L'Internet des objets, plus particulièrement les réseaux de capteurs, a attiré beaucoup d'attention ces dernières années. Sa mise en œuvre soulève de nombreuses difficultés, comme la génération d'interférences d'accès multiple (MAI) à caractère impulsif et la consommation d'énergie relativement forte. Les MAI et le bruit thermique doivent être considérés simultanément car ils perturbent fortement les communications. Nous modélisons les MAI et le bruit thermique respectivement par la distribution stable et gaussienne. Nous étudions tout d’abord l’effet des turbo-codes sur le lien direct en utilisant la norme-p comme métrique de décodage. Cette métrique permet une performance de correction d’erreur proche du décodeur optimal. Ensuite nous nous penchons sur les communications coopératives. A l’aide de l’échantillonnage préférentiel, nous estimons les densités de probabilité de la décision statistique du récepteur optimal en présence des bruits stable et gaussien. Cette approche est coûteuse en calcul. Nous proposons donc d’approximer ces densités de probabilité par la distribution gaussienne inverse normale (NIG). Cette solution de calcul est efficace pour approcher le récepteur optimal. Nous montrons également que le récepteur utilisant la norme-p a des performances robustes, quel que soit le type de bruit dominant. A la fin nous combinons les travaux du codage canal et des communications coopératives pour établir une stratégie de codage canal distribué. Basé sur la qualité du lien direct et le niveau de taux d’erreur binaire envisagé, la stratégie d’économie d’énergie peut être mise en place via le choix d’un schéma de codage canal distribué. / Internet of Things brought great interests in recent years for its attractive applications and intelligent structure. However, the implementation of sensor networks still presents important challenges such as the generation of Multiple-Access-Interference (MAI) with impulsive nature and the relatively high energy consumption. Both the MAI and the thermal noise should be considered due to their strong impairments each may cause on the communication quality. We employ the stable and Gaussian distributions to model the MAI and the thermal noise respectively. Firstly we study the performance of turbo codes in the direct link and we propose the p-norm as a decoding metric. This metric allows a considerable error correction performance improvement which is close to the optimal decoder. Then we investigate cooperative communications. The probability densities in the decision statistic of the optimal receiver are estimated using importance sampling approach when both the stable and Gaussian noises are present. Such a method is computationally expensive. Hence we develop an approximation approach based on the Normal Inverse Gaussian (NIG) distribution. This solution is efficient for calculation and is proximate to the optimal receiver. In addition we show that the p-norm receiver has robust performance no matter what kind of noise is dominant. At last we combine the channel coding and cooperative communication works to establish a distributed channel coding strategy. Through some simulation assessments, the energy saving strategy can be realized by choosing an appropriate distributed channel coding scheme based on the direct link quality and target bit error rate.

Les réseaux de capteurs ont créé un domaine de recherche très intéressant avec un champs d'applications très large. L'assistance aux personnes est notamment une des nombreux champs potentiels. Les contraintes de ce type de réseaux sont nombreuses et nécessitent des mécanismes spécifiques. Les problématiques de consommation d'énergie et de sécurité sont particulièrement importantes et ont fait l'objet de travaux spécifiques. La thématique de l'assistance aux personnes impose notamment des contraintes de robustesse et de fiabilité des communications. Le but de ces travaux de recherche est de définir diverses solutions permettant de répondre à ces problématiques. Ces travaux se décomposent en trois parties. Dans un premier temps, une plate-forme de communications basée sur les réseaux personnels PAN a été définie. Cette plate-forme a été développée et intégrée dans une station de métro Parisienne. Une modélisation de cette plate-forme ainsi qu'une analyse des observations et des résultats issus de cette intégration nous ont permis d'identifier les faiblesses de l'architecture et des technologies mises en œuvre. Dans un deuxième temps, nous avons développé diverses solutions permettant de fiabiliser cette plate-forme. En particulier, nous avons conçu un algorithme d'ordonnancement permettant de réduire la consommation d'énergie dans les réseaux capteurs par l'utilisation d'une analyse sémantique des données. Nous avons ensuite proposé une architecture de sécurité, Tiny 3-TLS, qui permet de sécurisé les communications entre un capteur et une entité située sur un réseau disjoint. Enfin, nous nous sommes intéressés aux communications entre cette plate-forme et les terminaux mobiles. L'aspect fiabilité a en particulier fait l'objet de travaux spécifiques. C'est pourquoi dans un troisième temps, nous avons proposé une solution de routage définissant une nouvelle métrique. Nous avons ensuite proposé un protocole coopératif permettant un apport de fiabilité dans les communications

Les réseaux de capteurs ont créé un domaine de recherche très intéressant avec un champs d'applications très large. L'assistance aux personnes est notamment une des nombreux champs potentiels. Les contraintes de ce type de réseaux sont nombreuses et nécessitent des mécanismes spécifiques. Les problématiques de consommation d'énergie et de sécurité sont particulièrement importantes et ont fait l'objet de travaux spécifiques. La thématique de l'assistance aux personnes impose notamment des contraintes de robustesse et de fiabilité des communications. Le but de ces travaux de recherche est de définir diverses solutions permettant de répondre à ces problématiques. Ces travaux se décomposent en trois parties. Dans un premier temps, une plate-forme de communications basée sur les réseaux personnels PAN a été définie. Cette plate-forme a été développée et intégrée dans une station de métro Parisienne. Une modélisation de cette plate-forme ainsi qu'une analyse des observations et des résultats issus de cette intégration nous ont permis d'identifier les faiblesses de l'architecture et des technologies mises en œuvre. Dans un deuxième temps, nous avons développé diverses solutions permettant de fiabiliser cette plate-forme. En particulier, nous avons conçu un algorithme d'ordonnancement permettant de réduire la consommation d'énergie dans les réseaux capteurs par l'utilisation d'une analyse sémantique des données. Nous avons ensuite proposé une architecture de sécurité, Tiny 3-TLS, qui permet de sécurisé les communications entre un capteur et une entité située sur un réseau disjoint. Enfin, nous nous sommes intéressés aux communications entre cette plate-forme et les terminaux mobiles. L'aspect fiabilité a en particulier fait l'objet de travaux spécifiques. C'est pourquoi dans un troisième temps, nous avons proposé une solution de routage définissant une nouvelle métrique. Nous avons ensuite proposé un protocole coopératif permettant un apport de fiabilité dans les communications / Wireless Sensors Networks is a very active research area with a very large scope of possible application. In particular, assistance to person is one of the promising applications. The constraints in this kind of networks are strong and needs of specifics mechanisms. Energy consumption and security are particularly important and are subject of several works. Assistance to person set some robustness constraints and communications reliability. The goal of these works is to define several solutions to answer to these problematic. This work has been split in three different parts. First, a communication platform based on Personal Network techniques was defined. This platform was design, develop and install in a Paris metro station. We made an analytical model of our platform to perform an analysis of its performances. This analysis and the results from the platform installation itself allow us to clearly define the architecture weaknesses and the technologies drawbacks. Second, we developed several solutions to bring reliability to the platform. First, we designed a scheduling algorithm allowing to reduce the bandwidth utilization. This algorithm uses a semantic data analysis to help the data scheduling. Then, we define a solution bringing security to the communications between a sensor node and a remote monitoring terminal. This solution allows to establish a secure end-to-end tunnel between two entities in an heterogeneous network. At last, we were interested to the communications between the platform and the mobile terminal. We focus our work on the reliability aspect of the communications. So, in the last part of this thesis, we suggest a routing protocol using a metric based on the RSSI. Then, we define a cooperative protocol bringing more reliability to the communications

Les réseaux corporels (WBAN) se réfère aux réseaux de capteurs (WSN) "portables" utilisés pour collecter des données personnelles, telles que la fréquence cardiaque ou l'activité humaine. Cette thèse a pour objectif de proposer des algorithmes coopératifs (PHY/MAC) pour effectuer des applications de localisation, tels que la capture de mouvement et la navigation de groupe. Pour cela, nous exploitons les avantages du WBAN avec différentes topologies et différents types de liens: on-body à l'échelle du corps, body-to-body entre les utilisateurs et off-body par rapport à l'infrastructure. La transmission repose sur une radio impulsionnelle (IR-UWB), afin d'obtenir des mesures de distance précises, basées sur l’estimation du temps d'arrivée (TOA). Ainsi, on s’intéresse au problème du positionnement à travers de la conception de stratégies coopératives et en considérant la mobilité du corps et les variations canal. Notre première contribution consiste en la création d'une base de données obtenue avec de scénarios réalistes pour la modélisation de la mobilité et du canal. Ensuite, nous introduisons un simulateur capable d'exploiter nos mesures pour la conception de protocoles. Grâce à ces outils, nous étudions d’abord l'impact de la mobilité et des variations de canal sur l'estimation de la distance avec le protocole "three way-ranging" (3-WR). Ainsi, nous quantifions et comparons l'erreur avec des modèles statistiques. Dans un second temps, nous analysons différentes algorithmes de gestion de ressources pour réduire l'impact de la mobilité sur l'estimation de position. Ensuite, nous proposons une optimisation avec un filtre de Kalman étendu (EKF) pour réduire l'erreur. Enfin, nous proposons un algorithme coopératif basé sur l'analyse d’estimateurs de qualité de lien (LQEs) pour améliorer la fiabilité. Pour cela, nous évaluons le taux de succès de positionnement en utilisant trois modèles de canaux (empirique, simulé et expérimental) avec un algorithme (basé sur la théorie des jeux) pour le choix des ancres virtuelles. / Wireless Body Area Networks (WBAN) refers to the family of “wearable” wireless sensor networks (WSN) used to collect personal data, such as human activity, heart rate, sleep sequences or geographical position. This thesis aims at proposing cooperative algorithms and cross-layer mechanisms with WBAN to perform large-scale individual motion capture and coordinated group navigation applications. For this purpose, we exploit the advantages of jointly cooperative and heterogeneous WBAN under full/half-mesh topologies for localization purposes, from on-body links at the body scale, body-to-body links between mobile users of a group and off-body links with respect to the environment and the infrastructure. The wireless transmission relies on an impulse radio Ultra-Wideband (IR-UWB) radio (based on the IEEE 802.15.6 standard), in order to obtain accurate peer-to-peer ranging measurements based on Time of Arrival (ToA) estimates. Thus, we address the problem of positioning and ranging estimation through the design of cross-layer strategies by considering realistic body mobility and channel variations. Our first contribution consists in the creation of an unprecedented WBAN measurement database obtained with real experimental scenarios for mobility and channel modelling. Then, we introduce a discrete-event (WSNet) and deterministic (PyLayers) co-simulator tool able to exploit our measurement database to help us on the design and validation of cooperative algorithms. Using these tools, we investigate the impact of nodes mobility and channel variations on the ranging estimation. In particular, we study the “three-way ranging” (3-WR) protocol and we observed that the delays of 3-WR packets have an impact on the distances estimated in function of the speed of nodes. Then, we quantify and compare the error with statistical models and we show that the error generated by the channel is bigger than the mobility error. In a second time, we extend our study for the position estimation. Thus, we analyze different strategies at MAC layer through scheduling and slot allocation algorithms to reduce the impact of mobility. Then, we propose to optimize our positioning algorithm with an extended Kalman filter (EKF), by using our scheduling strategies and the statistical models of mobility and channel errors. Finally, we propose a distributed-cooperative algorithm based on the analysis of long-term and short-term link quality estimators (LQEs) to improve the reliability of positioning. To do so, we evaluate the positioning success rate under three different channel models (empirical, simulated and experimental) along with a conditional algorithm (based on game theory) for virtual anchor choice. We show that our algorithm improve the number of positions estimated for the nodes with the worst localization performance.