Dissertations / Theses on the topic 'Systèmes d'identification par radiofréquence – Conception et construction'

Le contexte de cette thèse aborde les scénarios RFID UHF impliquant la mise en jeux d'un grand nombre de tags. Ces tags sont d'une part distribués de manière aléatoire et d'autre part concentrés dans un volume électriquement réduit. Dans cette situation, la proximité des éléments rayonnants entraîne un couplage électromagnétique important entre les antennes des tags, impactant le lien radio entre le lecteur et chaque tag. Par conséquent, on observe généralement une dégradation des indicateurs de performance clés du système, tels que la distance maximum de lecture ou le taux de lecture. Ce travail de recherche présente une analyse de performance d'un système RFID dans un contexte de forte densité de tags en incluant des aspects statistiques. À cette fin, un modèle est proposé pour les liaisons montante et descendante, incluant les effets de couplage entre les tags. Ce modèle est validé par des simulations et des mesures. Avant de se concentrer sur l'analyse complexe d'un ensemble de tags, une caractérisation complète d'un tag RF fabriqué au laboratoire est présentée. Ce tag RFID est composé d'une antenne gravée sur un substrat epoxy et utilise une puce Higgs-9. L'impédance de l'antenne est simulée et mesurée. L'impédance non linéaire de la puce est caractérisée par un impédancemètre. L'ensemble du tag est composé de l'antenne et de la puce et il est testé dans le cadre du protocole RFID. Compte tenu de la complexité du problème posé, l'ensemble des tags RFID est également modélisé par un ensemble de dipôles chargés afin de simplifier l'analyse electromagnétique. Ce modèle simplifié reste valide à condition qu'une corrélation élevée entre le comportement d'un ensemble de dipôle et celui des tags réels puisse être prouvée. La dégradation des performances due au couplage dans la liaison descendante est analysée en termes de surface équivalente radar différentielle ou SER différentielle, car elle est indicative de la discrimination possible des états de modulation présents sur le signal rétrodiffusé par le tag. La SER différentielle est calculée à l'aide des coefficients de réflexion estimés du tag environné. Les coefficients de réflexion du tag sont estimés pour deux niveaux de charge différents. La SER différentielle est également mesurée directement par le protocole RFID. Dans la dernière partie de ce travail de recherche nous prenons en compte l'impact des non-linéarités de l'impédance complexe de la puce en plus des effets du couplage dans la liason descendante. Sachant que l'impédance complexe de la puce est une fonction de la puissance au niveau de la puce, une procédure de mise en correspondance est présentée pour estimer précisement l'impédance complexe de la puce à partir d'une base de données issue de mesures. A partir du modèle de couplage il est possible d'estimer la puissance délivrée aux puces d'un ensemble de tags distribués aléatoirement incluant les phénomènes de non linéarités. Les déductions tirées de ce travail, combinées à des données statistiques pertinentes, pourraient être utilisées par les ingénieurs concepteurs RFID pour évaluer les performances d'un scénario RFID en prenant en compte le couplage mutuel et l'impédance non linéaire de la puce
The context of this thesis is primarily centered around UHF RFID scenarios which involve a large number of tags randomly distributed and confined in an electrically reduced volume. The proximity of the radiating elements would result in significant electromagnetic coupling between the tag antennas, impacting the communication link between the reader and the tags. Consequently, the key performance indicators of the system such as read-range and read-rate get degraded. This research work presents a performance analysis of such an RFID system by including statistical aspects. To this aim, a model for the forward and reverse links including coupling effects between the tags is presented, which is validated by electromagnetic simulations and measurements. Prior to delving into the analysis involving a set of tags, a comprehensive characterization of the home-made RFID tag integrated with a Higgs-9 chip which is used in the study is performed. The antenna impedance is simulated and measured, while the nonlinear chip impedance is characterized by an impedance analyzer. The whole tag composed of the home-made antenna and the chip is tested under the RFID protocols. Considering the complexity of the problem at hand, the set of RFID tags under study is also modeled by a set of loaded dipoles in order to simplify their electromagnetic model provided that a high correlation between their behaviour could be proved. At this stage, the monostatic RCS is studied with an objective of highlighting the degradation in the response of an isolated tag to that of the same tag while surrounded by other tags. The coupling effects on the impedance and the radiation pattern of a tag are thus included in this monostatic RCS response. Afterwards, the forward link is analyzed in terms of the power absorbed by the chip and the maximum read-range of an interrogated tag while being surrounded by neighboring loaded tags. Interestingly a clear correlation is observed between the power absorbed by the chip obtained by simulation and the maximum read-range which is obtained by simulation and measured under RFID protocol. Multiple random configurations of tags have been tested and as a result of this part, a circuit-level observable is correlated to a direct system-level observable. The performance degradation due to coupling in the reverse link is analyzed in terms of the differential RCS, as it is indicative of the modulation depth from the tag. The differential RCS is calculated using the estimated reflection coefficients of the surrounded tag for two different load levels and is also measured directly under RFID protocol. As the last part, this research work takes into account the impact of nonlinear evolution of the complex chip impedance, along with coupling effects in the reverse link. Knowing that the chip impedance is a function of the input power, a mapping procedure is presented for the chip impedance estimation. The coupling model provides the power delivered to the chip, which is then mapped to obtain the nonlinear chip impedance of each tag in a set of randomly distributed tags. The inferences drawn from this work when combined with relevant statistical data could be used by RFID design engineers to assess the performance of an RFID scenario while being exposed to both mutual coupling and nonlinearities

La RFID est une technologie connue pour les opportunités qu'elle offre en termes d'identification de personnes, d'animaux ou d'objets. Cette technologie permet une identification rapide, efficace et peu coûteuse grâce à ses divers standards et types de fonctionnements. Dans un système RFID, la conception de l’étiquette et l'optimisation de son antenne restent des facteurs essentiels de sa fiabilité. Cette étude présente les différents types d'étiquettes RFID ainsi que diverses techniques permettant d'optimiser leurs antennes. Dans cette étude, nous nous intéressons particulièrement aux types de champs électromagnétiques mis en jeu et définissons des modèles d'antennes correspondants. Nous analysons également l'influence des paramètres environnementaux, notamment les matériaux de fabrication, et proposons différentes structures d'antennes adaptées. Enfin nous étudions, à l'aide de plusieurs modèles, la possibilité d'élaborer des étiquettes multistandards en maîtrisant le couplage de leurs antennes. Les paramètres de la conception d'étiquettes RFID sont ainsi spécifiés et contrôlés
RFID is a technology known for the possibilities it offers for people, animal and object identification. This technology allows a fast, effective and cost-efficient identification process thanks to its various standards and functioning types. In an RFID system, the tag design and the optimization of its antenna are key reliability factors. This study puts forward an explanation of the different RFID tags as well as the techniques used to optimize their antennas. In this study, we look closely at the different types of electromagnetic fields concerned and define the corresponding types of antenna. We also analyze the influence of environmental factors such as the manufacturing materials, and propose different suitable antenna structures. Finally we study, through different models, the possibility to create multistandard tags by mastering the coupling of their antennas. The different parameters of RFID tags conception are therefore specified and controlled

Les systèmes "sans contact" à 13,56 MHz deviennent de plus en plus performants en termes de vitesse, capacité mémoire, sécurité, etc. De nouveaux axes de recherche traitent de ces aspects, imposant une maîtrise complète de la couche physique, donc une connaissance approfondie de la partie RF. Avec la diversification des produits électroniques grand public et l'arrivée de nouveaux standards tels que le NFC, de plus en plus de systèmes électroniques se dotent d'une interface "sans contact" à 13,56 MHz. Afin de maximiser les capacités d'intégration et de contrôler l'interaction entre la partie "RFID" et le reste du système, il faut maîtriser tous les paramètres RF. L'essor des applications du type "sans contact", telles que le contrôle d'accès, la télé-billettique, les passeports et les visas, les cartes d'identité, pour ne citer que les plus répandues, impliquent de volumes de production élevés. Du point de vue industriel, la connaissance approfondie de la partie RF est indispensable autant pour l'optimisation des coûts de production, que pour le traitement des retours terrain. Le contexte normatif actuel fournit un minimum d'éléments pour assurer le bon fonctionnement des systèmes "sans contact". Dans ce cas, l'interopérabilité ne peut être assurée. De plus, le respect d'un gabarit ne permet pas une expertise du fonctionnement du système, les problèmes rencontrés autant en production que sur le terrain ne pouvant être diagnostiqués de manière précise. Le sujet de la présente thèse est la conception et le développement d'un système de métrologie pour la partie RF des dispositifs "sans contact" à 13,56 MHz. Nous nous sommes proposés de mettre en place une méthodologie et des outils qui permettent la caractérisation radio fréquence du comportement des systèmes RFID à couplage inductif, notamment les cartes à puce sans contact. La contribution personnelle peut être synthétisée au travers de trois approches : 1. Exhaustive – analyse approfondie du système et de son fonctionnement 2. Curative – résolution des problèmes de fonctionnement 3. Préventive – conception et simulation La problématique du fonctionnement est mise à plat, l'analyse mettant en évidence la plupart des problèmes rencontrés dans la partie RF des dispositifs "sans contact". Au travail orienté vers la résolution de problèmes s'ajoute une composante liée à la conception de tels dispositifs
The 13. 56 MHz "Contactless" systems become more and more efficient in terms of speed, memory capacity, security, etc. New research axes deal with these aspects, imposing a complete control of the physical layer, thus a thorough knowledge of the RF part. With the diversification of the consumer electronics products and the arrival of new standards such as the NFC, more and more electronic systems become equipped with a 13. 56 MHz "contactless" interface. In order to maximise the integration capacity and to control the interaction between the "RFID" part and the rest of the system, we need to control the RF parameters. The boom of "contactless" applications, such as access control, ticketing, electronic passports and visas, ID cards, for mentioning only the most widespread, imply large production volumes. From an industrial point of view, the thorough knowledge of the RF part is essential, not only for optimising manufacturing costs, but also for treating the field return. The current standardisation context provides a minimum of elements for assuring the good functioning of the "contactless" systems. In this case, the interoperability cannot be assured. Moreover, respecting a gauge does not allow an expert appraisal of the system functioning, the problems encountered in production and in field not being diagnosed in a precise manner. The subject of the present thesis is the design and the development of a metrology system for the 13. 56 MHz "contactless" systems' RF part. We have proposed ourselves to establish a methodology and some tools allowing to characterise the RF behaviour of inductive-coupling RFID system, and particularly contactless smartcards. The personal contribution can be synthesized through three approaches : 1. Exhaustive – thorough analysis of the system and its functioning 2. Curative – solving the functioning problems 3. Preventive – design and simulation The functioning problematic is analysed, emphasising most of the frequently encountered problems with the RF part of the "contactless" systems. To the problem-solving oriented work we added a component linked to the design of such devices

Cette thèse s'inscrit dans le domaine de l’Interaction Homme-Machine. Elle vise à prendre en considération le contexte d’usage pour les tables interactives. Par la notion de table interactive, on laisse supposer un espace de travail collaboratif et co-localisé permettant de faire intervenir plusieurs utilisateurs en même temps mais également de nouvelles interactions mêlant objets tangibles et/ou virtuels. C'est face à ce constat et à l'engouement accordé à ces plateformes que nous avons proposé de les caractériser puis de les recenser en nous appuyant sur un modèle que nous avons proposé. Le contexte est une notion utilisée depuis longtemps dans la conception d'applications. Les recherches en IHM ont apporté de nombreux éléments permettant de le définir de manière approfondie. Notre proposition se base sur la prise en considération du contexte pour les tables interactives. Pour cela, nous avons modélisé le contexte tel qu'il peut être défini dans la littérature puis augmenté cette modélisation afin de l'adapter à l'utilisation des tables. Un ensemble de formalismes permettant de définir le contexte pour les tables interactives sont également présentés, ceux-ci nous amenant à proposer un système puis un ensemble de règles d'adaptation. Nous réalisons l'adaptation en utilisant la table interactive TangiSense. Nous utilisons et implémentons nos règles d'adaptation proposées afin de permettre à la table de s'adapter au contexte. Afin d'évaluer l'ensemble des éléments proposés dans cette thèse, deux études ont été menées : la première en laboratoire, la seconde dans un environnement naturel en école maternelle. Un ensemble de perspectives de recherche termine le mémoire
This thesis contributes to the Human-Computer Interaction domain. It aims to take into account the context of use for the interactive tables. By the concept of interactive table, one can suppose a collaborative and co-localized workspace allowing several users to work at the same time but also new interactions mixing tangible and/or virtual objects. That is due to these observations and to the interest granted to these new platforms that we proposed to characterize and to list them by using a model that we proposed. The context is a concept used for a long time in the interactive applications design. Research in HCI brought many elements making it possible to define and to qualify it thoroughly. Our proposal aims so to take into account the context for the interactive tables. For that, we initially modeled the context such as it can be defined in the literature. Then we increased this model in order to adapt it to the use of the interactive tables. A set of formalisms making it possible to define the context for the interactive tables are also presented, those bring up us to propose an adaptation system to the context then a set of adaptation rules. We carry out the adaptation to the context by using the TangiSense interactive table. For that we use, and implement our suggested adaptation rules in order to allow the TangiSense interactive table to adapt itself according to the context. In order to evaluate the whole of the elements proposed in this thesis, two studies were conducted: the first one in laboratory, the second one in a natural environment in nursery school. A set of research prospects finishes the report

Cette thèse, restreinte au cadre de la cryptologie symétrique, s'intéresse à deux aspects séparés de la cryptologie : la protection des messages à l'aide d'algorithmes chiffrement et la protection de la vie privée à travers des protocoles d'authentification. La première partie concerne l'étude de la cryptanalyse linéaire et la seconde la conception de protocoles d'authentification à sécurité prouvée garantissant une forme forte d'intraçabilité. Dans la première partie, nous nous intéressons à la cryptanalyse linéaire qui bien qu'introduite au début des années 90 a connu récemment un nouvel essor dû au développement de nouvelles variantes. Nous nous sommes à la fois intéressés à son aspect pratique et théorique. Dans un premier temps, nous présentons une cryptanalyse d'une version réduite de SMS4, algorithme utilisé dans le chiffrement du WiFi chinois puis nous introduisons la cryptanalyse multilinéaire et décrivons une nouvelle forme de cryptanalyse multilinéaire. La deuxième partie concerne l'étude de protocoles d'authentification RFID respectant la vie privée. Nous définissons un modèle d'attaquant permettant de formaliser les notions de sécurité relatives à ces protocoles. Nous proposons ensuite deux protocoles réalisant chacun un compromis entre l'intraçabilité forte et la résistance aux attaques par déni de service et admettant des implantations à bas coût et établissons des preuves de sécurité dans le modèle standard pour ces deux protocoles
This Ph. D, devoted to symmetric cryptography, addresses two separate aspects of cryptology. First, the protection of messages using encryption algorithms and, second, the protection of privacy through authentication protocols. The first part concerns the study of linear cryptanalysis while the second is devoted to the design of authentication protocols with proven security. Although introduced in the early 90s, linear cryptanalysis has recently experienced a revival due to the development of new variants. We are both interested in its practical and theoretical aspects. First, we present a cryptanalysis of a reduced version of SMS4, the encryption algorithm used in WiFi in China then, second, we introduce multilinear cryptanalysis and describe a new form of multilinear cryptanalysis. The second part of the thesis concerns the study of RFID authentication protocols respecting privacy. We define a model to formalize the notions of security for these protocols. Then we propose two protocols, each one performing a compromise between strong unlinkability and resistance to denial of service attacks, which allow low-cost implementations. We establish security proofs in the standard model for these two protocols

Cette thèse propose l'étude et la conception des nouvelles topologies d'antennes à résonateurs diélectriques dans les bandes UHF et SHF. Une première partie est consacrée à l’état de l’art et aux caractéristiques fondamentales de ce type d’antennes. La deuxième partie s'est portée sur la conception des nouvelles formes d’antennes issues des formes canoniques dans le but d’élargir leurs bandes de fonctionnement en vue d’une utilisation multistandards, sans modifier pour autant leur rayonnement dans l’espace environnant. Ensuite notre intérêt s’est porté sur la réalisation des antennes multi-bandes dont la première structure est basée sur l’excitation de deux modes d’un résonateur diélectrique rectangulaire, à deux fréquences différentes. La deuxième structure est constituée d’un élément rayonnant formé de deux résonateurs concentriques et à permittivités différentes. L’excitation de ces derniers, chacun sur son mode fondamental permet d’avoir un fonctionnement bibande. Dans la dernière partie de l'étude, nous nous sommes intéressés à la conception des ARDs pour des applications en RFID UHF, le but est de réaliser des antennes miniatures à fort gain permettant de réduire l’encombrement des stations de base. Nous avons utilisé, dans ce cas, des matériaux à permittivité élevée et nous avons placé une couche de métamateriaux au-dessus du résonateur pour améliorer le gain
This thesis proposes the study and design of new topologies of dielectrics resonators antennas in the UHF and SHF bands. The first part is devoted to the state of the art and to the fundamental characteristics of these antennas. The second part is focused on the design of new types of antennas from the canonical shapes in order to expand their bandwidth for multi-standard applications without changing the distribution of their radiation pattern in free space. Then our interest is focused on the realization of multiband antennas. The first structure is based on the excitation of two modes of a rectangular dielectric resonator antenna, at two different frequencies. The second one is a dielectric resonator antenna (DRAs) with two concentric resonators with different permittivities. They are excited each one on its fundamental mode to obtain a bi-band behavior. In the last part of the study, we are interested in the design of miniature DRAs for UHF RFID applications. We use in this case, materials with high permittivity and we place a layer of metamaterial over the resonator to improve the gain

Les travaux sur l'extraction des caractéristiques d'objets d'une image nous ont amenés à la conception d'une architecture dédiée à l'étiquetage. Ce dernier, par ses propriétés à la fois locales et globales, représente une opération particulièrement coûteuse en temps d'exécution pour une approche séquentielle. Dans le cadre d'une approche parallèle, il a été montré que la complexité d'étiquetage est inversement proportionnelle au nombre de processeurs et que de nombreuses solutions existantes utilisent un nombre important de processeurs pour réduire cette complexité. Pour concevoir une architecture parallèle optimale, il faut tenir compte du critère produit "Processeur x Temps" notamment si l'implantation VLSI de l'architecture est envisagée. L'objectif de la première partie de ce travail a été d'aboutir à une architecture parallèle dédiée à l'étiquetage à faible produit et bon compromis "Processeur x Temps". Pour ce faire, nous avons adapté l'algorithme de Maresca implanté sur une structure 2D de processeurs, Polymorphic-Torus. Le résultat nous a conduit à une structure 1D de processeurs à mémoire CAM. [. . . ]
The works on characterization of objects in an image incited the design of a dedicated architecture for connected-component labeling. Due to both local and global properties, this operation is extremely time costly when a sequential approach is applied. In the case of a parallel approach, it has been demonstrated that the labeling complexity is inversely proportional to the number of processors. In order to reduce the complexity, many of the existing solutions require a large number of processors. However, the "Processor-Time" product has to be considered to obtain an optimal architecture particularly if VLSI implementation is envisaged. The primary objective of this work was to design a parallel dedicated architecture for labeling with both weak product and good tradeoff of "Processor-Time". For this, a Maresca algorithm, implemented in a 2-D array of processors, Polymorphic-Torus was adapted. The structure obtained has a 1-D array of processors with CAM memories. [. . . ]

La technologie « Radio Frequency Identification (RFID) » est devenue de plus en plus répandue dans le déploiement de diverses applications, telles que le contrôle des stocks et la gestion de la chaîne d'approvisionnement. Dans cette thèse, nous présentons une recherche systématique sur les problèmes de recherche liés au comptage et à la surveillance d’étiquettes RFID, deux composants fondamentaux dans les systèmes RFID, en particulier dans des systèmes à grande échelle. Ces problèmes sont simples à formuler et intuitivement compréhensible, tandis que tous les deux présentent des défis importants à la fois fondamentaux et pratiques, et exigent des efforts non négligeables à résoudre. Plus précisément, nous abordons les problèmes suivants allant de la modélisation et de l'analyse théorique, à la conception et l’optimisation de l'algorithme pratique. Pour poser les bases théoriques pour la conception et l'optimisation des algorithmes de comptage et la surveillance d'étiquette, nous commençons par étudier la stabilité de FSA. Techniquement, nous modélisons le “backlog’’ du système comme une chaîne de Markov, dont ses états sont la taille du “backlog’’ au début de chaque trame. Nous établissons ensuite un cadre générique d'estimation du nombre d’étiquettes RFID basée sur le filtre de Kalman pour des systèmes RFID statiques et dynamiques. Nous procédons en suite à résoudre le problème de détection des étiquettes manquantes, l'une des applications les plus importantes dans les systèmes RFID. Différent des travaux existants dans ce domaine, nous nous concentrons sur deux scénarios inexplorés mais fondamentalement importants, celui en présence d'étiquettes inattendues et celui des systèmes RFID multiple-région multi-groupe. Dans le premier scénario, nous développons un protocole à deux phases à base de filtre de Bloom. Dans le deuxième scénario, nous développons trois protocoles de détection d'étiquette manquante en intégrant une version améliorée de la conception du filtre Bloom
Radio Frequency Identification (RFID) technology has been deployed in various applications, such as inventory control and supply chain management. In this thesis, we present a systematic research on a number of research problems related to tag counting and monitoring, one of the most fundamental component in RFID systems, particularly when the system scales. These problems are simple to state and intuitively understandable, while of both fundamental and practical importance, and require non-trivial efforts to solve. Specifically, we address the following problems ranging from theoretical modeling and analysis, to practical algorithm design and optimization. To lay the theoretical foundations for the algorithm design and optimization, we start by studying the stability of frame slotted Aloha. We model system backlog as a Markov chain. The main objective is translated to analyze the ergodicity of the Markov chain. We then establish a framework of stable and accurate tag population estimation schemes based on Kalman filter for both static and dynamic RFID systems. We further proceed to addressing the problem of missing tag detection, one of the most important RFID applications. Different from existing works in this field, we focus on two unexplored while fundamentally important scenarios, missing tag detection in the presence of unexpected tags and in multiple-group multiple-region RFID systems. In the first scenario, we develop a Bloom filter-based protocol. In the second scenario, we develop three protocols by incorporating an improved version of the Bloom filter design

La présente recherche tente d’expliquer l’émergence des nouveaux acteurs et celle des nouvelles rationalités dans le processus communicationnel de la normalisation en matière de Technologies de l’Information et de la Communication (TIC). La normalisation vit en effet à l’aube du 21e siècle une évolution en sortant de la logique économique imposée à l’ère industrielle du 20e siècle, pour devenir un enjeu de plus en plus socio-politico-culturel. L’analyse du contenu des communications, principalement issues des institutions de normalisation en Corée du Sud (KATS, TTA) et en France (AFNOR), nous permet de constater la difficulté des pouvoirs publics à assumer le rôle de médiateur entre la logique grandissante économique et celle émergente sociétale. D’un autre côté, les nouveaux thèmes de la normalisation, tels que la protection des données personnelles, les droits de l’homme et la propriété intellectuelle, font apparaître les nouveaux acteurs : consommateurs étant déjà parties-prenantes, citoyens et travailleurs en tant qu’acteurs socio-politiques. Les quatre études de cas, RFID, biométrie, ondes électromagnétiques associées à la téléphonie mobile et multilinguisme, nous dégagent ainsi deux exemples différents de l’effort du gouvernement pour la gestion de la démocratie technique. Si la France essaie d’institutionnaliser les rapports entre acteurs avec différentes organisations (CNIL, forum des droits sur Internet, AFSSE, etc. ), le cas de la Corée du Sud montre bien l’autonomie des acteurs sociaux qui luttent souvent en dehors des institutions notamment par des moyens de plus en plus nouveaux tels que Web 2. 0, téléphonie mobile, etc
The present research focuses on the emergence of new actors and new rationalities in the communication process of Information and Communication Technology (ICT) standards. Standardization emerged in the 20th century from the economic logic of industrialization. At the dawn of the 21st century it is becoming a tool for democracy for technology development. And, social, political and cultural logics are being added to the economic logic present in the standardization process. A content analysis of reports from South Korean (KATS, TTA) and French (AFNOR) standards organizations underscores the difficulties that policy makers have in mediating between the economic and emerging societal logics present in the standardization process. These difficulties, however, do not prevent new actors from taking part in this process. If the consumer as an economic actor was the main participant of this process, a lot of new discussion items, such as the privacy, human rights, and copyleft movement, call citizens and workers to participate in the standardization process. By undertaking four case studies (RFID, biometrics, electromagnetic problems associated with mobile phones and multilingualism) the government’s role in managing the democracy for technology development in South Korea and France becomes apparent. France is trying to institutionalize the relationship between actors and different organizations (CNIL, forum des droits sur Internet, AFSSE). In South Korea, on the other hand, there is an active movement outside of the institutional structures that includes a range of social actors who take advantage of ICT developments such as Web 2. 0 and mobile phones

Ce travail de thèse est consacré au développement d'un capteur acoustique miniature à transduction capacitive destiné à être intégré dans un système RFID afin de dépasser certaines des limitations actuelles de ce dernier. La configuration originale du capteur acoustique étudié lui offre les avantages d'avoir une bonne performance tout en gardant une forme simple qui peut être aisément réalisée avec les techniques MEMS pour une production à grande échelle. Ce transducteur est constitué d'une membrane circulaire ou carrée et une électrode arrière centrée, de même forme mais de dimensions plus petites, séparées par une très fine couche de fluide, ainsi qu'une petite cavité située à la périphérie de l'électrode, de dimensions extérieures très proches de celles de la membrane. Le comportement de ce capteur est analysé en détail. Cette étude se base sur deux approches mathématiques originales (analytique et numérique), dont les résultats convergent malgré un niveau différent des hypothèses-simplificatrices sur lesquelles reposent ces deux modèles.Finalement, une méthode de réalisation du transducteur en technologie hybride, qui associe le procédé MEMS avec les techniques classiques des circuits imprimé, est présentée. Le prototype développé est aussi caractérisé expérimentalement et les résultats obtenus correspondent bien aux caractéristiques fournies par les modèles théoriques
This work is devoted to the development of capacitive miniature acoustic sensor to be integrated in an RFID system in order to exceed some of its current limitations.The unusual configuration of the studied sensor offers the benefits of having a significant performance while keeping a simple form that can be easily achieved with standard MEMS techniques and thus successively marketed in perspective. This transducer consists of a circular or square membrane, a centered backing electrode with the same shape, but with smaller dimensions which define a thin fluid layer between them, and a small cavity at the periphery of the backing electrode whose external dimensions are very close to the ones of the membrane. The architecture of the developed sensor is the subject of a deep theoretical study of its behavior. This investigation is based upon two original mathematical approaches (analytical and numerical ones) whose results show a high convergence despite the different-levels of simplifying assumptions on which these models are based.Finally, the transducer is made with the use of a hybrid technology, that includes the MEMS process associated with conventional printed circuit manufacturing techniques, which is presented step by step. The developed prototype is characterized experimentally and the measured results correspond to the ones predicted by theoretical models

La technologie RFID fait dorénavant partie intégrante de notre quotidien. Les applications correspondantes à cette technologie sont des plus en plus nombreuses et répandues. Ce manuscrit a pour ambition la recherche de solutions innovantes pour lecteurs RFID UHF. Ce travail ayant été accompli dans le cadre du projet PACID Textile, les champs d'application de nos recherches ont été l'amélioration de la gestion, de la traçabilité et de la sécurité des textiles industriels et commerciaux de par des performances accrues des structures antennaires. Pour cela, l'antenne lecteur, entre autre, doit être miniature tout en étant faible coût, directive et à polarisation circulaire dans la bande RFID UHF (0,865-0,868 GHz). Les deux verrous technologiques principaux auxquels nous avons été confrontés pour l'antenne lecteur sont la gestion de sa direction de propagation privilégiée permettant de restreindre et maîtriser la zone de lecture ainsi que son encombrement afin de l'intégrer facilement dans n'importe quel environnement. Pour répondre à cette problématique, les axes de recherche abordés dans ce manuscrit ont été : L'obtention de la polarisation circulaire à l'aide de résonateurs à courts-circuits. L'étude et la conception d'antennes à base de métamatériaux de type BIE (Bande Interdite Electromagnétique) afin d'améliorer la directivité des antennes imprimées de par les propriétés originales de ces structures. La recherche de nouvelles techniques de miniaturisation des antennes imprimées par introduction d'un nouveau plan de masse de type BIE.

La bande de fréquence HF est une bande internationale de plus en plus utilisée de par le monde pour des applications RFID (Radio Frequency IDentification). Les nombreuses applications telles que le suivi, l'emballage, le transport, et la détection ont en effet suscité un intérêt grandissant pour la RFID sans contact en champ proche à 13,56 MHz basée sur la norme de communication ISO/IEC 14443. Pour les systèmes RFID HF à faible coût, les interfaces de communication lecteurs/étiquettes utilisent des antennes boucles inductives formées par l'enroulement de fils ou de bandes conductrices. Dans cette thèse, nous nous intéressons plus particulièrement à la conception et à l’optimisation de l’antenne de l’étiquette utilisée comme ticket de transport pour fournir le maximum d’énergie au circuit intégré. Nous analysons plus particulièrement l’influence des paramètres géométriques et les matériaux de fabrication de l’élément rayonnant afin de proposer une méthodologie de conception d’antenne inductive. Pour ce faire, une modélisation circuit du système RFID HF est proposée afin d’effectuer une meilleure analyse du couplage lecteur/étiquette ainsi que des points critiques de fonctionnement. Afin de valider les différentes études effectuées, de nombreux prototypes d’antennes ont été réalisés avec différents matériaux et les résultats obtenus analysés
The HF frequency band is internationally allocated for worldwide and fastest growing band used in RFID (Radio Frequency IDentification) applications. The need for automation and advanced technologies in applications like tracking, packaging, transportation, and sensing has attracted the interest of the near-field contactless RFID at 13.56 MHz based on ISO/IEC 14443 communication standard. For low-cost RFID HF systems, communication interfaces use inductive loop antennas made up of the winding of conductive wires or strips. In this thesis, we are particularly interested in the antenna design and optimization of tags dedicated for transport to provide a maximum power to the integrated circuit. The influence of the geometric parameters and materials used for the realization of the radiating element has been particularly studied to reach to propose a methodology of inductive antennas design. To do this, a circuit model of HF RFID system has been proposed to analyze the reader / tag coupling and the different critical operating points. Several antenna prototypes were made with different materials to validate the different studies

De nombreux progrès techniques ont vu les jour ces dernières années en médecine et en chirurgie. Ils permettent de vivre mieux et plus longtemps. Si les efforts ont été mis dans le développement de dispositifs innovants, leur surveillance in vivo présente des lacunes, notamment en ce qui concerne les dispositifs implantables, entités critiques implantées dans un milieu fragile. Ainsi, à l’heure actuelle, le constat est fait qu’un produit de l'industrie agroalimentaire est bien mieux suivi qu'un dispositif médical implanté chez un patient. Les problématiques soulevées par cette lacune de traçabilité sont nombreuses : impossibilité de contrôler les dispositifs médicaux une fois implantés, impossibilité d'avoir des registres de matériovigilance bien remplis, par exemple. Par ailleurs, il existe également un manque de données sur le comportement des implants in vivo, données qui sont pourtant indispensables pour leur surveillance et leur amélioration. Les travaux de cette thèse ont pour objet le développement d'un dispositif capable à la fois d'identifier et de tracer toutes les prothèses de genou du monde, et de délivrer un moyen de contrôle de ces prothèses une fois implantées. Pour cela, deux dispositifs sont étudiés : un implant électronique passif long terme (avec toutes les contraintes imposées par ce type d'implants : biocompatibilité, biostabilité) et un système d'imagerie innovant, bas coût et n'exploitant ni rayonnements, ni produits d'injection
Many technical advances have emerged in recent years in medicine and surgery. They allow to live better and longer. While efforts have been made in the development of innovative devices, their in vivo monitoring has shortcomings, particularly with regard to implantable devices, critical entities implanted in a fragile environment. Thus, at present, the fact is that a product of the agri-food industry is better followed than a medical device implanted in a patient. The problems raised by this lack of traceability are numerous: impossibility of controlling medical devices once implanted, impossibility of having well-filled materovigilance registers, for example. In addition, there is also a lack of data on the behavior of implants in vivo, which are essential for their monitoring and improvement. The aim of this thesis is to develop a device capable of both identifying and tracing all knee prostheses in the world, and to provide a means of control of these prostheses once implanted. For this, two devices are studied: a long-term passive electronic implant (with all the constraints imposed by this type of implants: biocompatibility, biostability) and an innovative imaging system, low cost and not exploiting any radiation or products injection

Cette thèse s’inscrit dans le cadre du projet collaboratif FUI VEADISTA. Le but de ce projet est le développement d’une solution technologique à bas coût pour la veille à distance de personnes fragiles. Cette thèse se focalise sur la conception d’antennes lecteur et d’une étiquette RFID UHF posée sur le corps humain. Deux objectifs principaux sont visés dans ces travaux de thèse. Le premier aborde la conception d’antennes pour lecteurs RFID, le second aborde la conception d’une antenne large bande, pour une étiquette RFID, adaptée au corps humain. Les objectifs à atteindre pour l’antenne lecteur sont : un champ rayonné à polarisation circulaire, un gain élevé, faible coût de fabrication et faible épaisseur. Pour atteindre ces objectifs, une topologie d’anneau fente miniaturisé par une méthode itérative de repliement d’anneau associée à un réflecteur incluant un AMC à cellules élémentaires réduites sont employés. Le second objectif de la thèse est la conception d’une antenne large bande, pour une étiquette RFID, capable de minimiser l’influence du corps humain sans sacrifier la distance de lecture tout en restant faible coût. Un modèle électromagnétique d’avant-bras humain est utilisé comme support de conception de l’antenne tag large bande. Enfin le système RFID complet incluant, l’étiquette, l’antenne lecteur et le lecteur RFID ont fait l’objet de tests fonctionnels pour préparer les tests cliniques sur patient
This thesis was initiated within the VEADISTA project. The main goal of this project was to develop a cost effective technological remote care system for fragile person. The main focus of this thesis is on antenna design for RFID reader and also for RFID tags in contact with human body. For the reader antenna the criteria are: a circularly polarized radiated field, high gain, cost effectiveness and small thickness. To achieve these objectives, a miniaturized slot ring topology obtained by an iterative method of ring folding associated with a reflector including a reduced unit cells AMC are used. For the tag the objective is to design a broadband antenna, by minimizing the influence of human body without affecting the reading scope. The tag is needed to also be cost effective. An electromagnetic model of human forearm is used as the broadband tag antenna design support. Ultimately, the functionality of the complete system including a tag and a reader have been tested

Aujourd’hui, le besoin grandissant d’une électronique autonome et discrète accentue l’intérêt et le développement des technologies passives d’identification automatique sans contact.Dans ce contexte, les technologies de type RFID UHF se heurtent à la nécessité d’adapter cette technologie à des environnements complexes et hétérogènes. Dans le cadre de cette thèse, des solutions RFID innovantes ont été investiguées pour le développement de dispositifs RFID UHF insensibles à la variation de l’environnement. La démarche scientifique suivie aborde plusieurs aspects tels que la caractérisation des matériaux, à l’aide d’une technique flexible de mesure permettant des mesures in-situ des caractéristiques radioélectriques. Suite à cette phase, nous présentons la conception d’antennes compactes large bande fonctionnelles en environnement hétérogène et peu sensibles à la variation de l’environnement. Une phase de tests vient ensuite valider expérimentalement notre approche. Cette démarche a été appliquée à une problématique industrielle à laquelle sont confrontés les acteurs du domaine verrier. Des antennes adaptées sur verre sont modélisées et validées expérimentalement. Les solutions RFID ainsi développées présentent un fonctionnement indépendant de la constitution du support de verre et tolérant la présence de liquide, permettant de lever la contrainte de dysfonctionnement des dispositifs RFID à proximité des liquides. Nous présentons également des travaux menés dans le cadre d’intégration d’antennes biocompatibles et biodégradables à base de polymères conducteurs, contribuant ainsi à la généralisation des solutions proposées pour la traçabilité à base d’électronique ubiquitaire
Nowadays, the growing need of an autonomous and discrete electronic for traceability requirement, accentuate the interest for the development of contactless and automatic passives items identification (AUTO ID). In this context of growing interest for the development of these technologies, the expansion of the RFID UHF technologies encounters limitations to have a standard solution adapted to heterogeneous environments. Within the framework of this PHD, we propose an innovative RFID UHF solutions with broadband operation, compactness and capable to operate in heterogeneous surrounding. We also investigate the integration of these solutions with nonconventional materials supporting manufacturing constraints. The scientific approach takes into account different aspects such as the characterization and implementation of specific materials; we first developed a new radio electric characterization process with a flexible capability which permits in-situ measurements of geometrically complex substrates. Therefore, we present a new analysis approach for the optimization of broadband and compact RFID UHF tags that can operate insensibly in heterogeneous environment. In perspective, we propose a new antenna based on biocompatible and biodegradable polymers contributing to the development of the proposed solutions to the ubiquitous and green electronics

Les systèmes RFID sont de plus en plus utilisés dans des applications critiques fonctionnant dans des environnements perturbés (ferroviaire, aéronautique, chaînes de production ou agroalimentaire) ou dans des applications où la sécurité est essentielle (identification, lutte contre la contrefaçon). Pourtant, ces systèmes faibles coûts, initialement conçus pour des applications de masse non critiques, sont peu robustes par nature. Pour les applications critiques, les défaillances des puces RFID peuvent avoir des conséquences catastrophiques ou créer des failles de sécurité importantes. Ces défaillances peuvent avoir des origines nombreuses : par exemple, des origines matérielles dues au vieillissement naturel des circuits intégrés ou à des attaques (optiques, électromagnétiques, en tension). Il est donc d'usage dans les applications critiques d'accroître la robustesse des systèmes RFID par la mise en œuvre de redondance matérielle. Cependant cette redondance accroît le coût du déploiement des systèmes RFID ainsi que la complexité des protocoles et middleware associés. L'amélioration de la robustesse des tags permet de grandement limiter cette redondance. L'objectif de la thèse est d'accroitre la robustesse des tags UHF passifs en proposant et validant de nouvelles architectures numériques de puces RFID robustes à la fois aux défaillances et aux attaques matérielles. Les approches de durcissement des circuits intégrés étudient généralement leur robustesse par simulation et ce de manière indépendante à la validation de leur conception. La méthode la plus courante afin de valider la robustesse d'un circuit repose sur l'injection de fautes par simulation. Pour les puces RFID, ce type d'approche par simulation est problématique car les performances des puces dépendent de nombreux paramètres difficilement modélisables globalement. En effet, le fonctionnement d'un tag dépend de son environnement électromagnétique, du nombre de tags présents dans le système, des protocoles mis en œuvre. Aussi, nous avons développé une méthodologie basée sur le prototypage permettant d'éviter des simulations complexes et chronophages. La puce RFID prototype est alors implantée dans un FPGA. Ainsi, dès la phase de conception, cette puce peut être validée fonctionnellement dans un environnement réel. De plus, en utilisant différentes techniques d'instrumentation permettant l'injection de fautes dans les circuits numériques sur FPGA, il est alors possible d'analyser l'effet sur l'ensemble du système des fautes injectées dans le tag. Dans cette thèse, dans un premier temps, le prototype fonctionnel d'un tag RFID a été développé. Dans un second temps, ce prototype a été instrumenté pour pouvoir réaliser des injections de fautes en ligne ou hors ligne. Ensuite, le comportement du système RFID en présence de fautes dans ce tag RFID a été évalué. L'analyse des effets de ces fautes sur le système a permis de proposer, de mettre en œuvre et de valider de nouvelles architectures numériques de tags RFID robustes. Ce nouvel environnement de prototypage et d'injection de fautes a également permis de démontrer les effets de nouvelles attaques contre les systèmes RFID reposant sur l'insertion de tags fautifs ou malveillants dans les systèmes. Enfin, cette approche a permis d'évaluer les méthodes de détection des tags fautifs
RFID tags are more and more used for critical applications within harsh environments (aeronautics, railways) or for secure applications such as identification, countermeasure against counterfeiting. However, such low cost systems, initially designed for non-critical applications with a high volume, are not robust by themselves. For critical applications, a malfunction of RFID chip may have serious consequences or induce a severe security breach for hackers. Dysfunctions can have many origins: for instance, hardware issues can be due to aging effects or can also be due to hackers attack such as optical or electromagnetic fault injection. It is thus a common practice for critical applications to increase the robustness of RFID system. The main purpose of this PhD Thesis is to increase UHF tags robustness by proposing new digital architectures of RFID chips which would be resilient against both hardware attacks and natural defects.Usual design techniques for robustness IC improvement consist in evaluating the design robustness by simulation and to do this independently of the design validation. The main technique for robustness evaluation is the simulation based faults injection. Within the RFID context such an approach only based on simulation has several drawbacks. In fact, simulations often are inaccurate because the system behavior relies on several parameters such as the global electromagnetic environment, the number of tags present in the reader field, the RFID protocol parameters.The purposes of this PhD are to develop a design method dedicated to RFID system based on hardware prototyping in order to avoid time consuming simulations and then to evaluate the design within a real environment.The hardware prototyping based on FPGA allows the design to be validated in a real environment. Moreover, using instrumentation techniques for fault injection within FPGA , it will be then possible to analyze the effects of faulty tags on the global system in terms of safety and security and then to propose countermeasures.In this thesis an FPGA based emulation platform called RFIM has been developed. This platform is compliant to EPC C1 Gen2 RFID standard. The RFID tag emulator has been validated functionally in a real environment. The RFIM platform uses the instrumentation technique for injecting faults in the digital tag circuit. Through fault injection campaigns RFIM platform can analyze the effect on the entire system of the faults injected into the tag, and ten validate new robust digital architectures.The RFIM platform has been used to demonstrate the effects of further attacks against RFID systems based on the insertion of faulty or malicious tag that contains a hardware Trojan. Finally, RFIM platform helps to develop countermeasures against the fault effects. These countermeasures have been implemented and tested in a real RFID environment with several tags and reader

La technologie d'identification par radiofréquence (RFID) a eu un essor très important ces dernières années notamment grâce à sa configuration polyvalente et aux innombrables possibilités d'intégration offertes par cette technologie notamment avec l'apparition d'un nouveau contexte applicatif celui des objets connectés. Depuis quelques années, des applications de la RFID UHF en champ proche ont été notamment développées afin de surmonter les problèmes liés à la dégradation de lecture des tags lorsqu'ils sont placés dans des milieux fortement perturbateurs. Les travaux de recherche présentés dans cette thèse s'intéressent à l'étude de la technologie RFID UHF en zones de champ proche et de champ lointain. Les études portent plus particulièrement sur la conception d'antennes lecteur et d'antennes tag ainsi que sur les méthodes de caractérisation des systèmes RFID en zones de champ proche et de champ lointain. Une étude sur les caractéristiques des champs rayonnées par une antenne est réalisée afin de souligner les critères les plus pertinents en vue de concevoir des antennes pour les lecteurs RFID, performantes en zone de champ proche. A partir de l'état de l'art sur les antennes tags et les méthodologies de conception classiques, une nouvelle approche de conception est développée qui vise à améliorer la conception d'antennes tags en intégrant une vision appropriée pour tenir compte du niveau de puissance espéré dans une application donnée. Enfin avec pour objectif la caractérisation des tags RFID UHF, d'une part une approche est proposée permettant l'identification de familles de tags, et d'autre part, une procédure innovante pour la mesure de l'efficacité du transfert de puissance est proposée et validée expérimentalement
The Radiofrequency Identification technology (RFID) has had a huge growth these last years, due to its versatility and the uncountable possibilities to integrate this technology in many different application (tracking and inventory of goods, access control, supply chain, etc.), and in particular the brand new context of internet of things projects. For some years, the near field UHF RFID applications has been developed in order to overcome the problems related to degradations of tag's read range when needing to use it in a perturbing environment. The research work presented in this thesis come as a study of the UHF RFID in near field and far field zones. This study focus more particularly on the design of reader and tag antennas and on the characterization method in near field and far field zones. A study on the characteristics of fields outgoing from an antenna has been made, in order to underline the important criteria for the design of performant UHF RFID reader antennas in near field zone. From the state of art about tag antennas design and classical methodologies, we propose a new approach that aims improving the design of tag antennas in a more suitable point of view that is getting the expected power level in a given application. Finally, with an objective to characterize UHF RFID tags, we first propose a new approach enabling the identification of tag families, and then propose a new innovating power transfer efficiency measurement procedure, that has been validated experimentally

Cette thèse s’inscrit dans le cadre d’une collaboration entre l’IM2NP et la société Tagsys, dans le cadre du projet PACID-TEXTILE. L'objectif de la thèse est de créer un tag RFID UHF packagé, très robuste et qui puisse facilement s’intégrer de manière discrète dans les produits textiles. L’idée est de concevoir deux antennes couplées et adaptées aux puces choisies pour l’application. Ces deux antennes sont conçues afin de favoriser le couplage entre elles. La première entité est packagée afin de protéger la puce de l’environnement d’utilisation. Dans une première partie, l’antenne primaire est caractérisée. Le packaging fait l’objet d’études particulières pour répondre aux contraintes de robustesses liées aux domaines du textile (blanchisserie, produit chimique). Une seconde partie du travail vise à caractériser le fil conducteur de manière à en établir une modélisation la plus fidèle possible pour pouvoir être utilisé par les outils de simulation et de conception d’antennes. Des essais de résistances du fil sont également réalisés.Enfin, une troisième partie traite de la conception d'antennes. Les tags conçus doivent avoir une portée minimale de 4m, résister à la déformation et à l'empilement. Ces tags sont soumis à différents tests pour établir leurs performances. A l’aide des moyens de caractérisations disponible au laboratoire IM2NP (plate forme de pré certification RFID), un « Benchmarking » est réalisé sur les différents tags en vue de proposer une étiquette répondant au mieux aux exigences du cahier des charges
This thesis is part of a collaboration between the company Tagsys and IM2NP, under the PACID-TEXTILE project. The aim of the thesis is to create a robust UHF RFID tag antenna that can be easily and discreetly integrated into textile products.The idea is to design two antennas electromagnetically coupled and adapted for selected chips. Both antennas are designed to facilitate the coupling between them. The first antenna is packaged in a robust material in order to protect the chip from laundry cycles. The second antenna is made up by electro-thread. The first part of the work is to characterize the packaged antenna and packaging material. The second part is to measure the conductivity of the used thread, to establish the most accurate model possible. Tests of wire resistance are also made. Toughness of each wire is also tested.The third part deals with the antenna design. The tags are designed to have a minimum range of 4m. They have to resist deformation and stacking. These tags are subjected to various tests to determine their performance. Using resources available in the laboratory IM2NP (RFID platform), a "Benchmarking " is carried on different tags to find the best that meet the requirements of the specifications

La technologie d’identification radiofréquence (RFID) se décline aujourd’hui dans des milliers d’applications. Parmi elles nous pouvons citer les applications de gestion logistique des palettes/cartons dans les entrepôts industriels (RFID UHF) ainsi que l’identification des abonnés dans les réseaux de transports urbains (RFID HF). Depuis quelques années, des contributions scientifiques autour des technologies d’identification radiofréquence (RFID) avec un couplage capteur sont de plus en plus visibles. L’intérêt grandissant pour ce type de technologie s’appuie sur la possibilité d’une utilisation en masse de capteurs bon marchés pouvant être intégrés sur chaque objet. On parle alors d’objet connecté ou d’internet des objets (IoT). Dans cette thèse, nous nous focalisons sur l’étude et le développement d’un capteur RFID passif fonctionnant en bande UHF. Cette orientation technologique est dictée par l’application visée, l’agro-alimentaire, qui requiert des coûts de fabrication les plus faibles possibles et une distance de lecture supérieure au mètre. Pour l’élément sensible, nous utilisons un bio-polymère, plus précisément le gluten de blé dont les propriétés diélectriques en fonction de l’humidité relative ont été étudiées précédemment. Nous nous attachons à traiter toutes les problématiques liées à la communication entre un lecteur et un capteur RFID passif, l’objectif ultime de cette thèse étant de récupérer une information capteur à l’aide d’un lecteur RFID conventionnel respectant les standards du domaine et les directives radio en vigueur dans les différentes régions du monde. Pour valider cette étude, nous mettons en œuvre des capteurs-RFID pour réaliser un démonstrateur d’emballage « intelligent » permettant le suivi de la qualité des aliments
Radio frequency identification (RFID) technology is available today in thousands of applications. Among them we can mention the logistics management applications pallets / cardboard in industrial warehouses (RFID UHF) and the identification of subscribers in urban transport networks (RFID HF). In recent years, scientific contributions around the radio frequency identification (RFID) technologies with a sensor coupling are increasingly visible. The growing interest in this type of development rely heavily on a mass use of inexpensive sensors that can be integrated on each object.It is calledconnected objects or Internet of Things (IoT). In this thesis, we focus on the study and development of a passive RFID sensor operating in UHF band. This technological orientation is dictated by the targeted application, the food industry, which requires the lowest possible manufacturing costs and a reading distance greater than one meter. For the sensitive element, we use a biopolymer, specifically wheat gluten whose dielectric properties as a function of relative humidity have been studied previously. We are committed to dealing with all the issues related to the communication between a reader and a passive RFID sensor, the ultimate objective of this thesis being to get a sensor information using a conventional RFID reader complying with the standards and the radio directives imposed in different regions of the world. To validate this study, we are implementing RFID sensors to create a smart packaging demonstrator for monitoring the quality of food

De nos jours, la modélisation de la compatibilité électromagnétique est devenue une étape importante de la conception des circuits intégrés permettant un gain sur les délais de validation et les coûts de production. Dans ces travaux de thèse, une contribution à la caractérisation et à la modélisation de la susceptibilité conduite des circuits intégrés est présentée. D’abord, une évolution substantielle de la technique RFIP est élaborée. Cette technique permet de caractériser la susceptibilité conduite des circuits intégrés. Nous avons montré les différentes étapes de caractérisation de la sonde de mesure développée ainsi que du banc de mesure en vue d’une extraction des paramètres d’immunité d’un circuit intégré soumis à des perturbations électromagnétiques. Le principe de la mesure RFIP a été validé par simulation et par mesure notamment lors de la caractérisation de l’immunité d’un convertisseur analogique-numérique embarqué dans un microcontrôleur. Ensuite, la méthodologie de construction de macromodèles d’immunité électromagnétique appliqués aux circuits intégrée est présentée. Le macromodèle construit du convertisseur est basé sur la structure du modèle ICIM-CI et ses paramètres sont extraits à partir des résultats de mesure RFIP. Les différentes approches de construction des blocs du macromodèle sont discutées. La technique RFIP s’est avérée avantageuse pour l’amélioration de la compréhension, la caractérisation et la modélisation de l’immunité des circuits intégrés
Nowadays, electromagnetic compatibility modeling has become an importantstep during integrated circuits design which allows time-to-market and production costsreduction. In this PhD thesis, we present a contribution to the characterization and modelingof integrated circuits susceptibility to electromagnetic interferences. First, a substantialevolution of the RFIP technique, which represents a measurement technique of integratedcircuits conducted susceptibility, is presented. Different characterization steps of thedeveloped measurement probe as well as the measurement test bench are shown. RFIPmeasurement principle is validated through simulation and measurement, especially on ananalog-to-digital converter (ADC) embedded in a microcontroller. Then, the methodology ofthe extraction of the ADC’s immunity macromodel is explained according to the ICIM-CImodel structure. Macromodel’s parameters are deduced from RFIP measurement results.Different approaches for the construction of the macromodel’s blocks are discussed. RFIPtechnique shows many advantages leading to enhance understanding, characterization andmodeling of integrated circuits immunity

Cette thèse s’inscrit dans le cadre du projet collaboratif FUI VEADISTA. Le but de ce projet est le développement d’une solution technologique à bas coût pour la veille à distance de personnes fragiles. Cette thèse se focalise sur la conception d’antennes lecteur et d’une étiquette RFID UHF posée sur le corps humain. Deux objectifs principaux sont visés dans ces travaux de thèse. Le premier aborde la conception d’antennes pour lecteurs RFID, le second aborde la conception d’une antenne large bande, pour une étiquette RFID, adaptée au corps humain. Les objectifs à atteindre pour l’antenne lecteur sont : un champ rayonné à polarisation circulaire, un gain élevé, faible coût de fabrication et faible épaisseur. Pour atteindre ces objectifs, une topologie d’anneau fente miniaturisé par une méthode itérative de repliement d’anneau associée à un réflecteur incluant un AMC à cellules élémentaires réduites sont employés. Le second objectif de la thèse est la conception d’une antenne large bande, pour une étiquette RFID, capable de minimiser l’influence du corps humain sans sacrifier la distance de lecture tout en restant faible coût. Un modèle électromagnétique d’avant-bras humain est utilisé comme support de conception de l’antenne tag large bande. Enfin le système RFID complet incluant, l’étiquette, l’antenne lecteur et le lecteur RFID ont fait l’objet de tests fonctionnels pour préparer les tests cliniques sur patient
This thesis was initiated within the VEADISTA project. The main goal of this project was to develop a cost effective technological remote care system for fragile person. The main focus of this thesis is on antenna design for RFID reader and also for RFID tags in contact with human body. For the reader antenna the criteria are: a circularly polarized radiated field, high gain, cost effectiveness and small thickness. To achieve these objectives, a miniaturized slot ring topology obtained by an iterative method of ring folding associated with a reflector including a reduced unit cells AMC are used. For the tag the objective is to design a broadband antenna, by minimizing the influence of human body without affecting the reading scope. The tag is needed to also be cost effective. An electromagnetic model of human forearm is used as the broadband tag antenna design support. Ultimately, the functionality of the complete system including a tag and a reader have been tested

Cette thèse s'inscrit dans le cadre du projet collaboratif FUI RFID AERO dont le leader est Eurocopter. Le but de ce projet est le développement d'un système assurant la traçabilité des différentes pièces d'un aéronef. Cette thèse se focalise sur la conception d'antennes lecteur et de tags RFID UHF faible coût.Deux objectifs sont visés dans le cadre de cette thèse. Le premier est la conception d'antennes pour lecteurs RFID fonctionnant en contact ou à proximité des surfaces métalliques. Nos conceptions sont basées d'une part sur les phénomènes d'ondes constructives en plaçant une surface métallique à un quart de la longueur d'onde. D'une autre part, la conception repose sur l'utilisation de structures AMC. De plus, nous proposons une méthode de réduction de dimensions de cellules AMC. Le second objectif de la thèse est la miniaturisation de tags pour l'identification de pièces essentiellement métalliques. Nous proposons des méthodes de conception de tags miniatures durcis, non détachables ou flexibles ainsi qu'un prototype pour chacune d'entre elles.Enfin, les antennes lecteur et tags développés dans cette thèse, les lecteurs RFID et des systèmes connexes développées par d'autres partenaires ont été mis en œuvre dans un aéronef. Les tests du système complet sont satisfaisants et répond aux objectifs du projet
This Ph.D thesis is part of the FUI RFID AERO project led by Eurocopter. The aim of this project is to provide a traceability system of the aircraft items. This work focuses on low-cost UHF RFID reader antennas and tags design.Two research axes are developed. The first one is the RFID reader antennas design for metallic surfaces. The designs are based on constructive wave phenomenon by placing a metallic plate at a quarter wavelength of the radiating element. On the other hand, the insertion of AMC structures was also studied. Furthermore, we propose a size reduction technique for AMC structures. The second goal is tag size miniaturization for metallic or non-metallic objects identification. We propose design methods of size miniaturization for hard or flexible tags. Besides, we apply these methods by designing one tag for each family.Finally, the reader antennas and tags proposed in this thesis, the RFID readers and the related systems developed by the others partners were implemented into an aircraft. Tests of the complete system are in good agreement with the expected goals

Avec l'explosion de l'Internet des Objets (IoT), de nouveaux dispositifs permettant de tagguer les objets sont nécessaires afin de permettre non seulement leur identification mais aussi d'assurer des communications fiables et de nouvelles fonctionnalités comme la détection, la localisation ou la capture d'informations. Cette tendance s'appuie sur la technologie bien établie qu'est la radiofréquence par identification (RFID) et donc l'utilisation d'étiquettes (ou tags) faibles coûts et télé-alimentés. Dans ce contexte, de nombreux travaux au niveau de la couche d'application se tournent vers la mise au point de traitements logiciels complémentaires visant à produire de nouveaux types d'information. D'autres travaux visent à améliorer la couche physique avec l'objectif de miniaturiser encore le tag mais aussi de le doter de nouvelles capacités. Jusqu'à présent, il n'existe quasiment pas de travaux concernant la transmission du signal et aucun sur l'exploitation du comportement non-linéaire des puces RFID. Cette thèse vise à étudier les phénomènes non-linéaires produits lors d'une communication RFID.Dans la première partie, deux plateformes de mesure et de caractérisation spécifiques ont été développées : la première vise à observer les signaux au cours d'une communication RFID, et alors caractériser et analyser les effets liés aux phénomènes non linéaires ; la seconde permet d'effectuer différentes mesures directement sur les puces et les caractériser en termes d'impédance, production d'harmoniques et sensibilité. Ces plateformes ont permis : 1) de mettre en évidence que les fréquences harmoniques sont porteuses d'informations qui peuvent être exploitées et même offrir de nouvelles fonctionnalités ; 2) d'obtenir de nombreuses informations sur les propriétés des puces et d'en établir un modèle électrique précis ; 3) de déterminer des critères permettant d'évaluer la performance des tags dans le contexte étudié.Dans la deuxième partie, plusieurs nouveaux tags RFID ont été conçus, fabriqués, mesurés et évalués. Ces nouveaux tags fonctionnent non seulement dans la bande UHF mais aussi sont adaptés à la troisième harmonique dans la bande des microondes. Une méthodologie et des lignes directives d'aide à la conception de ce type de tags ont été établies et s'appuient sur les deux plateformes développées afin de caractériser les différents éléments. Dans un même temps, les effets liés à la fabrication ont aussi été étudiés et des études paramétriques ont permis de mettre en évidence l'effet sur les performances de la géométrie de l'antenne et du type de puce utilisée.Dans une troisième partie, les études se sont focalisées à exploiter les effets non-linéaires des dispositifs de redressement. L'idée générale est de coupler la RFID passive avec les dispositifs de transferts de puissance et de récupération d'énergie avec pour objectifs 1) de maximiser l'efficacité de conversion RF – continu 2) et d'augmenter la distance de lecture des tags passifs. Plusieurs prototypes ont été réalisés et leurs performances ont été démontrées.L'ensemble de ces travaux a mis en évidence un nouveau concept de communication RFID exploitant les non-linéarités générées par les puces RFID. Ce concept ouvre la voie à de nouvelles applications. et a fait l'objet d'une demande de brevet international
Powered by the exploding popularity of the Internet-of-Things (IoT), the demand for tagged devices with labels capable to ensure a reliable communication with added functions beyond the identification, such as sensing, location, health-care, among others, is growing rapidly. Certainly this growing is headed by the well-established Radio Frequency Identification (RFID) technology, and the use of wireless low-cost self-powered tags, in other words passive RFID tags, is the most widespread used alternative. In the constant evolution on this field, usually new software treatments are offered at the application layer with the objective to processing data to produce some new information. Further works aimed at improving the physical layer around the tag antenna miniaturization and matching techniques. So far, little or no work had been done on the exploitation of the communication channel, and certainly none has been done on the exploitation of the non-linear behavior of RFID chips.After presenting the RFID technology and phenomena produced by Radio Frequency (RF) non-linear devices, and leaning in some nearby works on the field, the core of this thesis starts by exposing two characterization platforms for the evaluation of non-linear phenomena presented during the reader-tag communication. One is specialized in radiating measurements considering the whole tag (antenna and chip) under test. The other is specialized in conducted measurements directly over RFID chips, allowing performing different parametric studies (power dependency, impedance, harmonic production, sensitivity). The characterization results show that harmonic signals generated from the passive RFID chip carry information.By exploiting the characterization results and to verify the hypothesis of exploitation of non-linearities in RFID, i.e. the use of harmonic signals, the research is pursued by designing, fabricating, and measuring four different configurations of RFID tags. The new RFID tags operate at the fundamental frequency in the UHF band and at its $3^{rd}$ harmonic in the microwave band. Antenna design policies, fabrication details, and parametric studies on the performance of the new prototypes are presented. The parametric study takes special care in the antenna structure, kind of chip used, received power, and read range.Finally, some alternatives approaches for the exploitation of non-linear effects generated by rectifying devices are presented. Some theoretical aspects and experimental results are discussed linking the passive RFID technology to the theories of Wireless Power Transfer (WPT) and Electromagnetic Energy Harvesting (EEH). The solution takes advantage of the non-linear nature of rectifying elements in order to maximize the RF-to-DC conversion efficiency of EEH devices and increase the read range of passive RFID tags. The solution triggers on the design of a RF multi-device system. The design procedure and tests consider three non-linear phenomena: (1) the impedance power dependency, (2) the harmonic production, and (3) the rectifying dependence on the RF waveform

Dans le secteur de l'agroalimentaire, l'utilisation de la RFID permet d'améliorer la sécurité des produits alimentaires tout en assurant une meilleure traçabilité et un meilleur suivi des produits. Le travail de cette thèse était principalement réalisé dans le cadre d’un projet en coopération avec plusieurs partenaires académiques et industriels dans le secteur fromager où l’objectif principal du projet était de maitriser l’ensemble des étapes de fabrication par un parfait suivi de la traçabilité des produits et un pilotage précis de l’affinage. Le travail réalisé dans cette thèse s'inscrit dans ce contexte et a comme objectif le développement de tags RFID UHF adaptés aux contraintes des produits alimentaires en assurant une double fonction: une fonction de traçabilité à identification unitaire, et ensuite une fonction de détection du degré de maturation de l'aliment par mesure indirecte de ses propriétés électromagnétiques et physico-chimiques.La première étape du projet était la caractérisation des paramètres électromagnétiques des produits alimentaires durant l’affinage afin de réaliser une conception appropriée de l'antenne du tag. En radiofréquences, c'est principalement le substrat qui dicte les propriétés électromagnétiques des composants, notamment la taille des antennes et leur diagramme de rayonnement. La connaissance de ces propriétés est indispensable afin de répondre aux exigences industrielles et d'intégrer dans de bonnes conditions les systèmes dans l'environnement applicatif. En plus, une étude de corrélation est réalisée entre la variation des propriétés diélectriques et celle des propriétés chimiques durant la période d’affinage des produits. Cette étude aide à comprendre la différence entre les différents produits et permet de déterminer les paramètres principaux à suivre durant l’affinage pour la conception du tag capteur.La deuxième étape était la conception des tags identifiants pour la traçabilité des produits alimentaires durant la procédure de fabrication. L’objectif principal est de réaliser un tag identifiant avec une performance qui répond aux besoins des fabricants dans le secteur fromager concernant la taille, la mémoire et la distance de lecture du tag tout en respectant les normes de santé au niveau d’emballage du tag ainsi que le substrat utilisé. Plusieurs configurations de tag RFID UHF étaient réalisées et testées dans un environnement industriel où les résultats obtenus montrent l’efficacité d’utiliser un système de RFID pour automatiser la traçabilité des produits dans le secteur fromager.La troisième étape concerne la conception des tags capteurs pour suivre le degré d’affinage des produits pendant la période de maturation. Une première solution, basée sur l’exploitation de l’effet de variation des propriétés diélectriques sur la distance de lecture de tag, montre un manque de performance due aux faibles variations ainsi qu’aux difficultés de mesure dans un environnement réel. Une deuxième solution basée sur la mesure de taux de dégagement des gaz durant l’affinage montre la possibilité d’estimer le degré d’affinage. Par contre, la puissance d’activation de capteur et le coût élevé ne permettent pas d’adopter cette solution. Finalement, deux solutions alternatives étaient réalisées pour mesurer l’augmentation du taux d’échapement des gaz d’une manière indirecte. La première configuration de tag capteur est basée sur le suivi du changement de dimensions du produit en utilisant un capteur résistif. D’autre part, la deuxième configuration de tag capteur est basée sur le suivi de changement de pression dans l’emballage du produit dû à la production de gaz. Les résultats obtenus montrent que ces deux configurations de tag RFID capteur peuvent offrir des solutions simples et efficaces pour le pilotage de l’affinage des produits alimentaires
In the food sector, the use of RFID makes it possible to improve the safety of food while ensuring better traceability and better monitoring of products. The work of the thesis was mainly carried out within the framework of a project in cooperation with several academic and industrial partners in the cheese sector where the main objective of the project is to develop UHF RFID tags adapted to the constraints of food products by ensuring a dual function: a traceability function with unitary identification, and then a sensing function of cheese maturation by indirect measurement of its electromagnetic and physicochemical properties.The first step of the project was the characterization of the electromagnetic parameters of food products during ripening in order to achieve an appropriate design of the tag antenna. Knowledge of these properties is essential to meet industrial requirements and to integrate systems in right conditions. Also, a correlation study is carried out between the variation of the dielectric properties and that of the chemical properties during the period of cheese ripening. This study helps to understand the difference between cheese types and allows determining the main parameters to follow during cheese maturation for the design of the sensor tag.The second step was the design of identification tags for the traceability of food products during the manufacturing process. The primary objective is to create a UHF RFID tag with a performance that meets the needs of manufacturers in the cheese sector regarding the size, memory and reading distance while respecting the health standards at the packaging level as well as the substrate used. Several UHF RFID tag configurations were realized and tested in an industrial environment where the results obtained show the effectiveness of using an RFID system to automate the traceability of products in the cheese sector.The third step is the design of sensor tags to track the degree of maturation of products during the ripening period. A first solution, based on the exploitation of the effect of variation of the dielectric properties on the tag reading distance, shows a lack of performance due to the small variations as well as the difficulties of measurement in a real environment. A second solution based on the analysis of gas evolution rate shows the possibility of estimating the degree of cheese maturation. However, the sensor activation power and the high cost represent significant challenges and thus it was difficult to adopt this solution. Finally, two alternative solutions to measure the effect of gas evolution were presented. The idea is based on monitoring other parameters varying due to the increase of gas release during cheese maturation. The first sensor tag configuration traces the variation of product dimension due to maturation using a resistive sensor. On the other hand, the second sensor tag configuration measures the change of pressure inside the product packaging due to gas production. The results obtained show that these two sensor RFID tag configurations can offer simple and practical solutions for controlling the cheese ripening process

Les travaux présentés dans cette thèse ont porté sur l’étude de faisabilité technique et logicielle du système i-GUIDE, système interactif de guidage des personnes dans les hypermarchés. Nous avons détaillé l’analyse fonctionnelle du besoin du système. Ensuite, nous avons étudié l’impact de l’intégration du système dans le magasin à travers le diagramme BPMN. Nous avons opté pour l’approche UML pour décrire les principales fonctionnalités de notre système ainsi que les objets nécessaires pour son bon fonctionnement. Une architecture du système i-GUIDE, basée sur la technologie RFID avec une application sous Android, a été présentée. Par ailleurs, nous avons proposé des approches d’optimisation de parcours dans un hypermarché basées sur la méthode de recherche tabou pour deux problèmes. Pour le premier problème, nous avons choisi le critère de la plus courte distance pour la détermination du chemin et pour le deuxième nous avons ajouté une contrainte de temps pour des articles en promotion. Avant de chercher le chemin le plus court à parcourir pour trouver les articles existants dans la liste de courses, nous avons proposé une méthode pour ladétermination des distances entre les articles de l’hypermarché pris deux à deux
The present work focuses on the technical feasibility study of i-GUIDE system which is a real time indoor navigation system dedicated to assist persons inside hypermarkets. We detailed its functional analysis. Then, we studied the impact of integrating the system inside hypermarkets. We opted for an UML design to describe its main functionalities and objects required. We presented architecture of i-GUIDE system based on RFID technology with an Android application. Furthermore, we introduced optimization approaches based on tabu search to compute the route visiting items existing in a shopping list for two problems. The first one treats the shortest path to pick up items and the second one adds a time constraint for promotional items. Before computing the shortest path, we introduced a method to determine distance between each two items existing in the hypermarket

Les systèmes radio impulsionnelle Ultra large bande (IR-ULB), de part la nature de leurs signaux et de leurs architectures, montrent des caractéristiques intéressantes pour concurrencer les technologies existantes (Zigbee, Bluetooth et RFID) pour certaines applications nécessitant un faible coût et une faible consommation de puissance. Dans ce contexte cette thèse évalue les potentialités des systèmes IR-ULB pour la réalisation d’objets communicants miniatures.En utilisant une technologie "System In Package" (SiP), des objets communicants ULB prototype intégrant une ou plusieurs puces CMOS et une antenne ULB directement réalisée sur le boîtier sont présentés dans la thèse. Les transitions entre le circuit imprimé et les puces sont réalisées avec des fils d'interconnexion ("wirebonding"). Les points d'étude de la thèse se focalisent particulièrement sur la mise en boîtier d'une puce ULB et sur la conception sur silicium de la tête radio fréquence d'un système ULB. La réalisation d'une interconnexion faible cout par "wirebonding" entre un circuit intégré ULB et son support est problématique aux fréquences utilisées en ULB (3-10 GHz) en raison des éléments parasites importants limitant sa bande passante. Pour obtenir une transition ne dégradant pas les signaux ULB, plusieurs méthodologies d’interfaçage sont proposées permettant de réaliser sans augmentation notable de cout une transition large bande entre le circuit intégré et le circuit imprimé du boîtier. L'intégration en technologie CMOS standard des éléments principaux constituant la tête radio fréquence d'un système ULB impulsionnel (LNA, détecteur d'impulsions et générateurs d'impulsions) est étudiée. L'intérêt d'un co-design entre le silicium et le circuit imprimé lors de la conception de ces éléments est mis en avant. L'intégration ainsi que la miniaturisation du système final dans une technologie SIP sont également présentées
Due to the nature of their signals and their architectures, Impulse Radio Ultra Wide Band (IR-UWB) systems show interesting features to compete with existing technologies (Zigbee, Bluetooth and RFID UHF) for low cost and low power applications. In this context, this thesis evaluates the potential of UWB systems for the realization of miniature communication devices.The thesis presents UWB communicating devices realized with a System in Package (SiP) technology. Devices incorporate one or several CMOS chips and an antenna directly printed on the board (PCB). Transitions between the PCB and the chips are made with standard wire bonds. The thesis especially focuses on packaging of UWB dice and on the design of UWB front end radio frequency.Due to important parasitic elements limiting its bandwidth, wire bonds transition is problematic for UWB applications (3-10 GHz). This thesis proposes several methodologies to interface integrated circuit and PCB to obtain a broadband transition without increasing cost production. The integration in standard CMOS technology of main components comprising the UWB radio frequency front end (LNA, pulse detector and pulse generator) is studied. The interest of a co-design between silicon and PCB to design these elements is pointed up. Integration and miniaturization of the final system in a SIP technology are also presented

Au cours des dernières décennies, nous avons été témoins d'une évolution considérable dans l'informatique mobile, réseau sans fil et des appareils portatifs. Dans les réseaux de communication à venir, les utilisateurs devraient être encore plus mobiles exigeant une connectivité omniprésente à différentes applications qui seront de préférence au courant de leur contexte. Certes, les informations de localisation dans le cadre de leur contexte est d'une importance primordiale à la fois la demande et les perspectives du réseau. Depuis l'application ou de point de vue utilisateur, la fourniture de services peut mettre à jour si l'adaptation au contexte de l'utilisateur est activée. Du point de vue du réseau, des fonctionnalités telles que le routage, la gestion de transfert, l'allocation des ressources et d'autres peuvent également bénéficier si l'emplacement de l'utilisateur peuvent être suivis ou même prédit. Dans ce contexte, nous nous concentrons notre attention sur la localisation à l'intérieur et de la prévision transfert qui sont des composants indispensables à la réussite ultime de l'ère de la communication omniprésente envisagé. Alors que les systèmes de positionnement en plein air ont déjà prouvé leur potentiel dans un large éventail d'applications commerciales, le chemin vers un système de localisation à l'intérieur de succès est reconnu pour être beaucoup plus difficile, principalement en raison des caractéristiques difficiles à l'intérieur et l'exigence d'une plus grande précision. De même, la gestion de transfert dans le futur des réseaux hétérogènes sans fil est beaucoup plus difficile que dans les réseaux traditionnels homogènes. Régimes de procédure de transfert doit être sans faille pour la réunion strictes de qualité de service (QoS) des applications futures et fonctionnel malgré la diversité des caractéristiques de fonctionnement des différentes technologies. En outre, les décisions transfert devraient être suffisamment souples pour tenir compte des préférences utilisateur d'un large éventail de critères proposés par toutes les technologies. L'objectif principal de cette thèse est de mettre au point précis, l'heure et l'emplacement de puissance et de systèmes efficaces de gestion de transfert afin de mieux satisfaire applications sensibles au contexte et mobiles. Pour obtenir une localisation à l'intérieur, le potentiel de réseau local sans fil (WLAN) et Radio Frequency Identification (RFID) que l'emplacement autonome technologies de détection sont d'abord étudiés par des essais plusieurs algorithmes et paramètres dans un banc d'essai expérimental réel ou par de nombreuses simulations, alors que leurs lacunes sont également été identifiés. Leur intégration dans une architecture commune est alors proposée afin de combiner leurs principaux avantages et surmonter leurs limitations. La supériorité des performances du système de synergie sur le stand alone homologues est validée par une analyse approfondie. En ce qui concerne la tâche de gestion transfert, nous repérer que la sensibilité au contexte peut aussi améliorer la fonctionnalité du réseau. En conséquence, deux de tels systèmes qui utilisent l'information obtenue à partir des systèmes de localisation sont proposées. Le premier schéma repose sur un déploiement tag RFID, comme notre architecture de positionnement RFID, et en suivant la scène WLAN analyse du concept de positionnement, prédit l'emplacement réseau de la prochaine couche, c'est à dire le prochain point de fixation sur le réseau. Le second régime repose sur une approche intégrée RFID et sans fil de capteur / actionneur Network (WSAN) de déploiement pour la localisation des utilisateurs physiques et par la suite pour prédire la prochaine leur point de transfert à deux couches de liaison et le réseau. Etre indépendant de la technologie d'accès sans fil principe sous-jacent, les deux régimes peuvent être facilement mises en œuvre dans des réseaux hétérogènes [...]
Over the last few decades, we have been witnessing a tremendous evolution in mobile computing, wireless networking and hand-held devices. In the future communication networks, users are anticipated to become even more mobile demanding for ubiquitous connectivity to different applications which will be preferably aware of their context. Admittedly, location information as part of their context is of paramount importance from both application and network perspectives. From application or user point of view, service provision can upgrade if adaptation to the user's context is enabled. From network point of view, functionalities such as routing, handoff management, resource allocation and others can also benefit if user's location can be tracked or even predicted. Within this context, we focus our attention on indoor localization and handoff prediction which are indispensable components towards the ultimate success of the envisioned pervasive communication era. While outdoor positioning systems have already proven their potential in a wide range of commercial applications, the path towards a successful indoor location system is recognized to be much more difficult, mainly due to the harsh indoor characteristics and requirement for higher accuracy. Similarly, handoff management in the future heterogeneous wireless networks is much more challenging than in traditional homogeneous networks. Handoff schemes must be seamless for meeting strict Quality of Service (QoS) requirements of the future applications and functional despite the diversity of operation features of the different technologies. In addition, handoff decisions should be flexible enough to accommodate user preferences from a wide range of criteria offered by all technologies. The main objective of this thesis is to devise accurate, time and power efficient location and handoff management systems in order to satisfy better context-aware and mobile applications. For indoor localization, the potential of Wireless Local Area Network (WLAN) and Radio Frequency Identification (RFID) technologies as standalone location sensing technologies are first studied by testing several algorithms and metrics in a real experimental testbed or by extensive simulations, while their shortcomings are also identified. Their integration in a common architecture is then proposed in order to combine their key benefits and overcome their limitations. The performance superiority of the synergetic system over the stand alone counterparts is validated via extensive analysis. Regarding the handoff management task, we pinpoint that context awareness can also enhance the network functionality. Consequently, two such schemes which utilize information obtained from localization systems are proposed. The first scheme relies on a RFID tag deployment, alike our RFID positioning architecture, and by following the WLAN scene analysis positioning concept, predicts the next network layer location, i.e. the next point of attachment to the network. The second scheme relies on an integrated RFID and Wireless Sensor/Actuator Network (WSAN) deployment for tracking the users' physical location and subsequently for predicting next their handoff point at both link and network layers. Being independent of the underlying principle wireless access technology, both schemes can be easily implemented in heterogeneous networks. Performance evaluation results demonstrate the advantages of the proposed schemes over the standard protocols regarding prediction accuracy, time latency and energy savings

Over the last few decades, we have been witnessing a tremendous evolution in mobile computing, wireless networking and hand-held devices. In the future communication networks, users are anticipated to become even more mobile demanding for ubiquitous connectivity to different applications which will be preferably aware of their context. Admittedly, location information as part of their context is of paramount importance from both application and network perspectives. From application or user point of view, service provision can upgrade if adaptation to the user's context is enabled. From network point of view, functionalities such as routing, handoff management, resource allocation and others can also benefit if user's location can be tracked or even predicted. Within this context, we focus our attention on indoor localization and handoff prediction which are indispensable components towards the ultimate success of the envisioned pervasive communication era. While outdoor positioning systems have already proven their potential in a wide range of commercial applications, the path towards a successful indoor location system is recognized to be much more difficult, mainly due to the harsh indoor characteristics and requirement for higher accuracy. Similarly, handoff management in the future heterogeneous wireless networks is much more challenging than in traditional homogeneous networks. Handoff schemes must be seamless for meeting strict Quality of Service (QoS) requirements of the future applications and functional despite the diversity of operation features of the different technologies. In addition, handoff decisions should be flexible enough to accommodate user preferences from a wide range of criteria offered by all technologies. The main objective of this thesis is to devise accurate, time and power efficient location and handoff management systems in order to satisfy better context-aware and mobile applications. For indoor localization, the potential of Wireless Local Area Network (WLAN) and Radio Frequency Identification (RFID) technologies as standalone location sensing technologies are first studied by testing several algorithms and metrics in a real experimental testbed or by extensive simulations, while their shortcomings are also identified. Their integration in a common architecture is then proposed in order to combine their key benefits and overcome their limitations. The performance superiority of the synergetic system over the stand alone counterparts is validated via extensive analysis. Regarding the handoff management task, we pinpoint that context awareness can also enhance the network functionality. Consequently, two such schemes which utilize information obtained from localization systems are proposed. The first scheme relies on a RFID tag deployment, alike our RFID positioning architecture, and by following the WLAN scene analysis positioning concept, predicts the next network layer location, i.e. the next point of attachment to the network. The second scheme relies on an integrated RFID and Wireless Sensor/Actuator Network (WSAN) deployment for tracking the users' physical location and subsequently for predicting next their handoff point at both link and network layers. Being independent of the underlying principle wireless access technology, both schemes can be easily implemented in heterogeneous networks. Performance evaluation results demonstrate the advantages of the proposed schemes over the standard protocols regarding prediction accuracy, time latency and energy savings