Dissertations / Theses on the topic 'Systèmes de communication sans fil – Innovation'

Cette thèse traite de la phase la moins connue de la création d'entreprise : l'émergence de l'idée jusqu'au concept final et son amorçage. Notre but est de proposer certaines règles pour permettre de réduire et de contrôler la part de risque dans les projets d'innovation technologique. Tout d'abord, nous clarifierons les définitions de technologies de la mobilité. Les technologies sans fil Ultra Wide Band sont des technologies de rupture car le saut en terme de débit a été bien supérieur à la loi de Moore. Puis, à travers les différentes analyses des normes relatives aux technologies de la mobilité, nous montrerons leurs effets stratégiques sur le succès rencontré par les produits innovants sur le marché. Nous essaierons de déterminer quelles sont les tendances historiques de la diffusion d'innovations. Enfin, la dernière partie aborde les notions de valorisation de l'innovation et de transfert technologique universitaire comme privé. L'objectif est de déterminer l'ensemble des facteurs et variables nécessaires à la prise de décision aussi bien technologique, stratégique que financière, dans le cas d'un projet d'amorçage. Grâce à notre modèle de valorisation par les risques, nous montrerons que la valeur du travail des fondateurs et des professeurs assimilés à l'essaimage du projet peut devenir nulle voir négative. Le management de l'innovation surtout dans les premières phases, d'émergence de l'idée jusqu'au concept final et son amorçage, est très risqué. Le processus de création peut s'arrêter à tout moment. Le but est de réduire les zones d'incertitudes. Des indications sur les facteurs et les variables nécessaires à la prise de décision dans le management de projet de rupture technologique seront donnés. Ces variables permettent de recadrer le développement technique et de réadapter la stratégie
In this report, we will discuss the need to develop a multidimensional strategy that will allow you to move to a planned, staged approach that will increase your chances of success. We will explain about novel, creative approach to manage an early stage project with another look, less technical. This approach is based on our own risk framework for valuing innovative project that will help scientists who want to create a spin off or a start up from their public or private research. The major hurdle facing the entrepreneurs in the 'real' technology innovation arena today, is how to access funds to finance the Early-Stage R&D. Based on our studies of an early stage project in new wireless technology Ultra Wide Band, we explain the impact of standards, of innovation diffusion process, of intangible assets valuation, of R&D issues on the decision making process. Early stage project in new technologies requires seed funds that will help the founders to convert their ideas to a stage that can attract VC funds and then finance the different stages of development before research is stabilized and can be put to production. Our aim is to show the importance of such factors, epecially in early stage innovative project

En systèmes « Cell-Free massive Multiple-Input-Multiple-Output (Cell-Free massive MIMO) » on distribue dans un territoire géographique un nombre massif de points d’accès, contrôlés par des unités centrales de processing (CPUs), afin de servir simultanément un nombre beaucoup moins inférieur au nombre d’équipements utilisateurs dans les mêmes ressources temporelles et fréquentielles. Contrairement aux systèmes MIMO massifs centralisés, « Cell-Free massive MIMO » est caractérisé par un durcissement de canal pas suffisamment accentué, c’est pourquoi il serait convenable d’inclure des pilotes envoyés en voie descendante afin d’estimer le canal descendant. Cette thèse met en exergue l’allocation de pilotes en voie descendante en systèmes « cell-free massive MIMO » moyennant une métrique qui prend en compte l’interférence inter-utilisateurs en voie descendante. Cette métrique nous donne une information sur le taux de sévérité du problème de «contamination de pilotes envoyés en voie descendante». Suite au calcul de cette métrique, un seuil d’interférence est déni pour déterminer les utilisateurs qui sont susceptibles de réutiliser le même pilote en voie descendante. Fixer un tel seuil vise à optimiser le nombre de pilotes envoyés en voie descendante, tout en maximisant le minimum du débit effectif par utilisateur en voie descendante. Cette approche donne lieu à un graphe de conflit, dans lequel chaque équipement utilisateur est considéré un nœud du graphe. C’est un problème d’optimisation combinatoire qui pourrait être résolu approximativement en utilisant un algorithme de coloriage. C’est un algorithme glouton dont les étapes sont les suivantes. En fixant un seuil adéquat, qui maximise le minimum du débit effectif en voie descendante par utilisateur, un graphe de conflit est ainsi construit. Il modélise l’interférence susceptible d’être présente parmi les équipements utilisateurs interférents, où chaque équipement utilisateur représente un noeud du graphe de conflit. Ensuite, la méthode de coloriage proposée permet de mitiger l’interférence inter-utilisateurs par l’affectation de différents pilotes en voie descendante aux équipements utilisateurs directement connectés dans le graphe de conflit, caractérisés par une interférence considérable et le même pilote aux utilisateurs, non directement connectés dans le graphe de conflit, présentent avec une interférence moins prédominante dans le graphe de conflit. Ce processus de coloriage s’effectue en accord à des règles bien déterminées. Les résultats de simulation démontrent que la méthode proposée présente des performances, en termes de débit effectif par utilisateur en voie descendante, mieux que celles des méthodes existantes à l’instar de la méthode celle qui s’appuie sur la connaissance de la statistique du canal « statistical channel state information », l’allocation orthogonale et aléatoire de pilotes en voie descendante. De surcroît, notre analyse met l’accent également sur la réduction de la charge de pilotes en voie descendante en utilisant l’allocation de pilotes en voie descendante reposant sur notre méthode proposée comparativement aux méthodes conventionnelles susmentionnés
In Cell-Free massive Multiple-Input-Multiple-Output (Cell-Free massive MIMO) systems, we distribute in a coverage area a massive number of access points, mastered by central processing units (CPUs), to simultaneously serve much smaller number of user equipments (UEs) over the same time/frequency resources. In contrast to the centralized massive MIMO, cell-free massive MIMO is characterized by a channel hardening not sufficiently accentuated, thus, it will be appropriate to include downlink (DL) pilots to estimate the DL channel. This thesis considers a DL pilot assignment for the cell-free massive MIMO systems by defining a metric, involving the inter-user interference (IUI). This metric gives insights about DL pilot contamination. A threshold is then defined to optimize the number of DL pilots, which maximizes the minimum per-user DL throughput. This approach gives a conflict graph, where each UE is regarded as a vertex of the graph. It consists in a combinatorial optimization problem that can be approximated using a graph coloring algorithm. It is a greedy algorithm whose steps are described as follows. By fixing the adequate threshold, maximizing the minimum per-user DL throughput, a conflict or interference graph is constructed. It models the potential interference among interfering UEs, the UEs between which there is an edge are in conflict, i.e., present a high IUI. Then, the proposed scheme mitigates the potential IUI by appointing different DL pilots to connected UEs with high IUI and same DL pilots to UEs with low IUI in the conflict graph in accordance with some coloring rules. The simulation results validate that the minimum per-user DL throughput based on the proposed approach outperforms the conventional methods, i.e., statistical channel state information, the orthogonal and the random pilot assignment in the DL training. Our analysis underlines also the reduction of the DL pilot overhead ratio using the DL pilot assignment based on our proposed scheme, compared to the conventional methods aforementioned

La dernière décennie a connu l’augmentation des accidents de la route et la circulation a augmenté rapidement avec la croissance du secteur automobile et la démocratisation des voitures. Les chercheurs ont démontré que le nombre élevé d'accidents sur la route est principalement dû à l'incapacité et à la lenteur des conducteurs à prendre la bonne décision. Les stratégies de formation des véhicules et les systèmes de communication entre véhicules sont considérés comme des solutions à ces problèmes.La communication entre véhicules, connue sous le nom de "vehicle-to-everything" (V2X), qui comprend les communications de véhicule à véhicule (V2V) et de véhicule à infrastructure (V2I), permet aux véhicules d'échanger des messages de sécurité routière et de gestion du trafic avec une faible latence. La formation de platoon est une option interactive qui peut améliorer la communication V2X et assurer une bonne sécurité. Le platoon de véhicules est défini comme un groupe de véhicules se suivant les uns les autres, se déplaçant en ligne droite avec un espace inter-véhicules très court. Plusieurs stratégies de formation de pelotons de véhicules ont été définies afin d’en gérer la durée de vie ainsi que la stabilité. Cependant, aucune de ces stratégies n'a pris en compte les contraintes de circulation et de vitesse.Notre travail de recherche comporte trois objectifs. Dans la première phase, nous avons proposé un nouvel algorithme de formation de peloton appelé Speed Platoon Splitting (SPS) où les véhicules sont regroupés en fonction de leur destination (le véhicule de tête a la destination la plus lointaine et le dernier véhicule a la destination la plus proche). SPS vise à réduire la congestion en utilisant un pool de tickets et classe les pelotons en fonction de leur vitesse sur deux voies différentes. L'analyse des performances montre que le SPS assure la stabilité des pelotons et réduit la circulation sur l'autoroute.Les communications V2X peuvent être réalisées via les technologies de radio fréquence (RF), en particulier la standard 802.11p. Cependant, en raison de la progression accélérée du nombre de dispositifs, cette technologie souffre de plusieurs problèmes tels que la latence élevée et la congestion des canaux. Une solution de communication alternative est fournie par la communication par lumière visible (VLC). Le VLC est une technique de transmission de données sans fil qui utilise la lumière visible. La VLC réduit la complexité et le coût, permet un positionnement de haute précision et augmente l'évolutivité et la sécurité du réseau.Le deuxième objectif de cette thèse se focalise sur les performances du VLC dans la communication V2V entre les membres du peloton. Nous avons considéré deux modèles mathématiques validés par des simulations pour deux scénarios différents (nous avons pris une file d'attente M/M/1 et une file d'attente M/GI/1 pour le premier et le second scénario respectivement).les résultats montrent une étude très détaillée de la performance du VLC en présence de véhicules perturbateurs où nous avons dérivé le paramètre de qualité de service (QoS). La technologie VLC est considérée comme une technique efficace pour les pelotons, qui sont affectés par des véhicules gênants.Le troisième objectif de la thèse se concentre sur la proposition d'un mécanisme de handover vertical entre les technologies VLC et RF. Cet objectif est composé de deux parties, la première est la décision de faire un handover vertical (VHO) en utilisant la valeur seuil ou la technique d'apprentissage automatique. La deuxième partie consiste à choisir la technologie appropriée après le VHO en utilisant la fonction d'utilité ou le jeu coopératif.Tout au long de la thèse, l'évaluation des performances du VLC est basée sur la modélisation mathématique. Par ailleurs, la simulation est réalisée pour valider cette modélisation mathématique
The thesis topic is a part of the global interest in wireless vehicular networks. Over the past decade, the number of road accidents has increased quickly with the growth of the automotive sector. Statistics have demonstrated that the high number of accidents on the road is primarily due to the high traffic density and the lack of information about other drivers' decisions. Recent studies have shown the importance of vehicular communications, which allow the exchange of real-time traffic safety information between vehicles and thus contribute to accidents avoidance.Through vehicular communication, known as vehicle-to-everything (V2X), which includes vehicle-to-vehicle (V2V) and vehicle-to-infrastructure, vehicles can exchange road safety and traffic management messages with low latency. Platoon formation is considered an interactive option that can improve V2X communication and ensure more safety. The vehicle platoon is defined as a group of vehicles following each other, moving in a straight line with a very short inter-vehicle space. Several vehicle platoon formation strategies have been defined in order to manage the platoon's lifetime and stability. However, none of these strategies has taken into account traffic congestion and speed constraints.The first objective of our work is to propose a new platoon formation algorithm called speed platoon splitting (SPS) where vehicles are grouped according to their destination (the leading vehicle has the farthest destination and the latest vehicle has the nearest destination). The main purpose of SPS is to target alleviating congestion by using a ticket pool and classify platoons according to their velocity in two different lanes. Performance analysis shows that SPS provides platoon stability and reduces highway congestion.V2X communications can be achieved via radio frequency (RF) technologies, especially the 802.11p standard. However, due to the accelerated growth in the number of devices, this technology suffers from several problems such as high latency and channel congestion. An alternative communication solution is provided by visible light communication (VLC). VLC is the usage of visible light as a wireless data transmission technique. VLC reduces complexity and cost, enables high precision positioning and increases network scalability and security.The second objective of this thesis tackles the performance of VLC in V2V among the platoon members. For this purpose, we considered two mathematical models validated by simulations for two different scenarios (we have taken an M/M/1 and an M/GI/1 queues for the first and the second scenarios respectively). The performance evaluations present a detailed study of the VLC in the presence of disruptive vehicles and they are used to derive computations of the Quality of Service parameters. The main conclusion drawn is that VLC technology is considered an efficient technique but it is affected by disruptive vehicles.The third objective of the thesis focuses on proposing a mechanism for vertical handover (VHO) between VLC and RF technologies. This objective is composed of two parts, the first one is based on the threshold value to make a vertical handover decision or by using machine learning techniques. The second part is to choose the appropriate technology after VHO using the utility function or the cooperative game.Throughout the thesis, the performance evaluation of the VLC is based on mathematical modelling. Moreover, the simulation is performed to validate this mathematical modelling

Cette thèse contribue au domaine émergent des réseaux sans-fil agiles utilisant plusieurs couches physiques. Traditionnellement, les réseaux sans-fil industriels n'emploient qu'une seule interface radio, à l'instar des implémentations de la pile protocolaire réseau IETF 6TiSCH qui s'appuient sur la radio IEEE 802.15.4 O-QPSK opérant dans la bande de fréquence à 2,4 GHz. Des progrès dans l'intégration de plusieurs schémas de modulation/codage au sein d'un même circuit radio et capable d'opérer dans différentes bandes de fréquence permettent aujourd'hui l'exploitation au sein d'un même réseau d'une diversité de configurations radios. Nous utilisons le terme "PHY'' pour désigner toute combinaison de : modulation, bande de fréquence et schéma de codage. Dans cette recherche, nous soutenons que la combinaison de PHY longue portée et courte portée peut offrir des performances de bout en bout de réseau équilibrées qu'aucun PHY unique n'atteint. Nous démontrons comment un ensemble de PHY courte et longue portée peut être intégré sous une architecture 6TiSCH généralisée ("g6TiSCH'') et nous évaluons expérimentalement ses performances dans un banc d'essai de 36 nœuds à Inria-Paris. De plus, nous montrons, expérimentalement, comment un slotframe TSCH peut adapter la durée du slot, slot par slot, en fonction du débit du PHY utilisé ("6DYN''). Enfin, nous concevons et évaluons, par simulation, une fonction d'objectif pour RPL qui optimise la durée de vie du réseau ("Life-OF''). Nous démontrons comment Life-OF combine divers PHYs pour augmenter la durée de vie du réseau de jusqu'à 470% par rapport à la fonction d'objectif MRHOF du staandard IETF actuel
This thesis contributes to the emerging field of agile multi-PHY wireless networking. Industrial wireless networks have relied on a single physical layer for their operation. One example is the standardized IETF 6TiSCH protocol stack for industrial wireless networking, which uses IEEE~802.15.4 O-QPSK radio in the 2.4~GHz band as its physical layer. Advances in radio chip manufacturing have resulted in chips that support a diverse set of long range and short range PHYs. We use the term "PHY'' to refer to any combination of: modulation, frequency band, and coding scheme. In this research, we argue that combining long-range and short-range PHYs can offer balanced network end-to-end performance that no single PHY achieves. We demonstrate how a set of short-range and long-range PHYs can be integrated under one generalized 6TiSCH ("g6TiSCH'') architecture and we evaluate its performance experimentally in a testbed of 36~motes at Inria-Paris. We further demonstrate, experimentally, how a TSCH slotframe can adapt the slot duration on a slot-by-slot basis, as a function of the bitrate of the used PHY ("6DYN''). Finally, we design and evaluate, through simulation, an objective function for RPL that optimizes for network lifetime ("Life-OF''). We demonstrate how Life-OF combines diverse PHYs to boost network lifetime to be up to 470% compared to the IETF standard MRHOF

Dans l’étude des réseaux, et plus généralement dans celle des systèmes complexes, il y a souvent un compromis entre la simplicité des outils mathématiques, les expressions analytiques ou les approches numériques d’une part, et la précision des résultats d’autre part. Nous analysons une telle situation pour les réseaux sans fils. Nous proposons un nouveau cadre pour l'étude des réseaux sans fil appelé "modèle fluide". L'idée sur laquelle repose le modèle fluide de réseau sans fil que nous développons dans cette thèse consiste à considérer l'ensemble des stations de base d'un réseau comme un continuum d'émetteurs. Cette approche permet d'établir une expression analytique simple d'une caractéristique des réseaux radio cellulaires, le facteur d'interférence f, utile dans un grand nombre d'analyses telles que le dimensionnement, la qualité de service, la gestion des ressources radio. . . Cette expression simplifie considérablement la complexité des calculs requis pour obtenir des résultats précis. Une des principales sources d'inexactitude des approches existantes se situe dans le fait que bien que le facteur d'interférence sur la voie descendante (downlink) dépende de la position du mobile dans la cellule, le calcul de f n'en tient en général pas compte. Le but de notre approche est de proposer un modèle plus précis, qui prend en compte la distance d'un mobile à sa station de base serveuse et qui reste suffisamment simple pour établir unr formule analytique du facteur d'interférence f.

UWB est basée sur un changement de la philosophie de gestion du spectre de fréquence radio. La transmission UWB s’effectue sur une bande de fréquence partagée de plusieurs GHz contrairement aux systèmes de transmission classiques qui utilisent des bandes de fréquence étroites dédiées. Ceci est rendu possible en limitant, à un niveau bas, la densité spectrale de puissance transmise par les systèmes UWB ; par conséquent ces derniers ne causent pas d’interférence notable aux autres systèmes radio avec lesquels ils coexistent. Les systèmes UWB ont comme spécifité d’opérer dans le régime de transmission à très faible efficacité spectrale. Dans le cadre de cette thèse on explore l’impact des caractéristiques de la transmission UWB sur le design optimal de certains aspects de sa couche physique. On considère dans le cadre de notre étude les schémas de détection non-cohérente. On commence par évaluer les performances des détecteurs non-cohérents associes à une transmission On-off. Par la suite on analyse l’impact de la connaissance partielle du canal, pouvant être obtenue grâce à la stationnarité du canal, sur les performances du système. Ensuite on introduit un mode de signalisation UWB à multi porteuses qui permet de généraliser la signalisation On-off au cas bi-dimensionnel temps-fréquence. On analyse les performances de ce système en développant des bornes sur les taux de transmission atteignables. Ensuite, on s'intéresse à la transmission UWB On-off dans le contexte d’un réseau d’accès multiple peer-to-peer. On propose un détecteur d’énergie à seuil quantifié et on montre qu’il atteint les performances très proches d’un récepteur non-cohérent
UWB is a new emerging technology which promises to bring a real revolution in the field of WLAN communications. UWB is based on a shift in spectrum management paradigm which consists on allowing users to transmit over a shared bandwidth of several GHz rather than allocating private bandwidth to each user. No significant interference is caused to other UWB users nor to other systems coexisting on the same frequency bandwidth thanks to a constrain on the transmitted power spectral density. Given the huge bandwidth used by UWB systems, the latter operates in the low spectral efficiency regime. In our work we investigate the impact of UWB characteristics on the design of adequate signalling and coding schemes. Motivated by the fact that channel knowledge is not required to achieve channel capacity for vanishing spectral efficiency, we consider non-coherent type of detection. We first evaluate the performance of practical non-coherent schemes using on-off signalling. We then investigate the impact of channel estimation, made possible by channel stationary, on system performance and show at which extinct practical coherent UWB systems can outperform non-coherent ones. Later we introduce a multi-carrier UWB signalling scheme which generalizes the concept of on-off signalling to the time-frequency 2-dimentional signalling space. We analyze the performance of this signalling scheme by deriving lower and upper bounds on its achievable data rates over the set of all frequency taps correlation profiles. We then consider UWB on-off signalling in the context of peer-to-peer multiple access networks. We propose a quantized threshold-based non-coherent receiver whose performance is shown

The progress of wireless communication technologies allows the implementation of high rate applications. Users want to use their devices, equipped with a wireless interface, to watch videos and capture images and video clips using their digital cameras. Indeed, these high rate applications can quickly consume the available radio bandwidth. In this context, classical mobile networks provide a throughput which is expensive in terms of costs and is not, in most cases, sufficient to serve a large number of users. The purpose of this thesis is to define a mobile network that provides a high data rate at a low cost. In particular, it must allow a large number of users to exchange high data amounts with application servers without decreasing the quality of service. This contribution is constituted of three parts. In the first one, we propose an architecture which is able to provide high data rates at low costs. This architecture is based on interconnected wireless networks and discontinuous coverage. In the second part, the effectiveness of this architecture is presented, which ensures an efficient data delivery in the down-link and the up-link. In the third part, the challenges posed by a large scale deployment of the considered network are finally described together with the solutions found for the architecture
Dans le domaine des réseaux mobiles, les progrès en matière de technologie de communication sans fil permettent d'envisager la mise en oeuvre d'applications réclamant des débits importants. Le plus souvent, les utilisateurs sont maintenant équipés de terminaux munis d'interface de communication sans fil et de fonctions de captures numériques (comme un appareil photo par exemple), avec lesquels ils souhaitent pouvoir regarder des films, ou bien encore capturer et stocker des photos et des séquences vidéo. De telles applications peuvent rapidement consommer la bande passante disponible dans l'infrastructure de communication. Dans ce contexte, les débits fournis par les réseaux mobiles actuels, en plus d'être d'un coût élevé, ne sont pas, le plus souvent, suffisants pour servir un grand nombre d'utilisateurs. L'objectif de cette thèse est de proposer et d'évaluer une architecture de réseau mobile offrant un haut débit, et ce pour un faible coût de déploiement. Cette architecture doit permettre à une densité élevée d'utilisateurs d'échanger des quantités importantes de données avec des serveurs applicatifs, et ce sans dégrader la qualité de service. Notre contribution repose sur trois parties. Dans un premier temps, nous proposons une architecture en mesure de fournir des transferts haut débit, pour des faibles coûts de déploiement. Cette architecture s'appuie sur une interconnexion de cellules radio de tailles réduites et n'offrant pas une couverture continue. On parle alors de réseau à couverture discontinue. Dans un deuxième temps, nous validons le fonctionnement de cette architecture pour les flux descendants et montants. Dans un troisième temps, nous décrivons les problèmes posés par un déploiement grande échelle du réseau proposé, et nous présentons des solutions adaptées

On présente un prototype d’architecture générique de traitement numérique en bande de base pour une application radio logicielle compatible avec les besoins actuels de traitement UMTS mais qui anticipe également d’une manière efficace les besoins de traitement des standards émergents (3GPP Long Term Evolution - LTE). L'architecture bande de base proposée est capable d'implémenter les normes 2G, 3G, 4G de communication ainsi que les standards de réseau local sans fil. Le partitionnement entre matériel et logiciel induit un compromis coût/complexité et rapidité. Le contrôle s’effectue dans la partie logicielle qui passe les paramètres pertinents pour des fonctionnalités spécifiques à la partie matérielle. Le matériel est conçu de façon à effectuer la plus part des tâches de calcul intensif efficacement, c'est-à-dire soutenir les débits requis et respecter les délais nécessaires. Le matériel est aussi suffisamment flexible pour utiliser les mêmes ressources de traitement en bande de base pour plusieurs standards. L’architecture configurable présentée profite des ressemblances qui existent entre les différents standards à implémenter d’une manière efficace. Les ressemblances et les dissemblances sont traduites dans l’architecture matérielle et conduisent à un système qui réalise tous les traitements nécessaires pour toutes les applications. Le produit final va permettre à l’utilisateur d’exécuter le standard désiré en fournissant seulement les paramètres sans intervenir dans les détails de l’architecture. La solution proposée est largement plus efficace que d’avoir des blocs dédiés à chaque application
We present a generic baseband prototype architecture for Software Defined Radio (SDR) applications that anticipates not only fulfilling current UMTS processing requirements but is also proficient enough to handle 3GPP –LTE processing requirements. The hardware is designed in such a manner that it would substantiate the most computation intensive task efficiently i. E. Meeting the throughput and latency requirements. The hardware is flexible enough to employ the same baseband processing resources for multiple standards. The presented configurable architecture takes advantage of the commonalities that exist among the different schemes. The commonalities and disjoints are translated into hardware architecture to come up with a system that performs all the required operations. The end product enables user to perform desired standard by providing the parameters without going into any details of the architecture. The multi-standard designs should have high performance to comply with the throughput and timing constraints of all the standards. To explore the performance criteria in the baseband design, we present specification, design and implementation of hardware blocks using two approaches, Application Specific Integrated Circuit (ASIC) and Application Specific Instruction Processors (ASIP) designs. The ASIP design provides more flexibility and programmability at the cost of some loss in the performance. We also consider the other existing hardware technologies, take into account their specific advantages and drawbacks, and compare those on the basis of computation type categorization in the baseband design to come up with some guidelines for multi-standard baseband design

Depuis le succès croissant des systèmes mobiles au cours des années 1990, les nouvelles technologies sans fil ont été développées afin de répondre à la demande croissante de services multimédias de haute qualité avec des taux d'erreur les plus faibles possibles. Un moyen intéressant pour améliorer les performances et obtenir de meilleurs taux de transmission consiste à combiner l'utilisation de plusieurs diversités avec un accès de multiplexage dans le cadre des systèmes MIMO. L'utilisation de techniques de sur-échantillonnage, d'étalement et de multiplexage, et de diversités supplémentaires conduit à des signaux multidimensionnels, au niveau de la réception, qui satisfont des modèles tensoriels. Cette thèse propose une nouvelle approche tensorielle basée sur un codage spatio-temporel tensoriel (TST) pour les systèmes de communication sans fil MIMO. Les signaux reçus par plusieurs antennes forment un tenseur d'ordre quatre qui satisfait un nouveau modèle tensoriel, modèle PARATUCK-(2,4) (PT-(2,4)). Une analyse de performance est réalisée pour le système TST ainsi que pour un système spatio-temporel-fréquentiel (STF) récemment proposé dans la littérature, avec l'obtention du gain maximum de diversité dans le cas d'un canal à évanouissement plat. Un système de transmission basé sur le codage TST est proposé pour les systèmes MIMO avec plusieurs utilisateurs. Une nouvelle décomposition tensorielle est introduite, appelée PT-(N1,N). Cette thèse établit les conditions d'unicité du modèle PT-(N1,N). À partir de ces résultats, différents récepteurs semi-aveugles sont proposés pour une estimation conjointe des symboles transmis et du canal, pour les systèmes TST et STF.

Depuis le succès croissant des systèmes mobiles au cours des années 1990, les nouvelles technologies sans fil ont été développées afin de répondre à la demande croissante de services multimédias de haute qualité avec des taux d'erreur les plus faibles possibles. Un moyen intéressant pour améliorer les performances et obtenir de meilleurs taux de transmission consiste à combiner l'utilisation de plusieurs diversités avec un accès de multiplexage dans le cadre des systèmes MIMO. L'utilisation de techniques de sur-échantillonnage, d'étalement et de multiplexage, et de diversités supplémentaires conduit à des signaux multidimensionnels, au niveau de la réception, qui satisfont des modèles tensoriels. Cette thèse propose une nouvelle approche tensorielle basée sur un codage spatio-temporel tensoriel (TST) pour les systèmes de communication sans fil MIMO. Les signaux reçus par plusieurs antennes forment un tenseur d'ordre quatre qui satisfait un nouveau modèle tensoriel, modèle PARATUCK-(2,4) (PT-(2,4)). Une analyse de performance est réalisée pour le système TST ainsi que pour un système spatio-temporel-fréquentiel (STF) récemment proposé dans la littérature, avec l'obtention du gain maximum de diversité dans le cas d'un canal à évanouissement plat. Un système de transmission basé sur le codage TST est proposé pour les systèmes MIMO avec plusieurs utilisateurs. Une nouvelle décomposition tensorielle est introduite, appelée PT-(N1,N). Cette thèse établit les conditions d'unicité du modèle PT-(N1,N). À partir de ces résultats, différents récepteurs semi-aveugles sont proposés pour une estimation conjointe des symboles transmis et du canal, pour les systèmes TST et STF
Since the growing success of mobile systems in the 1990s, new wireless technologies have been developed in order to support a growing demand for high-quality multimedia services with low error rates. An interesting way to improve the error performance and to achieve better transmission rates is to combine the use of various diversities and multiplexing access techniques in the MIMO system context. The incorporation of oversampling, spreading and multiplexing operations and additional diversities on wireless systems lead to multidimensional received signals which naturally satisfy tensor models. This thesis proposes a new tensorial approach based on a tensor space-time (TST) coding for MIMO wireless communication systems. The signals received by multiple antennas form a fourth-order tensor that satisfies a new tensor model, referred to as PARATUCK-(2,4) (PT-(2,4)) model. A performance analysis is carried out for the proposed TST system and a recent space-time-frequency (STF) system, which allows to derive expressions for the maximum diversity gain over a at fading channel. An uplink processing based on the TST coding with allocation resources is proposed. A new tensor decomposition is introduced, the so-called PT-(N1,N), which generalizes the standard PT-2 and our PT-(2,4) model. This thesis establishes uniqueness conditions for the PARATUCK-(N1,N) model. From these results, joint symbol and channel estimation is ensured for the TST and STF systems. Semi-blind receivers are proposed based on the well-known Alternating Least Squares algorithm and the Levenberg-Marquardt method, and also a new receiver based on the Kronecker Least Squares (KLS) for both systems

La demande courante de connectivité instantanée impose un cahier des charges très strict sur la fabrication des circuits Radio-Fréquences (RF). Les circuits doivent donc être transférées vers les technologies les plus avancées, initialement introduites pour augmenter les performances des circuits purement numériques. De plus, les circuits RF sont soumis à de plus en plus de variations et cette sensibilité s’accroît avec l’avancées des technologies. Ces variations sont par exemple les variations du procédé de fabrication, la température, l’environnement, le vieillissement… Par conséquent, la méthode classique de conception de circuits “pire-cas” conduit à une utilisation non-optimale du circuit dans la vaste majorité des conditions, en termes de performances et/ou de consommation. Ces variations doivent donc être compensées, en utilisant des techniques d’adaptation.De manière plus importante encore, le procédé de fabrication des circuits introduit de plus en plus de variabilité dans les performances des circuits, ce qui a un impact important sur le rendement de fabrication des circuits. Pour cette raison, les circuits RF sont difficilement fabriqués dans les technologies CMOS les plus avancées comme les nœuds 32nm ou 22nm. Dans ce contexte, les performances des circuits RF doivent êtres calibrées après fabrication pour prendre en compte ces variations et retrouver un haut rendement de fabrication.Ce travail de these présente une méthode de calibration post-fabrication pour les circuits RF. Cette méthodologie est appliquée pendant le test de production en ajoutant un minimum de coût, ce qui est un point essentiel car le coût du test est aujourd’hui déjà comparable au coût de fabrication d’un circuit RF et ne peut être augmenté d’avantage. Par ailleurs, la puissance consommée est aussi prise en compte pour que l’impact de la calibration sur la consommation soit minimisé. La calibration est rendue possible en équipant le circuit avec des nœuds de réglages et des capteurs. L’identification de la valeur de réglage optimale du circuit est obtenue en un seul coup, en testant les performances RF une seule et unique fois. Cela est possible grâce à l’utilisation de capteurs de variations du procédé de fabrication qui sont invariants par rapport aux changements des nœuds de réglage. Un autre benefice de l’utilisation de ces capteurs de variation sont non-intrusifs et donc totalement transparents pour le circuit sous test. La technique de calibration a été démontrée sur un amplificateur de puissance RF utilisé comme cas d’étude. Une première preuve de concept est développée en utilisant des résultats de simulation.Un démonstrateur en silicium a ensuite été fabriqué en technologie 65nm pour entièrement démontrer le concept de calibration. L’ensemble des puces fabriquées a été extrait de trois types de wafer différents, avec des transistors aux performances lentes, typiques et rapides. Cette caractéristique est très importante car elle nous permet de considérer des cas de procédé de fabrication extrêmes qui sont les plus difficiles à calibrer. Dans notre cas, ces circuits représentent plus des deux tiers des puces à disposition et nous pouvons quand même prouver notre concept de calibration. Dans le détails, le rendement de fabrication passe de 21% avant calibration à plus de 93% après avoir appliqué notre méthodologie. Cela constitue une performance majeure de notre méthodologie car les circuits extrêmes sont très rares dans une fabrication industrielle
The current demand on ubiquitous connectivity imposes stringent requirements on the fabrication of Radio-Frequency (RF) circuits. Designs are consequently transferred to the most advanced CMOS technologies that were initially introduced to improve digital performance. In addition, as technology scales down, RF circuits are more and more susceptible to a lot of variations during their lifetime, as manufacturing process variability, temperature, environmental conditions, aging… As a result, the usual worst-case circuit design is leading to sub-optimal conditions, in terms of power and/or performance most of the time for the circuit. In order to counteract these variations, increasing the performances and also reduce power consumption, adaptation strategies must be put in place.More importantly, the fabrication process introduces more and more performance variability, which can have a dramatic impact on the fabrication yield. That is why RF designs are not easily fabricated in the most advanced CMOS technologies, as 32nm or 22nm nodes for instance. In this context, the performances of RF circuits need to be calibrated after fabrication so as to take these variations into account and recover yield loss.This thesis work is presenting on a post-fabrication calibration technique for RF circuits. This technique is performed during production testing with minimum extra cost, which is critical since the cost of test can be comparable to the cost of fabrication concerning RF circuits and cannot be further raised. Calibration is enabled by equipping the circuit with tuning knobs and sensors. Optimal tuning knob identification is achieved in one-shot based on a single test step that involves measuring the sensor outputs once. For this purpose, we rely on variation-aware sensors which provide measurements that remain invariant under tuning knob changes. As an auxiliary benefit, the variation-aware sensors are non-intrusive and totally transparent to the circuit.Our proposed methodology has first been demonstrated with simulation data with an RF power amplifier as a case study. Afterwards, a silicon demonstrator has then been fabricated in a 65nm technology in order to fully demonstrate the methodology. The fabricated dataset of circuits is extracted from typical and corner wafers. This feature is very important since corner circuits are the worst design cases and therefore the most difficult to calibrate. In our case, corner circuits represent more than the two third of the overall dataset and the calibration can still be proven. In details, fabrication yield based on 3 sigma performance specifications is increased from 21% to 93%. This is a major performance of the technique, knowing that worst case circuits are very rare in industrial fabrication

Les communications sans fil ont fait l'objet durant la dernière décennie d'importantes avancées, poussées par l'expansion d'Internet et par la baisse de prix des appareils électroniques, permettant ainsi aux utilisateurs d'être plus mobile et pervasif. Ces nouveaux besoins de connectivité ubiquitaire ont souligné l'importance des systèmes auto-organisables et des architectures distribuées pour les réseaux sans fil. Avec leur architecture à deux niveaux, les réseaux maillés sans fil font partie de cette catégorie de réseaux. Dans ce contexte, le challenge est de préserver d'une façon transparente, les connexions ouvertes d'un client mobile quelque soit le type de ses déplacements. Cette thèse contribue à comprendre mieux la problématique de micro-mobility des clients dans les réseaux maillés sans fil, et de proposer des approches plus adéquates à ce type de réseau. Les contributions sont au nombre de trois: Gestion de mobilité avancée. En dépit des efforts déployés, la plupart des solutions existantes se basent sur une variante de l'inondation, ce qui provoque des problèmes d'interférences et de passage à l'échelle. D'autant plus que très souvent ces solutions nécessitent une collaboration des dispositifs des utilisateurs finaux. Pour faire face à cette dernière question, nous avons proposé EMM, une nouvelle solution efficace qui ne demande aucune modification ou installation logiciel supplémentaire de la part des clients Gestion de localisation distribuée. Nous avons conçu et mis en oeuvre LORD, une nouvelle approche de localisation distribuée, basée sur un mécanisme DHT. Nous avons testé ses performances sur une plateforme réelle en procédant à une évaluation logique et expérimentale. Notre approche est principalement caractérisée par l'exclusivité d'utilisation des paquets unicast (pas d'inondation) et par un service de localisation totalement transparent aux yeux des clients. Stabilité des liens. Comme dernière contribution, et afin d'étudier la stabilité de notre approche LORD, nous avons étudié la stabilité des liens dans un environnement sans fil. Nous avons abordé quelques questions intéressantes liées à la persistance et la prévalence de la route dominante et les routes sous-dominantes entre les noeuds dans un environnement sans fil réel.

Le déploiement de réseaux sans fil dans un environnement outdoor est complexe du fait des nombreux paramètres à prendre en compte. Dans ce contexte, ce mémoire présente un logiciel d'aide au déploiement des réseaux qui intègre ces multiples paramètres aux fréquences millimétriques. La méthode de prédiction utilisée est issue de la théorie du Tracé de Rayons associée aux caractéristiques des antennes et du canal de propagation. Les simulations de couverture sur des cas réels sont réalisées à partir des bases de données SIG (Système d'Information Géographique) couplées avec des photos aériennes et des mesures GPS (Global Positioning System). La précision des simulations a été ensuite confirmée avec succès par des mesures expérimentales. Ce logiciel a permis de proposer des améliorations de la couverture d'un système LMDS (Local Multipoint Distribution Services) à 40 GHz par l'utilisation de nouvelles topologies d'antennes, de réflecteurs et de répéteurs
The deployment of wireless networks in an outdoor environment is complex because of the numerous parameters which must be taken into account. In this context, this report presents a relevant planning software for networks deployment which integrates these multiple parameters in millimetric frequency band. Rays Tracing method is used in association with antennae characteristics and propagation channel parameters. The coverage simulations on real cases are realized using GIS (Geographic Information system) databases coupled with aerial view photographs and GPS (Global Positioning System) measurements. The precision of the simulations was successfully confirmed by experimental measurements. This software allowed to propose some coverage improvements of a 40 GHz LMDS (Local Multipoint Distribution Services) system using new antennae topologies, reflectors and repeaters

Ces dernières années ont connu l'avènement des réseaux sans fil, dopés par leur facilité de déploiement et par leur usage dans de multiples domaines : réseaux domestiques Wi-Fi, téléphonie mobile, réseaux ad-hoc, réseaux de capteurs,. . . L'objet de cette thèse porte sur l'étude de problèmes algorithmiques directement inspirés des contraintes de fonctionnement rencontrées dans de tels réseaux, et se découpe en trois parties. La première partie de nos travaux s'intéresse à l'étude du problème de la diffusion d'un message émis depuis un noeud source unique vers l'ensemble des noeuds participant au réseau. Ce problème est abordé dans plusieurs modèles de communication, qui supposent tous des émissions omnidirectionnelles à portée fixée et l'existence de phénomènes d'interférences. Il en résulte l'incapacité pour un noeud donné de garantir la réception correcte de deux transmissions voisines simultanées. Nous étudions la complexité de ce problème et proposons des stratégies de résolution exactes ou avec garantie de performance. Dans une seconde partie, l'un des modèles de communication précédemment introduits sert de support à l'étude d'un autre problème algorithmique, dont l'objet est la satisfaction de requêtes de communications. Les travaux menés sur ce problème visent à établir sa complexité ainsi que les facteurs dont elle dépend. La dernière partie nous amène au problème de conception de réseaux sans fil. L'objectif est d'assurer une distribution de flux depuis des noeuds sources vers des noeuds clients, en minimisant le coût de l'infrastructure déployée. Les communications établies ici à l'aide d'antennes directionnelles ne sont pas sujettes aux phénomènes d'interférences. La difficulté du problème réside dans la satisfaction de contraintes de déploiement (nombre d'antennes limitées par noeud, résistance aux pannes,. . . ). Nous étudions la complexité de ce problème, et proposons plusieurs méthodes de résolution exactes et approchées pour des instances de taille raisonnable
The last couple of years have seen the advent of wireless networks, doped by their ease of deployment and their use in multiple fields: personal WiFi networks, mobile telephony, ad hoc networks, sensors networks,. . . The subject of this thesis relates to the study of algorithmic problems directly inspired by operating constraints which can be found in such networks. This manuscrit is divided into three parts. The first part of our work is devoted to the study of the problem of broadcasting a single source node message to all the other nodes of a network. This problem is tackled in various communication models. All the considered model suppose range-fixed omnidirectional transmissions subject to interference phenomena. It results from that, that any given node is unable to retrieve simultaneously two incoming transmissions. We study the complexity of this problem and propose some strategies in order to solve it. In a second part, We study another algorithmic problem in the same communication model, whose object is to satisfy a given set of communication requests. Our work consists in etablishing the complexity of this problem, and studying the impact of various factors on this complexity. The last part considers the problem of designing survivable radio networks. The objective is to ensure a distribution of bandwidth from source nodes to customers nodes, by minimizing the cost of the deployed infrastructure. Communications are made via directional antennas, and are not subjects to interferences. The difficulty of the problem lies in the satisfaction of deployment constraints (limited number of antennas per node, robustness against failures of nodes,. . . ). We study the complexity of this problem, and propose exact and approximated resolution methods to solve reasonable size instances

Dans cette thèse, nous avons envisagé l’utilisation des codes en métrique rang pour des applications de communication sans fil en général, et les réseaux de capteurs en particulier. Après avoir introduit les codes en métrique rang, ces codes, qui ont été proposés dans le contexte de la cryptographie, sont adaptés par la suite pour la correction d’erreurs. Pour cela, une étude est faite sur le comportement de ces familles de codes dans un scénario de transmission sans fil en utilisant le codage réseau. Dans ce contexte, trois types d’erreurs sont considérés : le bruit de fond, les erreurs injectés dans le réseau par un utilisateur malveillant et les effacements qui peuvent être dus aux pannes des nœuds. L’analyse qui a été faite sur la famille des codes Low Rank Parity Check (LRPC) a montré que ces derniers sont plus adaptés aux réseaux de capteurs sans fil par rapport aux codes Gabidulin utilisés dans la littérature. Cette analyse a été généralisée dans le contexte multi-sources et a montré que les codes LRPC sont plus efficaces dans ce contexte. Ces contributions apportent un nouveau souffle à l’utilisation des codes en métrique rang et offrent des perspectives de poursuite intéressantes
In this thesis, we have considered the rank metric codes for wireless sensor networks. Firstly, we have introduced the rank metric codes. Then, we adapted these codes, which were originally dedicated to cryptography applications, for error correction. To this end, we have studied the behavior of the family of rank metric codes in a wireless communication scenario using network coding. In this context, three types of errors are considered, background noise, errors injected into the network by a malicious user and erasures caused by node failures. Our analysis of the Low Rank Parity Check codes (LRPC) has shown that they are more suited to wireless sensor networks and they perform better than Gabidulin codes used in the literature. This analysis has been generalized in the multisource context and has shown that LRPC codes are more efficient in this context compared to Gabidulin codes. These contributions give a new incentive for the use of rank metric codes and offer interesting perspectives

La croissance des terminaux et des services de réseau mobile pose aujourd'hui une question sur la méthode efficace de distribuer des données aux utilisateurs. Plusieurs applications ont besoin de télécharger des données afin de fournir des informations aux clients. En conséquence, l'explosion du trafic de données exercé par les clients qui cherchent des contenus provoque la saturation du réseau des opérateurs mobiles. Les utilisateurs ont fait face à la congestion aux passerelles de réseau. En raison de l'imprévisibilité de la mobilité humaine, les fournisseurs de services mobiles ne peuvent pas installer suffisamment des infrastructures pour leurs clients. La réplication de contenu est capable d’améliorer la performance et l'extensibilité du réseau. Dans cette thèse, nous abordons le problème de réplication de contenu dans le réseau mobile. Nous étudions deux questions fondamentales: où et combien de répliques doivent être placées dans le système. Nous modélisons le problème à l'aide de la théorie de "facility location" et nous concevons un mécanisme distribué qui réduit la latence d'accès et la congestion aux passerelles mobiles. En outre, nous examinons les contraintes de ressources mobiles et proposons des mécanismes P2P afin de parvenir l'équilibrage de charge parmi les utilisateurs. Nous évaluons nos mécanismes en utilisant des modèles de mobilité humaine. Enfin, pour résoudre le problème causé par les utilisateurs qui se comportent égoïstement, nous dérivons un modèle de coût et utilisons la théorie des jeux pour étudier les équilibres du système. A partir des résultats théoriques, nos futurs travaux sont d’élaborer des stratégies à mettre en œuvre en pratique
The growth of mobile devices and network-based services nowadays has raised a timely question on how to efficiently distribute the data items to mobile users. Network applications need data as an input to process and provide information to users. Consequently, data traffic exerted by mobile devices fetching content is a drainage of mobile operators’ network resources. Mobile users are now coping with the congestion at network gateways and due to the unpredictability of human mobility, mobile service providers cannot sufficiently provision infrastructures for their customers. Content replication in this context has been proved as a good solution to enhance network performance and scalability. In this thesis, we tackle the issues of content replication in heterogeneous mobile networks. Such scheme requires us to solve two basic questions: where and how many replicas should be placed in the system. We study the solution through the lenses of facility location theory and design a distributed mechanism that reduces content access latency and avoids congestion at mobile gateways. Additionally, we consider the resource constraints of mobile devices and introduce a P2P cache-and-forward mechanism for load balancing purpose. We evaluate our mechanisms against realistic human mobility models. Finally, to address rational users who may behave selfishly in replicating content, we derive a cost model and study content replication scheme using tools akin to game theory. Based on the theoretical findings, our future work is to develop the strategies to be implemented in a practical network setting

Les reseaux locaux etaient a la mode dans els annees 80. Une decennie apres, on ne parle plus que du multimedia et des autoroutes de l'information. La these presente montre que les lans vont dominier le futur et s'appuyer sur les techniques de communication les plus modernes, a savoir justement et entre autres les les reseaux nationaux et internationaux rapides de donnees, les banques de donnees reparties orientees objet et la realite virtuelle. Une premiere etude du caractere standard des lans donne au lecteur une vue d'ensemble complete du theme en quetion. Une comparaison technique entre plusieurs concepts de reseaux locaux rend compte par la suite du stade d'evolution actuel de ces derniers. Une derniere partie s'appuyant sur l'etude precedente et sur les technoloies nouvelles de l'information propose une formalisation de fonctions pouvant servir de base d'implantation pour les systemes d'exploitation des ordinateurs du futur en vue de concretiser pleinement les proprietes fondamentales de repartion des lans
Tje local area networds were an essential issue in the 80s, whereas 10 years later, multimedia and the data highways have become the preponderant therne. The present thesis shows that the lans will dominate in the furture and will base on the most modern communication techniques. It means they will even and for example base on the national and international data networks, on the distributed object oriented databases and on the virtural reality. A first study of the lan standard quality gives to the reader a complete view of the theme. A technical comparison between several local area network conceptions gives the the present stage of development of these lans. A last part basing on the preceding study and on the new information technologies proposes a formation of functions that can be used as implantation base for the future computer operating systems with thue aim to totally realize the most important features of the lans which are the distribution attributes

Les réseaux ad hoc sans fil ont reçu une attention considérable due à leurs applications militaires et commerciales. Les limites théorique et pratique des performances des réseaux ad hoc denses dévoilées récemment ont révélé le besoin de techniques alternatives pour améliorer leurs performances, principalement limitées par l'interférence. Cette thèse traite la problématique suivante : comment améliorer la capacité de lien dans les réseaux ad hoc sans fil grâce à des techniques plus avancées à la couche physique ? Dans un premier temps, les facteurs de la couche physique impactant les performances des réseaux ad hoc denses sont présentés. On montre notamment comment les antennes directionnelles ou la gestion du nombre et de la position des relais permettent d'améliorer le débit. Puis l'attention est portée vers les réseaux dont les nœuds sont dotés de capacités de coopération. Les réseaux avec un petit nombre de nœuds sont d'abord considérés et des techniques améliorant l'efficacité spectrale sont proposées. Ces stratégies coopératives permettent une meilleure utilisation de la ressource sans fil grâce à la relaxation d'orthogonalité et au codage Dirty Paper. Enfin la coopération est introduite dans les réseaux à haute densité de nœuds par une approche de clusters coopératifs. A l'aide de la théorie des matrices aléatoires et des probabilités libres, la capacité asymptotique est analysée quand la densité de nœuds augmente. Cette thèse montre que la capacité de lien dans les réseaux ad hoc sans fil denses peut être améliorée, à condition que les nœuds soient dotés de capacités de coopération à la couche physique et que les stratégies coopératives soient conçues efficacement.

Les réseaux ad hoc sans fil ont reçu une attention considérable due à leurs applications militaires et commerciales. Les limites théorique et pratique des performances des réseaux ad hoc denses dévoilées récemment ont révélé le besoin de techniques alternatives pour améliorer leurs performances, principalement limitées par l’interférence. Cette thèse traite la problématique suivante : comment améliorer la capacité de lien dans les réseaux ad hoc sans fil grâce à des techniques plus avancées à la couche physique ? Dans un premier temps, les facteurs de la couche physique impactant les performances des réseaux ad hoc denses sont présentés. On montre notamment comment les antennes directionnelles ou la gestion du nombre et de la position des relais permettent d’améliorer le débit. Puis l’attention est portée vers les réseaux dont les nœuds sont dotés de capacités de coopération. Les réseaux avec un petit nombre de nœuds sont d’abord considérés et des techniques améliorant l’efficacité spectrale sont proposées. Ces stratégies coopératives permettent une meilleure utilisation de la ressource sans fil grâce à la relaxation d’orthogonalité et au codage Dirty Paper. Enfin la coopération est introduite dans les réseaux à haute densité de nœuds par une approche de clusters coopératifs. A l’aide de la théorie des matrices aléatoires et des probabilités libres, la capacité asymptotique est analysée quand la densité de nœuds augmente. Cette thèse montre que la capacité de lien dans les réseaux ad hoc sans fil denses peut être améliorée, à condition que les nœuds soient dotés de capacités de coopération à la couche physique et que les stratégies coopératives soient conçues efficacement
Wireless ad hoc networks received significant attention because of their defense and commercial applications. Most research on ad hoc networks focused on routing protocols. However, the theoretical and practical limits of the performance of dense ad hoc networks recently unveiled, revealed the need for alternative techniques to improve the interference-limited performance of dense ad hoc networks. In this thesis, we address the following issue: how can the link-capacity performance in wireless ad hoc networks be improved through the use of more advanced physical layer techniques? We first introduce the physical layer factors that impact the performance of dense ad hoc networks. In particular, we show how the throughput can be improved by using directive antennas, or by managing the number and position of relays. Then, we turn our attention to ad hoc networks in which nodes are empowered with cooperative capabilities. We first consider networks with a small number of nodes and propose techniques to improve spectral efficiency. The proposed cooperative strategies make more efficient use of the wireless resource by combining orthogonality-relaxation and dirty paper coding. Finally, networks with a high density of nodes are examined and cooperation is introduced through a cooperative-clustering approach. Using tools from random matrix and free probability theory, we analyze the asymptotic capacity of the system when the node density increases. This thesis shows that the link-capacity performance of dense wireless ad hoc networks can be improved as long as nodes are empowered with cooperative capabilities at the physical layer, and cooperative strategies are properly designed

Aujourd’hui, le renforcement de la sécurité des systèmes de communications devient une nécessité, par anticipation du développement des ordinateurs quantiques et des nouvelles attaques qui en découleront. Cette thèse explore deux techniques complémentaires permettant d’assurer la confidentialité des données transmises sur des liens sans-fils. Dans la première partie de ce travail, nous nous intéressons au schéma de cryptographie à clé publique basée sur des réseaux de points, qui représente une des techniques les plus prometteuses pour la cryptographie post-quantique. En particulier, nous considérons le cryptosystème Goldreich-Goldwasser-Halevi (GGH), pour lequel nous proposons un nouveau schéma utilisant les GLD. Dans la seconde partie de ce travail, nous étudions la sécurité des canaux de diffusion multi-utilisateur, ayant accès à des mémoires de caches, en présence d'un espion. Nous considérons deux contraintes de sécurité: la contrainte de sécurité individuelle et la contrainte de sécurité jointe. Nous dérivons des bornes supérieure et inférieure pour le compromis sécurisé capacité-mémoire en considérant différentes distributions de cache. Afin d'obtenir la borne inférieure, nous proposons plusieurs schémas de codage combinant codage wiretap, codage basé sur la superposition et codage piggyback. Nous prouvons qu'il est plus avantageux d'allouer la mémoire de cache aux récepteurs les plus faibles
Today, there is a real need to strengthen the communication security to anticipate the development of quantum computing and the eventual attacks arising from it. This work explores two complementary techniques that provide confidentiality to data transmitted over wireless networks. In the first part, we focus on lattice-based public-key cryptography, which is one of the most promising techniques for the post-quantum cryptography systems. In particular, we focus on the Goldreich-Goldwasser-Halevi (GGH) cryptosystem, for which we propose a new scheme using GLD lattices. In the second part of this work, we study the security of multi-user cache-aided wiretap broadcast channels (BCs) against an external eavesdropper under two secrecy constraints: individual secrecy constraint and joint secrecy constraint. We compute upper and lower bounds on secure capacity-memory tradeoff considering different cache distributions. To obtain the lower bound, we propose different coding schemes that combine wiretap coding, superposition coding and piggyback coding. We prove that allocation of the cache memory to the weaker receivers is the most beneficial cache distribution scenario

Cette thèse aborde différentes problématiques liées aux réseaux ad hoc ainsi qu'aux réseaux de senseurs. Nous définissons d'abord la notion d'architecture ad hoc avant de décrire nos deux propositions d'architecture, Ana4 et Ana6. Ces architectures sont utilisées pour l'évaluation et l'optimisation du routage dans les réseaux hybrides sans-fil, union d'un réseau d'accès sans-fil et d'une connectivité ad hoc. Nous nous intéressons ensuite au multicast où, après avoir présenté des résultats de NP-complétude pour les problèmes du broadcast et du multicast ad hoc, nous introduisons notre proposition de routage DMZ utilisant des structures mêlant arborescence et maillage et reposant sur la notion, de zones denses. Finalement nous abordons la problématique de consommation d'énergie dans les réseaux de senseurs. En se basant sur un nouveau modèle analytique, nous dérivons des bornes supérieures et inférieurs pour les problèmes de couverture et de broadcast en énergie minimum
This PhD addresses several issues bound to ad hoc and sensor networks. We first define the notion of ad hoc architecture before describing our two proposals, Ana4 and Ana6. These architectures are notably used to evaluate and optimize unicast routing in wireless hybrid networks, i. E. , the rnerging of a wireless infrastructure network and ad hoc connectivity. Then we study ad hoc multicast routing. After having presented NP-completeness results for both ad hoc multicast and broadcast problems, we describe our ad hoc multicast routing protocol DMZ (Dense Multicast Zone). DMZ uses tree and mesh structures to create robust diffusion structures and rely on the notion of dense zones. Fin ally, we address the issue of energy consumption in sensor networks. Using a new analytical model, we derive upper and lower bounds for the minimum energy broadcast and covering problems

Des techniques fiables de radiolocalisation s’avèrent indispensables au développement d’un grand nombre de nouveaux systèmes pertinents. Les techniques de localisation basées sur les réseaux de communication sans-fil (WNs) sont particulièrement adéquates aux espaces confinés et fortement urbanisés. Le présent projet de recherche s’intéresse aux systèmes de localisation en temps réel (RTLS) basés sur les technologies de communication sans-fil existantes. Deux nouvelles techniques de radiolocalisation alternatives sont proposées pour améliorer la précision de positionnement des nœuds sans-fil mobiles par rapport aux méthodes conventionnelles basées sur la puissance des signaux reçus (RSS). La première méthode de type géométrique propose une nouvelle métrique de compensation entre les puissances de signaux reçus par rapport à des paires de stations réceptrices fixes. L’avantage de cette technique est de réduire l’effet des variations du milieu de propagation et des puissances d’émission des signaux sur la précision de localisation. La même métrique est sélectionnée pour former les signatures utilisées pour créer la carte radio de l’environnement de localisation durant la phase hors-ligne dans la deuxième méthode de type analyse de situation. Durant la phase de localisation en temps réel, la technique d’acquisition comprimée (CS) est appliquée pour retrouver les positions des nœuds mobiles à partir d’un nombre réduit d’échantillons de signaux reçus en les comparant à la carte radio préétablie. Le calcul d’algèbre multilinéaire proposé dans ce travail permet l’utilisation de ce type de métrique ternaire, équivalemment la différence des temps d’arrivée (TDOA), pour calculer les positions des cibles selon la technique de CS. Les deux méthodes sont ensuite validées par des simulations et des expérimentations effectuées dans des environnements à deux et à trois dimensions. Les expériences ont été menées dans un bâtiment multi-étages (MFB) en utilisant l’infrastructure sans-fil existante pour retrouver conjointement la position et l’étage des cibles en utilisant les techniques proposées. Un exemple emblématique de l’application des RTLS dans les zones urbaines est celui des systèmes de transport intelligents (ITS) pour améliorer la sécurité routière. Ce projet s’intéresse également à la performance d’une application de sécurité des piétons au niveau des intersections routières. L’accomplissement d’un tel système repose sur l’échange fiable, sous des contraintes temporelles sévères, des données de positionnement géographique entre nœuds mobiles pour se tenir mutuellement informés de leurs présences et positions afin de prévenir les risques de collision. Ce projet mène une étude comparative entre deux architectures d’un système ITS permettant la communication entre piétons et véhicules, directement et via une unité de l’infrastructure, conformément aux standards de communication dans les réseaux ad hoc véhiculaires (VANETs).

Durant les dernières décennies, l’évolution technologique associée aux systèmes de communication sans fil induit une augmentation significative des niveaux des signaux électromagnétiques dans l'environnement. Quand ces niveaux sont élevés, ils peuvent causer la défaillance et/ou le mauvais fonctionnement de composants électroniques, causant ainsi un problème de compatibilité électromagnétique (CEM). L’évolution des systèmes de transmission sans fil et des perturbations associées en environnement indoor oblige à se doter d’outils électromagnétiques permettant la caractérisation du canal de propagation. Dans les études de propagation indoor, la recherche de la meilleure position d’un émetteur conduit à un problème d’optimisation relativement difficile. Nous proposons dans ce travail la combinaison d’une méthode de calcul des champs (TLM - Transmission Line Method) et d’une technique d’interpolation (le Krigeage) afin d’évaluer le comportement des champs et de réaliser l’optimisation. Les différents environnements indoor étudiés sont composés de plusieurs milieux de propagation (béton, bois, verre, métal, etc. ). La modélisation de l’environnent et la distribution des champs électromagnétiques sont obtenus par le calcul TLM. Dans un premier temps les champs sont évalués lorsque l’émetteur est situé en certains points de ce maillage. Puis le Krigeage est utilisé afin d’évaluer le comportement de la fonction objectif (ici le niveau d'illumination électromagnétique dans l’environnement) dans la totalité du domaine d’étude. La démarche proposée permet d’approcher et d’évaluer rapidement la fonction objectif en vue de réaliser l’optimisation
During the last years, portability has been the “key” for the extraordinary expansion of the personal communication systems (PCS) in urban environments. People located anywhere, at any time, can access private and collective services, exchanging information, safely and quickly, without any fixed “wireline” connection (e. G. Bluetooth, WiFi, etc. ). One of the most important considerations in successful implementation of PCS is the indoor radio communication. For more than 10 years the indoor radio propagation channel is investigated and several tools were deployed based on two different approaches to deal with the wave propagation problem: empirical and deterministic approaches. In a few words, the main differences between these two techniques are the exactness and the waste time to build and solve a wave propagation problem. Up to now, most of the indoor PCS architectures are based on empirical approaches based on the simplicity and low computational cost. However, the evolution of the wireless systems and the associated disturbances in urban environment demands more efficient tools to guarantee an efficient expansion of PCS. In this work a technique is presented to investigate the indoor radio propagation channel and search for the optimal transmitter location. The TLM method and the Kriging technique are combined to approach an objective function in order to solve at low cost an optimization problem corresponding to an electromagnetic indoor environment prediction. The technique is applied to search the optimal transmitter location in a realistic problem

Dans ce mémoire, de nouvelles approches ont été introduites pour concevoir les systèmes de communication fiables, Section 1, et sécurisées, Section 2, où les codes LDPC ont été choisis comme schéma de codage principal. Ce mémoire comprend deux sections : Section 1 : Les codes LDPC réguliers et irréguliers sont définis et différents décodeurs basés sur l’échange de message de décisions fermes et souples sont introduits. Par la suite, quelques définitions, comme le seuil des codes LDPC utilisant l’évolution de la densité de probabilité (ou la propagation de croyance), l’écart multiplicatif et les distributions de degrés de noeuds de parité et de noeuds de variable, sont énoncées. Par après, ces concepts préliminaires sont utilisés pour concevoir des ensembles de code LDPC irréguliers approchant la capacité du canal à l’aide de programmation linéaire et d’un algorithme génétique. Section 2 : Une méthode est introduite pour l’amélioration du secret dans ce genre de système. Cette méthode fonctionne sur la base de demande de retransmission de paquets d’information. Selon cette approche, lorsque le récepteur ne peut pas converger vers le bon message, une demande de retransmission est envoyée. Au lieu d’envoyer le paquet entier dans le cas d’une défaillance à la sortie du décodeur du destinataire, la retransmission des sous-paquets est explorée. Le système proposé dans cette phase est appelé protocole HARQ-Granulaire Adaptatif (AG-HARQ). Il essaie de réduire au minimum le taux requis pour un décodage réussi par les parties légitimes tout en augmentant la sécurité en minimisant les fuites d’information vers un espion éventuel. En outre, pour améliorer encore le niveau de sécurité dans la méthode AG-HARQ proposée, le schéma de contamination d’erreur intra-trame (IntraEC) et le schéma de contamination d’erreur inter-trame (InterEC) sont utilisés en conjonction avec cette méthode. Cette combinaison permet un haut niveau de sécurité dans le système de communication sans fil.
Dans ce mémoire, de nouvelles approches ont été introduites pour concevoir les systèmes de communication fiables, Section 1, et sécurisées, Section 2, où les codes LDPC ont été choisis comme schéma de codage principal. Ce mémoire comprend deux sections : Section 1 : Les codes LDPC réguliers et irréguliers sont définis et différents décodeurs basés sur l’échange de message de décisions fermes et souples sont introduits. Par la suite, quelques définitions, comme le seuil des codes LDPC utilisant l’évolution de la densité de probabilité (ou la propagation de croyance), l’écart multiplicatif et les distributions de degrés de noeuds de parité et de noeuds de variable, sont énoncées. Par après, ces concepts préliminaires sont utilisés pour concevoir des ensembles de code LDPC irréguliers approchant la capacité du canal à l’aide de programmation linéaire et d’un algorithme génétique. Section 2 : Une méthode est introduite pour l’amélioration du secret dans ce genre de système. Cette méthode fonctionne sur la base de demande de retransmission de paquets d’information. Selon cette approche, lorsque le récepteur ne peut pas converger vers le bon message, une demande de retransmission est envoyée. Au lieu d’envoyer le paquet entier dans le cas d’une défaillance à la sortie du décodeur du destinataire, la retransmission des sous-paquets est explorée. Le système proposé dans cette phase est appelé protocole HARQ-Granulaire Adaptatif (AG-HARQ). Il essaie de réduire au minimum le taux requis pour un décodage réussi par les parties légitimes tout en augmentant la sécurité en minimisant les fuites d’information vers un espion éventuel. En outre, pour améliorer encore le niveau de sécurité dans la méthode AG-HARQ proposée, le schéma de contamination d’erreur intra-trame (IntraEC) et le schéma de contamination d’erreur inter-trame (InterEC) sont utilisés en conjonction avec cette méthode. Cette combinaison permet un haut niveau de sécurité dans le système de communication sans fil.
In this memoir, new approaches have been introduced for designing reliable, Section 1, and secure, Section 2, communication systems where the LDPC codes have been chosen as the principal coding scheme. This memoir comprises two sections: Section 1: Regular and irregular LDPC codes are defined and different message passing decoders based on hard and soft decisions are introduced. Afterward, some definitions like the threshold of LDPC codes using Density Evolution (or Belief Propagation), the Multiplicative Gap, and the check node and variable node degree distributions are explained in detail. Later, these preliminary concepts are used to design the channel capacity approaching Irregular LDPC codes combining Genetic Algorithm and Linear Programming. Section 2: A new scheme is introduced for secrecy enhancement for these systems. This method is based on feedback retransmission requests. With this approach, when the intended recipient cannot converge to the right message, a retransmission request is sent back to the transmitter. The retransmission of the sub-packets, instead of sending the whole packet in the case of failure at the intended recipient’s decoder output, is explored in detail. Our proposed scheme is called Adaptive Granular Hybrid Automatic Repeat reQuest (AG-HARQ) protocol, which tries to minimize the required rate for successful decoding of the legitimate parties while amplifying the privacy by minimizing the information leakage to a wiretapper. In addition, to further improve the security level of the proposed AG-HARQ method, Intra-frame error contamination (IntraEC) and Inter-frame error contamination (InterEC) schemes are used in conjunction with this method. This combination can provide a high level of security in wireless communication systems.
In this memoir, new approaches have been introduced for designing reliable, Section 1, and secure, Section 2, communication systems where the LDPC codes have been chosen as the principal coding scheme. This memoir comprises two sections: Section 1: Regular and irregular LDPC codes are defined and different message passing decoders based on hard and soft decisions are introduced. Afterward, some definitions like the threshold of LDPC codes using Density Evolution (or Belief Propagation), the Multiplicative Gap, and the check node and variable node degree distributions are explained in detail. Later, these preliminary concepts are used to design the channel capacity approaching Irregular LDPC codes combining Genetic Algorithm and Linear Programming. Section 2: A new scheme is introduced for secrecy enhancement for these systems. This method is based on feedback retransmission requests. With this approach, when the intended recipient cannot converge to the right message, a retransmission request is sent back to the transmitter. The retransmission of the sub-packets, instead of sending the whole packet in the case of failure at the intended recipient’s decoder output, is explored in detail. Our proposed scheme is called Adaptive Granular Hybrid Automatic Repeat reQuest (AG-HARQ) protocol, which tries to minimize the required rate for successful decoding of the legitimate parties while amplifying the privacy by minimizing the information leakage to a wiretapper. In addition, to further improve the security level of the proposed AG-HARQ method, Intra-frame error contamination (IntraEC) and Inter-frame error contamination (InterEC) schemes are used in conjunction with this method. This combination can provide a high level of security in wireless communication systems.

Avec l'essor des services multimédia, garantir une réelle qualité de service est devenu une des grandes priorités de la nouvelle génération de réseaux sans fil. Cela implique que les algorithmes d'allocation de ressources soient capables d'assurer à la fois une équité élevée entre utilisateurs, une différenciation de service efficace et la maximisation du débit global du système. Nos travaux se sont focalisés sur la proposition d’algorithmes plus efficaces adaptés à une couche physique utilisant la modulation OFDM. En effet, dans les réseaux sans fil, en raison du phénomène d'affaiblissement multi-trajets, les utilisateurs ne peuvent pas tous bénéficier d'une même capacité de transmission/réception même s'ils occupent la même position et utilisent la même fréquence à un instant donné. Le principe de nos algorithmes est d'exploiter plusieurs fréquences de manière opportuniste afin de les allouer à l'utilisateur qui en tirera à un instant donné le meilleur profit. Les trois ordonnanceurs qui ont été développés dans cette thèse tiennent compte à la fois de paramètres issus de la couche physique comme les débits possibles associés à chaque couple utilisateur/fréquence mais aussi des contraintes applicatives telles que le taux de perte de paquets, le taux d'erreur par bit, le retard maximum admissible. Grâce à un système de priorités dynamiques entre les différents utilisateurs qui tire avantage de la diversité temporelle, fréquentielle et multi-utilisateurs, la capacité du réseau est ainsi maximisée tout en assurant un haut niveau de qualité de service égal pour tous, ce qui permet d'assurer la gestion efficace des flux multimédia dans les réseaux sans fil actuels et futurs.

La croissance attendue dans le domaine des communications sans fil et l'extension de l'offre à des services multiples (ou multimédia) nécessitent le développement de nouveaux mécanismes d'accès à (et d'allocation de) la ressource. Ces nouvelles méthodes se doivent de fournir un accès rapide à la ressource vu les débits souhaités et une utilisation efficace d'une ressource spectrale typiquement très restreinte en milieux mobiles. La présence de services multiples avec des exigences de qualité de service variées rend plus complexe le problème d'optimisation globale de la ressource. L'objectif de cette thèse est de contribuer à ce problème nouveau et complexe d'optimisation en effectuant des études de télétrafic sur: les accès multiples, le transfert intercellulaire, l'adaptation du lien radio, et des allocations de ressources adaptées au contexte. En effet, l'optimisation n'est pas envisageable de manière globale, trop de facteurs et de paramètres liés à la mobilité et à l'interférence sont impliqués. Cependant, les résultats qui découlent d'un découpage du problème en plusieurs études permettent de créer la base de connaissance nécessaire à la résolution de l'offre multimédia sans fil dans sa globalité. Les travaux entrepris par cette thèse consistent à identifier d'une part les éléments clés qui influencent les performances et d'autre part de décliner les grandes lignes qui mènent à l'optimisation de la ressource

Le contexte de cette thèse est celui des communications optiques sans fil pour des applications en environnements indoor. Pour discuter des performances d'une liaison optique sans fil, il est nécessaire d'établir une étude caractéristique du comportement du canal de propagation. Cette étude passe par l'étape de la mesure ou de l'estimation par la simulation de la réponse impulsionnelle. Après avoir décrit la composition d'une liaison et passé en revue les méthodes de simulation existantes, nous présentons nos algorithmes de simulation dans des environnements réalistes, en nous intéressant à leurs performances en termes de précision et de temps de calcul. Ces méthodes sont basées sur la résolution des équations de transport de la lumière par du lancer de rayons associées aux méthodes d'intégration stochastique de Monte Carlo. La version classique de ces méthodes est à la base de trois algorithmes de simulations proposés. En utilisant une optimisation par des chaînes de Markov, nous présentons ensuite deux autres algorithmes. Un bilan des performances de ces algorithmes est établi dans des scénarios mono et multi-antennes. Finalement, nous appliquons nos algorithmes pour caractériser l'impact de l'environnement de simulation sur les performances d'une liaison de communication par lumière visible, à savoir les modèles d'émetteurs, les matériaux des surfaces, l'obstruction du corps de l'utilisateur et sa mobilité, et la géométrie de la scène de simulation
The context of this PhD thesis falls within the scope of optical wireless communications for applications in indoor environments. To discuss the performance of an optical wireless link, it is necessary to establish a characteristic study of the behavior of the optical wave propagation channel. This study can be realized by measurement or by the simulation of the channel impulse response. After describing the composition of an optical wireless link and reviewing existing simulation methods, we present our new simulation algorithms channel in realistic environments by focusing on their performances in terms of accuracy and their complexity in terms of computation time. These methods are based on solving the light transport equations by ray-tracing techniques associated with stochastic Monte Carlo integration methods. The classical version of these methods is the basis of three proposed simulation algorithms. By applying an optimization using Markov Chain, we present two new algorithms. A performance assessment of our simulation algorithms is established in mono and multi-antenna scenarios of our simulation algorithms. Finally, we present the application of these algorithms for characterizing the impact of the simulation environment on the performances of a visible light communication link. We particularly focus on the transmitter models, surface coating materials, obstruction of the user's body and its mobility, and the geometry of the simulation scene

Dans cette thèse on étudie la mise au point, la modélisation et la performance de mécanismes (dits auto-organisants) pour gérer les réseaux sans fils de façon autonome. Le contexte technologique est rappelé, et les outils mathématiques nécessaires sont introduits succinctement: théorie des files d'attente, processus ponctuels, théorie de l'information, approximation stochastique, processus de décision markoviens et apprentissage par renforcement. Dans une première partie, on s'intéresse à l'évaluation de performance des ordonnanceurs opportunistes, et à leur utilisation pour l'optimisation capacité/couverture. Les phénomènes de la couche physique tels que l'évanouissement rapide du canal, les interférences, la structure du récepteur et les schémas de modulation et codage pratiques sont pris en compte. Dans la deuxième partie, un mécanisme d'équilibrage de charge automatique prenant en compte les arrivées et départs des utilisateurs est présenté. Pour un trafic stationnaire, sa convergence vers l'optimum est prouvée par une technique d'approximation stochastique. Pour un trafic non stationnaire, des expériences numériques suggèrent que la méthode est capable de s'adapter aux variations de trafic journalières. Dans une troisième partie, on s'intéresse aux réseaux avec relais. Une formule analytique simple basée sur la théorie des files d'attentes est proposée pour leur dimensionnement. La formule est valable pour le modèle de trafic le plus général (stationnaire ergodique). Le mécanisme d'équilibrage de charge est étendu pour prendre en compte les relais. Une méthode d'équilibrage de charge dynamique utilisant l'apprentissage par renforcement est étudiée
In this thesis we study the design, modeling and performance evaluation of mechanisms which can manage wireless networks autonomously (self-organizing mechanisms). We recall the technological context, and the required mathematical tools are introduced concisely: queuing theory, point processes, information theory, stochastic approximation, Markov decisions processes and reinforcement learning. In the first part, we study opportunistic scheduling. We are interested in their performance evaluation and their use to perform coverage-capacity optimization. Physical layer phenomena such as channel fading, interference, receiver structure and practical modulation and coding schemes are taken into account. In the second part, an algorithm for automatic load balancing is presented. The dynamical arrivals and departures of users are taken into account. For stationary traffic, the convergence of the mechanism to the optimal configuration is shown using stochastic approximation theorems. For non-stationary traffic, numerical experiments suggest that the mechanism is able to adapt itself to daily traffic patterns. In the third part, we study relay-enhanced networks. Based on a queuing analysis, a simple formula for network dimensioning is given. It is valid for the most general traffic model (stationary ergodic input). The load balancing mechanism is extended to relay-enhanced networks. A dynamical load balancing algorithm based on reinforcement is studied

Les communications en milieux urbains et intérieurs sont altérées par les trajets multiples à l'origine d'évanouissements de puissance du signal au niveau du récepteur. La diversité d'antennes constitue un moyen efficace pour améliorer le lien radio dans ces environnements. Nous avons donc travaillé sur différents systèmes d'antennes compactes présentant de la diversité. Afin de comparer leurs performances, nous avons développé une méthodologie d'évaluation théorique de la diversité en introduisant de nouvelles notions comme le gain de diversité référencé. Cette méthodologie permet de choisir le système d'antennes le plus adapté pour une application donnée. Nos travaux portent également sur la mise au point d'un banc de test permettant de quantifier l'amélioration du lien radio en termes de TEB apportée par un système à diversité d'antennes. Cette méthode d'évaluation expérimentale se différencie de l'état de l'art par l'utilisation de signaux modulés correspondant à des standards
Ln urban or indoor environment, communications are altered by multiple reflections leading to multipath fading on RF signal. Antenna diversity provides an efficient me ans to improve the radio link in these environments. We worked on different compact diversity antennas structures. To compare their performance, we have developed a theoretical methodology for diversity evaluation by introducing new concepts like the referenced diversity gain. This methodology allows choosing an optimized antenna system for a given application. Ln addition to our study on theoretical tools, we developed a test bench in order to quantify the radio link improvement bring by an antenn versity system in terms of BER. Our experimental method for diversity gain evaluation involves a testbench using realistic modulated RF signaIs. It differs from experimental methods proposed in recent previous works. Finally, experimental procedure and first measurement results are detailed in this document

Les forts besoins en matière d'économie de carburant, de réduction des coûts de maintenance et de diminution des accidents routiers, ont conduit à la conception et à la commercialisation d'une gamme de systèmes embarqués sans fil, installés dans les véhicules roulants terrestres. Or, il faudra surmonter plusieurs défis techniques pour que les divers bénéfices de ses systèmes se réalisent. Ce mémoire de thèse s'est déroulé au sein de l'entreprise Continental Automotive Systems et les laboratoires LAAS et LAPLACE de Centre National de la Recherche Scientifique. Les travaux ont porté sur le canal de propagation radiofréquence dans l'environnement du véhicule pour le système de surveillance de pression des pneumatiques (TPMS) et le système d'accès sans fil (PASE). Ils se sont répartis entre les expérimentations et des études théoriques visant à présenter des modèles efficaces de l'environnement de propagation, d'évaluer la qualité de communication et de proposer des solutions adaptées aux systèmes embarqués sans fil étudiés. Les résultats de simulation et de mesure montrent que nous pouvons bien cerner les mécanismes de propagation mis en jeu dans l'environnement véhicule, et d'adapter en conséquence les solutions protocolaires et antennaires.

Avec l'évolution des systèmes de communication sans fil et la maîtrise croissante de la complexité dans le matériel, il devient possible de concevoir des architectures de réseau dynamiquement contrôlables et dotées d'une capacité de décision ambiante. Dans le cadre de la thèse on se propose, dans un premier temps, d'étudier et d'optimiser le contrôle d'un réseau composé de noeuds mobiles qui communiquent sans infrastructure. Deux niveaux de contrôle sont considérés, l'un se situant au niveau des couches inférieures tandis que l'autre adresse les aspects relatifs aux couches supérieures. Le contrôle dynnamique au niveau des couches inférieures concerne deux aspects : 1- l'adaptation de la topologie du réseau et du routage aux demandes venant des couches supérieures. 2- l'optimisation inter-couche (cross-layer) afin d'utiliser au mieux les ressources du réseau et en particulier la radio. Le contrôle dynamique au niveau des couches supérieures concerne la découverte et l'adaptation de l'application aux services de communications offertes par les couches inférieures. Dans un deuxième temps, nous étudions les contrôles d'admissions. Nous nous proposons de traiter les paramètres locaux de chaque noeud, qui sont intéressants pour la continuité des sessions. Une approche pour le contrôle d'admission est donnée et fait interagir la durée de vie des noeuds et des points d'attachement
With the evolution of the wireless communication systems and the increasing control of complexity in the material, it becomes possible to conceive network architectures dynamicaly controlable and equiped with a capacity of ambient decision. Within the framework of the thesis we propose to study and optimize the control of a network made up of mobile nodes wich communicate without infrastructure. Two levels of control will be considered, one being at the level of the lower layers while the other adresses the aspects relating to the higher layers. The dynamic control on the level of the lower layers relates to two aspects : 1- The adaptation of the topology of the network and the routing to the requests coming from the lower layers. 2- Optimization inter-layer (cross-layer) in order to use as well as possible the resources of the network and in particular the radio. The dynamic control on the level of the higher layer relates to the discovery and the adaptation of the application to the services of communications offered by the lower layers. In a second step, we study the admission control. We propose to study the local parameters of each node, wich are interesting for the continuity of sessions. An approach for admission control is given which interact lifetime of nodes and their point of attachment

Dans ce travail, on s’intéresse au problème des interférences générées dans un réseau de femtocells coopérants au niveau des données de contrôle et non pas au niveau de données utiles. On propose des schémas pratiques pour résoudre ce problème. Dans une première phase, les schémas proposés sont basés sur des techniques de précodage existantes comme le maximum ratio transmission et le zero forcing. Dans un second lieu, la technique d’alignement d’interférences est exploitée. On propose au début des techniques de groupement pour les environnements très chargés où l’alignement n’est pas faisable sur tous les liens. La réduction de complexité de ces techniques de groupement est visée dans une deuxième étape. On aborde dans une troisième partie, le problème de sous optimalité de l’alignement des interférences dans certaines régions de rapport signal sur bruit du système. On conçoit un algorithme distribué qui assure un ensemble de rapports signal sur bruit plus interférence (SINRs) cibles au niveau des différents liens du système. Cet algorithme est amélioré à travers trois schémas de coordination qui optimisent les choix des SINRs cibles utilisés
In this work we address the interference problem generated in a network of femtocells cooperating at channel state information level and not at user data level. In a first part, we investigate some cooperation strategies based on conventional MIMO pre-coding techniques such as maximum ratio transmission and zero forcing. These strategies are designed for some particular deployments especially those where operators aim at offering some fair QoS for their subscribers. In a second part, we exploit the interference alignment (IA) technique to manage the interference issues. We propose in a first step three joint clustering and scheduling schemes for overloaded femtocell networks where IA is not feasible on all the links. The complexity of these clustering schemes is reduced in a second phase. Then, we design a distributed algorithm for the constant MIMO IC that aims at ensuring a set of signal to interference plus noise ratios (SINRs) at the different streams of all the links in the network. The motivation behind this algorithm is that IA is not always the best strategy depending on system signal to noise ratio. Finally, we tackle the issue of the choice of the target SINRs. We propose three network coordination algorithms aiming at optimizing the used target SINRs to run the already proposed distributed algorithm

La tendance pour les nouveaux standards téléphoniques est de maximiser le débit de transmission en utilisant des modulations dont les enveloppes ne sont pas constantes. La conception des amplificateurs de puissance RF fait par conséquent face à de nouveaux défis pour atteindre de meilleurs compromis entre linéarité et efficacité énergétique. Le travail de cette thèse porte sur l’étude des systèmes d’amplification à deux branches, particulièrement la technique symétrique LINC ainsi que une seconde technique à branches asymétriques. La technique LINC consiste à convertir un signal avec une enveloppe variable en deux signaux à enveloppe constante et phases opposées pouvant être amplifié par deux amplificateurs identiques. Nous avons investigué les performances et le comportement du système LINC en présence de combineur adapté ou de type Chireix en se basant sur des modèles existants dans la littérature. Une étude des performances de cette technique en présence de signaux modulés a été effectuée. Nous avons par la suite présenté une nouvelle technique de génération de combineur Chireix en présence de sources idéales utilisant une simple prédistorsion numérique. Une formulation mathématique de cette technique a été développée démontrant l’équivalence entre les deux implémentations du combineur Chireix et une validation par une série de simulations et de mesures expérimentales a été effectuée par la suite. Par après, une étude basée sur des simulations et des mesures expérimentales du système LINC en présence d’amplificateurs réels a été mené dans le but de décrire le comportement du système et la conception d’un amplificateur efficace et linéaire. Les résultats de simulation ont démontré que la prédistorsion des signaux d’entrée de l’amplificateur LINC avec un combineur Chireix avec stubs permettait de garder un excellent niveau de linéarité avec une bonne efficacité. Les résultats de mesure ont confirmé partiellement ces résultats à cause d’un grand débalancement entre les deux branches du banc de test. Dans un second volet, et toujours avec la technique LINC, nous avons étudié une nouvelle méthode dérivée de la technique LINC connue sous le nom MILC. Nous avons présenté cette méthode et étudié ses performances dans un contexte de modulations adaptatives MQAM. Nous avons démontré que cette technique présente de meilleurs compromis linéarité et efficacité énergétique que la technique LINC classique. Dans la deuxième partie de cette thèse, nous avons investigué les performances d’une nouvelle technique d’amplification à deux branches asymétriques. Le principe de cette technique est de décomposer le signal d’entrée en deux signaux. Un premier signal à enveloppe constante ou à dynamique réduite contenant l’essentiel de la puissance du signal qui peut être efficacement amplifié sans trop de non-linéarité. Le deuxième est un signal résiduel ayant une puissance largement inférieur au signal principal et qui est amplifié par un amplificateur secondaire. L’idée est que l’efficacité du système soit dominée par l’efficacité de l’amplificateur de la première branche. Nous avons développé un modèle analytique de l’architecture afin d’en déduire une expression exacte de l’efficacité énergétique en fonction des paramètres du système. Les performances en efficacité obtenues avec les signaux de type MQAM ont été très limités. Cependant, avec les signaux de type CPM, particulièrement le signal MSK, nous avons obtenu des niveaux d’efficacité très élevés pour une excellente linéarité exprimé en termes de BER et de ACPR. Une comparaison avec une architecture à une seule branche utilisant un amplificateur en classe B a été faite et a démontré que l’architecture proposée offrait des performances système meilleures.

Ce travail de thèse a été effectué dans le but d'étudier la possibilité d'intégrer des fonctionnalités du système d'émission/réception d'un modem sans fil : mélangeur et oscillateur contrôlé en tension, sur la technologie 0,8 µm BiCMOS SiGe de AMS. Le premier chapitre présente les standards des réseaux sans fil et résume les fréquences, les techniques d'accès et les modulations utilisés par ces standards. Le deuxième chapitre est consacré à une introduction aux systèmes d'émission/réception. Le troisième chapitre présente un bref historique du développement des technologies intégrées pour les systèmes de communication sans fil. Le quatrième chapitre est consacré à la modélisation d'inductances intégrées. Le cinquième chapitre présente la conception et la caractérisation d'un oscillateur contrôlé en tension (OCT) applicable aux systèmes d'émission/réception pour les réseaux sans fil. Le sixième chapitre est consacré à la conception et la caractérisation d'un mélangeur " downconverter ".
The aim of this work of thesis was to study the possibility to integrate some functionalities of the emission/reception systems for wireless modems : mixer and voltage controlled oscillator, using 0,8 µm BiCMOS SiGe technology of AMS. The first chapter presents some standards for the wireless local area networks and summarizes the frequencies, the access techniques and the modulations used by these standards. The second chapter is dedicated to an introduction to the emission/reception systems. The third chapter presents a little history of the integrated technologies for the wireless communication systems development. The fourth chapter is dedicated to the integrated inductances modelling. The fifth chapter presents the design and the characterization of an voltage controlled oscillator (VCO) applicable to the emission/reception systems for wireless networks. The sixth chapter is dedicated to the design and the characterization of a mixer " downconverter "

Les progrès réalisés ces dernières années dans les domaines des télécommunications et de la miniaturisation rendent aujourd'hui possible le déploiement à un faible coût d'objets communicants autonomes, dans le but de collecter des données environnementale, ou de réagir lors de l'apparition d'événements spécifiques. L'apparition de ces nouveaux réseaux ad hoc rend alors nécessaire la proposition de protocoles adaptés aux contraintes des objets considérés, et des applications désirées. Durant cette thèse, l'objectif consistait à contribuer au domaine des réseaux de capteurs en proposant des solutions pour quelques unes des problématiques les plus importantes. Dans une première partie, dédiée aux problèmes de communication, nous étudions et proposons dans un premier temps un nouveau mécanisme de routage géographique économe en énergie qui s'affranchit de l'échange périodique de messages HELLO, nécessaires à la découverte du voisinage de chaque capteur. Nous décrivons ensuite une solution prenant en compte les éventuelles erreurs de localisation des capteurs. Nous nous sommes également intéressés à la proposition d'une stratégie de diffusion de messages depuis le point de collecte, qui cherche à la fois à minimiser les dépenses d'énergie dans le réseau, tout en les répartissant entre les différentes entités, dans le but d'accroître la durée de vie globale du réseau. Dans la seconde partie de cette thèse, nous avons considéré le problème de la localisation dans les réseaux sans fil multisaut. Après une étude des différentes solutions existantes dans la littérature, nous proposons une nouvelle famille de méthodes de localisation, particulièrement adaptées aux réseaux de capteurs sans fil. Nous décrivons sa capacité à passer à l'échelle, et grâce à de nombreuses simulations nous montrons la précision des résultats obtenus par notre méthode en matière de localisation , et ce, même dans des topologies complexes ou en présence de fortes erreurs de mesure
Recent advancements in the fields of telecommunications and miniaturization make it possible to deploy for a reasonnable cost, autonomous communicating objects in order to collect environmental data, or to respond when a given event appears in the deployment area. Due to the emergence of these new kind of ad hoc networks, it is needed to design various new protocols, adapted to the constraints of considered objects and to the specific needs of targeted applications.During this thesis, the objective was to contribute to the field of wireless sensor networks by proposing solutions for some of the most important issues. In the first part of this document, dedicated to communication problems, we study and propose a new energy efficient geographical routing mechanism which overcomes the periodic exchange of HELLO messages, often required to determine sensors neighborhood. We also extend this method when considering the presence of location errors of sensors. Next, we have studied a strategy to enhance the lifetime of the network when periodic queries must be sent from the base station to the whole network, by adapting an efficient localized broadcast algorithm, in order to balance energy consumption between nodes. Additionally we have shown that it is not necessary to recompute the broadcast trees for each query to obtain a good lifetime.In the second part of this document, we considered the localization problem in wireless multihop networks. After a study of some of the most interesting solutions in the litterature, we propose a new family of localization methods which are well suited for wireless sensor networks, using 2-hop information and force-based algorithms. Through extensive simulations we show the scalabity of our method, and its ability to obtain accurate results, even when considering complex topologies or the presence of large measurement errors

Les mécanismes de coopération sont de plus en plus important dans les communications sans fil et réseaux permettant d'accroître les performances du système et ce en diminuant la consommation d'énergie, en augmentant la capacité du système et en rendant les taux de perte de paquets plus petits. L'idée de coopération peut être retracée par une étude en théorie de l'information sur le canal à relais dans le réseau cellulaire. D'un point de vue système, puisque un mobile (MS) a des limites de taille (antenne unique), de puissance, de coût et de matériel, il devient irréalisable d'utiliser la technologie MIMO pour un MS. Les utilisateurs mobiles avec antennes uniques peuvent encore profiter de la diversité spatiale par le biais de transmissions coopératives codées en espace temps. L'objectif de cette thèse est d'introduire et de discuter de diverses stratégies de coopération dans les communications sans fil. Dans la première partie, nous présentons une analyse de performances de bout en bout d'une communication coopérative asynchrone et à saut multiple, utilisant des relais regénératifs évoluant dans un canal de Rayleigh en évanouissement plat. Le schéma de conception est basé sur un précodage sur les trames qui seront encodés par paires. Ce précodage est basé sur l'ajout d'un préfixe cyclique, contenant une séquence d'apprentissage. Nous développons le taux d'erreur sur les bits et le taux d'erreur sur les bites de bout en bout relativement à une modulation BPSK, pour des canaux à gains égaux et à gains différents. Nous présentons aussi les performances en taux d'erreur sur les trames et le taux d'erreur sur les trames de bout en bout. Finalement, nous présentons une comparaison entre trois configurations que nous avons introduit, différenciées par le degré de coopération. La deuxième partie contient deux chapitres. Dans le premier chapitre, nous considérons un système dans lequel un relais choisit de coopérer que si le canal source-relais est d'une qualité acceptable et nous évaluons l'utilité du relayage lorsque la source agit aveuglément et ignore la décision des relais s'ils peuvent coopérer ou non. Dans notre étude, nous considérons de relais regénératifs pour lesquels les décisions de coopération sont fondées sur un rapport signal à bruit (SNR) seuil et d'examiner l'éventuel impact d'une détection et transmission d'erreurs par le relais. Nous dérivons le taux d'erreur sur les bits (BER) de bout en bout pour une modulation BPSK et nous examinons deux stratégies de répartition de puissance entre la source et le relais afin de minimiser le BER de bout en bout au niveau de destination pour un ordre de SNR élevé. Dans le second chapitre, nous consédérons un schéma dans lequel un relais choisit de coopérer seulement lorsque le canal source-destination est d'une qualité inaccepable. Dans notre étude, nous considérons une relais regénératif pour lequel la décision de coopération est basée sur un seuil du rapport signal à bruit et nous considérons les effets d'une éventuelle détection et transmission d'erreur par le relais. Nous développns l'expression du taux d'erreur sur les bits pour une modulation BPSK et nous examinons une stratégie optimale permettant de minimiser ce BER de bout en bout pour un orde de SNR élevé. Dans la troisième partie, nous considérons un canal à accès multiple MAC où deux utilisateurs communiquent avec une destination commune. Chaque utilisateur agit mutuellement comme un relais pour l'autre ainsi qu'il tient à transmettre ses propres informations, par opposition à une consacration totale au relayage. Nous tenons à évaluer l'utilité du relais d'un point de vue somme des taux du système (sum rate) plutôt que d'un point de vue de l'utilisateur bénéficiant de la coopération qui se fait habituellement. Nous faisons cela en permettant un compromis entre le relayage et la transmission de données via une d'allocation des ressources. Concrètement, nous proposons un régime de transmission coopérative permettant à chaque utilisateur d'allouer une certaine fraction de puissance pour sa propre transmission de données tandis que le reste est consacré au relayage. Le protocole sous-jacent est basé sur une modification du protocole Non-Orthogonal Amplify and Forward (NAF). Nous développons les expressions de capacité pour notre modèle et nous présentons une allocation de puissance optimisant une forme approche du sum rate, pour les cas centralisé et distribué. Dans le scénario distribué, une connaissance hybride de l'état du canal, partie statistique et partie instantanée, est exploitée. L'algorithme d'allocation de puissance dans le cas centralisé indique que, même dans une coopération mutuelle comme la notre, quelle que soit la réalisation du canal, la coopération mutuelle n'est jamais réelle, c'est-à-dire l'un des utilisateurs allouera toujours une puissance nulle pour relayer les données de l'autre, et donc agit égoïstement. Mais dans le cadre distribué, nos résultats indiquent que la somme des taux est maximisée lorsque les deux mobiles agissent égoïstement
Cooperative mechanisms are becoming increasingly important in wireless communications and networks to substantially enhance system performance with respect to much less power consumption, higher system capacity and smaller packet loss rate. The idea of cooperation can be traced back to the information theory investigation on relay channel in cellular network. From the system point of view, since Mobile Station (MS) has limitations in single antenna, power, cost and hardware, it is infeasible to use MIMO technology in MS. Mobile users with single antennas can still take advantage of spatial diversity through cooperative space-time encoded transmission. The objective of this thesis is to introduce and discuss various cooperative strategies in wireless communications. In the first part, we present an end-to-end performance analysis of two-hop asynchronous cooperative diversity with regenerative relays over Rayleigh block-flat-fading channels, in which a precoding frame-based scheme with packet-wise encoding is used. This precoding is based on the addition of a cyclic prefix which is implemented as a training sequence. We derive, for equal and unequal sub-channel gains, the bit-error rate and the end-to-end bit-error rate expressions for binary phase-shift keying. We also present the performance of the frame-error rate and the end-to-end frame-error rate. Finally, comparisons between three system configurations, differing by the amount of cooperation, are presented. The second part contains two chapters. In the first chapter, we consider a scheme in which a relay chooses to cooperate only if its source-relay channel is of an acceptable quality and we evaluate the usefulness of relaying when the source acts blindly and ignores the decision of the relays whether they may cooperate or not. In our study, we consider the regenerative relays in which the decisions to cooperate are based on a signal-to-noise ratio (SNR) threshold and consider the impact of the possible erroneously detected and transmitted data at the relays. We derive the end-to-end bit-error rate (BER) for binary phase-shift keying modulation and look at two power allocation strategies between the source and the relays in order to minimize the end-to-end BER at the destination for high SNR. In the second chapter, we consider a scheme in which the relay chooses to cooperate only if the source-destination channel is of an unacceptable quality. In our study, we consider a regenerative relay in which the decision to cooperate is based on a signal-to-noise ratio (SNR) threshold and consider the effect of the possible erroneously detected and transmitted data at the relay. We derive an expression for the end-to-end bit-error rate (BER) of binary phase-shift keying (BPSK) modulation and look at the optimal strategy to minimize this end-to-end BER at the destination for high SNR. In the third part, we consider a multiple access MAC fading channel with two users communicating with a common destination, where each user mutually acts as a relay for the other one as well as wishes to transmit his own information as opposed to having dedicated relays. We wish to evaluate the usefulness of relaying from the point of view of the system's throughput (sum rate) rather than from the sole point of view of the user benefiting from the cooperation as is typically done. We do this by allowing a trade-off between relaying and fresh data transmission through a resource allocation framework. Specifically, we propose cooperative transmission scheme allowing each user to allocate a certain amount of power for his own transmitted data while the rest is devoted to relaying. The underlying protocol is based on a modification of the so-called non-orthogonal amplify and forward (NAF) protocol. We develop capacity expressions for our scheme and derive the rate-optimum power allocation, in closed form for centralized and distributed frameworks. In the distributed scenario, partially statistical and partially instantaneous channel information is exploited. The centralized power allocation algorithm indicates that even in a mutual cooperation setting like ours, on any given realization of the channel, cooperation is never truly mutual, i. E. One of the users will always allocate zero power to relaying the data of the other one, and thus act selfishly. But in distributed framework, our results indicate that the sum rate is maximized when both mobiles act selfishly

Aujourd’hui, le renforcement de la sécurité des systèmes de communications devient une nécessité, par anticipation du développement des ordinateurs quantiques et des nouvelles attaques qui en découleront. Cette thèse explore deux techniques complémentaires permettant d’assurer la confidentialité des données transmises sur des liens sans-fils. Dans la première partie de ce travail, nous nous intéressons au schéma de cryptographie à clé publique basée sur des réseaux de points, qui représente une des techniques les plus prometteuses pour la cryptographie post-quantique. En particulier, nous considérons le cryptosystème Goldreich-Goldwasser-Halevi (GGH), pour lequel nous proposons un nouveau schéma utilisant les GLD. Dans la seconde partie de ce travail, nous étudions la sécurité des canaux de diffusion multi-utilisateur, ayant accès à des mémoires de caches, en présence d'un espion. Nous considérons deux contraintes de sécurité: la contrainte de sécurité individuelle et la contrainte de sécurité jointe. Nous dérivons des bornes supérieure et inférieure pour le compromis sécurisé capacité-mémoire en considérant différentes distributions de cache. Afin d'obtenir la borne inférieure, nous proposons plusieurs schémas de codage combinant codage wiretap, codage basé sur la superposition et codage piggyback. Nous prouvons qu'il est plus avantageux d'allouer la mémoire de cache aux récepteurs les plus faibles
Today, there is a real need to strengthen the communication security to anticipate the development of quantum computing and the eventual attacks arising from it. This work explores two complementary techniques that provide confidentiality to data transmitted over wireless networks. In the first part, we focus on lattice-based public-key cryptography, which is one of the most promising techniques for the post-quantum cryptography systems. In particular, we focus on the Goldreich-Goldwasser-Halevi (GGH) cryptosystem, for which we propose a new scheme using GLD lattices. In the second part of this work, we study the security of multi-user cache-aided wiretap broadcast channels (BCs) against an external eavesdropper under two secrecy constraints: individual secrecy constraint and joint secrecy constraint. We compute upper and lower bounds on secure capacity-memory tradeoff considering different cache distributions. To obtain the lower bound, we propose different coding schemes that combine wiretap coding, superposition coding and piggyback coding. We prove that allocation of the cache memory to the weaker receivers is the most beneficial cache distribution scenario

La radio cognitive est proposée comme une solution prometteuse pour la prochaine génération de réseaux de communication sans fil. Les utilisateurs de radio cognitive sont tenus d'effectuer des sauts entre les différents canaux sans fil non utilisés. Cependant il devra interrompre ses communications lorsqu'un utilisation licencié souhaitera utiliser ce canal. Les sauts de fréquences peuvent provoquer des interruptions de transmission conduisant à la dégradation des services. Nous étudions et développons des stratégies efficaces de gestion de spectre qui veillent aux divers besoins des services utilisant la radio cognitive. Tout d'abord, nous proposons un nouvel algorithme de transfert de spectre ainsi que de nouvelles stratégies de sélection de spectre afin de respecter les impératifs de délai. Nous estimons notamment le retard des paquets d'arrivée basé sur les paquets précédents dans la file d'attente en les comparant à un délai maximal limite. Ensuite, nous utilisons ces retards pour estimer un seuil de guidant les sauts de fréquence et les décisions de sélection. Puis, nous mettons l'accent sur les garanties de débit en examinant les intéractions autre les sauts de fréquences et le partage de spectre. Ces résultats nous donnent des indications et des lignes directrices afin de concevoir des heuristiques de partage de spectre prenant en compte les stratégies de sélection de canaux et les sauts de fréquences. Enfin, nous développons une heuristique pour le partage de spectre basé sur de nouveaux algorithmes du partage statique et dynamique du spectre. Ils sont basés essentiellement sur une approche de compensation de débit et de Best Fit Algorithms
Cognitive radio is proposed as a promising solution for the next generation of wireless communication networks. Cognitive radio users are required to perform spectrum handoff from a wireless channel to another in order to cope with the dynamic spectrum environment imposed by licensed users. Spectrum handoff can cause transmission interruptions leading to the degradation of services. We study and develop efficient spectrum management strategies that aim to provide diverse service requirements for cognitive radio users. First, we propose novel spectrum handoff and selection strategies in order to satisfy a delay requirement. In particular, we estimate the delay of arrival packets based on the prior packets in the queue and compare it to a maximum delay bound. Then, we use the expected delays to estimate a delay violation ratio that guides the spectrum handoff and selection decisions. Our strategies reduce the number of spectrum handoff significantly compared to existing approaches while the delay requirement is guaranteed. Second, we consider the rate requirement by investigating the interaction between spectrum handoff and spectrum sharing through an optimization framework. The results provide useful insights and guidelines for designing efficient spectrum sharing heuristics that take into account spectrum handoff and selection strategies. Finally, we develop a heuristic for spectrum sharing that includes novel static and dynamic spectrum sharing algorithms based essentially on a rate compensation approach and adapted best fit algorithms. Our heuristic reduces the number of handoffs significantly while the achieved rate is fulfilling compared to the optimal

Les évolutions technologiques conjointes de l'informatique et des télécommunications autorisent la conception d'applications domotiques distribuées, impliquant le transfert et la coordination de plusieurs types de messages (voix, données, images). Le terme "domotique" désigne toute construction immobilière faisant largement appel aux nouvelles technologies en ce qui concerne ses équipements, son usage, et sa gestion. Face aux problèmes de mobilité de services et de personnes au niveau des sites, plusieurs travaux de recherche se sont focalisés sur la définition de nouveaux protocoles. Les travaux présentés dans ce mémoire s'inscrivent dans ce contexte d'étude et proposent la définition d'une architecture d'un réseau local sans fil (WLAN - wireless local area network) orienté domotique. Cette architecture propose l'incorporation de liens sans fil intelligents à un réseau domotique existant. Elle englobe deux configurations normalisées IEEE 802. 11 : une configuration câblée dite d'"infrastructure", et une deuxième non câblée dite "ad hoc". Pour tenir compte des problèmes d'accès au niveau du réseau global proposé, l'auteur propose une couche MAC qui est dérivée de la future norme IEEE 802. 11. L'étude définit le développement d'un nouveau protocole de liaison de données (LLC) en s'appuyant sur la couche MAC retenue, et sans privilégier aucune couche physique filaire ou sans fil. Ce protocole décrit plusieurs scenarios de relayage d'une trame dans un dialogue de bout en bout entre mobiles. Une formalisation des mécanismes mis en œuvre est proposée au moyen de la technique de description formelle ESTELLE
Technical advances in computer science and telecommunications have led to the design of distributed home automation applications, that imply transfer and coordination of several types of messages (voice, data, pictures). "Home automation" refers to any building new technologies for its equipment, usage, and management. Many research works have focused on the definition of new protocols to face the problem involving service and user mobility in premises. This thesis deals with the context of this study and proposes a topology of a home automation wireless local area network (WLAN). This topology proposes the incorporation of intelligent wireless links to a home automation network. It includes two normalized configurations IEEE 802. 11: a wired one called "infrastructure configuration", and a wireless one called "ad hoc configuration". In order to best manage the problem of access method in the proposed network, the author proposes a MAC layer derived from the future IEEE 802. 11 norm. The study leads to the development of a new LLC (logical link control) protocol supported by the chosen MAC layer, whatever the physical layer (whether wireless or wired). This protocol describes many types of relaying frame schemes in an end-to-end dialog between two mobiles. A formal description of the LLC protocol is provided, which uses the ESTELLE formal description technique

Les réseaux sans fil se développent, et de nouveaux défis émergent. Où placer l'intelligence est primordial: au niveau d'une unité centrale ou au niveau des utilisateurs? L'utilisation de méthodologies sophistiquées (théorie des matrices aléatoires, théorie des jeux) permet l'analyse de performance des systèmes à utilisateurs multiples. Le but est de fournir une qualité de service optimale aux utilisateurs, sous des contraintes de consommation d'énergie. En premier lieu, la théorie des matrices aléatoires est employée pour analyser les grands réseaux cellulaires, pour lesquels les simulations impliquent un nombre énorme de paramètres. L'effet de moyenne des matrices aléatoires permet de choisir d'une manière élégante les paramètres d'intérêt dans le régime asymptotique, quand le facteur d'étalement et le nombre d'utilisateurs croissent avec un ratio fixé. Les résultats asymptotiques sont validés par des simulations en taille finie. L'analyse de performance des systèmes centralisés fournit une borne. En second lieu, la théorie des jeux est appliquée aux mécanismes distribués. La théorie des jeux étudie des interactions entre joueurs égoïstes qui raisonnent stratégiquement afin de prendre des décisions raisonnables, d'où l'intérêt considérable pour le déploiement de réseaux s'auto-organisant. En particulier, les jeux corrélés offrent un mécanisme simple de coordination entre joueurs; les jeux évolutionnaires fournissent en plus des propriétés de robustesse des stratégies d'équilibre; les jeux non-atomiques étudient les interactions dans une population dense où le comportement d'un individu a un impact négligeable sur le bien-être de la population dans son ensemble
As wireless systems grow, new challenges are emerging. The exact location of the intelligence is of paramount importance: a central controller (network centric) or the users (user centric)? The performance analysis of multiuser systems is done by novel use of sophisticated methodologies: random matrix theory and game theory. The purpose is to deliver optimal quality of service to users, under constraints like energy consumption and limited knowledge of the environment. First, random matrix theory is used to optimize large cellular networks, for which simulations involve a huge number of parameters. The self-averaging effect of random matrices enables to elegantly single out parameters of interest in asymptotic systems, when both the number of chips and of users grow large with fixed ratio. Although asymptotic, results give accurate predictions of the finite size behavior, as shown by simulations. The performance analysis of centralized systems gives a bound on performance. Second, game theory is applied to distributed multiuser schemes. Game theory studies interactions among selfish players who reason strategically in order to take rational decisions. This is of considerable interest for the deployment of self-organizing networks. Some subfields are particularly promising. Correlated games enable a simple coordination mechanism between players, while evolutionary games provide additional properties of robustness of equilibrium strategies. In the asymptotic regime, non-atomic games study interactions of dense populations where the behavior of a single individual has a negligible impact on the welfare of the population as a whole

Les objets connectés de santé sont des technologies d’apparition récente. Ils sont sujets à de très nombreuses innovations et peuvent intégrer des chaînes de blocks, du calcul à haute performance, de l’intelligence artificielle et des nanotechnologies. Ces objets se multiplient très rapidement sur le marché intérieur de l’Union européenne et sont à l’origine de nouveaux défis, notamment au regard de la protection des données personnelles, des considérations de santé publique, de la cybersécurité et de la compétitivité des entreprises européennes dans un contexte mondialisé. Un encadrement de ces objets est absolument nécessaire pour répondre à l’ensemble de ces préoccupations. La normalisation européenne constitue, à cet égard, un outil de régulation particulièrement adéquat. Elle permet en effet de pallier les inconvénients de la hard law, notamment grâce à sa souplesse et à ses capacités d’adaptation à l’évolution de l’état de la technique et à la numérisation de l’économie. Les organismes européens de normalisation devront donc élaborer et mettre à jour des normes relatives aux technologies sur lesquelles s’appuient les objets connectés de santé. Les institutions européennes ont vocation à accompagner cette normalisation afin qu’elle soit à la hauteur des enjeux
Connected objects in health are emerging technologies. They are subject to many innovations and may incorporate blockchains, High Performance Computing, artificial intelligence and nanotechnologies. These objects are multiplying at a rapid rate within the internal market in the European Union and are creating new challenges, particularly with regard to the protection of personal data, public health considerations, cybersecurity and the competitivity of European companies in a globalized world. These objects need a framework. European standardization is a particularly appropriate regulatory tool to answer all these concerns. It overcomes the drawbacks of hard law, in particular because of its flexibility and ability to adapt to the evolution of the state of the art and the digitization of economy. European standardization organizations will therefore have to develop and update standards for the technologies on which connected objects in health are based. European institutions must support this standardization to ensure it is commensurate with the stakes involved

Homologie simpliciale est un outil très efficace pour accéder à des informations importantes sur la topologie des réseaux sans fil, tels que : la couverture et la connectivité. Dans cette thèse, nous modélisons le réseau sans fil comme un déploiement aléatoire des cellules. Tout d’abord, nous introduisons un algorithme pour construire le complexe de Cech, qui décrit exactement la topologie du réseau. Ensuite, ˇ le complexe de Cech est utilisé dans des applications avancées. La première application est d’économiser ˇ l’énergie de transmission pour les réseaux sans fil. Cette application non seulement maximise la couverture de le réseau, mais réduit également la puissance de transmission. En même temps, la couverture et la puissance de transmission sont optimisées. La deuxième application est pour équilibrer la charge de trafic dans les réseaux sans fil. Cette application contrôle la puissance de transmission de chaque cellule dans le réseau, toujours sous contrainte de couverture. Avec la puissance d’émission contrôlée, les utilisateurs sont redirigés vers des cellules de charge plus faibles. Par conséquent, la charge du trafic est répartie entre lesdifférentes cellules
Simplicial homology is a useful tool to access important information about the topology of wireless networks such as : coverage and connectivity. In this thesis, we model the wireless network as a random deployment of cells. Firstly, we introduce an algorithm to construct the Cech complex, which describes exactly the topology of the network. Then, the Cech complex is used in further applications. The first application is to save transmission power for wireless networks. This application not only maximizes the coverage of the network but also minimizes its transmission power. At the same time, the coverage and the transmission power are optimized. The second application is to balance the traffic load in wireless networks. This application controls the transmission power of each cell in the network, always under the coverage constraint. With the controlled transmission power, the users are redirected to connect to the lower traffic load cells. Consequentially, the balanced traffic load is obtained for the network

La présente thèse aborde 3 thèmes : -Le routage sans fil unicast OLSR;-Le routage sans fil multicast MOLSR;-Mise en oeuvre et test du protocole OLSR dans un environnement réel. Une brève description des trois thèmes de cette thèse : Le routage sans fil unicast OLSR : Le protocole de routage OLSR(Optimized Link State Routing), héritier du protocole HIPERLAN normalisé par l'ETSI, est un protocole de routage proactif niveau IP soumis au groupe MANET de l'IETF. Il présente une caractéristique très intéressante qui permet d'économiser les ressources radio lors des diffusions. Il utilise la technique de diffusion par des relais multipoint, qui permet avec un nombre réduit de répétitions d'atteindre tous les noeuds dans le réseau. Dans cette thèse, on étudie en particulier cette technique pour les grands réseaux, et on évalue les performances du protocole de routage OLSR par simulation. -Le routage sans fil multicast MOLSR : La transmission radio est par nature une transmission broadcast ; Et même si dans un premier temps les chercheurs se sont penchés sur la résolution et la mise au point des algorithmes de routage unicast, il est très important d'exploiter cette propriété naturelle de la diffusion radio. Dans cette perspective, nous avons défini un protocole de routage Multipoint (Multicast OLSR) qui se greffe naturellement sur le protocole de routage OLSR. Nous avons aussi, conçu un protocole de gestion d'abonnement aux groupes multicast (Wireless IGMP) qui tient compte des spécificités du monde sans fil. -Mise en oeuvre d'OLSR : Entre la théorie et la réalité il y a parfois d'énormes fossés. Pour démontrer la faisabilité et l'efficacité du protocole du routage OLSR, une implémentation est mise au point en intégrant un protocole de contrôle du routage OLSR, une implémentation est testée à échelle réelle avec des trafic de données TCP et UDP.

Au cours de ces dernières années, l'apparition de nouvelles normes de communication sans fil a introduit de nouveaux défis au niveau de la conception matérielle des émetteurs et des récepteurs. A l'échelle du composant, une faible consommation d'énergie, une grande linéarité et une large bande passante, sont parmi les exigences les plus importantes que chaque composant doit remplir afin de parvenir à des systèmes sans fil de hautes performances. A l'échelle du système, la tendance adoptée dans le domaine des télécommunications sans fil est la conception d'appareils multi-bandes, multi-modes, avec un nombre de fonctionnalités toujours plus important. Et ce, tout en évoluant vers des architectures toujours plus performantes, plus petites, plus légères et moins coûteuses. La technologie MEMS RF (Micro-Electro-Mechanical-System) permet la création de dispositifs et de circuits qui peuvent répondre aux exigences mentionnées ci-dessus. L'idée de base des MEMS RF est d'utiliser des structures mécaniques mobiles miniaturisées afin de concevoir des résonateurs de hautes performances, des capacités variables ou varactors, des inductances, et des commutateurs. Les champs d'application englobent les terminaux de téléphonie, les stations de base, les antennes à balayage électronique, les radars multi-usage, les instruments de test de haute précision et les charges utiles de satellites. Pour toutes ces applications, les commutateurs MEMS RF à actionnement électrostatique ont fait l'objet d'une attention particulière. Les commutateurs MEMS RF présentent des performances supérieures en termes de pertes, de linéarité, de consommation de puissance et de fréquence de coupure par rapport des homologues semi-conducteurs, comme les diodes PIN ou bien les interrupteurs FET (Field-Effect-Transistor). Cependant, ces dispositifs souffrent toutefois d'un certain nombre de problèmes liés à la tension d'actionnement qui reste élevée et doit être appliquée d'une façon permanente, aux mécanismes de défaillance notamment le fluage et à l'intégration, dans le cas des réseaux de commutation. C'est sur ces aspects que porte le travail de thèse présenté dans ce manuscrit, dans la perspective développer de tels composants et d'améliorer leurs performances
In recent years, the emergence of new standards for wireless communication has introduced new challenges in the physical design of transmitters and receivers. A low energy consumption, high linearity and bandwidth, are among the most important that each component must satisfy in order to achieve high performance wireless systems requirements. At the system level, the trend adoptedin the field of wireless devices is the multi-band design, multi-mode, with greater functionnality. And, while moving towards ever more efficient architectures, smaller, lighter and less expensive. RF MEMS (Micro-Electro-Mechanical System) technology allows the creation of devices and circuits that can meet these requirements mentioned above. The basic idea of MEMS RF is use mobile miniaturized structures to design high performance resonators, variable capacitorsor varactors, inductors, and switches. Fields of application include mobile terminals, base stations, antennas, electronic scanning, multi-purpose radar, testing instruments and high precision satellite payloads. For all these applications, the RF MEMS switches using electrostatic actuation have been given special attention. RF MEMS switches have superior performance in terms of loss, linearity, power consumption and cut-off frequency compared to semiconductors, such as PIN diodes or switches FET (Field-Effect-Transistor). However, these devices suffer from a number of problems associated with the actuation voltage which remains high and has to be applied in a permanent manner, besides, the failure mechanisms including creep and integration, in the case of switching networks. It is on these aspects that carries the thesis presented in this manuscript, in the perspective of developing such components and improve their performance

Les nouvelles habitudes nées de la disponibilité à disposer de moyens de communication sans fil seront exprimés demain dans le monde industriel. Il en découlera de nouvelles opportunités de développement mais également de nouveaux challenges à résoudre : comment choisir la technologie de communication la mieux adaptée à un produit ? Comment améliorer la robustesse d’un système sans pénaliser son coût ? Ou encore comment concilier sécurité et interopérabilité ? … Ce mémoire apporte une contribution au développement d'un produit nécessitant d’établir une communication sans fil dans un environnement industriel hautement perturbé : une armoire électrique. Parmi toutes les technologies de communication sans fil existantes, c’est la RFID qui a été retenue. Bien qu’étant faite pour la traçabilité des objets, cette technologie présente plusieurs avantages pour notre application : téléalimentation, faible encombrement et bas coût. Après adaptation à notre environnement, nous avons détourné l’usage de la RFID afin d’utiliser les tags comme des « capteurs ».

Les réseaux sans fil sont des réseaux radio mobiles sans aucune infrastructure. Les entités de tels réseaux ont des capacités limitées en énergie, bande passante, taille mémoire, etc. Les protocoles de routage actuels ne permettent pas leur utilisation à grande échelle. Pour répondre à ce problème, je propose un schéma de routage hiérarchique dans de tels réseaux. Il se décompose en un protocole de clustering qui découpe le réseau en groupes de nœuds (clusters), en un protocole de localisation pour situer un nœud dans le réseau et en un protocole de routage hybride. La structure de clusters peut également servir à propager un message de façon efficace dans tout le réseau. Les algorithmes ont été analysés par simulation, par analyse comparative avec des solutions existantes et quand c'était possible, de façon analytique à l'aide de la géométrie stochastique. Les approches proposées sont locale, distribuées et utilisent des outils tels que les DHT et le routage par intervalle
Wireless networks are mobile networks that do not rely over any infrastructure. Network devices have limited capacities as energy, bandwidth, memory size, etc. Current routing protocols do not allow the use of such networks over large scale. To overcome this drawback, I propose a hierarchical routing scheme for such networks. It is composed of a clustering protocol that organizes the network into groups of nodes (clusters), of a localization protocol to locate a single node in the network and of a hybrid routing protocol. Cluster structure can also be used to perform an efficient message broadcasting in the whole network. Algorithms have been studied by simulation, by comparative analysis with existing solutions and, when it was possible by a theoretical way stochastic geometry. The proposed approaches are local, distributed and use tools such the DHT and interval routing

Le contexte de la thèse se situe sur le marché du NFC et de son extension permettant de faire du chargement sans fil. Cette nouvelle fonctionnalité permet de recharger des petits produits nomades qui ne peuvent pas l’être avec les technologies de recharge sans fil présent sur le marché aujourd’hui. L’objectif de cette thèse est de développer une solution destinée à ces produits nomades, comme des montres et bracelets connectés, des écouteurs sans fil, des lunettes connectées, … Cette solution doit répondre aux différentes normes NFC tout en cherchant à optimiser au maximum le rendement du transfert de puissance
The PHD context is focused on the NFC market and its extension allowing wireless charging. This new functionality allows to charge wearable products that cannot be charged with the wireless charging technologies available on the market today. The PHD objective is to develop a solution for these wearable products, such as connected watches and bracelets, wireless headphones, connected glasses, ... This solution must satisfy NFC standards while seeking to optimize the performance of power transfer