Les travaux réalisés dans cette thèse se situent dans le domaine des réseaux de capteurs sans fil (Wireless Sensor Networks), déployés en environnement urbain et se focalisent sur la sécurité des protocoles de routage multi-sauts. Les capteurs sont souvent déployés dans des environnements ouverts et accessibles permettant aux éventuels attaquants de les détruire ou de les capturer afin d'en extraire les données sensibles (clés de chiffrement, identité, adresse, etc.). Les méthodes traditionnelles, basées sur la cryptographie, permettent d'obtenir une sécurité de base (authentification, confidentialité, intégrité, non répudiation etc.), mais ne permettent pas toujours de se prémunir contre les attaques dues à la compromission des nœuds (réplication des nœuds, Sybil, Selective forwarding, Blackhole, Sinkhole, Wormhole etc.). Dans le but d'apporter des solutions algorithmiques complémentaires aux solutions cryptographiques, nous étudions la résilience des protocoles de communication en présence d'adversaires internes visant à perturber l'acheminement de l'information à travers le réseau. Dans un premier temps, nous introduisons la notion de résilience et une métrique quantitative doublée d'une représentation qualitative pour mieux l'appréhender. Nous étudions les principaux protocoles de routage de la littérature selon notre métrique pour montrer leur capacité d'être résilients. Cette étude nous permet de proposer trois mécanismes visant à développer la résilience: (i) l'introduction de comportements aléatoires, (ii) la limitation de la longueur des routes et (iii) la réplication de paquets. Nous appliquons ces mécanismes aux protocoles classiques et nous les étudions selon notre métrique. Pour confirmer les résultats de simulations, nous proposons enfin un travail théorique pour mesurer analytiquement la résilience en nous basant sur le modèle des marches aléatoires biaisées. / This thesis focuses on the security issues of multi-hop routing protocols for Wireless Sensor Networks (WSNs). The rapid deployment capabilities, due to the lack of infrastructure, as well as the self organized and potentially fault-tolerant nature of WSNs make them attractive for multiple applications spanning from environmental monitoring (temperature, pollution, etc.) to building industrial automation (electricity/gas/water metering, event detection, home automation etc). Security is particularly challenging in WSNs. Because of their open and unattended deployment, in possibly hostile environments, powerful adversaries can easily launch Denial-of-Service (Dos) attacks, cause physical damage to sensors, or even capture them to extract sensitive information (encryption keys, identities, addresses etc.). After node compromise, an adversary can seek to disrupt the functionality of network layer by launching attacks such as node replication, Sybil, Selective forwarding, Sinkhole, Wormhole etc. To cope with these "insider" attacks, stemming from node compromise, "beyond cryptography" algorithmic solutions must be envisaged to complement the traditional cryptographic solutions. Firstly, we propose the resiliency concept including our definition and a new metric to compare routing protocols. This method allows to aggregate meaningfully several parameters (quantitative information) and makes it easier to visually discern various tradeoffs (qualitative information), thus greatly simplifying the process of protocol comparison. Secondly, we propose the protocol behaviors enhancing resiliency. Our proposition consists in three strategies: (i) introduce random behaviors (ii) limit route length (iii) introduce data replication. These mechanisms are applied to several well known routing protocols to study their resiliency. Finally, a theoretical study of resiliency is introduced. We present an analytical study of biased random walks under attacks to confirm the results obtained through simulations.

Les équipements mobiles deviennent une partie intégrale de notre vie numérique. Ces équipements interagissent avec l'infrastructure des réseaux cellulaires et leur activité est enregistrée pour des buts de facturation et monitoring sous forme de données de trafic mobile. Les travaux menés dans cette thèse se focalisent sur le potentiel que portent ces données pour l'amélioration des réseaux cellulaires futurs. D'une part, on montre que les données mobiles permettent de construire des profils spatio-temporels typiques de l'utilisation des réseaux cellulaires en environnement urbain. Cette analyse permet aussi la détection des comportements atypiques dans le réseau qui sont liés à des événements spéciaux. D'autre part, on montre que les données mobiles constituent un élément méthodologique important pour l'évaluation des solutions réseaux. Dans ce sens, on propose un mécanisme pour réduire la consommation énergétique des infrastructures cellulaires, en contrôlant la puissance sur le réseau d'accès à différents moments de la journée, tout en assurant la couverture géographique du réseau. On exploite aussi ces données pour évaluer les gains apportés par une nouvelle architecture de réseau d'accès, basée sur la virtualisation d'une partie du réseau et sa centralisation dans un cloud. Nos résultats montrent que cette architecture est bénéfique du point de vue des messages de signalisation, notamment pour les utilisateurs mobiles. / Mobile devices are becoming an integral part of our everyday digitalized life. In 2014, the number of mobile devices, connected to the internet and consuming traffic, has even exceeded the number of human beings on earth. These devices constantly interact with the network infrastructure and their activity is recorded by network operators, for monitoring and billing purposes. The resulting logs, collected as mobile traffic datasets, convey important information concerning spatio-temporal traffic dynamics, relating to large populations with millions of individuals. The thesis sheds light on the potential carried by mobile traffic datasets for future cellular networks. On one hand, we target the analysis of these datasets. We propose a usage patterns characterization framework, capable of defining meaningful categories of mobile traffic profiles and classifying network usages accordingly. On the other hand, we exploit mobile traffic datasets to evaluate two dynamic networking solutions. First, we focus on the reduction of energy consumption over typical Radio Access Networks (RAN). We introduce a power control mechanism that adapts the RAN's power configuration to users demands, while maintaining a geographical coverage. We show that our scheme allows to significantly reduce power consumption over the network infrastructure. Second, we study the problem of topology management of future Cloud-RAN (C-RAN). We propose a mobility-driven dynamic association scheme of the C-RAN components, which takes into account users traffic demand. The introduced strategy is observed to lead to important savings in the network, in terms of handovers.

Pour assurer les communications dans un réseau de capteurs sans fil, les capteurs utilisent un modèle simplifié de protocoles en couches inspiré du modèle OSI. Ce modèle comporte cinq couches, chaque couche devant assurer des fonctionnalités indépendantes et particulières. Nous nous intéressons à deux couches qui sont impliquées directement dans les décisions assurant les communications, la couche Liaison de données dans laquelle le protocole MAC assure la coordination des communications entre voisins directs, et la couche Réseau dans laquelle le protocole de routage est responsable de trouver une route entre un émetteur et un récepteur. Chacune des deux couches vise à améliorer certaines métriques, comme la latence, mais les décisions incohérentes venant de différents protocoles peuvent ne pas le permettre. Par conséquent, les décisions spatiales du protocole de routage et les décisions temporelles du protocole MAC doivent être corrélées pour optimiser la latence des communications. Les protocoles cross-layer résolvent ce problème soit en assurant des communications entre des protocoles des deux couches, soit en combinant les deux couches en une nouvelle couche. Dans ce contexte, cette thèse étudie les protocoles cross-layer existants entre MAC et routage et propose de nouvelles approches ayant comme but de minimiser la latence des communications. Dans un premier temps, nous avons proposé un protocole de routage qui utilise des informations du protocole MAC qu’est un TDMA pour trouver un chemin entre le noeud qui capte les données et la station de base tout en minimisant la latence des communications [1]. Ensuite, nous nous sommes intéressés au cas inverse, i.e. des approches MAC qui utilisent des informations de routage pour établir des ordonnancements TDMA de communication pour les nœuds du réseau, ces ordonnancements visant toujours à optimiser la latence des communications [2, 3, 5].Enfin, dans [4], nous avons proposé une approche qui combine un protocole MAC et un protocole de routage en un seul protocole. / Traditionally, in Wireless Sensor Networks, protocols are designed independently in the layered protocol stack, and metrics involved in several layers can be affected. Communication latency is one metric example, impacted by both the routing protocol in the network layer and the MAC protocol in the data link layer. Cross-layer protocols are known to be more efficient when exploiting the dependencies between these layers.In this context, and aiming to minimize the communication latency, we propose different cross-layer approaches concerning routing trees and TDMA schedules. First, we propose a routing approach using information of the TDMA schedule. Then, we propose different TDMA scheduling approaches which use information of the routing tree. Finally, we propose an approach that combines MAC and routing to produce a routing tree and a TDMA schedule simultaneously. Extensive simulations have shown better results of our contributions compared to the state of the art in terms of latency. Other metrics such as the energy consumption, the duty cycle of the nodes and the number of hops in the routing paths were also considered during the evaluation of our contributions.

Les réseaux de capteurs sans fil émergent comme une technologie innovatrice qui peut révolutionner et améliorer notre façon de vivre, de travailler et d'interagir avec l'environnement physique qui nous entoure. Néanmoins, l'utilisation d'une telle technologie soulève de nouveaux défis concernant le développement de systèmes fiables et sécurisés. Ces réseaux de capteurs sans fil sont souvent caractérisés par un déploiement dense et à grande échelle dans des environnements limités en terme de ressources. Les contraintes imposées sont la limitation des capacités de traitement, de stockage et surtout d'énergie car ils sont généralement alimentés par des piles.Nous visons comme objectif principal à travers cette thèse à proposer des solutions permettant de garantir un certain niveau de fiabilité dans un RCSF dédié aux applications sensibles. Nous avons ainsi abordé trois axes, qui sont :- Le développement de méthodes permettant de détecter les noeuds capteurs défaillants dans un RCSF,- Le développement de méthodes permettant de détecter les anomalies dans les mesures collectées par les nœuds capteurs, et par la suite, les capteurs usés (fournissant de fausses mesures).- Le développement de méthodes permettant d'assurer l'intégrité et l'authenticité des données transmise dans un RCSF. / Wireless sensor networks emerge as an innovative technology that can revolutionize and improve our way to live, work and interact with the physical environment around us. Nevertheless, the use of such technology raises new challenges in the development of reliable and secure systems. These wireless sensor networks are often characterized by dense deployment on a large scale in resource-onstrained environments. The constraints imposed are the limitation of the processing, storage and especially energy capacities since they are generally powered by batteries.Our main objective is to propose solutions that guarantee a certain level of reliability in a WSN dedicated to sensitive applications. We have thus proposed three axes, which are:- The development of methods for detecting failed sensor nodes in a WSN.- The development of methods for detecting anomalies in measurements collected by sensor nodes, and subsequently fault sensors (providing false measurements).- The development of methods ensuring the integrity and authenticity of transmitted data over a WSN.

Les architectures de communication avionique actuelles impliquent un poids et des coûts d'intégration importants à cause de la quantité croissante du câblage et des connecteurs utilisés. Afin de répondre à ces besoins émergents, nous avons proposé dans cette thèse l'intégration des technologies sans fil dans le contexte avionique comme principale solution pour diminuer le poids et la complexité dus au câblage. Tout d’abord, nous avons conçu un réseau avionique de secours basé sur la technologie HRUWB, implémentant un protocole d'arbitrage TDMA et des divers mécanismes de fiabilité pour garantir les exigences de déterminisme et de sûreté. Par la suite, nous avons procédé à l'évaluation des performances de notre proposition en termes de délais en se basant sur des méthodes analytiques. Par ailleurs, nous avons étudié différentes solutions afin d’améliorer les marges d'évolutivité et de fiabilité du système. Enfin, nous avons validé notre réseau proposé à travers une étude de cas avionique réaliste; et les résultats obtenus ont mis en évidence la capacité de notre proposition à garantir les exigences du système en termes de déterminisme et de fiabilité. / The current avionics communication architecture inherits significant weight and integration costs due to the increasing quantity of wires and connectors. In addition, avionics interconnects are still subject to structural failure and fire hazard which decrease reliability and ramify the maintenance. To cope with these arising issues, integrating wireless technologies in avionics context is proposed in this thesis as a main solution to decrease the wiring-related weight and complexity.To achieve this aim, we design an alternative backup avionic network based on HR-UWB technology implementing a TDMA arbitration protocol and various reliability mechanisms to guarantee predictability and reliability requirements.Afterwards, we conduct analytical performance evaluation of our proposal in terms of delays. Moreover, we investigate different solutions to reach further enhancements on the system scalability and reliability.Finally, the validation of our proposal through a realistic avionics case study has been conduced, and the obtained results highlight its ability to guarantee the system requirements in terms of predictability and reliability.

Les recherches sur ce sujet se base sur la prise de conscience qu’il est possible de réaliser des équipements de très petite taille pouvant être exploité dans des différents domaines comme : l’habitat intelligent, surveillance et sécurité, les applications médicales, gestion d’une exploitation agricole, etc.Contrairement aux réseaux traditionnels qui se concentrent essentiellement à fournir une meilleure qualité de service (QoS), les RCSFs doivent, en plus, se préoccuper à conserver au mieux l’énergie dans le réseau.En effet, ils doivent adopter des techniques qui permettent aux utilisateurs de maximiser la durée de vie du réseau en entier, car chaque capteur est alimenté par une source d’énergie limitée et généralement irremplaçable.C’est pourquoi, il est important d’optimiser les performances de ce type de réseau en termes d’énergie à tous les niveaux de conception. Dans ce contexte, cette thèse est dédiée à l’étude des différentes techniques adoptées au niveau de la couche physique et MAC, plus particulièrement au processus de modulation et du codage des données puis aux techniques de relayage des informations. En effet, le choix de la modulation optimale et de la méthode de codage du canal appropriée est une tâche cruciale à la couche physique de cette classe de réseaux.Pour ce faire, nous avons présenté en premier temps les différents aspects caractérisant les réseaux de capteurs sans fil. Puis, les efforts engagés pour maximiser la conservation de l’énergie dans ces réseaux ont été résumés. En second lieu, nous nous sommes focalisés sur l’impact du choix du schéma de modulation et du codage canal dans les RCSFs, afin de trouver la consommation optimale permettant de préserver au mieux l’énergie du noeud capteur.Dans la dernière partie de notre étude, nous nous sommes intéressés à l’intégration de la coopération au niveau de la couche MAC afin de quantifier le gain apporté en termes de consommation d’énergie ainsi qu’en termes de stabilité des liens radio. / Wireless sensor networks (WSNs) are composed of sensor nodes generally powered by batteries, for which recharging or replacement is difficult. Since battery technology has not progressed as rapidly as semiconductor technology, energy efficiency has become increasingly important in WSN. On the other hand, data exchanged between nodes are vulnerable to corruption by errors induced by random noise, signal fading and other factors. Therefore, improving link reliability and reducing energy consumption are prime concerns in the design of wireless sensor networks. In this context, performing optimal modulation schemes with suitable channel coding process is a crucial task at the physical layer of this class of networks.The aim of this work is to study from a signal processing point of view different techniques used at the physical layer and MAC, in particular the modulation process, coding strategy and cooperative communication protocol dedicated to WSN.We investigate energy-constrained wireless sensor networks and we focus on the determination of the optimal system configuration that permits to improve the performance of this type of network. A comparative analysis of energy consumption referring to MSK modulation is presented in the chapter three. We show that the gain achieved with MSK modulation is very promising to obtain optimal energy network consumption. The final chapter is devoted to the cooperative relaying system. The aim of using such technique is to make better energy conservation in the network. Indeed, through Cooperative transmission with the help of relays provides a better performance gain compared to the direct transmission (DT).

Les systèmes de communications mobiles ont considérablement évolué durant ces dernières années. Ce fait a encouragé le déploiement de plusieurs systèmes ou réseaux cellulaires multi technologique. La qualité de service (QoS) offerte aux utilisateurs mobiles s’améliore d’un système à l’autre. Les systèmes de troisième génération (3G), comme l’UMTS, offrent une meilleure qualité de service par rapport à celle offerte par ceux de deuxième génération (2G), comme le GSM. Pour exemple, les systèmes de 3.5G (HSDPA) améliorent le débit du réseau de 3G sur le lien descendant afin de répondre aux exigences des nouveaux services. De plus, les réseaux de quatrième génération (4G), comme le WiMAX (IEEE802.16e) permettent, quant à eux, d’élargir la couverture cellulaire tout en offrant un débit supérieur. Cette nouvelle évolution améliore encore l’accessibilité aux services de l’Internet. La migration des services de l’Internet vers les réseaux mobiles, constitue un enjeu majeur de recherche en télécommunications. La thèse se divise en deux objectifs principaux ; le premier consiste à calculer et à évaluer les performances du système UMTS-WCDMA. Deux approches sont utilisées, l’approche exacte de l’analyse spectrale, et l’approche approximative de la perturbation singulière. Le deuxième objectif propose de nouveaux mécanismes de contrôle d’admission prenant en considération la mobilité intra et inter cellulaires des utilisateurs dans la gestion de la ressource radio. Ces mécanismes d’allocation de ressource concernent plus particulièrement les réseaux HSDPA et WiMAX. Ils se basent principalement sur les schémas de modulation et de codage adaptatif AMC (Adaptive Modulation and Coding) : la zone géographique est subdivisée en plusieurs régions concentriques. Avec nos mécanismes d’allocation des ressources, chaque appel accepté par le système voit son débit initial maintenu, et ce, indépendamment de la position de l’utilisateur dans la cellule / The mobile communication systems evolved considerably in the last few years. This fact encouraged the deployment of several systems or cellular networks in multi technological environment. The Quality of Service (QoS) offered to the mobile users improves from one system to another one. The systems of third generation (3G), like UMTS, offer a better quality of service compared to that offered by those of second generation (2G), like the GSM. For example, the systems of 3.5G (HSDPA) improve the throughput of the network of 3G in the downlink direction according to the requirements of the new services. Moreover, the networks of fourth generation (4G), like WiMax (IEEE802.16e), as for them, make it possible to widen the cover of the base station while offering a very important throughput in which supports the next generation applications or services already offered by the Internet. This new evolution still improves accessibility with the services of the Internet. The migration of the services of the Internet towards the mobile networks, constitutes a major stake of research in telecommunications. The thesis is divided into twomain aims. The first consists to compute the systemcapacity and to evaluate the performances of the UMTS-WCDMA system. Two approaches are used, one is of the spectral analysis, and other one is an approximation of the singular perturbation. The second goal of this thesis is to propose and develop the new mechanisms of call admission control (CAC) for HSDPA and IEEE802.16e networks based on the AMC (Adaptive Modulation and Coding) scheme : the geographical area of the cell is subdivided into several concentric regions. These CAC mechanisms maintain a same QoS (constant bit rate) for all users anywhere in the area of the cell and give priority to migrating or handoff calls by reserving the guard bandwidth than a new call in the intra cell and inter cell mobilities

Depuis leur émergence, les réseaux de capteurs sans fil (WSN) n’ont cessé de se développer devenant un acteur clé dans de nombreuses applications telles que le suivi militaires, la surveillance à distance, la bio-détection et de la domotique. Ces réseaux sont basés sur la norme IEEE 802.15.4 qui est dédié aux réseaux personnels sans fil à faible débit (LR-WPAN) dans la bande de fréquences radio sans licence (868MHz/915MHz/2.4GHz). Faible consommation d'énergie, faible coût de mise en œuvre et le niveau élevé d'intégration sont les principaux défis de ces systèmes. L’émetteur-récepteur est le bloc qui consomme le plus d’énergie dans un nœud capteur, ainsi, la consommation d'énergie du frontal radiofréquence (RFFE) doit être réduite. Pour ce faire, plusieurs approches sont possibles, que ce soit au niveau circuit en enquêtant sur les modes de fonctionnement du transistor ou bien en combinant les fonctionnalités des blocs radiofréquences. Une autre stratégie est d’investiguer le niveau système en proposant de nouvelles architectures de démodulation. Cette thèse explore les exigences et les défis spécifiques pour la conception de circuits intégrés radiofréquences (RFIC) ultra-basse consommation pour les réseaux de capteurs sans fil. Ces travaux ont abouti à la conception d'un démodulateur compact réalisé dans une technologie CMOS 65nm et qui est compatible avec tous les types de modulation. / Since their emergence, Wireless Sensor Networks (WSN) have been growing continually becoming a key player in many applications such as military tracking, remote monitoring, bio-sensing and home automation. These networks are based on IEEE 802.15.4 standard which is dedicated to low rate wireless personal area networks (LR-WPANs) in the unlicensed radio band (868MHz/915MHz/2.4GHz). Low power consumption, low cost of implementation and high level of integration are the main challenges of these systems. As radio frequency transceiver is one of the most power hungry block in wireless sensor node, power consumption of radio frequency front-end (RFFE) must be reduced. To deal with, several approaches are possible, either at circuit level by investigating operating modes of transistors and merging functionalities or at system level by searching novel demodulation architecture. This thesis explores the specific requirements and challenges for the design of ultra-low power radio frequency integrated circuits (RFICs), leading to the design of a compact demodulator implemented in 65 nm CMOS technology and compatible with all modulation schemes.

Les protocoles de communications à accès aléatoires sont des candidats prometteurs pour les futurs systèmes de communications sans fil dédiés aux applications machine à machine (M2M). Ces méthodes d’accès sont généralement basées sur des techniques d'accès aléatoires mettant en œuvre des concepts simples de sondage de canal et de report de la transmission pour réduire les collisions, tout en évitant l'utilisation d'ordonnanceurs complexes. Parmi les différents protocoles, Carrier sense multiple access/collision avoidance with a Request-To-Send/Clear-To-Send (CSMA/CA-RTS/CTS) est un protocole qui pourrait être adopté pour les scénarios de M2M. Cette approche est efficace pour éviter les collisions entre les paquets de données. Cependant dans le cas d’un réseau très dense, les performances sont dégradées à cause de la forte probabilité de collisions. Pour atténuer cet effet, les collisions entre les messages de contrôles RTS doivent être réduites. Cette thèse propose de résoudre ce problème en divisant le canal commun en sous-canaux pour transmettre les messages de contrôle de demande d’accès au canal ; le canal commun est utilisé dans son ensemble pour la transmission de données. L’ajout d’un degré de liberté pour le message de demande d’accès permet de réduire la probabilité de collision, et donc d’améliorer les performances du système notamment dans des scénarios avec des nombres importants de nœuds souhaitant communiquer. Dans ce travail, nous dérivons ainsi une solution complète de méthode d’accès en s'appuyant sur le CSMA / CA - RTS / CTS et en multiplexant une configuration multi-canal pour les messages RTS et un canal unique pour la transmission de données. Une version améliorée, basée sur l'ordonnancement des utilisateurs, est également étudiée. Un modèle analytique a été développé, analysé et validé par simulations. Celui-ci est une extension du modèle Bianchi. Les performances en termes de débit saturé, de temps de transmission et de la probabilité de rejet de paquets sont discutées. Enfin, les impacts liés à la prise en compte d’une couche physique de type multi porteuses sont discutés dans le dernier chapitre. / Opportunistic protocols are promising candidates for future wireless systems dedicated to machine to machine (M2M) communication. Such protocols are usually based on a random access with simple techniques of medium sensing and deferring to reduce collisions while avoiding the use of complex schedulers. Among different protocols, Carrier sense multiple access/collision avoidance with a Request-To-Send/Clear-To-Send (CSMA/CA-RTS/CTS) is an opportunistic protocol which could be adopted for M2M scenarios. Such approach is efficient to avoid collisions between data packets but in a very dense network, the random access used to send the RTS suffers itself from a high probability of collision which degrades the performance. In order to mitigate this effect, RTS collisions should be reduced. This thesis proposes to address this issue by splitting the common channel in sub-channels for transmitting the RTS messages. While the common channel is used as a whole for data transmission. Multiple nodes can then contend in time and frequency for these RTS sub-channels, thereby reducing RTS collisions and increasing overall efficiency. In this work, we thus derive a complete protocol solution relying on CSMA/CA - RTS/CTS multiplexing a multi-channel configuration for RTS messages and a unique channel for data transmission. An enhanced version based on users scheduling is integrated as well. In this thesis, the proposed protocol is investigated from a joint PHY-MAC point of view. This strategy is shown to provide better system performance particularly for loaded networks. An accurate analytical model derived as a straightforward extension of the Bianchi model is analyzed and validated by simulations. Performance in terms of saturation throughput, transmission delay and packet drop probability is discussed.

La croissance phénoménale du trafic pousse les opérateurs mobiles à différencier leurs plans de tarification en se basant sur la bande passante consommée. Afin de maximiser la monétisation du trafic de données, les opérateurs devront envisager des approches plus intelligentes tout en améliorant leurs réseaux actuels ou en déployant de nouvelles infrastructures. Les Small Cells sont une partie intégrante des réseaux cellulaires matures 3G/4G et futurs 5G. Les Small Cells peuvent être de facto déployées dans des architectures hétérogènes pour la densification des réseaux macrocellulaires, ou de façon homogène pour une couverture en haut débit. Pour le deuxième cas de déploiement, de nouveaux défis doivent être résolus: un réseau de collecte fiable et économique est vital pour les déploiements des Small Cells. Le réseau de collecte est spécifiquement plus contraignant pour les déploiements des Small Cells dans les zones dites green-field, où les infrastructures de transport sont absentes ou présentes mais ne peuvent être contrôlées par l'opérateur. En d'autres termes, l'opérateur mobile souhaite garantir une bonne qualité d'accès aux services haut débit en se basant uniquement sur des Small Cells, tout en réduisant le coût global de l'installation. Dans cette thèse, nous nous focalisons sur des solutions de réseau de collecte rentables qui peuvent fournir les capacités minimales requises par les utilisateurs finaux. Notre première contribution vise à assurer une capacité suffisante aux réseaux Small Cells 4G. Tout d'abord, nous proposons une méthode rentable qui minimise les coûts du réseau de collecte tout en respectant les contraintes de : 1) demande de trafic dans le réseau d'accès, et de 2) caractéristiques technologiques des liens de collecte. Cette méthode permet d'obtenir des solutions sur mesure de réseau de collecte à coûts optimal pour un réseau d'accès donné, basé sur des Small Cells; ces solutions sont constituées de différentes technologies de liaison. Deuxièmement, nous analysons l'impact de l'activité des utilisateurs finaux sur le trafic généré à la fois sur les deux interfaces logiques S1 et X2 d'une Small Cell, tout en tenant compte les différentes composantes de trafic moyen d'un utilisateur final. Cette analyse permet d'avoir un aperçu très utile pour la sélection des solutions nécessaires au réseau de collecte. Dans notre deuxième contribution, nous nous focalisons sur l'amélioration des capacités des systèmes WLAN. Nous concevons un protocole d'ordonnancement MAC pour les transmissions uplink multi-utilisateurs : il permet un échange minimal des trames de contrôle requises pour la mise en place des transmissions entre les multiples émetteurs et le récepteur. Les résultats d'analyse et de simulations révèlent des performances améliorées, d'un point de vue du système et de l'utilisateur. / The recent phenomenal traffic growth is driving mobile operators to tier their pricing plans based on consumed bandwidth. To maximize data traffic monetization, operators will need to consider smarter approaches while upgrading their current networks or deploying new ones. Small Cells are an integral part of both mature 3G/4G and future 5G cellular networks. Small Cells may be de facto deployed in heterogeneous architectures for Macro cells densification, or homogeneously for minimum broadband coverage. In this respect, emerging challenges must be tackled: a reliable and economical backhaul is vital for Small Cells deployments. It is specifically more constraining for Small Cells deployments in green-field areas, where transport infrastructure are absent or non-owned. In other words, the mobile operator wants to ensure good quality access to broadband services based only on Small Cells, while reducing overall installation cost. In this thesis, we focus on cost-efficient backhaul solutions that may provide the minimum capacities required by end users. Our first contribution targets the provisioning of 4G Small Cells networks with sufficient capacity. Firstly, we provide a cost-efficient method that minimizes backhaul cost while respecting the constraints of access network traffic demand and connecting technologies characteristics. This method provides with customized cost-optimal backhaul solutions for a given Small Cells access network; those solutions are made up of different linking technologies. Secondly, we analyze the impact of end users activity -i.e. data exchange- on generated traffic on both a Small Cell logical interfaces S1 and X2; by taking into account different traffic components of an end user device. The analysis supplies with valuable insights on selecting the needed backhaul solutions. In our second contribution, we focus on improving capacity in WLAN systems. We design a MAC scheduling scheme for uplink multi-users transmissions: it enables to exchange minimal control frames required for the establishment of transmissions between the multiple transmitters and the receiver. Both analytic results and conducted proof-of-concept simulations show improved efficiency for both system and user oriented performances.