La diversité croissante des différents agents constituant les réseaux de communication actuels ainsi que la capacité accrue des technologies concurrentes dans l'environnement réseau a conduit à la prise en compte d'une nouvelle approche distribuée de la gestion du réseau. Dans cet environnement réseau évolué, le besoin en accroissement de la bande passante et en ressources rares, s'oppose à la réduction de la consommation énergétique globale.Dans notre travail nous nous intéressons à l'application de mécanismes distribués et de méthodes d'apprentissages visant à introduire d'avantage d'autonomie dans les réseaux hétérogènes, mobiles en particulier, tout en améliorant les performances par rapport aux débits et à la qualité de service. Notre étude se concentre principalement sur l'élaboration de mécanismes distribués stochastiques et énergétiquement efficaces en profitant des capacités de calcul de tous les agents et entités du réseau. Divers outils de la théorie des jeux nous permettent de modéliser et d'étudier différents types de systèmes dont la complexité est induite par la grande taille, l'hétérogénéité et le caractère dynamique des interconnexions. Plus spécifiquement, nous utilisons des outils d'apprentissage par renforcement pour aborder des questions telles que l'attachement distribué des utilisateurs permettant une gestion dynamique, décentralisée et efficace des ressources radio. Nous combinons ensuite les procédures de sélection d'accès à des méthodes d'optimisation distribuées du type gradient stochastique, pour adresser le problème de coordination des interférences intercellulaires (ICIC) dans les réseaux LTE-A. Cette approche se base sur un contrôle de puissance dynamique conduisant à une réutilisation fractionnaire des fréquences radios. Par ailleurs nous adressons dans les réseaux décentralisés non-hiérarchiques, plus précisément les réseaux tolérants aux délais (DTNs), des méthodes décentralisées liées à la minimisation du délai de transmission de bout en bout. Dans ce cadre nous nous intéressons, en outre des équilibres de Nash, à la notion d'équilibre évolutionnairement stables dans différents contextes de jeux évolutionnaires, jeux évolutionnaires décisionnels markoviens et jeux de minorité. Enfin, la majeure partie du travail effectué se rattachant aux tests et validations par simulations,nous présentons plusieurs éléments d'implémentations et d'intégrations liés à la mise en place de plateformes de simulations et d'expérimentations.

À l'aire du Multimedia Mobile, l'essor des réseaux sans fil est fulgurant et la mobilité est devenue un sujet primordial exacerbé par l'augmentation significative du nombre d'usagers mobiles. Un nœud évoluant dans un réseau mobile de base se comporte de la même manière qu'un aveugle évoluant dans notre univers en en élaborant sa propre représentation à l'aide de son bâton, mécanisme dénommé dans la littérature : mobilité terminale. Pour réduire cet aveuglement, plusieurs méthodes ont été élaborées qui prennent appui sur les services de localisation ou les modèles de mobilité. Un modèle de mobilité est donc destiné à décrire en termes d'environnement, le mode de circulation des nœuds mobiles avec pour défi de trouver des modèles fidèles aux comportements des utilisateurs. Les modèles aléatoires sont biaisés car les appareils mobiles sont portés par des êtres sociaux. Cela nous a amené à inclure des éléments sociaux dans notre modélisation.Nous présentons les modèles de mobilité existants et les classifions. Nous définissons nos modèles, les implémentons et mesurons leur impact sur le test des réseaux. Enfin nous élargissons notre spectre en montrant comment le fait d'octroyer la perception de regroupement social à un protocole de routage réseau, peut en améliorer les performances.

Cette thèse a pour objectif de développer des techniques permettant d'améliorer l'efficacité énergétique des réseaux de capteurs destinés à la surveillance d'une chaîne de froid. La première approche développée dans cette thèse concerne la phase de transport des produits alimentaires. Les protocoles proposés VBS, WaS et eVBS s'adressent à la problématique posée par l'absence de station de base permanente au sein du petit réseau déployé dans un camion où les nœuds sont en visibilité directe. Ces méthodes ont le triple avantage de présenter un faible overhead, d'accroître l'ergonomie de l'application et l'intérêt économique du réseau. Dans l'état de l'art, il n'existe pas de déploiement de très grands réseaux de capteurs sans fil destinés à la surveillance d'une chaîne de froid. Le cœur de cette thèse se positionne ainsi autour de la problématique du passage à l'échelle, en proposant plusieurs approches permettant d'améliorer l'efficacité énergétique du réseau. Ainsi des optimisations du routage et des techniques de formation de clusters multi-sauts sont proposées grâce à quelques idées originales d'utilisation de l'indicateur de la qualité de lien. Le protocole L2RP de routage par répartition de charge, le mécanisme SNCR de réduction des clusters singletons ainsi que le protocole LQI-DCP d'optimisation du positionnement des chefs de clusters sont des contributions de cette thèse exploitant le LQI afin d'accroître l'efficacité énergétique du réseau. De plus, nous avons montré que l'heuristique MaxMin de formation de clusters multi-sauts n'est pas compatible avec la topologie de déploiement en grille qui est la plus fréquente dans les architectures de réseaux de capteurs.

Aujourd'hui, le marché des services est devenu de plus en plus concurrentiel. Les exigences des clients pour des offres de service en adéquation avec leurs usages et leurs préférences conduisent les fournisseurs à proposer de nouveaux services qui répondent à ce nouveau besoin pour se démarquer des concurrents et attirer de nouveaux clients. Avec la convergence des réseaux et celle des services de nouvelle génération (NGN/NGS), de nouveaux services sont apparus. Les utilisateurs sont nomades et veulent utiliser leurs services de différentes manières n'importe où, n'importe quand et par n'importe quel type de terminal, et cela avec une continuité de service et une qualité de service de bout en bout. Ainsi, fournir des services personnalisés aux clients dans un environnement hétérogène et mobile devient un challenge pour les opérateurs et les fournisseurs de service pour améliorer le retour sur investissement (ROI) et le délai de mise sur le marché (TTM). Nos réflexions à propos de la fourniture des services personnalisés selon les besoins fonctionnels et non-fonctionnels (QoS) des usagers, nous ont conduits à identifier les besoins du nouveau contexte NGN/NGS défini par l'intersection de ces trois éléments "user-centric, mobilité et QoS". Comment piloter dynamiquement la QoS de bout en bout pour une session unique "user-centric"? Comment assurer le " service Delivery" dans un contexte de mobilité et d'ubiquité? Ces nouveaux besoins, nous ont motivé à proposer des solutions à travers trois contributions principales qui prennent en considération la vision utilisateur et opérateur. Notre première contribution porte sur le modèle organisationnel. Nous proposons une nouvelle organisation avec un maximum de flexibilité, d'adaptabilité et d'autogestion, qui permet de piloter la QoS à chaque niveau de l'architecture (équipement, réseau et service). Dans cette organisation nous avons défini des acteurs et le rôle que joue chacun d'eux par rapport à la prise de décision au cours de la session de l'utilisateur, et cela pour maintenir la QoS de bout en bout dans un environnement qui est totalement hétérogène et mobile.Notre deuxième contribution traite du composant de service autonomique. Avec la complexité de la personnalisation des services dans un contexte hétérogène et mobile et le besoin de satisfaire la QoS de bout en bout, les ressources services doivent être prises en compte au même titre que les ressources réseaux. Donc, un degré élevé d'autosuffisance, d'autogestion et d'automatisation est demandé dans la ressource service (composant de service) pour améliorer le service delivery. Pour cela, nous proposons un composant de service autonomique "ASC: Autonomic Service Component" basé sur un agent de QoS intégré qui s'autocontrôle et s'autogère pour adapter dynamiquement ses ressources en réponse à un changement de situations au cours de la session de l'utilisateur. Notre troisième proposition couvre le modèle protocolaire. La session de services personnalisés nécessite des interactions plus flexibles au niveau service pour avoir une session unique avec une continuité de service. Nous proposons un protocole de signalisation SIP+ qui permet la négociation de la QOS des services personnalisés dès la phase d'initialisation de la session et de la renégociation de la QoS pendant l'usage, pour maintenir le service avec la QoS requise à travers une session unique.De façon plus concrète, nous présentons nos expérimentations à travers un scenario et une plate-forme de démonstration qui nous permet de tester la faisabilité et la performance de nos contributions. Les apports et les perspectives de cette thèse sont consignés en conclusion.

La mobilité est le caractère ou la propriété d'un objet qui a une capacité ou une possibilité de se mouvoir ou d'être mû. Elle caractérise toutes choses qui changent rapidement de forme, d'aspect ou qui est instable, variable ou fluctuant dans le temps et l'espace. L'introduction de la mobilité dans les réseaux a marqué une étape dans la description et la mise en place de systèmes communicants devant tenir compte de la mobilité d'une ou plusieurs entités composant ce système. L'évolution des paradigmes de communication actuels montre qu'il est de plus en plus difficile de concevoir un système de communication intégrant l'utilisateur final sans parler de mobilité. A partir du moment où l'on considère que la mobilité existe dans les réseaux qu'elle soit physique comme par exemple avec déplacement physique d'une entité ou logique avec le déplacement d'une ressource ou d'un service, les communications dans ces réseaux doivent tenir compte de cette mobilité. Les protocoles de communications doivent donc prendre en compte l'instabilité, la variabilité et la fluctuation imposées par la mobilité de certaines entités composants le réseau. C'est ainsi que beaucoup de protocoles de communications, surtout les protocoles pour les réseaux ad hoc, ont été conçus et évalués pour et selon leur résistance à la mobilité comme préconisé par Corson et Macker dans la RFC 2501. Au début des années 2000, des travaux montrent que la mobilité n'a pas que des inconvénients en soulignant que la mobilité permet d'augmenter la capacité, la sécurité et les zones couvertes. Ces articles et bien d'autres soulèvent deux points importants: (i) L'apport de la mobilité décrite dans ces articles concernent des services ou des fonctionnalités de niveau application si l'on s'en réfère au modèle OSI et (ii) la mobilité considérée est une mobilité subie par des entités composant le réseau. Les deux points soulevés précédemment seront abordés suivant différents angles ici. Par rapport au premier point les résultats que je montre ici considèrent deux aspects. Le premier aspect se concentre sur les apports de la mobilité au niveau application et plus spécifiquement au niveau de la couverture dans les réseaux de capteurs. Le deuxième aspect considère l'utilisation de la mobilité comme une primitive de réseau et utilise celle-ci pour augmenter les performances de la pile protocolaire. Concernant ces deux points et contrairement à la majorité des travaux de la littérature, la mobilité considérée est une mobilité contrôlée. Cet aspect permet entre autre de contrôler ou d'anticiper l'instabilité, la variabilité et la fluctuation du réseau mais aussi de maîtriser la couverture et la topologie dans les réseaux de capteurs. L'utilisation de la mobilité contrôlée pour les applications de réseau de capteurs et pour augmenter la qualité de service de la pile protocolaire sont les deux contributions qui sont abordés ici. Dans ce cadre, des algorithmes exploitant la mobilité contrôlée sont conçues et des propriétés sur ses algorithmes sont prouvées. De plus, des évaluations sur des plate-formes de robots mobiles montrent la faisabilité des ces algorithmes dans un cadre réel.

Les réseaux de capteurs sont composés d'une multitude de petits composants capables de recueillir des informations concernant leur environnement. Ces equipements sont à même de communiquer entre eux afin de s'organiser pour former un réseau. L'utilisation d'un réseau de capteurs permet de remplir de nombreuses tâches comme les services d'aide aux personnes âgées ou la surveillance des paramètres de santé de patients hospitalisés ou, dans un cadre plus large, nécessitant un suivi médical régulier. Les données collectées peuvent être d'ordre physiologiques ou environnementales. Cette opération s'ajoute aux visites d'un personnel soignant, pour effectuer un complément de suivi plus régulier et à long terme, en particulier pour des patients évoluant dans un contexte peu ou non médicalisé. Notre objectif est donc ici de fournir des solutions économes en énergies et fiables pour permettre aux capteurs de s'adapter automatiquement et dynamiquement à leur environnement.

Cette thèse porte sur le développement de méthodes et de modèles permettant de quantifier la sûreté de fonctionnement d'applications embarquées sur des systèmes mobiles. L'objectif est de fournir des indicateurs pour l'analyse et la sélection des architectures les plus adaptées pour satisfaire les exigences de sûreté de fonctionnement. Nous considérons le cas des applications véhiculaires utilisant des communications inter-véhicules basées sur des réseaux ad-hoc et pouvant avoir accès à des services situés sur des infrastructures fixes. Nous proposons une approche combinant: 1) des modèles de sûreté de fonctionnement utilisant des réseaux d'activités stochastiques permettant de décrire les modes défaillances et de restauration des systèmes considérés et 2) des simulations et des modèles analytiques de scénarios de mobilité permettant d'estimer des caractéristiques de connectivité de ces systèmes. Cette approche est illustrée sur trois cas d'études dont un système d'autoroute automatisée, et une boîte noire virtuelle basée sur la réplication et la sauvegarde coopérative des données.

Les réseaux de capteurs sans fil (WSN) ont attiré un grand intérêt dans la dernière décennie, et ont apporté des solutions dans un nombre croissant d'applications. Toutefois, certaines d'entre elles restent irréalisables en raison de forts points de blocage non résolus, comme un manque de synchronisation entre les prises de mesures, ainsi que des débits de données trop faibles. Ce travail apporte une solution à ces deux points majeurs via la conception d'un noeud communicant sans fil spécifique. Celle ci, basée sur la conception croisée, utilise les propriétés temporelles des modulations UltraLarge Bande (UWB) pour permettre une synchronisation très précise ainsi qu'un débit de données élevé. Notre démonstrateur ASIC basé sur ces travaux permet une précision de synchronisation de 2 ns pour une modulation IR-UWB sur une bande passante de 1,5 GHz. Cette thèse décrit le protocole de synchronisation WiDeCS et la conception de deux preuves de concept fonctionnelles sur FPGA et ASIC.

Les réseaux de communication inter-machines font partie des grandes évolutions de l'informatique contemporaine. Ces réseaux évolutifs promettent une nouvelle gamme de services et une meilleure connaissance du monde qui nous entoure. Pourtant, ils subissent plusieurs limitations de par la nature même des nœuds qui les composent : un débit faible et une fiabilité réduite dues aux contraintes en termes de capacité de calcul et de mémoire, une durée de vie limitée, ainsi que des délais non bornés souvent causés par des taux de perte élevés. Ces mêmes problématiques constituent, depuis une quinzaine d'années, un frein au déploiement à large échelle des réseaux de capteurs dans le monde réel. De récents développements dans la théorie de l'information sont finalement en train de bouleverser l'ordre établi, donnant naissance à une nouvelle approche connue sous le nom de théorie du codage réseau. Cette nouvelle façon d'acheminer l'information transforme les méthodes d'exploitation, de gestion et même la compréhension des réseaux de communications actuels et futurs. C'est dans ce contexte, que nous proposons dans cette thèse d'étudier l'impact, les bénéfices et la faisabilité du codage réseau dans les réseaux de capteurs sans fil. L'objectif étant de montrer l'intérêt d'exploiter ses concepts pour les différents paradigmes propres aux réseaux inter-machines en général, et aux réseaux de capteurs en particulier. Il s'agit dans un premier temps d'évaluer les apports prospectifs du codage réseau, qu'il soit linéaire ou opportuniste, strictement en termes de performances (i.e., latence et débit). Dans une seconde partie, nous poursuivrons notre étude en traitant de l'impact du codage réseau sur la fiabilité des réseaux de capteurs, ces derniers étant caractérisés par l'absence de mécanismes de contrôle de flux de bout-en-bout. Dans une dernière contribution, nous explorons la faisabilité dans une plateforme réelle, d'un mécanisme de codage réseau contraint spécifiquement conçu pour les réseaux à faible débit. Ce code opportuniste, est centré sur l'optimisation mémoire et l'efficacité énergétique. Il permet à la fois, d'améliorer les performances du réseau mais aussi sa fiabilité. De manière plus générale, cette thèse se présente comme une réponse à la question : " Quel type de codage, pour quels réseaux de capteurs ? " Elle ne prétend pas être l'unique réponse, mais propose néanmoins des briques théoriques et technologiques qui illustrent à la fois, la faisabilité du codage réseau dans les réseaux contraints, mais aussi la nécessité de l'adapter à leurs critères

Les récentes avancées dans le domaine du traitement d'antennes et dans la microélectronique ont fait naître la technologie des antennes intelligentes connue sous le nom de "smart antennas". Considérée comme rupture technologique pour les réseaux sans fil, les systèmes d'antennes intelligentes pourraient répondre aux exigences de plus en plus fortes des applications et services en termes de débit, de capacité et de connectivité. Aujourd'hui, les smart antennas sont exploitées pour développer plusieurs technologies incluant les systèmes de commutation de faisceaux, les antennes adaptatives et les systèmes MIMO (Multiple Input Multiple Output). L'utilisation des antennes MIMO a été reconnue comme une technologie-clé, capable d'accroître considérablement la capacité des réseaux sans fil en exploitant différemment et mieux le spectre radio. Elle fait partie des récents et futurs standards tels que le 3GPP-LTE et le IEEE-802.11n. Dans cette thèse, nous nous sommes intéressés à l'exploitation des techniques multi-antennes dans le contexte des réseaux mobiles. Nous nous sommes focalisés principalement sur deux axes de recherche : la formation de faisceaux et le multiplexage spatial. Dans une première étude, nous avons proposé un schéma de formation de faisceaux, basé sur la technique LCMV (Linearly Constrained Minimum Variance) et permettant de former des faisceaux plus adaptés en cas de mobilité. Dans cette solution, l'incertitude sur la localisation des nœuds est compensée par des faisceaux de largeurs adaptées. De plus, dans le cas où les paramètres (vitesse et direction) de mouvement des nœuds sont connus, nous avons proposé d'exploiter des techniques simples d'extrapolation afin de limiter les calculs complexes des méthodes de poursuite continue (tracking), très consommatrices en ressources. Dans une seconde étude, nous avons proposé une solution d'ordonnancement basée sur la technique du multiplexage spatial qui est une caractéristique fondamentale des systèmes MIMO. L'algorithme proposé (SCLS : Stream-Controlled Multiple Access) exploite les informations inter-couches (cross-layer) : environnement radio de la couche PHY et charge de trafic de la couche LIEN. Il permet de choisir l'ensemble des liens à activer simultanément et détermine sur chacun de ces liens, le nombre d'antennes à utiliser pour transmettre des flux parallèles. SCLS permet ainsi de minimiser le temps nécessaire pour satisfaire les demandes de trafic et de maximiser le débit global utilisé à chaque instant. Dans la troisième étude, nous avons considéré la problématique d'estimation des directions d'arrivée et de départ. Nous avons proposé un algorithme (E-Capon) d'estimation conjointe de ces directions ainsi que du retard de propagation des trajets multiples dans un canal MIMO. Nous nous sommes basés sur la méthode de Capon qui permet de réduire la complexité de traitement pour offrir une estimation rapide et robuste des informations relatives à la localisation des nœuds. Notre objectif est de concevoir une technique mieux adaptée aux changements dynamiques de topologie que l'on peut observer dans les réseaux sans fil.