A wireless sensor network (WSN) consists of a large number of sensor nodes that are capable of detecting many types of information from the environment, including temperature, light, humidity, radiation and seismic vibrations. Current applications of WSNs include: physical security, air traffic control, video surveillance, environment and building monitoring. Such applications require that each sensor node knows its exact location. In this context, the received signal strength indicator (RSSI) is often used for distance measurements between the sensor nodes. This thesis presents a method for the evaluation of the RSSI properties in application to node localization in WSN. More specifically, a WSN application is implemented for collecting RSSI measurement in different conditions. The application consists of two parts: an experiment control script which runs on a computer, and an experiment mote firmware which runs on each WSN node. Statistical analysis of variance (ANOVA) was performed to determine the factors affecting the RSSI measurements. Result analysis shows that: the relation between RSSI values and distances depends on the environment; the used WSN motes are manufactured with enough precision, as the differences between the motes are insignificant; even if the RSSI measurements have significant variation, the mean RSSI values correlate with the distances; using different transmission power levels can provide additional information about the distances.

Cette thèse a pour objectif l¤étude des mécanismes d¤interaction inter-couche et leurs applications pour des algorithmes adaptatifs pour contrôler les paramètres de transmission. Après une description rapide des protocoles des couches liaison et physiques du standard IEEE 802.11, nous présentons une analyse de performance des modes de transmission spécifiés par les normes 802.11a/b. La deuxième contribution de cette thèse porte sur la modélisation des réseaux 802.11. Nous proposons un modèle analytique qui prend en compte la position des terminaux radio par rapport au point d¤accès afin d¤évaluer les performances de la couche MAC. Nous proposons ensuite de nouveaux mécanismes de sélection du débit de transmission physique. Nous avons élaboré l¤algorithme AARF, basé sur l¤algorithme ARF, qui s'intéresse à la classe des terminaux dits à faible latence et offre des services d¤adaptation à court et à long terme. Un autre algorithme basé sur les mêmes idées que celles développées pour AARF, mais conçu pour fonctionner avec des systèmes à grande latence, a été implanté et expérimenté sur des terminaux à base du processeur Atheros. Enfin, nous avons élaboré un troisième algorithme de contrôle dynamique du mode de transmission en boucle fermée appelé CLARA qui est compatible avec les standards 802.11a/b/g. La dernière contribution de cette thèse porte sur l¤optimisation de la transmission de flots multimédias temps réel sur des réseaux 802.11. Nous présentons MORSA, un mécanisme d¤optimisation inter-couche efficace qui permet de sélectionner le mode de transmission à utiliser en fonction de l'état du canal de transmission et des caractéristiques de l'application.

Ce travail a pour contexte des applications industrielles pour lesquelles des mobiles communiquent pour coopérer via un réseau local sans fil. La première étape a consisté à trouver le modèle de propagation le mieux adapté à une application industrielle générique que nous avons choisie. La deuxième étape a eu pour but de minimiser le temps nécessaire pour que l'ensemble des mobiles sous une même cellule d'un réseau 802.11b, puisse échanger les informations partagées dans le cadre de leur(s) coopération(s). La sélection d'un modèle de propagation pertinent pour le site industriel choisi est basée sur une campagne de mesures. L'ajustement des paramètres des différents modèles exixtants a permis de retenir celui préconisé par l'ITU sous la référence Pr-1238 pour remplacer les modèles de base, non pertinents, proposés par l'outil de simulation NS2. L'optimisation de la longueur du cycle des échanges entre mobiles a été réalisée selon deux axes : premièrement en agissant sur les façons de diffuser des informations à un groupe de mobiles sans être tributaire de l'envoi des beacons par le point d'accès, deuxièmement en modifiant l'aspect exponentiel binaire de l'algorithme de Backoff pour réduire le temps d'accès au médium radio. Des simulations faites à partir de l'outil NS2 ont permis de montrer qu'une diffusion par classe (broadcast) réalisée par une émulation de la méthode PCF (couplée à un mécanisme de cache dans le point d'accès) donnait de meilleurs résultats que la méthode Multiple-Unicast quand le nombre de mobiles augmente. Dans le contexte de cette étude, la modification de l'évolution de la fenêtre de tirage au sort du Backoff apporte une amélioration du temps de transit des informations par rapport au BEB de la norme 802.11.

Les télécommunications sans fil connaissent un intérêt toujours soutenu depuis plus d'une décennie car elles permettent une simplification des infrastructures par rapport aux télécommunications filaires, une mobilité accrue des terminaux, et finalement un usage plus souple pour l'utilisateur.<br /><br />Le défi actuel de ce champ des télécommunications est d'assurer une augmentation des débits de transmission. Pour cela plusieurs techniques sont envisagées, parmi lesquelles la montée en fréquence vers le spectre des ondes millimétriques. Cette approche est à la base de cette thèse qui présente les résultats de la caractérisation et de la modélisation statistique du canal de propagation intra-bâtiment à 60 GHz. Ces travaux sont basés sur plusieurs campagnes de mesure menées principalement en milieu résidentiel.<br /><br />Les principaux résultats soulignent l'importance du problème d'obstruction provoqué par l'activité humaine, ainsi que la difficulté de la propagation entre les pièces d'un bâtiment. Enfin, ces mesures révèlent que la mise en œuvre d'une diversité angulaire au sein du réseau devrait permettre de contrer ces deux difficultés. Par ailleurs, sont proposés des modèles de la propagation spatio-temporel et variant dans le temps, basés sur les propriétés statistiques des différentes caractéristiques du canal.

Avec l’avènement des objets connectés, la bande passante nécessaire dépasse la capacité des interconnections électriques et interface sans fils dans les réseaux d’accès mais aussi dans les réseaux coeurs. Des systèmes photoniques haute capacité situés dans les réseaux d’accès utilisant la technologie radio sur fibre systèmes ont été proposés comme solution dans les réseaux sans fil de 5e générations. Afin de maximiser l’utilisation des ressources des serveurs et des ressources réseau, le cloud computing et des services de stockage sont en cours de déploiement. De cette manière, les ressources centralisées pourraient être diffusées de façon dynamique comme l’utilisateur final le souhaite. Chaque échange nécessitant une synchronisation entre le serveur et son infrastructure, une couche physique optique permet au cloud de supporter la virtualisation des réseaux et de les définir de façon logicielle. Les amplificateurs à semi-conducteurs réflectifs (RSOA) sont une technologie clé au niveau des ONU(unité de communications optiques) dans les réseaux d’accès passif (PON) à fibres. Nous examinons ici la possibilité d’utiliser un RSOA et la technologie radio sur fibre pour transporter des signaux sans fil ainsi qu’un signal numérique sur un PON. La radio sur fibres peut être facilement réalisée grâce à l’insensibilité a la longueur d’onde du RSOA. Le choix de la longueur d’onde pour la couche physique est cependant choisi dans les couches 2/3 du modèle OSI. Les interactions entre la couche physique et la commutation de réseaux peuvent être faites par l’ajout d’un contrôleur SDN pour inclure des gestionnaires de couches optiques. La virtualisation réseau pourrait ainsi bénéficier d’une couche optique flexible grâce des ressources réseau dynamique et adaptée. Dans ce mémoire, nous étudions un système disposant d’une couche physique optique basé sur un RSOA. Celle-ci nous permet de façon simultanée un envoi de signaux sans fil et le transport de signaux numérique au format modulation tout ou rien (OOK) dans un système WDM(multiplexage en longueur d’onde)-PON. Le RSOA a été caractérisé pour montrer sa capacité à gérer une plage dynamique élevée du signal sans fil analogique. Ensuite, les signaux RF et IF du système de fibres sont comparés avec ses avantages et ses inconvénients. Finalement, nous réalisons de façon expérimentale une liaison point à point WDM utilisant la transmission en duplex intégral d’un signal wifi analogique ainsi qu’un signal descendant au format OOK. En introduisant deux mélangeurs RF dans la liaison montante, nous avons résolu le problème d’incompatibilité avec le système sans fil basé sur le TDD (multiplexage en temps duplexé). / With the advent of IoT (internet of things) bandwidth requirements triggered by aggregated wireless connections have exceeded the fundamental limitation of copper and microwave based wireless backhaul and fronthaul networks. High capacity photonic fronthaul systems employing radio over fiber technology has been proposed as the ultimate solution for 5G wireless system. To maximize utilization of server and network resources, cloud computing and storage based services are being deployed. In this manner, centralized resources could be dynamically streamed to the end user as requested. Since on demand resource provision requires the orchestration between the server and network infrastructure, a smart photonic (physical layer)PHY enabled cloud is foreseen to support network virtualization and software defined network. RSOAs (Reflective Semiconductor Optical Amplifier) are being investigated as key enablers of the colorless ONU(Optical Network Unit) solution in PON (Passive Optical Network). We examine the use of an RSOA in radio over fiber systems to transport wireless signals over a PON simultaneously with digital data. Radio over fiber systems with flexible wavelength allocation could be achieved thanks to the colorless operation of the RSOA and wavelength reuse technique. The wavelength flexibility in optical PHY are inline with the paradigm of software defined network (SDN) in OSI layer 2/3. The orchestration between optical PHY and network switching fabric could be realized by extending the SDN controller to include optical layer handlers. Network virtualization could also benefit from the flexible optical PHY through dynamic and tailored optical network resource provision. In this thesis, we investigate an optical PHY system based on RSOA enabling both analog wireless signal and digital On-Off Keying (OOK) transportation within WDM (Wavelength Division Multiplexing) PON architecture. The RSOA has been characterized to show its potential ability to handle high dynamic range analog wireless signal. Then the RF and IF radio over fiber scheme is compared with its pros and cons. Finally we perform the experiment to shown a point to point WDM link with full duplex transmission of analog WiFi signal with downlink OOK signal. By introducing two RF mixer in the uplink, we have solved the incompatible problem with TDD (Time Division Duplex) based wireless system.

La plupart des études d'estimation de signal modulé par multiplexage par répartition orthogonale de la fréquence (OFDM) et parcourant un canal avec évanouissement impliquent un nombre constant de trajets multiples. Cependant, dans un milieu souterrain, le nombre de trajets significatifs varie selon une distribution spécifique. Nos travaux tentent de résoudre l'estimation d'un canal minier souterrain à large bande, où le nombre de trajets significatifs répond à une distribution de Poisson modifiée et dont les amplitudes sont affectées par des évanouissements de Rayleigh ou de Rice. L'estimation de canal pour un système OFDM s'effectue via un signal comprenant des fréquences pilotes distribuées en peigne. Les fréquences pilotes comprises dans le signal sont tout d'abord estimées par un détecteur de moyenne quadratique logarithmique ou par la méthode des moindres carrés. Par la suite, des méthodes d'interpolation du canal sont étudiées. Les performances de différentes approches, inspirées des modulations spécifiées par la norme IEEE802.11, sont analysées selon le taux d'erreur binaire (BER). / Most analytical studies of Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) channel estimation for fading channels assume a constant number of multiple paths. However, in an underground environment, the number of significant multipath components can be variable and follow a specific distribution. This thesis addresses the problem of channel estimation based on a wideband statistical channel model in a mining environment, where the number of arrival paths follows a modified Poisson distribution and their amplitudes undergo Rayleigh or Rician fading. Channel estimations for OFDM Systems are based on a comb-type pilot arrangement, which is divided into pilot signal estimation and channel interpolation. The pilot signal estimation based on Least Mean Square (LMS) or Least Square (LS) criteria, together with a variety of interpolation schemes, is studied. Performances for ail conditions are presented and compared by measuring the Bit Error rate (BER) with different modulation schemes derived from the IEEE802.il WLAN standard.

Nous présentons une étude sur les réseaux "radio sur fibre" (ROF) pour la distribution de signaux utilisés pour les communications sans fil et nous analysons plus particulièrement la transmission de signaux utilisant le multiplexage par répartition orthogonale de la fréquence (OFDM) adhérant au protocole standard IEEE 802.11 a. Le réseaux de distribution fibrés sont une technologie habilitante pour l'implémentation de réseaux de communication à gestion centralisée. La gestion centralisée des réseaux permet l'application de plusieurs techniques avancées d'optimisation des ressources des réseaux sans fil qui visent à augmenter sensiblement le taux de transmission de donnée et le nombre d'usagers supportés simultanément. Dans ce contexte, nous étudions les liens optiques à modulation externe utilisant des amplificateurs optiques et nous explorons les performances de ces liens en fonction du bruit, du gain RF et de la linéarité. Nous cherchons à identifier quelles conditions minimisent l'impact du lien optique sur la qualité des signaux OFDM. Nous étudions en particulier les effets de la variation de la tension de polarisation du modulateur, et nous montrons que l'optimisation de ce paramètre peut améliorer le gain, la linéarité et le bruit du lien optique. En particulier, le gain RF du lien est augmenté si le niveau de saturation de l'amplificateur optique varie en fonction du point de polarisation du modulateur. Aussi, l'optimisation du point de polarisation permet de réduire la puissance optique transmise sur le lien: ce qui permet de limiter les effets non linéaires de la fibre telle que la diffusion Brillouin stimulée. Enfin, la polarisation du modulateur peut être optimisée pour améliorer la linéarité du lien, grâce à une forme de compensation mutuelle entre la distorsion causée par la fibre et celle causée par le modulateur lui-même. Dans la dernière partie de cet ouvrage, nous explorons les possibles avantages des manipulations et filtrages tout-optiques des signaux RF. Cela permet d'intégrer dans les réseaux ROF des fonctions avancées telles que la manipulation de l'amplitude et de la phase des signaux RF pour le contrôle du diagramme de rayonnement d 'un réseau d'antennes. Nous proposons un nouveau type de ligne à délai tout-optique qui permet l'ajustement indépendant de l'amplitude et de la phase des signaux injectés en chaque antenne du réseau qui supporte des fréquences de porteuse RF élevées et qui permet une intégration facile dans les liens ROF.

Avec l'apparition d'applications grand-public, comme le Wireless-HD, les fréquences millimétriques nécessitent l'utilisation de technologies CMOS faible coût. Cependant, avant d'être commercialisés, les transmetteurs mmW doivent être suffisamment résistants notamment à la désadaptation d'impédance entre l'amplificateur de puissance (AP) et l'antenne qui peut résulter d'un obstacle dans le champ proche de l'antenne. Une telle désadaptation d'impédance se traduit par l'apparition d'ondes stationnaires qui peuvent engendrer des dommages irrémédiables sur l'AP. Cette thèse propose une architecture innovante de régulation qui vise à protéger l'AP de telles dégradations tout en optimisant ses performances. La désadaptation d'impédance peut être évaluée en intégrant plusieurs détecteurs de puissance entre l'AP et l'antenne. Une boucle de régulation numérique peut ensuite établir une stratégie d'optimisation des performances de l'AP. Cette thèse s'intéresse particulièrement aux circuits de détection de puissance qui captent la désadaptation d'impédance de l'antenne. Réalisé en technologie CMOS 65nm de STMicroelectronics, le détecteur de puissance présente 25dB de dynamique à 60GHz et est capable de détecter jusqu'à 3 :1 de TOS. Ces détecteurs de puissance ont ensuite été intégrés dans un second circuit avec un AP et des convertisseurs (CAN & CNA). Une boucle de régulation agissant sur le gain de l'AP permet ainsi de garder une puissance de sortie constante quelle que soit l'impédance d'antenne tandis qu'une seconde boucle protège l'AP de la destruction. Cette thèse couvre également deux projets développés en parallèle de l'architecture de régulation de TOS. D'abord est proposée une nouvelle architecture de convertisseur analogique numérique logarithmique, basée sur l'architecture d'amplificateur logarithmique à compression progressive. Ensuite, une co-simulation sous ADS d'un AP RF/mmW avec sa boucle de régulation numérique permet de simuler l'AP à TOS régulé.

La popularité du service web soulève de nombreux problèmes liés à sa performance. L'utilisation de mécanismes " intelligents " dans le système permet de surmonter la difficulté liée aux méthodes plus traditionnelles pour prendre en compte toute la complexité engendrée par l'introduction des paramètres influents sur la qualité de service d'un serveur web. C'est dans ce contexte que se situent les présents travaux de thèse. Nous nous intéressons au problème de l'évaluation des performances d'un serveur web et du mécanisme d'accès au réseau local sans fil en mode infrastructure. Au lieu d'utiliser les méthodes traditionnelles pour modéliser leurs performances, nous proposons d'utiliser les capacités d'apprentissage et de généralisation des réseaux de neurones pour apprendre ces performances à partir des données obtenues des expérimentations et des simulations. D'abord, nous étudions les effets des différents paramètres influents d'un serveur Web sur ses métriques des performances. Les résultats obtenus permettent de donner des idées aux administrateurs système et réseau sur les façons d'ajuster les paramètres du serveur afin d'améliorer ses performances. Nous proposons aussi un modèle simple basé sur la file d'attente représentant l'architecture du serveur web (processeur, mémoire et disque) en utilisant la technique itérative basée sur les équations MVA (Mean Value Analysis). Ensuite, la thèse propose une nouvelle approche basée sur l'utilisation des réseaux de neurones pour modéliser les performances d'un serveur web en tenant compte ses paramètres d'optimisation. Ces modèles ont été ensuite implémentés sur un serveur web réel, Apache avec un système d'exploitation FreeBSD afin de mettre en place un mécanisme de contrôle de surcharge à boucle ouverte du serveur. Cette stratégie de contrôle permet d'éviter la surcharge du serveur. Un mécanisme de contrôle mixte basé sur la combinaison de deux contrôleurs, neuronal à boucle ouverte et à action proportionnelle intégrale, PI a été élaboré. Ces derniers permettent ensemble d'améliorer considérablement le mécanisme de contrôle d'admission du serveur Web. Enfin on s'est intéressé à la modélisation des performances du mécanisme d'accès au réseau sans fil en mode infrastructure. Les deux modèles, mathématique et neuronal servent à estimer le débit maximal observé sur chaque station sans fil en fonction de la taille de paquet, de la vitesse de transmission et du nombre de stations pour les protocoles UDP et TCP. Les résultats obtenus permettent à l'utilisateur de connaître la capacité d'une borne hot spots de son réseau sans fil.

Fin 2004, un quart des foyers Européens étaient connectés à l'Internet haut débit. Avec le faible coût des machines toujours plus puissantes, de nombreuses applications multimédias ont pu être élaborées pour satisfaire la demande croissante du grand public. Le besoin d'adaptation des protocoles de communication sous-jacents est essentiel pour ce type d'applications. Les protocoles doivent pouvoir passer à l'échelle et s'adapter aux caractéristiques hétérogènes de ces nouvelles applications. Parallèlement, les transmissions sans fil ont connu un essor sans égal, permettant un accès à l'Internet de n'importe quel endroit. La multiplicité des technologies d'accès (GPRS, UMTS, WIFI, WiMAX, Bluetooth, etc.) et la grande variabilité des caractéristiques des canaux de transmission sans fil ont encore accru ce besoin d'adaptation. Dans ce document d'habilitation, je présente quatre contributions qui mettent en relief le besoin d'adaptation des protocoles de communication. La première concerne un protocole de communication robuste au facteur d'échelle élaboré pour des applications d'environnements virtuels qui mettent en jeu un grand nombre de participants. La seconde décrit un algorithme pour contrôler la transmission de vidéo hiérarchique vers un ensemble hétérogène de récepteurs sur Internet. Les deux contributions suivantes portent sur la transmission<br />sans fil. Je décris un mécanisme de différenciation de services efficace pour transmettre des flots multimédias à débit variable dans les réseaux IEEE 802.11e, ainsi qu'un mécanisme d'adaptation intercouches pour la transmission multimédia dans les réseaux WIFI.