Grâce à leur flexibilité et à leur facilité d’installation, les réseaux maillés sans fil (WMNs) permettent un déploiement d’une infrastructure à faible coût. Ces réseaux étendent la couverture des réseaux filaires permettant, ainsi, une connexion n’importe quand et n’importe où. Toutefois, leur performance est dégradée par les interférences et la congestion. Ces derniers causent des pertes de paquets et une augmentation du délai de transmission d’une façon drastique. Dans cette thèse, nous nous intéressons au routage adaptatif et à la stabilité dans ce type de réseaux. Dans une première partie de la thèse, nous nous intéressons à la conception d’une métrique de routage et à la sélection des passerelles permettant d’améliorer la performance des WMNs. Dans ce contexte nous proposons un protocole de routage à la source basé sur une nouvelle métrique. Cette métrique permet non seulement de capturer certaines caractéristiques des liens tels que les interférences inter-flux et intra-flux, le taux de perte des paquets mais également la surcharge des passerelles. Les résultats numériques montrent que la performance de cette métrique est meilleure que celle des solutions proposées dans la littérature. Dans une deuxième partie de la thèse, nous nous intéressons à certaines zones critiques dans les WMNs. Ces zones se trouvent autour des passerelles qui connaissent une concentration plus élevé du trafic ; elles risquent de provoquer des interférences et des congestions. À cet égard, nous proposons un protocole de routage proactif et adaptatif basé sur l’apprentissage par renforcement et qui pénalise les liens de mauvaise qualité lorsqu’on s’approche des passerelles. Un chemin dont la qualité des liens autour d’une passerelle est meilleure sera plus favorisé que les autres chemins de moindre qualité. Nous utilisons l’algorithme de Q-learning pour mettre à jour dynamiquement les coûts des chemins, sélectionner les prochains nœuds pour faire suivre les paquets vers les passerelles choisies et explorer d’autres nœuds voisins. Les résultats numériques montrent que notre protocole distribué, présente de meilleurs résultats comparativement aux protocoles présentés dans la littérature. Dans une troisième partie de cette thèse, nous nous intéressons aux problèmes d’instabilité des réseaux maillés sans fil. En effet, l’instabilité se produit à cause des changements fréquents des routes qui sont causés par les variations instantanées des qualités des liens dues à la présence des interférences et de la congestion. Ainsi, après une analyse de l’instabilité, nous proposons d’utiliser le nombre de variations des chemins dans une table de routage comme indicateur de perturbation des réseaux et nous utilisons la fonction d’entropie, connue dans les mesures de l’incertitude et du désordre des systèmes, pour sélectionner les routes stables. Les résultats numériques montrent de meilleures performances de notre protocole en comparaison avec d’autres protocoles dans la littérature en termes de débit, délai, taux de perte des paquets et l’indice de Gini. / Thanks to their flexibility and their simplicity of installation, Wireless Mesh Networks (WMNs) allow a low cost deployment of network infrastructure. They can be used to extend wired networks coverage allowing connectivity anytime and anywhere. However, WMNs may suffer from drastic performance degradation (e.g., increased packet loss ratio and delay) because of interferences and congestion. In this thesis, we are interested in adaptive routing and stability in WMNs. In the first part of the thesis, we focus on defining new routing metric and gateway selection scheme to improve WMNs performance. In this context, we propose a source routing protocol based on a new metric which takes into account packet losses, intra-flow interferences, inter-flow interferences and load at gateways together to select best paths to best gateways. Simulation results show that the proposed metric improves the network performance and outperforms existing metrics in the literature. In the second part of the thesis, we focus on critical zones, in WMNs, that consist of mesh routers which are located in neighborhoods of gateways where traffic concentration may occur. This traffic concentration may increase congestion and interferences excessively on wireless channels around the gateways. Thus, we propose a proactive and adaptive routing protocol based on reinforcement learning which increasingly penalizes links with bad quality as we get closer to gateways. We use Q-learning algorithm to dynamically update path costs and to select the next hop each time a packet is forwarded toward a given gateway; learning agents in each mesh router learn the best link to forward an incoming packet and explore new alternatives in the future. Simulation results show that our distributed routing protocol is less sensitive to interferences and outperforms existing protocols in the literature. In the third part of this thesis, we focus on the problems of instability in WMNs. Instability occurs when routes flapping are frequent. Routes flapping are caused by the variations of link quality due to interferences and congestion. Thus, after analyzing factors that may cause network instability, we propose to use the number of path variations in routing tables as an indicator of network instability. Also, we use entropy function, usually used to measure uncertainty and disorder in systems, to define node stability, and thus, select the most stable routes in the WMNs. Simulation results show that our stability-based routing protocol outperforms existing routing protocols in the literature in terms of throughput, delay, loss rate, and Gini index.

Les réseaux maillés sans fil (WMNs - Wireless Mesh Networks) sont une technologie émergente qui prend de l'importance parmi les traditionnels systèmes de communication sans fil. Toutefois, WMNs sont particulièrement vulnérables à des attaques externes et internes en raison de leurs attributs inhérents tels que le moyen de communication ouverte et l'architecture décentralisée. Dans cette recherche, nous proposons un système complet de détection d'intrusion distribué et coopératif qui détecte efficacement et effectivement des attaques au WMN en temps réel. Notre mécanisme de détection d'intrusion est basé sur l'échange fiable des événements du réseau et la coopération active entre les nœuds participants. Dans notre approche distribuée, systèmes de détection d'intrusion (IDS - Intrusion Detection System,) sont indépendamment installé dans chaque nœud mesh pour surveiller passivement le comportement de routage du nœud et en même temps surveiller le comportement de son voisinage. Sur cette base, nous avons d'abord développé un Analyseur de Protocole de Routage (APR) qui génère avec précision des événements de routage à partir du trafic observée, qui sont ensuite traités par le propre nœud et échangés entre les nœuds voisins. Deuxièmement, nous proposons un Mécanisme de Détection d'Intrusion Distribué (MDID) pratique, qui calcule périodiquement des Métriques de mal comportement précises en faisant usage des événements de routage générés et des Contraintes de Routage prédéfinies qui sont extraites à partir du comportement du protocole. Troisièmement, nous proposons un Mécanisme de Consensus Coopérative, qui est déclenché parmi les nœuds voisins si tout comportement malveillant est détecté. Le Mécanisme de Consensus Coopérative analyse les Métriques de mal comportement et partage les Résultats de Détection d'Intrusion parmi les voisins pour traquer la source de l'intrusion. Pour valider notre recherche, nous avons mis en œuvre la solution de détection d'intrusion distribuée en utilisant une plate-forme de réseau mesh virtualisée composé de machines virtuelles (VM - Virtual Machines) interconnectés. Nous avons également implémenté plusieurs attaques de routage pour évaluer la performance des mécanismes de détection d'intrusion / Wireless Mesh Network (WMN) is an emerging technology that is gaining importance among traditional wireless communication systems. However, WMNs are particularly vulnerable to external and insider attacks due to their inherent attributes such as open communication medium and decentralized architecture. In this research, we propose a complete distributed and cooperative intrusion detection system for efficient and effective detection of WMN attacks in real-time. Our intrusion detection mechanism is based on reliable exchange of network events and active cooperation between the participating nodes. In our distributed approach, Intrusion Detection Systems (IDSs) are independently placed at each mesh node to passively monitor the node routing behavior and concurrently monitor the neighborhood behavior. Based on that, we first implement a Routing Protocol Analyzer (RPA) that accuracy generates Routing Events from the observed traffic, which are then processed by the own node and exchanged between neighboring nodes. Second, we propose a practical Distributed Intrusion Detection Engine (DIDE) component, which periodically calculates accurate Misbehaving Metrics by making use of the generated Routing Events and pre-defined Routing Constraints that are extracted from the protocol behavior. Third, we propose a Cooperative Consensus Mechanism (CCM), which is triggered among the neighboring nodes if any malicious behavior is detected. The CCM module analyzes the Misbehaving Metrics and shares Intrusion Detection Results among the neighbors to track down the source of intrusion. To validate our research, we implemented the distributed intrusion detection solution using a virtualized mesh network platform composed of virtual machines (VMs) interconnected. We also implemented several routing attacks to evaluate the performance of the intrusion detection mechanisms

De nos jours, l'authentification dans les réseaux maillés sans fils fait appel aux certificats ou aux secrets partagés. Dans les environnements sans fils, la gestion des certificats est désavantageuse. En effet, les certificats nécessitent le déploiement d'une infrastructure à clés publiques (ICP) et la définition d'une autorité de certification (AC). La AC définit toute une politique qui permet de contrôler la génération, la transmission et la révocation des certificats. Cette politique ne prend pas en considération les limites en termes de puissance et de mémoire que peuvent avoir les stations des clients dans un réseau maillé. Afin de ne pas utiliser les certificats et ne pas déployer une ICP, nous avons étudié dans cette thèse les utilisations possibles de la cryptographie basée sur l'identité (CBI) pour la définition de nouveaux schémas d'authentification pour les réseaux maillés sans fils. La CBI propose de dériver, directement, la clé publique d'une station à partir de son identité. Par conséquent, nous n'avons plus besoin de passer par des certificats pour associer l'identité de la station à sa paire de clés (publique et privée). Par contre, la CBI définit un générateur de clé privée (GCP) qui gère le calcul des clés privées des différentes stations sur le réseau. Par conséquent, ce GCP est capable de réaliser une attaque d'usurpation d'identité (escroc de clés) à l'encontre de toutes les stations légitimes. Pour diminuer le risque de cette attaque, les chercheurs ont tendance à supposer que le GCP est digne de confiance. Dans cette thèse, nous présentons tout d'abord un protocole d'authentification basée sur l'utilisation conjointe d'un mot de passe et de la CBI. En effet, nous proposons d'utiliser le serveur d'authentification de notre réseau maillé comme GCP. Ensuite, nous étudions une liste de mécanismes qui permettent de contrer l'attaque de l'escroc qui caractérise le GCP.

Cette thèse propose une méthode pour l'analyse de problèmes relevant des systèmes complexes physiques ouverts avec des systèmes multi-agents physiques. Cette méthode que nous appelons DIAMOND (Decentralized Iterative Approach for Multiagent Open Networks Design) agence quatre phases en un cycle de vie en spirale. Elle propose d'utiliser, pour le recueil des besoins, des notations d'UML mais elle structure le fonctionnement global du système via une étude de modes de marche et d'arrêt. Elle utilise le raffinement notamment entre le niveau local et le niveau global du système et assemble les comportements individuels et les comportements sociaux tout en identifiant les influences de l'un sur l'autre. Elle guide le concepteur durant la phase de conception générique en utilisant les composants comme unité opératoire. En fin de cycle, le partitionnement logiciel/matériel du système intervient et permet la génération du code ou des descriptions matérielles.<br />Il n'était pas suffisant de proposer une méthode : considérer les composants des systèmes complexes physiques comme des noeuds coopérants d'un réseau sans fil est une démarche attrayante qui peut être vue comme la traduction physique extrême de la décentralisation. De fait, des besoins spécifiques en architectures doivent être traités. Pour cela, nous proposons le modèle MWAC (Multi-Wireless-Agent Communication) qui repose sur l'auto-organisation des entités du système.<br />Ces deux contributions sont exploitées au sein de l'application EnvSys qui a pour objectif l'instrumentation d'un réseau hydrographique.

Ces dernières années, les technologies sans fil ont connu un essor fulgurant. Elles ont permis la mise en place de réseaux sans fil à hautes performances. Les réseaux maillées sans fil (RMSF) sont une nouvelle génération de réseaux sans fil qui offrent des débits élevés par rapport aux réseaux Wi-Fi (Wireless Fidelity) classiques et aux réseaux ad-hoc. Ils présentent de nombreux avantages telles que leur forte tolérance aux pannes, leur robustesse, leur faible coût etc. Les routeurs des RMSF peuvent disposer de plusieurs interfaces radio et chaque interface peut opérer sur plusieurs canaux distincts, c’est des RMSF multiples-radios, multiples-canaux. Ce type de réseau peut accroître de manière considérable les performances des RMSF. Cependant plusieurs problèmes subsistent et doivent être résolus notamment celui du routage. Le routage dans les RMSF demeure un défi majeur. Le but des protocoles de routage est de trouver les meilleures routes i.e. des routes qui maximisent les débits et minimisent les délais, lors de l’acheminement du trafic. La qualité des routes dans les RMSF peut être fortement affectée par les interférences, les collisions, les congestions etc. Alors les protocoles doivent être en mesure de détecter ces problèmes pour pouvoir en tenir compte lors de la sélection des routes. Plusieurs études ont été dédiées aux métriques et aux protocoles de routage dans les RMSF afin de maximiser les performances de celles ci. Mais la plupart ne prennent pas en considération toutes les contraintes telles que les interférences, le problème des stations cachées etc. Ce mémoire propose une nouvelle métrique de routage pour RMSF. Nous avons mis en place une nouvelle métrique de routage pour RMSF appelée MBP (Metric Based on Probabilities). Cette métrique est destinée aux RMSF mono-radio ou multiples-radios. Elle permet d’éviter les routes à forte ii interférence. Les résultats des simulations ont montré que MBP présente des améliorations par rapport à certaines métriques : ETT, WCETT et iAWARE qui sont connues dans le domaine. / In recent years, wireless technologies have developed sharply. They allow the establishment of high performance wireless networks. Wireless Mesh Networks (WMNs) is a new generation of wireless networks that offer high throughput compared to classical Wi-Fi (Wireless Fidelity) or ad-hoc networks. WMNs have attracted significant research due to their features that include dynamic self organization, self configuration, easy maintenance and low cost. WMNs nodes can be equipped with multiples-radios and multiples-channels. This type of network can increase significantly the performance of WMNs. However, several problems must be solved including routing in WMNs. Routing in WMNs is a great challenge. The main goal of routing protocols is to find best paths i.e. paths that maximize throughputs and minimize delays when transmitting packets. Route quality can be strongly affected by interference, collisions, congestions etc. Then protocols should be able to detect these problems and take them into account during route selection. We propose a new routing metric for WMNs, called MBP that captures the impact of intra-flow and inter-flow interference in multi-radio, multi-channel networks. Results show that MBP has better performances than some existing and popular metrics like ETT, WCETT and iAWARE.

Les travaux de cette thèse portent sur l'intégration dans le réseau électrique du limiteur supraconducteur de courant (SCFCL). Un modèle du ruban supraconducteur ont été développé et validé grâce à une comparaison avec des tests expérimentaux. Premièrement, ce modèle a permis le dimensionnement du SCFCL du projet Eoccoflow (projet européen). Dans un deuxième temps, le modèle de SCFCL est intégré dans différents types de réseau. D'une part, l'intégration du SCFCL dans les réseaux haute tension continu maillés rend vraisemblable la protection de tels réseaux. D'autre part, grâce au SCFCL de nouvelles architectures du réseau de distribution sont proposées permettant l'intégration massive de génération distribuée. Cette thèse se clot sur le dimensionnement et les tests d'un SCFCL pour un réseau à taille réduite.

Les réseaux maillés sans fil (RMSF), grâce à leurs caractéristiques avantageuses, sont considérés comme une solution efficace pour le support des services de voix, vidéo et de données dans les réseaux de prochaine génération. Le standard IEEE 802.16-d a spécifié pour les RMSF, à travers son mode maillé, deux mécanismes de planifications de transmission de données; à savoir la planification centralisée et la planification distribuée. Dans ce travail, on a évalué le support de la qualité de service (QdS) du standard en se focalisant sur la planification distribuée. Les problèmes du système dans le support du trafic de voix ont été identifiés. Pour résoudre ces problèmes, on a proposé un protocole pour le support de VoIP (AVSP) en tant qu’extension au standard original pour permettre le support de QdS au VoIP. Nos résultats préliminaires de simulation montrent qu’AVSP offre une bonne amélioration au support de VoIP. / Wireless mesh networks (WMNs), because of their advantageous characteristics, are considered as an effective solution to support voice services, video and data in next generation networks. The IEEE 802.16-d specified for WMNs, through its mesh mode, two mechanisms of scheduling data transmissions; namely centralized scheduling and distributed scheduling. In this work, we evaluated the support of the quality of service (QoS) of the standard by focusing on distributed scheduling. System problems in the support of voice traffic have been identified. To solve these problems, we proposed a protocol for supporting VoIP, called Assisted VoIP Scheduling Protocol (AVSP), as an extension to the original standard to support high QoS to VoIP. Our preliminary simulation results show that AVSP provides a good improvement to support VoIP.

Dans cette thèse, nous étudions le problème joint du routage et de l'attribution des "slots" entre les routeurs et les points d'accès dans les réseaux radio maillés. Nous le modélisons comme un problème de "Round weighting" dont l'objectif est de minimiser la période d'activation des "slots" en assurant une capacité suffisante pour répondre aux demandes de bande passante des routeurs. Résoudre le problème dans son intégralité nécessite la génération d'un ensemble exponentiel de "rounds", ce qui est hors de portée même pour des petits réseaux. Par conséquent, nous développons un modèle mathématique multicritère qui résout le problème en utilisant une méthode de génération de colonnes. Nous observons que le goulot d'étranglement est en général situé autour d'un point d'accès. Nous proposons une méthode pour obtenir des bornes inférieures et des bornes supérieures pour les graphes généraux. Nous appliquons ces méthodes aux grilles obtenant des formules closes pour des demandes uniformes et des stratégies optimales de routage pour des demandes non-uniformes. Motivé par les résultats sur l'existence d'une région limitée capable de représenter le réseau dans sa totalité, on considère une variante du RWP qui traite aussi de l'allocation de bande mais en considérant le SINR dans un réseau CDMA. Nous donnons des conditions suffisantes pour qu'un réseau puisse être réduit à un réseau mono-saut autour du point d'accès. Cela est dû au fait que le problème est convexe. Nous nous intéressons aux solutions optimales pour lesquelles chaque flot dans le goulot reçoit une partie juste de la bande passante disponible.

Les réseaux maillés sans fil (RMSF), grâce à leurs caractéristiques avantageuses, sont considérés comme une solution efficace pour le support des services de voix, vidéo et de données dans les réseaux de prochaine génération. Le standard IEEE 802.16-d a spécifié pour les RMSF, à travers son mode maillé, deux mécanismes de planifications de transmission de données; à savoir la planification centralisée et la planification distribuée. Dans ce travail, on a évalué le support de la qualité de service (QdS) du standard en se focalisant sur la planification distribuée. Les problèmes du système dans le support du trafic de voix ont été identifiés. Pour résoudre ces problèmes, on a proposé un protocole pour le support de VoIP (AVSP) en tant qu’extension au standard original pour permettre le support de QdS au VoIP. Nos résultats préliminaires de simulation montrent qu’AVSP offre une bonne amélioration au support de VoIP. / Wireless mesh networks (WMNs), because of their advantageous characteristics, are considered as an effective solution to support voice services, video and data in next generation networks. The IEEE 802.16-d specified for WMNs, through its mesh mode, two mechanisms of scheduling data transmissions; namely centralized scheduling and distributed scheduling. In this work, we evaluated the support of the quality of service (QoS) of the standard by focusing on distributed scheduling. System problems in the support of voice traffic have been identified. To solve these problems, we proposed a protocol for supporting VoIP, called Assisted VoIP Scheduling Protocol (AVSP), as an extension to the original standard to support high QoS to VoIP. Our preliminary simulation results show that AVSP provides a good improvement to support VoIP.

Les travaux de cette thèse portent sur l'intégration dans le réseau électrique du limiteur supraconducteur de courant (SCFCL). Un modèle du ruban supraconducteur ont été développé et validé grâce à une comparaison avec des tests expérimentaux. Premièrement, ce modèle a permis le dimensionnement du SCFCL du projet Eoccoflow (projet européen). Dans un deuxième temps, le modèle de SCFCL est intégré dans différents types de réseau. D'une part, l'intégration du SCFCL dans les réseaux haute tension continu maillés rend vraisemblable la protection de tels réseaux. D'autre part, grâce au SCFCL de nouvelles architectures du réseau de distribution sont proposées permettant l'intégration massive de génération distribuée. Cette thèse se clot sur le dimensionnement et les tests d'un SCFCL pour un réseau à taille réduite. / This PhD deals with superconducting fault current limiter (SCFCL) network integration. A model of a superconducting tape had been developed and validated in comparison with experimental quench tests. This SCFCL model allowed us to design the SCFCL of the european project Eccoflow. Using this SCFCL model, SCFCLs are integrated in various types of networks. On one hand, SCFCL benefits are first studied in case of meshed HVDC networks. Indeed, the SCFCL makes realistic the protection of such networks. On the other hand, thanks to the SCFCL some new distribution network topologies are suggested in order to increase the distributed generation integration capacity. This PhD ends with the design and the test of a SCFCL in a downsize scale network.