Avec l'augmentation du nombre d'utilisateurs mobiles et l'évolution rapide des réseaux mobiles sans fil, les demandes des utilisateurs en terme de qualité de service (QoS) deviennent de plus en plus exigeantes. La gestion de la ressource radio est de loin le problème critique des réseaux mobiles sans fil d'autant plus que l'interface radio représente le goulet d'étranglement dans ces réseaux. Dans cette optique, un protocole dallocation de ressources doit pouvoir gérer efficacement la bande passante tout en fournissant la qualité de service à différentes classes de service. <br />Dautre part, la gestion de la mobilité constitue un important défi technique à relever. En effet, un protocole de mobilité efficace doit empêcher la terminaison forcée de lappel et permettre lexécution des applications dune manière transparente à la mobilité.<br />Nos travaux réalisés portent sur la gestion des ressources radio et la mobilité dans les réseaux multiservices sans fil. Les environnements qui sont visés dans ce travail concernent les réseaux de seconde, troisième et quatrième génération. <br />Dans un premier temps, nous avons proposé et étudié un contrôle d'admission multiservice servant quatre classes de service. Deux types d'ordonnancement: HOL (Head of the Line) et QLT (Queue Length Threshold) ont été mis en place afin d'ordonnancer les requêtes handover en attente. L'analyse des performances prouve que le schéma proposé avec QLT améliore la qualité de service des données sans pour autant induire une dégradation perceptible de la qualité de service de la voix. <br />Dans un second temps, nous avons proposé une architecture dynamiquement adaptable DYNAA dont le but est d'absorber les fluctuations du réseau en terme de capacité en introduisant de la dynamique dans la gestion de ces ressources. Grâce à l'adaptabilité introduite par DYNAA, la QoS de bout en bout est élaborée conjointement entre l'application et le réseau afin de respecter le contrat de service établi avec l'utilisateur.<br />Puisque les réseaux publics d'accès mobile sont en train d'évoluer rapidement vers une définition de réseau entièrement IP, nous avons poursuivi nos études et mis l'accent sur les problèmes de handover et de routage dans le sens montant dans les réseaux Cellular IPv6. Ensuite, nous nous sommes focalisés sur la gestion de la qualité de service dans le même environnement. L'étude est menée au moyen de l'architecture DYNAA déjà étudiée et permet de très bons résultats en couplant une utilisation du protocole de type DiffServ dans le réseau coeur et IntServ dans le réseau d'accès. Cette étude constitue une bonne approche de l'appréhension de la qualité de service de bout en bout.<br />Une autre contribution dans notre thèse concerne la qualité de service dans les réseaux IEEE 802.11. Ainsi, nous avons proposé un mécanisme au niveau de la couche MAC, nommé P3-DCF qui introduit une bonne différentiation de service.<br />Enfin, nous avons abordé les réseaux UMTS où nous avons étudié la couche MAC. Cette étude nous a permis d'analyser le trafic Web et de tirer des règles de dimensionnement des réseaux UMTS.

Les techniques MIMO (Multiple Input - Multiple Output) constituent des solutions prometteuses pour les futurs systèmes de communications sans fil à très haut débit. Ces techniques visent à exploiter la dimension spatiale offerte par le milieu de propagation par l'intermédiaire de plusieurs antennes en émission et en réception permettant ainsi d'augmenter substantiellement le débit numérique.Les performances des systèmes MIMO étant largement tributaire des propriétés du canal de propagation sans fil, il est d'autant plus important pour ces systèmes de s'intéresser à ces dernières.Ce document a pour double objectif d'approfondir la connaissance sur les aspects théoriques et physiques de la caractérisation et de la modélisation spatio-temporelles du canal de transmission MIMO, en considérant la dimension spatiale au même niveau que la dimension temporelle, ainsi que de proposer un simulateur du canal MIMO réaliste basé sur des résultats de mesures.

Cette thèse est dédiée à l'étude de la mobilité et de la qualité de service (QoS) sur les réseaux locaux sans-fil (WLANs). Nous affirmons que plusieurs conditions doivent être satisfaites afin de pouvoir donner des garanties de QoS sur des réseaux locaux sans-fil. Nous proposons que les WLANs adoptent un modèle de QoS basé sur des garanties statistiques, tel que le modèle Diffserv de l'IETF. Le protocole Mobile IP, ainsi que d'autres mécanismes de gestion de la mobilité ne sont pas adaptés pour gérer la mobilité dans des régions limitées géographiquement. Pour cela, nous proposons une approche basée sur le modèle de la micro-mobilité pour assurer la gestion de la mobilité. De même, nous proposons une architecture qui intègre la gestion de la mobilité et de la QoS. Il s'agit d'une architecture hiérarchique qui couple notre protocole de mobilité avec un protocole de signalisation dans la bande (in-band) qui permet la gestion de la QoS. Le mémoire présente d'abord l'état de l'art dans les domaines des WLANs, la mobilité IP, et la QoS sur IP. Ensuite, nous présentons et discutons nos propositions pour la gestion de la QoS et de la mobilité sur les réseaux locaux. De même, nous présentons l'implémentation de prototypes de nos propositions et l'évaluation de leurs performances. Nous concluons par la présentation de nos contributions et des perspectives envisagées.

La résolution du problème des vides dans le routage géographique dédié aux réseaux de capteurs sans fil (RCS), rencontrés lors de la remontée des informations vers les nœuds collecteurs à partir des nœuds du réseau, constitue un verrou technologique qui reste un problème ouvert encore aujourd'hui. Cette thèse, contrairement aux méthodes traditionnelles, propose une nouvelle approche pour la prise en charge de ces vides tout en optimisant l'efficacité énergétique des nœuds déployés dans un RCS faisant ainsi du routage proposé une solution adéquate pour l'acheminement des informations en temps réel. Celui-ci se base sur l'information géographique concernant le nœud courant, les vides voisins et le nœud destinataire du paquet. Notre proposition agit aussi sur des mécanismes assurant la découverte, l'annonce et la maintenance des vides d'un RCS. Le premier protocole proposé, appelé VT-SPEED, est construit sur la base d'une fonction évolutive intégrant un mécanisme d'évitement adaptatif des vides et considérant simultanément la charge des nœuds candidats au routage et leur information géographique de localisation. Afin d'optimiser l'efficacité énergétique de VT-SPEED, notre proposition inclut par ailleurs de nouvelles routines sur la base de fonctions paramétriques pour la prise en compte de l'énergie dans le routage : (a) suppression des paquets retardés sur la base de leur échéance et (b) équilibrage de charge dans le choix des sauts des paquets. Les résultats enregistrés par le protocole résultant, appelé VE-SPEED, montrent que l'approche proposée prend en compte les flux de type temps-réel, possède une grande tolérance aux vides, conserve mieux l'énergie des nœuds de bordure, assure un meilleur équilibrage de charge, et consomme de manière optimisée l'énergie des nœuds capteurs

La plupart des réseaux de capteurs sans fill d'aujourd'hui fonctionne sur le protocole CSMA/CA. Fournir la qualité de service (QdS) dans un tel réseau est un problème difficile compte tenu de la dynamique du réseau et des contraintes en termes de ressources (énergie et mémoire). Dans cette thèse, sans changer le socle commun du CSMA/CA, nous avons proposé des mécanismes auto-adaptatifs qui permettent de gérer la QdS "best-effort" pour des applications nécessitant de la différenciation de services. Trois mécanismes sont proposés : CoSenS pour "Collecting then Sending burst Scheme", P-CoSenS qui a joute la gestion de priorités à CoSenS, et S-CoSenS qui a joute la dimension énergie à CoSenS. La dynamique du réseau est prise en compte grâce à l'auto-adaptation de périodes de collecte et de transmission en rafale. Il est à souligner que le mécanisme CoSenS permet non seulement d'améliorer les performances de CSMA/CA mais aussi de surmonter la difficulté d'ordonnancer les trafics entrant dans un nœud (routeur) car chaque paquet entrant est immédiatement retransmis vers la sortie. En effet, grâce à la pério de de collecte, les paquets entrants sont mis en file d'attente, rendant ainsi possible d'ordonnancer différemment les paquets selon leur priorité (P-CoSenS). Enfin, le compromis énergie/performance est pris en compte dans S-CoSenS. Selon l'état de l'environnement surveillé, le réseau peut se trouver dans une période où circule un trafic non urgent et souvent faible pendant laquelle il est judicieux de minimiser la consommation d'énergie et une pério de de trafic important pendant laquelle le réseau doit transporter des données urgentes pour suivre une situation alarmante de plus près. Comme CoSenS, S-CoSenS permet de s'auto-adapter dynamiquement en fonction de ces situations. L'ensemble de nos propositions est validé par simulations et CoSenS est implémenté sur une plateforme de réseau de capteurs.

Le présent rapport fournit plusieurs extensions des protocoles de réseau ad hoc et leurs évaluations, qui permettent d'augmenter la performance, de dimensionner la taille des réseaux et d'intégrer les réseaux ad hoc dans l'Internet : Premièrement, ce rapport présente plusieurs outils de logiciel qui permettent d'étudier des protocoles de routage sans modifications, implémentés en Java, dans le simulator de réseaux NS2. Deuxièmement, ce rapport fournit une discussion architecturale des réseaux ad hoc, qui explique les problèmes de la configuration automatique des adresses IP (nommé autoconfiguration) des routeurs ad hoc. Ensuite, le rapport présente un modèle architectural pour des réseaux ad hoc qui est compatible avec l'Internet. Un protocole d'autoconfiguration, basé sur le modèle architectural proposé, est spécifié, et ses propriétés sont formellement vérifiées au moyen de Model Checking. Troisièmement, plusieurs extensions du protocole de routage des réseaux ad hoc OLSRv2 sont présentées : La performance du protocole est augmentée d'ordre de grandeur en utilisant un algorithme dynamique pour calculer les plus courts chemins. Une autre optimisation proposée est un framework basé sur SNMP pour gérer et contrôler des objets liés à la performance sur des routeurs tournant OLSRv2. Une extension d'OLSRv2 est présentée dans laquelle des paquets sont retransmis ultérieurement lorsque les destinations sont indisponibles temporairement, au lieu de les rejeter. Cette extension mène à un taux de remis considérablement plus élevé que OLSRv2 par défaut dans certains scenarios. Ce rapport présente alors une analyse des menaces de sécurité pour OLSRv2, suivie par la spécification d'un mécanisme de contrôle d'accès pour OLSRv2, qui empêche nombre de ces attaques. Quatrièmement, ce rapport explore le dimensionnement des réseaux de capteurs sans fil, et évalue un protocole de routage des réseaux de capteurs, nommé RPL, spécifié par l'IETF en 2011. En outre, étant donné que RPL ne contient pas de mécanisme de broadcast efficace, plusieurs mécanismes de broadcast optimisés dans RPL sont présentés et comparés.

Nous proposons des algorithmes de contrôle de charge pour les réseaux cellulaires sans fil et développons des méthodes analytiques pour l'évaluation des performances de ces réseaux par un processus de Markov spatial prenant en compte leur géométrie, dynamique et algorithmes de contrôle. D'abord, nous caractérisons la performnace d'un lien unique en utilisant les techniques de communication numérique. Ensuite les interactions entre les liens sont prises en compte en formulant un problème d'allocation de puissances. Nous proposons des algorithmes de contrôle de charge décentralisés qui tiennent compte de l'influence de la géométrie sur la combinaison des interférences inter-cellules et intra-cellules. Afin d'étudier les performances de ces algorithmes, nous analysons un générateur d'un processus Markovien de saut qui peut être vu comme une généralisation du générateur de naissance-et-mort spatial, qui tient compte de la mobilité des particules. Nous donnons des conditions suffisantes pour la régularité du générateur (c.-à-d., unicité du processus de Markov associé) aussi bien que pour son ergodicité. Enfin nous appliquons notre processus de Markov spatial pour évaluer les performances des réseaux cellulaires sans fil utilisant les algorithmes de contrôle de charge basés sur la faisabilité de l'allocation de puissance.

Présenté initialement à l'agence spatiale américaine par P. Glaser comme une source potentielle d'énergie alternative renouvelable et propre, le projet de Centrales Solaires Orbitales est basé sur le concept de Transport d'Energie Sans Fil (TESF). Le principe consiste à collecter directement dans l'espace l'énergie solaire, puis à la transmettre vers une base de réception terrestre, via un faisceau hyperfréquence. Dans le cadre des actions menées dans le domaine du TESF au niveau terrestre, une solution technologique permettant de répondre au cahier des charges imposé au système d'émission a retenu notre attention : mettre en oeuvre un réseau d'antenne phasé alimenté par des magnétrons de moyenne puissance. Dans cette optique, ce travail de recherche présente une approche originale du contrôle des grandeurs de sortie d'un magnétron opérant en situation de verrouillage par injection. Afin de prendre en compte le comportement non linéaire du magnétron, une stratégie de contrôle hybride a été mise en oeuvre pour le contrôle de la fréquence et de l'amplitude d'un magnétron de moyenne puissance (2.45 GHz) verrouillé par injection et débitant sur une charge fixe. L'aspect hybride est constitué par l'association d'un algorithme de Contrôle Direct Inverse impliquant un réseau de neurones non linéaires modélisant la fonction de transfert inverse du magnétron, avec un correcteur linéaire en boucle fermée de type PID. Le développement d'un dispositif de caractérisation expérimentale d'un magnétron verrouillé par injection a permis de collecter des bases de mesures nécessaires à un apprentissage supervisé et généralisé pour l'identification du contrôleur neuronal. Les meilleures performances en terme de conduite du magnétron ont été obtenues avec une boucle de contrôle effectuant une permutation dynamique entre le correcteur neuronal non linéaire et le correcteur linéaire PID tout en assurant une stabilité de la phase sur l'ensemble de la bande de verrouillage

Dans plusieurs applications de traitement du signal pour les systèmes de communication sans fil, le signal reçu est de nature multidimensionnelle et possède une structure algébrique multilinéaire. Dans ce contexte, la décomposition tensorielle de type PARAFAC a fait l'objet de plusieurs travaux au cours des six dernières années. Il s'avère que des décompositions tensorielles plus générales sont nécessaires pour couvrir des classes plus larges de systèmes de communication faisant intervenir µa la fois des modèles de transmission et de canal plus complexes et des méthodes de traitement plus efficaces. Cette thèse traite les problèmes de modélisation des systèmes multi-antennes, d'égalisation de canal, de séparation de signaux et d'estimation paramétrique de canal à l'aide d'approches tensorielles. Dans un premier temps, de nouvelles décompositions tensorielles (bloc-PARAFAC avec contraintes et CONFAC) ont été développées et étudiées en termes d'identifiabilité. Dans un deuxième temps, la décomposition bloc-PARAFAC avec contraintes a été appliquée tout d'abord pour mettre en évidence une modélisation tensorielle unifiée des systèmes suréchantillonnées , DS-CDMA et OFDM, avec application à l'égalisation multiutilisateur. Puis, cette décomposition a été utilisée pour modéliser des systèmes de transmission MIMO avec étalement spatio-temporel et détection aveugle. La décomposition CONFAC a ensuite été exploitée pour concevoir un nouveau schéma de transmission MIMO/CDMA combinant diversité et multiplexage spatial. Les propriétés d'unicité de cette décomposition ont permis de réaliser un traitement aveugle au niveau du récepteur pour la reconstruction du canal et des symboles transmis. Un troisième volet du travail concerne l'application de la décomposition PARAFAC pour la conception de nouveaux schéma de transmission spatio-temporel-fréquentiel pour des systèmes MIMO multiporteuses, et pour l'estimation paramétrique de canaux multitrajets. .

L'objectif principal de cette thèse est d'analyser la performance des réseaux sans fil selon divers scénarios: réseaux fixes, réseaux mobiles, réseaux mono-saut, et réseaux multi-sauts. Dans les deux premières parties de cette thèse, nous nous focalisons sur le placement géométrique des émetteurs simultanés dans le réseau. Dans la première partie, par l'intermédiaire d'une méthode d'accès au médium, nous étudions l'impact de l'emplacement des émetteurs sur la performance du réseau sans fil mono-saut. Nous établissons une structure générale et nous étudions l'emplacement des émetteurs dans le réseau. Ensuite, on compare ces résultats aux résultats obtenus à l'aide d'un par processus ponctuels aléatoires tels que le processus ponctuel de Poisson, ALOHA, le coloriage des nœuds et CSMA. Notre analyse nous permet d'évaluer les gains en performance d'une méthode d'accès au médium efficace qui serait nécessaire pour mettre en œuvre le déploiement optimal des émetteurs. Par exemple, nous montrons que la capacité garantie par une méthode d'accès très complexe est au plus deux fois la capacité d'un contrôle d'accès avec une faible complexité comme ALOHA. Plus tard, nous utilisons des méthodes analytiques pour évaluer les heuristiques pour l'optimisation de la capacité et de la couverture d'un réseau cellulaire existant de façon optimale via l'ajout de stations de base supplémentaires. Dans la deuxième partie, nous étendons notre analyse à un réseau sans fil multi-sauts où nous évaluons la portée de transmission optimale et la capacité du réseau avec différentes méthodes d'accès au médium. Nos analyses dans les deux premières parties de cette thèse nous permettent d'avoir des perspectives par rapport aux limites théoriques de la performance d'une méthode optimisée d'accès au médium pour les réseaux sans fil mono-saut et multi-sauts. Dans la dernière partie, nous concentrons nos efforts sur l'étude du compromi entre les délais et la capacité dans le réseau mobile sans fil. Nous proposons un routage géographique et nous étudions ses propriétés de passage l'échelle. En se basant sur un modèle de mobilité réaliste et des informations disponibles au niveau des nœuds mobiles, notre méthode de routage permet d'obtenir des délais qui sont bornés par une constante lorsque la capacité du réseau augmente de façon quasi-linéaire et quand le nombre de nœuds dans le réseau augmente et tend vers l'infini.