Le réseau de capteurs sans fil (WSN) est un des protagonistes contribuant à l’évolution et au développement de l’Internet des objets (IoT). Plusieurs cas d’usage peuvent être trouvés dans les différents domaines comme l’industrie du transport maritime où le fret conteneurisé compte environ pour 60% du commerce mondial. Dans ce contexte, la société TRAXENS a développé un dispositif radio alimenté par batterie appelé TRAX-BOX et conçu pour être fixé aux containeurs dans l’objectif de les traquer et les surveiller tout au long de la chaine logistique. Dans cette thèse, je vais présenter une nouvelle pile protocolaire WSN appelée TRAX-NET et conçue pour permettre aux TRAX-BOX de s’auto-organiser dans un réseau sans fil et coopérer pour délivrer les données acquises au serveur TRAXENS d’une façon énergiquement efficiente. Les résultats des simulations et des tests sur le terrain montrent que TRAX-NET est bien optimisé pour les différents scenarios pour lesquels il a été développé et satisfait les exigences de l’application concernée mieux que les autres solutions étudiées dans la littérature. TRAX-NET est une solution complète et adaptée au suivi des conteneurs de fret de par le monde. / Wireless Sensor Networks (WSN) is one of the protagonists contributing to the evolution and the development of the Internet of Things (IoT). Several use cases can be found today in the different fields of the modern technology including the container shipping industry where containerized cargo accounts for about 60 percent of all world seaborne trade. In this context, TRAXENS developed a battery-powered device named TRAX-BOX designed to be attached to the freight containers in order to track and monitor the shipping goods along the whole supply chain. In this thesis, we present a new energy-efficient self-organizing WSN protocol stack named TRAX-NET designed to allow the TRAX-BOX devices to cooperate to deliver the sensed data to the TRAXENS platform.The results of simulations and field tests show that TRAX-NET well perform in the different scenarios in which it is supposed to operate and better fulfil the requirements of the assumed application in comparison with the existing schemes.

Avec les larges déploiements de multiples technologies sans fil, les terminaux informatiques mobiles bénéficient d'une connectivité presque permanente, changeant de réseaux d'accès au gré de leurs déplacements. Ceci pose cependant le problème de la sélection de ces réseaux, afin de fournir les meilleures performances. Cette mobilité risque aussi d'impacter la qualité des applications, souvent en raison lors des " handovers " d'un réseau à l'autre, ou de la disparité des caractéristiques des réseaux d'accès. Pour aborder ces problèmes, cette thèse introduit trois éléments de contrôle (observation, décision, action) pour permettre une meilleure utilisation des ressources réseau par les équipements mobiles. Nous introduisons d'abord un mécanisme de décision qui utilise directement les métriques pertinentes pour les utilisateurs et les applications, plutôt que l'approche indirecte classique basée sur les métriques réseau. Ce mécanisme contrôle de manière coordonnée l'ensemble de la pile protocolaire, plutôt que des composants séparés, afin d'éviter des combinaisons conflictuelles. Nous démontrons que la flexibilité des paramètres applicatifs peut être exploitée et permet de maintenir une qualité élevée pour les applications tout en réduisant les coûts d'accès (énergétique et financier). Un élément d'action pour atténuer les perturbations lors des handovers est ensuite proposé sous la forme d'une extension au TCP-Friendly Rate Control mechanism (TFRC). Nous proposons de suspendre la transmission avant la déconnexion, puis de sonder le réseau après reconnexion. Nous montrons que cela permet un rétablissement plus rapide et une meilleure adaptabilité aux conditions du nouveau réseau. Son usage en combinaison avec le Datagram Congestion Control Protocol (DCCP) offre un meilleur support aux applications temps-réel, dont la qualité dépend de la vitesse de transmission immédiate. Finalement, nous proposons l'usage de la OMF Measurement Library (OML), une bibliothèque légère d'instrumentation et de rapport, comme élément d'observation. Pour évaluer la validité de cette proposition, nous étudions sa performance. Nous montrons qu'elle n'a pas d'impact significatif sur les applications instrumentées et qu'elle permet un suivi précis des métriques idoines.

Cette thèse démontre l'importance des informations réseau inter-couche pour les applications réseaux. Cette dissertation présente une nouvelle architecture de contrôle d'accès dans laquelle le contrôleur est mutualisé dans le Cloud. Cette architecture permet d'adresser un marché clé pour des clients ne pouvant acheter du matériel spécialisé. Plusieurs verrous techniques ont du être résolus pour pouvoir implémenter cette architecture, en effet les informations du réseau privé ne sont plus disponible au niveau du contrôleur ce qui l'empêche de correctement contrôler l'activité des utilisateurs. Une première implémentation est présentée dans le chapitre 2, elle utilise des équipements spécialisés capable d'interagir avec le contrôleur centralisé. Cette implémentation comportant des faiblesses, nous nous sommes intéressés à une approche par réseaux logiciels. Une solution innovante pour partager des informations inter-couche à l'extérieur d'un réseau SDN est présentée dans le chapitre 3. Elle permet d'intercepter et de modifier des flux de données utilisateurs à la volée afin de transmettre des informations à l'intérieur de la couche applicative. Cette solution a été implémentée dans le contrôleur OpenDaylight et montre des résultats très encourageants. Couplée au contrôleur centralisé, cette solution permet de fournir une solution complète de contrôle d'accès réseau qui est simple à déployer et configurer et extensible aisément. / This thesis presents the importance of cross-layer network information for network applications in the context of network access control. The dissertation exposes a novel architecture in which a network access controller is mutualized in the Cloud. This architecture allows to address a key market segment for clients unwilling to buy expensive hardware to control their network. Multiple challenges come into play when hosting the controller remotely. Indeed cross-layer information are no longer available which prevents the controller from correctly controlling users activity. A first implementation to share cross-layer information is presented in chapter 2. It leverages specialized session border controllers to send these data in the application protocol, here HTTP. Then chapter 3 presents an innovative solution for the cross-layering problem which allows to intrumentalize network flows with SDN protocols. The solution focuses on a web portal redirection but is extendable to any kind of protocols. The implementation permits to intercept and modify flows in order to input cross-layer data within another network protocol. This solution was implemented in the OpenDaylight OpenFlow controller and shows great results. The mutualized approach coupled with the SDN cross-layer framework allow to build flexible networks with almost no configuration of on-site equipments. The central network controller reduces the overal cost of the solution by being mutualized among multiple clients. Moreover, having the ability to intrumentalize network traffic in software allows to implement any kind of custom behavior on the runtime.