Dans cette thèse, nous nous intéressons à plusieurs méthodes pour améliorer la sécurité des réseaux sans fil ad-hoc. Ces réseaux, ainsi que la sous-famille des réseaux de capteurs sans fil, sont une des solutions les plus intéressantes pour de nombreux problèmes, comme par exemple la collecte de données dans une large zone, ou bien la création d'infrastructure de communication après une catastrophe. Ces réseaux sont par nature collaboratifs, ce qui les rend très vulnérables à d'éventuels attaquants. Pour les protéger, nous étudions la sécurité des protocoles conçus pour ces réseaux. Premièrement, nous proposons SR3 (pour Secure and Resilient Reputation-based Routing), un algorithme de routage sécurisé et résilient pour le routage convergent (tous-vers-un) dans les réseaux de capteurs sans fil. SR3 route ses messages selon une mesure de réputation qui est bâtie sur des informations fiables. Ce protocole garantit la confidentialité de ses données, et l'inforgeabilité de ses paquets. Nous avons prouvé formellement ces propriétés avec deux outils de vérification : Scyther et CryptoVerif. Nous avons montré expérimentalement la résilience de SR3 quand confronté à divers scénarios d'attaque, et nous avons comparé nos résultats à plusieurs algorithmes de routage de la litérature. L'évaluation a montré que la résilience et l'équité fournies par SR3 sont meilleures que celles des autres protocoles, et cette distinction est accentuée si le réseau est peu dense. De plus, et contrairement aux autres protocoles, SR3 est capable de s'auto-adapter aux changements de comportement des attaquants afin d'assurer une qualité de service satisfaisante. Les analyses de la sécurité des protocoles de routage reposent presque toujourssur des simulations, qui évaluent la capacité du protocole à délivrer ses messages aux bons noeuds. Il existe plusieurs définitions différentes pour concevoir la sécurité du routage, mais à notre connaissance, elles considèrent seulement les protocoles de source routing, où les routes sont déterminées avant que le message ne soit envoyé. Nous proposons la notion de corruptibilité, une définition calculatoire et quantitative pour la sécurité du routage basée sur la capacité d'un attaquant à altérer les routes empruntées par un message. Nous illustrons ensuite ces définitions par plusieurs analyses de protocoles. Enfin, nous étudions les systèmes de détection d'intrusions (IDS) pour réseaux sans fil ad-hoc, et plus spécifiquement les sources de données utilisées pour leurs mécanismes de décision. Nous classifions celles-ci en fonction du niveau de coopération qu'elles requièrent, et en fonction de l'origine de leurs données. Nous proposons ensuite InDICE, un outil d'aide à la décision qui étant donné un IDS, permet de découvrir automatiquement quelles attaques seront indétectables par les sources de données qu'utilise cet IDS. Enfin, nous utilisons cet outil pour découvrir deux vulnérabilités dans des IDS de la littérature. / In this document, we focus on ways of increasing the security of wireless ad-hoc networks. These networks, and more specifically wireless sensor networks, look increasingly like the right answer to a lot of problem, such as data collection over a large area, or providing emergency network infrastructure after a disaster. They are also inherently exposed to malicious intents due to their collaborative nature. In order to protect them, we focus on the security aspects of the protocols built for these networks. We first propose a Secure and Resilient Reputation-based Routing protocol, called SR3. This protocol routes messages according to a reputation metric built using only trusted information. This protocol achieves data confidentiality and data packet unforgeability, which we prove formally using two verification tools: CryptoVerif and Scyther. We experimentally show the resiliency of SR3 against various attack scenarios, and we compared our results to several routing algorithms of the literature. This evaluation shows that both the resiliency and fairness accomplished by SR3 are better than for those others protocols, especially when the network is sparse. Moreover, and unlike previous solutions, if the compromised nodes behavior changes, then SR3 will self-adapt in order to ensure an acceptable quality of service. Analyses of routing protocols security are nearly always supported by simulations, which often evaluate the ability to deliver messages to a given destination. Several competing definitions for secure routing exist, but to our knowledge, they only address source routing protocols. We propose the notion of incorruptibility, a quantitative computational definition for routing security based on the attacker's ability to alter the routes used by messages. These definitions are then illustrated with several routing algorithms. Finally, we study Intrusion Detection Systems (IDS) for WANET, and more specifically their inputs. These systems provide a supplementary layer of defenses for WANETs, and they are able to easily detect attacks who are complicated for the network protocols. We classify the different inputs used by the decision process of these IDS, according to their level of required cooperation, and the source of their data. We then propose the InDICE tool, a decision aid which, given an IDS, allows automated discovery of undetectable attacks according to the inputs used by that IDS. In the end, we apply our framework to discover weaknesses in two existing IDS.

Afin d'accélérer ce processus de conception des systèmes embarqués, un environnement de simulation rapide et performant peut s’avérer indispensable. Pour la rendre performante, les modèles comportementaux des composants élémentaires du système doivent être capables de remplacer les éléments réels dans leurs influences et réponses à tous les phénomènes influents: perturbations, affaiblissements, retards...Nos travaux de thèse visent à contribuer à cette approche méthodologique : ils traitent le développement d’un émulateur des RCSFs. Pour ce faire deux types de simulateurs ont été étudiés:• le premier est un simulateur « software » basé sur la création de modèles comportementaux, décrits en langage VHDL-AMS.• le deuxième est un simulateur hardware basé sur la création des modèles logiques comportementaux, décrits en langage VHDL synthétisable. La simulation s’effectuera sur un composant FPGA cible. Des modifications peuvent être faites sur l’architecture de manière dynamique / To accelerate the design process of embedded systems, a fast and efficient simulation environment is needed. To make it efficient, the behavioral models of the elementary components of the system must be able to replace the real elements in their influences and responses to all the influential phenomena: disruptions, attenuation, delays...Our thesis work aims to contribute to this methodological approach: we treat the development of an emulator for WSNs. To do, two types of simulators have been studied:• The first is a software simulator based on the creation of behavioral models, described in VHDL-AMS.• The second is a hardware simulator based on the creation of behavioral logic models, described in synthesizable VHDL. The simulation will be done on an FPGA target. Changes may be made on the architecture dynamically

Les récentes avancées des applications de télécommunication radio-fréquences (RF), l'augmentation des fréquences d'opération des microprocesseurs et les possibilités de stockage de données rapides ont pour conséquence une expansion exponentielle du volume de données échangées. Ce développement a été permis et a engendré une demande croissante de systèmes de télécommunication de plus en plus performants, que ce soit en terme de débit, de flexibilité des réseaux, et bien évidement de coût des systèmes.<br /><br />Tous les systèmes de communication modernes requièrent un signal périodique stable pour fournir une base de temps nécessaire à la synchronisation, à l'alignement des horloges d'échantillonnage, à la récupération d'horloge ou encore à la synthèse de fréquence. Le verrouillage de phase est une des principales techniques pour répondre à ces besoins.<br /><br />L'enjeu de ce travail de thèse est de concevoir, réaliser et caractériser une boucle à verrouillage de phase capable de s'intégrer dans un système de télécommunication développé en partenariat entre la société STMicroelectronics et l'Institut Matériaux Microélectronique Nanosciences de Provence (IM2NP). Ce système faible coût, faible consommation, réalisé en technologie CMOS est destiné à des applications de type réseaux personnels sans fils. Des contraintes fortes en terme de surface silicium, consommation, réactivité de la boucle et de précision fréquentielle sont les éléments directeurs de la conception de cette PLL. La boucle réalisée devra être capable de fonctionner en synthétiseur de fréquence et en modulateur FSK. Une attention particulière sera portée à l'oscillateur contrôlé en tension, véritable coeur de la PLL proposée.

Récemment, la localisation statique et dynamique d'un objet ou d'une personne est devenue l'un des plus importantes fonctionnalités d'un système de communication, du fait de ses multiples applications. En effet, connaître la position d'un terminal mobile (MT), en milieu extérieur ou intérieur, est généralement d'une importance majeure pour des applications fournissant des services basés sur la localisation. Ce développement des systèmes de localisation est dû au faible coût des infrastructures de réseau sans fil en milieu intérieur (WLAN). Les techniques permettant de localiser des MTs diffèrent selon les paramètres extraits des signaux radiofréquences émis entre des stations de base (BSs) et des MTs. Les conditions idéales pour effectuer des mesures sont des environnements dépourvus de tout obstacle, permettant des émissions directes entre BS et MT. Ce n'est pas le cas en milieu intérieur, du fait de la présence continuelle d'obstacles dans l'espace, qui dispersent les rayonnements. Les mesures prises dans ces conditions (NLOS, pour Non Line of Sight) sont imprévisibles et diffèrent de celles prises en condition LOS. Afin de réduire les erreurs de mesure, différentes techniques peuvent être utilisées, comme la mitigation, l'approximation, la correction à priori, ou le filtrage. En effet, l'application de systèmes de suivi (TSs) constitue une base substantielle pour la navigation individuelle, les réseaux sociaux, la gestion du trafic, la gestion des ressources mobiles, etc. Différentes techniques sont appliquées pour construire des TSs en milieu intérieur, où le signal est bruité, faible voire inexistant. Bien que les systèmes de localisation globaux (GPS) et les travaux qui en découlent fonctionnent bien hors des bâtiments et dans des canyons urbains, le suivi d'utilisateurs en milieu intérieur est bien plus problématique. De ce fait, le problème de prédiction reste un obstacle essentiel à la construction de TSs fiable dans de tels environnements. Une étape de prédiction est inévitable, en particulier, dans le cas où l'on manque d'informations. De multiples approches ont été proposées dans la littérature, la plupart étant basées sur un filtre linéaire (LF), un filtre de Kalman (KF) et ses variantes, ou sur un filtre particulaire (PF). Les filtres de prédiction sont souvent utilisés dans des problèmes d'estimation et l'application de la dérivation non entière peut limiter l'impact de la perte de performances. Ce travail présente une nouvelle approche pour la localisation intérieure par WLAN utilisant un groupement des coordonnées. Ensuite, une étude comparative des techniques déterministes et des techniques d'apprentissage pour la localisation intérieure est présentée. Enfin, une nouvelle approche souple pour les systèmes de suivi en milieu intérieur, par application de la dérivation non entière, est présentée

Les réseaux de capteurs sans fil sont constitués d'un grand nombre de nœuds, déployés pour collecter des données du monde physique (température, humidité, pollution etc.) et les transmettre, de manière autonome, vers un ou plusieurs points de collectes appelés "puits". Dans cette thèse, nous nous focalisons sur la sécurité des protocoles de routage multi-sauts, plus particulièrement, sur la notion de résilience aux attaques. Les domaines d'applications des réseaux de capteurs sont variés, allant du suivi médical à la surveillance environnementale en passant par le bâtiment intelligent ou le monitoring urbain (éclairage, pollution, relevé de compteurs d'eau/électricité/gaz etc.). Dans ces applications, les capteurs sont souvent déployés dans des environnements ouverts et accessibles permettant aux éventuels attaquants de les détruire ou de les capturer afin d'en extraire les données sensibles (clés de chiffrement, identité, adresse, etc.). La compromission des nœuds est un problème majeur pour la sécurité de réseaux de capteurs, puisqu'un adversaire peut s'introduire à l'intérieur du périmètre de sécurité. Les méthodes traditionnelles, basées sur la cryptographie, permettent d'obtenir une sécurité de base (authentification, confidentialité, intégrité, non répudiation etc.), mais ne permettent pas toujours de se prémunir contre les attaques dues à la compromission des nœuds (réplication des nœuds, Sybil, Selective forwarding, Blackhole, Sinkhole, Wormhole etc.). Dans le but d'apporter des solutions algorithmiques complémentaires aux solutions cryptographiques, nous étudions la résilience des protocoles de communication en présence d'adversaires internes visant à perturber le routage de l'information à travers le réseau. Dans un premier temps, nous introduisons le concept de résilience. Notre objectif est de proposer une définition explicitant le terme de résilience dans notre contexte et une métrique, permettant de comparer efficacement les protocoles de routage. L'originalité de cette métrique est d'utiliser à la fois une représentation graphique et une méthode de calcul quantitative liée à celle-ci. La représentation graphique à deux dimensions permet une vision synthétique de la résilience des protocoles selon plusieurs paramètres de performance. La méthode de calcul quantitative liée à cette représentation graphique agrège les valeurs des paramètres et permet de classifier les protocoles en termes de résilience. Grâce à cet outil, nous avons évalué la résilience de plusieurs protocoles de routage classiques de différentes catégories. Cette étude nous a permis d'identifier les mécanismes permettant d'améliorer la résilience des protocoles. Dans un second temps, nous proposons les mécanismes résilients de routage pour les réseaux de capteurs. Les mécanismes résilients que nous proposons consistent en trois éléments : (i) introduire un comportement aléatoire (ii) limiter la longueur des routes (iii) ajouter de la réplication de paquets. Les comportements aléatoires augmentent l'incertitude pour les adversaires, rendant les protocoles moins prévisibles, les réplications des données permettent de bénéficier la diversification des routes créées entre les sources et le puits, en améliorant ainsi le succès et l'équité de livraison et la limitation de la longueur des routes est nécessaire pour diminuer la probabilité qu'un paquet tombe sur un nœud attaquant en route. La connexité entre les capteurs et le puits est ainsi augmentée. Grâce à notre métrique de résilience, nous avons proposé une nouvelle taxonomie de résilience. Selon cette taxonomie, le routage par gradient et la marche aléatoire biaisée avec les mécanismes proposés sont les plus résilients. Nous avons donc évalué par la suite le routage par gradient en cas d'attaques combinées pour approfondir notre étude, mais aussi pour savoir si ces mécanismes proposés permettent d'augmenter la résilience même en cas d'attaques plus complexes, visant différents aspects du routage (construction des routes, paquets de contrôle, etc.). Nous avons introduit plusieurs valeurs de biais aux variantes aléatoires du routage par gradient pour étudier l'influence de l'entropie et nous les avons comparées à sa version classique. Nous avons également évalué leur résilience en introduisant deux types de réplications (uniformes et adaptatives). Sans attaques, ce sont les variantes les plus biaisées sans réplications qui sont les plus performantes. En cas d'attaques peu importantes, les réplications uniformes sont plus efficaces, tandis qu'en cas d'attaques plus intenses, ce sont les réplications adaptatives qui se montrent les plus efficaces. Les études menées jusqu'à ici étaient produites par des simulations et nous avions donc besoin d'une justification théorique. Nous avons donc proposé une étude théorique de la marche aléatoire biaisée en cas d'attaques de non-retransmission des paquets. Nous avons évalué l'influence du biais, mais aussi les deux réplications que nous avions évaluées précédemment par des simulations. En premier lieu, nous avons étudié le succès de livraison et la consommation d'énergie pour tous les scénarios. Ensuite, nous les avons évalués selon notre métrique de résilience. Cette étude a permit de confirmer les résultats d'étude par simulations et elle a montré que le biais est indispensable pour la résilience et le seuil d'entropie bénéfique à la résilience est e=0.7 quand la réplication de données est introduite. En dessous de cette valeur, la marche aléatoire est inefficace à cause de la longueur de chemins trop importante. L'ensemble des travaux réalisés dans cette thèse se concentre autour de la résilience. Ce concept reste assez nouveau, en particulier dans le domaine des réseaux et télécommunications. À travers cette thèse, nous avons voulu donner notre vision sur ce thème en nous concentrant sur les problématiques de sécurité des protocoles de routage dans le contexte des réseaux de capteurs.

Les réseaux de capteurs sans fil (RCSFs) déterminent un axe de recherche en plein essor, puisqu’ils sont utilisés aujourd’hui dans de nombreuses applications qui diffèrent par leurs objectifs et leurs contraintes individuelles.Toutefois, le dénominateur commun de toutes les applications de réseaux de capteurs reste la vulnérabilité des nœuds capteurs en raison de leurs caractéristiques et aussi de la nature des données générées.En effet, les RCSFs génèrent une grande masse de données en continue à des vitesses élevées, hétérogènes et provenant d’emplacements répartis. Par ailleurs, la nécessité de traiter et d’extraire des connaissances à partir de ces grandes quantités de données nous ont motivé à explorer l’une des techniques conçues pour traiter efficacement ces ensembles de données et fournir leurs modèles de représentation. Cependant, parmi les techniques utilisées pour la gestion des données, nous pouvons utiliser les techniques de Data mining. Néanmoins, ces méthodes ne sont pas directement applicables aux RCSFs à cause des contraintes des noeuds capteurs. Il faut donc répondre à un double objectif : l’efficacité d’une solution tout en offrant une bonne adaptation des méthodes de Data mining classiques pour l’analyse de grosses masses de données des RCSFs en prenant en compte les contraintes des noeuds capteurs, et aussi l’extraction du maximum de connaissances afin de prendre des décisions meilleures. Les contributions de cette thèse portent principalement sur l’étude de plusieurs algorithmes distribués qui répondent à la nature des données et aux contraintes de ressources des noeuds capteurs en se basant sur les techniques de Data mining. Chaque noeud favorise un traitement local des techniques de Data mining et ensuite échange ses informations avec ses voisins, pour parvenir à un consensus sur un modèle global. Les différents résultats obtenus montrent que les approches proposées réduisent considérablement la consommation d’énergie et les coûts de consommation, ce qui étend la durée de vie du réseau.Les résultats obtenus indiquent aussi que les approches proposées sont extrêmement efficaces en termes de calcul du modèle, de latence, de réduction de la taille des données, d’adaptabilité et de détection des événements. / Recently, Wireless Sensor Networks (WSNs) have emerged as one of the most exciting fields. However, the common challenge of all sensor network applications remains the vulnerability of sensor nodes due to their characteristics and also the nature of the data generated which are of large volume, heterogeneous, and distributed. On the other hand, the need to process and extract knowledge from these large quantities of data motivated us to explore Data mining techniques and develop new approaches to improve the detection accuracy, the quality of information, the reduction of data size, and the extraction of knowledge from WSN datasets to help decision making. However, the classical Data mining methods are not directly applicable to WSNs due to their constraints.It is therefore necessary to satisfy the following objectives: an efficient solution offering a good adaptation of Data mining methods to the analysis of huge and continuously arriving data from WSNs, by taking into account the constraints of the sensor nodes which allows to extract knowledge in order to make better decisions. The contributions of this thesis focus mainly on the study of several distributed algorithms which can deal with the nature of sensed data and the resource constraints of sensor nodes based on the Data mining algorithms by first using the local computation at each node and then exchange messages with its neighbors, in order to reach consensus on a global model. The different results obtained show that the proposed approaches reduce the energy consumption and the communication cost considerably which extends the network lifetime.The results also indicate that the proposed approaches are extremely efficient in terms of model computation, latency, reduction of data size, adaptability, and event detection.

Dans le cadre des communications numériques sans fil, la vitesse d’échange de données est plus que jamais une caractéristique critique du système. Une augmentation du débit est donc nécessaire pour le développement de nouvelles applications, comme le «Wireless HD» qui doit rendre possible la transmission sans fil de gros volumes de données, telles que de la vidéo «non-compressée» à haute définition, à très haut débit (1-2 Gbps). La bande de fréquence centrée à 60 GHz semble être une solution préférentielle pour répondre à un tel besoin de par sa bande de fréquence disponible (9 GHz). Pour cela, il est nécessaire de disposer de technologies performantes pour l’intégration de systèmes d’émission réception (front-ends) millimétriques pour ces communications à très haut débit. L’objectif de cette thèse est de participer à la réalisation d’un système antennaire très directif à 60 GHz par la conception combinée d’une antenne et d’un filtre, et l’intégration de cette fonction grâce à un même procédé technologique. La conception et l’intégration combinées de l’antenne et du filtre participeront à améliorer le rendement global du sous-système destiné à des applications très haut débit à 60 GHz. Cette thèse, intitulée «Conception de fonctions combinées filtre-antenne pour les communications haut débit à 60 GHz», a été réalisée au sein du laboratoire XLIM, en collaboration avec le SPCTS pour les aspects technologiques, dans le cadre d’un projet régional. / The 60 GHz unlicensed spectrum between 57 and 66 GHz has received a lot of attention over the last years for enabling short-range and over 1-Gbps high-speed wireless communications. In addition to the high-data rates that can be accomplished in this spectrum, many other benefits such as high security communications are foreseen. In general, this frequency band is destined to low power and short range fixed or mobile applications. To benefit from high-speed within a compact device, it is required to realize a subsystem combining a directional antenna and a multiplexer with the same technological process. The 3D ceramic stereo lithography process has been selected to ensure the dimensional accuracy and limit the inevitable dispersions. This thesis contributes to achieve directional antennas at 60GHz by a combined antenna design and filter, and perform this function in the same technology the 3D ceramic stereo lithography process when connecting the filter with the antenna. Therefore, the first challenge is to design and to manufacture the primary feed of the directive antenna and the channel filters using the 3D ceramic process. The second challenge is to combine the primary feed and the 4 channel filters to form a single object. The filter-antenna subsystem allows to have a directivity of approximately 14 dBi. Therefore, the radiation of the horn antenna remains unchanged over the whole frequency band [57-66]GHz by associating the manifold multiplexer. The filter-antenna subsystem provides a return loss better than 10 dB at each port.

La mobilité devienne un partie intégrante de l’Internet des Object d’aujourd’hui, comme beaucoup d’applications (monitorage des animaux sauvage, suivi des cible dans le champs de bataille) sont impossible de mettre en œuvre juste avec des nœuds statiques. L’objective de cette thèse est de définir une nouvelle architecture de communication articule autour de la mobilité dans les réseaux avec pertes et à bas puissance (Low Power and Lossy Networks - LLNs) (réseaux des capteurs sans fils). Tout d’abord, nous avons analysé théoriquement l’auto configuration des adresses IPv6, fait avec toutes les optimisations disponibles dans Neighbor Discovery Optimization for IPv6 over 6LoWPAN. Cette étape est cruciale pour des protocoles qui donnent de support pour la mobilité dans des réseaux IP, comme MIPv6. Les résultats obtenues – taille des paquets trop grande et consumations énergétique importante pour les routeurs qui tournent Neighbor Discovery – n’ont amener a utiliser le IPv6 Routing Protocol for Low Power and Lossy Networks (RPL). RPL est développe d’el debout pour les LLN. Notre deuxième contribution sont améliorer les opérations du RPL pour mieux supporter les nœuds mobiles. Enfin, nous avons développe une mécanisme inter-couche – Mobility Triggered-RPL – qui profite des actions dans le protocole avec préambule X-Machiavel à la couche accès au medium dans le protocole RPL à la couche routage. / Mobility is becoming an integrating part of todays Internet of Things, as many applications such as wildlife monitoring or target tracking in the battlefield cannot be done only with the help of static nodes. The goal of this thesis is to provide new communication architecture articulated around providing mobility support in Low Power and Lossy Networks (LLNs). First we analyzed from a theoretical point of view the IPv6 address auto-configuration with all optimizations made in Neighbor Discovery Optimization for IPv6 over 6LoWPAN. This step is of crucial importance for protocols that offer mobility support in IP networks, such as MIPv6. Our findings, increased message size that leads to fragmentation and high energy consumption for routers that are involved in Neighbor Discovery message exchange, have lead us to use the IPv6 Routing Protocol for Low Power and Lossy Networks (RPL) in order to provide mobility support. RPL is build from ground up with respect to LLN requirements. Our second contribution enhanced RPL operations to support mobility management. Finally, we proposed a cross-layer protocol – Mobility Triggered-RPL – that leverages actions from the X-Machiavel preamble sampling MAC protocol into RPL.

Vu les perspectives qu'ils offrent, les réseaux de capteur sans fil (RCSF) ont perçu un grand engouement de la part de la communauté de recherche ces dernières années. Les RCSF couvrent une large gamme d'applications variant du contrôle d'environnement, le pistage de cible aux applications de santé. Les RCSFs sont souvent déployés aléatoirement. Ce dispersement des capteurs nécessite que les protocoles de transmission utilisés soient résistants aux conditions environnementales (fortes chaleurs ou pluies par exemple) et aux limitations de ressources des nœuds capteurs. En effet, la perte de plusieurs nœuds capteurs peut engendrer la perte de communication entre les différentes entités. Ces limitations peuvent causer la perte des paquets transmis ce qui entrave l'activité du réseau. Par conséquent, il est important d'assurer la fiabilité des transmissions de données dans les RCSF d'autant plus pour les applications critiques comme la détection d'incendies. Dans cette thèse, nous proposons une solution complète de transmission de données dans les RCSF répondant aux exigences et contraintes de ce type de réseau. Dans un premier temps, nous étudions les contraintes et les challenges liés à la fiabilisation des transmissions dans les RCSFs et nous examinons les travaux proposés dans la littérature. Suite à cette étude nous proposons COMN2, une approche distribuée et scalable permettant de faire face à la défaillance des nœuds. Ensuite, nous proposons un mécanisme de contrôle d'erreur minimisant la perte de paquets et proposant un routage adaptatif en fonction de la qualité du lien. Cette solution est basée sur des acquittements implicites (overhearing) pour la détection des pertes des paquets. Nous proposons ensuite ARRP une variante de AJIA combinant les avantages des retransmissions, de la collaboration des nœuds et des FEC. Enfin, nous simulons ces différentes solutions et vérifions leurs performances par rapport à leurs concurrents de l'état de l'art. / Over the past decades, we have witnessed a proliferation of potential application domainsfor wireless sensor networks (WSN). A comprehensive number of new services such asenvironment monitoring, target tracking, military surveillance and healthcare applicationshave arisen. These networked sensors are usually deployed randomly and left unattendedto perform their mission properly and efficiently. Meanwhile, sensors have to operate ina constrained environment with functional and operational challenges mainly related toresource limitations (energy supply, scarce computational abilities...) and to the noisyreal world of deployment. This harsh environment can cause packet loss or node failurewhich hamper the network activity. Thus, continuous delivery of data requires reliabledata transmission and adaptability to the dynamic environment. Ensuring network reliabilityis consequently a key concern in WSNs and it is even more important in emergencyapplication such disaster management application where reliable data delivery is the keysuccess factor. The main objective of this thesis is to design a reliable end to end solution for data transmission fulfilling the requirements of the constrained WSNs. We tackle two design issues namely recovery from node failure and packet losses and propose solutions to enhance the network reliability. We start by studying WSNs features with a focus on technical challenges and techniques of reliability in order to identify the open issues. Based on this study, we propose a scalable and distributed approach for network recovery from nodefailures in WSNs called CoMN2. Then, we present a lightweight mechanism for packetloss recovery and route quality awareness in WSNs called AJIA. This protocol exploitsthe overhearing feature characterizing the wireless channels as an implicit acknowledgment(ACK) mechanism. In addition, the protocol allows for an adaptive selection of therouting path by achieving required retransmissions on the most reliable link. We provethat AJIA outperforms its competitor AODV in term of delivery ratio in different channelconditions. Thereafter, we present ARRP, a variant of AJIA, combining the strengthsof retransmissions, node collaboration and Forward Error Correction (FEC) in order toprovide a reliable packet loss recovery scheme. We verify the efficiency of ARRP throughextensive simulations which proved its high reliability in comparison to its competitor.

Au cours des dernières années, l’utilisation des téléphones portables et tablettes s’est vue croitre de façon significative. De plus, la disponibilité et l’ubiquité de l’accès sans fil a permis de créer un environnement dans lequel les utilisateurs partout où ils sont accèdent en tout temps à des services se trouvant dans le cloud. Cet environnement appelé cloud sans fil consomme une quantité d’énergie significative et est responsable d’émissions considérables en carbone. Cette consommation massive d’énergie et émissions en carbone deviennent un problème majeur dans le secteur des technologies de la communication. Dans ce contexte, nous nous intéressons dans cette thèse à la réduction de la consommation d’énergie et des empreintes en carbone des réseaux d’accès de type mesh et réseaux de campus ainsi que les data centers des infrastructures cloud. Dans la première partie, nous nous intéressons aux réseaux mesh de type TDMA. Nous proposons des solutions pour le problème de routage et ordonnancement des liens qui permettent de réduire la consommation d’énergie dans le réseau. Nous étendons par la suite cette approche pour les réseaux de campus dans un contexte compatible avec le paradigme SDN. Dans la deuxième partie, nous nous intéressons à la réduction de la consommation l’énergie et des empreintes en carbone des infrastructures cloud distribuées, avec des couts variables de l’électricité et d’émission en carbone. Nous proposons des approches d’optimisations dans deux cas de figures : le cas d’un fournisseur cloud souhaitant réduire ses couts et dans le cas où les utilisateurs cloud spécifient des contraintes en carbone sous forme de Green SLA. / Over the last decade, there has been an increasing use of personal wireless devices, such as laptops, smartphones and tablets. The widespread availability of wireless access created an environment in which anywhere at anytime users access data and services hosted in cloud infrastructures. However, such wireless cloud network consumes a non-negligible amount of energy and generates a considerable amount of carbon, which is becoming a major concern in IT industry. In this context, we address the problem of reducing energy consumption and carbon footprint, as well as building green infrastructures in the two different parts of the wireless cloud: (i) wireless access networks including wireless mesh and campus networks, and (ii) data centers in a cloud infrastructure. In the first part of the thesis, we present an energy-efficient framework for joint routing and link scheduling in multihop TDMA-based wireless networks. At a later stage, we extended this framework to cover campus networks using the emerging Software Defined Networking (SDN) paradigm. In the second part of this thesis, we address the problem of reducing energy consumption and carbon footprint of cloud infrastructures. Specifically, we propose optimization approaches for reducing the energy costs and carbon emissions of a cloud provider owning distributed infrastructures of data centers with variable electricity prices and carbon emissions in two different setups: the case of a cloud provider trying to reduce its carbon emissions and operational costs as well as the case where green constraints are specified by the cloud consumers in the form of Green SLAs.