Les réseaux à radios cognitives sont des réseaux émergeants donnant une possibilité d'accès dynamique au spectre dans le but de l'utiliser de façon plus efficace. Le problème de routage dans ce type de réseaux est assez complexe vu l'aspect dynamique et flexible d'un environnement cognitif opportuniste. Notre travail consiste à suggérer une solution de routage efficace et performante en débit et délai de transmission de bout en bout. Dans ce mémoire, nous proposons un nouveau protocole de routage réactif en s'inspirant des protocoles de routage déjà existant dans les réseaux sans fil classiques car ils présentent une grande maturité. Les simulations effectuées démontrent que l'algorithme permet d'atteindre un débit de transmission élevé avec un petit délai de transmission de bout en bout, ainsi qu'un bon maintien de chemins face à l'activation de transmission d'utilisateurs primaires. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : réseaux à radios cognitives, routage réactif, multi-interface, utilisateur primaire, utilisateur secondaire.

Le but de ce mémoire est de concevoir une nouvelle version du protocole de découverte de services UPnP (Universal Plug and Play) qui pourra fonctionner dans les réseaux ad-hoc. UPnP est un protocole de découverte et de contrôle automatiques de services sur les réseaux fixes filaires et sans fil. Il est auto configurable et basé sur des protocoles standards. Le SEDIRAN (Service Discovery and Interaction with Routing Protocols in Ad-hoc Network) est un protocole de découverte de services dans les réseaux ad-hoc qui est au-dessus du protocole de routage réactif AODV (Ad-hoc On Demand Distance Vector). Dans ce mémoire, nous exposons les différents protocoles de découverte de services dans les réseaux filaires ainsi que la problématique de la découverte de services dans les réseaux ad-hoc et quelques protocoles existants. Puis, nous détaillons le protocole de découverte de services dans les réseaux filaires et sans fil avec points fixes UPnP et qui fait l'objet d'une modification pour étendre son champ d'utilisation dans les réseaux ad-hoc et nous détaillons le protocole de découverte de services dans les réseaux ad-hoc SEDIRAN. Finalement, nous présentons la stratégie, le principe de fonctionnement et le prototype du nouveau protocole de découverte de services dans les réseaux ad-hoc avec le protocole UPnP.

Au cours de la dernière décennie, un intérêt remarquable a été éprouvé en matière des réseaux ad hoc sans fil capables de s'organiser sans soutien des infrastructures. L'utilisation potentielle d'un tel réseau existe dans de nombreux scénarios, qui vont du génie civil et secours en cas de catastrophes aux réseaux de capteurs et applications militaires. La Fonction de coordination distribuée (DCF) du standard IEEE 802.11 est le protocole dominant des réseaux ad hoc sans fil. Cependant, la méthode DCF n'aide pas à profiter efficacement du canal partagé et éprouve de divers problèmes tels que le problème de terminal exposé et de terminal caché. Par conséquent, au cours des dernières années, de différentes méthodes ont été développées en vue de régler ces problèmes, ce qui a entraîné la croissance de débits d'ensemble des réseaux. Ces méthodes englobent essentiellement la mise au point de seuil de détecteur de porteuse, le remplacement des antennes omnidirectionnelles par des antennes directionnelles et le contrôle de puissance pour émettre des paquets adéquatement. Comparées avec les antennes omnidirectionnelles, les antennes directionnelles ont de nombreux avantages et peuvent améliorer la performance des réseaux ad hoc. Ces antennes ne fixent leurs énergies qu'envers la direction cible et ont une portée d'émission et de réception plus large avec la même somme de puissance. Cette particularité peut être exploitée pour ajuster la puissance d'un transmetteur en cas d'utilisation d'une antenne directionnelle. Certains protocoles de contrôle de puissance directionnel MAC ont été proposés dans les documentations. La majorité de ces suggestions prennent seulement la transmission directionnelle en considération et, dans leurs résultats de simulation, ces études ont l'habitude de supposer que la portée de transmission des antennes omnidirectionnelles et directionnelles est la même. Apparemment, cette supposition n'est pas toujours vraie dans les situations réelles. De surcroît, les recherches prenant l'hétérogénéité en compte dans les réseaux ad hoc ne sont pas suffisantes. Le présent mémoire est dédié à proposer un protocole de contrôle de puissance MAC pour les réseaux ad hoc avec des antennes directionnelles en prenant tous ces problèmes en considération. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Réseaux ad hoc, Antennes directives, Contrôle de puissance.

Dans un contexte de besoins croissants de moyens de communication pour augmenter la sécurité des vols et répondre aux attentes des compagnies et des passagers, le monde de l'aviation civile cherche de nouveaux systémes de communication pouvant répondre à ces objectifs. Les réseaux ad-hoc aéronautiques, AANET (Aeronautical Ad hoc NETworks) représentent une approche innovante pour répondre à cette problématique. Il s'agit de réseaux auto-configurés, n'utilisant pas d'infrastructure fixe et dont la spécificité réside dans le fait que les nfiuds composant le réseau sont des avions commerciaux. Les AANET peuvent être vus comme un sous ensemble des VANET (Vehicular Ad-Hoc Networks) puisqu'ils partagent de nombreuses caractéristiques comme les contraintes imposées sur les trajectoires. Afin d'utiliser le plus eficacement ces réseaux mobiles tout en répondant aux besoins de nouvelles applications, telle que l'information météorologique temps réel sur des phénoménes dangereux, qui nécessitent des communications d'avion à avion, la proposition avancée dans cette thése est d'utiliser le paradigme du routage basé sur le contenu au dessus des AANET. Dans ce type de routage, ce n'est plus une adresse de destination qui est utilisée pour joindre le ou les correspondants, mais le contenu du message qui permet de décider des destinataires. Dans ce paradigme, un émetteur envoi un message possédant des attributs et le message est alors transmis par le réseau uniquement aux terminaux intéressés par le contenu du message. Appliqué à l'information météorologique, cette approche permet à un aéronef détectant un phénoméne dangereux tel qu'un orage de prévenir uniquement les avions intéressés par cet événement, c'est à dire ceux dont la trajectoire passe prés de l'orage dans le temps de vie du phénoméne. Dans cette thése, nous avons choisi de nous appuyer sur le paradigme populaire de publication/souscription (P/S) pour fournir un service de routage basé sur le contenu. Dans cette approche, des éditeurs publient des événements et des nfiuds envoient des abonnements pour déclarer les contenus qui les intéressent au systéme qui est alors en charge de leur faire suivre les événements répondant à leur demande. Aprés un état de l'art sur les systémes P/S existants, notamment ceux adaptés aux VANET, nous avons choisi de tester des solutions paraissant intéressantes dans un contexte AANET. Pour cela, nous avons développé sous Omnet++ un module de mobilité utilisant des reports de position réels afin de rejouer des journées complétes de trafic d'avions réels, ainsi que plusieurs applications aéronautiques s'appuyant sur un systéme P/S permettant de générer des données réalistes. Les résultats montrent que ces solutions ne sont pas complétement adaptées pour un contexte AANET. C'est pourquoi, dans un second temps, nous avons proposé un nouveau systéme P/S pour les AANET. Cette solution s'appuie sur une architecture recouvrante ("overlay network") construite à l'aide d'un algorithme original de regroupement à 1-saut (1-hop clusterisation) adapté aux AANET. Afin de favoriser la stabilité de l'architecture recouvrante, cet algorithme s'appuie sur le nombre de voisins et la mobilité relative entre les nfiuds voisins pour définir les groupes. Les tests réalisés montrent que le systéme P/S s'appuyant sur cette surcouche ofire de meilleurs résultats que les solutions testées précédemment, que ce soit en termes de charge réseau ou de pourcentage d'événements délivrés. / In a context of growing needs of communication means to increase ight safety and meet the expectations of companies and passengers, the world of civil aviation seeks new communication systems that can meet these objectives. The Aeronautical Ad-Hoc Networks, AANETs represent an innovative approach to address this problem. It is self-configured networks, using no fixed infrastructure where the nodes are commercial aircraft. The AANETs can be seen as a subset of the VANET (Vehicular Ad-Hoc Networks) since they share many features as the constraints imposed on the trajectories. In order to use these mobile networks more eficiently while meeting the needs of new applications, such as the transmission of weather information in real time, requiring air to air communications. , we propose in this thesis to use the paradigm of content based routing above AANET. In this kind of routing, it is not a destination address that is used to identify the recipients, but the message content itself. In this paradigm, a transmitter sends a message having attributes and the message is then transmitted by the network to nodes interested by the content of the message. Applied to weather information update, this approach allows an aircraft detecting a dangerous phenomenon such as a thunderstorm to only prevent interested nodes, ie those whose the trajectorycome close to the storm during the lifetime of the event. In this thesis, we have chosen to rely on the popular Publish / Subscribe (P/S) paradigm to provide a content based routing service. In this approach, publishers publish events. On the other side, nodes send subscriptions to declare their interest and the system is then in charge of forward events to nodes that match their needs. After a state of the art about existing P / S systems, particularly those adapted to VANETs, we choose to test the solutions seemed interesting in a AANET context. To accomplish this, we have developed as a Omnet ++ mobility model using real position reports to replay a full day of trafic of aircraft and several aeronautical applications based on a P / S system to generate realistic data. The results show that these solutions are not completely suitable for AANET context. Therefore, in a second step, we proposed a new P / S system which is more eficient on a AANET. This solution is based on an overlay network built thanks to a new of 1-hopping clustering algorithm suitable for AANET. In order to increase the stability of the overlay architecture, this algorithm is based on the number of neighbors and the relative mobility between the nodes to define groups. The tests show that the P/S system based on this overlay provides better results than the previously tested solutions, whether in terms of network load or percentage of transmitted events.

Les réseaux ad hoc sont des réseaux distribués, auto-organisés ne nécessitant pas d'infrastructure. Les entités formant un tel réseau doivent collaborer afin d'assurer le bon fonctionnement des services réseaux, tel que le routage. Dans un tel environnement, de nombreux algorithmes développés pour le monde filaire ne peuvent être adaptés de façon naïve sans entraîner une congestion importante du réseau qui va réduire son efficacité. Notre travail de thèse se penche sur l'étude de la gestion de services. En effet, sans application, le développement d'une architecture comme les réseaux ad hoc est inutile. La gestion de services consiste à fournir tout les moyens possibles pour faciliter et rendre fiable l'utilisation d'applications distribuées. Nos travaux contribuent à l'étude de deux points précis de la gestion de services. Premièrement, nous fournissons un algorithme permettant de répartir efficacement une information dans le réseau en sélectionnant certains objets du réseau pour être des réplicats de l'information. Cet algorithme peut alors être utilisé pour publier les informations relatives à un service afin de permettre sa recherche. Deuxièmement, nous avons étudié la prédiction de déconnexion entrainée par la mobilité des noeuds. Nous proposons trois solutions basées sur la recherche d'ensemble de chemins disjoints, la recherche de liens critiques et la recherche de noeuds critiques. Les recherches que nous proposons sont entièrement réalisées à partir d'informations locales. Les résultats obtenus fournissent une base au développement d'un gestionnaire de services distribués. De plus, certains de nos algorithmes (comme la recherche d'ensembles de chemins disjoints) peuvent être réutilisés dans d'autres applications, comme le routage QoS multi-chemins.

La mobilité est une composante importante de la liberté des personnes. L'évolution des moyens technologiques y contribue au premier chef. Outre la question du transport, celle du maintien du lien entre les individus est en ce sens particulièrement prégnante. Elle a mis à rude épreuve la notion de réseaux de télécommunications puisqu'il s'agit de répondre, pour des individus éparpillés ou concentrés, mais mobiles, au besoin de rester reliés. De l'ère des réseaux analogiques à celle des réseaux numériques, de l'ère des réseaux filaires à celle des réseaux sans fil et mobiles, la technologie n'a cessé d'évoluer. Ces dernières décennies ont vu apparaître des réseaux numériques sans fil, où non seulement il y a mobilité des utilisateurs mais aussi mobilité de l'infrastructure du réseau à laquelle ils contribuent. Ces réseaux se constituent de façon spontanée. Ils se maintiennent de manière autonome. On les désigne par le terme réseaux ad hoc mobiles (en anglais Mobile Ad hoc Networks ou MANET) qui s'oppose naturellement à celui de réseaux à infrastructure. La sécurité est une préoccupation générale des êtres humains. Ils en ressentent aussi le besoin en matière de réseaux. Ce besoin est particulièrement criant lorsque sont échangées des données critiques, financières ou stratégiques. La confidentialité des échanges, l'authentification des sources, l'assurance d'intégrité, la prévention de la récusation sont autant d'objectifs qu'il faut alors atteindre. Diverses solutions de sécurité ont été conçues dans cette optique pour les réseaux filaires puis ont ensuite été adaptées aux réseaux sans-fil et mobiles. Les architectures AAA (Authentication, Authorization, Accounting) en font partie. Elles sont en général utilisées dans un contexte commercial. Tant par leur facilité de déploiement que par la baisse des coûts de mise en œuvre qu'ils engendrent, les réseaux ad hoc mobiles, après avoir bien servi dans le domaine militaire, semblent avoir un avenir dans les applications commerciales. C'est pourquoi, nous nous proposons dans cette thèse de concevoir une architecture AAA adaptée aux spécificités de ces réseaux. Nous étudions d'abord les réseaux ad hoc mobiles et leurs caractéristiques. Ensuite, nous présentons les solutions de sécurité qui existent dans les réseaux à infrastructure. Nous examinons, en particulier, les solutions qui permettent le contrôle d'accès et dont sont engendrées les architectures AAA. Les solutions AAA proposées pour les MANETs sont par la suite analysées et classifiées afin de déterminer les manques et les vulnérabilités. Cette étude approfondie nous amène à proposer une architecture AAA répondant aux attentes identifiées. C'est une architecture distribuée qui répond, en particulier, au besoin d'autonomie des opérations dans les MANETs et où les protocoles exécutés peuvent impliquer simultanément plus de deux parties. Un ensemble de protocoles et de mécanismes d'authentification et d'autorisation s'intégrant avec la suite des protocoles IPv6 a été proposé. Leur sécurité a été discutée. Celle, en particulier du protocole d'authentification a fait l'objet de validation formelle. Contrairement aux protocoles utilisés dans la phase d'autorisation des services AAA proposés, le mode de communication multi-parties et multi-sauts du protocole d'authentification nous a poussé à mener une analyse approfondie de ses performances. Pour cela, nous avons eu recours, dans un premier temps, à la modélisation au moyen de calculs mathématiques explicites ensuite à la simulation. Les résultats obtenus montrent que ce protocole passe à l'échelle d'un MANET comprenant au moins cent nœuds. Dans certaines conditions d'implémentation que nous avons définies, ses performances, tant celle liée à sa probabilité de terminaison avec une issue favorable que celle portant sur son temps d'exécution, atteignent des valeurs optimales.

Dans un contexte de besoins croissants de moyens de communication pour augmenter la sécurité des vols et répondre aux attentes des compagnies et des passagers, le monde de l’aviation civile cherche de nouveaux systèmes de communication pouvant répondre à ces objectifs. Les systèmes de communication sol-bord existants, que ce soit les solutions par satellites en bande L (SATCOM, ...) ou les solutions cellulaires par liaison directe avec le sol (HF, VHF, ...), présentent des limites en terme de capacité, de couverture et de coût.La proposition avancée dans le cadre de cette thèse est d’utiliser les avions comme relais afin de propager les données jusqu’à une station sol. Ce système peut être vu comme un réseau ad hoc mobile dont les nœuds sont les avions civils en vol. Grâce à plusieurs sauts successifs au travers d’avions relais, chaque avion doit pouvoir joindre le sol sans être à portée directe d’une station. Le réseau ad hoc ainsi formé peut ensuite être utilisé pour différentes classes de communications : contrôle aérien, services pour les compagnies aériennes ou pour les passagers. Une telle solution permettrait d’améliorer la couverture des solutions cellulaires classiques en zone continentale. Elle est également applicable en zone océanique où les seuls moyens disponibles sont actuellement le satellite et la HF. On peut imaginer que les coûts de déploiement et de maintenance seraient relativement bas puisque l’infrastructure sol est limitée.Dans cette thèse, nous avons étudié la faisabilité puis les performances qui peuvent être attendues pour ce système de communication aéronautique innovant. / In the current aeronautical communications context, there is an increasing interest in offering new services to civil aircraft. For instance, airlines are looking into new solutions to back up flight data and cockpit voice records during the flight, or to provide more accurate meteorological data to pilots. Being able to offer Internet access to passengers is also a major demand from these companies. All these services represent new types of air-ground communications that require newcommunication systems. Indeed, traditional datalink systems are based on a direct airground link (e.g. VDL Mode 2) or on a satellite link (e.g. L-Band Inmarsat satellites).They all have limits in terms of capacity, coverage and cost. In this thesis, we study aeronautical ad hoc networks. They have recently been proposedas a new solution for future air-ground communications. The idea of such networks is to introduce wireless links between aircraft. This system can be seen as a mobile ad hoc network whose nodes are civil aircraft in flight. Each aircraft is able to act as a router to send data hop-by-hop to the destination. Such a solution would improve the coverage of conventional cellular solutions in continental area. It is also applicable to oceanic areas, where the only available solutions are now satellite and HF. The costs of deployment and maintenance would be relatively low because the ground infrastructure is limited. In this thesis, the feasibility of this innovative aeronautical communication system is investigated. A simulation tool has been developed to study the network connectivity, based on actual aircraft positions data both in continental and oceanic airspace.

Cette thèse examine les problématiques de sécurité liées à la protection du routage dans les réseaux ad hoc (MANETs). La thèse classifie les différentes attaques qui peuvent être portées et examine en détail le cas du protocole OLSR (Optimized Link State Routing). Une architecture de sécurisation basée sur l'ajout d'une signature numérique est étudiée et proposée. D'autres contre-mesures plus élaborées sont également présentées. Ces dernières incluent: la réutilisation d'informations topologiques précédentes pour valider l'état de lien actuel, l'évaluation de la véridicité des messages par analyse croisée avec la position géographique d'un noeud, et la détection des comportements suspects à l'intérieur du réseau par le contrôle de cohérence des flux ou l'écoute passif. La thèse analyse aussi les problèmes pratiques liées à la choix de l'algorithme de signature et la distributions des clés cryptographiques, et propose aussi des parades même en présence de noeuds compromis.

Important sujet de recherche dans les télécommunications contemporaines, les réseaux de capteurs sont des réseaux sans fil constitués de plusieurs nœuds pouvant communiquer entre eux. Chaque capteur est autonome et possède une durée de vie limitée, liée à la taille de sa batterie. Dans ce contexte, l'énergie est une ressource critique qui peut être économisée en minimisant le nombre de paquets émis. De part la nature du médium radio, les données transmises subissent des pertes du canal. La fiabilisation de données dans ce contexte n'est pas simple et devient d'autant plus problématique lorsque la taille de réseau augmente. C'est dans ce contexte que s'inscrit cette thèse qui vise à fournir une technique de fiabilisation des transmissions dans un réseau de capteur. Pour cela, nous proposons de mettre en oeuvre un mécanisme de transmission qui exploite le code fontaine. Ce code est sans rendement et les symboles de redondance sont générés à la volée. Il permet de fiabiliser la transmission avec l'utilisation d'un canal de retour limité. Le code fontaine permet d'alléger le mécanisme de contrôle des transmissions tout en assurant un lien complètement fiable, ce qui permet de réduire la latence et la consommation énergétique d'une transmission. Afin d'optimiser la performance globale du réseau, nous étudions également dans cette thèse le cas où les nœuds sont autorisés à coopérer pour le relayage multi-sauts de paquets destinés à des nœuds distants. Nous montrons dans cette thèse que la technique de codage réseau permet d'introduire de la diversité d'information et ainsi d'améliorer la performance globale de transmissions multi-sauts mono-chemin. Ce résultat a été étendu à la transmission coopérative pour laquelle nous avons à la fois pu exploiter la diversité d'information et la diversité spatiale.

Un réseau ad hoc est un réseau sans-fil spontané de terminaux mobiles. S'il est connecté à Internet, il constitue un réseau hybride. Dans cette thèse, nous nous sommes intéressés à la création d'une couche d'auto-organisation, pré-requis selon nous à une utilisation efficace du réseau. L'ensemble des contributions présentées ici expliquent comment structurer un réseau ad hoc et mettent en exergue l'utilité d'une telle organisation. <br /><br />Nous avons proposé une auto-organisation formant plusieurs niveaux de hiérarchie et facilitant la diffusion d'information. Les algorithmes ont été intiment liés pour une maintenance optimisée. Cette structure a été validée à l'aide de simulations, analytiquement et dans un environnement radio réel. Des propriétés de robustesse, de persistance, d'auto-stabilisation et de passage à l'échelle ont notamment été mises en exergue. Cette auto-organisation ne constituant aucunement une fin en soi, nous avons également proposé des protocoles de routage et de localisation s'appuyant sur la structure virtuelle, s'inspirant largement des protocoles actuels tout en améliorant leur passage à l'échelle et performances.