Réseaux de capteurs sont des réseaux composés de petits objets répartis dans l'espace, appelés nœuds ou capteurs, qui travaillent en collaboration - échange de messages sans fil - sur la même application. Aujourd'hui, ces types des réseaux sont largement utilisés dans le suivi environnemental, industriel et les applications grand public et à des fins militaires. Dans ces travaux, nous nous attaquons à différents domaines de recherche dans les réseaux de capteurs: contrôle de topologie, la mobilité, la découverte de voisinage et d'expérimentation à grande échelle. Nous utilisons une réduction de graphe des plus proches voisins avec les données obtenues d'alimentation du nœud pour développer l'algorithme de contrôle de topologie. Cet algorithme conserve une connectivité du réseau dans les situations critiques où certains des capteurs épuisent de leurs batteries. Les paramètres de découverte de voisinage sont utilisés pour en déduire la mobilité relative des capteurs. Ensuite, ces paramètres sont adaptés avec la puissance d’ émission pour obtenir un algorithme efficace de découverte de voisinage. Les sites d'expérimentation à grands échelle sont un outil précieux pour développer et tester des algorithmes pour les réseaux de capteurs sans fil, mais ils ont aussi des défauts divers, le plus grand d'entre eux est le coût. Nous présentons une émulation de réseaux à grande échelle comme une solution. On utilise de petits réseaux avec un placement précis des capteurs qui permet la réplication de comportement ainsi émuler des réseaux à grande échelle. Les algorithmes sont testés et évalués sur le simulateur WSNet et pratiquement en utilisant la plate-forme SensLab et nœuds de capteurs WSN430. / Wireless sensor networks can be defined as networks of small spatially distributed devices, called sensor nodes, which are working cooperatively - exchanging messages wirelessly - on the same application. Today these kinds of networks are widely used in environmental monitoring, industrial and consumer applications and for military purposes. In this thesis we are tackling different areas of research in wireless sensor networks: topology control, mobility, neighborhood discovery and large scale experimentation. We are using relative neighborhood graph reduction along with power supply data obtained from the sensor node to develop topology control algorithm. This algorithm maintains connectivity of the network in critical situations when some of the sensors drain their batteries. Neighborhood discovery parameters are used to deduce relative mobility of the sensor nodes. Then these parameters are adapted with transmission range to obtain energy efficient neighborhood discovery algorithm. Large scale experimentation sites are valuable tool for developing and testing of algorithms for wireless sensor networks but they also have various deficiencies, the biggest of them is cost. We present emulation of large scale networks as a solution. It uses small networks with the specific placement of the sensor nodes which allows replicating thus emulating behavior of the large scale networks. Algorithms are tested and evaluated on the WSNet simulator and practically using the SensLab platform and WSN430 sensor nodes.

Depuis plusieurs années, l’aéronautique est confrontée à une mutation majeure due à l’émergence des matériaux composites. Ce changement, justifié par les excellentes propriétés mécaniques des matériaux composites et un gain de masse important, implique une révision complète des réseaux de retour de courant. Pour faciliter cette révision, la thèse propose de lier au travers de l’analyse spectrale des graphes les performances des réseaux électriques avec leur topologie. Deux objectifs couplés sont étudiés : un dimensionnement topologique visant un bon compromis masse/robustesse et une stratégie de surveillance de ces réseaux. / The principles of the electrical system design in future aircrafts have to be reconsidered due to the emergence of new composite materials. The use of these materials for the aircraft structure has indeed implied a complete revision of on-board current return path networks. To facilitate this revision, it is proposed to link through the spectral graph analysis the performances of electrical networks with their topology. The aim of this thesis is to give topological drivers that could help the aeronautical engineers during the design process and then to propose a monitoring methodology.

Pendant les 20 dernières années, les astrocytes, un type de cellules cérébrales ayant été jusque là relativement ignoré des neuroscientifiques, ont peu à peu gagné en notoriété grâce à de multiples découvertes. Contrairement aux neurones, ces cellules ne transmettent pas de signaux électriques mais communiquent par des changements intracellulaires de leurs concentrations en calcium. Des découvertes récentes semblent indiquer que, loin d'agir en autarcie, les astrocytes répondent à l'activité neuronale et sembleraient, bien que cela soit plus débattu, moduler la transmission synaptique par le relargage de molécules spécifiques appelées `gliotransmetteurs' (en référence aux neurotransmetteurs). Comme les neurones, les astrocytes forment des réseaux et communiquent leur activité calcique par diffusion d'un astrocyte à l'autre, formant ainsi de véritables vagues de calcium intercellulaires. Deux réseaux, de neuronnes et d'astrocytes, cohabitent ainsi dans le cerveau ; mais, alors que les réseaux de neuronnes ont fait l'objet de recherches expérimentales et théoriques, les réseaux d'astrocytes restent encore mal connus. Ainsi, il n'a été découvert que très récement que la topologie de ces réseaux pourrait s'averer plus complexe que la vision qui dominait jusqu'alors : celle d'un syncitium astrocytaire dépourvu de spécificités topologiques. Les travaux présentés dans cette thèse portent principalement sur l'effet que ces différentes topologies pourraient avoir sur la signalisation calcique astrocytaire. En effet, autant au niveau subcellulaire qu'inter-cellulaire, les mécanismes gouvernant l'activité calcique des astrocytes restent mals connus. Même dans le cas le plus documenté de la réponse somatique des astrocytes à une stimulation neuronale, les caractéristiques précises que la stimulation doit avoir pour évoquer une réponse des astrocytes sont inconnues. Il en est de même pour la transmission de vagues de calcium dans des réseaux d'astrocytes : on ignore encore les possibles effets de la complexité récemment documentée des réseaux d'astrocytes sur la propagation de ces vagues. Enfin, au niveau subcelulaire, les astrocytes possèdent une morphologie ramifiée extrèmement complexe qui possède elle-même une activité calcique. Les travaux présentés dans cette thèse utilisent des outils de modélisation et de simulation afin de déterminer les répercussions que l'organisation en réseaux des astrocytes pourrait avoir sur leurs dynamiques calciques. En résumé, nous proposons que la topologie des réseaux d'astrocytes a (1) des répercussion au niveau cellulaire, modulant la réponse des astrocytes à des stimulations neuronales ; (2) contrôle la propagation de vagues de calcium inter-astrocytaire en la favorisant lorsque les réseau sont peu couplés ; (3) joue un rôle important dans l’apparition de phénomènes de résonance stochastique. / Over the last 20 years, astrocytes, a hitherto under-investigated type of brain cells, have gradually rose to prominence owing to multiple experimental discoveries. In contrast with neurons, these cells do not propagate electrical signals but communicate instead through changes in their intracellular calcium concentration. Recent discoveries indicate that, far from being isolated cells, astrocytes respond to neuronal activity and, although this is still controversial, seem to modulate synaptic transmission through the release of `gliotransmitter' molecules (in reference to neurotransmitters). Like neurons, astrocyte are organized in networks and communicate their calcium activity by intercellular diffusion of second messengers, forming intercellular calcium waves. Two networks, one of neurons and the other of astrocytes, thus coexist in the brain; while neuronal networks have been the subject of intense experimental and theoretical investigations, astrocyte networks have been much less investigated. Notably, it was only discovered recently that astrocyte network topology could be more complex than what the hitherto dominant view held (astrocytes organized in a syncytium deprived of any topological specificities). The work presented in this thesis is mainly related to the effect that different network topologies could have on astrocyte calcium signaling. The mechanisms that drive calcium signaling in astrocytes are, at both subcellular and intercellular levels, still not completely understood. Even in the best documented case of astrocyte somatic response to neuronal stimulation, the precise characteristic required from the stimulation to elicit an astrocytic response are still unknown. Similarly, the mechanisms governing intercellular calcium wave propagation in astrocyte networks are not fully known; notably, the effects of the recently documented network heterogeneity on calcium wave propagation have not been investigated. Finally, at the subcellular level, astrocytes display an extremely ramified and complex morphology that also hosts calcium activity. The work presented in this thesis make use of modeling and simulation in order to determine the possible effects of astrocyte network organization on their calcium signaling. We propose that astrocyte network topology: (1) controls single-cell responses to neuronal stimulation; (2) drives the propagation of intercellular calcium waves by favoring it when networks are weakly coupled; (3) can determine the appearance of stochastic resonance phenomena; (4) can be modulated by neuronal activity.

Les réseaux de capteurs sans fils et mobiles constituent un champ de recherche dans lequel un grand nombre de capteurs de faible coût sont déployés dans un environnement pour observer un ou plusieurs phénomènes. Ces capteurs sont autonomes, communicant et disposent d'une réserve d'énergie limitée. Les problèmes issus de ce type de système sont nombreux : gestion de l'énergie, couverture, fusion de donnée, ...L'approche proposée dans cette thèse repose sur l'hypothèse que les réseaux de capteurs doivent exhiber des propriétés d'auto-organisation et d'autonomie. Chaque capteur est en soit autonome et peut interagir avec d'autres capteurs ce qui forme une organisation complexe. Ces capteurs ont un but à accomplir et le système possède les caractéristiques suivantes : i. le but du réseau ne peut généralement pas être résolu par un capteur uniqueii. Les capteurs doivent collaborer pour accomplir le but ou contribuer à une partie de ce but.iii. Chaque capteur réagit à son environnement en fonction de ses perceptions qui sont forcément locales et limitées.Après une introduction qui décrit le domaine et pose la problématique un état de l'art du domaine est présenté au chapitre 2. Deux contributions sont abordées dans cette thèse. D'une part, l'analyse des propriétés dynamiques de topologie des réseaux de capteurs sans fil et d'autre part la performance des liens de ce type de réseaux. Pour la topologie deux approches sont proposées : au chapitre 3 une première approche basée sur le modèle de mobilité et au chapitre 4 une approche basée sur des techniques de mesures. Pour la performance des liens, deux approches sont également proposées. La première, décrite dans le chapitre 5, est basée sur un modèle d'analyse linéaire. La deuxième, décrite au chapitre 6, repose sur une technique d'optimisation multi-objectif. / The measurability of Mobile ad hoc network (MANET) is the precondition of itsmanagement, performance optimization and network resources re-allocations. However, MANET is an infrastructure-free, multi-hop, andself-organized temporary network, comprised of a group of mobile nodes with wirelesscommunication devices. Not only does its topology structure vary with time going by, butalso the communication protocol used in its network layer or data link layer is diverse andnon-standard.In order to solve the problem of interior links performance (such as packet loss rate anddelay) measurement in MANET, this thesis has adopted an external measurement basedon network tomography (NT). To the best of our knowledge, NT technique is adaptable for Ad Hoc networkmeasurement.This thesis has deeply studied MANET measurement technique based on NT. The maincontributions are:(1) An analysis technique on MANET topology dynamic characteristic based onmobility model was proposed. At first, an Ad Hoc network mobility model formalizationis described. Then a MANET topology snapshots capturing method was proposed to findand verify that MANET topology varies in steady and non-steady state in turnperiodically. At the same time, it was proved that it was practicable in theory to introduceNT technique into Ad Hoc network measurement. The fitness hypothesis verification wasadopted to obtain the rule of Ad Hoc network topology dynamic characteristic parameters,and the Markov stochastic process was adopted to analyze MANET topology dynamiccharacteristic. The simulation results show that the method above not only is valid andgenerable to be used for all mobility models in NS-2 Tool, but also could obtain thetopology state keeping experimental formula and topology state varying probabilityformula.IV(2) An analysis technique for MANET topology dynamic characteristic based onmeasurement sample was proposed. When the scenario file of mobile models could notbe obtained beforehand, End-to-End measurement was used in MANET to obtain thepath delay time. Then topology steady period of MANET is inferred by judging whetherpath delay dithering is close to zero. At the same time, the MANET topology wasidentified by using hierarchical clustering method based on measurement sample of pathperformance during topology steady period in order to support the link performanceinference. The simulation result verified that the method above could not only detect themeasurement window time of MANET effectively, but also identify the MANETtopology architecture during measurement window time correctly.(3) A MANET link performance inference algorithm based on linear analysis modelwas proposed. The relation of inequality between link and path performance, such as lossrate of MANET, was deduced according to a linear model. The phenomena thatcommunication characteristic of packets, such as delay and loss rate, is more similarwhen the sub-paths has longer shared links was proved in the document. When the rankof the routing matrix is equal to that of its augmentation matrix, the linear model wasused to describe the Ad Hoc network link performance inference method. The simulationresults show that the algorithm not only is effective, but also has short computing time.(4) A Link performance inference algorithm based on multi-objectives optimizationwas proposed. When the rank of the routing matrix is not equal to that of its augmentationmatrix, the link performance inference was changed into multi-objectives optimizationand genetic algorithm is used to infer link performance. The probability distribution oflink performance in certain time t was obtained by performing more measurements andstatistically analyzing the hypo-solutions. Through the simulation, it can be safelyconcluded that the internal link performance, such as, link loss ratio and link delay, can beinferred correctly when the rank of the routing matrix is not equal to that of itsaugmentation matrix.