Le cadre de cette thèse est l'étude des systèmes contrôlés en réseau sans fil (SCRSF) qui utilise la technologie IEEE 802.15.4. Le premier objectif est d'étudier la pertinence de l'utilisation du réseau de type IEEE 802.15.4 pour les SCRSF puis de proposer et d'évaluer des mécanismes pour garantir la Qualité de Service (QdS) offerte par le réseau au système contrôlé. Nous analysons l'utilisation des slots temporels réservés (GTS) dans le cadre des SCRSF et les contraintes qui en découlent. De plus, nous proposons des mécanismes de gestion de la QdS avec priorité aussi bien pour le mode avec balise que pour le mode sans balise du protocole IEEE 802.15.4. Ces propositions ont été validées par des simulations et une partie de manière analytique. Notre deuxième objectif est de concevoir, d'une manière conjointe, les SCRSF pour pouvoir régler en ligne la QdS offerte par le réseau en fonction de la Qualité de Contrôle (QdC) du système contrôlé. Nous proposons des protocoles d'adaptation en ligne de la QdS du réseau qui prennent en compte la QdC du système contrôlé. Ces protocoles ont été validés par simulations et une implémentation réelle de chacun d'eux est proposée / In this thesis, we study wireless networked control systems (WNCS) which use the IEEE 802.15.4 technology. The first objective is to study the pertinence of the use of the IEEE 802.15.4 for the WNCS, then to propose and evaluate QoS management mechanisms which guarantee the Quality of Service (QoS) offered by network to the controlled system. We analyse the use of the guaranteed temporel slots (GTS) for WNCS and in which conditions it is possible. We propose QoS management mechanisms with priority for both the beacon enabled mode and the non-beacon enabled mode of the IEEE 802.15.4 protocol. These proposals are validated through simulations and partially with analytical approach. The second objective is to design the WNCS so that the QoS offered by the network is adated online depending on the Quality of Control (QoC) on the controlled system. We propose QoS online adaptation protocols which take as parameter the QoC of the system. These protocols are validated through simulations and a realistic implementation of them is proposed

Les réseaux sans fil maillés offrent une infrastructure pour interconnecter les stations d’accès de réseaux de différentes technologies. Ils disposent d’une topologie maillée où tous les routeurs sont connectés de proche en proche sans hiérarchie centrale. Le routage des données, dans ce type de réseaux, doit être réalisé tout en optimisant les ressources du réseau et en respectant au mieux les exigences de QoS des utilisateurs. Dans cette thèse, nous proposons un routage orienté qualité de service dans un réseau sans fil métropolitain grâce à une approche de type cross-layer. Nous avons commencé par étudier l’impact des couches PHY et MAC sur le routage afin d’en déduire la meilleure combinaison protocolaire pour un réseau sans fil maillé. Nous avons, par la suite, orienté notre travail sur l’étude du comportement du protocole de routage OLSR sous différentes métriques de routage. Les résultats de cette étude ont confirmé les limites des métriques existantes à reproduire la qualité réelle des liens et ont soulevé plusieurs points d’optimisation sur lesquels nous avons focalisé. Nous avons donc proposé de nouvelles métriques qui renseignent sur la qualité des liens, en se basant sur les caractéristiques PHY et MAC des liens réseaux, notamment la disponibilité du lien, le taux de perte, la bande passante résiduelle, etc. L’acquisition de ces paramètres des couches basses se fait à l’aide d’un mécanisme de cross-layer. Ces métriques permettent d’appréhender les interférences inter-flux et d’éviter de créer des goulots d’étranglement en équilibrant les charges sur les différents liens. En se basant sur le modèle de graphe de conflit et le calcul des cliques maximales, nous avons proposé une méthode d’estimation de la bande passante résiduelle qui permet de considérer, en plus, les interférences intra-flux. Finalement, nous avons proposé un protocole de routage qui supporte cette métrique et nous avons étudié ses performances par simulation en comparaison avec d’autres métriques et protocoles de routage existants. Les résultats obtenus ont révélé l’aptitude de notre protocole à supporter le passage à l’échelle du réseau ainsi que sa capacité à choisir les routes offrant le plus de débit et le moins de délai, permettant ainsi, une meilleure livraison du trafic de données. / Wireless Mesh Networks provide infrastructure to interconnect access stations in networks of different technologies. They have a mesh topology where all the routers are connected with no central hierarchy. Routing in WMNs must be carried out while optimizing network resources and respecting the best user QoS requirements. In this thesis, we propose a QoS-oriented routing in a metropolitan wireless network using a cross-layer approach. We first studied the impact of the PHY and MAC layers on routing to deduce the best combination protocol for a wireless mesh network. We have subsequently focused our work on studying the behavior of the OLSR routing protocol with different routing metrics. The results of this study confirmed the limits of existing metrics to reproduce the real link quality and raised a number of optimization points on which we focused. We have, therefore, proposed new metrics that provide information about link quality, based on PHY and MAC characteristics, including the link availability, the loss rate, the available bandwidth, etc. These low layers parameters are acquired using a cross-layer mechanism. These metrics allow to apprehend inter-flow interferences and avoid bottleneck formation by balancing traffic load on the links. Based on the conflict graph model and calculation of maximal cliques, we proposed a method to estimate the available bandwidth of a path which considers, in addition, intra-flow interferences. Finally, we proposed a routing protocol that supports this metric and we studied by simulation its performances compared to different existing routing metrics and protocols. The results revealed the ability of our protocol to support the network scalability as well as its ability to choose routes with high throughput and limited delay, thus, better delivery of data traffic.

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.

Cette thèse traite le problème de la co-conception des systèmes commandés à travers un réseau sans fil (WNCS). L'intégration du réseau sans fil (WN) dans la boucle de commande influence la Qualité de Contrôle (QoC) du système en terme de la Qualité de Service (QoS) du réseau sans fil. Nous présentons une approche de co-conception basée sur des réseaux bayésiens distribués. Cette approche permet de prendre des décisions pour assurer une bonne QoC pour le robot et aussi faire en sorte que la QoS soit toujours suffisante pour maintenir une bonne QoC. Maintenir une QoS suffisante dépend de la méthode d'ordonnancement utilisée et donc l'approche proposée vise également à déterminer une méthode d'ordonnancement pour maintenir les performances du système. Nous proposons dans nos travaux d'utiliser des robots unicycles mobiles (Khepera III) comme benchmark pour tester nos approches et comparer les résultats de simulation avec les résultats de l'expérimentation.

L'augmentation massive du trafic cellulaire pose de sérieux défis à tous les acteurs concernés par la diffusion de contenu sans fil. Alors que la densification du réseau permet d’accéder à des utilisateurs supplémentaires, les liaisons de transport à grande vitesse et à grande capacité sont coûteuses. La mise en cache du contenu populaire en bordure du réseau permettra de décharger le trafic utilisateur de ces connexions, susceptibles d'être encombrées, ainsi que des centres de données du réseau fédérateur. Cette thèse propose un modèle économique dans lequel un opérateur de réseau mobile (Mobile Network Operator, MNO) pré-installe et entretient des caches sur son équipement sans fil (stations de base avec cache, CBS). L’espace mémoire ainsi que les capacités de calcul sont ensuite loués aux fournisseurs de contenu (CP) qui souhaitent rapprocher leur contenu de l'utilisateur. Pour une compensation financière, un CP peut alors décharger le trafic de son centre de données et améliorer la qualité de service des utilisateurs. Le CP prend des décisions de placement de contenu en fonction des données prédictives sur le trafic des utilisateurs et la popularité du contenu. Dans la phase de livraison, un utilisateur peut être desservi à partir des caches pour le cas où il serait associé à une station sur laquelle le contenu demandé est mis en cache. Ce travail examine trois aspects du modèle économique proposé : La première question de recherche porte sur l'association des utilisateurs en tant qu'élément central du schéma de mise en cache à la bordure du réseau. Les stratégies d'association des utilisateurs prenant en compte le cache peuvent permettre aux utilisateurs dans des zones de chevauchement de couverture d'être associés à une CBS contenant le contenu demandé plutôt que conventionnellement à celui qui fournit le signal le plus puissant. La thèse propose un algorithme décentralisé original pour une association d'utilisateurs appelée Generalized Bucket-filling qui permet des gains au-delà de la maximisation du taux de réussite. Les mesures de performance telles que le débit du réseau et l'équilibrage de la charge des utilisateurs parmi les CBS sont prises en compte. Les expériences montrent que l'association des utilisateurs au cache augmente le taux de réussite sans surcharger les CBS uniques tout en fournissant un débit élevé du système. Le deuxième problème traité concerne un seul CP qui doit décider de l'espace de cache à louer à chaque CBS pour un prix fixe et du contenu à placer. Ses choix doivent être basés sur des estimations de la popularité des fichiers ainsi que sur la politique d'association des utilisateurs du MNO. Le problème de leasing et de placement du contenu du cache est formulé sous la forme d'un problème non linéaire mixte en nombres entiers (NLMIP). Dans sa solution, le problème est séparé en un sous-problème linéaire discret et un sous-problème continu non linéaire utilisant la décomposition de Benders. Le CP et le MNO coopèrent, aidant le CP à prendre des décisions optimales qui profitent aux deux parties : Le CP maximise ses économies grâce à la mise en cache tandis que le MNO peut trouver le prix de cache optimal et recevoir la compensation financière maximale. Une troisième question de recherche élargit la portée de l'interaction entre plusieurs CPs et un opérateur de réseau mobile. Désormais, le MNO ne fixe pas de prix fixe par unité de mémoire, mais réagit aux demandes des CPs en matière d'espace mémoire en fonction des économies réalisées grâce à la mise en cache. / The massive increase in cellular traffic poses serious challenges to all actors concerned with wireless content delivery. While network densification provides access to additional users, high-speed and high-capacity backhaul connections are expensive. Caching popular content at the network edge promises to offload user traffic from these congestion prone connections as well as from the data centers in the backbone network. This thesis proposes a business model in which a mobile network operator (MNO) pre-installs and maintains caches at its wireless equipment (Cache-equipped Base Stations, CBSs). Memory space together with computational capabilities is then leased to content providers (CPs) that want to bring their content closer to the user. For a financial compensation, a CP can then offload traffic from its data center and improve user Quality of Service. The CP makes content placement decisions based on predictive user traffic and content popularity data. In the delivery phase, users can be served from the caches in case they are associated to stations that have the requested content cached. This work investigates three aspects of the proposed business model: The first research question focuses on user association as a central element to the edge caching scheme. Cache-aware user association policies can allow for users in coverage overlap areas to be associated to a CBS that holds the requested content rather than conventionally to the one that provides the strongest signal. The thesis proposes an original decentralized algorithm for user association called Generalized Bucket-filling that allows gains beyond maximizing the hit ratio. Performance metrics such as network throughput and load balancing of users among CBSs are taken into account. Experiments show that cache-aware user association a) increases the hit ratio b) without overloading single CBSs while c) providing high system throughput. The second problem treated considers a single CP that needs to decide how much cache space to lease at each CBS for a fixed price, and what content to place. Its choices should be based on estimates of file popularity as well as MNO user association policy. The cache leasing and content placement problem is formulated as a non-linear mixed-integer problem (NLMIP). In its solution, the problem is separated into a linear discrete CP subproblem and a nonlinear continuous subproblem using Benders decomposition. The CP and the MNO cooperate, helping the CP to make optimal decisions that benefit both parties: The CP maximizes its savings from caching while the MNO can find the optimal cache price and receive the maximum financial compensation. A third research question widens the focus to the interaction between several CPs and one MNO. Now, the MNO does not set a fixed price per memory unit but instead reacts to CP demands for memory space that depend on the savings they can achieve from caching.

Avec la prolifération des appareils mobiles, la mobilité devient une exigence et une caractéristique incontournable pour 5G. Cependant, en dépit des efforts pour permettre la mobilité dans le réseau IP, les solutions sont anchor-basées et inefficaces. Dans ce contexte, le réseau centré sur l'information (ICN) est proposé. Alors que ICN soutient mieux la mobilité, certains défis restent sans solution pour une mobilité transparente. La thèse explore trois défis de ce type et propose solutions efficaces. Tout d'abord, pour résoudre la mobilité des producteurs, MapMe, un protocole de gestion de micro mobilité compatible avec trafics latence-sensibles est proposée. MAP-Me est sans anchor et préserve les avantages de l'ICN. Les résultats de simulation montrent que MAP-Me surpasse les autres solutions en matière de performances client tout en gardant bas les frais de réseau sur diverses conditions réseau. En plus, nous étudions la sécurité de mobilité des producteurs. Nous nous concentrons sur l'attaque de préfixe hijacking, qui est à la base de plusieurs attaques. Pour éviter cette attaque, nous proposons un protocole léger et distribué basé sur hash-chaining. Les premiers résultats montrent une amélioration significative des frais de vérification. Enfin, il faut d'autres mécanismes dans la couche transport pour ICN mobile. Nous proposons WLDR et MLDR pour la détection et la récupération des pertes dans le réseau afin de faciliter le contrôle de la congestion. Les résultats de simulation montrent une réduction significative du temps d'écoulement (jusqu'à 20%). / With the proliferation of mobile devices, mobility becomes a requirement and a compelling feature for 5G. However, despite tremendous efforts in the last 2 decades to enable mobility in IP network, the solutions are mostly anchor-based and inefficient. In this context, Information-Centric networking (ICN) is proposed. While ICN has some native support of mobility, other architectural challenges remain unsolved to achieve seamless mobility. The thesis explores 3 main challenges of such and contributes novel solutions. First, to solve producer mobility, MapMe, a micro mobility management protocol supporting latency sensitive traffic is proposed. MAP-Me is anchorless and preserves key ICN benefits. Simulation results show that MAP-Me outperforms existing work in user performance while retaining low network overheads in various network conditions. Second, we investigate security in producer mobility. We focus on prefix hijacking attack, which is a basis of several attacks. To prevent prefix hijacking, we propose a light-weight and distributed prefix attestation protocol based on hash-chaining. First results show significant improvement in verification overhead. It is resistant to replay-based prefix hijacking. Finally, additional transport-layer mechanisms are needed in mobile ICN. To this aim, we investigate alleviating the adverse effect of wireless/mobility loss on congestion control. We propose WLDR and MLDR for in-network loss detection and recovery to facilitate congestion control. Simulation results show a significant reduction in flow completion time (up to 20%).

Dans cette thèse, nous nous intéressons à l’application du codage réseau pour garantir la qualité de service (QoS) dans les réseaux sans fil multi-sauts. Comme le support de transmission est partagé, les réseaux sans fil souffrent de l’impact négatif des interférences sur la bande passante. Il est alors intéressant de proposer une approche basée sur le codage réseau qui prenne en compte ces interférences durant le processus de routage. Dans ce contexte, nous proposons d’abord un algorithme minimisant l’impact des interférences pour des flux unicast tout en respectant la bande passante qu’ils exigent. Puis, nous le combinons avec le codage réseau afin d’augmenter le nombre des flux acceptés et avec le contrôle de topologie pour améliorer davantage la gestion des interférences. Nous montrons par simulation l’intérêt de combiner les trois domaines : codage réseau, gestion des interférences et contrôle de topologie. Nous abordons également la gestion du délai pour les flux multicast et utilisons le codage réseau basé sur les générations (GBNC) qui combine les paquets par bloc. La plupart des travaux portant sur le GBNC considèrent une taille de génération fixe mais à cause des variations de l’état du réseau le délai de décodage et de récupération du bloc de paquets peut varier, dégradant la QoS. Pour résoudre ce problème, nous proposons une méthode qui ajuste la taille de la génération de façon dynamique pour respecter un certain délai de décodage avec prise en compte des contextes réseau et contenu. De plus, nous améliorons notre approche pour contrecarrer les pertes des acquittements. Puis, nous proposons de l’utiliser dans un réseau de domicile pour la diffusion de vidéo à la demande. Notre solution améliore la QoS et la qualité d’expérience pour l’utilisateur final sans équipement additionnel. Finalement, nous abordons un sujet plus théorique dans lequel nous présentons un nouveau réseau basé sur le schéma Butterfly pour des flux multi-sources multi-destinations. Nous caractérisons la taille du buffer du nœud source en utilisant la théorie des files d’attente et montrons qu’elle correspond aux résultats de simulation. / In this thesis we deal with the application of Network Coding to guarantee the Quality of Service (QoS) for wireless multi-hop networks. Since the medium is shared, wireless networks suffer from the negative interference impact on the bandwidth. It is thus interesting to propose a Network Coding based approach that takes into account this interference during the routing process. In this context, we first propose an algorithm minimizing the interference impact for unicast flows while respecting their required bandwidth. Then, we combine it with Network Coding to increase the number of admitted flows and with Topology Control to still improve the interference management. We show by simulation the benefit of combining the three fields: Network Coding, interference consideration and Topology Control. We also deal with delay management for multicast flows and use the Generation-Based Network Coding (GBNC) that combines the packets per blocks. Most of the works on GBNC consider a fixed generation size. Because of the network state variations, the delay of decoding and recovering a block of packets can vary accordingly degrading the QoS. To solve this problem, we propose a network-and content-aware method that adjusts the generation size dynamically to respect a certain decoding delay. We also enhance it to overcome the issue of acknowledgement loss. We then propose to apply our approach in a Home Area Network for Live TV and video streaming. Our solution provides QoS and Quality of Experience for the end user with no additional equipment. Finally, we focus on a more theoretical work in which we present a new Butterfly-based network for multi-source multi-destination flows. We characterize the source node buffer size using the queuing theory and show that it matches the simulation results.

L'objectif de nos travaux de recherche est de concevoir une architecture simple et efficace veiller à deux exigences suivantes: une grande précision (au niveau de la pièce) ; une adaptation aux plusieurs scénarios. La thèse contribue aux études pour les systèmes de localisation en intérieur en combinant des approches basées sur la caractérisation de mouvement, la communication courte portée et de l'intensité du signal. La combinaison de ces approches proposées permettent de minimiser la défaillance de chacune approche. En effet, notre système de localisation propose une combinaison des technologies qui sont actuellement équipé en terminaux mobiles, y compris la technologie de WLAN, NFC et des capteurs (accéléromètre et magnétomètre). Voici nos trois approches proposées : Premièrement, nous proposons l'approche basée sur NFC-étiquetage qui fournit un service simple et efficace pour une localisation en intérieur. En touchant une étiquette disséminées dans l'environnement intérieur, l'utilisateur peut connaître sa position réelle qui est même à celle d’étiquette. Cette approche est très pratique car la localisation se fait automatiquement en approchant le terminal mobile de l'utilisateur à l’étiquette. L'approche basée sur NFC-étiquetage, cependant, nécessite l'intervention régulière de l'utilisateur qui n'est pas prédictive et donc peut poser des problèmes sur la validité des informations. Alors, l'information de localisation n’est fiable que dans un certain intervalle de temps depuis le dernier étiquetage. La valeur de cet intervalle de temps (ex. t secondes) sera ajustée selon les scénarios de déploiement. Deuxièmement, nous améliorons la qualité de l'approche précédente en développant la deuxième approche basée sur des capteurs qui combine l'accéléromètre et le magnétomètre pour estimer la distance de déplacement de l'utilisateur. Avec l'objectif de permettre à l'utilisateur de tenir son terminal mobile commodément dans la main (multi-positions), la deuxième approche fournit un service de localisation caractérisant le degré de mouvement à l'utilisateur pour déterminer si l'utilisateur est au même endroit depuis le dernier étiquetage. Pour une longue trajectoire, cette approche permet de détecter que l'utilisateur a déjà déplacé à un autre endroit. Finalement, afin de surmonter les inconvénients de deux approches précédentes, nous proposons la troisième approche basée sur l'intensité du signal en utilisant la similarité des conditions radio entre proches voisins. Nous proposons une combinaison de la technologie NFC et WLAN pour construire la cartographie d'intensité du signal. La communication à courte portée NFC permet au système d’obtenir correctement les informations de position. Cette combinaison peut récupérer les données de l'intensité du signal radio à et les attribuer à une position connue sur la cartographie, sans exiger de phases hors ligne pour enregistrer l'intensité du signal radio. / Ubiquitous computing refers to providing a global computing service where the user access seamlessly resources. User tracking is one of the most important location-aware applications for maintaining the service even with the users' mobility.Unlike outdoor localization technologies like GPS, indoor localization systems have to encounter many problems such as interferences from external sources, low cost and low latency infrastructure requirements, and high accuracy in a limited space.Our localization approaches associate with technologies that are currently equipped in mobile devices, including NFC technology and inertial sensors and Wireless LAN. The aim of this thesis is to design simple and effective architecture ensuring two requirements: a high accuracy and an adaptation to the multiple scenarios. Therefore, our proposed system does not address to the fingerprint technique and learning machine algorithms. In this thesis, we propose three approaches as follows:- The NFC-tagging approach is an instant on-the-spot localization with almost zero-latency- A combination of accelerometer and magnetometer in the sensors-based approach permits to characterize the user's movement- The signal-strength-based approach using the similarity of radio conditions between the neighbors can update in real time the radio map for long period localization.We analyze the performance of the proposed approaches based on rigorous simulation and experimentation tests. We then implement the proposed approaches in a wireless testbed with Android smartphone. Although the implementation is not a final product, the current application can be used to evaluate the feasibility and the performance of the proposed approaches.

Ces dernières années, les réseaux multi-sauts sans fil (MHWNs) ont connu une explosion de déploiement en raison de la demande croissante de connectivité continue indépendamment de l'emplacement physique. Les protocoles de transport Internet prédominantes, c.-à-Transmission Control Protocol (TCP), se trouvent face à la dégradation des performances dans MHWNs en raison de les taux élevés de pertes et de défaillance du lien. Plusieurs solutions ont été proposées qui sont basées sur l'estimation de l'état du réseau ou sur l'utilisation de renseignements de la couche MAC (dénommée métriques) dans une manière d’inter-couche pour mieux comprendre l'état du réseau. La première partie de cette thèse fournit une enquête et la définition complète de métriques communs des couches physique, MAC, réseau et transport et fournit ainsi un multi-critères et la classification hiérarchique. Après cela, l'efficacité dans la réflexion des informations de réseau des métriques de la couche MAC est également étudiée dans une façon systématique en simulant des situations différents de réseau et de mesurer les métriques de la couche MAC. Ainsi, le bonne MAC métrique pour le contrôle de congestion qui est couplé avec le niveau de contention de réseau et les pertes provoquées moyen sera découvert. D'après les résultats de l'étude sur l'efficacité, deux nouveaux systèmes de contrôle de débit pour les protocoles de transport sont proposés qui s'adaptent efficacement le débit de source en fonction de l'état du réseau fournie par certains métriques MAC. Grâce à un vaste ensemble de simulations, les performances des systèmes proposées de contrôle de débit dans MHWNs sont examinées approfondie avec des situations de réseau. / In recent years, Multi-hop Wireless Networks (MHWNs) have experienced an explosion of deployment due to the increasing demand for continuous connectivity regardless of the physical location. Internet predominant transport protocols, i.e. Transmission Control Protocol (TCP), face performance degradation in MHWNs because of the high loss and link failure rates. Several solutions have been proposed which are based on network state estimation or use information from MAC layer (called metrics) in a cross-layer manner to better comprehend the network state. The first part of this thesis provides a survey and comprehensive definition of common metrics from Physical, MAC, Network and Transport layers and thus provides a multi-criteria and hierarchical classification. After that, the effectiveness in reflecting network information of MAC metrics is also investigated in a systematic way by simulating various network situations and measuring the MAC metrics. Thus, the good MAC metric for congestion control which is coupled with the network contention level and the medium induced losses will be found out. From the results of the effectiveness study, new rate control schemes for transport protocols are proposed which adapt efficiently the source bit rate depending on the network condition provided by some MAC metrics. Through an extensive set of simulations, the performance of the proposed rate control schemes in MHWNs is investigated thoroughly with several network situations.

L'objectif de cette thèse est d'étudier certains aspects des réseaux coopératifs sans fils à l'aide de la géométrie stochastique. Ça permets de considérer la distribution spatiale aléatoire des utilisateurs et les effets adverses de leur interaction, comme l’interférence.Nous étudions la performance, évaluée par la probabilité d'outage, atteignable dans un canal de relai full-duplex quand les nœuds opèrent dans un grand réseau sans fils où les émetteurs interférants sont modelés avec un processus ponctuel de Poisson homogène. Nous trouvons la probabilité d'outage des protocoles décodez-et-renvoyez (decode-and-forward, DF), et comprimez-et-renvoyez (compress-and-forward) et nous faisons une comparaison avec une transmission point à point et un protocole DF half-duplex. Ensuite, nous étudions une situation plus générale dans laquelle les émetteurs qui causent l'interférence peuvent aussi utiliser un relai ou faire des transmissions point à point. Nous étudions la relation entre les avantages de la cooperation et l'interférence qu'elle même génère.Dans la deuxième partie nous étudions la performance des stratégies de partage de vidéos par communications entre dispositifs mobiles (device-to-device, D2D) hors de la bande des communications cellulaires. Nous étudions la fraction des demandes de vidéos qui peuvent être satisfaites par D2D, c’est-à-dire, par le biais des émissions locales, plutôt que par la station de base. Pour étudier ce problème, nous introduisons un modèle de processus ponctuel, qui considère la stratégie de stockage dans les utilisateurs, le problème de comment lier les utilisateurs et les problèmes de la transmission et coordination entre les utilisateurs. / The main goal of this work is to study cooperative aspects of large wireless networks from the perspective of stochastic geometry. This allows the consideration of important effects such as the random spatial distribution of nodes, as well as the effects of interference and interference correlation at receivers, which are not possible when a single link is considered in isolation.First, some aspects of the performance of the relay channel in the context of a large wireless network are considered. Mainly, the performance, in terms of outage probability (OP), of a single full-duplex relay channel utilizing decode-and-forward (DF) or compress-and-forward, when the interference is generated by uniform spatial deployment of nodes, modeled as a Poisson point process. The OP performance of these two protocols is compared with a point-to-point transmission and with a half-duplex DF protocol. Afterwards, the case in which more than one transmitter in the network may use a relay is considered. The effects of cooperation versus interference are studied, when the users use either full-duplex DF, or point-to-point transmissions. In a second phase, this work explores the advantages that could be obtained through out-of-band device-to-device (D2D) video file exchanges in cellular networks. These advantages are measured in terms of the fraction of requests that can be served in a time-block through D2D, thus avoiding a downlink file transfer from the base station. For this, a stochastic geometry framework is introduced, in which the user file-caching policy, user pairing strategy, and link quality and scheduling issues are considered.