Les réseaux de communication inter-machines font partie des grandes évolutions de l'informatique contemporaine. Ces réseaux évolutifs promettent une nouvelle gamme de services et une meilleure connaissance du monde qui nous entoure. Pourtant, ils subissent plusieurs limitations de par la nature même des nœuds qui les composent : un débit faible et une fiabilité réduite dues aux contraintes en termes de capacité de calcul et de mémoire, une durée de vie limitée, ainsi que des délais non bornés souvent causés par des taux de perte élevés. Ces mêmes problématiques constituent, depuis une quinzaine d'années, un frein au déploiement à large échelle des réseaux de capteurs dans le monde réel. De récents développements dans la théorie de l'information sont finalement en train de bouleverser l'ordre établi, donnant naissance à une nouvelle approche connue sous le nom de théorie du codage réseau. Cette nouvelle façon d'acheminer l'information transforme les méthodes d'exploitation, de gestion et même la compréhension des réseaux de communications actuels et futurs. C'est dans ce contexte, que nous proposons dans cette thèse d'étudier l'impact, les bénéfices et la faisabilité du codage réseau dans les réseaux de capteurs sans fil. L'objectif étant de montrer l'intérêt d'exploiter ses concepts pour les différents paradigmes propres aux réseaux inter-machines en général, et aux réseaux de capteurs en particulier. Il s'agit dans un premier temps d'évaluer les apports prospectifs du codage réseau, qu'il soit linéaire ou opportuniste, strictement en termes de performances (i.e., latence et débit). Dans une seconde partie, nous poursuivrons notre étude en traitant de l'impact du codage réseau sur la fiabilité des réseaux de capteurs, ces derniers étant caractérisés par l'absence de mécanismes de contrôle de flux de bout-en-bout. Dans une dernière contribution, nous explorons la faisabilité dans une plateforme réelle, d'un mécanisme de codage réseau contraint spécifiquement conçu pour les réseaux à faible débit. Ce code opportuniste, est centré sur l'optimisation mémoire et l'efficacité énergétique. Il permet à la fois, d'améliorer les performances du réseau mais aussi sa fiabilité. De manière plus générale, cette thèse se présente comme une réponse à la question : " Quel type de codage, pour quels réseaux de capteurs ? " Elle ne prétend pas être l'unique réponse, mais propose néanmoins des briques théoriques et technologiques qui illustrent à la fois, la faisabilité du codage réseau dans les réseaux contraints, mais aussi la nécessité de l'adapter à leurs critères

L'intérêt du codage réseau (network coding) pour améliorer le débit ou optimiser l'utilisation de la capacité du réseau a été clairement démontré dans différents contextes. Certains travaux ont notamment montré que le codage réseau permet de diminuer le délai (maximal et moyen) de transmission de bout-en-bout d'un paquet. Ceci est dû au fait que le traitement simultané de plusieurs paquets dans un noeud de codage permet de réduire le temps passé par les paquets dans les files d'attente par rapport au routage classique. Dans cette thèse, nous considérons l'application du codage réseau dans le contexte des réseaux proposant des garanties de qualité de service (QoS). Notre principale contribution est la proposition de trois stratégies de codage réseau assurant un niveau de QoS garantie exprimé en termes de délai de bout-en-bout. La première stratégie, appelée "stratégie orientée réseau" est une stratégie de codage aléatoire, en termes de dates d'arrivée des paquets, permettant de réduire au maximum le temps passé par les paquets dans les files d'attente des routeurs. Le point faible de cette approche, comme toute approche aléatoire, est qu'elle n'est pas totalement fiable. Les deux autres stratégies proposées implémentent une stratégie fiable en utilisant le concept de code en bloc. La première, appelée "stratégie orientée flux" est basée sur la définition classique du codage réseau alors que la seconde, appelée "stratégie de transfert rapide", permet de réduire les temps d'attente des paquets dans les files d'attente en les transférant sans attendre tous les paquets du même bloc. Les délais maximums engendrés par les différentes stratégies ont été évalués au niveau d'un noeud de codage en utilisant le calcul réseau (network calculus). Les bornes de délais de bout-de-bout ont ensuite été calculées pour plusieurs types de réseaux. Dans la plupart des cas, ces bornes sont meilleures que celles obtenues pour le routage classique. Les stratégies de codage réseau fiables et la stratégie de routage ont été implémentées et évaluées par simulation sur les réseaux étudiés précédemment. Les résultats obtenus montrent que les pires cas de délais de bout-en-bout observés ont les mêmes comportements que les bornes maximales théoriques calculées, validant ainsi les stratégies proposées. / The Interest of network coding to improve the throughput or to optimize the use of the network capacity was clearly shown in various contexts. Certain work in particular showed that network coding allows to decrease the end-to-end transmission delay (maximum and average) of a package. This is due to the fact that the processing simultaneous of several packages in a coding node allows to reduce the maximum time spent by the packets in the buffers compared to a classical routing. In this thesis, we consider the application of network coding in the context of the networks providing quality-of-service (QoS) guarantees. Our contributions include the following. First, we propose three network coding strategies ensuring a level of QoS guaranteed expressed in terms of end-in-end delay. The first strategy, called "Network-Oriented Strategy (NOS)", is a random coding strategy. This coding strategy simply consists in combining the inputs packets present in the buffer of a node. It allows minimizing the time spent by the packets in the router's buffers. The weak point of this approach, as any random approach, is that it is not completely reliable. The two other strategies suggested implement a reliable strategy by using the concept of generation. The first, called "Flow-Oriented Strategy (FOS)" is based on the traditional definition of network coding whereas the second, called "Fast Forwarding Strategy (FFS)", allows reducing the packet's buffering delays by transferring them without awaiting all packets of the same generation. The maximum delays generated by different strategies have been evaluated at a coding node level by using network calculus. The end-to-end delay bounds have been then calculated for several types of networks. In most cases, these bounds are better than those obtained for the classical routing. The reliable network coding strategies and the routing strategy have been implemented and evaluated by simulation on networks studied previously. The results obtained show that the worst cases of end-in-end delays observed have the same behaviors as the calculated maximum theoretical bounds, thus validating the suggested strategies

Les réseaux de communication inter-machines font partie des grandes évolutions de l'informatique contemporaine. Ces réseaux évolutifs promettent une nouvelle gamme de services et une meilleure connaissance du monde qui nous entoure. Pourtant, ils subissent plusieurs limitations de par la nature même des nœuds qui les composent : un débit faible et une fiabilité réduite dues aux contraintes en termes de capacité de calcul et de mémoire, une durée de vie limitée, ainsi que des délais non bornés souvent causés par des taux de perte élevés. Ces mêmes problématiques constituent, depuis une quinzaine d'années, un frein au déploiement à large échelle des réseaux de capteurs dans le monde réel. De récents développements dans la théorie de l'information sont finalement en train de bouleverser l'ordre établi, donnant naissance à une nouvelle approche connue sous le nom de théorie du codage réseau. Cette nouvelle façon d'acheminer l'information transforme les méthodes d'exploitation, de gestion et même la compréhension des réseaux de communications actuels et futurs. C'est dans ce contexte, que nous proposons dans cette thèse d'étudier l'impact, les bénéfices et la faisabilité du codage réseau dans les réseaux de capteurs sans fil. L'objectif étant de montrer l'intérêt d'exploiter ses concepts pour les différents paradigmes propres aux réseaux inter-machines en général, et aux réseaux de capteurs en particulier. Il s'agit dans un premier temps d'évaluer les apports prospectifs du codage réseau, qu'il soit linéaire ou opportuniste, strictement en termes de performances (i.e., latence et débit). Dans une seconde partie, nous poursuivrons notre étude en traitant de l'impact du codage réseau sur la fiabilité des réseaux de capteurs, ces derniers étant caractérisés par l'absence de mécanismes de contrôle de flux de bout-en-bout. Dans une dernière contribution, nous explorons la faisabilité dans une plateforme réelle, d'un mécanisme de codage réseau contraint spécifiquement conçu pour les réseaux à faible débit. Ce code opportuniste, est centré sur l'optimisation mémoire et l'efficacité énergétique. Il permet à la fois, d'améliorer les performances du réseau mais aussi sa fiabilité. De manière plus générale, cette thèse se présente comme une réponse à la question : « Quel type de codage, pour quels réseaux de capteurs ? » Elle ne prétend pas être l'unique réponse, mais propose néanmoins des briques théoriques et technologiques qui illustrent à la fois, la faisabilité du codage réseau dans les réseaux contraints, mais aussi la nécessité de l'adapter à leurs critères / Today, it is likely that Machine-to-machine (M2M) architectures are the future of computer networks. These communication systems promise new strains of pervasive services and a better awareness of the world around us. However, they suffer several limitations caused by the very nature of their components: a low data-rate, unreliable transmissions, limited storage and processing capabilities, finite lifespan and unpredictable delays often caused by a high packet loss rate. These are the same issues that are still preventing, since the late eighties, the awaited large-scale deployment of wireless sensor networks in the world of telecommunications. Recent developments in the Information Theory are finally bringing a wind of change on the common ways of considering data communications, via a new concept known as the Network Coding Theory. This new data delivery approach is transforming the way we operate, manage and even understand existing and future communications networks. In this context, we propose in this thesis to study the impact, benefits and feasibility of network coding in wireless sensor networks. Our goal is to evaluate the cost/benefit value of its practical concepts for different M2M network paradigms in general, and for sensor networks in particular. Primarily, we assess the potential impact of opportunistic and linear network coding on sensor networks strictly in terms of performance (i.e., data rate and latency). Then we address the problem of reliable communications in coded sensor networks, since such systems are characterized by the absence of end-to-end flow control mechanisms. In the last chapter, we explore the feasibility of network coding in a real testbed. We investigate how an innovative coding technique specifically designed for low-power/low-rate networks can use opportunistic coding to enhance the performance and the reliability of the network. More broadly, this thesis presents one answer to the question: “Which network coding for what sensor network?” It does not claim to be the sole answer to this issue, but rather a series of theoretical and technological blocks that denote both the feasibility of network coding in constrained environments and also the need to adapt it to their particular criteria

Avec l'émergence des terminaux de communication mobiles plus petits et plus performants, la dissémination de l'information prend une place plus importante dans les réseaux mobiles pair-à-pair ; à l'exemple de la dissémination des messages de routine, des messages d'urgence, ou du contenu multimédia dans les réseaux VANETS (Vehicular Ad hoc NETwork). Dans ce projet de doctorat, nous proposons une approche de dissémination de l'information dans les réseaux mobiles pair-à-pair, dont l'originalité consiste à utiliser les transmissions simultanées dans la même bande de fréquences pour réduire considérablement la durée de la dissémination. Pour ce faire, nous nous intéressons dans la première partie de cette thèse, au décodage des paquets qui résultent de la collision de deux paquets sources sans la connaissance préalable de ces derniers. L'analyse du symbole d'interférence révèle qu'en raison de la présence d'un point de symétrie centrale dans les constellations traditionnelles, le démodulateur conventionnel ne peut distinguer les symboles d'interférence issus de la superposition de symboles sources symétriques. Par conséquent, nous proposons, dans le cadre des transmissions simultanées synchronisées, une constellation dénommée 4-TRAQAM (TRApezoidal Quadrature Amplitude Modulation), qui n'admet pas de symétrie centrale et pour laquelle les régions de décision de tous les symboles d'interférence sont deux à deux disjoints. Dans le cas où les transmissions simultanées sont non synchronisées et effectuées dans un canal bruité dissipatif, nous proposons une modulation multidimensionnelle de dimension quatre appelée MNC (Modulation Network Coding), et dans laquelle deux symboles de dimension deux (symbole pilote et symbole d'information) issus d'une constellation M-PAM (Pulse Amplitude Modulation) de rotation pi/4 sont couplés pour constituer le symbole MNC qui est alors transmis par chaque nœud. Les résultats analytiques et de simulation dans les cas du 4-TRAQAM et du MNC montrent qu'il est ainsi possible de séparer deux symboles constituant une collision avec une faible probabilité d'erreur des symboles. Dans la deuxième partie de cette thèse, pour faire du CRP (Codage Réseau Physique) une technique de dissémination de l'information dans les réseaux mobiles pair-à-pair effective, nous proposons des techniques d'accès multiples propices aux transmissions simultanées contrôlées. Nous présentons ainsi deux protocoles d'accès au canal : le protocole VPNC-MAC (Physical-layer Network Coding based MAC protocol for VANETS) adapté aux réseaux véhicule-à-véhicule à une zone, et le protocole MAP (Medium Access for Physical-layer Network Coding) favorable à la dissémination de l'information dans un réseau véhiculaire multi-saut (plusieurs zones). La spécificité des protocoles d'accès multiple proposés est qu'ils permettent la mise en place des transmissions multiples contrôlées par une approche décentralisée sans avoir recours explicitement à des échanges de messages de contrôle. Les résultats des simulations montrent que la combinaison des techniques d'accès au canal VPNC-MAC ou MAP et des techniques de décodage MNC et/ou 4-TRAQAM permet d'améliorer considérablement la dissémination de l'information dans les réseaux mobiles pair-à-pair, comparativement aux méthodes conventionnelles.

Nous considérons les Réseaux Sociaux Mobiles Tolérant le Délai (DTMSN), constitués de nœuds sans-fil avec une connectivité intermittente, et groupés en communautés sociales. Cette thèse traite de l’analyse et de la conception de stratégies de transfert de l’information dans les DTMSN. Elle est principalement dédiée à l’étude de codage réseau inter-session (ISNC) dans ce but. Le codage réseau est une généralisation du routage et ISNC est connu comme un problème d’optimisation difficile en général, spécifiquement parce qu’il peut vite devenir nuisible si non conçu avec soin. Le premier chapitre répond théoriquement au problème d’optimisation du routage (sans ISNC) dans les DTMSN. Nous généralisons les résultants existants pour les topologies homogènes. Le deuxième chapitre conçoit et modélise un contrôle de ISNC par paire, qui englobe conjointement le contrôle du routage et du codage, avec une contrainte d’énergie. Pour s’attaquer de façon heuristique à l’optimisation de ce contrôle, le troisième chapitre présente une étude expérimentale visant à identifier quand ISNC est bénéfique ou nuisible, en fonction du nombre maximum de copies par paquet, de la charge du réseau, de la taille de buffer des nœuds relais et de la gestion de buffer. Le quatrième chapitre présente la conception de critères décentralisés de codage, pour déclencher en ligne le mélange de sessions si ISNC peut être bénéfique. Nous testons ces critères sur des topologies simples et sur des traces réelles, en expliquant les limites de notre approche. / We consider Delay Tolerant Mobile Social Networks (DTMSN), made of wireless nodes with intermittent connections and clustered into social communities. This thesis deals with the analysis and design of information transfer strategies in DTMSN. It is mostly dedicated to investigate the use of Inter-Session Network Coding (ISNC) towards this goal. Network coding is a generalization of routing and ISNC is known as a difficult optimization problem in general, specifically because it can easily get detrimental, compared to no coding, if not designed carefully. The first part of this thesis addresses theoretically the optimization problem of the (non-ISNC) routing policy in DTMSNs. We generalize the existing results for homogeneous topologies. The second part of the thesis designs and models a parameterized pairwise ISNC control policy that encompasses both routing and coding controls with an energy constraint. In order to tackle heuristically the optimization problem, the third chapter presents an experimental study of pairwise ISNC to investigate when it can be beneficial or detrimental. We examine the impact on ISNC performance of a number of parameters, such as the constraint on the maximum number of copies per packet, the network load, the buffer size of the relay nodes and the buffer management policies. The fourth chapter addresses the design of decentralized coding criteria allowing to trigger online session mixing if ISNC may be beneficial. We test these coding criteria on both toy topologies and real-world traces, pointing out and explaining the limits of our approach.

Le codage de reseau (CR) est une nouvelle technique reposant, sur la realisation par les noeuds du reseau, des fonctions de codage et de decodage des donnees afin d’ameliorerle debit et reduire les retards. En utilisant des algorithmes algebriques, le codage consiste àcombiner ensemble les paquets transmis et le decodage consiste à restaurer ces paquets. Cette operation permet de reduire le nombre total de transmissions de paquets pour echanger les donnees, mais requiere des traitements additionnels au niveau des noeuds. Le codage de reseau peut etre applique au niveau de differentes couches ISO.Toutefois dans ce travail, sa mise en noeuvre est effectuee au niveau de la couche reseau. Dans ce travail de thèse, nous presentons des techniques de codage de reseau s’appuyantsur de nouveaux protocoles permettant d’optimiser l’utilisation de la bande passante,D’ameliorer la qualite de service et de reduire l’impact de la perte de paquets dans les reseaux a pertes. Plusieurs defis ont ete releves notamment concernant les fonctions de codage/decodage et tous les mecanismes connexes utilises pour livrer les paquets echanges entre les noeuds. Des questions comme le cycle de vie des paquets dans le reseau, lacardinalite des messages codes, le nombre total d’octets transmis et la duree du temps de maintien des paquets ont ete adressees analytiquement, en s’appuyant sur des theoremes, qui ont ete ensuite confirmes par des simulations. Dans les reseaux a pertes, les methodes utilisees pour etudier precisement le comportement du reseau conduisent a la proposition de nouveaux mecanismes pour surmonter cette perte et reduire la charge.Dans la premiere partie de la these, un etat de l’art des techniques de codage de reseauxest presente a partir des travaux de Alshwede et al. Les differentes techniques sont detaillees mettant l’accent sur les codages lineaires et binaires. Ces techniques sont decrites en s’appuyant sur differents scenarios pour aider a comprendre les avantages etles inconvenients de chacune d’elles. Dans la deuxieme partie, un nouveau protocole base sur la correlation des adresses (ACNC) est presente, et deux approches utilisant ce protocole sont introduites ; l’approche centralisee ou le decodage se fait aux noeuds d’extremites et l’approche distribueeou chaque noeud dans le reseau participe au decodage. Le decodage centralise est elabore en presentant d’abord ses modeles de decision et le detail du decodage aux noeuds d’extremites. La cardinalite des messages codes recus et les exigences de mise en mémoire tampon au niveau des noeuds d’extremites sont etudiees et les notions d’age et de maturite sont introduites. On montre que le decodage distribue permet de reduire la charge sur les noeuds d’extremite ainsi que la memoire tampon au niveau des noeuds intermediaires. La perte et le recouvrement avec les techniques de codage de reseau sont examines pour les deux approches proposees. Pour l’approche centralisee, deux mecanismes pour limiter l’impact de la perte sont presentes. A cet effet, le concept de fermetures et le concept dessous-ensembles couvrants sont introduits. Les recouvrements optimaux afin de trouver l’ensemble optimal de paquets a retransmettre dans le but de decoder tous les paquets reçus sont definis. Pour le decodage distribue, un nouveau mecanisme de fiabilite saut a saut est propose tirant profit du codage de reseau et permettant de recuperer les paquets perdus sans la mise en oeuvre d’un mecanisme d’acquittement. / Network coding (NC) is a new technique in which transmitted data is encoded and decoded by the nodes of the network in order to enhance throughput and reduce delays. Using algebraic algorithms, encoding at nodes accumulates various packets in one message and decoding restores these packets. NC requires fewer transmissions to transmit all the data but more processing at the nodes. NC can be applied at any of the ISO layers. However, the focus is mainly on the network layer level. In this work, we introduce novelties to the NC paradigm with the intent of building easy to implement NC protocols in order to improve bandwidth usage, enhance QoS and reduce the impact of losing packets in lossy networks. Several challenges are raised by this thesis concerning details in the coding and decoding processes and all the related mechanisms used to deliver packets between end nodes. Notably, questions like the life cycle of packets in coding environment, cardinality of coded messages, number of bytes overhead transmissions and buffering time duration are inspected, analytically counted, supported by many theorems and then verified through simulations. By studying the packet loss problem, new theorems describing the behavior of the network in that case have been proposed and novel mechanisms to overcome this loss have been provided. In the first part of the thesis, an overview of NC is conducted since triggered by the work of Alshwede et al. NC techniques are then detailed with the focus on linear and binary NC. These techniques are elaborated and embellished with examples extracted from different scenarios to further help understanding the advantages and disadvantages of each of these techniques. In the second part, a new address correlated NC (ACNC) protocol is presented and two approaches using ACNC protocol are introduced, the centralized approach where decoding is conducted at end nodes and the distributed decoding approach where each node in the network participates in the decoding process. Centralized decoding is elaborated by first presenting its decision models and the detailed decoding procedure at end nodes. Moreover, the cardinality of received coded messages and the buffering requirements at end nodes are investigated and the concepts of aging and maturity are introduced. The distributed decoding approach is presented as a solution to reduce the overhead on end nodes by distributing the decoding process and buffering requirements to intermediate nodes. Loss and recovery in NC are examined for both centralized and distributed approaches. For the centralized decoding approach, two mechanisms to limit the impact of loss are presented. To this effect, the concept of closures and covering sets are introduced and the covering set discovery is conducted on undecodable messages to find the optimized set of packets to request from the sender in order to decode all received packets. For the distributed decoding, a new hop-to-hop reliability mechanism is proposed that takes advantage of the NC itself and depicts loss without the need of an acknowledgement mechanism.

Au sein de cette thèse, nous étudions l'utilisation de codes dans les systèmes de diffusion distribués et dans les systèmes de stockage auto-réparant. Les codes ont été largement utilisés afin de construire des systèmes fiables à partir d'éléments non fiables. A ce titre, les codes sont très utiles dans les systèmes distribués et surpassent les approches sans codes. Cependant, dans la pratique, les codes sont souvent délaissés notamment à cause de leurs coûts de décodage élevés et de leurs coûts de réparation plus élevés. Nous étudions la possibilité de réduire les coûts annexes afin de rendre les codes plus attrayants. Ainsi, nous proposons d'adapter un protocole de diffusion épidémique afin de profiter au plus des codes fontaines et nous construisons de nouveaux codes réseau basse complexité. Puis nous étudions l'utilisation de codes réseaux dans les systèmes de stockage afin d'offrir des compromis optimaux entre coûts de stockage et de réparation.

L’évolution des systèmes de communications sans fil a permis d’envisager de très nombreuses applications pour les systèmes de transport intelligents (ITS). Elles peuvent ou non utiliser une infrastructure et iront de la sécurité routière aux applications de confort du conducteur ou aux jeux en réseaux. La mise à jour de cartes constitue de notre point de vue une application représentative dans la mesure où ce n’est pas une application de sécurité en tant que telle, mais qu’en revanche elle peut contribuer à réduire les embouteillages en améliorant l’efficacité dans la prise de décisions des conducteurs. Elle possède des caractéristiques facilement identifiables : volume élevé de données, faible contrainte de délai, possibilité de mise en œuvre par des communications d’infrastructure à véhicule, entre véhicules, et hybrides. L’objectif est que les contenus soient téléchargés intégralement par tous les véhicules en un temps minimal, en utilisant le moins de ressources possible et au moindre coût. Les solutions qui sont apparues comme les plus adaptées ont concerné l’utilisation de solutions 802.11p avec ou sans infrastructure. Dans le cas de solutions avec infrastructure, un certain nombre de points d’accès diffuseront des informations avec des zones de couverture le plus souvent disjointes. Vu les tailles de zone retenues et/ou le débit consacré à ce type d’applications, le passage devant un seul point d’accès ne suffira pas à télécharger de telles cartes. Il s’agit alors de définir des stratégies de diffusion d’information. Une première étude a consisté à comparer une stratégie unicast à du broadcast/multicast. Cette dernière se révèle largement meilleure. Une combinaison de ces principes n’améliore pas les performances du système, car le débit consacré à la transmission unicast ne compense pas le débit non utilisé par le broadcast. Le problème provient des doublons reçus par les véhicules en passant auprès de plusieurs points d’accès consécutifs. Afin d’atténuer le phénomène des doublons, nous avons eu recours au Codage Réseau linéaire pseudo-aléatoire. L’idée est que le point d’accès diffuse des combinaisons linéaires de morceaux de fichiers. Le grand nombre de ces combinaisons linéaires réduit de façon significative ce phénomène. De façon complémentaire, nous avons étudié l’utilisation de communications ad-hoc pour combler les morceaux de fichier manquants, en particulier dans le cas d’absence d’infrastructure. Nous avons vérifié que l’on pouvait atteindre de bons résultats dans ce contexte en fonction de la diversité des morceaux de fichiers appartenant aux véhicules rencontrés. / The evolution of wireless communications systems have enabled to consider many applications for Intelligent Transportation Systems (ITS). They may or may not use the infrastructure. They will consider from the traffic safety applications up to the driver’s comfort or network games. The map updates are, from our point of view, a representative application but in the other hand it can help to reduce congestion in improving efficiency in decision making. It has well-defined characteristics : high volume of data, low delay constraint, possibility of implementation of infrastructure-to-vehicle communications, between vehicles and hybrids. The objective is that the contents are fully downloaded by all vehicles in minimum time, using fewer resources and lower costs. The solutions that have emerged as the most suitable concerned the use of the technology 802.11p with or without infrastructure. In the case of solutions with infrastructure, a number of access points broadcast information with coverage areas most often disjointed. Given the size of area used and/or flow devoted to this type of applications, the transition to a single access point is not enough to download these maps. It is then to define strategies of information dissemination. A first study was to compare a unicast strategy face to broadcast/multicast strategy. The latter appears largely improved. A combination of these principles does not improve system performance, because the flow devoted to unicast transmission does not compensate for the flow not used by the broadcast. The problem is duplicate chunks received by vehicles passing from several consecutive access points. To mitigate the phenomenon of duplication, we used the linear network coding pseudorandom. The idea is that the access point broadcasts linear combinations of chunks of files. The large number of these linear combinations significantly reduces this phenomenon. In a complementary manner, we investigated the use of ad hoc communications to fill the missing chunks of file, particularly in the absence of infrastructure. We verified that we could achieve good results in this context based on the diversity of chunks of files which are owned by the encountered vehicles.

Dans cette thèse, nous nous intéressons à cette gestion des données dans les réseaux de capteurs sans fil intégrés dans un contexte IoT. Plus précisément, nous aborderons la problématique du stockage des données au sein même du réseau de capteurs en se posant la question suivante : Comment stocker provisoirement les données dans le réseau de capteurs de sorte que ces données soient facilement accessible par les consommateurs tout en assurant le meilleur compromis entre la fiabilité de livraison des donnés et la préservation des ressources énergétiques des capteurs ?Il s'agit dans un premier temps de proposer un système fiable de stockage de données basé sur la théorie du codage réseau et sur le modèle de communication « Publish/Subscribe ». Le système proposé est adapté à l'architecture des réseaux de capteurs ainsi qu'aux besoins des applications et services IoT localisés. Pour démontrer la validité du système de stockage proposé, des évaluations de performances au travers d'une analyse mathématique et de simulations sont conduites. Celles-ci montrent clairement une augmentation de la fiabilité de la livraison des données aux consommateurs avec un taux de livraison des paquets de 80% en moyenne. Afin d'améliorer encore plus les performances du système de stockage de données, nous proposons, dans un second temps, l'optimisation du système afin que celui-ci puisse réaliser le stockage des données de manière adaptative et autonome, tout en assurant le meilleur compromis entre fiabilité et coût. Ce dernier se traduit par l'impact du système de stockage sur la consommation d'énergie du réseau de capteurs sans fil. À notre connaissance, notre système est le premier à proposer d'assurer la fiabilité du stockage des données en fonction des demandes des services et des conditions du réseau. L'évaluation des performances, par simulation, de notre système de stockage adaptatif et autonome montre que l'optimisation du stockage des données (formulée sous forme d'un processus de décision Markovien (MDP)) selon les conditions de fonctionnement du réseau permet l'accès à 70% de données en plus comparativement au système non-adaptatif proposé précédemment. Ce résultat est obtenu tout en augmentant la durée de vie du réseau de 43%.Après avoir travaillé sur l'aspect quantitatif des performances du réseau à travers une étude sur le compromis coût - consommation énergétique, nous nous intéresserons dans la troisième contribution de cette thèse à l'utilisation de notre système de stockage dans des réseaux de capteurs sans fil disposant de cycles de services (cycle d'endormissement-réveil) variables. Aujourd'hui, les réseaux de capteurs reposant sur le standard 802.15.4 peuvent utiliser des cycles de services variables et avoir recours à l'endormissement des nœuds dans le but d'économiser leur énergie. Dans une première partie de cette contribution, nous avons ainsi proposé une amélioration du mécanisme de gestion du cycle de service (duty cycle) du standard 802.15.4 afin de le rendre dynamique et adaptable au trafic réseau. L'évaluation des performances par simulations de l'amélioration proposée montre que celle-ci aboutit à une économie d'énergie très significative tout en permettant au réseau de capteurs sans fil de remplir sa mission de prise en charge du trafic généré. Dans une seconde partie de cette contribution, nous évaluons les performances de notre système de stockage de données dans le but d'évaluer si un tel mécanisme pourrait cohabiter positivement avec un mécanisme de cycle de service variable (condition d'exploitation réaliste du réseau). L'évaluation des performances montre que l'activation d'un cycle de service variable dans le réseau de capteurs n'apporte aucune amélioration au niveau de la consommation énergétique mais que le compromis optimal entre la fiabilité et la consommation énergétique obtenu par notre système de stockage adaptatif et autonome n'est pas non plus affecté, celui-ci est maintenu / Wireless Sensor Networks (WSN) are made up of small devices limited in terms of memory, processing and energy capacity. They work interconnected and autonomously in order to monitoring a region or an object of interest. The evolution in the development of devices more powerful (with new capability such as energy harvesting and acting) and less expensive made the WSNs a crucial element in the emergence of Internet of Things (IoT). Nonetheless, assuming the new applications and services offered in the IoT scenario, new issues arise in the data management performed in the WSNs. Indeed, in this new context, WSNs have to deal with a large amount of data, now consumed on-demand, while ensure a good trade-off between its reliability and retrievability, and the energy consumption. In the scope of this thesis, we are interested in the data management in the WSN in the context of IoT realm. Specifically, we approach the problem of in-network data storage by posing the following question: How to store data for a short term in the WSNs so that the data could be easily retrieved by the consumers while ensuring the best trade-off between data reliability and conservation of energy resources? Foremost, we propose a reliable data storage scheme based on coding network, and assuming a communication model defined by the Publish/Subscribe paradigm. We validate the efficiency of our proposal by a theoretical analyses that is corroborate by a simulation evaluation. The results show that our scheme achieves a reliability of 80% in data delivery with the best cost-benefit compared to other data storage scheme. Aiming to further improve the performance of the data storage scheme proposed in our first contribution, we propose its optimization (modeling it as a Markov Decision Process (MDP)) in order to store data with optimal trade-off between reliability and communication overhead (in this context, also seen as energy consumption), and in an autonomously and adaptive way. For the best of our knowledge, our optimized data storage scheme is the only to ensure data reliability while adapt itself according to the service requirements and network condition. In addition, we propose a generalization of the mathematical model used in our first contribution, and a system model that defines the integration of WSNs performing our data storage scheme in the context for which it was envisaged, the IoT realm. Our performance evaluation shows that our optimization allows the consumers to retrieve up to 70% more packets than a scheme without optimization whereas increase the network lifetime of 43%.Finally, after being interested in finding the best trade-off between reliability and cost, we now focus on an auxiliary way to reduce the energy consumption in the sensor nodes. As our third contribution, we propose a study, in two parts, to measure how much a node activity scheduling can save energy. First, we propose an improvement in the duty cycle mechanism defined in the 802.15.4. Then, we propose a duty cycle mechanism introduced into our data storage scheme aiming at saving energy in the storage nodes. The simulation results show that our solution to the duty cycle mechanism in 802.15.4 led in considerable saving in energy costs. However, regarding duty cycle in our data storage scheme, it did not end up in more energy saving. Actually, as our optimized scheme already saves as much resource energy as possible while ensuring high reliability, the duty cycle mechanism can not improve the energy saving without compromise the data reliability. Nonetheless, this result corroborates that our scheme, indeed, performs under the optimal trade-off between reliability and communication overhead (consumption energy)

La popularité de la grande variété de l'utilisation d'Internet entraîne une croissance significative du trafic de données dans les réseaux de télécommunications. L'efficacité de la transmission de données sera contestée en vertu du principe de la capacité actuelle du réseau et des mécanismes de contrôle de flux de données. En plus d'augmenter l'investissement financier pour étendre la capacité du réseau, améliorer les techniques existantes est plus rationnel et éconmique.Diverses recherches de pointe pour faire face aux besoins en évolution des réseaux ont vu le jour, et l'une d'elles est appelée codage de réseau. Comme une extension naturelle dans la théorie du codage, il permet le mélange de différents flux réseau sur les noeuds intermédiaires, ce qui modifie la façon d'éviter les collisions de flux de données. Il a été appliqué pour obtenir un meilleur débit, fiabilité, sécurité et robustesse dans différents environnements et applications réseau. Cette thèse porte sur l'utilisation du réseau de codage pour le multicast dans les réseaux maillés fixes et systèmes de stockage distribués. Nous avons d'abord des modèles de différentes stratégies de routage multicast dans un cadre d'optimisation, y compris de multicast à base d'arbres et de codage de réseau; nous résolvons les modèles avec des algorithmes efficaces et comparons l'avantage de codage, en termes de gain de débit de taille moyenne graphique généré aléatoirement. Basé sur l'analyse numérique obtenue à partir des expériences précédentes, nous proposons un cadre révisé de routage multicast, appelé codage de réseau stratégique, qui combine transmission muticast standard et fonctions de codage de réseau afin d'obtenir le maximum de bénéfice de codage réseau au moindre coût lorsque ces coûts dépendent à la fois sur le nombre de noeuds à exécuter un codage et le volume de trafic qui est codé. Enfin, nous étudions le problème révisé de transport qui est capable de calculer un système de routage statique entre les serveurs et les clients dans les systèmes de stockage distribués où nous appliquons le codage pour soutenir le stockage de contenu. Nous étendons l'application à un problème d'optimisation général, nommé problème de transport avec des contraintes de degré, qui peut être largement utilisé dans divers domaines industriels, y compris les télécommunications, mais n'a pas été étudié très souvent. Pour ce problème, nous obtenons quelques résultats théoriques préliminaires et nous proposons une approche de décomposition Lagrange raisonnable / The popularity of the great variety of Internet usage brings about a significant growth of the data traffic in telecommunication network. Data transmission efficiency will be challenged under the premise of current network capacity and data flow control mechanisms. In addition to increasing financial investment to expand the network capacity, improving the existing techniques are more rational and economical. Various cutting-edge researches to cope with future network requirement have emerged, and one of them is called network coding. As a natural extension in coding theory, it allows mixing different network flows on the intermediate nodes, which changes the way of avoiding collisions of data flows. It has been applied to achieve better throughput and reliability, security, and robustness in various network environments and applications. This dissertation focuses on the use of network coding for multicast in fixed mesh networks and distributed storage systems. We first model various multicast routing strategies within an optimization framework, including tree-based multicast and network coding; we solve the models with efficient algorithms, and compare the coding advantage, in terms of throughput gain in medium size randomly generated graphs. Based on the numerical analysis obtained from previous experiments, we propose a revised multicast routing framework, called strategic network coding, which combines standard multicast forwarding and network coding features in order to obtain the most benefit from network coding at lowest cost where such costs depend both on the number of nodes performing coding and the volume of traffic that is coded. Finally, we investigate a revised transportation problem which is capable of calculating a static routing scheme between servers and clients in distributed storage systems where we apply coding to support the storage of contents. We extend the application to a general optimization problem, named transportation problem with degree constraints, which can be widely used in different industrial fields, including telecommunication, but has not been studied very often. For this problem, we derive some preliminary theoretical results and propose a reasonable Lagrangian decomposition approach