Nous nous proposons dans cette thèse de répondre à l'enjeu de l'authentification avec l'opérateur réseau dans le contexte particulier des réseaux véhiculaires; contexte marqué par une forte dynamique des nœuds, une connectivité intermittente et une diversité des modèles et des enjeux de sécurité suivant la typologie des services. Nous nous intéressons en particulier aux réseaux véhiculaires s'appuyant sur une technologie de type WLAN "Wireless Local Area Network" (i.e. portée de transmission maximale de l'ordre de 1000 m) dont les coûts de déploiement sont réputés moindres. Notre réponse à l'enjeu posé dans ce contexte s'articule autour de 4 contributions. Dans la première et plus importante contribution, nous proposons et analysons des architectures et des protocoles pour l'authentification dans les réseaux véhiculaires. Ces architectures et protocoles implémentent divers mécanismes susceptibles d'assurer au-delà de l'authentification mutuelle et de la délivrance des lettres de créance, la sécurité des données d'authentification, l'intimité numérique des utilisateurs, l'interdiction d'accès aux protocoles et services de la couche 3 (i.e. couche réseau) avant l'achèvement du processus d'authentification, la disponibilité de l'authentification et le respect des contraintes temps réel. La traduction concrète de ces implémentations est faite au travers d'une part, d'une extension de l'authentification TLS appelée AUCRED, qui assure sur la base des certificats à clé publique ECC, l'authentification mutuelle entre le serveur d'authentification et les véhicules, mais aussi la délivrance des certificats volatiles anonymes à ces derniers, et d'autre part, du protocole EGEMO qui assure au niveau de la couche 2, l'acheminement géographique multisauts du protocole EAP, lui-même transporteur du protocole AUCRED. A l'aune de l'analyse des protocoles précédents, nous introduisons à travers une deuxième contribution, une approche d'optimisation du transport de l'authentification visant à réduire le nombre de paquets générés dans le réseau lors du processus d'authentification, en particulier dans les scénarios de forte densité de véhicules. Compte tenu du rôle particulier de l'authentification, considérée comme un service précédant et conditionnant l'accès aux ressources et aux autres services du réseau opéré, et en réponse à la mise en concurrence de ce service avec d'autres services des réseaux DSRC ("Dedicated Short Range Communications", ensemble de standards dédiés aux communications véhiculaires), nous proposons au travers d'une troisième contribution, une méthode de priorisation du service d'authentification utilisant la diversité des canaux radio DSRC. Afin de maintenir des niveaux élevés de performance de l'authentification dans les scénarios de forte densité de véhicules, et ce, sans accroître la complexité matérielle des nœuds du réseau (e.g. une seule interface radio par nœud), nous proposons au travers d'une quatrième contribution, une approche de distribution ou de délégation de la fonction d'authentification.

Un réseau ad hoc est une collection de stations communicant au travers d'un lien sans fil sans l'aide d'aucune autre infrastructure. L'un des principaux défis dans la conception de protocoles pour ce type de réseaux est l'accès au médium. Le standard IEEE 802.11 définit un mode pour les réseaux ad hoc. Cependant, le protocole MAC (Medium Access Control) décrit montre des problèmes d'équité et d'efficacité. Dans cette thèse j'ai d'abord évalué les performances d'algorithmes et de protocoles MAC existants et mis en évidence leurs problèmes de performance grâce à un modèle exploitant le formalisme des algèbres de processus stochastiques. Grâce à ces résultats j'ai proposé deux protocoles MAC (MadMac et PAS) pour les réseaux ad hoc et les réseaux locaux sans fil. Nos protocoles sont différents de ceux présentés dans la littérature car nous essayons de répondre au compromis équité-efficacité et les solutions que nous proposons sont à la fois équitables et efficaces

Dans cette thèse, nous étudions les différents aspects des protocoles de communication pour les réseaux mobiles ad hoc. Notre but est d'établir des modèles analytiques pour chacun de ces aspects et de combiner les modèles pour évaluer la performance du système en entier. Nous considérons les protocoles de toutes les couches, à partir de la couche de contrôle d'accès au canal. Nous commençons notre étude avec le protocole IEEE 802.11 et nous démontrons que les délais d'accès au canal suivent une distribution polynomiale. Basés sur ce résultat, nous présentons un protocole inter-couche an d'offrir des garanties de qualité de service de délai dans les réseaux sans l multi-sauts. Le prochain sujet abordé est la scalabilité des protocoles de routage d'état de liens dans les réseaux ad hoc massifs. Nous comparons les résultats théoriques connus sur la capacité des réseaux sans l avec les bornes atteignables quand on tient compte du trac de contrôle des protocoles utilisées. Nous adaptons les bornes théoriques à la communication multicast et nous proposons MOST, un protocole multicast qui atteint des performances asymptotiquement optimales dans les grands réseaux mobiles ad hoc. Ensuite, nous étudions le comportement du protocole TCP et l'impact des délais polynomiaux observés précédemment par rapport aux auto corrélations du trac TCP, toujours dans le contexte de grands réseaux. Finalement, nous nous intéressons à l'organisation et la gestion du réseau, an d'offrir des services de qualité garantie. Notre approche peut être appliquée dans un contexte général et consiste à placer des serveurs répliqués dans le réseau, selon les informations de qualité de service fournies par les couches inferieures.

Les réseaux ad hoc sont un type particulier de réseaux sans fil privés de toute infrastructure fixe. Cette particularité rend le routage très problématique en cas de grande instabilité des éléments qui les composent (n\oe{}uds et liens). Le but de cette thèse est d'évaluer l'impact d'une stratégie non conventionnelle consistant à, d'une part, utiliser plusieurs routes en parallèle, d'autre part, introduire de la redondance entre les données réparties sur ces routes grâce à des méthodes de codage à description multiple. Ces méthodes permettent de transformer l'information à transmettre en un nombre défini d'éléments appelés descriptions, et tels que la perte d'un certain nombre d'entre eux n'empêche pas la reconstruction de l'information initiale. L'objectif d'une telle stratégie est de rendre chaque route moins critique, tout en veillant à modérer la redondance globale introduite. Dans ce contexte, un algorithme de sélection de routes est proposé, et différentes stratégies de répartition de descriptions sur ces routes sont étudiées. Afin d'évaluer cette approche, nous avons mis en œuvre de deux protocoles inspirés de mécanismes standards et incluant les idées précédemment mentionnées. Le premier, MPOLSR, est proactif. Dans ce cas, il suffit d'extraire un ensemble de routes intéressantes de l'information topologique rassemblée. Le second, TMR, est réactif. La récupération d'informations topologiques suffisament variées nécessite alors des mécanismes différents de ceux utilisés dans les protocoles réactifs standards. Des simulations sont réalisées à l'aide de NS2 pour comparer les performances de ces propositions.

Un réseau ad hoc sans fil est composé d'un ensemble décentralisé d'objets mobiles et auto-organisés. Un tel réseau ne repose sur aucune infrastructure, et est donc complètement autonome et dynamique. Selon ces hypothèses, tout ensemble d'objets équipés d'interfaces de communication adéquates peut spontanément former un tel réseau. Puisque des communications sans fil sont utilisées, seuls les objets suffisamment proches les uns des autres peuvent communiquer ensemble. Les communications de longue portée doivent donc être effectuées via un mécanisme multi-sauts : cela veut simplement dire que les objets intermédiaires doivent faire suivre les messages jusqu'au destinataire.<br /><br />Les réseaux de capteurs sont similaires aux réseaux ad hoc, car ils sont également décentralisés et autonomes. Un capteur est un petit appareil capable de surveiller son environnement. Des cas typiques d'utilisation peuvent être la surveillance de zones militaires (détection de mouvements) ou de forêts (détection d'incendie).<br /><br />Parmi les problèmes communs à ces deux types de réseaux se trouve la diffusion. Dans une telle communication, un message est envoyé depuis un objet donné vers tous les autres du réseau. Les applications de ce processus sont nombreuses : découverte de routes, synchronisation... Comme les objets mobiles utilisent une batterie, il est nécessaire que la diffusion soit la plus économe possible d'un point de vue énergétique. Cela est généralement obtenu en réduisant la quantité de relais nécessaires, ou en limitant la puissance d'émission à chaque relais.<br /><br />Le but de mon travail était d'étudier la diffusion dans les réseaux ad hoc et de capteurs, afin de mettre en lumière les caractéristiques et les défauts des mécanismes existants, puis d'en proposer de nouveaux, plus efficaces. Dans tous ces travaux, nous avons toujours voulu rester dans le domaine des solutions 'réalistes' : beaucoup des précédentes études utilisaient en effet des mécanismes centralisés, où une connaissance globale du réseau est nécessaire pour effectuer la diffusion. Nous nous sommes concentrés sur des solutions fiables et localisés, c'est-à-dire n'utilisant que des informations sur le voisinage de chaque noeud. Ce type de mécanisme permet également un passage à l'échelle simplifié, car la quantité d'informations nécessaire ne varie pas avec la taille du réseau. Nos études montrent de plus que ces solutions peuvent être aussi efficaces que les méthodes centralisées.<br /><br />Puisque l'ajustement de portée est un mécanisme très important dans la conservation de l'énergie, nous avons proposé une méthode de diffusion originale, basée sur le concept de portée optimale de communication. Cette dernière est calculée de manière théorique grâce au modèle énergétique considéré, et représente le meilleur compromis entre l'énergie dépensée à chaque noeud et le nombre de relais nécessaires. Nous avons ainsi proposé deux protocoles différents basés sur ce concept, chacun étant plus spécifiquement adapté soit aux réseaux ad hoc (TR-LBOP), soit aux réseaux de capteurs (TR-DS).<br /><br />Afin de réduire encore plus la consommation énergétique, nous avons étudié le fameux protocole centralisé nommé BIP. Son efficacité est due au fait qu'il considère la couverture obtenue par une seule émission omnidirectionnelle, au lieu de considérer chaque lien séparément. Nous avons proposé une solution localisée basée sur BIP, afin de construire incrémentalement une structure de diffusion. Nous avons montré de manière expérimentale que les résultats ainsi obtenus sont très proches de ceux fournis par BIP, notamment dans les réseaux de forte densité, tout en n'utilisant que des informations locales à chaque noeud.<br /><br />Nous avons finalement considéré la suppression d'une hypothèse forte, largement répandue dans la communauté des réseaux ad hoc et de capteurs : l'utilisation d'un graphe du disque unitaire. Ce dernier définit la zone de communication d'un noeud comme étant un cercle parfait. Nous avons remplacé cette hypothèse par une autre plus réaliste afin d'en étudier les conséquences sur un protocole connu, le protocole de diffusion par relais multipoints (MPR). Nous avons montré que ce dernier ne fournit plus de résultats suffisants dans un tel environnement. Nous avons également proposé quelques modifications afin d'obtenir à nouveau de bons résultats.

Les théâtres d’opérations militaires s’organisent aujourd’hui sous la forme de coalitions. Les forces armées qui sont déployées possèdent des moyens technologiques (communication, routage) et créent des réseaux sans fil. Le mouvement de ces forces sur le terrain donne au réseau une topologie fortement dynamique. Il se caractérise comme un réseau sans fil mobile, plus communément appelé MANET (Mobile Ad hoc NETwork). Pour l’efficacité de la mission et des communications, il est intéressant d’interconnecter facilement les différents groupes participant à la coalition. Cependant, chaque membre de la coalition possède sa propre architecture et souhaite rester autonome, sans s’adapter aux autres. Comme les opérateurs ont pu le faire lors de la création de l’Internet avec le protocole BGP (Border Gateway Protocol), il est nécessaire de créer un protocole qui connecte tous ces groupes participant à la coalition. Ce protocole doit permettre de créer des connexions inter-groupes, supporter facilement les changements de topologies et appliquer des politiques de routage qui permettent d’indiquer des préférences de groupes à emprunter, par exemple. Dans cette thèse, nous allons dans un premier temps étudier la non-adaptabilité de BGP sur les réseaux MANET. Puis, nous étudierons les différentes propositions de la littérature. Ensuite, nous présenterons notre solution ITMAN (Inter Tactical Mobile Ad hoc Network) dans sa première version et les améliorations que nous avons pu y apporter. Enfin, nous terminerons ce manuscrit par les perspectives qui peuvent être menées suite à cette thèse. / Nowadays, military operations are organized as coalitions. The armed forces that are deployed have technological features (communication, routing) that create wireless networks. The mobility of these forces on the ground means that the network has a highly dynamic topology. This is a mobile wireless network, more commonly called MANET (Mobile Ad hoc NETwork). For mission and communication efficencies, interconnection between the various groups participating in the coalition is necessary. However, each member of the coalition has its own architecture and wants to keep independancy from the other groups technologies. This situation is similar as the Internet construction, where operators were able to interconnect their infrastructures with BGP (Border Gateway Protocol). It is important to create a protocol that can connect all the groups involved in the coalition. This protocol should allow inter-group connections, easily support topology changes and apply routing policies that specifies groups on the route preferences, for example. In this thesis, we first study the adaptability issues of BGP on MANET. Then, we study the proposals that have been made in the literature. Next, we present ITMAN (Inter Tactical Mobile Ad Hoc Network) in its first version and the improvements that have been made. Finally, we will conclude this manuscript with the perspectives that can be highlighted following this thesis.

Cette thèse étudie des problèmes de contrôle d'accès et de qualité de service (QdS) dans les réseaux ad hoc utilisant la norme IEEE 802.11. Dans la première partie de notre travail, nous proposons des améliorations pour la norme 802.11 de base qui ne tient pas compte de la QdS. Au niveau du contrôle d'admission, nous proposons un algorithme d'ordonnancement des flux multimédia qui attribue la priorité aux paquets de manière moins stricte que dans l'algorithme EDF et nous comparons les deux algorithmes par simulation. Au niveau du contrôle d'accès, nous proposons un algorithme qui modifie dynamiquement la fenêtre de contention, et nous effectuons des simulations pour montrer l'amélioration de l'équité entre les stations. Nous nous intéressons par la suite à la différenciation des services, et nous étudions la coexistence de deux classes de service, dont les fenêtres de contention évoluent de manière différente, et évaluons leurs performances en termes de débit et de délai moyen. Ce qui nous amène, dans la deuxième partie de notre travail, à présenter une étude complète de la différenciation des services de l'amendement 802.11e. Nous proposons un cadre analytique général modélisant la méthode d'accès EDCA à l'aide de chaînes de Markov, et définissons quatre méthodes de différenciation, et évaluons les performances des classes en termes de débit, délai moyen et taux de perte. Des approximations pour les réseaux de grande taille nous ont permis d'obtenir, pour un indice de performance fixé, une expression simple de celui de toutes classes en fonction de celui de l'une d'entre elles. Nous déterminons ensuite la relation entre les différents indices de performance des classes, et comparons les différentes méthodes de différenciation, malgré la nature différente de leurs paramètres. De plus, nous établissons analytiquement et vérifions par simulation les conditions d'équivalence, entre les méthodes de différenciation basées sur la distribution du temps de retrait, qui produisent les mêmes performances en termes de débit, délai moyen et taux de perte. Et dans ces conditions, nous analysons l'effet du choix de la distribution sur la gigue. Nos résultats représentent des outils importants pour l'aide à la décision en vue d'atteindre des objectifs de QdS. / This thesis deals with access control and quality of service (QoS) issues in ad hoc networks. In the first part, we propose enhancements of the legacy 802.11 standard which lacks of QoS. For admission control, we propose a scheduling algorithm for multimedia traffic, in which priority is provided to packets with a less strict way than the EDF algorithm, and we compare both algorithms by simulation. For access control, we propose an algorithm that tunes dynamically the contention window, and we use simulations to show improvement of fairness between stations. Then we are interested in service differentiation, and we analyze the coexistence of two service classes having their contention window evolving in different ways, and we evaluate their performances in terms of throughput and mean delay. This leads us, in the second part of this thesis, to present a complete study of service differentiation in the 802.11e amendment. We propose a general analytical framework in which we model the EDCA access scheme by Markov chains. We define and study four differentiation schemes and evaluate class performances in terms of throughput, mean delay and drop ratio. Using approximations for large networks, we derive, for a given class performance index, a simple expression of this index in the other classes. That allows us to determine the relationship between class performances, and compare the differentiation schemes even if the nature of their parameters is different. Moreover, we determine analytically and verify by simulation equivalence conditions, between differentiation schemes based on backoff time distribution, that produce the same performances in terms of throughput, mean delay and drop ratio. Then, in these conditions, we analyze the effect of backoff time distribution on jitter. Our results are important tools for decision making in order to meet QoS objectives.

Les études protocolaires sur les réseaux multi-sauts mobiles proposent d’améliorer la performance du réseau en liant le comportement des protocoles à sa dynamique d’évolution. Le protocole s’adapte à l’état du réseau grâce à un ensemble de métriques. Ainsi pour les protocoles de routage il s’agit de trouver des chemins tout en considérant l’état énergétique des nœuds, la bande passante des liens, la qualité de service, ou encore la dynamique de la topologie qui est liée à la qualité des liens sans fil et à la mobilité des éléments du réseau. Le travail présenté traite de l’adaptation à la mobilité dans les protocoles de routage et s’intéresse aux métriques de mobilité. Dans une première étape nous analysons le processus d’adaptation en en dégageant les caractéristiques, les contraintes et l’intérêt, et étudions qualitativement les métriques de mobilité. Nous examinons différents travaux de recherche ayant pour objet la mobilité et ses métriques dont nous proposons une taxinomie originale. Nous mettons en évidence l’intérêt des métriques obtenues par mesure locale et de voisinage. Dans une deuxième étape, nous évaluons par simulation les métriques. L’objectif est de déterminer une "meilleure" métrique de mobilité, c'est-à-dire celle qui apportera le plus de gain de performance à une adaptation protocolaire. Le postulat est que plus la métrique influe sur les performances d'un protocole, plus il est intéressant que le protocole adapte son comportement en fonction de sa valeur. L’analyse de corrélation entre performances et métriques, sur plusieurs protocoles de routage, ne permet pas de mettre en avant une meilleure métrique qui soit indépendante du contexte, à savoir de la densité ou du modèle de mobilité. Nous montrons néanmoins l’intérêt de la métrique durée de liaison. Finalement, nous développons deux applications à partir des métriques sélectionnées par l’analyse. Ce sont la densité, exprimée par le nombre de voisins, ainsi que la mobilité, exprimée par la durée de liaison pour la première application, et par le nombre d’erreurs de route pour la seconde application. La première application met en place un choix adaptatif des éléments MPR (Multi-Point Relay) dans le protocole de routage Optimized Link State Routing (OLSR), la deuxième développe une élection adaptative des chefs de clusters et un changement de mode adaptatif (avec ou sans structure) pour le protocole Cluster Source Routing (CSR). Pour les deux applications plusieurs stratégies d’adaptations sont considérées ; le meilleur résultat est obtenu dans les deux cas par la stratégie d'adaptation à la mobilité en plus de la densité. Ce travail se prolonge par l’étude de validation des résultats en rapport au modèle de mobilité. Nous en déduisons une méthode pour appliquer, selon les conditions de mobilité et de densité, des adaptations / Manquant

Les réseaux véhiculaires mobiles, ou Vehicular Ad-hoc NETworks (VANETs), existent depuis les années 80, mais sont de plus en plus développés depuis quelques années dans différentes villes à travers le monde. Ils constituent un apport d’informations aux réseaux routiers grâce à la mise en place de communications entre ses constituants : principalement les véhicules, mais aussi certaines infrastructures de bords de routes liées directement aux automobilistes (feux de circulation, parcomètres, infrastructures spécialisées pour les VANETs et bien d’autres). L’ajout des infrastructures apporte un support fixe à la dissémination des informations dans le réseau. Le principal objectif de ce type de réseau est d’améliorer la sécurité routière, les conditions de circulations, et d’apporter aux conducteurs et aux passagers quelques applications publicitaires ou de divertissement. Pour cela, il est important de faire circuler l’information de la manière la plus efficace possible entre les différents véhicules. L’utilisation des infrastructures pour la simulation de ces réseaux est bien souvent négligée. En effet, une grande partie des protocoles présentés dans la littérature simulent un réseau ad-hoc avec des noeuds se déplaçant plus rapidement et selon une carte définie. Cependant, ils ne prennent pas en compte les spécificités même d’un réseau véhiculaire mobile. Le routage de l’information dans les réseaux véhiculaires mobiles utilise les infrastructures de façon certes opportuniste, mais à terme, les infrastructures seront très présentes dans les villes et sur les autoroutes. C’est pourquoi nous nous sommes concentrés dans ce mémoire à l’étude des variations des différentes métriques du routage de l’information lors de l’ajout d’infrastructures sur une autoroute avec l’utilisation du protocole de routage AODV. De plus, nous avons modifié le protocole AODV afin d’obliger les messages à emprunter le chemin passant par les infrastructures si celles-ci sont disponibles. Les résultats présentés sont encourageants, et nous montrent qu’il est important de simuler les réseaux VANETs de manière complète, en considérant les infrastructures. / Vehicular Ad-hoc NETwork (VANET) were created in the early 80’s but have been developped for the last few years in many cities around the world. They add informations to the road network by including wireless communications between its component. Mainly the vehicles, but also numerous RoadSide Units (RSU) which are directly in relation with the road network (traffic light, meter, but also specialized units and more). The addition of RSUs help the network to disseminate the informations across the network. The main goal of this type of networks is to improve road safety and road traffic, as well as providing driver and passengers with advertisement and entertainment applications. In order to accomplish these aims, a good routing of the information in this kind of networks is a key. Unfortunately, the use of the RSUs in the simulations of VANETs is often missed. Indeed, the major parts of research on the matter of routing in VANETs are a simulation of a mobile ad-hoc network with only some improvements : controlled movement of faster nodes. They do not use the full description of a vehicular ad-hoc network. The routing in these networks use RSU in an opportunistic way but in the end, the RSUs should be deployed massively so they have to be ackowledged. In this research, we concentrate on the study of the variations of routing metrics when RSUs are added to the simulations. The routing protocol used is AODV, and we present a modification of it, to force messages to use the path which contains RSU(s) if they exist. The results are encouraging and show us that in the simulation of a real vehicular ad-hoc networks, it is important to consider the roadside units.

Un réseau mobile ad hoc constitue un ensemble de noeuds mobiles interconnectés par une technologie sans fil, formant un réseau décentralisé, sans infrastructure fixe. Ce type de réseau est caractérisé par une topologie dynamique qui varie aléatoirement en fonction du temps. Ce comportement aléatoire rend difficile la détermination d’un chemin entre deux noeuds mobiles, d’où la difficulté de mettre en place des algorithmes de routage efficaces pour ces réseaux. Dans ce contexte, les travaux du groupe de normalisation MANET (Mobile Ad hoc NETwork) ont donné lieu à deux catégories d’algorithmes de routage : les algorithmes proactifs et les algorithmes réactifs. Les algorithmes proactifs disposent en permanence d’une route pour chaque paire de sources/destinations dans le réseau, ce qui génère un trafic de signalisation important. Au contraire, pour les algorithmes réactifs, les routes sont construites à la demande et sont détruites après leur utilisation. Cela génère à priori un faible trafic de signalisation, mais également un délai supplémentaire lors de la construction (ou de la reconstruction) des routes. Dans ce mémoire, nous proposons une formulation du problème de routage en tenant compte des paramètres tels que le délai moyen de bout-en-bout, le taux de paquets reçus et le taux d’information de contrôle. Les résultats de simulation montrent que les performances du réseau dépendent à la fois de l’intensité du trafic et du degré de mobilité des noeuds. / A mobile ad hoc network is a set of mobile nodes interconnected by a wireless technology, forming a decentralised network, without any fixed infrastructure. This type of network is characterised by a dynamic topology which randomly varies with the time. Such behaviour makes difficult the determination of routes between two mobile nodes, from where the difficulty in setting up effective routing algorithms for these networks. In this context, the MANET (Mobile Ad hoc NETwork) group proposes two categories of routing algorithms : proactive and reactive. The proactive algorithms permanently have a route for each pair of source/destination nodes, which generates an important signaling traffic. On the contrary, for the reactive algorithms, the routes are built on demand and are destroyed after their use, generating a priori a weak traffic of signalisation but also an additional delay to the construction delay (or rebuilding) of routes. Within this memory, we propose a formulation of the routing problem by taking account of the parameters such as the average end-to-end delay, the packet delivery fraction and the routing overhead. The results of simulation show that the performances of the network depend on both the traffic intensity and the nodes mobility degree.