On assiste de nos jours à une utilisation croissante des systèmes RFID (Radio Frequency IDentification systems) dans diversdomaines d’application (logistique, systèmes de production, inventaires, traçabilité, etc.). Certaines de ces applicationsprésentent un caractère critique à l’image du respect de la chaîne de froid lors de l’acheminement de denrées alimentaires oudans le cas de systèmes de manutention de bagages dans les aéroports. Or, la sensibilité des systèmes RFID vis-à-vis de leurenvironnement, notamment des perturbations électromagnétiques ou de la présence d’obstacles, les rend vulnérables. Demême, de par le nombre important d’éléments (étiquettes, lecteurs) mis en oeuvre dans de tels systèmes, des comportementserronés peuvent survenir en raison de fautes dans les divers éléments constituant le système. D’où l’importance et la nécessitéde traiter le problème de la sûreté de fonctionnement et de la tolérance aux fautes dans le but de rendre ces systèmes plusrobustes.L’objectif de cette thèse concerne la proposition d’approches logicielles de test et de diagnostic en ligne adaptées aux systèmesRFID en vue d’améliorer leur robustesse. Depuis quelques années, une exploitation efficace des systèmes RFID a vu ledéveloppement d’intergiciels ou de middlewares RFID, dont le rôle est de proposer des services permettant la gestion desquantités de données importantes en provenance des lecteurs RFID. L’utilisation de tels intergiciels est d’un grand intérêt pourla sûreté de fonctionnement des systèmes RFID en raison de la nature distribuée de ces systèmes ; en particulier, grâce àl’intégration des mécanismes de sûreté de fonctionnement, plus précisément le test et le diagnostic en ligne, au niveau dumiddleware. Dans cette thématique, nous avons proposé plusieurs solutions pour couvrir les deux couches centrales du systèmeà savoir la couche middleware et son interface de communication avec les sources de données, le protocole LLRP (Low LevelReader Protocol). Nous avons proposé une solution middleware compatible avec le standard de communication des systèmesRFID, et utilisée comme un réceptacle pour une solution algorithmique de diagnostic probabiliste qui permet de détecter lesdéfaillances potentielles des composants du système sur la base d’un modèle probabiliste qui tient compte de l’environnementd’exécution. Ensuite, nous avons proposé un mécanisme d’analyse des fichiers log de l’interface de communication LLRP,complémentaire à l’algorithme probabiliste et qui permet d’approfondir le diagnostic en recherchant les causes de la défaillancedétectée sur la base de différentes signatures de défaillances déjà établies. Enfin, nous avons proposé une extension dustandard de communication LLRP qui tient compte de plusieurs comportements défaillants dans le but de rendre ce dernier plusfiable. / We are witnessing today a growing use of RFID (Radio Frequency IDentification) systems in various application areas (logistics,production systems, product traceability, etc.). Some of these applications are critical such as food-related cold chain logistics orbaggage handling systems in airports. Nevertheless, RFID are very sensitive to their environment, including electromagneticdisturbances or presence of obstacles, making them error-prone. Also, because of the large number of elements (tags, readers,and sensors) constituting current RFID systems, erroneous behaviors are more frequent. Hence, it is important to address all theproblems related to RFID system dependability and deal with them in order to make these systems more robust.The goal of this thesis is the development of software test and online diagnosis facilities for RFID systems to improve theirrobustness. In recent years, the effective use of RFID systems has seen the development of RFID middleware solutions, whoserole is to provide services for the management of large amounts of raw data of the various RFID sources. Due to the distributednature of current RFID systems, the use of such solutions is of great interest regarding the improvement of RFID systemdependability. In particular, thanks to the integration of dependability mechanisms, specifically the online test and diagnosisapproaches in the RFID middleware solution. In addition, because of the middleware is considered as the backbone of an RFIDsystem, whereby the whole RFID dataflow passes; all the needed information will be availabe to our proposed approaches toperform a correct diagnosis. We proposed several solutions to cover the two main layers of RFID systems; namely, themiddleware layer and the communication layer between the middleware and the data sources, the Low Level Reader Protocol(LLRP). We have proposed a LLRP compliant middleware solution, used to accommodate a probabilistic diagnosis algorithm todetect potential failures of the RFID system components on the basis of a probabilistic model that takes into account theexecution conditions. Then, we proposed a complementary mechanism to the previous algorithm for analyzing the log files ofthe LLRP communication interface allowing further analysis by looking for the causes of the detected failures on the basis of an already defined set of failure signatures. Finally, we proposed an extension of the LLRP standard to make it more reliable bytaking into account several RFID failures.

Avec l'explosion de l'Internet des Objets (IoT), de nouveaux dispositifs permettant de tagguer les objets sont nécessaires afin de permettre non seulement leur identification mais aussi d'assurer des communications fiables et de nouvelles fonctionnalités comme la détection, la localisation ou la capture d'informations. Cette tendance s'appuie sur la technologie bien établie qu'est la radiofréquence par identification (RFID) et donc l'utilisation d'étiquettes (ou tags) faibles coûts et télé-alimentés. Dans ce contexte, de nombreux travaux au niveau de la couche d'application se tournent vers la mise au point de traitements logiciels complémentaires visant à produire de nouveaux types d'information. D'autres travaux visent à améliorer la couche physique avec l'objectif de miniaturiser encore le tag mais aussi de le doter de nouvelles capacités. Jusqu'à présent, il n'existe quasiment pas de travaux concernant la transmission du signal et aucun sur l'exploitation du comportement non-linéaire des puces RFID. Cette thèse vise à étudier les phénomènes non-linéaires produits lors d'une communication RFID.Dans la première partie, deux plateformes de mesure et de caractérisation spécifiques ont été développées : la première vise à observer les signaux au cours d'une communication RFID, et alors caractériser et analyser les effets liés aux phénomènes non linéaires ; la seconde permet d'effectuer différentes mesures directement sur les puces et les caractériser en termes d'impédance, production d'harmoniques et sensibilité. Ces plateformes ont permis : 1) de mettre en évidence que les fréquences harmoniques sont porteuses d'informations qui peuvent être exploitées et même offrir de nouvelles fonctionnalités ; 2) d'obtenir de nombreuses informations sur les propriétés des puces et d'en établir un modèle électrique précis ; 3) de déterminer des critères permettant d'évaluer la performance des tags dans le contexte étudié.Dans la deuxième partie, plusieurs nouveaux tags RFID ont été conçus, fabriqués, mesurés et évalués. Ces nouveaux tags fonctionnent non seulement dans la bande UHF mais aussi sont adaptés à la troisième harmonique dans la bande des microondes. Une méthodologie et des lignes directives d'aide à la conception de ce type de tags ont été établies et s'appuient sur les deux plateformes développées afin de caractériser les différents éléments. Dans un même temps, les effets liés à la fabrication ont aussi été étudiés et des études paramétriques ont permis de mettre en évidence l'effet sur les performances de la géométrie de l'antenne et du type de puce utilisée.Dans une troisième partie, les études se sont focalisées à exploiter les effets non-linéaires des dispositifs de redressement. L'idée générale est de coupler la RFID passive avec les dispositifs de transferts de puissance et de récupération d'énergie avec pour objectifs 1) de maximiser l'efficacité de conversion RF – continu 2) et d'augmenter la distance de lecture des tags passifs. Plusieurs prototypes ont été réalisés et leurs performances ont été démontrées.L'ensemble de ces travaux a mis en évidence un nouveau concept de communication RFID exploitant les non-linéarités générées par les puces RFID. Ce concept ouvre la voie à de nouvelles applications. et a fait l'objet d'une demande de brevet international. / Powered by the exploding popularity of the Internet-of-Things (IoT), the demand for tagged devices with labels capable to ensure a reliable communication with added functions beyond the identification, such as sensing, location, health-care, among others, is growing rapidly. Certainly this growing is headed by the well-established Radio Frequency Identification (RFID) technology, and the use of wireless low-cost self-powered tags, in other words passive RFID tags, is the most widespread used alternative. In the constant evolution on this field, usually new software treatments are offered at the application layer with the objective to processing data to produce some new information. Further works aimed at improving the physical layer around the tag antenna miniaturization and matching techniques. So far, little or no work had been done on the exploitation of the communication channel, and certainly none has been done on the exploitation of the non-linear behavior of RFID chips.After presenting the RFID technology and phenomena produced by Radio Frequency (RF) non-linear devices, and leaning in some nearby works on the field, the core of this thesis starts by exposing two characterization platforms for the evaluation of non-linear phenomena presented during the reader-tag communication. One is specialized in radiating measurements considering the whole tag (antenna and chip) under test. The other is specialized in conducted measurements directly over RFID chips, allowing performing different parametric studies (power dependency, impedance, harmonic production, sensitivity). The characterization results show that harmonic signals generated from the passive RFID chip carry information.By exploiting the characterization results and to verify the hypothesis of exploitation of non-linearities in RFID, i.e. the use of harmonic signals, the research is pursued by designing, fabricating, and measuring four different configurations of RFID tags. The new RFID tags operate at the fundamental frequency in the UHF band and at its $3^{rd}$ harmonic in the microwave band. Antenna design policies, fabrication details, and parametric studies on the performance of the new prototypes are presented. The parametric study takes special care in the antenna structure, kind of chip used, received power, and read range.Finally, some alternatives approaches for the exploitation of non-linear effects generated by rectifying devices are presented. Some theoretical aspects and experimental results are discussed linking the passive RFID technology to the theories of Wireless Power Transfer (WPT) and Electromagnetic Energy Harvesting (EEH). The solution takes advantage of the non-linear nature of rectifying elements in order to maximize the RF-to-DC conversion efficiency of EEH devices and increase the read range of passive RFID tags. The solution triggers on the design of a RF multi-device system. The design procedure and tests consider three non-linear phenomena: (1) the impedance power dependency, (2) the harmonic production, and (3) the rectifying dependence on the RF waveform.