Avec le développement rapide des technologies permettant la collecte et l’échange des données géospatiales, la quantité de bases de données géospatiales disponibles est en constante augmentation. Ces bases de données géospatiales représentent souvent une même réalité géographique de façon différente, et sont, par conséquent, sémantiquement hétérogènes. Afin que les utilisateurs de différentes bases de données puissent échanger des données et collaborer dans un but commun, ils doivent avoir une compréhension commune de la signification des données échangées et résoudre ces hétérogénéités, c’est-à-dire que l’interopérabilité sémantique doit être assurée. Il existe actuellement plusieurs approches visant à établir l’interopérabilité sémantique. Cependant, l’arrivée puis la récente prolifération des réseaux ad hoc modifient et rendent plus complexe la résolution du problème de l’interopérabilité sémantique. Les réseaux ad hoc de bases de données géospatiales sont des réseaux qui peuvent s’auto-organiser, pour des besoins ponctuels, sans qu’une structure particulière soit définie a priori. En raison de leur dynamicité, de l’autonomie des sources qui les composent, et du grand volume de sources disponibles, les approches dites « traditionnelles » qui ont été conçues pour établir l’interopérabilité sémantique entre deux sources ou un nombre limité et statique de sources ne sont plus adaptées. Néanmoins, bien que les caractéristiques d’une approche pour l’interopérabilité sémantique dans les réseaux ad hoc doivent permettre d’agir sur un grand volume de sources, il demeure essentiel de prendre en compte, dans la représentation de la sémantique des données, les caractéristiques particulières, les contextes et les dimensions spatiales, thématiques et temporelles des données géospatiales. Dans cette thèse, une nouvelle approche pour l’interopérabilité sémantique en temps réel dans les réseaux ad hoc de bases de données géospatiales est proposée afin de répondre à la fois aux problématiques engendrées par les réseaux ad hoc et les bases de données géospatiales. Les contributions de cette approche pour l’interopérabilité sémantique en temps réel concernent majoritairement la collaboration dynamique entre les utilisateurs de bases de données géospatiales du réseau ad hoc, la représentation et l’extraction des connaissances, le mapping sémantique automatisé, la similarité sémantique et la propagation des requêtes dans le réseau ad hoc. Le cadre conceptuel qui sous-tend l’approche se base sur les principes de la communication dans les réseaux sociaux. À la suite du cadre conceptuel qui établit les fondements de l’approche, cette thèse présente un nouveau modèle de représentation des coalitions de bases de données géospatiales, dans le but de faciliter, dans un contexte d’interopérabilité sémantique, la collaboration entre les utilisateurs de bases de données géospatiales du réseau. Sur la base de ce modèle, une approche de découverte des sources pertinentes et de formation des coalitions se basant sur les principes de l’analyse des réseaux est proposée. Afin de gérer les changements du réseau en temps réel, des opérateurs de gestion des changements dans les coalitions sont proposés. Une fois les coalitions établies, les échanges de données entre les membres d’une même coalition ou de coalitions différentes ne peuvent être assurées que si la représentation de la sémantique est suffisamment riche et que les ontologies qui décrivent les différentes bases de données sont sémantiquement réconciliées. Pour ce faire, nous avons développé dans cette thèse un nouveau modèle de représentation des concepts, le soit le Concept multi-vues augmenté (Multi-View Augmented Concept - MVAC) dont le rôle est d’enrichir les concepts des ontologies avec leurs différentes contextes, la sémantique de leurs propriétés spatiotemporelles, ainsi que les dépendances entre leurs caractéristiques. An Ensuite, une méthode pour générer les concepts MVAC est développée, laquelle comprend une méthode pour l’extraction des différentes vues d’un concept qui sont valides dans différents contextes, puis une méthode d’augmentation du concept qui extrait les dépendances implicites au moyen d’algorithme de fouille de règles d’association. Ensuite, deux modèles complémentaires furent développés pour résoudre les hétérogénéités sémantiques entre les concepts MVAC. Dans un premier lieu, un modèle graduel de mapping sémantique automatisé, le G-MAP, établit les relations sémantiques qualitatives entre les concepts MVAC au moyen de moteurs de raisonnement basé sur des règles d’inférence qui intègrent de nouveaux critères de matching. Ce modèle se distingue par sa capacité à prendre en compte une représentation plus riche et complexe des concepts. Puis, nous avons développé un nouveau modèle de similarité sémantique, Sim-Net, adapté aux réseaux ad hoc et basé sur le langage de la logique descriptive. La contribution des deux modèles permet une interprétation optimale par l’utilisateur de la signification des relations entre les concepts de différentes bases de données géospatiales, améliorant ainsi l’interopérabilité sémantique. La dernière composante est une approche multi-stratégies de propagation des requêtes dans le réseau ad hoc, où les stratégies, formalisées à l’aide du langage Lightweight Coordination Calculus (LCC) qui supporte les interactions basées sur des normes sociales et des contraintes dans un système distribué, représentent différents moyens employés pour communiquer dans les réseaux sociaux. L’approche de propagation intègre un algorithme d’adaptation en temps réel des stratégies aux changements qui modifient le réseau. L’approche a été implémentée sous forme de prototype utilisant la plateforme Java JXTA qui simule les interactions dynamiques entre des pairs et des groupes de pairs (réseau peer-to-peer). L’utilité, la faisabilité et les avantages de l’approche sont démontrés par un scénario de gestion de désastre naturel. Cette thèse apporte aussi une contribution supplémentaire en développant le nouveau concept de qualité de l’interopérabilité sémantique ainsi qu’un cadre pour l’évaluation de la qualité de l’interopérabilité sémantique en tant que processus. Ce cadre est utilisé à des fins d’évaluation pour valider l’approche. Ce concept de qualité de l’interopérabilité sémantique ouvre de nombreuses perspectives de recherches futures concernant la qualité des échanges de données dans un réseau et son effet sur la prise de décision. / The recent technological advances regarding the gathering and the sharing of geospatial data have made available important volume of geospatial data to potential users. Geospatial databases often represent the same geographical features but from different perspectives, and therefore, they are semantically heterogeneous. In order to support geospatial data sharing and collaboration between users of geospatial databases to achieve common goals, semantic heterogeneities must be resolved and users must have a shared understanding of the data being exchanged. That is, semantic interoperability of geospatial data must be achieved. At this time, numerous semantic interoperability approaches exist. However, the recent arrival and growing popularity of ad hoc networks has made the semantic interoperability problem more complex. Ad hoc networks of geospatial databases are network that self-organize for punctual needs and that do not rely on any predetermined structure. “Traditional” semantic interoperability approaches that were designed for two sources or for a limited static number of known sources are not suitable for ad hoc networks, which are dynamic and composed of a large number of autonomous sources. Nevertheless, while a semantic interoperability approach designed for ad hoc network should be scalable, it is essential to consider, when describing semantics of data, the particularities, the different contexts and the thematic, spatial and temporal aspects of geospatial data. In this thesis, a new approach for real time semantic interoperability in ad hoc network of geospatial databases that address the requirements posed by both geospatial databases and ad hoc networks is proposed. The main contributions of this approach for real time semantic interoperability are related to the dynamic collaboration among user agents of different geospatial databases, knowledge representation and extraction, automatic semantic mapping and semantic similarity, and query propagation in ad hoc network based on multi-agent theory. The conceptual framework that sets the foundation of the approach is based on principles of communication between agents in social network. Following the conceptual framework, this thesis proposes a new model for representing coalitions of geospatial databases that aim at supporting the collaboration among user agents of different geospatial databases of the network, in a semantic interoperability context. Based on that model, a new approach for discovering relevant sources and coalitions mining based on network analysis techniques is proposed. Operators for the management of events affecting coalitions are defined to manage real times changes occurring in the ad hoc network. Once coalitions are established, data exchanges inside a coalition or between different coalitions are possible only if the representation of semantics of rich enough, and the semantic reconciliation is achieved between ontologies describing the different geospatial databases. To achieve this goal, in this thesis we have defined a new representation model for concepts, the Multi-View Augmented Concept (MVAC). The role of this model is to enrich concepts of ontologies with their various contexts, the semantics of their spatiotemporal properties, and the dependencies between their features. A method to generate MVAC concept was developed. This method includes a method for the extraction of the different views of a concept that correspond to the different contexts, and an augmentation method based on association rule mining to extract dependencies between features. Then, two complementary models to resolve semantic heterogeneity between MVAC concepts were developed. First, a gradual automated semantic mapping model, the G-MAP, discovers qualitative semantic relations between MVAC concepts using rule-based reasoning engines that integrate new matching criteria. The ability of this model to take as input a rich and complex representation of concepts constitutes the contribution of this model with respect to existing ones. Second, we have developed Sim-Net, a Description Logic- based semantic similarity model adapted to ad hoc networks. The combination of both models supports an optimal interpretation by the user of the meaning of relations between concepts of different geospatial databases, improving semantic interoperability. The last component is a multi-strategy query propagation approach for ad hoc network. Strategies are formalized with the Lightweight Coordination Calculus (LCC), which support interactions between agents based on social norms and constraints in a distributed system, and they represent the different strategies employed to communicate in social networks. An algorithm for the real time adaptation of strategies to changes affecting the network is proposed. The approach was implemented with a prototype using the Java JXTA platform that simulates dynamic interaction between peers and groups of peers. The advantages, the usefulness and the feasibility of the approach were demonstrated with a disaster management scenario. An additional contribution is made in this thesis with the development of the new notion of semantic interoperability quality, and a framework to assess semantic interoperability quality. This framework was used to validate the approach. This new concept of semantic interoperability quality opens many new research perspectives with respect to the quality of data exchanges in network and its impact on decision-making.

Les travaux menés dans cette thèse visent à améliorer la précision du GPS en s'inspirant du mode différentiel (DGPS, Differential GPS). Mais à l'inverse de la solution RTK (RTK, Real-Time Kinematic) qui utilise une grande station de base et qui est difficile à installer et surtout très onéreuse, la solution originale proposée dans cette thèse (LCD-GPS, Low Cost Differential GPS, Local Cooperative DGPS) est basée sur l'utilisation d'un Réseau de Capteurs Sans Fil (RCSF) équipés de récepteurs standarts à faible coût. Ces travaux incluent l'utilisation d'une carte numérique (Map matching), la différence simple, la différence intelligente le filtrage la correction globale ...Afin d'évaluer cette solution, une plateforme matérielle et logiciel a été développée, elle consiste en un réseau de capteurs appelés LiveNodes (LIMOS Versatile Embedded Node). La partie logicielle est composée notamment d'un système d'exploitation embarqué appelé LIMOS (Lighweight Multi-thtreading Operating System) et d'un protocole de communication sans fil appelé CIVIC (Communication Inter Vehicule Intelligente et Coopérative) et enfin les traitements propres à la solution LCD-GPS

L'auto-organisation de réseaux radio multi-sauts a pour objectif de structurer/organiser un réseau à l'aide d'une structure logique. Pourquoi le structurer ? Pour introduire de la stabilité en ne tenant pas compte de voisins instables ou fortement mobiles, pour fédérer l'ensemble des noeuds, pour introduire une hiérarchie dans le réseau afin de faciliter le passage à l'échelle, pour introduire plus de capacité dans le réseau, etc. L'auto-organisation telle que nous la considérons vise à construire une topologie logique basée sur la topologie physique de telle sorte que les protocoles réseaux (routage, inondation, etc.) et applicatifs (agrégation et dissémination de données) soient plus efficace et plus robuste. La littérature propose essentiellement 4 façons de structurer un réseau en ayant recours aux tables de hachage distribuées (DHT), aux stratégies de clustering, à la construction d'overlays ou en construisant un réseau maillé logique. Bien entendu, il s'agit ici de proposer des protocoles localisés, voire distribuées. Dans nos travaux, nous avons proposé plusieurs algorithmes localisés de construction et de maintenance de backbone virtuel construit sous forme d'arbre ou de treillis. Après avoir étudié les propriétés intrinsèques de ces protocoles en termes de cardinalité, de convergence (auto-stabilisation), de complexité, etc. nous nous sommes intéressé à l'apport de ces structures logiques dans les problématiques réseaux. Ainsi, et que ce soit dans le domaine des réseaux ad hoc, des réseaux hybrides et des réseaux de capteurs, nous avons re-visité les principaux défis posés en développant des protocoles basés sur les auto-organisations proposées plutôt que de considérer le réseau à plat comme c'est souvent le cas. Des protocoles de routage unicast, de localisation, d'auto-configuration mais également de diffusion de données ont été proposés. L'ensemble des publications obtenues mettent en évidence la pertinence de cette démarche. A côté de ces travaux orientés réseaux nous avons montré, dans des travaux plus théoriques, l'apport en terme de stabilité que permettait l'auto-organisation notamment dans le cas de topologies fortement dynamique. Ce résultat est basé sur l'application de l'entropie statistique utilisée classiquement en thermodynamique. Ces travaux ont été menés depuis le point de vue théorique jusqu'à l'expérimentation.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Les techniques de communication coopératives ont été proposées pour améliorer la qualité des signaux reçus par les terminaux sans fil grâce au principe de diversité spatiale. Cette propriété est obtenue par une duplication du signal, envoyé par l’émetteur au niveau d’un terminal relais situé entre l’émetteur et le récepteur. Les travaux de recherche menés en communications coopératives concernent deux domaines principaux: certains traitent la transmission physique alors que d’autres sont étudient l’interaction de la couche physique avec les couches protocolaires supérieures, en particulier les niveaux MAC (Medium Access Control) et réseau. Si ces domaines de recherche sont généralement séparés, des études conjointes s’avèrent nécessaires pour obtenir des systèmes coopératifs implantables. C’est dans ce contexte que se situent les travaux de la thèse avec, comme cadre applicatif, les réseaux ad hoc. En premier lieu, dans la mesure où il n’existe pas de modèle complet de système coopératif, un cadre de modélisation original est proposé pour représenter le fonctionnement d’un système coopératif, sa mise en place et son fonctionnement. Une caractéristique du modèle est de faire abstraction des couches protocolaires. Cette façon de procéder permet d’analyser de façon similaire différentes solutions proposées dans la littérature. De plus, ce modèle facilite la conception de solutions coopératives, en particulier la conception du processus de mise en place du système de coopération qui initialise les rôles de relais, destinataire et source en fonctionnement coopératif. Le modèle de système coopératif est utilisé pour la conception d’une solution de transmission coopérative adaptative où le relais agit en tant que proxy entre la source et le destinataire. L’intérêt de notre proposition, ProxyCoop, par rapport à d’autres propositions, est d’être compatible avec le protocole IEEE 802.11 que ce soit dans son mode de base ou dans son mode optionnel. Pour chaque trame, le mode de transmission à la source est dynamiquement défini soit en mode proxy coopératif soit en mode non coopératif, et ce en fonction de la réception ou la non réception d’un acquittement du destinataire. Les résultats de simulation montrent, sous certaines conditions, une amélioration des performances en termes de nombre de trames effectivement reçues. Le nombre de retransmissions dues à des trames reçues erronées est diminué, et les transmissions en mode multi saut, coûteuses en temps et en bande passante sont également diminuées. Les conditions favorables à la coopération sont dépendantes de la qualité et de l’accessibilité du canal. Une méthode pour la mise en place du système coopératif est également proposée. Elle repose sur l’utilisation d’un protocole standard de routage pour réseaux ad hoc, AODV. Les évaluations de performances indiquent que la mise en place du système de coopération coûte peu en termes de bande passante, les performances du système (mise en place et fonctionnement) sont supérieures à celles d’un système non-coopératif, pour des conditions données. Finalement, l’application de la solution proposée à un réseau ad hoc spécifique, un réseau maillé (mesh) conforme au standard IEEE 802.11s illustre où et comment déployer la solution proposée. / Cooperative communication techniques have been proposed in order to improve the quality of the received signals at the receivers by using the diversity added by duplication of signals sent by relay terminals situated between each transmission pair. Researches related to cooperative communication can be categorized into two fields; Cooperative transmissions and Cooperative setup. The first research field concerns with cooperative transmission techniques in the physical layer while the second research field concerns with issues on inter-layer interaction between cooperative transmissions in the physical layer to protocols in the upper layers (especially the MAC layer and the network layer). These research topics have been separately concerned but, for implementations, they have to work together. Since there is not any existing common frame work to describe entire functions in cooperative communication, we proposed an original framework of cooperative network at the system level called “Cooperative Network Model”. The model does not reflect the protocol layering; thus, we can generalize the cooperation process and obtain an analysis that is available for many solutions. For validity, the proposed model can clearly illustrate and systematically describe existing cooperative setup protocols. In addition, the proposed cooperative network model facilitates us to find and to solve problems in cooperative designs; especially in cooperative setup, which is in charge on the initiation of the terminal’s role (i.e., a source, a relay, and a destination terminal). Thus, we believe that this model can facilitate the design and updating of existing and future propositions in this domain. The cooperative network protocol is used to design an adaptive cooperative transmission called Proxy Cooperative Transmission. In contrast to other adaptive cooperative transmission techniques, our proposition is compatible to both of the basic access mode and the optional access mode of IEEE 802.11 Medium Access Control (MAC) protocol. The transmission mode for each data frame is adaptively switched between a proxy cooperative mode and a non-cooperative mode based on the absence of acknowledge (ACK) frame. Simulation results show that transmission performance is improved by decreasing the number of re-transmissions due to frame errors; thus, chances of multi-hop mode transitions that are costly in time and bandwidth are alleviated. Then, in order to fulfill ProxyCoop communications in part of cooperative setup, we propose a cooperative setup method called “Proxy Cooperative Setup”. The proposition is based on a routing standard protocol for ad hoc networks, AODV, so that it could be easily deployed. The impacts of ProxyCoopSetup when it works with ProxyCoop transmissions have been studied. From simulation results, it shows that ProxyCoop transmissions with ProxyCoopSetup has similar performance to the ProxyCoop transmissions without ProxyCoopSetup. Finally, when the implementation of the proxy cooperative communication and how it can be integrated on existing networks have been considered, it is shown that the design of proxy cooperative communication is also valuable for the 802.11s WLAN Mesh Network environments.

Dans le cadre des réseaux ad hoc à grande envergure, le concept de clusterisation peut être mis à profit afin de faire face aux problèmes de passage à l'échelle et d'accroître les performances du système. Tout d’abord, cette thèse présente notre algorithme de clusterisation TBCA ‘Tiered based Clustering algorithm’, ayant pour objectif d’organiser le processus de clusterisation en couches et de réduire au maximum le trafic de contrôle associé à la phase d’établissement et de maintenance de l’infrastructure virtuelle générée. La formation et la maintenance d’une infrastructure virtuelle ne sont pas une fin en soi. Dans cet axe, on a exploité les apports de notre mécanisme de clusterisation conjointement avec le mode veille, à travers la proposition de l’approche de conservation d’énergie baptisée CPPCM ‘Cluster based Prioritized Power Conservation Mechanism’ avec deux variantes. Notre objectif principal est de réduire la consommation d’énergie tout en assurant l’acheminement des paquets de données sans endurer des temps d’attente importants aux niveaux des files d’attente des nœuds impliqués dans le transfert. Nous avons proposé aussi un algorithme de routage LCR ‘Layered Cluster based Routing’ se basant sur l’existence d’une infrastructure virtuelle. L’exploitation des apports de notre mécanisme TBCA et la limitation des tâches de routage additionnelles à un sous ensemble de nœuds sont des atouts pour assurer le passage à l’échelle de notre algorithme. / Relying on a virtual infrastructure seems a promising approach to overcome the scalability problem in large scale ad hoc networks. First, we propose a clustering mechanism, TBCA ‘Tiered based Clustering algorithm’, operating in a layered manner and exploiting the eventual collision to accelerate the clustering process. Our mechanism does not necessitate any type of neighbourhood knowledge, trying to alleviate the network from some control messages exchanged during the clustering and maintenance process. Since the energy consumption is still a critical issue, we combining a clustering technique and the power saving mode in order to conserve energy without affecting network performance. The main contribution of our power saving approach lies on the differentiation among packets based on the amount of network resources they have been so far consumed. Besides, the proposed structure of the beacon interval can be adjusted dynamically and locally by each node according to its own specific requirements. We propose also a routing algorithm, LCR ‘Layered Cluster based Routing’. The basic idea consists on assigning additional tasks to a limited set of dominating nodes, satisfying specific requirements while exploiting the benefits of our clustering algorithm TBCA.

Nos travaux se positionnent dans le cadre de l'algorithmique distribuée et plus particulièrement des réseaux ad hoc. Les réseaux ad hoc sont auto-organisés en permettant des échanges directs entre nœuds mobiles et ne reposent sur aucune infrastructure. Chaque nœud peut se déplacer librement et indépendamment des autres impliquant une modification perpétuelle de la topologie. Dans ce contexte, la probabilité que des défaillances surviennent dans le réseau est importante. Ces défaillances gênent le bon fonctionnement du réseau et peuvent même entrainer une paralysie de celui-ci. C'est pourquoi la conception de solutions pour de tels réseaux nécessitent des mécanismes de gestion de fautes. Parmi ceux-ci, l'approche d'auto-stabilisation permet à un système de gérer les fautes transitoires. Nous étendons cette approche pour répondre aux principaux problèmes liés à la mobilité des nœuds. Notre objectif est de répondre à un double besoin d'auto-organisation du réseau et d'optimisation du nombre de messages échangés. Notre approche consiste à découper le réseau en clusters afin de lui donner une structure hiérarchique. Cette dernière rend l'utilisation du réseau plus efficace et plus performante. L'algorithme que nous avons développé à cet effet est auto-stabilisant et n'est basé que sur des connaissances locales. Nous exploitons cette solution pour proposer deux utilisations efficaces : la diffusion d'informations dans le réseau et le routage. La diffusion d'informations exploite un arbre couvrant inter-clusters, construit sans surcoût, en parallèle de la clusterisation. Le routage quant à lui exploite cet arbre pour permettre à la fois d'optimiser le délai de bout en bout et le nombre de messages échangés. / Our work relies in the domain of distributed system, more preciselly ad hoc networks. Ad hoc networks are self-organized allowing direct exchanges between mobile nodes and do not rely on any infrastruture. Each node can move freely and independently of each others involving continuous topology variability. In this context, the probability that a failure occurs in the network is high. These failures hinder the proper functioning of the network and even causes its paralysis. Therefore, designing solutions for such networks requires fault management mechanisms. Among these, a self-stabilizating approach allows the system to withstand transient faults. We extend this approach to answer the problems induced by nodes mobility. We have two main objectives: a self-organizing network and optimizing number of exchanged messages. Our approach consists in dividing the network into clusters in order to give it a hierarchical structure. This solution allows a more efficient and effective network use. The algorithm that we developed for this purpose is a self-stabilizing algorithm based only on local informations. Based on this solution, we propose two efficient use cases: Information broadcast and a routing protocol. Information broadcast uses an inter-cluster spanning tree, generated without any overhead. In the same time as the clustering process. The routing protocol uses this tree for both round trip and number of exchanged messages optimization.

Les systèmes de communication modernes sont caractérisés par leur besoin croissant en mécanismes d’auto-configuration. En effet, dans de nombreux cas pratiques, la présence de dispositifs de centralisation tel qu’une station de base n’est ni réaliste ni pratique. Ceci est le cas, par exemple, des situations militaires ou aussi celles d’urgence, ou lorsque le déploiement de plus en plus dense de points d’accès rend la planification humaine irréalisable. Par conséquent, des problèmes tel que la conception de règles de comportement pour les appareils (ou groupes d’appareils) sur la fa¸ con de choisir leurs propres paramètres de transmission, se présentent naturellement. En particulier, les algorithmes d’auto-configuration doivent être en mesure de répondre à la nécessité de détecter, d’éviter ou de réduire les interférences, maintenant ainsi une qualité suffisante de communications quand une centralisation est indisponible, et ceci avec un minimum d’échange d’informations et de coopération. En outre, ces algorithmes doivent être en mesure de faire face aux variations naturelles des conditions d’émission, en raison de l’atténuation, des effets de masque, de la mobilité et de la variation des comportements des autres dispositifs qui peuvent éventuellement créer des interférences supplémentaires. L’objectif de cette thèse est d’étudier le problème conjoint de sélection de canal et de contrôle de puissance dans le contexte de réseaux ad hoc clustérisés à canaux multiples, c’est à dire, des réseaux décentralisés dans lesquels les appareils radio sont disposés en groupes appelés clusters, et de proposer un algorithme d’auto-configuration décentralisé viable pour un tel réseau.Le réseau est étudié et analysé par l’intermédiaire de la théorie des jeux, et les équilibres relatifs sont identifiés. Le premier objectif consiste à utiliser ces équilibres afin de quantifier les performances des différents algorithmes qui proviennent de la théorie de l’apprentissage dans les jeux. Un algorithme basé sur le paradigme “trial and error” est alors sélectionné en tant que solution candidat. Une fonction d’utilité particulière est conçue afin que l’équilibre puisse coïncider avec les solutions d’ un problème d’optimisation, maximisant ainsi la qualité des communications, tout en minimisant les ressources nécessaires. Ces résultats sont présentés sous la forme la plus générale et, par conséquent, ils peuvent ˆ être aussi considérés comme un cadre théorique général pour la conception des jeux, ainsi que des algorithmes d’apprentissage avec lesquels les réseaux décentralisés peuvent fonctionner à des points optimaux globaux, et ceci à l’aide uniquement de leurs connaissances locales disponibles. La pertinence de la conception du jeu ainsi que de l’algorithme d’apprentissage est mis en évidence au moyen de scénarios spécifiques dans des réseaux ad hoc clustérisés et décentralisés. Les résultats numériques confirment la pertinence de l’utilisation des fonctions utilitaires appropriées ainsi que de l’apprentissage ”trial and error” dans l’amélioration de la performance des réseaux décentralisés. / Modern communication systems are characterized by an increasing need for self-configuring networks. In fact, in many practical cases, the presence of centralizing devices such as a base station is neither realistic nor practical. This is the case, for instance, in military or emergency situation, or when the increasingly dense deployment of access points makes a man-made planning unfeasible. As a consequence, problems like designing behavioral rules for devices (or groups of devices) on how to select their own transmit parameters naturally arise. In particular, self-configuring algorithms must be able to respond to the necessity of detecting, avoiding or reducing interference, thus maintaining a sufficient quality of the communications when no centralization is available, and with minimum information exchange and cooperation. Moreover, these algorithms must be able to cope with the variations of the transmission conditions due to fading, shadowing, mobility and to the change in other devices behavioral patterns eventually creating extra interference.The goal of this thesis is to study the joint problem of channel selection and power control in the context of multiple-channel clustered ad-hoc networks, i.e., decentralized networks in which radio devices are arranged into groups known as clusters, and to propose a viable decentralized self-configuring algorithm for such a network.The network is studied and analyzed through game theory, and the relative equilibria are identified. The first purpose is to use these equilibria in order to quantify the performance of different algorithms that originate from the theory of learning in games. An algorithm based on the trial and error paradigm is then selected as a candidate solution. A particular utility function is designed in order for the equilibria to coincide with the solutions of an optimization problem, thus maximizing the quality of the communications while minimizing the resources needed. These results are presented in the most general form and therefore, they can also be seen as a framework for designing both games and learning algorithms with which decentralized networks can operate atglobal optimal points using only their available local knowledge. The pertinence of the game design and the learning algorithm are highlighted using specific scenarios in decentralized clustered ad hoc networks. Numerical results confirm the relevance of using appropriate utility functions and trial and error learning for enhancing the performance of decentralized networks.

Les réseaux sans fil multi-sauts ad hoc et les réseaux de capteurs présentent une solution prometteuse pour assurer une connectivité quasi-permanente dans l'Internet du Futur. Cette connectivité, néanmoins, nécessite la conception d'un protocole d'accès au canal radio fiable, ce qui défi les caractéristiques hostiles et instables des réseaux ad hoc et des réseaux de capteurs. Cet environnement, en effet, est caractérisé par la rareté des ressources radio disponibles, la perte de la bande passante due aux collisions et aux interférences. La nécessité de garantir une meilleure qualité de service aux couches applicatives a promu la conception des protocoles MAC basés sur la technique d'accès TDMA. Essayant de contourner la contrainte d’une fine synchronisation horloge imposée par ce type de protocoles, les recherches se sont orientées vers une conception de protocoles MAC basés sur la technique TDMA dont la taille de la trame est fixe. Cependant, cette conception présente deux principaux inconvénients: d'une part elle procure une inflexibilité quant à la variation de la topologie du réseau suite aux mouvements des nœuds. D'une autre part, elle soulève un problème de dimensionnement : si la taille de la trame est surdimensionnée par rapport au nombre de nœuds présents dans le réseau, des slots non alloués apparaissent induisant la perte de la bande passante. Toutefois, si la taille de la trame est sous-dimensionnée, un risque de famine surgit. Les protocoles MAC basés sur la technique TDMA à taille de trame dynamique présentent une alternative, qui réussit à augmenter le débit au détriment d’une non-équité entre les nœuds dans le réseau. Outre l'utilisation optimale et équitable de la bande passante disponible, la réduction de la consommation d'énergie constitue un autre défi majeur pour les réseaux ad hoc et les réseaux de capteurs. Dans ce travail, deux contributions nommées OSTR et S-OSTR, sont conçues pour améliorer le débit, l'équité et la réduction de la consommation d'énergie dans l'environnement des réseaux ad hoc et des réseaux de capteurs. L'idée motrice d'OSTR consiste à augmenter la taille de la trame TDMA dynamiquement de manière à aboutir à une taille de trame réduite. Dans ce but, OSTR met en place une augmentation à la demande de la taille de la trame. Cette augmentation est établie slot par slot. OSTR se base sur une réutilisation spatiale des times slots ; i.e. un même slot peut être utilisé au même moment par plusieurs nœuds dans le réseau. Afin de prévenir les collisions dues à la coexistence de plusieurs tailles de trames au même temps dans le réseau, OSTR déploie une solution coopérative qui consiste à fixer un rendez-vous au moment duquel la taille de la trame est augmentée simultanément par tous les nœuds dans le réseau. S-OSTR constitue une adaptation du protocole OSTR à l'environnement des réseaux de capteurs. S-OSTR vise à augmenter la durée de vie du réseau. Il déploie ainsi une période d'activité dynamique qui consiste en une trame TDMA augmentant slot-par-slot. S-OSTR effectue également un ordonnancement des activités des nœuds afin de prolonger la période d'inactivité, et par suite prolonger la durée de vie du réseau. Nos deux contributions se basent sur une nouvelle technique d'augmentation dynamique de la taille de la trame TDMA qui consiste à augmenter la taille slot-par-slot. Cette technique permet d'atteindre une taille réduite, et par conséquent d’améliorer l'utilisation de la bande passante et de minimiser la consommation de l'énergie dans le réseau. L'analyse des performances d'OSTR et de S-OSTR souligne leurs potentiels pour s'adapter aux exigences des applications en termes de QoS, pour assurer un accès équitable au canal radio, pour réduire la consommation de l'énergie et pour s'adapter aux différents changements de la topologie du réseau / Wireless multi-hop ad hoc and sensor networks provide a promising solution to ensure ubiquitous connectivity for the Future Internet. Good network connectivity requires designing a reliable Medium Access Control (MAC) protocol, which is a challenging task in the ad hoc and sensor environments. The broadcast and shared nature of the wireless channel renders the bandwidth resources limited and expose the transmissions to relatively high collisions and loss rates. The necessity to provide guaranteed Quality of Service (QoS) to the upper layers triggered the design of conflict-free MAC protocols. The TDMA synchronization constraint is basically behind the rush of MAC protocol design based on a fixed frame size. This design shows inflexibility towards network variations and creates a network dimensioning issue that leads to a famine risk in case the network is under-dimensioned, and to a waste of resources, otherwise. Moreover, the alternative dynamic protocols provide more adaptive solutions to network topology variations at the expense of a fair access to the channel. Alongside with the efficient channel usage and the fair medium access, reducing the energy consumption represents another challenge for ad hoc and sensor networks. Solutions like node activity scheduling tend to increase the network lifetime while fulfilling the application requirements in terms of throughput and delay, for instance. Our contributions, named OSTR and S-OSTR, address the shortcomings of the medium access control protocol design in the challenging environment of wireless multi-hop ad hoc and sensor networks, respectively. For OSTR the idea consists in adopting a dynamic TDMA frame size that increases slot-by-slot according to the nodes arrival/departure to/from the network, and aiming to achieve a minimum frame size. For this end, OSTR couples three major attributes: (1) performing slot-by-slot frame size increase, (2) providing a spatial reuse scheme that favors the reuse of the same slot if possible, (3) and ensuring an on-demand frame size increase only according to the node requirements in terms of throughput. To tackle different frame sizes co-existence in the network, OSTR brings a cooperative solution that consists in fixing an appointment, a date when the frame size in the network is increased. Concerning S-OSTR, it is an amendment of OSTR for wireless sensor networks. It brings the idea of a dynamic active period, since it deploys a dynamic frame size that is built slot-by-slot according to nodes arrival to the network. S-OSTR enforces the slot-by-slot frame size increase by a node activity scheduling to prolong the inactivity period in the network, and hence prolong the overall network lifetime for wireless sensor networks. Our contributions are both based on the new dynamic TDMA frame size increase that consists in increasing the frame size slot-by-slot aiming to achieve a shorter frame size, and hence improve the channel utilization, and reduce the energy consumption. The performance analysis of OSTR and S-OSTR shows that they present good potentials to support QoS requirements, to provide energy-efficiency, to ensure fair medium access, to accommodate network topology changes and finally, to enhance robustness against scalability. The impact of this new TDMA frame size increase technique on the medium access control protocol performance is highlighted through multiple simulations of OSTR and S-OSTR. Multiple comparative studies are also handled to point out the effectiveness of this new technique and the soundness of our contributions

Les acteurs majeurs d'Internet ont mis en place dans leurs datacenters de plus en plus de virtualisation pour permettre de faire fonctionner plusieurs systèmes d'exploitation simultanément sur un même serveur physique. Cette technologie a permis de faire des économies énergétiques et financières importantes. Elle utilise également au niveau de la recherche depuis peu de temps, en particulier dans le domaine des réseaux. Traditionnellement, ce sont des équipements physiques tels que des commutateurs ou des routeurs qui se chargent du transfert de l'information, à la suite d'une programmation effectuée par les administrateurs. Dorénavant, ces équipements sont également virtualisés et la décision prise pour l'acheminement de l'information se fait de manière logiciel. Des expérimentations de cette technologie de virtualisation du réseau, aussi appelé Software-Defined Network (SDN), ont été mise en place par Google pour relier ses principaux datacenters [1], au travers le monde.Dans le cadre de ce projet, nous présentons une nouvelle architecture basée sur les concepts du SDN, pour les réseaux avec ou sans infrastructure. Cette architecture est composée de réseaux filaires, sans fil et ad-hoc. Elle est ensuite proposée pour intégrer des objets communicants dans un domaine du réseau SDN. Différents domaines sont alors interconnectés pour que la gestion du réseau soit distribuée, sans toutefois réduire le niveau de sécurité. Cette étude propose une nouvelle architecture sécurisée et distribuée pour l'IoT (Internet des Objets). / Recently, the giants of the Internet are adopting every day more and more the benefits of virtualization within the data center. Each virtualized application and its operating system can run simultaneously from one physical device. This technology reduces significantly power consumption, energy consumption, as well as operational cost. Furthermore, not long ago, this promising solution is studied by the research communities to be extended for network virtualization deployment. In traditional network physical device like routers and/or switches are responsible to transfer the information from one point to another, following the instructions previously programmed by a network administrator. At this time, the physical networking devices can be virtualized, providing an intelligent abstraction via virtual network software that makes easy to deploy and manage network resources. The search giant Google has deployed SDN to experiment with the inter-connection between their data center around the world [1].With the exponential growth of devices connected to the Internet, security network is one of the hardest challenge for network managers. Maintaining and securing such large scale and heterogeneous network is a challenging task. In this context, the new networking paradigm, the Software Defined Networking (SDN), introduces many opportunities and provides the potential to overcome those challenges. In our approach, we first propose a new SDN based architecture for networking with or without infrastructure, that we call an SDN domain. This domain includes wired network, wireless network and Ad-Hoc networks. Next, a second architecture includes sensor networks in an SDN-based network and in a domain. Third, interconnecting multiple domains and we describe how we can enhance the security of each domain and how to distribute the security rules in order not to compromise the security of one domain. Finally, we present a new secure and distributed architecture for ad-hoc networks and IoT (Internet of Things).