Les réseaux maillés sans fil sont une solution efficace, de plus en plus mise en œuvre en tant qu'infrastructure, pour interconnecter les stations d'accès des réseaux radio. Ces réseaux doivent absorber une croissance très forte du trafic généré par les terminaux de nouvelle génération. Cependant, l'augmentation du prix de l'énergie, ainsi que les préoccupations écologiques et sanitaires, poussent à s'intéresser à la minimisation de la consommation énergétique de ces réseaux. Ces travaux de thèse s'inscrivent dans les problématiques d'optimisation de la capacité et de la minimisation de la consommation énergétique globale des réseaux radio maillés. Nous définissons la capacité d'un réseau comme la quantité de trafic que le réseau peut supporter par unité de temps. Ces travaux s'articulent autour de quatre axes. Tout d'abord, nous abordons le problème d'amélioration de la capacité des réseaux radio maillés de type WIFI où l'accès au médium radio se base sur le protocole d'accès CSMA/CA. Nous mettons en lumière, les facteurs déterminants qui impactent la capacité du réseau, et l'existence d'un goulot d'étranglement qui limite cette capacité du réseau. Ensuite, nous proposons une architecture de communication basée sur l'utilisation conjointe de CSMA/CA et de TDMA afin de résoudre ce problème de goulot d'étranglement. Dans la deuxième partie de cette thèse, nous nous intéressons aux réseaux maillés sans fil basés sur un partage des ressources temps-fréquence. Afin de calculer des bornes théoriques sur les performances du réseau, nous développons des modèles d'optimisation basés sur la programmation linéaire et la technique de génération de colonnes. Ces modèles d'optimisation intègrent un modèle d'interférence SINR avec contrôle de puissance continue et variation de taux de transmission. Ils permettent, en particulier, de calculer une configuration optimale du réseau qui maximise la capacité ou minimise la consommation d'énergie. Ensuite, dans le troisième axe de recherche, nous étudions en détail le compromis entre la capacité du réseau et la consommation énergétique. Nous mettons en évidence plusieurs résultats d'ingénierie nécessaires pour un fonctionnement optimal d'un réseau maillé sans fil. Enfin, nous nous focalisons sur les réseaux cellulaires hétérogènes. Nous proposons des outils d'optimisation calculant une configuration optimale des stations de base qui maximise la capacité du réseau avec une consommation efficace d'énergie. Ensuite, afin d'économiser l'énergie, nous proposons une heuristique calculant un ordonnancement des stations et leur mise en mode d'endormissement partiel selon deux stratégies différentes, nommées LAFS et MAFS.

Les réseaux maillés sans fil sont une solution efficace, de plus en plus mise en œuvre en tant qu’infrastructure, pour interconnecter les stations d’accès des réseaux radio. Ces réseaux doivent absorber une croissance très forte du trafic généré par les terminaux de nouvelle génération. Cependant, l’augmentation du prix de l’énergie, ainsi que les préoccupations écologiques et sanitaires, poussent à s’intéresser à la minimisation de la consommation énergétique de ces réseaux. Ces travaux de thèse s’inscrivent dans les problématiques d’optimisation de la capacité et de la minimisation de la consommation énergétique globale des réseaux radio maillés. Nous définissons la capacité d’un réseau comme la quantité de trafic que le réseau peut supporter par unité de temps. Ces travaux s’articulent autour de quatre axes. Tout d’abord, nous abordons le problème d’amélioration de la capacité des réseaux radio maillés de type WIFI où l’accès au médium radio se base sur le protocole d’accès CSMA/CA. Nous mettons en lumière, les facteurs déterminants qui impactent la capacité du réseau, et l’existence d’un goulot d’étranglement qui limite cette capacité du réseau. Ensuite, nous proposons une architecture de communication basée sur l’utilisation conjointe de CSMA/CA et de TDMA afin de résoudre ce problème de goulot d’étranglement. Dans la deuxième partie de cette thèse, nous nous intéressons aux réseaux maillés sans fil basés sur un partage des ressources temps-fréquence. Afin de calculer des bornes théoriques sur les performances du réseau, nous développons des modèles d’optimisation basés sur la programmation linéaire et la technique de génération de colonnes. Ces modèles d’optimisation intègrent un modèle d’interférence SINR avec contrôle de puissance continue et variation de taux de transmission. Ils permettent, en particulier, de calculer une configuration optimale du réseau qui maximise la capacité ou minimise la consommation d’énergie. Ensuite, dans le troisième axe de recherche, nous étudions en détail le compromis entre la capacité du réseau et la consommation énergétique. Nous mettons en évidence plusieurs résultats d’ingénierie nécessaires pour un fonctionnement optimal d’un réseau maillé sans fil. Enfin, nous nous focalisons sur les réseaux cellulaires hétérogènes. Nous proposons des outils d’optimisation calculant une configuration optimale des stations de base qui maximise la capacité du réseau avec une consommation efficace d’énergie. Ensuite, afin d’économiser l’énergie, nous proposons une heuristique calculant un ordonnancement des stations et leur mise en mode d’endormissement partiel selon deux stratégies différentes, nommées LAFS et MAFS. / Wireless mesh networks (WMN) are a promising solution to support high data rate and increase the capacity provided to users, e.g. for meeting the requirements of mobile multimedia applications. However, the rapid growth of traffic load generated by the terminals is accompanied by an unsustainable increase of energy consumption, which becomes a hot societal and economical challenges. This thesis relates to the problem of the optimization of network capacity and energy consumption of wireless mesh networks. The network capacity is defined as the maximum achievable total traffic in the network per unit time. This thesis is divided into four main parts. First, we address the problem of improvement of the capacity of 802.11 wireless mesh networks. We highlight some insensible properties and deterministic factors of the capacity, while it is directly related to a bottleneck problem. Then, we propose a joint TDMA/CSMA scheduling strategy for solving the bottleneck issue in the network. Second, we focus on broadband wireless mesh networks based on time-frequency resource management. In order to get theoretical bounds on the network performances, we formulate optimization models based on linear programming and column generation algorithm. These models lead to compute an optimal offline configuration which maximizes the network capacity with low energy consumption. A realistic SINR model of the physical layer allows the nodes to perform continuous power control and use a discrete set of data rates. Third, we use the optimization models to provide practical engineering insights on WMN. We briefly study the tradeoff between network capacity and energy consumption using a realistic physical layer and SINR interference model. Finally, we focus on capacity and energy optimization for heterogeneous cellular networks. We develop, first, optimization tools to calculate an optimal configuration of the network that maximizes the network capacity with low energy consumption. We second propose a heuristic algorithm that calculates a scheduling and partial sleeping of base stations in two different strategies, called LAFS and MAFS.

Le récent développement des appareils portatifs possédant une interface Wi-Fi (smartphones, tablettes et « wearables ») s'accompagne d'une menace sur la vie privée de leurs utilisateurs, et sur la société toute entière. Ces appareils émettent en continu des signaux pouvant être capturés par un attaquant passif, à l'aide de matériel peu coûteux et de connaissances basiques. Ces signaux contiennent un identifiant unique appelé l'adresse MAC. Pour faire face à cette menace, les acteurs du secteur déploient actuellement une contre-mesure sur les appareils récents: le changement aléatoire de l'adresse MAC. Malheureusement, nous montrons que cette mesure, dans son état actuel, n'est pas suffisante pour empêcher le traçage des appareils. Pour cela, nous introduisons plusieurs attaques basées sur le contenu et la répartition temporelle des signaux. En complément, nous étudions les implémentations du changement aléatoire de l'adresse MAC sur des appareils récents, et trouvons un certain nombre de manquements limitant l'efficacité de ces implémentations à prévenir le traçage. En parallèle, nous effectuons deux études de terrain. La première s'attaque au développement des acteurs exploitant les problèmes cités plus haut afin d'installer des systèmes de traçage basés sur le Wi-Fi. Nous listons certaines de ces installations et examinons plusieurs aspects de ces systèmes : leur régulation, les implications en terme de vie privée, les questions de consentement et leur acceptation par le public. La seconde étude concerne la progression du changement aléatoire d'adresse MAC dans la population des appareils. Finalement, nous présentons deux outils : le premier est un système de traçage expérimental développé pour effectuer des tests et sensibiliser le public aux problèmes de vie privée liés à de tels systèmes. Le second estime l'unicité d'un appareil en se basant sur le contenu des signaux qu'il émet, même si leur identifiant est modifié. / The recent spread of everyday-carried Wi-Fi-enabled devices (smartphones, tablets and wearable devices) comes with a privacy threat to their owner, and to society as a whole. These devices continuously emit signals which can be captured by a passive attacker using cheap hardware and basic knowledge. These signals contain a unique identifier, called the MAC address. To mitigate the threat, device vendors are currently deploying a countermeasure on new devices: MAC address randomization. Unfortunately, we show that this mitigation, in its current state, is insufficient to prevent tracking. To do so, we introduce several attacks, based on the content and the timing of emitted signals. In complement, we study implementations of MAC address randomization in some recent devices, and find a number of shortcomings limiting the efficiency of these implementations at preventing device tracking. At the same time, we perform two real-world studies. The first one considers the development of actors exploiting this issue to install Wi-Fi tracking systems. We list some real-world installations and discuss their various aspects, including regulation, privacy implications, consent and public acceptance. The second one deals with the spread of MAC address randomization in the devices population. Finally, we present two tools: an experimental Wi-Fi tracking system for testing and public awareness raising purpose, and a tool estimating the uniqueness of a device based on the content of its emitted signals even if the identifier is randomized.