Les WMNs comportent des nœuds qui sont capables de recevoir et de transmettre des données vers de multiples destinations dans le réseau. De ce fait, les WMNs sont capables de s'auto-organiser et auto-configurer dynamiquement [5]. Chaque nœud crée et maintient la connectivité avec ses voisins. La disponibilité du mode ad-hoc basée sur la norme IEEE 802.11 permet une mise en œuvre de WMNs à faible coût. Les WMNs présentent cependant deux inconvénients majeurs liés aux interférences d'une part et à la scalabilité d'autre part [6]. (D1) Le problème des interférences (D2) Le problème de scalabilité. Les solutions existantes au niveau de la couche PHY ou de la couche MAC peuvent apporter des solutions au problème des interférences mentionné ci-dessus (cf. D1) . D'un autre côté, le problème de scalabilité dans les WMNs peut être résolu par les solutions de routage efficaces [11]. En effet, les algorithmes de routage dans les WMNs sont chargés de calculer des routes pour transporter des données de multiples sauts jusqu' à atteindre les destinations. Comme illustré dans [11], les routes les plus courtes, qui sont les solutions par défaut des algorithmes de routage classiques, ont généralement plus d'interférences. En conséquences, il faut trouver des routes qui ont moins d'interférences. Pour un objectif de routage donné et des paramètres donnés, ces routes peuvent être optimales ou sub-optimales. Les objectifs de routage peuvent être par exemple de maximiser la bande passante entre utilisateurs, ou de minimiser les pertes de paquets, etc. Les paramètres dans les problèmes de routage comprennent des métriques orientées réseau et des métriques orientées utilisateur. Les métriques orientées réseau, également appelées les métriques de la qualité de service (QoS), sont dérivées à partir des paramètres réseau comme la bande passante, le délai, la gigue, etc. En revanche, les métriques orientées vers l'utilisateur, également appelées les métriques de qualité d'expérience (QoE), sont basées sur l'expérience de l'utilisateur, tels que les notes MOS (Mean Opinion Score) qui indiquent le niveau de satisfaction de l'utilisateur. La perception de l'utilisateur est un objectif majeur des services de streaming vidéo. La plupart des algorithmes de routage existants prennent des décisions de routage en fonction d'une seule ou d'une combinaison des métriques orientées réseau. Ainsi, les algorithmes de routage dans [12, 13, 14] déterminent les routes basées sur la bande passante et la charge du réseau. Cependant, les métriques orientées réseau ne sont pas nécessairement corrélée à l'expérience de l'utilisateur [15, 16, 17, 18]. En d'autres termes, les utilisateurs peuvent ne pas être satisfaits même avec les routes optimales qui sont basées sur les métriques orientés réseau. En conséquences, il est nécessaire de développer les algorithmes de routage qui tiennent compte de métriques orientées utilisateur. Cette thèse traite d'algorithmes de routage dans les WMNs avec comme objectif d'améliorer la qualité pour les applications de streaming vidéo. Les algorithmes de routage proposés prendront des décisions de routage basées sur la perception de l'utilisateur. Dans ce contexte, toutes les solutions doivent faire face aux deux challenges suivants : (M1) l'estimation en temps réel de la perception utilisateur et (M2) découverte des routes optimales ou sous-optimales. / WMNs comprise nodes that are able to receive and forward the data to other destinations in the networks. Consequently, WMNs are able to dynamically self-organize and self-configure [5]. Each node itself creates and maintains the connectivity with its neighbors. The availability of ad-hoc mode on popular IEEE 802.11 allows low-cost implementation of WMNs. Nevertheless, WMNs have two major drawbacks: interference and scalability as discussed in [6]. (D1) Interference : The independent behaviour and arbitrary deployment of nodes in WMNs can create an extremely high interference environment, which leads to degradation in the quality of wireless connections. For instance, the Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance (CSMA/CA) mechanism of IEEE 802.11 (CSMA/CA) has long delays and low resource utilization in dense networks [7]. Recent advancements in physical (PHY) and medium control access (MAC) layers, such as multiple-input multiple-output (MIMO) and multiple channels MAC, can overcome this challenge. The deployment of some solutions are unable in practice because of specific requirements of hardware. Moreover, some implementations such as multiple channel MAC requires high synchronization, which is difficult in WMNs [8]. (D2) Scalability: Multi-hop communication are able to improve coverage and band-width availability in wireless networks [9]. However, it has scalability issues as discussed in [10, 11]. It means that the performance of networks deteriorates significantly when the size of networks grows. PHY layer may experience an extremely noisy medium, thus causing throughput degradation at MAC layer. Moreover, the noisy environment increases the packet loss rate, which impacts significantly to network and transport layers. The existing solutions at PHY or MAC layer can solve the interference problem mentioned in D1. Meanwhile, the scalability of WMNs could be tackled by routing solutions [11]. Routing algorithms are responsible for computing routes so as to convey data through multiple hops until reaching the destinations. As shown in [11], the shortest-path routes, which are the default solutions of conventional routing algorithms, usually have more interference. The solution, subsequently, is finding other routes that have less interference. These routes could be optimal or sub-optimal with given objectives and arguments. The arguments of routing problems comprise of network-oriented metrics and User-oriented metrics. Network-oriented metrics, also called as Quality of Service (QoS) metrics, are derived from the network directly such as bandwidth, delay, jitter, etc. Meanwhile, User-oriented metrics, also called as Quality of Experience (QoE) metrics, are based on users’ experience such as mean opinion score (MOS). They represent the level of satisfaction of a users. The good perception of users is the major objective of video streaming services. Most of existing routing algorithms give routing decisions based on single or combination of network-oriented metrics. For example, the routing algorithms in [12, 13, 14] determine routes based on the bandwidth and congestion. Nevertheless, network-oriented metrics may not be well-correlated to users’ experience [15, 16, 17, 18]. In other words, users may not be satisfied even with optimal network-oriented metric routes. As a result, it is necessary to develop routing algorithms that take user-oriented metrics into account. This thesis addresses the routing of video streaming over WMNs and proposes novel routing algorithms. These routing algorithms give routing decisions based on the perception of users. To do that, the proposed solution has to address two challenges as follows :(M1) estimate users’ perception in real-time and (M2) find optimal or sub-optimal routes efficiently.

Pour réduire la consommation d'énergie due aux transmissions radio dans les réseaux de capteurs sans fil, nous proposons une nouvelle approche associant les techniques de précodage MIMO et de relais, appelé précodage distribué max-dmin (DMP). Considérant une source et un relais avec une antenne chacun, et une destination disposant de deux antennes, nous déployons un système MIMO précodé virtuel 2 × 2. Dans ce contexte, nous étudions deux techniques de relais Amplify and Forward (AF) et Decode and Forward (DF). Des comparaisons en termes de taux d'erreur et d'efficacité énergétique par rapport aux systèmes plus classiques comme les codes spatio-temporels distribués ou les combinaisons à gain maximal montrent que notre système est intéressant pour des distances de transmission moyennes (à partir de 16 mètres). Toujours dans l'objectif de maximiser l'efficacité énergétique, nous proposons une allocation de puissance sur les nœuds source et relais. Pour cela, nous dérivons analytiquement les performances du système précodage distribué max-dmin selon le mode AF et DF. Enfin,pour améliorer les performances des systèmes avec décodage au relais (DF), nous proposons un nouveau récepteur (à la destination) qui tient compte des erreurs éventuelles au niveau du relais. / Among various cooperative techniques aiming to reduce power consumption for transmissions between Wireless Body Area Networks (WBAN) and base stations, we present a new approach, named distributed max-dmin precoding (DMP), combining MIMO precoding techniques and relay communications. This protocol is based on the deployment of a virtual 2 × 2 max-dmin precoding over one source, one forwarding relay, both equipped with one antenna and a destination involving 2 antennas. In this context, two kinds of relaying, amplify and forward (AF) or decode and forward (DF) protocols, are investigated. The performance evaluation in terms of Bit-Error-Rate (BER) and energy efficiency are compared with non cooperative techniques and the distributed space time block code (STBC) scheme. Our investigations show that the DMP takes the advantage in terms of energy efficiency from medium transmission distances (after 10 meters). In order to maximise the energy efficiency, we propose a power allocation over the source and the relay. Thus, we derive the performance of our system, both for AF and DF, analytically. To further increase the performance of DF cooperative schemes, we also propose to design a new decoder at the destination that takes profit from side information, namely potential errors at the relay.

L'autonomie énergétique est un verrou majeur au déploiement massif de réseau de capteurs sans fil dans nombreuses applications. La récupération d'énergie et son stockage constituent une voie pour améliorer cette autonomie. Dans certaines applications en environnement sévère ou nécessitant des durées de vie élevées, l'utilisation de batteries pour le stockage est prohibée. On a alors recours à du stockage sur supercondensateurs. Ce type de stockage présente des inconvénients nécessitant un compromis entre 3 facteurs : la charge rapide des supercondensateurs (capacité faible), l'énergie maximale stockée (capacité forte) et la maximisation de l'usage de l'énergie stockée (tension résiduelle basse). Pour répondre à ces critères apparemment contradictoires, nous avons proposé trois architectures de stockage auto-adaptatif. La première est composée d'une matrice de quatre supercondensateurs identiques, interconnectés par des interrupteurs, dont la capacité équivalente s'adapte à l'énergie stockée. Les deuxième et troisième architectures sont constituées de deux supercondensateurs, l'une de capacité faible et l'autre de capacité grande, la différence entre les deux architectures étant liée au nombre et type d'interrupteurs utilisés. Les architectures de stockage auto-adaptatif que nous avons proposées incluent une circuiterie de contrôle appropriée autoalimentée et permettant de faire varier la capacité apparente du dispositif. De plus, chaque architecture permet un démarrage à froid avec des supercondensateurs complètement vides. Ces trois architectures ont d'abord été optimisées en simulation puis validées expérimentalement en composants discrets. Finalement, nous avons implémenté l'architecture de stockage auto-adaptatif à deux supercondensateurs au sein d'un système de mesure sans fil complet utilisant une source de récupération d'énergie et son électronique associée pour son alimentation et montré la pertinence de cette approche de stockage reconfigurable. En termes d'efficacité d'usage de l'énergie, elles permettent d'atteindre jusqu'à 94,7% en composants discrets, valeur qui pourrait être encore améliorée en version intégrée sur silicium à la fois pour la circuiterie de contrôle et les supercondensateurs. / Energy autonomy is a major challenge in the massive deployment of wireless sensor networks in numerous applications. Energy harvesting and storage can serve as solutions to the autonomy issues. However, the harsh environment of certain applications requires a long lifetime since the use of batteries for storage is prohibited. We then resort to storage on ultra-capacitors. This type of storage has disadvantages that require a compromise between 3 factors: the fast charge of ultra-capacitors (low capacity), the maximum energy storage (strong capacity), and the maximization of stored energy utilization (low residual voltage). To meet these seemingly contradictory criteria, we propose three self-adaptive storage architectures. The first consists of a matrix of four identical ultra-capacitors, interconnected by switches, whose equivalent capacity adapts to the stored energy. The second and third architectures consist of two ultra-capacitors, one of low capacity and the other of large capacity, the difference between the two architectures being related to the number and type of switches used. The self-adaptive storage architectures that we propose include a suitable self-powered control circuitry to vary the apparent capacity of the device. In addition, each architecture allows a cold start with completely empty ultra-capacitors. These three architectures were first optimized through simulation, and then validated experimentally with discrete components. Finally, we implemented the self-adaptive storage architecture with two ultra-capacitors in a completely wireless measurement system, using an energy harvesting source and its associated electronics for its power supply, and demonstrated the relevance of this approach of reconfigurable storage. In conclusion, we deduce that the topologies can reach an efficiency of energy usage of up to 94.7% by employing discrete components, a value that could be further improved through the exploitation of a silicon integrated version for both the control circuitry and the ultra-capacitors.

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La vision future de l'internet des objets (IdO) et Internet du Tout (OIE) plongera les personnes soi-disant environnements intelligents impliquant un grand nombre de secteurs d'applications telles que l'habitat intelligent, smart-villes, surveillance de l'environnement, l'e-santé ... IdO et l'OIE ont tendance à faire des objets du quotidien lisible, identifiable, localisable, adressable et contrôlable via le déploiement sans fil généralisée et l'Internet. Parmi ces capacités, la localisation et plus largement le positionnement omniprésente joueront, dans un proche avenir, un rôle clé pour promouvoir une autre vision émergente: un Internet spatio-temporelle des lieux (IoP), qui serait en mesure de structurer et d'organiser, par des moyens des approches sans fil d'énergie savez, le contenu spatial d'Internet. Il est bien connu que dans les réseaux locaux sans fil et personnelles, l'encombrement du spectre, les communications à faible efficacité énergétique et l'exploitation insuffisante des ressources spatiales sont parmi les facteurs qui peuvent ralentir son développement en termes de débit et de l'autonomie. Pour surmonter ces restrictions inévitables, la technologie de localisation sans fil, comme le mécanisme pour découvrir relation spatio-temporelle entre les objets connectés, apparaît ici aussi comme une des solutions clés. Ce est parce que les techniques de localisation dédiés à la communication sans fil peuvent aider à développer plus largement l'exploitation des ressources spatiales et de permettre la conduite routage optimisé pour une faible énergie communication multi-hop et la décongestion du spectre pour Green ICT (Information et Communication Technology). Pour proposer des systèmes optimisés atteindre à la fois la communication des taux de données élevés et la localisation précise, nous définissons un TDOA bien adapté (Time Difference of Arrival) méthode basée en mesure d'effectuer la localisation basée sur des signaux de communication et de données seulement. Avec cette technique, contrairement estimations TDOA classiques, il est possible de diminuer considérablement la complexité des infrastructures nécessaires en utilisant des configurations SIMO (Single Input Multiple Output), MISO (Multiple Input Single Output) ou MIMO (Multiple Input Multiple Output) dans les objets connectés . Toute cette étude est faite dans le cadre de l'IEEE 802.11ad spécifications de l'alliance standard et WiGig, mais les solutions proposées sont compatibles avec d'autres normes et peuvent être étendues à d'autres applications de contexte courant nécessitant entrées de localisation tels que la robotique par exemple ou de shopping intelligent... / The forthcoming vision of Internet of Things (IoT) and Internet of Everything (IoE) will immerse people in so-called Smart Environments involving a great number of sectors of applications such as smart habitat, smart-cities, environment monitoring, e-health… IoT and IoE tend to make everyday objects readable, recognizable, locatable, addressable and controllable via the widespread wireless deployment and the internet. Among these capabilities, localization and more extensively the ubiquitous positioning will play, in the next future, a key role to promote another emerging vision: a spatio-temporal Internet of Places (IoP), which would be able to structure and organize, by means of wireless energy aware approaches, the spatial content of Internet. It is well known that in wireless local and personal area networks, the spectrum congestion, the low energy efficiency communications and the insufficient exploitation of the spatial resources are among the factors that may slow down its development in terms of throughput and autonomy. To overcome these unavoidable restrictions, wireless localization technology, as the mechanism for discovering spatio-temporal relationship between connected objects, appears here also as one of the key solutions. This is because dedicated localization techniques in wireless communication can help in developing more extensively the exploitation of spatial resources and allow driving optimized routing for low energy multi-hop communication and spectrum decongestion for Green ICT (Information and Communication Technology). To propose optimized systems achieving both high data rate communication and precise localization, we define a well suited TDOA (Time Difference of Arrival) based method able to perform localization based on communication signals and data only. With this technique, unlike conventional TDOA estimations, it is possible to drastically decrease the complexity of required infrastructures by using either SIMO (Single Input Multiple Output), MISO (Multiple Input Single Output) or MIMO (Multiple Input Multiple Output) configurations in connected objects. This whole study is made within the framework of the IEEE 802.11ad standard and WiGig alliance specifications, however the proposed solutions are compatible with other standards and can be extended to other context aware applications requiring localization inputs such as robotics for example or smart shopping...

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. / Recent advances in antennas processing and microelectronics have helped for the emergence of smart antennas and their use in public telecommunication systems. This technology allows sophisticated signal processing and provides significant performance benefits such as increased spectral efficiencies, reduced power consumption, interference cancellation, increased communication reliability and better connectivity. Smart antennas represent a broad variety of antenna technologies that significantly differ in terms of performance and transceiver complexity. The different antennas technologies include switched-beam antennas, adaptive array antennas and multiple-input multiple-output (MIMO) systems. The latter is already being implemented in latest generation equipments and standards like 3GPP-LTE and IEEE 802.11n. The focus of this thesis is to explore the various capabilities of smart antennas and to propose new mechanisms and systems for their use. In particular, we were interested in exploiting two multi-antenna systems' capabilities: spatial multiplexing and beamforming. In the first part of this thesis, we propose a new dynamic beamforming technique for mobile ad hoc networks, based on the LCMV beamformer. Mobiles nodes derive the weight vectors to form dynamic beams more adapted to their mobility parameters. The proposed scheme allows to form dynamic beams with less complexity but more adapted to possible uncertainty on mobile node locations.. Performance evaluations show that the proposed approach enhances system capacity and connectivity while reducing localization overhead and beam forming complexity. In the second part of this thesis, we design and evaluate a joint stream control and link TDMA-based scheduling algorithm (SCLS) for MIMO wireless mesh networks. SCLS is a cross layer resource allocation scheme that selects links to be activated simultaneously and determines the optimal number of streams to be used on each of them. This selection is based on streams' channel gains, traffic demands and interference levels. The proposed algorithm optimizes both the frame length and network capacity and throughput. In the third part, a joint Angle of Arrival (AOA), Angle of Departure (AOD) and Delay of Arrival algorithm, based on the Capon Beamformer, is proposed. These physical parameters of the received signals are needed to develop advanced antenna systems and other applications such as localization in indoor environments.The proposed algorithm reduces both complexity and computation time compared to subspace-based existing methods. The proposed approach works even if the number of multipaths exceeds the number of antenna elements.

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. / Wireless Sensor Networks (WSN) are used today in many applications that differ in their own objectives and specific constraints. However the common challenge in designing WSN applications comes from the specific constraints of micro-sensors because of their limited physical resources such as limited battery lifetime, weak computational capability and small memory capacity. This thesis aims to develop techniques to improve the energy efficiency of wireless sensor networks intended to a cold chain monitoring application. In such area, existing solutions consist of walled temperature recorders in warehouses and transport vehicles, which essentially control the room storage temperature which is not necessarily the product one. By integrating wireless micro-sensor devices with pallets and trays, one allows full real-time tracking of the cold chain originating from factories to the shelves of retailers. The first approach developed in this thesis concerns the phase of transporting food. The proposed VBS, WaS and eVBS protocols address the main issue resulting from the absence of a permanent base station in the small network deployed in a truck where nodes are generally in the same transmission range. These methods have the triple advantages of having a low overhead, increasing the ergonomics of the application and enhancing the economic interest of the network. In the state of art, there is no very large scale deployment of WSN for a cold chain monitoring system. Thus, the core of this thesis addresses the scalability issues by offering several ways to improve overall energy efficiency of the network. So, routing techniques improvement and efficient multi-hop clustering protocols are proposed through some original ideas using the Link Quality Indicator (LQI) provided by the MAC sublayer. The LQI is defined in the IEEE 802.15.4 standard in which its context of use is not specified. The link reliability based routing protocol (L2RP) which load balances the traffic between nodes, the single-node cluster reduction mechanism (SNCR) and the LQI-DCP multi-hop clusters formation protocol which improves clusterhead locations are some of contributions of this thesis which exploit the LQI to, significantly, increase the WSN efficiency. We also show that the MaxMin d-cluster formation heuristic does not support the grid deployment topology which is the more often used in WSN architectures.

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. / Nowadays, the services market has become increasingly competitive. Customer requirements for service offerings in line with their uses and preferences led providers to offer new services to meet this new need and to stand out from competitors and attract new customers. With the success of the network and service convergence (NGN / NGS), new services have emerged. A mobile user desires to access his services anywhere, anytime and on any type of terminal.Thus, providing customized services to clients while ensuring the service continuity and the end-to-end quality of service in a heterogeneous and mobile environment became a challenge for mobile operators and service providers to improve the return on investment (ROI) and time-to-market (TTM). Our thinking about the provision of customized services according to the functional and non-functional (QoS) needs of the users has led us to identify the needs of the new context NGN / NGS defined by the intersection of these three elements "user-centric, mobility and QoS". How to dynamically control the end-to-end QoS for a single "user-centric" session? How to ensure the "Service Delivery" in the context of mobility and ubiquity? These new needs have led us to propose solutions through three main contributions that take into account the user and the operator vision. Our first contribution concerns the organizational model. We have proposed a new organization with a maximum of flexibility, adaptability and self-management which allows the control of the QoS at each level of the architecture (equipment, network and service). In this organization, we have defined actors and the role of each one in relation to the decision-making process during the user session in order to maintain the end-to-end QoS in an environment that is totally heterogeneous and mobile. Our second contribution addresses the autonomic service component. With the complexity of services personalization in a heterogeneous and mobile context and the need to satisfy the end to end QoS, services and network resources must be taken into account. Therefore, a high degree of self-sufficiency, self-management and automation is required in the resource service to improve the service delivery. We have therefore proposed an autonomic service component based on an integrated QoS-agent which is self-controlled and self-managed to dynamically adapt its resources in response to changing situations during the user’s session. Our third proposal covers the model protocol. The personalized services session requires more flexible interactions at the service level in order to obtain a single session with service continuity. We have proposed a signalling protocol SIP + that allows the negotiation of the QoS of personalized services at the session initialization phase and the renegotiation of the QoS during the utilization to maintain the service with the required QoS through a unique session. More concretely, we have presented our experiments through a scenario and demonstration platform that allows us to test the feasibility and the performance of our contributions. The contributions and perspectives of this thesis are stated in the conclusion.

Cette thèse s’intéresse au problème d’estimation et d’optimisation distribuée dans les réseaux asynchrones, c’est à dire en n’utilisant que des communication locales et asynchrones. A partir de multiples applications allant de l’apprentissage automatique aux réseaux de capteurs sans-fils, nous concevons et analysons théoriquement de nouveaux algorithmes résolvant trois problèmes de nature très différentes : la propagation de la plus grande des valeurs initiales, l’estimation de leur moyenne et enfin l’optimisation distribuée. / This thesis addresses the distributed estimation and optimization of a global value of interest over a network using only local and asynchronous (sometimes wireless) communications. Motivated by many different applications ranging from cloud computing to wireless sensor networks via machine learning, we design new algorithms and theoretically study three problems of very different nature : the propagation of the maximal initial value, the estimation of their average and finally distributed optimization.

Cette thèse aborde plusieurs problèmes fondamentaux des systèmes de communications sans fil avec des antennes multiples, dites systèmes MIMO (multiple input, multiple output). Les contributions se situent aussi bien au niveau des algorithmes de réception qu’au niveau de la génération du signal à l’émission.La plus grande partie de la thèse est dédiée à l’étude des algorithmes de réception. Les points abordés comprennent la modélisation et l’estimation du canal, la détection robuste des symboles, et la suppression des interférences. Un nouveau modèle de canal est proposé dans le chapitre 3 en exploitant les corrélations dans les domaines temporel, fréquentiel et spatial, et en réduisant l’espace des paramètres aux termes dominants. Ce modèle est utilisé pour proposer ensuite un estimateur de canal à faible complexité et aussi un sélecteur de mots de code pour envoyer vers l’émetteur les informations sur l’état du canal. Dans le chapitre 4, la réception robuste est étudiée pour les systèmes MIMO-OFDM sans une connaissance parfaite du canal. Des récepteurs robustes sont proposés pour les cas avec ou sans connaissance statistique du canal. La conception de récepteurs pour les systèmes MIMO-OFDM en présence d’interférence est étudiée dans le chapitre 5 et des récepteurs robustes sont proposés prenant en compte séparément l’interférence causée par les ondes pilotes et celle causée par les symboles d’une part et l’asynchronisme entre le signal et l’interférence d’autre part.Dans la deuxième partie de la thèse (chapitre 6), nous abordons les modulations spatiales qui sont particulièrement adaptées aux systèmes MIMO dans lesquels le nombre de chaines d’émission est inférieur aux nombre d’antennes. Remarquant que l’efficacité spectrale de ces systèmes reste très faible par rapport à la technique de multiplexage spatiale, nous avons développé des modulations spatiales améliorées (ESM, pour Enhanced Spatial Modulation) qui augmentent substantiellement l’efficacité spectrale. Ces modulations sont basées sur l’introduction de modulations secondaires, obtenues par interpolation. La technique ESM gagne plusieurs décibels en rapport signal à bruit lorsque les constellations du signal sont choisies de façon à avoir la même efficacité spectrale que dans les modulations spatiales conventionnelles. / The aim of this thesis is to investigate multiple input multiple output (MIMO) techniques from the reception algorithms, i.e., channel estimation, symbol detection, and interference suppression, to the advanced spatial modulation (SM) transmission schemes, i.e., the signal constellation design for high performance and energy efficiency. In the reception algorithms, the proposed schemes are derived based on the detection theory, i.e., maximum likelihood (ML), linear minimum mean square error (MMSE), successive interference cancellation (SIC), combining with the statistical analysis, i.e., Bayesian linear regression and Bayesian model comparison, in order to deal with the channel uncertainty, i.e., fading, correlations, thermal noise, multiple interference, and the impact of estimation errors.In the transmission schemes, the signal constellations are targeted to find a good trade off between the average transmit energy and the minimum Euclidean distance in the signal space. The proposed schemes, denoted by enhanced SM (ESM), introduce novel modulation/antenna combinations and use them as the information bits for transmission. The number of those combinations is the double or the quadruple of the number of active antenna indices (or index combinations) in conventional SM systems, and this increases the number of bits transmitted per channel use by one or two.The results of simulations show that good system performance can be achieved with the advanced MIMO techniques. Several examples are presented in this thesis to provide insights for the MIMO system designs.