autre critère). Dans la seconde partie, nous nous concentrons sur la protection des applications de diffusion multimédia (streaming) contre les pertes de paquets. A cause de contraintes temps réel, la récupération des erreurs pour ces applications est typiquement réalisée par des techniques de corrections d'erreurs dites "en avant" (Forward Error Correction ou FEC) qui consistent à partitionner le flux de paquets en blocs de paquets consécutifs et à ajouter des paquets de données redondantes à chacun de ces blocs. Si le nombre de paquets perdus au sein d'un bloc est inférieur ou égal au nombre de paquets ajoutés, le récepteur est capable de récupérer les paquets de données originaux. Dans le cas contraire, des données sont perdues de façon irrécupérable. Dans les réseaux de communication, l'efficacité des techniques FEC est typiquement dégradée par le fait que les pertes de paquets ne sont pas distribuées uniformément parmi les blocs de paquets mais apparaissent plutôt groupées par en rafales de pertes consécutives. Cependant il a été récemment observé que répartir la transmission d'un bloc FEC sur plusieurs chemins permet généralement de diminuer la probabilité de perte irrécupérable. Alors que les approches existantes se basent sur un calcul exact de cette probabilité et se limitent donc à des réseaux de très petite taille, nous proposons d'en calculer une approximation en mesurant l'impact du routage choisi sur la "peakedness" du flux de paquets. La peakedness d'un flux peut être vue comme un mesure de la répartition temporelle des paquets au sein de ce flux. Des résultats numériques sont présentés et montrent que notre méthode permet de calculer une bonne approximation de la probabilité de perte irrécupérable..

Dans les architectures parallèles à mémoire distribuée, la communication entre processus est un des facteurs de performance les plus importants pour les applications. Le système qui en a la charge, i.e, le noyau de communication, doit intégrer une fonctionnalité essentielle pour de telles architectures : le routage des messages. Cette fonctionnalité est assurée par une composante spécifique du noyau de communication: le noyau de routage, dont le rôle est l'acheminement d'un message d'un noeud émetteur vers un noeud récepteur. L'acheminement des messages nécessite une stratégie de routage qui spécifie les chemins de communication pour toute paire de processeurs (source, destination) du réseau d'interconnexion. Une telle stratégie de routage doit satisfaire d'une part, des critères de correction et d'autres part, des critères d'efficacité. Le but de cette thèse est la conception de stratégies de routage pour les réseaux de processeurs qui satisfont à la fois, les critères de correction et les critères d'efficacité. Nous proposons une méthode de conception de stratégies de routage, permettant par une démarche incrément-ale, de satisfaire les deux types de critère: la communication multi-niveaux et le schéma de communication primaire associé. Pour mesurer l'efficacité de la méthode, nous l'appliquons à un réseau particulier : la grille torique. Les différents algorithmes de routage obtenus sont corrects et très efficaces. Nous proposons également une technique d'implantation de notre méthode de routage, permettant le calcul des tables de routage directement sur le réseau de processeurs. Cette technique permet ainsi l'obtention d'un système autoconstructif.