Ces travaux de thèse s'inscrivent dans la thématique des objets connectés, désormais connue sous le nom de Internet of Things (IoT). Elle trouve son origine dans la démocratisation d'Internet depuis le début des années 2000 et la migration vers des appareils hautement mobiles, rendue possible grâce à la miniaturisation des systèmes embarqués. Dans ce contexte, l'efficacité énergétique est primordiale puisque les projections actuelles parlent de dizaines de milliards de composants connectés à l'horizon 2020. Or pour une question de facilité de déploiement et d'usage, une grande partie des échanges de données dans ces réseaux s'effectue via une liaison sans-fil dont l'implémentation représente une part importante de la consommation. Effectivement, la question de l'efficacité énergétique est en général considérée comme un problème de perfectionnement des architectures matérielles, souvent associé à une évolution favorable de la technologie. Toutefois, ce paradigme atteint rapidement ses limites puisqu'il implique nécessairement un dimensionnement fortement contraint pour être compatible avec les pires conditions d'utilisation, même si elles ne sont pas effectives la plupart du temps. C'est typiquement le cas avec les communications sans-fil puisque le canal radio est un milieu caractérisé par une forte variabilité en raison des phénomènes de propagation et de la présence d'interférences. Notre étude a donc porté sur la conception d'une chaîne de transmission dont le budget de liaison peut être dynamiquement modifié en fonction de l'atténuation réelle du signal, afin de réduire la consommation du système. La thèse a notamment contribué à la mise au point d'un récepteur auto-adaptatif spécifique à la norme IEEE 802.15.4, en proposant à la fois une architecture de modem numérique reconfigurable et à la fois une méthode de contrôle automatique du point de fonctionnement. Plus précisément, le travail s'est appuyé sur deux approches, l'échantillonnage compressif et l'échantillonnage partiel, pour réduire la taille des données à traiter, diminuant ainsi l'activité interne des opérateurs arithmétiques. En contrepartie, le processus de démodulation nécessite un SNR supérieur, dégradant la sensibilité du récepteur et donc le budget de liaison. Cette solution, portée sur une technologie STMicroelectronics CMOS 65 nm LP, offre une faible empreinte matérielle vis-à-vis d'une architecture classique avec seulement 23,4 kcellules. Grâce au modèle physique du circuit qui a été développé, la consommation pour la démodulation d'un paquet est estimée à 278 uW lorsque le modem est intégralement utilisé. Elle peut toutefois être abaissée progressivement jusqu'à 119 uW, correspondant à une baisse de la sensibilité de 10 dB. Ainsi, le modem implémenté et sa boucle de contrôle permettent d'économiser en moyenne 30 % d'énergie dans un cas d'utilisation typique. / This thesis work takes part in the connected objects theme, also known as the Internet of Things (IoT). It emerges from the Internet democratization since the early 2000's and the shift to highly mobile devices, made possible by the miniaturization of embedded systems. In this context, the energy efficiency is mandatory since today's projections are around tens of billions of connected devices in 2020. However for ease of deployment and usage, a large part of the data transfers in these networks is wireless, which implementation represents a significant part of the power consumption. Indeed, the energy efficiency question is addressed in general as a fine tuning of hardware architectures, which is often associated with a favorable technology evolution. Nevertheless, this design paradigm quickly reached its limits since it necessary implies a highly constrained sizing to be compatible with the worst operating conditions, even if they are not effective most of the time. It's typically the case with wireless communications since the radio channel is a medium characterized by a strong variability due to propagations effects and interferences. Thus, our study focused on the design of a communication chain whose link budget can be dynamically tuned depending on the actual signal attenuation, in order to reduce the system power consumption. The thesis has contributed to the design of a self-adaptive receiver dedicated to IEEE 802.15.4 standard, by proposing both a reconfigurable digital baseband architecture and an automatic control method of the operating mode. More precisely, the work relied on two approaches, the compressive sampling and the partial sampling, to reduce the data's size to process, decreasing the internal activity of arithmetics operators. In return, the demodulation processing needs a higher SNR, degrading in the same time the receiver sensitivity and thus the link budget. This solution, implemented in an STMicroelectronics CMOS 65 nm LP process, offers a low hardware overhead compared to conventional architecture with only 23,4 kgates. Thanks to the circuit physical model that has been developed, the power consumption for a packet demodulation is estimated to 278 uW when the baseband is fully activated. It can however be gradually decreased down to 119 uW, corresponding to a sensitivity reduction of 10 dB. Thus, the proposed digital baseband and its control loop save 30 % of energy in average in a typical use case.

L’arrivée de la prochaine technologie 5G va permettre la connectivité des billions de terminaux mobiles et donc une énorme augmentation du trafic de données. A cet égard, les fournisseurs des services Cloud doivent posséder les infrastructures physiques capables de supporter cette explosion de trafic. Malheureusement, les architectures filaires conventionnelles des centres de données deviennent staturées et la congestion des équipements d’interconnexion est souvent atteinte. Dans cette thèse, nous explorons une approche récente qui consiste à augmenter le réseau filaire du centre de données avec l’infrastructure sans fil. En effet, nous exploitons une nouvelle technologie émergente, la technologie 60 GHz, qui assure un débit de l’ordre de 7 Gbits/s afin d’améliorer la QoS. Nous concevons une architecture hybride (filaire/sans fil) du réseau de centre de données basée sur : i) le modèle "Cisco’s Massively Scalable Data Center" (MSDC), et ii) le standard IEEE 802.11ad. Dans une telle architecture, les serveurs sont regroupés dans des racks, et sont interconnectés à travers un switch Ethernet, appelé top-of-rack (ToR) switch. Chaque ToR switch possède plusieurs antennes utilisées en parallèle sur différents canaux sans fil. L’objectif final consiste à minimiser la congestion du réseau filaire, en acheminant le maximum du trafic sur les canaux sans fil. Pour ce faire, cette thèse se focalise sur l’optimisation du routage et de l’allocation des canaux sans fil pour les communications inter-rack, au sein d’un centre de données hybride (HDCN). Ce problème étant NP-difficile, nous allons procéder en trois étapes. En premier lieu, on considère le cas des communications à un saut, où les racks sont placés dans le même rayon de transmission. Nous proposons un nouvel algorithme d’allocation des canaux sans fil dans les HDCN, qui permet d’acheminer le maximum des communications en sans-fil, tout en améliorant les performances réseau en termes de débit et délai. En second lieu, nous nous adressons au cas des communications à plusieurs sauts, où les racks ne sont pas dans le même rayon de transmission. Nous allons proposer une nouvelle approche optimale traitant conjointement le problème du routage et de l’allocation de canaux sans fils dans le HDCN, pour chaque communication, dans un mode online. En troisième étape, nous proposons un nouvel algorithme qui calcule conjointement le routage et l’allocation des canaux pour un ensemble des communications arrivant en mode batch (i.e., par lot). En utilisant le simulateur réseau QualNet, considérant toute la pile TCP/IP, les résultats obtenus montrent que nos propositions améliorent les performances comparées aux méthodes de l’état de l’art / The high proliferation of smart devices and online services allows billions of users to connect with network while deploying a vast range of applications. Particularly, with the advent of the future 5G technology, it is expected that a tremendous mobile and data traffic will be crossing Internet network. In this regard, Cloud service providers are urged to rethink their data center architectures in order to cope with this unprecedented traffic explosion. Unfortunately, the conventional wired infrastructures struggle to resist to such a traffic growth and become prone to serious congestion problems. Therefore, new innovative techniques are required. In this thesis, we investigate a recent promising approach that augments the wired Data Center Network (DCN) with wireless communications. Indeed, motivated by the feasibility of the new emerging 60 GHz technology, offering an impressive data rate (≈ 7 Gbps), we envision, a Hybrid (wireless/wired) DCN (HDCN) architecture. Our HDCN is based on i) Cisco’s Massively Scalable Data Center (MSDC) model and ii) IEEE 802.11ad standard. Servers in the HDCN are regrouped into racks, where each rack is equipped with a: i) Ethernet top-of-rack (ToR) switch and ii) set of wireless antennas. Our research aims to optimize the routing and the allocation of wireless resources for inter-rack communications in HDCN while enhancing network performance and minimizing congestion. The problem of routing and resource allocation in HDCN is NP-hard. To deal with this difficulty, we will tackle the problem into three stages. In the first stage, we consider only one-hop inter-rack communications in HDCN, where all communicating racks are in the same transmission range. We will propound a new wireless channel allocation approach in HDCN to hardness both wireless and wired interfaces for incoming flows while enhancing network throughput. In the second stage, we deal with the multi-hop communications in HDCN where communicating racks can not communicate in one single-hop wireless path. We propose a new approach to jointly route and allocate channels for each single communication flow, in an online way. Finally, in the third stage, we address the batched arrival of inter-rack communications to the HDCN so as to further optimize the usage of wireless and wired resources. For that end, we propose: i) a heuristic-based and ii) an approximate, solutions, to solve the joint batch routing and channel assignment. Based on extensive simulations conducted in QualNet simulator while considering the full protocol stack, the obtained results for both real workload and uniform traces, show that our proposals outperform the prominent related strategies

L'interférence est un facteur de limitation de performance individuelle et globale dans les réseaux de communication sans fil. Dans ce travail, deux techniques classiques de gestion de l'interférence sont étudiées : le contrôle de puissance d'émission et l'égalisation du canal. Trois approches sont considérées pour Le contrôle de puissance décentralisé et opportuniste. La première est basée sur la théorie des jeux non-coopératifs statiques et les théories de fonctions itératives, d'où résulte la proposition d'une classe d'algorithmes. Dans la deuxième approche, nous proposons quelques algorithmes dérivés de formulations et de solutions traditionnelles de la commande H2 et de la commande mixte H2/H-infini. Finalement, nous appliquons la théorie des jeux dynamiques sur le problème, ce qui produit deux nouveaux algorithmes de contrôle de puissance. La deuxième partie de la thèse, où le problème d'intérêt est l'égalisation du canal, est divisée en deux thèmes. Dans le premier, nous développons une analyse de «pire cas» pour le retard d'égalisation par des concepts de la théorie des jeux non-coopératifs. Dans le deuxième thème, nous présentons deux approches pour la conjugaison des caractéristiques désirables des égaliseurs H2 et H-infini : une combinaison convexe des deux filtres et un schéma d'adaptation du niveau de robustesse du filtre H-infini. / Interference is a limiting factor of individual and global performance in wireless communication networks. In this work, two classical interference management techniques are studied: the transmission power control and the channel equalization. Three approaches are considered for distributed and opportunistic power control. The first one is based on static non-cooperative game theory and theories of iterative functions, providing a class of algorithms. In the second approach, we propose different algorithms derived from formulations and traditional solutions of H2 control and mixed H2/H-infinity control. Finally, we apply dynamic game theory to the problem for obtaining two new power control algorithms. The second part of the thesis, devoted to channel equalization, is divided into two topics. In the first one, we provide a "worst case" analysis for equalization delay by using concepts of non-cooperative game theory. In the second topic, we present two proposals for the combination of the desirable characteristics of H2 and H-infinity equalizers: a convex combination of the two filters and a scheme for adapting the robustness level of the H-infinity filter.

Les stations de base à petite échelle (picocellules et femtocellules) seront un des leviers principaux qui permettront d'atteindre l'objectif 1000X, objectif fixé par les grands acteurs du domaine des télécommunications visant à augmenter la capacité des réseaux mobiles sans fil 5G d'un facteur 1000 par rapport aux réseaux 4G. Dans ce type de réseau, l'amplificateur de puissance (PA) est responsable de la majorité de la consommation de puissance de la station de base. Pour minimiser sa consommation de puissance, le PA est polarisé proche de sont point de compression mais avec l'augmentation des largeurs de bande, ce dernier subit des effets de mémoire accrus qui viennent s'ajouter aux problèmes classiques de non-linéarités. Les systèmes de prédistorsion numérique (DPD), et analogique/RF(ARFPD) peuvent être utilisés pour améliorer le compromis linéarité / efficacité des PAs. Cependant pour les pico-cellules et femto-cellules utilisées dans le standard 5G, les prédistorseurs conventionnels ne sont adaptés pour des raisons de complexité et de consommation de puissance.Le modèle "Memory Polynomilal" (MP) est l'un des modèles de prédistorsion les plus attractifs pour modéliser les PAs, fournissant des performances intéressantes avec peu de coefficients. Cependant, la précision de ce modèle se dégrade pour les signaux large bance. Pour palier ce problème, nous proposons un nouveau modèle, le FIR-MP qui combine un filtre FIR au modèle MP classique. Pour valider et quantifier la précision du modèle proposé, nous avons effectué des simulations avec un modèle extrait par mesure de l'amplificateur sur étagère ADL5606 (GaAs 1W HBT PA). Les résultats de ces simulations présentent des améliorations du taux de fuite des canaux adjacents (ACLR) de 7,2 dB et 15,6 dB, respectivement, pour des signaux à 20 MHz et 80 MHz par rapport au modèle MP classique. Le FIR-MP a été également synthétisé en technologie CMOS FDSOI 28 nm. Les résultats de la synthèse ont donné une puissance globale de 9,18 mW and 116,2 mW, respectivement, pour les signaux de 20 MHz and 80 MHz.Basé sur le modèle proposé de FIR-MP, une nouvelle approche à signaux mixtes pour linéariser les PAs a été aussi étudiée. En fait, le filtre numérique FIR améliore la performance de correction de la mémoire sans aucune expansion de la bande passante et la linéarisation en bande de base permet d'éviter l'utilisation de composants RF dans la linéariseur. Ainsi, les contraintes en bande passante requises pour le DAC, les filtres de reconstruction et les blocs RF de l'émetteur sont relâchées comparés aux techniques conventionnelles de linéarisation numériques et RF. Nous avons ainsi étudié l'impact des diverses non-idéalités en utilisant un signal modulé à 80 MHz afin de dériver les exigences pour la mise en œuvre du circuit. Les simulations ont montré qu'une résolution de 8 bits pour les coefficients et un SNR de 60 dB sont nécessaires pour atteindre un ACLR1 supérieur à 45 dBc. Ces résultats constituent un premier signe favorable dans l'optique d'une implémentation matérielle de la solution proposée, étape indispensable pour évaluer précisément sa consommation de puissance et sa complexité pour pouvoir la comparer à l'état de l'art des linéariseurs. / Small-cell base stations (picocells and femtocells) handling high bandwidths (> 100 MHz) will play a vital role in realizing the 1000X network capacity objective of the future 5G wireless networks. Power Amplifier (PA) consumes the majority of the base station power, whose linearity comes at the cost of efficiency. With the increase in bandwidths, PA also suffers from increased memory effects. Digital predistortion (DPD) and analog RF predistortion (ARFPD) tries to solve the linearity/efficiency trade-off. In the context of 5G small-cell base stations, the use of conventional predistorters becomes prohibitively power-hungry.Memory polynomial (MP) model is one of the most attractive predistortion models, providing significant performance with very few coefficients. We propose a novel FIR memory polynomial (FIR-MP) model which significantly augments the performance of the conventional memory polynomial predistorter. Simulations with models extracted on ADL5606 which is a 1 W GaAs HBT PA show improvements in adjacent channel leakage ratio (ACLR) of 7.2 dB and 15.6 dB, respectively, for 20 MHz and 80 MHz signals, in comparison with MP predistorter. Digital implementation of the proposed FIR-MP model has been carried out in 28 nm FDSOI CMOS technology. With a fraction of the power and die area of that of the MP a huge improvement in ACLR is attained.An overall estimated power consumption of 9.18 mW and 116.2 mW, respectively, for 20 MHz and 80 MHz signals is obtained.Based on the proposed FIR-MP model a novel low-power mixed-signal approach to linearize RF power amplifiers (PAs) is presented. The digital FIR filter improves the memory correction performance without any bandwidth expansion and the MP predistorter in analog baseband provides superior linearization. MSPD avoids 5X bandwidth requirement for the DAC and reconstruction filters of the transmitter and the power-hungry RF components when compared to DPD and ARFPD, respectively.The impact of various non-idealities is simulated with ADL5606 (1 W GaAs HBT PA) MP PA model using 80 MHz modulated signal to derive the requirements for the integrated circuit implementation. A resolution of 8 bits for the coefficients and a signal path SNR of 60 dB is required to achieve ACLR1 above 45 dBc, with as little as 9 coefficients in the analog domain. Discussion on the potential circuit architectures of subsystems is provided. It results that an analog implementation is feasible. It will be worth in the future to continue the design of this architecture up to a silicon prototype to evaluate its performance and power consumption.

Cette thèse aborde la performance du protocole KNX-RF utilisé dans les applications domotiques en termes de robustesse Radio Fréquences dans un environnement multi-protocoles potentiellement sujet aux interférences. Dans ces travaux, le but est d’évaluer les problématiques d’interférences rencontrées par KNX-RF en utilisant des modèles de simulation qui permettraient d’augmenter à sa fiabilité radio. Ainsi, un premier modèle a été développé sur MATLAB/Simulink et a permis de connaître les performances et les limitations de ce protocole au niveau de la couche physique dans un scénario d’interférence se produisant à l’intérieur d’une box/gateway domotique multi-protocoles. Ces simulations ont été complétées par des essais expérimentaux sur le terrain qui ont permis de vérifier les résultats obtenus. Un deuxième modèle a été développé pour évaluer les mécanismes de la couche MAC, cette fois-ci, grâce au simulateur OMNet++/MiXiM. Ce modèle reprend tous les mécanismes d’accès au canal et d’agilité en fréquence spécifiés par la norme KNX. Un scénario de collisions de trames a été simulé et plusieurs propositions d’améliorations sont discutées dans ce manuscrit. Les modèles développés permettent d’analyser et de prédire en avance de phase le comportement de KNX-RF dans un environnement radio contraignant. / This thesis addresses the performance of the KNX-RF protocol used for home automation applications in terms of radiofrequency robustness in a multi-protocol environment that is potentially subject to interferences. In this work, the aim is to assess the interference problems encountered by KNX-RF using simulation models that would increase its RF reliability. Thus, a first model was developed on MATLAB / Simulink and allowed to investigate the performance and limitations of this protocol at its physical layer in an interference scenario occurring inside a multiprotocol home and building automation box/gateway. These simulations were followed by field experimental tests in an indoor environment (house) to verify the results. A second model was developed to evaluate the MAC layer mechanisms of KNX-RF through the discrete event simulator OMNeT ++/Mixim. This model includes all the mechanisms of channel access and frequency agility specified by KNX-RF standard. A frame collision scenario was simulated and several improvement proposals are discussed in this manuscript. The developed models can be used to analyze and predict in advance phase the behavior of KNX-RF in a radio-constrained environment.

Depuis l'apparition des premiers réseaux radiomobiles cellulaires analogiques au d´ebut des années 70, nous avons assisté à une explosion de la demande en systèmes de communication sans fil. Les services concernés par les télécommunications sans fil se sont depuis étendus à la transmission de données et aux applications multimédia. Devant la nécessité d'avoir des débits élevés tout en garantissant une certaine qualit´e de service, les techniques MIMO (Multiple Input - Multiple Output) apparaissent comme très prometteuses. En utilisant plusieurs antennes simultanément en émission et en réception, ces systèmes exploitent la dimension spatiale pour la transmission de l'information. Ainsi la mise en oeuvre de ces techniques permet d'aboutir à une amélioration substantielle des débits et/ou des performances des liaisons numériques. Comme dans toutes les études systèmes, une analyse approfondie du canal de transmission et des mécanismes de propagation associés s'avère indispensable. Si dans un contexte classique, la caractérisation et la modélisation du canal peuvent se limiter au domaine temporel, il est n´ecessaire pour les systèmes MIMO de considérer la dimension spatiale au même niveau que la dimension temporelle. Une modélisation précise et réaliste du canal dans le domaine spatial est d'autant plus importante dans un contexte MIMO, puisque le gain par rapport à un système classique en terme de débit et/ou de performance est largement tributaire des propriétés spatiales du canal. C'est dans ce contexte que s'inscrit le travail présenté dans ce document. Cette thèse a pour objectif la conception d'un système de mesure performant permettant d'approfondir la connaissance du canal de propagation MIMO pour la bande UMTS.

De nos jours, une forte croissance des objets connectés est constatée, dépassant même la population mondiale. Devant l'ampleur de ce phénoméne, l'efficacité énergétique des objets communicants est une sérieuse problématique. La maximisation de leur durée de vie est requise pour assurer une qualité de service. Dans cette optique, les travaux de cette thèse visent à optimiser la consommation énergétique des communications sans fil dans un réseau de capteurs. Le télé-réveil, un concept imaginé depuis une dizaine d'années, consiste au déclenchement du réveil du noeud communicant par un signal radio à distance. Par défaut, le noeud reste en mode veille de façon permanente à très basse consommation. Au besoin, il peut être réveillé à la demande par un signal radio spécifique. Ainsi, la consommation énergétique du module radio est grandement réduite par l'écoute passive du canal en mode veille. Ce principe de télé-réveil nécessite toutefois le développement de nouvelles architectures matérielles associées à des protocoles de communication adaptés et innovants. Malgré les propositions récentes, le niveau de maturité technologique n'a pas encore été atteint sur ce sujet. Par conséquent, un système de télé-réveil est proposé dans cette thèse, en incluant une caractérisation théorique de ses performances. Le récepteur de télé-réveil consomme 363 nW en mode veille contre 49,8 µW en mode de réception. De plus, deux nouveaux protocoles de télé-réveil DoRa et DC-DoRa sont proposés avec une évaluation de leurs performances par simulation. Les résultats obtenus montrent que ces protocoles de télé-réveil diminuent fortement l'énergie consommée par le module radio, en comparaison des protocoles MAC actuellement utilisés dans les réseaux de capteur. Enfin, la mise en œuvre expérimentale du système et des protocoles de télé-réveil a permis de mesurer les performances réelles de notre approche dans un environnement de surécoute et d'interférence. / Nowadays, a significant growth of connected things is observed, exceeding even the worldpopulation. Given the magnitude of this phenomenon, the energy efficiency of communicatingobjects is a crucial issue. Maximizing their lifetime is necessary to ensure a qualityof service. In this regard, the aim of this thesis is to optimize the energy consumption ofwireless communications in a wireless sensor network.The concept of wake-up radio was created a decade ago, which consists of waking up thecommunicating node by a remote radio signal. By default, the node remains in sleepingmode at a very low power consumption. If needed, the node can be woken up on demandthrough a specific radio signal. Thus, the energy consumption of the radio module is greatlyreduced by idle listening to the channel in sleeping mode. However, this wake-up radioprinciple requires the development of new hardware architectures associated with adaptedand innovative communication protocols. Despite recent proposals, the level of technologymaturity has not yet been reached on this subject.Therefore, a wake-up radio system is proposed in this thesis, including a theoreticalcharacterization of its performances. The wake-up receiver consumes 363 nW in sleepingmode and 49.8 µW in receiving mode. Moreover, two new protocols called DoRa and DC-DoRaare proposed with an evaluation of their performances by simulation. The resultsshow that these wake-up radio protocols greatly reduce the energy consumed by the radiomodule, compared to the MAC protocols currently used in wireless sensor networks. Finally,the experimental implementation of the wake-up radio system and protocols enabled thereal performance measurement of our approach in an environment with overhearing andinterference.

Au cours des dernières décennies, nous avons été témoins d'une évolution considérable dans l'informatique mobile, réseau sans fil et des appareils portatifs. Dans les réseaux de communication à venir, les utilisateurs devraient être encore plus mobiles exigeant une connectivité omniprésente à différentes applications qui seront de préférence au courant de leur contexte. Certes, les informations de localisation dans le cadre de leur contexte est d'une importance primordiale à la fois la demande et les perspectives du réseau. Depuis l'application ou de point de vue utilisateur, la fourniture de services peut mettre à jour si l'adaptation au contexte de l'utilisateur est activée. Du point de vue du réseau, des fonctionnalités telles que le routage, la gestion de transfert, l'allocation des ressources et d'autres peuvent également bénéficier si l'emplacement de l'utilisateur peuvent être suivis ou même prédit. Dans ce contexte, nous nous concentrons notre attention sur la localisation à l'intérieur et de la prévision transfert qui sont des composants indispensables à la réussite ultime de l'ère de la communication omniprésente envisagé. Alors que les systèmes de positionnement en plein air ont déjà prouvé leur potentiel dans un large éventail d'applications commerciales, le chemin vers un système de localisation à l'intérieur de succès est reconnu pour être beaucoup plus difficile, principalement en raison des caractéristiques difficiles à l'intérieur et l'exigence d'une plus grande précision. De même, la gestion de transfert dans le futur des réseaux hétérogènes sans fil est beaucoup plus difficile que dans les réseaux traditionnels homogènes. Régimes de procédure de transfert doit être sans faille pour la réunion strictes de qualité de service (QoS) des applications futures et fonctionnel malgré la diversité des caractéristiques de fonctionnement des différentes technologies. En outre, les décisions transfert devraient être suffisamment souples pour tenir compte des préférences utilisateur d'un large éventail de critères proposés par toutes les technologies. L'objectif principal de cette thèse est de mettre au point précis, l'heure et l'emplacement de puissance et de systèmes efficaces de gestion de transfert afin de mieux satisfaire applications sensibles au contexte et mobiles. Pour obtenir une localisation à l'intérieur, le potentiel de réseau local sans fil (WLAN) et Radio Frequency Identification (RFID) que l'emplacement autonome technologies de détection sont d'abord étudiés par des essais plusieurs algorithmes et paramètres dans un banc d'essai expérimental réel ou par de nombreuses simulations, alors que leurs lacunes sont également été identifiés. Leur intégration dans une architecture commune est alors proposée afin de combiner leurs principaux avantages et surmonter leurs limitations. La supériorité des performances du système de synergie sur le stand alone homologues est validée par une analyse approfondie. En ce qui concerne la tâche de gestion transfert, nous repérer que la sensibilité au contexte peut aussi améliorer la fonctionnalité du réseau. En conséquence, deux de tels systèmes qui utilisent l'information obtenue à partir des systèmes de localisation sont proposées. Le premier schéma repose sur un déploiement tag RFID, comme notre architecture de positionnement RFID, et en suivant la scène WLAN analyse du concept de positionnement, prédit l'emplacement réseau de la prochaine couche, c'est à dire le prochain point de fixation sur le réseau. Le second régime repose sur une approche intégrée RFID et sans fil de capteur / actionneur Network (WSAN) de déploiement pour la localisation des utilisateurs physiques et par la suite pour prédire la prochaine leur point de transfert à deux couches de liaison et le réseau. Etre indépendant de la technologie d'accès sans fil principe sous-jacent, les deux régimes peuvent être facilement mises en œuvre dans des réseaux hétérogènes [...] / Over the last few decades, we have been witnessing a tremendous evolution in mobile computing, wireless networking and hand-held devices. In the future communication networks, users are anticipated to become even more mobile demanding for ubiquitous connectivity to different applications which will be preferably aware of their context. Admittedly, location information as part of their context is of paramount importance from both application and network perspectives. From application or user point of view, service provision can upgrade if adaptation to the user's context is enabled. From network point of view, functionalities such as routing, handoff management, resource allocation and others can also benefit if user's location can be tracked or even predicted. Within this context, we focus our attention on indoor localization and handoff prediction which are indispensable components towards the ultimate success of the envisioned pervasive communication era. While outdoor positioning systems have already proven their potential in a wide range of commercial applications, the path towards a successful indoor location system is recognized to be much more difficult, mainly due to the harsh indoor characteristics and requirement for higher accuracy. Similarly, handoff management in the future heterogeneous wireless networks is much more challenging than in traditional homogeneous networks. Handoff schemes must be seamless for meeting strict Quality of Service (QoS) requirements of the future applications and functional despite the diversity of operation features of the different technologies. In addition, handoff decisions should be flexible enough to accommodate user preferences from a wide range of criteria offered by all technologies. The main objective of this thesis is to devise accurate, time and power efficient location and handoff management systems in order to satisfy better context-aware and mobile applications. For indoor localization, the potential of Wireless Local Area Network (WLAN) and Radio Frequency Identification (RFID) technologies as standalone location sensing technologies are first studied by testing several algorithms and metrics in a real experimental testbed or by extensive simulations, while their shortcomings are also identified. Their integration in a common architecture is then proposed in order to combine their key benefits and overcome their limitations. The performance superiority of the synergetic system over the stand alone counterparts is validated via extensive analysis. Regarding the handoff management task, we pinpoint that context awareness can also enhance the network functionality. Consequently, two such schemes which utilize information obtained from localization systems are proposed. The first scheme relies on a RFID tag deployment, alike our RFID positioning architecture, and by following the WLAN scene analysis positioning concept, predicts the next network layer location, i.e. the next point of attachment to the network. The second scheme relies on an integrated RFID and Wireless Sensor/Actuator Network (WSAN) deployment for tracking the users' physical location and subsequently for predicting next their handoff point at both link and network layers. Being independent of the underlying principle wireless access technology, both schemes can be easily implemented in heterogeneous networks. Performance evaluation results demonstrate the advantages of the proposed schemes over the standard protocols regarding prediction accuracy, time latency and energy savings

L'évolution des Réseaux Locaux Domestiques (RLD) est influencée par l'augmentation irréfrénée du nombre de terminaux connectés dans nos domiciles et par le déploiement de réseaux d'accès optiques haut débit qui délivrent désormais des services dépassant le Gigabit/s. Pour continuer à échanger efficacement les données, les RLD doivent évoluer vers le multi-Gigabit/s, et plus particulièrement la très appréciée connectivité sans fil. Les systèmes radio actuels ont des capacités limitées, néanmoins de nouveaux standards dont le débit excède 7Gbit/s voient le jour. Mais comme ces derniers exploitent la bande millimétrique, entre 57 et 66 GHz, leur couverture radio est limitée à la taille d'une pièce. En effet, à de telles fréquences, les pertes en espace libre sont très élevées et les ondes ne traversent pas les murs. Cette thèse propose de résoudre cette limitation au moyen de solutions Radio sur Fibre (RoF pour Radio over Fiber). Cette technique consiste à capturer les signaux radio émis dans une première pièce, puis à les convertir en signaux optiques pour les transmettre par fibre optique jusqu'à une seconde pièce où ils seront réémis. Plusieurs transducteurs RoF seront donc installés dans le domicile et interconnectés entre eux au moyen d'une infrastructure optique adaptée, créant ainsi des systèmes se comportant à la fois comme répéteurs and comme système de distribution. Pour le marché du RLD, de telles solutions sont compétitives que si elles sont bas coût. Par conséquent, ce travail se focalise sur la modulation directe avec détection directe (IM-DD) en Fréquence Intermédiaire (FI). En d'autres termes, le signal radio à 60GHz est translaté à une plus faible fréquence, autour de 5GHz, pour moduler directement un laser, puis il est restitué à 60GHz après la détection directe. Concernant la fibre optique, la multimode silice (MMF) est privilégiée puisqu'elle permet l'utilisation de composants optoélectroniques bas coût et largement disponible. Cette thèse propose différentes architectures RoF, de la point-à-point reliant deux pièces à la multipoint-à-multipoint agissant comme un bus logique. Après une caractérisation analogique des composants optoélectroniques, du lien RoF et du câble domestique, ces architectures sont construites et caractérisées étape par étape sur la base d'une modulation OFDM conforme aux standards radio 60GHz. Des transmissions temps réel entre terminaux commerciaux sont également réalisées afin de valider ces architectures. Pour finir, des infrastructures RoF avancées sont proposées. Premièrement, les systèmes RoF peuvent être améliorés si l'accès à leur couche optique est contrôlé par la couche MAC radio. Cette approche est donc étudiée, démontrant ainsi sa faisabilité. Deuxièmement, les systèmes optiques, perçus par les utilisateurs comme des produits premium, doivent supporter aussi bien les services de base du RLD que ceux qui vont émerger dans les années à venir. Ainsi, des infrastructures multiservice and multiformat innovantes transportant sur un unique câble optique des données IP, la télévision hertzienne et satellite, les signaux radio 60GHz et d'autres formats spécifiques tels que l'HDMI sont proposées puis testées / The evolution of the Home Area Network (HAN) is lead by the proliferation of connected devices inside the home and the deployment of high broadband access network which now allows the delivery of services that can exceed 1Gbit/s. To ensure efficient in-house exchanges, the HAN has to move rapidly toward multi-Gigabit/s connections, in particular the wireless connectivity generally preferred by the customers. Current wireless systems have limited capacities, but new radio standards delivering data-rates up to 7Gbit/s are emerging. Nevertheless, as they address the unlicensed millimeter-wave band, from 57 to 66 GHz, their radio coverage is limited to a single room. Indeed, at such frequencies, the free-space losses are high and the waves do not cross the walls. This thesis proposes to solve this problem by means of the Radio over Fiber (RoF) technology. This consists in capturing the 60GHz radio signals emitted in one room, converting them into optical signals for transmission through optical fibers, and reemitting them in another room. Thus, several RoF transducers will be installed in the home and interconnected by a suitable optical infrastructure to create systems acting at the same time as repeaters and as distribution systems. From the viewpoint of the HAN market, such systems will be competitive only if they are low cost. As a consequence, this work focuses on direct modulation with direct detection (IM-DD) at Intermediate Frequency (IF). In other words, the 60GHz signal is down-converted at a lower frequency around 5GHz before the laser modulation and up-converted to 60GHz after the photodetection. Concerning the optical fiber, silica multimode fiber (MMF) is privileged as it allows the use of low cost and largely available optoelectronic devices working at 850nm.The thesis proposes different RoF architectures, from point-to-point interconnecting two rooms to multipoint-to-multipoint acting as logical buses. After an analog characterization of the optoelectronic components, the RoF link and the domestic cable, these architectures are designed, built and characterized step by step using OFDM modulation according to existing wireless 60GHz standards. Real-time transmissions between commercial devices have also been performed to validate these architectures. Moreover, advanced RoF infrastructures are proposed. First, the RoF systems can be easily improved if the access to their optical media is managed by the radio MAC layer. This approach is therefore studied showing its feasibility. Secondly, an optical system, seen by users as a premium product, has to support the legacy home services commonly used as well as the new ones that could emerge in the future. Thus, innovative multiservice and multiformat infrastructures conveying on a unique optical cable wired IP data, broadcast terrestrial or satellite television, the 60GHz wireless connectivity, and specific formats as HDMI signals are proposed and tested

Le développement croissant des systèmes de communication sans fil pour des applications médicales (imagerie), radar (surveillance, détection, localisation), radiomobiles (navigation, sur- veillance) et réseaux (WLAN,WPAN) nécessite l'introduction de nouvelles technologies. Depuis peu, un intérêt particulier s'est porté sur des applications courtes distances, très hauts débits (supérieurs à 100 Mbit/s), multi-utilisateurs et faible puissance (inférieure à 1 mW). Dans ce contexte, la technologie Ultra-Large Bande (ULB ou UWB) a récemment attiré l'attention de la communauté scientifique et des industriels. Alors que les technologies bande étroite sont fondées sur une étude dans le domaine fréquentiel, la technologie ULB se prête mieux à une étude dans le domaine temporel puisqu'elle utilise des signaux temporels très brefs, de spectre extrêmement large, de grande période de répétition et de faible puissance. Le développement de cette approche, considérée comme une évolution majeure des technologies traditionnelles bande étroite, induit des problématiques nouvelles au sein d'environnements intra-bâtiment. Ces problématiques nécessitent la réalisation préalable d'études approfondies de modélisation et de caractérisation du canal de propagation pour dimensionner les paramètres du système de transmission.<br />Dans le cadre de l'élaboration d'outils de prédiction déterministe de la propagation à l'in-<br />térieur de bâtiments, entrepris à l'ESYCOM (Marne-La-Vallée) en bande étroite et à l'IETR<br />(Rennes) en ultra-large bande, nous avons cherché à développer une documentation précise<br />associée aux comportements de deux éléments du canal de propagation, les matériaux et les<br />antennes ; l'implémentation de cette documentation dans les simulateurs de canal nécessitera<br />encore un peu de temps. Notre travail a consisté à développer deux modules particulièrement<br />originaux traitant, dans les domaines fréquentiel et temporel, de modélisations analytique et<br />numérique, ainsi que de la caractérisation des matériaux et des antennes à l'aide de bancs de<br />mesure spéciÞquement réalisés. La spéciÞcité des études conduites tient à la modélisation des<br />réponses de ces éléments dans le domaine temporel; notamment, nous avons montré que l'ex-<br />citation d'un matériau par une impulsion génère des échos successifs déformés et atténués dont<br />l'allure dépend de sa structure (porosité, dimension des grains,...) et des conditions initiales<br />(température, humidité, ...). Aussi, l'excitation d'une antenne de type résonante produit des<br />signaux, qui au premier ordre, ont l'allure de la dérivée du signal incident mais ayant subi une<br />distorsion qui dépend de l'angle d'observation. Ainsi, nous avons remarqué que la largeur de<br />l'impulsion d'excitation influe non seulement sur l'allure des impulsions rayonnées dans l'espace,<br />mais aussi sur la direction du maximum de rayonnement. Cette propriété remarquable permet<br />d'envisager la focalisation d'une antenne ULB dans une direction particulière en modifiant la<br />durée et la forme de l'impulsion d'excitation. En prévision de l'analyse des trajets multiples d'un canal de propagation ultra-large bande, nous avons abordé leur identiÞcation à l'aide d'al-<br />gorithmes Haute Résolution (HR) en considérant le canal généré par un matériau du bâtiment.<br />Les algorithmes, MUSIC modiÞé et Faisceau de matrices, sont fondés sur l'analyse spectrale<br />paramétrique des données et prennent en compte la dispersion fréquentielle. Ils ont permis de<br />reconstruire la réponse impulsionnelle de matériaux caractérisés en réflexion.<br />La modélisation d'une chaîne de transmission a été de plus abordée dans le cadre d'études de<br />faisabilité du projet "internet-pêche" qui vise à doter des ßotilles de pêche de longueur inférieure<br />à 25 mètres d'une connexion internet par liaison sans Þl aux fréquences MF-HF ([2 ; 30] MHz).<br />Une modélisation statistique de la surface de la mer, remuée par le vent, pour un profil de relief<br />sous-marin donné, a été proposée. Puis, nous avons implémenté le modèle de propagation du<br />terrain irrégulier afin de rendre compte de la présence d'ondes de sol se propageant sur une<br />surface de mer considérée comme rugueuse.