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Wireless visual sensor networks based on IEEE 802.11 mesh networks are effective and suitable solutions for video surveillance systems in monitoring intrusions in selected areas. The IEEE 802.11-based visual sensor networks offer high bit rate video transmissions but suffer from energy inefficiency issues. Moreover, the video transmission in the visual sensor networks requires strict quality of service (QoS) in terms of bandwidth and delay. Also, it is challenging to decrease the overall energy consumption of the network while assuring guaranteed QoS in terms of bandwidth and delay in energy-constrained wireless visual sensor networks. The main contribution of this dissertation is to provide an energy-efficient video surveillance network without compromising the QoS requirement of video transmission. First, we propose a new hybrid IoT network architecture for a video surveillance system that detects and tracks an intruder in the monitoring area. The hybrid IoT network integrates the IEEE 802.11-based multi-hop visual Sensor Networks and LoRa network to provide an autonomous, energy-efficient, high-bitrate video surveillance system. Leveraging the LoRa network characteristics, the LoRa network is utilized as an always-active network for preliminary motion detection and tracking. Moreover, the LoRa network also decides which visual sensor nodes to wake up depending on the tracking information. The Kalman filter is investigated to track the intruder's trajectory from noise measurements of low-power motion sensors to activate only the visual sensor nodes along the intruder's trajectory to provide effective video vigilance. We showed through simulation that Kalman filter estimates and predicts intruder trajectory with reasonable accuracy. Moreover, the proposed hybrid IoT network approach reduces energy consumption significantly compared with a traditional, always active continuous monitoring single-tier visual sensor network. Next, the contribution of this dissertation focuses on an energy-aware and QoS routing mechanism for the IEEE 802.11-based multi-hop visual sensor network of the hybrid IoT network. We propose a routing algorithm that routes a set of video streams to the gateway with guaranteed QoS in terms of bandwidth and delay while minimizing the number of visual sensor nodes that are involved in routing. This maximizes the number of nodes that can be turned off completely to optimize the overall energy consumption of the network without compromising QoS performance. The proposed routing problem is formulated as an Integer Linear Program (ILP) and solved using the branch-and-bound algorithm. Through computer simulation, the performance of the proposed approach is compared with the existing state-of-the-art routing algorithms from the literature. The results clearly show that the proposed mechanism saves a significant amount of the overall energy consumption while guaranteeing QoS in terms of bandwidth and delay.; Les réseaux de capteurs visuels sans fil basés sur les réseaux maillés IEEE 802.11 sont des solutions efficaces et adaptées aux systèmes de vidéosurveillance pour surveiller les intrusions dans des zones sélectionnées. Les réseaux de capteurs visuels basés sur IEEE 802.11 offrent des transmissions vidéo à haut débit mais souffrent de problèmes d'inefficacité énergétique. De plus, la transmission vidéo dans les réseaux de capteurs visuels nécessite une qualité de service (QoS) stricte en termes de bande passante et de délai. En outre, il est difficile de réduire la consommation énergétique globale du réseau tout en garantissant une qualité de service garantie en termes de bande passante et de délai dans les réseaux de capteurs visuels sans fil à énergie limitée. La principale contribution de cette thèse est de fournir un réseau de vidéosurveillance économe en énergie sans compromettre l'exigence de qualité de service de la transmission vidéo. Premièrement, nous proposons une nouvelle architecture de réseau hybride IoT pour un système de vidéosurveillance qui détecte et suit un intrus dans la zone de surveillance. Le réseau IoT hybride intègre les réseaux de capteurs visuels multi-sauts basés sur IEEE 802.11 et le réseau LoRa pour fournir un système de vidéosurveillance autonome, économe en énergie et à haut débit. Tirant parti des caractéristiques du réseau LoRa, le réseau LoRa est utilisé comme un réseau toujours actif pour la détection et le suivi préliminaires des mouvements. De plus, le réseau LoRa décide également quels nœuds de capteurs visuels réveiller en fonction des informations de suivi. Le filtre de Kalman est étudié pour suivre la trajectoire de l'intrus à partir des mesures de bruit des capteurs de mouvement à faible puissance afin d'activer uniquement les nœuds de capteurs visuels le long de la trajectoire de l'intrus pour fournir une surveillance vidéo efficace. Nous avons montré par simulation que le filtre de Kalman estime et prédit la trajectoire de l'intrus avec une précision raisonnable. De plus, l'approche de réseau hybride IoT proposée réduit considérablement la consommation d'énergie par rapport à un réseau de capteurs visuels à un seul niveau de surveillance continue traditionnelle et toujours active. Ensuite, la contribution de cette thèse se concentre sur un mécanisme de routage sensible à l'énergie et QoS pour le réseau de capteurs visuels multi-sauts basé sur IEEE 802.11 du réseau hybride IoT. Nous proposons un algorithme de routage qui route un ensemble de flux vidéo vers la passerelle avec une QoS garantie en termes de bande passante et de délai tout en minimisant le nombre de nœuds capteurs visuels impliqués dans le routage. Cela maximise le nombre de nœuds pouvant être complètement désactivés pour optimiser la consommation énergétique globale du réseau sans compromettre les performances QoS. Le problème de routage proposé est formulé comme un programme linéaire entier (ILP) et résolu à l'aide d'un algorithme branch-and-bound. Grâce à la simulation informatique, les performances de l'approche proposée sont comparées aux algorithmes de routage de pointe existants dans la littérature. Les résultats montrent clairement que le mécanisme proposé permet d'économiser une quantité significative de la consommation d'énergie globale tout en garantissant la QoS en termes de bande passante et de délai.

The wireless sensor networks have become more and more ubiquitous in our daily life due to their wide range of applications. The performance of these networks depends on the quality of their sensors. Despite their limited resources and their short life spans conditioned by an exhaustible power supply, the sensors indicated have become essential in the design of networks for the detection of environmental events. Energy efficiency therefore remains to be developed in this type of application. This is because much of the energy is dissipated when routing data between nodes, especially in wide area networks. Several protocols are invested to solve this problem. Most of them are based on hierarchical routing. This is based on the clustering of network nodes. Each cluster contains member nodes and a leader called a Cluster Head. His role is to manage his group. The work in this thesis consists in improving the energy efficiency of large, homogeneous or heterogeneous networks. In fact, the deployment method has been modified so that it is in levels, which makes a large number of the clusters heads to be close to the base station and vice versa. This has a considerable impact on the performance of the LEACH and HEED protocols. The method of electing clusters heads adopted in the LEACH and Fuzzy LEACH protocols has also been improved by taking into account the distance between each node and the base station. The one among the members of a group who has the minimum distance will be elected as a cluster head., Grâce à leur large champ d’applications, les réseaux de capteurs sans fil, sont devenus de plus en plus omniprésents dans notre vie quotidienne. Les performances de ces réseaux dépendent de la qualité des capteurs de chacun d’eux. Malgré leurs faibles ressources et leurs courtes durées de vie conditionnées par une alimentation épuisable, les capteurs indiqués sont devenus indispensables dans la conception des réseaux de détection des évènements environnementaux. L’efficacité énergétique reste donc à développer dans ce type d’applications. Car, une grande partie de l’énergie se dissipe lors du routage des données entre les nœuds notamment dans les réseaux étendus. Plusieurs protocoles sont investis pour résoudre ce problème. La plupart d’entre eux se basent sur le routage hiérarchique. Celui-ci est basé sur le groupement en clusters des nœuds du réseau. Chaque cluster contient des nœuds membres et un chef appelé Cluster Head. Son rôle est de gérer son groupe. Le travail dans cette thèse consiste à améliorer l’efficacité énergétique des réseaux de grandes dimensions, homogènes ou hétérogènes. En effet, on a modifié la méthode déploiement pour qu’elle soit en niveaux ce qui rend un grand nombre des chefs des groupes élus, proches de la station de base et vis-versa. Ceci a un impact sur la performance des protocoles LEACH et HEED. On a amélioré aussi la méthode d’élection des chefs des groupes adoptée dans les protocoles LEACH et Fuzzy LEACH en tenant compte de la distance entre chaque nœud et la station de base. Celui parmi les membres d’un groupe qui a la distance minimale, va être élu comme un chef de groupe.

The design target of energy efficiency for 5G networks is at least 1000-fold than the currently available 4G system, while offering higher data transmission rate and very low latency. To evaluate the performance of large representative cellular networks and capture the main factors involved in the energy consumption process, representative and accurate models must be developed. To develop tractable and efficient models, we use the spatial fluid modeling framework and compute the energy efficiency metric. Our model consists of a downlink transmission of an OFDMA cellular network, composed of several base stations and multiple user equipments randomly distributed over the area. An analytical expression of energy efficiency is then derived to study the impact of the major factors involved in the energy consumption process such as fading and shadowing attenuation, cellular coverage type and quality. Extensive numerical simulations were run to compare the results obtained by Monte Carlo simulations and demonstrate the effectiveness and accuracy of the fluid modeling for large cellular networks. The numerical results indicate that user density does not affect energy efficiency. Besides, energy efficiency is more important in suburban environments than in urban environments where the shadowing effect is great, regardless of the cellular coverage type. However, and more generally, micro-cellular networks’deployment offers better energy efficiency than the conventional macro-cellular ones. Besides, we evaluated the effect of the promising Joint Transmission Coordinated MultiPoint (JT-CoMP) technique on energy efficiency, which is significantly improved as the number of coordinated BSs increases. On the other hand, coordination between base stations is only effective for user equipment that is remote from their base station. To resume, our numerical results illustrate the effectiveness and accuracy of fluid modeling, which can be considered a mathematical tool by operators to benchmark cellular networks’energy efficiency., La conception des systèmes de communication dits 5G cible une efficacité énergétique ambitieuse, au moins 1000 fois supérieure à celle du système 4G actuellement disponible, tout en offrant un débit de transmission de données supérieur et un temps de latence très faible. Il est donc nécessaire de développer des modèles représentatifs et précis des grands réseaux cellulaires afin d’évaluer leur performance et d’identifier les principaux facteurs impliqués dans la consommation d'énergie comme l’atténuation de signal, le type et la qualité de la couverture cellulaire radio. Nous avons utilisé la modélisation fluide spatiale pour développer des modèles représentatifs et calculables afin de calculer la métrique d'efficacité énergétique. Notre modèle considère un réseau composé de plusieurs cellules opérant en OFDMA sur les liens descendants, et de multiples équipements utilisateurs répartis aléatoirement. Une expression analytique de l'efficacité énergétique a été dérivée pour prendre en compte les principaux facteurs liés à la communication : coefficient d’atténuation de signal, probabilité de couverture, type du réseau. Des simulations numériques ont permis de comparer les résultats avec ceux obtenus par les simulations Monte Carlo et ainsi, montrer l'efficacité et la précision de la modélisation fluide pour de grands réseaux cellulaires. Les résultats numériques montrent que l'efficacité énergétique est indépendante de la densité des équipements utilisateurs. Par ailleurs, l'efficacité énergétique est plus importante dans les environnements suburbains que dans les milieux urbains où l'effet de shadowing est grand et ce, quel que soit le type de réseaux (macro, micro ou femto). Cependant, et d’une façon plus générale, le déploiement de petits réseaux (small cells) offre une meilleure efficacité énergétique comparée au réseau macro classique. En outre, nous avons évalué l'effet de la technique de transmission conjointe multipoint (JT-CoMP) sur l'efficacité énergétique, qui est considérablement améliorée lorsque le nombre de stations de base coordonnées augmente. En revanche, la coordination entre les stations de base n’est efficace que pour les équipements utilisateurs éloignés de leur station de base. En résumé, nos résultats numériques mettent en évidence l'efficacité et la précision de la modélisation fluide qui peut être considérée comme un outil mathématique par les opérateurs pour évaluer l'efficacité énergétique des réseaux cellulaires.

Body Sensor Networks (BSNs) are formed of medical sensors that gather physiological and activity data from the human body and its environment, and send them wirelessly to a personal device like Personal Digital Assistant (PDA) or a smartphone that acts as a gateway to health care. Collaborative Body Sensor Networks (CBSNs) are collection of BSNs that move in a given area and collaborate, interact and exchange data between each other to identify group activity, and monitor the status of single and multiple persons.In both BSN and CBNS networks, sending data with the highest Quality of Service (QoS) and performance metrics is crucial since the data sent affects people’s life. For instance, the sensed physiological data should be sent reliably and with minimal delay to take appropriate actions before it is too late, and the energy consumption of nodes should be preserved as they have limited capacities and they are expected to serve for a long period of time. The QoS in BSNs and CBSNs largely depends on the choice of the Medium Access Control (MAC) protocols, the adopted routing schemes, and the efficient and accuracy of anomaly detection.The current MAC, routing and anomaly detection schemes proposed for BSNs and CBSNs in the literature present many limitations and open the door toward more research and propositions in these areas. Thus this thesis work focuses on three main axes. The first axe consists in studying and designing new and robust MAC algorithms able to address BSNs and CBSNs' challenges. Standard MAC protocols are compared in high traffic BSNs and a new MAC protocol is proposed for such environments; then an emergency aware MAC scheme is presented to address the dynamic traffic requirements of BSN in ensuring delivery of emergency data within strict delay requirements, and energy efficiency of nodes during regular observations; moreover, a traffic and mobility aware MAC scheme is proposed for CBSNs to address both traffic and mobility requirements for these networks.The second axe consists in proposing a thorough and efficient routing scheme suitable for BSNs and CBSNs. First, different routing models are compared for CBSNs and a new routing scheme is proposed in the aim of reducing the delay of data delivery, and increasing the network throughput and the energy efficiency of nodes. The proposed scheme is then adapted to BSN's requirements to become a solid solution for the challenges faced by this network. The third axe involves proposing an adaptive sampling approach that guarantees high accuracy in the detection of emergency cases, while ensuring at the same time high energy efficiency of the sensors.In the three axes, the performance of the proposed schemes is qualitatively compared to existing algorithms in the literature; then simulations are carried a posteriori with respect to different performance metrics and under different scenarios to assess their efficiency and ability to face BSNs and CBSNs' challenges.Simulation results demonstrate that the proposed MAC, routing and anomaly detection schemes outperform the existing algorithms, and present strong solutions that satisfy BSNs and CBSNs' requirements., Les réseaux de capteurs corporels (RC2) sont constitués de bio-capteurs à faibles ressources énergétiques et de calcul. Ils collectent des données physiologiques du corps humain et de son environnement, et les transmettent à un coordinateur comme le PDA (Personal Digital Assistant) ou un smartphone, pour être acheminé ensuite aux experts de santé. Les réseaux de capteurs corporels collaboratifs (RC3) sont une collection de RC2 qui se déplacent dans une zone donnée et collaborent,interagissent et échangent des données entre eux pour identifier l'activité du groupe et surveiller l'état individuel et collectif des participants. Dans les réseaux RC2 et RC3, l'envoi de données de manière fiable tout en assurant une bonne Quality of Service (QoS) et une latence de données optimisée est crucial, vu la sensibilité des données collectées. La QoS dans ce type de réseaux dépend en grande partie du choix des protocoles de contrôle d'accès MAC (Medium Access Control) et des protocoles de routage, de l'efficacité énergétique, de la précision et de la détection des anomalies.Les protocoles existants dans la littérature et proposés pour les RC2et RC3 présentent de nombreuses limites au niveau de la latence de données, de la fiabilité, et de la détection de pannes. Le travail présenté dans cette thèse a trois objectifs principaux. Le premier consiste à étudier et concevoir de nouveaux algorithmes pour la couche MAC, robustes et capables de répondre aux défis de RC2 et RC3. Pour cela, nous avons conçu un nouveau protocole MAC qui prend en considération le trafic élevé et les contraintes de ressources dans ces types de réseaux, ainsi que la latence des données et l'urgence de relayer les informations sensibles. Le deuxième objectif consiste à proposer des protocoles de routage efficaces en termes de consommation d'énergie et de calcul, adaptés aux RC2 et RC3. Le troisième objectif est dédiée à l'étude d'un algorithme d’échantillonnage de données permettant de réduire la quantité de données collectées et transmises dans le réseau, sans perte d'information. Notre approche garantit la détection et l'envoi d'information en cas d'urgence tout en optimisant la consommation énergétique des nœuds. Pour montrer l'efficacité de nos approches, nous les avons testées dans un environnement de simulation OPNet dédié aux réseaux de capteurs et nous les avons comparées à plusieurs protocoles existants. Les résultats obtenus montrent l'efficacité de ces protocoles en termes d'optimisation de la consommation d'énergie, de latence et d'intégrité des données, et de détection d'anomalies.

Massive machine-type communication (mMTC) is one of the main services delivered by the 5G mobile network. mMTC represents a major challenge for 5G network since it is characterized by a large number of low complexity devices thats end small data packets. Moreover, mMTC devices are often battery-powered, and the battery is expected to operate for long periods without being recharged or replaced. Traditional cellular networks, which are designed for human communications, are not energy efficient for this type of service. To address this problem, in this thesis, we study the use of Device-to-Device(D2D) relaying as a complementary transmission. In this approach, the mMTC device can transmit its data using a nearby UE as a relay. First, we calculate the energy consumed in each phase of the communication process for a device located at the cell border that uses LTE-Mtechnology. Then, using a simple model, we compare the energy consumption of cellular and D2D transmission modes, and we determine the optimal relay location. Through the use of stochastic geometry, we analyze the performance of D2D communication with ARQ and CC-HARQ with regard to the transmission success probability, the average number of transmissions, and MTD energy consumption. Finally, we propose an energy-efficient D2D relaying mechanism suitable for mMTC applications thanks to its easy implementation. This mechanism uses a distributed relay selection approach, which prioritizes the selection of the user equipments (UEs) with the best channel qualities. Moreover, we present a tractable model to evaluate the performance of our mechanism.; Les communications massives pour l’Internet des objets sont l'un des principaux services fournis par le réseau mobile de cinquième génération (5G). L’Internet des objets (IoT) représente un défi majeur pour les réseaux cellulaires car il se caractérise par un grand nombre d'objets connectés de faible complexité qui envoient de petits paquets de données. Ces objets connectés sont souvent alimentés par batterie, cette batterie devant fonctionner pendant de longues périodes sans avoir besoin d’être rechargée ou remplacée. Les réseaux cellulaires traditionnels, conçus pour les communications humaines, et pas assez économes en énergie, ne sont pas adaptés à ce type de service. Pour résoudre ce problème, dans cette thèse, nous étudions l'utilisation d’un équipement utilisateur de type smartphone comme relais pour transmettre les données de l’objet connecté à proximité. Ce mécanisme est appelé relayage D2D (Device-to-Device). Notre première étude a consisté à évaluer l'énergie consommée par l’objet connecté dans chaque phase du processus de communication lorsqu’il est localisé en bordure de cellule pour la technologie LTE-M. Ensuite, à l'aide d'un modèle simple, nous avons comparé la consommation d'énergie des modes de transmission cellulaire et D2D, et déterminé la localisation optimale du relais. Grâce à l'utilisation de la géométrie stochastique, nous avons ensuite analysé les performances d’une communication D2D utilisant les mécanismes de répétitions ARQ et CC-HARQ en termes de consommation d'énergie. Enfin, nous avons proposé un mécanisme de relayage D2D adapté aux applications IoT, en termes de complexité d’implémentation et de consommation d’énergie. Ce mécanisme utilise une approche de sélection de relais distribuée, qui priorise la sélection des relais bénéficiant des meilleures qualités de canal.

Recently, we have observed a continuous interest in mobility modeling and simulation either for tactical mobility or for intelligent mobility in traffic systems. The rapid advent of ad hoc networks and their ability to provide efficient wireless applications have encouraged researchers to think about new solutions and application fields for tactical networks and Intelligent Transportation Systems (ITS). As an essential feature of ad hoc networks, the mobility of devices and their ability to communicate with each other without the need of a pre-established infrastructure, based on a self organization mechanism, is considered to be an attractive feature in order to build realistic applications and protocols. Therefore, the need for mobility models is one of the most important components to enable extensive evaluation, analysis, and comparison of such applications and protocols, before they are officially adopted for use. Since most of the scenarios in the real world are based on nodes mobility including, intelligent vehicles, persons and drones, we are interested in studying mobility modeling, in order to search, as realistically as possible, for the efficient mobility behaviors for such real-world scenarios. We focus principally on mobility modeling as a basic component to provide efficient analyzing of the dynamicity of nodes in tactical networks, and also to understand traffic systems behaviors in order to design intelligent mobility schemes for transportation systems and smart cities. We began our research by investigating the mobility behaviors to extract their intrinsic properties and to be able to propose more accurate approaches. After that, our attention is oriented to adopt specifications and tools needed to design mobility behaviors of tactical networks, as well as to realize intelligent mobility strategies for providing efficient services in smart cities. In this thesis, we are interested on studying some mobility models of tactical scenarios in Mobile Ad Hoc Networks (MANETs) and Wireless Sensor Networks (WSNs) in order to provide strong simulation tools for studying and analyzing some frequently encountered challenges in wireless networks, including topology change, communication reliability, and energy efficiency. We have been interested in the dynamicity of the tactical network and in particular in dismounted soldiers dynamic which is very interesting for modern wars. Moreover, we provided extensive simulations of sensor networks based on a tactical scenario, to highlight the relationship between tactical mobility and energy efficiency. Another subject of interest we are concerned with is smart city. Before we gain insight into the specificities of intelligent mobility in traffic systems and smart cities, our interest was oriented first to mobility modeling based on cellular automata, which are known as a microscopic model. The purpose behind this choice is to take a first step towards understanding traffic systems before going through intelligent mobility in smart cities. Then, our attention is directed towards both mobility and communication in vehicular environment called VANETs, which enables us to study the real-time interaction either between Vehicles (V2V) or either between vehicles and infrastructure (V2I). This study allowed us to consider new solutions of the problems related to ITS, including traffic congestion, traffic jams, and accidents. We address precisely both the problem of traffic congestion and collision situations at traffic intersections. The purpose of such a study is to improve traffic flow in transportation systems by profiting from new wireless technologies to immigrate towards smart traffic mobility, which is currently one of the most fundamental service that must be available in smart cities. We adopted cooperative strategies between vehicles (V2V) and between vehicles and infrastructure (V2I). Accordingly, we introduced a path planning strategy to avoid traffic problems by reducing travel times on-road segments. This developed path planning strategy allows the driver to get timely short paths based on received information about the traffic state in each road segment. In the context of intersection collisions, we developed an approach based on a periodic exchange of beacons between approaching vehicles to the intersection to estimate and to avoid collisions at the intersection., Récemment, nous avons observé un intérêt continu pour la modélisation et la simulation de la mobilité soit pour la mobilité tactique, soit pour la mobilité intelligente dans les systèmes de trafic. L'avènement rapide des réseaux ad hoc et leur capacité à fournir des applications sans fil efficaces ont encouragé les chercheurs à réfléchir à de nouvelles solutions et domaines d'application pour les réseaux tactiques et les systèmes de transport intelligents (STI). En tant que caractéristique essentielle des réseaux ad hoc, la mobilité des appareils et leur capacité à communiquer entre eux sans avoir besoin d'une infrastructure préétablie, basée sur un mécanisme d'auto-organisation, est considérée comme une caractéristique attrayante afin de construire des applications et protocoles. Par conséquent, le besoin de modèles de mobilité est l'un des éléments les plus importants pour permettre une évaluation, une analyse et une comparaison approfondies de ces applications et protocoles, avant qu'ils ne soient officiellement adoptés pour utilisation. Étant donné que la plupart des scénarios du monde réel sont basés sur la mobilité des nœuds, y compris les véhicules intelligents, les personnes et les drones, nous nous intéressons à l'étude de la modélisation de la mobilité, afin de rechercher, de la manière la plus réaliste possible, les comportements de mobilité efficaces pour des scénarios plus réalistes. Nous nous concentrons principalement sur la modélisation de la mobilité en tant que composant de base pour fournir une analyse efficace de la dynamique des nœuds dans les réseaux tactiques, et également pour comprendre les comportements des systèmes de trafic afin de concevoir des schémas de mobilité intelligents pour les systèmes de transport et les villes intelligentes. Nous avons commencé nos recherches en étudiant les comportements de mobilité pour en extraire leurs propriétés intrinsèques et pouvoir proposer des approches plus précises. Après cela, notre attention est orientée vers l'adoption des spécifications et des outils nécessaires pour concevoir les comportements de mobilité des réseaux tactiques, ainsi que pour réaliser des stratégies de mobilité intelligentes pour fournir des services efficaces dans les villes intelligentes. Dans cette thèse, nous nous intéressons à l'étude de certains modèles de mobilité de scénarios tactiques dans les réseaux mobiles ad hoc (MANET) et les réseaux de capteurs sans fil (WSN) afin de fournir des outils de simulation puissants pour étudier et analyser certains défis fréquemment rencontrés dans les réseaux sans fil, notamment changement de topologie, fiabilité des communications et efficacité énergétique. Nous nous sommes intéressés à la dynamique du réseau tactique et en particulier à la dynamique des soldats débarqués ce qui est très intéressant pour les guerres modernes. De plus, nous avons fourni des simulations approfondies de réseaux de capteurs basées sur des scénarios tactiques, pour mettre en évidence la relation entre la mobilité tactique et l'efficacité énergétique. Un autre sujet d'intérêt qui nous intéresse est la ville intelligente. Avant d'appréhender les spécificités de la mobilité intelligente dans les systèmes de circulation et les villes intelligentes, notre intérêt s'est d'abord orienté vers la modélisation de la mobilité basée sur des automates cellulaires, appelés modèles microscopiques. L'objectif de ce choix est de faire un premier pas vers la compréhension des systèmes de trafic routier avant de passer par la mobilité intelligente dans les villes intelligentes. Ensuite, notre attention se porte à la fois sur la mobilité et la communication en environnement véhiculaire appelés VANETs, ​​ce qui nous permet d'étudier l'interaction en temps réel soit entre Véhicules (V2V) soit entre véhicules et infrastructures (V2I). Cette étude nous a permis d'envisager de nouvelles solutions aux problèmes liés aux STI, notamment les embouteillages, les embouteillages et les accidents. Nous abordons précisément à la fois le problème des embouteillages et les situations de collision aux carrefours. Le but d'une telle étude est d'améliorer la fluidité du trafic routier dans les systèmes de transport en profitant des nouvelles technologies sans fil pour immigrer vers la mobilité intelligente du trafic, qui est actuellement l'un des services les plus fondamentaux qui doivent être disponibles dans les villes intelligentes. Nous avons adopté des stratégies de coopération entre véhicules (V2V) et entre véhicules et infrastructures (V2I). En conséquence, nous avons mis en place une stratégie de planification en temps réel des trajectoires pour éviter les problèmes liés avec le trafic routier en réduisant les temps de trajet sur les segments de route. Cette stratégie de planification de trajectoires permet au conducteur d'obtenir des trajets courts en temps opportun sur la base des informations reçues à propos de l'état du trafic routier dans chaque segment de route. Dans le contexte des collisions aux intersections, nous avons développé une approche basée sur une communication périodique d'informations entre les véhicules qui s'approchent de l'intersection pour estimer et éviter les collisions à l'intersection.

The wireless sensor networks that we work with in this thesis are a set of devices connected to each other by low-rate and low-power technologies. Their role is to produce measures on the physical environment around them (meteorological and climate condition tracking, monitoring of industrial installations, control of distribution grids, topographical surveillance…). These measures must then be collected out of the network. Since the sensors have short range radios, transmissions are multi-hop, the sensors close to the destination relaying the information transmitted by those which are further away from it. Because of the movement of the nodes themselves or of objects in their environment interfering with wireless communications, the exact topology of the network is subject to change. In addition, the battery-powered sensors are limited in energy and therefore in transmission abilities. The power-saving techniques applied to turn off the radio most of the time impose synchronization constraints.To route information through the network, the routing protocol establishes routes, so that the sensors can relay information from and to the network border router through reliable links leading to the destination through short paths. Due to sensor limitations, the routing must be energy efficient, i.e.\ the overload of the radio transmissions involved by the routing algorithm itself must be as lightweight as possible. It must also be able to restore connectivity on a network topology change without creating routing loops that negatively impact the quality of service and the energy reserves of the nodes.This document describes a routing protocol that meets these objectives. It is capable of creating a self-healing collection tree that extracts information out of the network, as well as from the routes to distribute command messages or acknowledgment to the nodes. It also validates the data path of each packet to ensure that they never enter a routing loop. The protocol is run in simulations and also on real platform experiments, showing the effectiveness of the proposed mechanisms.In order to improve its ability to choose the best available links, I also propose the use of a new estimation of their quality. It is based on two complementary measurements: a long-term measurement of the ambient noise level on the radio channel, and a measurement of the power of the signal received from the transmitter. These two measurements provide an estimate of the signal-to-noise ratio, and thereby the expected reception rate. This estimate is both accurate, quick to obtain, and adapted to the constraints of sensors and networks we are talking about.; Les réseaux de capteurs sans fil qui nous occupent dans cette thèse sont un ensemble d'appareils connectés les uns aux autres par des technologies bas débit et faible consommation. Leur rôle est de prendre des mesures sur l'environnement physique qui les entoure (suivis météoclimatiques, contrôles d'installations industrielles, relevés de l'état des réseaux de distributions, surveillance topographique…). Ces mesures doivent ensuite être collectées vers l'extérieur du réseau. Comme les capteurs ont une courte portée de communication radio, les transmissions sont faites en multisaut, les capteurs proches de la destination relayant l'information émise par ceux qui en sont plus éloignés. À cause du mouvement des nœuds eux-mêmes ou d'objets dans leur environnement perturbant les communications sans fil, la topologie exacte du réseau est sujette à des changements. De plus, les capteurs eux-mêmes, alimentés par batterie pour la plupart, sont limités en énergie et par là en capacité de transmission. Les techniques d'économie d'énergie appliquées pour éteindre la radio la plupart du temps imposent alors des contraintes de synchronisation supplémentaires.Pour acheminer l'information dans le réseau, le protocole de routage établit des routes, de façon à ce que les capteurs puissent relayer l'information depuis et jusqu'au routeur de bordure du réseau à travers des liens fiables et conduisant jusqu'à la destination à travers des chemins courts. À cause des limitations des capteurs, le protocole de routage doit être efficace en énergie, c'est-à-dire que la surcharge des transmissions radio impliquées par le protocole de routage lui-même doit être aussi légère que possible. Il doit aussi être capable de rétablir la connectivité en cas de changement dans la topologie du réseau, et ce sans créer de boucles de routage pénalisant tant la qualité de service que les réserves d'énergie des nœuds.Ce document décrit un protocole de routage répondant à ces objectifs. Il est capable de créer un arbre de collecte autoréparant permettant d'extraire l'information hors du réseau, ainsi que des routes pour distribuer des commandes ou des accusés de réception aux nœuds. Il valide aussi le chemin emprunté par chaque paquet transmis afin de garantir qu'ils n'entrent jamais dans une boucle de routage. Le protocole est mis en situation dans des simulations et aussi des expérimentations en plateforme réelle, montrant l'efficacité des mécanismes proposés.Afin d'améliorer sa capacité à choisir les meilleurs liens disponibles, je propose également l'utilisation d'une nouvelle estimation de leur qualité. Elle est basée sur deux mesures complémentaires : une mesure à long terme du niveau de bruit ambiant présent sur le canal radio, et une mesure ponctuelle de la puissance du signal reçu de l'émetteur. Ces deux mesures fournissent une estimation du rapport signal à bruit, et par là du taux de réception attendu. Cette estimation est à la fois précise, rapide à obtenir, et adaptée aux contraintes des capteurs et des réseaux desquels nous parlons.

The wireless sensor networks that we work with in this thesis are a set of devices connected to each other by low-rate and low-power technologies. Their role is to produce measures on the physical environment around them (meteorological and climate condition tracking, monitoring of industrial installations, control of distribution grids, topographical surveillance…). These measures must then be collected out of the network. Since the sensors have short range radios, transmissions are multi-hop, the sensors close to the destination relaying the information transmitted by those which are further away from it. Because of the movement of the nodes themselves or of objects in their environment interfering with wireless communications, the exact topology of the network is subject to change. In addition, the battery-powered sensors are limited in energy and therefore in transmission abilities. The power-saving techniques applied to turn off the radio most of the time impose synchronization constraints.To route information through the network, the routing protocol establishes routes, so that the sensors can relay information from and to the network border router through reliable links leading to the destination through short paths. Due to sensor limitations, the routing must be energy efficient, i.e.\ the overload of the radio transmissions involved by the routing algorithm itself must be as lightweight as possible. It must also be able to restore connectivity on a network topology change without creating routing loops that negatively impact the quality of service and the energy reserves of the nodes.This document describes a routing protocol that meets these objectives. It is capable of creating a self-healing collection tree that extracts information out of the network, as well as from the routes to distribute command messages or acknowledgment to the nodes. It also validates the data path of each packet to ensure that they never enter a routing loop. The protocol is run in simulations and also on real platform experiments, showing the effectiveness of the proposed mechanisms.In order to improve its ability to choose the best available links, I also propose the use of a new estimation of their quality. It is based on two complementary measurements: a long-term measurement of the ambient noise level on the radio channel, and a measurement of the power of the signal received from the transmitter. These two measurements provide an estimate of the signal-to-noise ratio, and thereby the expected reception rate. This estimate is both accurate, quick to obtain, and adapted to the constraints of sensors and networks we are talking about.; Les réseaux de capteurs sans fil qui nous occupent dans cette thèse sont un ensemble d'appareils connectés les uns aux autres par des technologies bas débit et faible consommation. Leur rôle est de prendre des mesures sur l'environnement physique qui les entoure (suivis météoclimatiques, contrôles d'installations industrielles, relevés de l'état des réseaux de distributions, surveillance topographique…). Ces mesures doivent ensuite être collectées vers l'extérieur du réseau. Comme les capteurs ont une courte portée de communication radio, les transmissions sont faites en multisaut, les capteurs proches de la destination relayant l'information émise par ceux qui en sont plus éloignés. À cause du mouvement des nœuds eux-mêmes ou d'objets dans leur environnement perturbant les communications sans fil, la topologie exacte du réseau est sujette à des changements. De plus, les capteurs eux-mêmes, alimentés par batterie pour la plupart, sont limités en énergie et par là en capacité de transmission. Les techniques d'économie d'énergie appliquées pour éteindre la radio la plupart du temps imposent alors des contraintes de synchronisation supplémentaires.Pour acheminer l'information dans le réseau, le protocole de routage établit des routes, de façon à ce que les capteurs puissent relayer l'information depuis et jusqu'au routeur de bordure du réseau à travers des liens fiables et conduisant jusqu'à la destination à travers des chemins courts. À cause des limitations des capteurs, le protocole de routage doit être efficace en énergie, c'est-à-dire que la surcharge des transmissions radio impliquées par le protocole de routage lui-même doit être aussi légère que possible. Il doit aussi être capable de rétablir la connectivité en cas de changement dans la topologie du réseau, et ce sans créer de boucles de routage pénalisant tant la qualité de service que les réserves d'énergie des nœuds.Ce document décrit un protocole de routage répondant à ces objectifs. Il est capable de créer un arbre de collecte autoréparant permettant d'extraire l'information hors du réseau, ainsi que des routes pour distribuer des commandes ou des accusés de réception aux nœuds. Il valide aussi le chemin emprunté par chaque paquet transmis afin de garantir qu'ils n'entrent jamais dans une boucle de routage. Le protocole est mis en situation dans des simulations et aussi des expérimentations en plateforme réelle, montrant l'efficacité des mécanismes proposés.Afin d'améliorer sa capacité à choisir les meilleurs liens disponibles, je propose également l'utilisation d'une nouvelle estimation de leur qualité. Elle est basée sur deux mesures complémentaires : une mesure à long terme du niveau de bruit ambiant présent sur le canal radio, et une mesure ponctuelle de la puissance du signal reçu de l'émetteur. Ces deux mesures fournissent une estimation du rapport signal à bruit, et par là du taux de réception attendu. Cette estimation est à la fois précise, rapide à obtenir, et adaptée aux contraintes des capteurs et des réseaux desquels nous parlons.

The demand on mobile traffic has been largely increasing nowadays. Facing such growth, several propositions are being studied to cope with this challenge. Cloud-Radio Access Networks Architecture (C-RAN) is one of the proposed solutions to address the increased demand, and is a potential candidate for future 5G networks. The C-RAN architecture dissociates two main elements composing the base station: The Baseband Unit (BBU), consisting in an intelligent element to perform baseband tasks functionalities, and the Remote Radio Head (RRH), that consists in a passive antenna element to provide access for serviced User Equipments (UEs). In C-RAN architecture, the BBUs migrate to a Cloud data center, while RRHs remain distributed across multiple sites. Several advantages are derived, such as statistical multiplexing gain, efficiency in resource utilization and power saving. Contrarily to conventional architecture, where each RRH is associated to one BBU, in C-RAN architecture, multiple RRHs can be embraced by one single BBU when network load conditions are low, bringing along several benefits, such as enhanced energy efficiency, and power consumption minimization. In this thesis, the BBU-RRH association optimization problem is addressed. Our aim is to optimize the BBU-RRH association schemes, taking into consideration several criteria. The problem presents many constraints: For example, achieving minimized power consumption while guaranteeing a minimum level of Quality of Service (QoS) is a challenging task. Further, taking into account the interference level variation while turning ON/OFF BBUs is paramount to achieve enhanced spectral efficiency. Moreover, deciding how to re-associate RRHs to BBUs under dynamic load conditions is also a challenge, since connected UEs face handovers (HOs) when RRHs change their associations.; De nos jours, la demande en trafic mobile a considérablement augmenté. Face à cette croissance, plusieurs propositions font l'objet d'étude pour remédier à un tel défi. L’architecture des réseaux d’accès de type Cloud (C-RAN) est l’une des propositions pour faire face à cette demande croissante, et constitue une solution candidate potentielle pour les réseaux futurs 5G. L'architecture C-RAN dissocie deux éléments principaux de la station de base: La BBU ou ``Baseband Unit", qui constitue une unité intelligente pour le traitement des données en bande de base, et le RRH ou ``Remote Radio Head", constituant en une antenne passive pour fournir l'accès aux utilisateurs (UEs). Grâce à l’architecture C-RAN, les BBUs sont centralement regroupées, alors que les RRHs sont distribués sur plusieurs sites. Plusieurs avantages sont ainsi dérivés, tels que le gain en multiplexage statistique, l’efficacité d’utilisation des ressources, et l’économie de puissance. Contrairement à l’architecture conventionnelle où chaque RRH est exclusivement associé à une BBU, dans l’architecture C-RAN, plusieurs RRHs sont regroupés en une seule BBU lorsque les conditions de charge sont faibles. Ceci présente plusieurs avantages, tel que l’amélioration en efficacité énergétique et la minimisation en consommation de puissance. Dans cette thèse, nous adressons le problème d’optimisation des associations BBU-RRH. Nous nous intéressons à l’optimisation des regroupements des RRHs aux BBUs en tenant compte de critères multiples. Plusieurs contraintes sont ainsi envisagées, tel que la réduction de la consommation d'énergie sous garantie de Qualité de Service (QoS) minimale. En outre, la prise en compte du changement du niveau d’interférence en activant/désactivant les BBUs est primordiale pour l’amélioration de l’efficacité spectrale. En plus, décider dynamiquement de la réassociation des RRHs aux BBUs sous des conditions de charges variables représente un défi, vu que les UEs connectés aux RRHs changeant leurs associations font face à des ``handovers" (HOs).

Today a lot of cloud computing and cloud database techniques are adopted both in industry and academia to face the arrival of the big data era. Meanwhile, energy efficiency and energy saving become a major concern in data centers, which are in charge of large distributed systems and cloud databases. However, energy efficiency and service-level agreement of cloud databases are suffering from resource provisioning, resource over-provisioning and resource under-provisioning, namely that there is a gap between resource provided and resource required. Since the usage of cloud database is dynamical, resource of the system should be provided according to its workload. In this thesis, we present our work on energy-efficient resource provisioning for cloud databases that utilizes dynamic voltage and frequency scaling (DVFS) technique to cope with resource provisioning issues. Additionally, a migration approach is introduced to improve the energy efficiency of cloud database systems further. Our contribution can be summarized as follows: At first, the behavior of energy efficiency of the cloud database system under DVFS technique is analyzed. Based on the benchmark result, two frequency selection approaches are proposed. Then, a frequency selection approach with bounded problem is introduced, in which the power consumption and migration cost are treated separately. A linear programming algorithm and a multi-phases algorithm are proposed. Because of the huge solution space, both algorithms are compared within a small case, while the multi-phases algorithm is evaluated with larger cases. Further, a frequency selection approach with optimization problem is introduced, in which the energy consumption for executing the workload and migration cost are handled together. Two algorithms, a genetic based algorithm and a monte carlo tree search based algorithm are proposed. Both algorithms have their pros and cons. At last, a migration approach is introduced to migrate data according to the given frequencies and current data layout. A migration plan can be obtained within polynomial time by the proposed Constrained MHTM algorithm.; Aujourd'hui, beaucoup de techniques de cloud computing et de bases de données dans le cloud sont adoptées dans l'industrie et le monde universitaire pour faire face à l'arrivée de l'ère du big data. Parallèlement, l'efficacité énergétique et les économies d'énergie deviennent une préoccupation majeure pour les centres de données, qui sont en charge de grands systèmes distribués et de bases de données dans le cloud. Toutefois, l'efficacité énergétique et l'accord de niveau de service des bases de données dans le cloud souffrent d'un problème d'allocation en ressources, de sur-allocation et de sous-allocation, c'est-à-dire qu'il y a un écart entre les ressources fournies et les ressources requises. Comme l'utilisation des bases de données dans le cloud est dynamique, les ressources du système devraient être fournies en fonction de sa charge de travail. Dans cette thèse, nous présentons nos recherches sur l'allocation de ressources efficace en énergie pour les bases de données dans le cloud, utilisant des techniques d'ajustement dynamique de la tension et de la fréquence (dynamic voltage and frequency scaling, DVFS for short) pour résoudre les problèmes d'allocation en ressources. De plus, une approche de migration est introduite pour améliorer davantage l'efficacité énergétique des systèmes de bases de données dans le cloud. Notre contribution peut se résumer comme suit : Dans un premier temps, le comportement de l'efficacité énergétique du système de base de données dans le cloud utilisant des techniques DVFS est analysé. En fonction des résultats du benchmark, deux approches de sélection des fréquences sont proposées. Ensuite, une approche de type problème borné est introduite pour la sélection de la fréquence. Avec cette approche, la consommation d'énergie et le coût de migration sont traités séparément. Un programme linéaire et un algorithme multi-phases sont proposés. Puisque l'espace de solution est très grand, les deux algorithmes sont comparés avec un petit cas, tandis que l'algorithme multi-phases est évalué avec des cas plus grands. En outre, une approche de type problème d'optimisation est introduite pour la sélection de la fréquence. Avec cette approche, la consommation d'énergie et le coût de migration sont traités comme un tout. Un algorithme génétique ainsi qu'un algorithme fondé sur la recherche arborescente Monte-Carlo sont proposés. Chacun des deux algorithmes présente des avantages et des inconvénients. Enfin, une approche de migration est introduite pour migrer les données en fonction des fréquences données et de leur disposition actuelle. Un plan de migration peut être obtenu en temps polynomial grâce à l'algorithme Constrictif MTHM proposé.

Today a lot of cloud computing and cloud database techniques are adopted both in industry and academia to face the arrival of the big data era. Meanwhile, energy efficiency and energy saving become a major concern in data centers, which are in charge of large distributed systems and cloud databases. However, energy efficiency and service-level agreement of cloud databases are suffering from resource provisioning, resource over-provisioning and resource under-provisioning, namely that there is a gap between resource provided and resource required. Since the usage of cloud database is dynamical, resource of the system should be provided according to its workload. In this thesis, we present our work on energy-efficient resource provisioning for cloud databases that utilizes dynamic voltage and frequency scaling (DVFS) technique to cope with resource provisioning issues. Additionally, a migration approach is introduced to improve the energy efficiency of cloud database systems further. Our contribution can be summarized as follows: At first, the behavior of energy efficiency of the cloud database system under DVFS technique is analyzed. Based on the benchmark result, two frequency selection approaches are proposed. Then, a frequency selection approach with bounded problem is introduced, in which the power consumption and migration cost are treated separately. A linear programming algorithm and a multi-phases algorithm are proposed. Because of the huge solution space, both algorithms are compared within a small case, while the multi-phases algorithm is evaluated with larger cases. Further, a frequency selection approach with optimization problem is introduced, in which the energy consumption for executing the workload and migration cost are handled together. Two algorithms, a genetic based algorithm and a monte carlo tree search based algorithm are proposed. Both algorithms have their pros and cons. At last, a migration approach is introduced to migrate data according to the given frequencies and current data layout. A migration plan can be obtained within polynomial time by the proposed Constrained MHTM algorithm., Aujourd'hui, beaucoup de techniques de cloud computing et de bases de données dans le cloud sont adoptées dans l'industrie et le monde universitaire pour faire face à l'arrivée de l'ère du big data. Parallèlement, l'efficacité énergétique et les économies d'énergie deviennent une préoccupation majeure pour les centres de données, qui sont en charge de grands systèmes distribués et de bases de données dans le cloud. Toutefois, l'efficacité énergétique et l'accord de niveau de service des bases de données dans le cloud souffrent d'un problème d'allocation en ressources, de sur-allocation et de sous-allocation, c'est-à-dire qu'il y a un écart entre les ressources fournies et les ressources requises. Comme l'utilisation des bases de données dans le cloud est dynamique, les ressources du système devraient être fournies en fonction de sa charge de travail. Dans cette thèse, nous présentons nos recherches sur l'allocation de ressources efficace en énergie pour les bases de données dans le cloud, utilisant des techniques d'ajustement dynamique de la tension et de la fréquence (dynamic voltage and frequency scaling, DVFS for short) pour résoudre les problèmes d'allocation en ressources. De plus, une approche de migration est introduite pour améliorer davantage l'efficacité énergétique des systèmes de bases de données dans le cloud. Notre contribution peut se résumer comme suit : Dans un premier temps, le comportement de l'efficacité énergétique du système de base de données dans le cloud utilisant des techniques DVFS est analysé. En fonction des résultats du benchmark, deux approches de sélection des fréquences sont proposées. Ensuite, une approche de type problème borné est introduite pour la sélection de la fréquence. Avec cette approche, la consommation d'énergie et le coût de migration sont traités séparément. Un programme linéaire et un algorithme multi-phases sont proposés. Puisque l'espace de solution est très grand, les deux algorithmes sont comparés avec un petit cas, tandis que l'algorithme multi-phases est évalué avec des cas plus grands. En outre, une approche de type problème d'optimisation est introduite pour la sélection de la fréquence. Avec cette approche, la consommation d'énergie et le coût de migration sont traités comme un tout. Un algorithme génétique ainsi qu'un algorithme fondé sur la recherche arborescente Monte-Carlo sont proposés. Chacun des deux algorithmes présente des avantages et des inconvénients. Enfin, une approche de migration est introduite pour migrer les données en fonction des fréquences données et de leur disposition actuelle. Un plan de migration peut être obtenu en temps polynomial grâce à l'algorithme Constrictif MTHM proposé.

The Internet of Things (IoT) is expected to grow to 50 billion connected devices by 2020. Within the IoT, devices across a variety of industries will be interconnected through the Internet and peer-to-peer connections as well as closed networks like those used in the smart grid infrastructure. With the global focus on energy and water management and conservation, the IoT will extend the connected benefits of the smart grid beyond the distribution, automation and monitoring being done by utility providers. Management systems for in-home and in-building use will help consumers monitor their own usage and adjust behaviors. These systems will eventually regulate automatically by operating during off-peak energy hours and connect to sensors to monitor occupancy, lighting conditions, and more. But it all starts with a smarter and more connected grid. Smart metering provides a base around which utilities can build up smarter advanced services for the whole chain of energy generation, transmission and distribution. The main objective of this doctoral research project is to come up with the IoT communication modules with very low consumption characteristics. The energy consumption is the most challenging issue for smart home and smart metering applications. The battery powered devices such as sensors and gas and water meters are concerned directly with the consumption of their communication module. Today most of the embedded wireless solutions designed for sensors and battery powered devices do not embed IPv6 stack in the communication module to have a basic hardware with low consumption. Elaborating IoT wireless technologies to achieve the tough energy consumption objectives imposed to them will boost up the spread of these technologies and help IoT to find its place in the market fast. This PhD program will start with: First) a state of the art and reviewing the current solutions developed for sensor networks and protocols designed for battery powered devices. Second) it continues by reviewing Itron solutions for IPv6 meshed network. Third) Design of a low consumption solution for IoT wireless modules and) finally test and experimentation on platform, L'Internet des objets (IoT) devrait interconnecter plus de 50 milliards d’objet d'ici à 2020. Avec l'IoT, une variété d’objets de différentes industries seront interconnectés à travers Internet. Avec un accent sur la gestion et le stockage des ressources énergétique et l'eau. L'IoT permet d’enrichir les services fournis par les distributeurs d’énergie à travers les smart-grid au-delà de la distribution, de l'automatisation et du contrôle. Les systèmes de gestion pour la domotique et les bâtiments intelligents aideront les consommateurs à surveiller et à ajuster leur consommation. Les compteurs intelligents fournissent ainsi un ensemble d’information permettant aux fournisseurs d’énergie de mettre en place des services plus intelligents pour l'ensemble de la chaîne de production d'énergie. L'objectif principal de ce projet de recherche doctorale est de développer des modules de communication très basse consommation. La consommation énergétique étant la plus grande contrainte pour les applications de compteurs intelligents. Les objets connectés alimentés par batterie tels que les capteurs et compteurs de gaz et d'eau sont concernés directement par la consommation en énergie de leur module de communication. Aujourd'hui, la plupart des solutions sans fil embarquées conçues pour capteurs alimentés ne sont pas compatible avec la pile protocolaire IPv6 afin d’économiser la consommation énergétique. Élaborer des technologies sans fil de l'IoT pour atteindre les objectifs de consommation d'énergie va démocratiser l’utilisation de ces technologies et aider les solutions de l’IoT à trouver leur place sur le marché. Ce doctorat débutera par: 1) Un état de l'art permettant d'examiner les solutions actuelles développées pour les réseaux de capteurs et des protocoles conçus pour les appareils alimentés par batterie. 2) Dans un deuxième temps en examinant les solutions Itron pour IPv6 réseau maillé. 3) La troisième phase sera la proposition et la conception d'une solution à faible consommation pour les modules sans fil et l'internet des objets. 4) Et enfin l’expérimentation et la validation des solutions proposées sur des plateformes d’expérimentations

National audience; Due to new government legislation, customers’ environmental concerns and continuously rising cost of energy, energy efficiency is becoming an essential parameter of industrial manufacturing processes in recent years. Most efforts considering energy issues in scheduling problems have focused on static scheduling. But in fact, scheduling problems are dynamic in the real world with uncertain new arrival jobs after the execution time. In this thesis, two energy efficient dynamic scheduling problems are studied. Model I analyzes the total tardiness and the makespan with a peak power limitation while considering the flexible flow shop with new arrival jobs. A periodic complete rescheduling approach is adopted to represent the optimization problem. Model II concerns an investigation into minimizing total tardiness and total energy consumption in the job shop with new urgent arrival jobs. An event driven schedule repair approach is utilized to deal with the u! pdated schedule.As an adequate renewed scheduling plan needs to be obtained in a short response time in dynamic environment, two parallel Genetic Algorithms (GAs) are proposed to solve these two models respectively. The parallel GA I is a CUDA-based hybrid model consisting of an island GA at the upper level and a fine-grained GA at the lower level. It combines metrics of two hierarchical layers and takes full advantage of CUDA’s compute capability. The parallel GA II is a dual heterogeneous design composed of a cellular GA and a pseudo GA. The islands with these two different structures increase the population diversity and can be well parallelized on GPUs simultaneously with multi-core CPU. Finally, numerical experiments are conducted and show that our approaches can not only solve the problems flexibly, but also gain competitive results and reduce time requirements.; Du fait de nouvelles législations gouvernementales et de la prise de conscience environnementale des consommateurs ainsi que de la hausse du coût de l’énergie, l’efficacité énergétique est devenue un paramètre essentiel des processus industriels ces dernières années. La plupart des avancées en ce qui concerne les économies d’énergie dans les problèmes d’ordonnancement se sont focalisées sur l’ordonnancement statique. Mais en fait, ces problèmes sont dynamiques dans le monde réel. Dans cette thèse, deux problèmes d’ordonnancement dynamique efficace énergiquement sont étudiés. Le Modèle I analyse le retard total et la durée de production avec une limite de puissance tout en tenant compte d’un flux dynamique de nouvelles tâches. Un rééchelonnement complet périodique est adopté. Le Modèle II vise à réduire au minimum le retard total et la consommation d’énergie totale dans le traitement des tâches en tenant c! ompte de nouvelles tâches prioritaires. Une approche basée sur la réparation de la planification des événements est utilisée pour traiter la mise à jour de l’ordonnancement. Comme un nouveau plan d’ordonnancement adéquat doit être obtenu dans un temps de réponse court dans un environnement dynamique, deux Algorithmes Génétiques parallèles (AG) sont proposés pour résoudre ces deux modèles. L’algorithme parallèle AG I est une méthode hybride basée sur CUDA consistant en un modèle AG insulaire au niveau supérieur et un modèle AG fin, au niveau inférieur. Il combine les métriques de deux couches hiérarchiques et tire pleinement parti des capacités de calcul de la plateforme CUDA. L’algorithme AG II est conçu avec une double hétérogénéité qui résulte de l’utilisation d’un AG cellulaire parallèle et d’un pseudo AG parallèle. Avec ces deux structures différentes, les ilots augmentent la diversité de la population et peuvent être ! simultanément parallélisés sur des GPU et un processeur mul! ti-cœur. Enfin, des solutions numériques sont présentées et analysées ; elles montrent que nos approches peuvent non seulement résoudre les problèmes de manière flexible, mais également obtenir des solutions avantageuses et réduire les temps de calcul.

The demand on mobile traffic has been largely increasing nowadays. Facing such growth, several propositions are being studied to cope with this challenge. Cloud-Radio Access Networks Architecture (C-RAN) is one of the proposed solutions to address the increased demand, and is a potential candidate for future 5G networks. The C-RAN architecture dissociates two main elements composing the base station: The Baseband Unit (BBU), consisting in an intelligent element to perform baseband tasks functionalities, and the Remote Radio Head (RRH), that consists in a passive antenna element to provide access for serviced User Equipments (UEs). In C-RAN architecture, the BBUs migrate to a Cloud data center, while RRHs remain distributed across multiple sites. Several advantages are derived, such as statistical multiplexing gain, efficiency in resource utilization and power saving. Contrarily to conventional architecture, where each RRH is associated to one BBU, in C-RAN architecture, multiple RRHs can be embraced by one single BBU when network load conditions are low, bringing along several benefits, such as enhanced energy efficiency, and power consumption minimization. In this thesis, the BBU-RRH association optimization problem is addressed. Our aim is to optimize the BBU-RRH association schemes, taking into consideration several criteria. The problem presents many constraints: For example, achieving minimized power consumption while guaranteeing a minimum level of Quality of Service (QoS) is a challenging task. Further, taking into account the interference level variation while turning ON/OFF BBUs is paramount to achieve enhanced spectral efficiency. Moreover, deciding how to re-associate RRHs to BBUs under dynamic load conditions is also a challenge, since connected UEs face handovers (HOs) when RRHs change their associations., De nos jours, la demande en trafic mobile a considérablement augmenté. Face à cette croissance, plusieurs propositions font l'objet d'étude pour remédier à un tel défi. L’architecture des réseaux d’accès de type Cloud (C-RAN) est l’une des propositions pour faire face à cette demande croissante, et constitue une solution candidate potentielle pour les réseaux futurs 5G. L'architecture C-RAN dissocie deux éléments principaux de la station de base: La BBU ou ``Baseband Unit", qui constitue une unité intelligente pour le traitement des données en bande de base, et le RRH ou ``Remote Radio Head", constituant en une antenne passive pour fournir l'accès aux utilisateurs (UEs). Grâce à l’architecture C-RAN, les BBUs sont centralement regroupées, alors que les RRHs sont distribués sur plusieurs sites. Plusieurs avantages sont ainsi dérivés, tels que le gain en multiplexage statistique, l’efficacité d’utilisation des ressources, et l’économie de puissance. Contrairement à l’architecture conventionnelle où chaque RRH est exclusivement associé à une BBU, dans l’architecture C-RAN, plusieurs RRHs sont regroupés en une seule BBU lorsque les conditions de charge sont faibles. Ceci présente plusieurs avantages, tel que l’amélioration en efficacité énergétique et la minimisation en consommation de puissance. Dans cette thèse, nous adressons le problème d’optimisation des associations BBU-RRH. Nous nous intéressons à l’optimisation des regroupements des RRHs aux BBUs en tenant compte de critères multiples. Plusieurs contraintes sont ainsi envisagées, tel que la réduction de la consommation d'énergie sous garantie de Qualité de Service (QoS) minimale. En outre, la prise en compte du changement du niveau d’interférence en activant/désactivant les BBUs est primordiale pour l’amélioration de l’efficacité spectrale. En plus, décider dynamiquement de la réassociation des RRHs aux BBUs sous des conditions de charges variables représente un défi, vu que les UEs connectés aux RRHs changeant leurs associations font face à des ``handovers" (HOs).

This thesis addresses the Resource Allocation (RA) problem in multiuser mobile ad hoc networks. We assume that there is a node in the network, called the resource manager (RM), whose task is to allocate the resource and thus the other nodes send him there channel state information (CSI). This network model induces a delay between the time the nodes send the RM their CSI and the time the RM sends them their RA, which renders impossible the use of instantaneous CSI. Thus, we assume that only statistical CSI is available to perform the RA. Moreover, we assume that an Hybrid ARQ (HARQ) mechanism is used on all the links. In this context, the objective of the thesis is twofold: i) Propose procedures to estimate the statistical CSI, and more precisely to estimate the Rician K factor with and without shadowing. ii) Propose and analyse new RA algorithms using statistical CSI and taking into account the use of HARQ and practical modulation and coding schemes. We aim to maximize energy efficiency related metrics. The resource to allocate are per-link transmit energy and bandwidth proportion., Cette thèse traite le problème de l’allocation des ressources physiques dans les réseaux ad hoc mobiles en contexte multi-utilisateurs. Nous considérons qu’un noeud du réseau, appelé gestionnaire des ressources (GR) a pour tâche d’effectuer cette allocation de ressources, et que pour ce faire, les autres noeuds lui communiquent des informations relatives aux canaux de propagations de leurs liens de communications. Ce modèle de réseaux induit un délai entre le moment où les noeuds envoient leurs informations au GR et le moment où le GR leur envoie leur allocation de ressource, ce qui rend impossible l’utilisation d’informations de canal instantanées pour effectuer l’allocation. Ainsi, nous considérons que le GR ne dispose que d’informations statistiques relatives aux canaux des différents liens de communications. De plus, nous supposons que chaque lien utilise le mécanisme de l’ARQ Hybride (HARQ). Dans ce contexte, la thèse comporte deux objectifs principaux: i) Proposer des procédures d’estimation de la statistique du canal de propagation, et plus particulièrement du facteur K du canal de Rice avec et sans effet de masquage. ii) Proposer et étudier des algorithmes d’allocation de ressources basés sur les statistiques du canal et prenant en compte l’utilisation de l’HARQ ainsi que de schéma de modulation et de codage pratique. En particulier, on cherche à maximiser des grandeurs relatives à l’efficacité énergétique du système. Les ressources à allouer à chaque lien sont une énergie de transmission et une proportion de la bande de fréquence.

In communication networks, system-level analysis and optimization are useful when one is interested in optimizing the system performance across the entire network. System-level analysis and optimization, therefore, are relevant for optimally operating current networks, and for deploying and planning future networks. In the last few years, the system-level modeling and analysis of cellular networks have been facilitated by capitalizing on the mathematical tool of stochastic geometry and, more precisely, on the theory of spatial point processes. It has been empirically validated that, from the system-level standpoint, the locations of cellular base stations can be abstracted as points of a homogeneous Poisson point process whose intensity coincides with the average number of based stations per unit area.In this context, the contribution of the present Ph.D. thesis lies in developing new analytical methodologies for analyzing and optimizing emerging cellular network deployments. The present Ph.D. thesis, in particular, provides three main contributions to the analysis and optimization of energy-efficient cellular networks.The first contribution consists of introducing a tractable approach for assessing the feasibility of multiple-antenna cellular networks, where low-energy mobile devices decode data and harvest power from the same received signal. Tools from stochastic geometry are used to quantify the information rate vs. harvested power tradeoff. Our study unveils that large-scale antenna arrays and ultra-dense deployments of base stations are both necessary to harvest, with high reliability, a sufficiently high amount of power. Furthermore, the feasibility of receiver diversity for application to downlink cellular networks is investigated. Several options that are based on selection combining and maximum ratio combining are compared against each other. Our analysis shows that no scheme outperforms the others for every system setup. It suggests, on the other hand, that the low-energy devices need to operate in an adaptive fashion, by choosing the receiver diversity scheme as a function of the imposed requirements.The second contribution consists of introducing a new tractable approach for modeling and optimizing the energy efficiency of cellular networks. Unlike currently available analytical approaches that provide either simple but meaningless or meaningful but complex analytical expressions of the coverage probability and spectral efficiency of cellular networks, the proposed approach is conveniently formulated in a closed-form expression that is proved to be simple and meaningful at the same time. By relying on the new proposed formulation of the spectral efficiency, a new tractable closed-form expression of the energy efficiency of downlink cellular network is proposed, which is used for optimizing the transmit power and the density of cellular base stations. It is mathematically proved, in particular, that the energy efficiency is a unimodal and strictly pseudo-concave function in the transmit power, given the density of the base stations, and in the density of the base stations, given the transmit power. The optimal transmit power and density of base stations are proved to be the solution of simple non-linear equations.The third contribution consists of introducing a new tractable approach for analyzing the performance of multi-tier cellular networks equipped with renewable energy sources, such as solar panels. The proposed approach allows one to account for the spatial distribution of the base stations by using the theory of point processes, as well as for the random arrival and availability of energy by using Markov chain theory. By using the proposed approach, the energy efficiency of cellular networks can be quantified and the interplay between the density of base stations and energy arrival rate can be quantified and optimized.; L'analyse et l'optimisation au niveau de système sont indispensables pour la progression de performance des réseaux de communication. Ils sont nécessaires afin de faire fonctionner de façon optimale des réseaux actuels et de planifier des réseaux futurs. La modélisation et l'analyse au niveau de système des réseaux cellulaires ont été facilitées grâce à la maîtrise de l'outil mathématique de la géométrie stochastique et, plus précisément, la théorie des processus ponctuels spatiaux. Du point de vue de système, il a été empiriquement validé que les emplacements des stations cellulaires de base peuvent être considérés comme des points d'un processus ponctuel de Poisson homogène dont l'intensité coïncide avec le nombre moyen de stations par unité de surface. Dans ce contexte, des contributions de ce travail se trouvent dans le développement de nouvelles méthodologies analytiques pour l'analyse et l'optimisation des déploiements de réseaux cellulaires émergents.La première contribution consiste à introduire une approche pour évaluer la faisabilité de réseaux cellulaires multi-antennes, dans lesquels les dispositifs mobiles à faible énergie décodent les données et récupèrent l'énergie à partir d’un même signal reçu. Des outils de géométrie stochastique sont utilisés pour quantifier le taux d'information par rapport au compromis de puissance captée. Les conclusions montrent que les réseaux d'antennes à grande échelle et les déploiements ultra-denses de stations base sont tous les deux nécessaires pour capter une quantité d'énergie suffisamment élevée et fiable. En outre, la faisabilité de la diversité des récepteurs pour l'application aux réseaux cellulaires descendants est également étudiée. Diverses options basées sur la combinaison de sélection et la combinaison de taux maximal sont donc comparées. Notre analyse montre qu'aucun système n’est plus performant que les autres pour chaque configuration de système : les dispositifs à basse énergie doivent fonctionner de manière adaptative, en choisissant le schéma de diversité des récepteurs en fonction des exigences imposées.La deuxième contribution consiste à introduire une nouvelle approche pour la modélisation et l'optimisation de l'efficacité énergétique des réseaux cellulaires.Contrairement aux approches analytiques actuellement disponibles qui fournissent des expressions analytiques trop simples ou trop complexes de la probabilité de couverture et de l'efficacité spectrale des réseaux cellulaires, l'approche proposée est formulée par une solution de forme fermée qui se révèle en même temps simple et significative. Une nouvelle expression de l'efficacité énergétique du réseau cellulaire descendant est proposée à partir d’une nouvelle formule de l'efficacité spectrale. Cette expression est utilisée pour l’optimisation de la puissance d'émission et la densité des stations cellulaires de base. Il est prouvé mathématiquement que l'efficacité énergétique est une fonction uni-modale et strictement pseudo-concave de la puissance d'émission en fixant la densité des stations de base, et de la densité des stations de base en fixant la puissance d'émission. La puissance d'émission optimale et la densité des stations de base s'avèrent donc être la solution des équations non linéaires simples.La troisième contribution consiste à introduire une nouvelle approche pour analyser les performances des réseaux cellulaires hétérogènes équipés des sources d'énergie renouvelables, telles que les panneaux solaires. L'approche proposée permet de tenir compte de la distribution spatiale des stations de base en utilisant la théorie des processus ponctuels, ainsi que l'apparition aléatoire et la disponibilité de l'énergie en utilisant la théorie des chaînes de Markov. En utilisant l'approche proposée, l'efficacité énergétique des réseaux cellulaires peut être quantifiée et l'interaction entre la densité des stations de base et le taux d'énergie d'apparition peut être quantifiée et optimisée.

In communication networks, system-level analysis and optimization are useful when one is interested in optimizing the system performance across the entire network. System-level analysis and optimization, therefore, are relevant for optimally operating current networks, and for deploying and planning future networks. In the last few years, the system-level modeling and analysis of cellular networks have been facilitated by capitalizing on the mathematical tool of stochastic geometry and, more precisely, on the theory of spatial point processes. It has been empirically validated that, from the system-level standpoint, the locations of cellular base stations can be abstracted as points of a homogeneous Poisson point process whose intensity coincides with the average number of based stations per unit area.In this context, the contribution of the present Ph.D. thesis lies in developing new analytical methodologies for analyzing and optimizing emerging cellular network deployments. The present Ph.D. thesis, in particular, provides three main contributions to the analysis and optimization of energy-efficient cellular networks.The first contribution consists of introducing a tractable approach for assessing the feasibility of multiple-antenna cellular networks, where low-energy mobile devices decode data and harvest power from the same received signal. Tools from stochastic geometry are used to quantify the information rate vs. harvested power tradeoff. Our study unveils that large-scale antenna arrays and ultra-dense deployments of base stations are both necessary to harvest, with high reliability, a sufficiently high amount of power. Furthermore, the feasibility of receiver diversity for application to downlink cellular networks is investigated. Several options that are based on selection combining and maximum ratio combining are compared against each other. Our analysis shows that no scheme outperforms the others for every system setup. It suggests, on the other hand, that the low-energy devices need to operate in an adaptive fashion, by choosing the receiver diversity scheme as a function of the imposed requirements.The second contribution consists of introducing a new tractable approach for modeling and optimizing the energy efficiency of cellular networks. Unlike currently available analytical approaches that provide either simple but meaningless or meaningful but complex analytical expressions of the coverage probability and spectral efficiency of cellular networks, the proposed approach is conveniently formulated in a closed-form expression that is proved to be simple and meaningful at the same time. By relying on the new proposed formulation of the spectral efficiency, a new tractable closed-form expression of the energy efficiency of downlink cellular network is proposed, which is used for optimizing the transmit power and the density of cellular base stations. It is mathematically proved, in particular, that the energy efficiency is a unimodal and strictly pseudo-concave function in the transmit power, given the density of the base stations, and in the density of the base stations, given the transmit power. The optimal transmit power and density of base stations are proved to be the solution of simple non-linear equations.The third contribution consists of introducing a new tractable approach for analyzing the performance of multi-tier cellular networks equipped with renewable energy sources, such as solar panels. The proposed approach allows one to account for the spatial distribution of the base stations by using the theory of point processes, as well as for the random arrival and availability of energy by using Markov chain theory. By using the proposed approach, the energy efficiency of cellular networks can be quantified and the interplay between the density of base stations and energy arrival rate can be quantified and optimized.; L'analyse et l'optimisation au niveau de système sont indispensables pour la progression de performance des réseaux de communication. Ils sont nécessaires afin de faire fonctionner de façon optimale des réseaux actuels et de planifier des réseaux futurs. La modélisation et l'analyse au niveau de système des réseaux cellulaires ont été facilitées grâce à la maîtrise de l'outil mathématique de la géométrie stochastique et, plus précisément, la théorie des processus ponctuels spatiaux. Du point de vue de système, il a été empiriquement validé que les emplacements des stations cellulaires de base peuvent être considérés comme des points d'un processus ponctuel de Poisson homogène dont l'intensité coïncide avec le nombre moyen de stations par unité de surface. Dans ce contexte, des contributions de ce travail se trouvent dans le développement de nouvelles méthodologies analytiques pour l'analyse et l'optimisation des déploiements de réseaux cellulaires émergents.La première contribution consiste à introduire une approche pour évaluer la faisabilité de réseaux cellulaires multi-antennes, dans lesquels les dispositifs mobiles à faible énergie décodent les données et récupèrent l'énergie à partir d’un même signal reçu. Des outils de géométrie stochastique sont utilisés pour quantifier le taux d'information par rapport au compromis de puissance captée. Les conclusions montrent que les réseaux d'antennes à grande échelle et les déploiements ultra-denses de stations base sont tous les deux nécessaires pour capter une quantité d'énergie suffisamment élevée et fiable. En outre, la faisabilité de la diversité des récepteurs pour l'application aux réseaux cellulaires descendants est également étudiée. Diverses options basées sur la combinaison de sélection et la combinaison de taux maximal sont donc comparées. Notre analyse montre qu'aucun système n’est plus performant que les autres pour chaque configuration de système : les dispositifs à basse énergie doivent fonctionner de manière adaptative, en choisissant le schéma de diversité des récepteurs en fonction des exigences imposées.La deuxième contribution consiste à introduire une nouvelle approche pour la modélisation et l'optimisation de l'efficacité énergétique des réseaux cellulaires.Contrairement aux approches analytiques actuellement disponibles qui fournissent des expressions analytiques trop simples ou trop complexes de la probabilité de couverture et de l'efficacité spectrale des réseaux cellulaires, l'approche proposée est formulée par une solution de forme fermée qui se révèle en même temps simple et significative. Une nouvelle expression de l'efficacité énergétique du réseau cellulaire descendant est proposée à partir d’une nouvelle formule de l'efficacité spectrale. Cette expression est utilisée pour l’optimisation de la puissance d'émission et la densité des stations cellulaires de base. Il est prouvé mathématiquement que l'efficacité énergétique est une fonction uni-modale et strictement pseudo-concave de la puissance d'émission en fixant la densité des stations de base, et de la densité des stations de base en fixant la puissance d'émission. La puissance d'émission optimale et la densité des stations de base s'avèrent donc être la solution des équations non linéaires simples.La troisième contribution consiste à introduire une nouvelle approche pour analyser les performances des réseaux cellulaires hétérogènes équipés des sources d'énergie renouvelables, telles que les panneaux solaires. L'approche proposée permet de tenir compte de la distribution spatiale des stations de base en utilisant la théorie des processus ponctuels, ainsi que l'apparition aléatoire et la disponibilité de l'énergie en utilisant la théorie des chaînes de Markov. En utilisant l'approche proposée, l'efficacité énergétique des réseaux cellulaires peut être quantifiée et l'interaction entre la densité des stations de base et le taux d'énergie d'apparition peut être quantifiée et optimisée.

UnderWaterAcoustic Sensor Networks (UW-ASNs) are the newest technological achievement in terms of communication. Composed of a set of communicating underwater sensors, UW-ASNs are intended to observe and explore lakes, rivers, seas and oceans. Recently, they have been subject to a special attention due to their great potential in terms of promising applications in various domains (military, environmental, scientific...) and to the new scientific issues they raise. A great challenging issue in UW-ASNs is the fast energy depletion since high power is needed for acoustic communication while sensors battery budget is limited. Hence, energy-efficient networking protocols are of a paramount importance to make judicious use of the available energy budget while considering the distinguishing underwater environment characteristics. In this context, this thesis aims at studying the main challenging underwater acoustic sensors characteristics to design energy-efficient communication protocols specifically at the routing and MAC layers. First, we address the problem of energy holes in UW-ASNs. The sink-hole problem occurs when the closest nodes to sink drain their energy faster due to their heavier load. Indeed, those sensors especially the ones that are 1-hop away from the static sink act as relays to it on behalf of all other sensors, thus suffering from severe energy depletion. In particular, at the routing layer, we propose to distribute the transmission load at each sensor among several potential neighbors, assuming that sensors can adjust their communication range among two levels when they send or forward data. Specifically, we determine for each sensor the set of next hops with the associated load weights that lead to a fair energy depletion among all sensors in the network. Then, we extend our balanced routing strategy by assuming that each sensor node is not only able to adjust its transmission power to 2 levels but eventually up to n levels where n > 2. Consequently, at the routing layer, for each possible value of n, we determine for each sensor the set of possible next hops with the associated load weights that lead to a fair energy consumption among all sensors in the network. Moreover, we derive the optimal number of transmission powers n that balances the energy consumption among all sensors for each network configuration. In addition to that, it is worth pointing out that our extended routing protocol uses a more realistic time varying channel model that takes into account most of the fundamental characteristics of the underwater acoustic propagation. Analytical results show that further energy saving is achieved by our extended routing scheme. Second, to mitigate the dramatic collision impacts, we design a collision avoidance energy efficient multichannel MAC protocol (MC-UWMAC) for UW-ASNs. MC-UWMAC operates on single slotted control and a set of equal-bandwidth data channels. Control channel slots are dedicated to RTS/CTS handshaking allowing a communicating node pair to agree on the start time of communication on a pre-allocated data channel. In this thesis, we propose two novel coupled slot assignment and data channels allocation procedures without requiring any extra negotiation overhead. Accordingly, each node can initiate RTS/CTS exchange only at its assigned slot calculated using a slot allocation procedure based on a grid virtual partition of the deployment area. Moreover, for each communicating pair of nodes, one data channel is allocated using a channel allocation procedure based on our newly designed concept of singleton- intersecting quorum. Accordingly, each pair of communicating nodes will have at their disposal a unique 2-hop conflict free data channel. Compared with existing MAC protocol, MC-UWMAC reduces experienced collisions and improves network throughput while minimizing energy consumption.; Les réseaux de capteurs acoustiques sous-marins (UW-ASN) sont les plus nouveaux achèvements technologiques en termes de communication. Les UW-ASN visent à observer et à explorer les lacs, les rivières, les mers et les océans. Récemment, ils ont été soumis à une attention particulière en raison de leur grand potentiel en termes d'applications prometteuses dans divers domaines (militaires, environnementaux, scientifiques ...) et aux nouvelles questions scientifiques qu'ils suscitent. Un problème majeur dans les UW-ASN est l'épuisement rapide de l'énergie, car une grande puissance est nécessaire pour la communication acoustique, tandis que le budget de la batterie des capteurs est limité. Par conséquent, les protocoles de communication énergétiques revêtent une importance primordiale pour faire usage judiciaire du budget énergétique disponible. Dans ce contexte, cette thèse vise à étudier les principales caractéristiques des capteurs acoustiques sous-marins difficiles afin de concevoir des protocoles de communication énergétiques, plus spécifiquement au niveau routage et MAC. Tout d'abord, nous abordons le problème des trous énergétiques dans UW-ASN. Le problème du « sink-hole » se produit lorsque les capteurs les plus proches du sink épuisent leur énergie plus rapidement en raison de leur charge plus lourde. En effet, ces capteurs, en particulier ceux qui sont à un seul saut du sinkstatique, agissent comme des relais pour tous les autres capteurs, ce qui leur épuise sévèrement l’énergie.A la couche de routage,en particulier, nous proposons de distribuer la charge transmise par chaque capteur parmi plusieurs voisins potentiels, en supposant que les capteurs peuvent ajuster leur gamme de communication entre deux niveaux lorsqu'ils envoient ou transmettent des données. Plus précisément, nous déterminons pour chaque capteur l'ensemble des prochains sauts avec les poids de charge associés qui entraînent un épuisement équitable d'énergie entre tous les capteurs du réseau. Ensuite, nous étendons notre stratégie de routage équilibrée en supposant que chaque capteur n'est pas seulement capable d'ajuster sa puissance d'émission à 2 niveaux mais aussi jusqu'à n niveaux où n> 2. Par conséquent, à la couche de routage, pour chaque valeur possible de n, nous déterminons pour chaque capteur l'ensemble des éventuels sauts avec les poids de charge associés qui mènent à une consommation d'énergie équitable chez tous les capteurs du réseau. En outre, nous obtenons le nombre optimal de puissances de transmission n qui équilibre la consommation d'énergie de tous les capteurs pour chaque configuration de réseau. En plus de cela, il convient de souligner que notre protocole de routage étendu utilise un modèle de canal à variation de temps plus réaliste qui tient compte de la plupart des caractéristiques fondamentales de la propagation acoustique sous-marine. Les résultats analytiques montrent que notre protocole de routage assure une réduction importante de la consommation d’énergie. Deuxièmement, pour atténuer les impacts de collision spectaculaires gaspillant l’énergie, nous concevons un protocole MAC multicanal (MC-UWMAC) évitant les collisions pour les UW-ASNs. MC-UWMAC fonctionne avec un canal de contrôle (décomposé en créneaux de temps) et un ensemble de canaux de données à bande passante égale. Les créneaux du canal de contrôle sont dédiés à l’échange RTS / CTS permettant à une paire de capteurs communicants de s'accorder sur l'heure de début de la communication sur un canal de données pré-alloué. Dans cette thèse, nous proposons deux nouvelles procédures associées d'allocation des créneaux du canal de contrôle et d'attribution des canaux de données sans nécessiter de frais de négociation supplémentaires. En conséquence, chaque capteur peut initier l'échange RTS / CTS uniquement à son créneau assigné, calculé à l'aide d'une procédure d'allocation basée sur une partition virtuelle de grille de la zone de déploiement. (...)

Internet traffic is growing exponentially. According to Cisco, mobile data traffic will increase sevenfold between 2016 and 2021, growing at a compound annual growth rate (CAGR) of 47%. In order to improve or keep up with users quality of experience (QoE), mobile carriers upgrade the network with additional equipment. As a consequence, the network carbon footprint increases over time, alongside with its energy consumption. In addition, mobile carriers margins are decreasing. Global telecommunication revenues declined by 4% between 2014 and 2015 based on the international telecommunication union (ITU) figures. These concerns fostered a great interest in the research community for reducing networks energy consumption. In this regard, many works in the literature investigate the energy consumed by services on network equipment for optimization purposes notably, focusing on the variable component of energy consumption. Energy consumption of a network equipment is composed of a variable and a fixed components. The variable component is consumed to serve traffic. The fixed component is consumed irrespective of traffic. In this thesis, our objective is to share the responsibility of service categories in the fixed energy consumption. To do so, we use the Shapley value. First, we consider a radio access network and share the responsibility of the service categories it delivers in the fixed energy consumption. The services are classified into five categories, namely, Streaming, Web, Download, Voice and other data services. In addition, we consider the case when some service categories are mandatory to be provided, such as Voice due to legal constraints for instance. Because the Shapley value has a huge computational complexity, we introduce closed-form expressions in order to significantly reduce it. Next, we consider the end-to-end network and all its segments, that is, the mobile access, the fixed access, the collect, the mobile core, the registers, the IP core and the service platforms. For each segment, we share the responsibility of the service categories in the fixed energy consumption with the Shapley-based model introduced in the preceding chapter. We find that Streaming is the service that consumes the most whatever the network segment, except for registers, as it represents the vast majority of Internet traffic. Eventually, we focus on the service categories energy efficiency. First, we consider a base station and compute the services energy efficiency for the cases with and without sleep mode. Then, we consider a radio access network and compute the services energy efficiency with and without a mandatory player. Moreover, we discuss the conditions to not deteriorate the network energy efficiency over time following different upgrade scenarios, D’après Cisco, le trafic mobile de données augmentera d’un facteur 7 entre 2016 et 2021. Pour faire face à l’augmentation du trafic, les opérateurs mobile dimensionnent le réseau, ce qui s’accompagne d’une augmentation de sa consommation d’énergie et de son empreinte Carbonne. En outre, les marges financières des opérateurs baissent. Ainsi, le revenu global généré par le secteur des télécommunications a connu une baisse de 4% entre 2014 et 2015 d’après l’union internationale des télécommunications (UIT). Ces préoccupations ont suscité l’intérêt de la communauté scientifique pour la réduction de la consommation électrique des réseaux. Des études dans la littérature estiment l’énergie consommée par les services sur les équipements réseaux en se focalisant sur la consommation variable. La consommation énergétique d’un équipement réseau est composée d’une composante fixe et d’une composante variable. Dans cette thèse, nous partageons la responsabilité des catégories de service dans la consommation fixe du réseau en utilisant la valeur de Shapley. Dans un premier temps, nous considérons un réseau d’accès mobile et partageons la responsabilité des catégories de service qu’il fournit dans la consommation fixe. Nous définissons 5 catégories de service, à savoir, le «Streaming», le Web, le téléchargement, la voix et les autres services de données. En outre, nous traitons le cas de figure où certaines catégories de service sont obligatoires. Etant donné la complexité algorithmique de la valeur de Shapley, nous en proposons une forme approchée qui permet d’en réduire considérablement le temps de calcul. Ensuite, nous considérons le réseau de bout-en-bout, c’est-à-dire, l’accès mobile, l’accès fixe, la collecte, le coeur IP, le coeur mobile, les registres et les plateformes de service. Pour chaque segment, nous partageons la responsabilité des catégories de service dans la consommation fixe en appliquant notre modèle de partage basé sur la valeur de Shapley. L’analyse des résultats montre que le service «Streaming» consomme le plus d’énergie quel que soit le segment de réseau considéré, à l’exception des registres. Pour finir, nous traitons de la modélisation de l’efficacité énergétique des catégories de service. Dans un premier temps, nous calculons l’efficacité énergétique des catégories de service étant donné une station de base avec et sans «sleep mode». Ensuite, nous calculons l’efficacité énergétique des catégories de service étant donné un réseau d’accès mobile et considérant les cas avec et sans catégories de service obligatoires. Aussi étudions-nous les conditions pour ne pas détériorer l’efficacité énergétique du réseau au cours du temps en fonction des scénarios de dimensionnement

In recent years, the growing interest of scientific and industrial community has led to the standardization of new protocols that consider the unique requirements of Wireless Sensor Networks (WSN) nodes. At network layer, RPL (IPv6 Routing Protocol for Low-power and Lossy Network) has been proposed by IETF as the routing standard for network that uses LLN nodes, namely, those where both nodes and their interconnects are constrained. They operate on low-power embedded batteries and use lossy links, making communications unreliable and lead to a significant data loss rates. This thesis aims to optimize the routing in WSNs (especially those using TCP/IP protocol stack), as well as their efficient and cost-effective connection to the Internet. First, we have proposed two new RPL objective functions. The first uses as unique routing criterion, the node remaining energy with the goal of maximizing the network lifetime. An energy model that allows the nodes to dynamically estimate their remaining energy at runtime has been implemented and integrate to the protocol. The second objective function uses fuzzy logic reasoning to combine several criteria to take Quality of Service into account. Indeed, this scheme provides a good trade-off on several inputs and requires a low memory footprint. In the last part of this thesis, we designed and implemented an architecture that enable an efficient integration of several RPL based WSNs to the Internet to achieve the Internet of Things vision; L’intérêt croissant de la communauté scientifique et industrielle ces dernières années pour les réseaux de capteurs sans fil (RCSF), a conduit à la définition de nouveaux protocoles normalisés prenant en compte les spécificités matérielles des nœuds utilisés. Dans la couche réseau, le protocole RPL (de l’acronyme anglais IPv6 Routing Protocol for Low-power and Lossy Network) a été proposé en 2012 par l’IETF, comme standard de routage pour les réseaux dont les nœuds sont de type "LLN" (Low-power and Lossy Network), i.e. caractérisés par une faible autonomie énergique et transmettant sur des liens radios dotés d’un taux de perte de données élevé. Dans cette thèse, nous nous intéressons à l’optimisation du routage dans ces réseaux (notamment ceux utilisant la pile protocolaire TCP/IP), ainsi qu’à leur interconnexion efficace à Internet à des coûts soutenables. Tout d’abord, nous proposons deux fonctions d’objectif organisant le routage avec RPL. La première se sert de l’unique critère énergétique, avec comme objectif principal la maximisation de la durée de vie du réseau. Pour ce faire, nous avons implémenté un modèle d’estimation d’énergie, intégré par la suite aux nœuds pour leur permettre d’estimer en temps réel leur énergie résiduelle. La deuxième fonction d’objectif proposée, vise à combiner plusieurs critères pour la prise en compte de la qualité de service durant le routage. Nous développons un modèle à base de la logique floue pour mettre en œuvre la combinaison. En effet, elle nous permet d’obtenir un bon compromis entre les différentes entrées et requiert une empreinte mémoire faible. Dans la dernière partie de cette thèse, nous concevons et implémentons une architecture d’activation de passerelles permettant d’assurer une connexion Internet efficace de divers RCSFs utilisant RPL, pour la réalisation de la vision de l’Internet des Objets

In recent years, the growing interest of scientific and industrial community has led to the standardization of new protocols that consider the unique requirements of Wireless Sensor Networks (WSN) nodes. At network layer, RPL (IPv6 Routing Protocol for Low-power and Lossy Network) has been proposed by IETF as the routing standard for network that uses LLN nodes, namely, those where both nodes and their interconnects are constrained. They operate on low-power embedded batteries and use lossy links, making communications unreliable and lead to a significant data loss rates. This thesis aims to optimize the routing in WSNs (especially those using TCP/IP protocol stack), as well as their efficient and cost-effective connection to the Internet. First, we have proposed two new RPL objective functions. The first uses as unique routing criterion, the node remaining energy with the goal of maximizing the network lifetime. An energy model that allows the nodes to dynamically estimate their remaining energy at runtime has been implemented and integrate to the protocol. The second objective function uses fuzzy logic reasoning to combine several criteria to take Quality of Service into account. Indeed, this scheme provides a good trade-off on several inputs and requires a low memory footprint. In the last part of this thesis, we designed and implemented an architecture that enable an efficient integration of several RPL based WSNs to the Internet to achieve the Internet of Things vision; L’intérêt croissant de la communauté scientifique et industrielle ces dernières années pour les réseaux de capteurs sans fil (RCSF), a conduit à la définition de nouveaux protocoles normalisés prenant en compte les spécificités matérielles des nœuds utilisés. Dans la couche réseau, le protocole RPL (de l’acronyme anglais IPv6 Routing Protocol for Low-power and Lossy Network) a été proposé en 2012 par l’IETF, comme standard de routage pour les réseaux dont les nœuds sont de type "LLN" (Low-power and Lossy Network), i.e. caractérisés par une faible autonomie énergique et transmettant sur des liens radios dotés d’un taux de perte de données élevé. Dans cette thèse, nous nous intéressons à l’optimisation du routage dans ces réseaux (notamment ceux utilisant la pile protocolaire TCP/IP), ainsi qu’à leur interconnexion efficace à Internet à des coûts soutenables. Tout d’abord, nous proposons deux fonctions d’objectif organisant le routage avec RPL. La première se sert de l’unique critère énergétique, avec comme objectif principal la maximisation de la durée de vie du réseau. Pour ce faire, nous avons implémenté un modèle d’estimation d’énergie, intégré par la suite aux nœuds pour leur permettre d’estimer en temps réel leur énergie résiduelle. La deuxième fonction d’objectif proposée, vise à combiner plusieurs critères pour la prise en compte de la qualité de service durant le routage. Nous développons un modèle à base de la logique floue pour mettre en œuvre la combinaison. En effet, elle nous permet d’obtenir un bon compromis entre les différentes entrées et requiert une empreinte mémoire faible. Dans la dernière partie de cette thèse, nous concevons et implémentons une architecture d’activation de passerelles permettant d’assurer une connexion Internet efficace de divers RCSFs utilisant RPL, pour la réalisation de la vision de l’Internet des Objets

The main goal of the thesis is to design an Energy Proportional Network by taking intelligent decisions into the network such as switching on and off network components in order to adapt the energy consumption to the user needs. Our work mainly focuses on reducing the energy consumption by adapting the number of APs that are operating to the actual user need. In fact, traffic load varies a lot during the day. Traffic is high in urban areas and low in the suburb during day work hours, while it is the opposite at night. Often, peak loads during rush hours are lower than capacities of the networks. Thus they remain lightly utilized for long periods of time. Thus keeping all APs active all the time even when the traffic is low causes a huge waste of energy. Our goal is to benefit from low traffic periods by automatically switch off redundant cells, taking into consideration the actual number of users, their traffic and the bandwidth requested to serve them. Ideally we wish to do so while maintaining reliable service coverage for existing and new coming users. First we consider a home networking scenario. In this case only one AP covers a given area. So when this AP is switched off (when no users are present), there will be no other AP to fill the gap of coverage. Moreover, upon the arrival of new users, no controller or other mechanism exists to wake up the AP. Consequently, new arriving users would not be served and would remain out of coverage. The study of the state of the art allowed us to have a clear overview of the existing approaches in this context. As a result, we designed a platform to investigate different methods to wake up an AP using different technologies. We measure two metrics to evaluate the Switching ON/OFF process for the different methods. The first is the energy consumed by the AP during the three phases it goes through. The second is the delay of time for the AP to wake up and be operational to serve the new users. In the second case we consider a dense network such as the ones found in urban cities, where the coverage area of an AP is also covered by several other APs. In other words, the gap resulting from switching off one or several APs can be covered by other neighbouring ones. Thus the first thing to do was to evaluate the potential of switching off APs using real measurements taken in a dense urban area. Based on this collected information, we evaluate how many APs can be switched off while maintaining the same coverage. To this end, we propose two algorithms that select the minimum set of APs needed to provide full coverage. We compute several performance parameters, and evaluate the proposed algorithms in terms of the number of selected APs, and the coverage they provide.; Notre travail s'inscrit dans le cadre des recherches sur le Sleeping mode. Notre contribution est structurée principalement autour deux axes : l'étude et l'évaluation de la performance des processus de mise en veille/réveil des points d'accès et la sélection du nombre minimal des points d'accès dans un milieu urbain dense. Dans un premier temps, nous étudions les processus de mise en veille/réveil des points d'accès dans un scenario classique de réseau domestique. Ce scenario suppose que le point d'accès mis en veille doit détecter la présence d'un utilisateur potentiel dans sa zone de couverture et réagir par conséquence d'une façon autonome pour se mettre en état de fonctionnement normal. Nous avons choisi quatre processus de réveil du point d'accès, et nous avons ensuite étudié chacun de ces processus, et proposé un protocole de communication qui permette à un utilisateur d'envoyer l'ordre au point d'accès de s'éteindre. Lorsque cela était possible, nous avons utilisé le protocole COAP qui est prévu pour établir des sessions de commande pour l'Internet des Objets. Nous avons ensuite mesuré les performances du point de vue de l'économie d'énergie qu'il permet de réaliser et du délai entre le moment où un utilisateur potentiel est détecté et le moment où le point d'accès devient opérationnel. Nous avons aussi étudié un réseau dense dans un milieu urbain (le centre ville de Rennes) où la zone de couverture d'un point d'accès pouvait être partiellement ou totalement couverte par d'autres points d'accès. Pour évaluer la redondance dans le réseau, nous avons collecté des informations réelles sur les points d'accès en utilisant l'application Wi2Me. Le traitement de ces informations nous a permis d'identifier les points d'accès existants dans la zone étudiée et leurs zones de couverture respectives démontrant ainsi la superposition de ces zones de couverture et le potentiel d'élimination d'un certain nombre de points d'accès sans affecter la couverture globale. Nous avons alors proposé un système centralisé qui collecte les données de couverture des points d'accès observée par les utilisateur. Nous avons donc utilisé ce simple fait pour centraliser la vue du réseau de plusieurs utilisateurs, ce qui permet d'avoir une vue assez précise de la disponibilité des points d'accès dans une zone géographie. Nous avons alors proposé une représentation de ces données de couverture à travers des matrices qui traitent les différentes erreurs de capture (coordonnées GPS non précises, réutilisation des noms de réseaux, etc). Enfin, nous avons ensuite proposé deux algorithmes permettant de sélectionner l'ensemble minimal des points d'accès requis fournissant une couverture identique à celle d'origine.

This work seeks to improve the energy efficiency of backbone networks by automatically managing the paths of network flows to reduce the over-provisioning. Compared to numerous works in this field, we stand out by focusing on low computational complexity and smooth deployment of the proposed solution in the context of Software Defined Networks (SDN). To ensure that we meet these requirements, we validate the proposed solutions on a network testbed built for this purpose. Moreover, we believe that it is indispensable for the research community in computer science to improve the reproducibility of experiments. Thus, one can reproduce most of the results presented in this thesis by following a couple of simple steps. In the first part of this thesis, we present a framework for putting links and line cards into sleep mode during off-peak periods and rapidly bringing them back on when more network capacity is needed. The solution, which we term ``SegmenT Routing based Energy Efficient Traffic Engineering'' (STREETE), was implemented using state-of-art dynamic graph algorithms. STREETE achieves execution times of tens of milliseconds on a 50-node network. The approach was also validated on a testbed using the ONOS SDN controller along with OpenFlow switches. We compared our algorithm against optimal solutions obtained via a Mixed Integer Linear Programming (MILP) model to demonstrate that it can effectively prevent network congestion, avoid turning-on unneeded links, and provide excellent energy-efficiency. The second part of this thesis studies solutions for maximizing the utilization of existing components to extend the STREETE framework to workloads that are not very well handled by its original form. This includes the high network loads that cannot be routed through the network without a fine-grained management of the flows. In this part, we diverge from the shortest path routing, which is traditionally used in computer networks, and perform a particular load balancing of the network flows. In the last part of this thesis, we combine STREETE with the proposed load balancing technique and evaluate the performance of this combination both regarding turned-off links and in its ability to keep the network out of congestion. After that, we use our network testbed to evaluate the impact of our solutions on the TCP flows and provide an intuition about the additional constraints that must be considered to avoid instabilities due to traffic oscillations between multiple paths., Ce travail a pour but d'améliorer l'efficacité énergétique des réseaux de cœur en éteignant un sous-ensemble de liens par une approche SDN (Software Defined Network). Nous nous différencions des nombreux travaux de ce domaine par une réactivité accrue aux variations des conditions réseaux. Cela a été rendu possible grâce à une complexité calculatoire réduite et une attention particulière au surcoût induit par les échanges de données. Pour valider les solutions proposées, nous les avons testées sur une plateforme spécialement construite à cet effet.Dans la première partie de cette thèse, nous présentons l'architecture logicielle ``SegmenT Routing based Energy Efficient Traffic Engineering'' (STREETE). Le cœur de la solution repose sur un re-routage dynamique du trafic en fonction de la charge du réseau dans le but d'éteindre certains liens peu utilisés. Cette solution utilise des algorithmes de graphes dynamiques pour réduire la complexité calculatoire et atteindre des temps de calcul de l'ordre des millisecondes sur un réseau de 50 nœuds. Nos solutions ont aussi été validées sur une plateforme de test comprenant le contrôleur SDN ONOS et des commutateurs OpenFlow. Nous comparons nos algorithmes aux solutions optimales obtenues grâce à des techniques de programmation linéaires en nombres entiers et montrons que le nombre de liens allumés peut être efficacement réduit pour diminuer la consommation électrique tout en évitant de surcharger le réseau.Dans la deuxième partie de cette thèse, nous cherchons à améliorer la performance de STREETE dans le cas d’une forte charge, qui ne peut pas être écoulée par le réseau si des algorithmes de routages à plus courts chemins sont utilisés. Nous analysons des méthodes d'équilibrage de charge pour obtenir un placement presque optimal des flux dans le réseau.Dans la dernière partie, nous évaluons la combinaison des deux techniques proposées précédemment : STREETE avec équilibrage de charge. Ensuite, nous utilisons notre plateforme de test pour analyser l'impact de re-routages fréquents sur les flux TCP. Cela nous permet de donner des indications sur des améliorations à prendre en compte afin d'éviter des instabilités causées par des basculements incontrôlés des flux réseau entre des chemins alternatifs. Nous croyons à l'importance de fournir des résultats reproductibles à la communauté scientifique. Ainsi, une grande partie des résultats présentés dans cette thèse peuvent être facilement reproduits à l'aide des instructions et logiciels fournis.

Network Function Virtualization (NFV) is a promising network architecture concept to reduce operational costs. In legacy networks, network functions, such as firewall or TCP optimization, are performed by specific hardware. In networks enabling NFV coupled with the Software Defined Network (SDN) paradigm, network functions can be implemented dynamically on generic hardware. This is of primary interest to implement energy efficient solutions, which imply to adapt dynamically the resource usage to the demands. In this paper, we study how to use NFV coupled with SDN to improve the energy efficiency of networks. We consider a setting in which a flow has to go through a Service Function Chain, that is several network functions in a specific order. We propose a decomposition model that relies on lightpath configuration to solve the problem. We show that virtualization allows to obtain between 30% to 55 % of energy savings for networks of different sizes.; La virtualisation des fonctions réseaux (NFV) est un concept d’architecture réseaux prometteur pour réduire les coûts opérationnels. Dans les réseaux traditionnels, les fonctions réseaux, comme un firewall ou un optimisateur TCP, sont effectués sur des équipements spé- cifiques. Dans les réseaux permettant la NFV ainsi que les réseaux logiciels (Software Defined Networks), les fonctions réseaux peuvent être implémentée dynamiquement sur des équipements génériques. Cela est très prometteur pour mettre en pratique des solutions efficaces en énergie qui implique une adaptation dynamique des ressources aux demandes. Dans ce paper, nous étudions comment utiliser les technologies NFV et SDN pour améliorer l’éfficacité énergétique des réseaux. Nous considérons un cadre dans lequel un flôt doit passer au travers d’une chaîne de fonctions de service, c’est-à-dire par une séquence de fonctions réseaux dans un ordre donné. Nous proposons un modèle de décomposition pour résoudre le problème. Nous montrons que la virtualisation permet d’obtenir entre 30 et 55% de gains énergétiques pour des réseaux de différentes tailles.

The current datacenter-centralized architecture limits the cloud to the location of the datacenters, generally far from the user. This architecture collides with the latest trend of ubiquity of Cloud computing. Also, current estimated energy usage of data centers and core networks adds up to 3% of the global energy production, while according to latest estimations only 42,3% of the population is connected. In the current work, we focused on two drawbacks of datacenter-centralized Clouds: Energy consumption and poor quality of service. On the one hand, due to its centralized nature, energy consumption in networks is affected by the centralized vision of the Cloud. That is, backbone networks increase their energy consumption in order to connect the clients to the datacenters. On the other hand, distance leads to increased utilization of the broadband Wide Area Network and poor user experience, especially for interactive applications. A distributed approach can provide a better Quality of Experience (QoE) in large urban populations in mobile cloud networks. To do so, the cloud should confine local traffic close to the user, running on the users and network devices. In this work, we propose a novel distributed cloud architecture based on microclouds. Microclouds are dynamically created and allow users to contribute resources from their computers, mobile and network devices to the cloud. This way, they provide a dynamic and scalable system without the need of an extra investment in infrastructure. We also provide a description of a realistic mobile cloud use case, and the adaptation of microclouds on it. Through simulations, we show an overall saving up to 75% of energy consumed in standard centralized clouds with our approach. Also, our results indicate that this architecture is scalable with the number of mobile devices and provide a significantly lower latency than regular datacenter-centralized approaches. Finally, we analyze the use of incentives for Mobile Clouds, and propose a new auction system adapted to the high dynamism and heterogeneity of these systems. We compare our solution to other existing auctions systems in a Mobile Cloud use case, and show the suitability of our solution.; L'architecture actuelle du cloud, reposant sur des datacenters centralisés, limite la qualité des services offerts par le cloud du fait de l'éloignement de ces datacenters par rapport aux utilisateurs. En effet, cette architecture est peu adaptée à la tendance actuelle promouvant l'ubiquité du cloud computing. De plus, la consommation énergétique actuelle des data centers, ainsi que du cœur de réseau, représente 3% de la production totale d'énergie, tandis que selon les dernières estimations, seulement 42,3% de la population serait connectée. Dans cette thèse, nous nous intéressons à deux inconvénients majeurs des clouds centralisés: la consommation d'énergie ainsi que la faible qualité de service offerte. D'une part, du fait de son architecture centralisée, le cœur de réseau consomme plus d'énergie afin de connecter les utilisateurs aux datacenters. D'autre part, la distance entre les utilisateurs et les datacenters entraîne une utilisation accrue du réseau mondial à large bande, menant à des expériences utilisateurs de faible qualité, particulièrement pour les applications interactives. Une approche semi-centralisée peut offrir une meilleur qualité d'expérience aux utilisateurs urbains dans des réseaux clouds mobiles. Pour ce faire, cette approche confine le traffic local au plus proche de l'utilisateur, tout en maintenant les caractéristiques centralisées s’exécutant sur les équipements réseaux et utilisateurs. Dans cette thèse, nous proposons une nouvelle architecture de cloud distribué, basée sur des "microclouds". Des "microclouds" sont créés de manière dynamique, afin que les ressources utilisateurs provenant de leurs ordinateurs, téléphones ou équipements réseaux puissent être mises à disposition dans le cloud. De ce fait, les microclouds offrent un système dynamique, passant à l'échelle, tout en évitant d’investir dans de nouvelles infrastructures. Nous proposons également un exemple d'utilisation des microclouds sur un cas typique réel. Par simulation, nous montrons que notre approche permet une économie d'énergie pouvant atteindre 75%, comparée à une approche centralisée standard. En outre, nos résultats indiquent que cette architecture passe à l'échelle en terme du nombre d'utilisateurs mobiles, tout en offrant une bien plus faible latence qu'une architecture centralisée. Pour finir, nous analysons comment inciter les utilisateurs à partager leur ressources dans les clouds mobiles et proposons un nouveau mécanisme d'enchère adapté à l'hétérogénéité et la forte dynamicité de ces systèmes. Nous comparons notre solution aux autres mécanismes d’enchère existants dans des cas d'utilisations typiques au sein des clouds mobiles, et montrons la pertinence de notre solution.

The current datacenter-centralized architecture limits the cloud to the location of the datacenters, generally far from the user. This architecture collides with the latest trend of ubiquity of Cloud computing. Also, current estimated energy usage of data centers and core networks adds up to 3% of the global energy production, while according to latest estimations only 42,3% of the population is connected. In the current work, we focused on two drawbacks of datacenter-centralized Clouds: Energy consumption and poor quality of service. On the one hand, due to its centralized nature, energy consumption in networks is affected by the centralized vision of the Cloud. That is, backbone networks increase their energy consumption in order to connect the clients to the datacenters. On the other hand, distance leads to increased utilization of the broadband Wide Area Network and poor user experience, especially for interactive applications. A distributed approach can provide a better Quality of Experience (QoE) in large urban populations in mobile cloud networks. To do so, the cloud should confine local traffic close to the user, running on the users and network devices. In this work, we propose a novel distributed cloud architecture based on microclouds. Microclouds are dynamically created and allow users to contribute resources from their computers, mobile and network devices to the cloud. This way, they provide a dynamic and scalable system without the need of an extra investment in infrastructure. We also provide a description of a realistic mobile cloud use case, and the adaptation of microclouds on it. Through simulations, we show an overall saving up to 75% of energy consumed in standard centralized clouds with our approach. Also, our results indicate that this architecture is scalable with the number of mobile devices and provide a significantly lower latency than regular datacenter-centralized approaches. Finally, we analyze the use of incentives for Mobile Clouds, and propose a new auction system adapted to the high dynamism and heterogeneity of these systems. We compare our solution to other existing auctions systems in a Mobile Cloud use case, and show the suitability of our solution.; L'architecture actuelle du cloud, reposant sur des datacenters centralisés, limite la qualité des services offerts par le cloud du fait de l'éloignement de ces datacenters par rapport aux utilisateurs. En effet, cette architecture est peu adaptée à la tendance actuelle promouvant l'ubiquité du cloud computing. De plus, la consommation énergétique actuelle des data centers, ainsi que du cœur de réseau, représente 3% de la production totale d'énergie, tandis que selon les dernières estimations, seulement 42,3% de la population serait connectée. Dans cette thèse, nous nous intéressons à deux inconvénients majeurs des clouds centralisés: la consommation d'énergie ainsi que la faible qualité de service offerte. D'une part, du fait de son architecture centralisée, le cœur de réseau consomme plus d'énergie afin de connecter les utilisateurs aux datacenters. D'autre part, la distance entre les utilisateurs et les datacenters entraîne une utilisation accrue du réseau mondial à large bande, menant à des expériences utilisateurs de faible qualité, particulièrement pour les applications interactives. Une approche semi-centralisée peut offrir une meilleur qualité d'expérience aux utilisateurs urbains dans des réseaux clouds mobiles. Pour ce faire, cette approche confine le traffic local au plus proche de l'utilisateur, tout en maintenant les caractéristiques centralisées s’exécutant sur les équipements réseaux et utilisateurs. Dans cette thèse, nous proposons une nouvelle architecture de cloud distribué, basée sur des "microclouds". Des "microclouds" sont créés de manière dynamique, afin que les ressources utilisateurs provenant de leurs ordinateurs, téléphones ou équipements réseaux puissent être mises à disposition dans le cloud. De ce fait, les microclouds offrent un système dynamique, passant à l'échelle, tout en évitant d’investir dans de nouvelles infrastructures. Nous proposons également un exemple d'utilisation des microclouds sur un cas typique réel. Par simulation, nous montrons que notre approche permet une économie d'énergie pouvant atteindre 75%, comparée à une approche centralisée standard. En outre, nos résultats indiquent que cette architecture passe à l'échelle en terme du nombre d'utilisateurs mobiles, tout en offrant une bien plus faible latence qu'une architecture centralisée. Pour finir, nous analysons comment inciter les utilisateurs à partager leur ressources dans les clouds mobiles et proposons un nouveau mécanisme d'enchère adapté à l'hétérogénéité et la forte dynamicité de ces systèmes. Nous comparons notre solution aux autres mécanismes d’enchère existants dans des cas d'utilisations typiques au sein des clouds mobiles, et montrons la pertinence de notre solution.

Network Function Virtualization (NFV) is a promising network architecture concept to reduce operational costs. In legacy networks, network functions, such as firewall or TCP optimization, are performed by specific hardware. In networks enabling NFV coupled with the Software Defined Network (SDN) paradigm, network functions can be implemented dynamically on generic hardware. This is of primary interest to implement energy efficient solutions, which imply to adapt dynamically the resource usage to the demands. In this paper, we study how to use NFV coupled with SDN to improve the energy efficiency of networks. We consider a setting in which a flow has to go through a Service Function Chain, that is several network functions in a specific order. We propose a decomposition model that relies on lightpath configuration to solve the problem. We show that virtualization allows to obtain between 30% to 55 % of energy savings for networks of different sizes.; La virtualisation des fonctions réseaux (NFV) est un concept d’architecture réseaux prometteur pour réduire les coûts opérationnels. Dans les réseaux traditionnels, les fonctions réseaux, comme un firewall ou un optimisateur TCP, sont effectués sur des équipements spé- cifiques. Dans les réseaux permettant la NFV ainsi que les réseaux logiciels (Software Defined Networks), les fonctions réseaux peuvent être implémentée dynamiquement sur des équipements génériques. Cela est très prometteur pour mettre en pratique des solutions efficaces en énergie qui implique une adaptation dynamique des ressources aux demandes. Dans ce paper, nous étudions comment utiliser les technologies NFV et SDN pour améliorer l’éfficacité énergétique des réseaux. Nous considérons un cadre dans lequel un flôt doit passer au travers d’une chaîne de fonctions de service, c’est-à-dire par une séquence de fonctions réseaux dans un ordre donné. Nous proposons un modèle de décomposition pour résoudre le problème. Nous montrons que la virtualisation permet d’obtenir entre 30 et 55% de gains énergétiques pour des réseaux de différentes tailles.

Service Function Chains (SFCs) are an ordered sequence of network functions, such as firewall. Using the new approaches of Software Defined Networks and of Network Function Virtualization (NFV), the network functions can be virtualized and executed on generic hardware. To optimize network management, it is thus crucial to place dynamically the network functions at the right positions in the network according to the network traffic. In this paper, we consider the problem of SFC placement with the goal of minimizing network energy consumption. We model the problem as an Integer Linear Program, which can be used to solve small instances. To solve larger instances, we propose GreenChains, a heuristic algorithm. We exhibit the benefit of dynamic routing and of NFV on the energy savings. We show that between 30 to 55% of energy can be saved for typical ISP networks, while respecting the SFC constraints., Les chaînes de fonctions de service (SFC) sont une séquence ordonnée de fonctions réseaux. En utilisant les nouvelles approches des réseaux logiciels (Software Defined Networks en anglais) et de virtualisation des fonctions réseaux (NFV), les fonctions réseaux peuvent être virtualisée et exécutée sur des équipements génériques. Pour optimiser la gestion des réseaux, il est crucial de placer de façon dynamique les fonctions réseaux aux positions adéquates dans le réseau en fonction du traffic. Dans ce papier, nous considérons le problème de placement de SFC avec l’objectif de minimiser la consommation énergétique des réseaux. Nous modélisons le problème par un programme linéaire en nombres entiers qui peut résoudre de petites instances. Pour des instances plus grandes, nous proposons GreenChains, un algorithme heuristique. Nous exhibons les bénéfices du routage dynamique et de NFV sur les gains en énergie. Nous montrons que de 30 à 50% d’énergie peut être sauvée pour des réseaux typiques d’opérateurs tout en respectant les contraintes des SFC.

The goal of the thesis is to enable IPv6 harvested and autonomous wireless sensor networks with very low duty-cycle. It is part of an industrial project, GreenNet, hosted by STMicroelectronics with the goal of being a pioneer in the Internet of Things. The new platform differentiates from its existing competitors by a small size, which implies small battery capacity. However, a photovoltaic cell is capable of recharging the battery even under low light conditions. On top of this, we aim at nodes that sleep for very long periods. Hence, the existing solutions were not completely suited for ourneeds.The thesis proposes to analyze the possible challenges that one can meet while developing a harvested low-duty cycle platform. The most important contribution of this work is that we implement and evaluate the performance of our solutions on real hardware platforms in conditions very close to real-life.In this dissertation, we first of all develop and implement a basic solution based on the IEEE 802.15.4 beacon-enabled standard. We choose the synchronized mode because it allows nodes to reach duty-cycles as low as 0.01%. A more difficult step was to bring multi-hop: we design new a routing scheme inside our network, and a time based access for routers and devices to eliminate interferences as much as possible. The routing scheme is meant to be simple and efficient.We go even further to optimize the total time the nodes are on: we proposed to shut down coordinators before their standardized end of slot when there is no communication. Devices that do not need to send data can skip beacons and only need to wake up to synchronize their clock or to send data. In the same time we solve the problem of multicast for long sleeping nodes by converting these packets into unicast traffic. We also improved the duty-cycle of routers that do no have associated devices by forcing them to beacon slower, as long as they do not have any associated devices.To improve the network performance we also propose a backward compatible multichannel solution. Such a scheme is useful when a link between two nodes achieve very bad performance on a certain channel but better results on a different frequency.All the solutions presented above and discussed in the dissertation were implemented and tested on the GreenNet platform. We also realized measurements of the nodes efficiency while in harvested conditions and showed that it is possible to handle harvested routers, when there is enough available light.; L’objectif de cette thèse est de développer un réseau IPv6 constitué de capteurs sans fils autonomes grâce à la récupération d’énergie, fonctionnant à faible rapport cyclique. Cette thèse s’inscrit dans un projet industriel, GreenNet, lancé par STMicroelectronics afin de se positionner sur le marché de l’Internet des Objets. La nouvelle plate-forme utilisée dans ce projet se différencie de ses concurrents par sa petite taille, ce qui implique une faible capacité de batterie. Une cellule photovoltaı̈que permet en revanche de recharger la batterie, y compris dans des conditions de luminosité faible. Pour atteindre l’autonomie, nous avons besoin que les nœuds dorment pour de très longues périodes. Par conséquent, les solutions existantes, bien que peu consommantes, ne sont pas complètement adaptées à nos besoins spécifiques.Dans cette thèse, nous proposons d’analyser les difficultés possiblement rencontrées pendant le développement d’une plate-forme à récupération d’énergie et de bas rapport cyclique. La contribution la plus importante de ce travail est de mettre en œuvre et d’évaluer le rendement de nos solutions sur des plates-formes matérielles dans des conditions très proches de la vie réelle.Une première étape du travail réalisée est la conception et l’implémentation de la norme IEEE 802.15.4 utilisant les balises pour maintenir la synchronisation. Nous choisissons le mode synchronisé car il permet aux nœuds d’atteindre des rapports cycliques aussi bas que 0,01%. La seconde étape est d’apporter le multi saut : nous proposons une optimisation du protocole de routage, ainsi qu’un contrôle d’accès par multiplexagetemporel pour les routeurs et les dispositifs afin d’éliminer les interférences.Nous allons même plus loin dans l’optimisation du temps où les nœuds sont allumés: nous proposons d’éteindre les coordinateurs avant la fin de leur période d’activité définie par le standard, lorsqu’il n’y a pas de communications. Les nœuds qui ne nécessitent pas d’envoyer des données peuvent sauter des balises et se réveiller seulement lorsqu’il est nécessaire de synchroniser les horloges, ou d’envoyer des données. Dans le même temps, nous résolvons le problème de multicast pour les nœuds qui dorment durant de longues périodes, en convertissant ces paquets en paquets unicast. Nous améliorons également le rapport cyclique de routeurs qui n’ont pas de nœuds associés en les forçant envoyer la balise moins souvent, tant qu’ils n’ont pas des nœuds associés.Pour améliorer la performance du réseau, nous proposons aussi une solution rétro compatible qui utilise plusieurs canaux. Un tel système est utile quand un lien entre deux nœuds subit de très mauvaise performance sur un certain canal fréquentiel, mais obtient de meilleurs résultats sur une fréquence différente.Toutes les solutions présentées ci-dessus, et discutées dans la dissertation ont été mises en œuvre et testées sur la plate-forme GreenNet. Nous avons également réalisé des mesures sur des nœuds pour vérifier leurs efficacité.

In the last few years, the research in the area of green and energy-effcient networking has gained a great interest on the part of network providers and equipment manufacturers. Considering Power Line Communication (PLC), more effort has been made on achieving higher data rates, but the topic of energy effciency has still not been explored very much yet. In this thesis, we focus on the energy effciency of indoor PLC networks. On the one hand, we investigate the power consumption of PLC modems by conducting several experiments and measurements of many commercial modems. Based on the results, we provide a detailed analysis of the power consumption behaviour of PLC modems. Then, we propose measurement-based power models for both Single Input Single Output (SISO) and Multiple Input Multiple Output modems (MIMO) PLC modems. The developed models allow us to quantify the power consumption associated with various communication states and different operation modes of PLC modems. On the other hand, we study the benefits of using relay nodes in PLC networks for energy effciency purpose. We consider half-duplex Decode and Forward (DF) relay systems and explore their performance for two strategies, i.e., when the time allocation between the source and the relay nodes is set uniform and when it is optimized. We propose an iterative algorithm to derive the optimal time allocation for power minimization. Finally, through extensive numerical results based on both measured PLC channels and PLC noise and simulated ones, we show by considering two representative scenarios, that depending on the idle power consumption of PLC modems, signifcant power saving can be achieved by implementing relaying in PLC networks., Au cours des dernières années, la recherche dans le domaine de l'efficacité énergétique des réseaux de télécommunications a suscité un intérêt grandissant pour les fournisseurs de réseaux et les fabricants d'équipements. Dans les systèmes à Courants Porteurs en Ligne (CPL), les efforts se sont principalement concentrés sur l'augmentation du débit. Cependant, très peu d'attention a été accordée au sujet de l'efficacité énergétique. Dans cette thèse, nous nous concentrons sur l'amélioration de l'efficacité énergétique des réseaux CPL indoor. D'une part, nous investiguons la consommation énergétique des modems CPL en menant plusieurs expérimentations et mesures sur plusieurs modems commerciaux. En se basant sur les résultats obtenus, nous fournissons une analyse détaillée du comportement énergétique des modems CPL. Ensuite, nous proposons des modèles de consommation électrique pour les systèmes CPL SISO (Single Input Single Output) et MIMO (Multiple Input Multiple Output). Les modèles développés permettent de quantifer la consommation énergie associée à divers états de communication et modes de fonctionnement des modems CPL. D'autre part, nous évaluons l'apport énergétique de l'utilisation des relais dans les réseaux CPL. Nous considérons un système de relais Half-Duplex DF (Decode and Forward) et nous étudions ses performances pour deux stratégies, `a savoir, pour une allocation de temps uniforme et optimale entre la source et le relais. Nous proposons un algorithme itératif pour calculer l'allocation de temps optimale qui minimise la puissance. Enfin, nous montrons par de nombreux résultats numériques, basés à la fois sur des canaux CPL mesurés et simulés, et en considérant deux scénarios représentatifs, qu'en fonction de la puissance consommée par les modems CPL lorsqu'ils sont en mode de veille, une réduction de consommation d'énergie signifcative peut être obtenue par la mise en place de relais dans les réseaux CPL.

The Internet is one of the largest infrastructures created in recent years. With its growing popularity, its energy footprint becomes an important factor. One of the most frequent ways Internet access is via cellular wireless communication, which consumes more than 0.5% of the global energy supply. This percentage will increase more with the dramatic growth in user demand. Taking into account that the base stations are major consumers of energy, powering them with renewable energy sources has the potential to become an indispensable tool for mobile network operators. It is therefore important to study the subject in order to determine the potential gains, the applicability scenarios, deployment strategies and new system architectures. In the energy sector, significant efforts have been spent on the development of the power grid into smarter one, the Smart Grid. With the advancements in Smart Grid functionality, it is mandatory to be considered when studying the energy behavior of mobile networks that are connected to the grid. This thesis aims to contribute in the field of techniques used by mobile networks that are powered by renewable energy and the Smart Grid., L'Internet est l'une des principales infrastructures créées dans les dernières années. Avec sa popularité croissante, l'empreinte énergétique d'Internet devient un facteur important à considérer. Une des façons les plus fréquentes d'accès à l'Internet se fait via la communication sans fil cellulaire, qui consomme plus de 0,5% de l'approvisionnement mondial en énergie. Ce pourcentage augmentera encore plus avec la croissance drastique de la demande des usagers. Tenant compte du fait que les stations de base sont le consommateur majeur de l'énergie, leur alimentation avec des sources d'énergie renouvelable a le potentiel de devenir un outil indispensable pour les opérateurs de réseaux mobiles. Il est donc important d'étudier le sujet afin de déterminer les gains potentiels, les scénarios d'applicabilité, les stratégies de déploiement et des nouvelles architectures de système. Dans le secteur de l'énergie, des efforts importants ont été dépensés pour l'évolution du réseau électrique en un réseau plus intelligent, la Smart Grid. Avec les fonctionnalités avancées de Smart Grid, il est obligatoire qu'elle soit considérée en étudiant le comportement énergétique des réseaux mobiles liés au réseau électrique. Cette thèse vise à contribuer dans le domaine des techniques dans les réseaux mobiles alimentés par des sources d'énergie renouvelables et par le réseau électrique du type Smart Grid.

The exponentially increasing demand for mobile broadband communications have led to the dense deployment of cellular networks with aggressive frequency reuse patterns. The future Fifth Generation (5G) networks are expected to overcome capacity and throughput challenges by adopting a multi-tier architecture where several low-power Base Stations (BSs) are deployed within the coverage area of the macro cell. However, Inter-Cell Interference (ICI) caused by the simultaneous usage of the same spectrum in different cells, creates severe problems. ICI reduces system throughput and network capacity, and has a negative impact on cell-edge User Equipment (UE) performance. Therefore, Inter-Cell Interference Coordination (ICIC) techniques are required to mitigate the impact of ICI on system performance. In this thesis, we address the resource and power allocation problem in multiuser Orthogonal Frequency Division Multiple Access (OFDMA) networks such as LTE/LTE-A networks and dense small cell networks. We start by overviewing the state-of-the-art schemes, and provide an exhaustive classification of the existing ICIC approaches. This qualitative classification is followed by a quantitative investigation of several interference mitigation techniques. Then, we formulate a centralized multi-cell joint resource and power allocation problem, and prove that this problem is separable into two independent convex optimization problems. The objective function of the formulated problem consists in maximizing system throughput while guaranteeing throughput fairness between UEs. ICI is taken into account, and resource and power allocation is managed accordingly in a centralized manner. Furthermore, we introduce a decentralized game-theoretical method to solve the power allocation problem without the need to exchange signaling messages between the different cells. We also propose a decentralized heuristic power control algorithm based on the received Channel Quality Indication (CQI) feedbacks. The intuition behind this algorithm is to avoid power wastage for UEs that are close to the serving cell, and reducing ICI for UEs in the neighboring cells. An autonomous ICIC scheme that aims at satisfying throughput demands in each cell zone is also introduced. The obtained results show that this technique improves UE throughput fairness, and it reduces the percentage of unsatisfied UEs without generating additional signaling messages. Lastly, we provide a hybrid ICIC scheme as a compromise between the centralized and the decentralized approaches. For a cluster of adjacent cells, resource and power allocation decisions are made in a collaborative manner. First, the transmission power is adjusted after receiving the necessary information from the neighboring cells. Second, resource allocation between cell zones is locally modified, according to throughput demands in each zone.; Grâce aux avancées technologiques dans le domaine des réseaux cellulaires et des équipements mobiles, le nombre d'applications multimédia à haut débit dans les réseaux mobiles ne cesse d'augmenter. On prévoit que le trafic de données dans les réseaux mobiles en 2017 sera 13 fois plus important que celui en 2012. Pour satisfaire aux besoins des équipements mobiles, de nouvelles approches pour la gestion des ressources radio et des puissances de transmission sont requises.Dans le cadre de cette thèse, on s'intéresse à proposer des solutions pour remédier aux problèmes des interférences intercellulaires dans les réseaux mobiles de dernière génération. Nous enquêtons d'une manière exhaustive les différentes techniques de coordination des interférences intercellulaires existantes. Ces techniques sont qualitativement comparées, puis classées selon le taux de coopération requis entre les différentes stations de base, mais aussi selon leurs principes de fonctionnement. Nous abordons également le problème multicellulaire d'allocation des ressources et des puissances de transmission d'une manière centralisée. Nous formulons ce problème d'optimisation centralisé, puis nous le décomposons en deux sous-problèmes indépendants : l'allocation de ressources et l'allocation des puissances de transmission. De plus, une approche distribuée basée sur la théorie des jeux est proposée pour l'allocation des puissances de transmission. Les techniques centralisées de minimisation des interférences intercellulaires offrent la solution optimale au prix d'une grande charge de signalisation. Par contre, les solutions décentralisées réduisent le trafic de signalisation sans garantir l'optimalité de la solution obtenue. Nous proposons ensuite une heuristique de contrôle de puissance qui modifie localement l'allocation des puissances de transmission de manière à éviter le gaspillage d'énergie et pour réduire les interférences ressenties par les utilisateurs des stations de base voisines. Nous proposons également une technique autonome qui gère la distribution des ressources radio entre les différentes zones de chaque cellule. Cette technique répond aux besoins des utilisateurs dans chaque zone en adaptant la distribution des ressources d'une manière dynamique. Nous abordons aussi le compromis entre les techniques de gestion d'interférences intercellulaires centralisées et décentralisées. Nous proposons une approche hybride où l'allocation des ressources radio et des puissances de transmission est faite d'une manière coopérative entre les différentes cellules. Dans un premier lieu, les cellules voisines collaborent afin d'ajuster les puissances de transmission allouées aux ressources radio. Ensuite, la distribution des ressources entre les différentes zones de chaque cellule est modifiée localement, selon les besoins des utilisateurs dans chaque zone.

The exponentially increasing demand for mobile broadband communications have led to the dense deployment of cellular networks with aggressive frequency reuse patterns. The future Fifth Generation (5G) networks are expected to overcome capacity and throughput challenges by adopting a multi-tier architecture where several low-power Base Stations (BSs) are deployed within the coverage area of the macro cell. However, Inter-Cell Interference (ICI) caused by the simultaneous usage of the same spectrum in different cells, creates severe problems. ICI reduces system throughput and network capacity, and has a negative impact on cell-edge User Equipment (UE) performance. Therefore, Inter-Cell Interference Coordination (ICIC) techniques are required to mitigate the impact of ICI on system performance. In this thesis, we address the resource and power allocation problem in multiuser Orthogonal Frequency Division Multiple Access (OFDMA) networks such as LTE/LTE-A networks and dense small cell networks. We start by overviewing the state-of-the-art schemes, and provide an exhaustive classification of the existing ICIC approaches. This qualitative classification is followed by a quantitative investigation of several interference mitigation techniques. Then, we formulate a centralized multi-cell joint resource and power allocation problem, and prove that this problem is separable into two independent convex optimization problems. The objective function of the formulated problem consists in maximizing system throughput while guaranteeing throughput fairness between UEs. ICI is taken into account, and resource and power allocation is managed accordingly in a centralized manner. Furthermore, we introduce a decentralized game-theoretical method to solve the power allocation problem without the need to exchange signaling messages between the different cells. We also propose a decentralized heuristic power control algorithm based on the received Channel Quality Indication (CQI) feedbacks. The intuition behind this algorithm is to avoid power wastage for UEs that are close to the serving cell, and reducing ICI for UEs in the neighboring cells. An autonomous ICIC scheme that aims at satisfying throughput demands in each cell zone is also introduced. The obtained results show that this technique improves UE throughput fairness, and it reduces the percentage of unsatisfied UEs without generating additional signaling messages. Lastly, we provide a hybrid ICIC scheme as a compromise between the centralized and the decentralized approaches. For a cluster of adjacent cells, resource and power allocation decisions are made in a collaborative manner. First, the transmission power is adjusted after receiving the necessary information from the neighboring cells. Second, resource allocation between cell zones is locally modified, according to throughput demands in each zone., Grâce aux avancées technologiques dans le domaine des réseaux cellulaires et des équipements mobiles, le nombre d'applications multimédia à haut débit dans les réseaux mobiles ne cesse d'augmenter. On prévoit que le trafic de données dans les réseaux mobiles en 2017 sera 13 fois plus important que celui en 2012. Pour satisfaire aux besoins des équipements mobiles, de nouvelles approches pour la gestion des ressources radio et des puissances de transmission sont requises.Dans le cadre de cette thèse, on s'intéresse à proposer des solutions pour remédier aux problèmes des interférences intercellulaires dans les réseaux mobiles de dernière génération. Nous enquêtons d'une manière exhaustive les différentes techniques de coordination des interférences intercellulaires existantes. Ces techniques sont qualitativement comparées, puis classées selon le taux de coopération requis entre les différentes stations de base, mais aussi selon leurs principes de fonctionnement. Nous abordons également le problème multicellulaire d'allocation des ressources et des puissances de transmission d'une manière centralisée. Nous formulons ce problème d'optimisation centralisé, puis nous le décomposons en deux sous-problèmes indépendants : l'allocation de ressources et l'allocation des puissances de transmission. De plus, une approche distribuée basée sur la théorie des jeux est proposée pour l'allocation des puissances de transmission. Les techniques centralisées de minimisation des interférences intercellulaires offrent la solution optimale au prix d'une grande charge de signalisation. Par contre, les solutions décentralisées réduisent le trafic de signalisation sans garantir l'optimalité de la solution obtenue. Nous proposons ensuite une heuristique de contrôle de puissance qui modifie localement l'allocation des puissances de transmission de manière à éviter le gaspillage d'énergie et pour réduire les interférences ressenties par les utilisateurs des stations de base voisines. Nous proposons également une technique autonome qui gère la distribution des ressources radio entre les différentes zones de chaque cellule. Cette technique répond aux besoins des utilisateurs dans chaque zone en adaptant la distribution des ressources d'une manière dynamique. Nous abordons aussi le compromis entre les techniques de gestion d'interférences intercellulaires centralisées et décentralisées. Nous proposons une approche hybride où l'allocation des ressources radio et des puissances de transmission est faite d'une manière coopérative entre les différentes cellules. Dans un premier lieu, les cellules voisines collaborent afin d'ajuster les puissances de transmission allouées aux ressources radio. Ensuite, la distribution des ressources entre les différentes zones de chaque cellule est modifiée localement, selon les besoins des utilisateurs dans chaque zone.

National audience; La consommation d'énergie est devenue un facteur limitant pour le déploiement d'infrastruc-tures distribuées à grande échelle. Ce travail 1 a pour but l'amélioration de l'efficacité éner-gétique des réseaux de coeur en éteignant un sous-ensemble des liens grâce à une approche SDN (Software Defined Network). Nous présentons l'architecture logicielle STREETE (SegmenT Routing based Energy Efficient Traffic Engineering) qui adapte dynamiquement le nombre de liens du réseau qui sont allumés en fonction de la charge du réseau. Le coeur de la solution repose sur le protocole SPRING, aussi appelé Segment Routing, un protocole novateur en cours de standardisation par l'IETF. Les algorithmes ont été implémentés et évalués en utilisant le si-mulateur OMNET++. Les résultats expérimentaux montrent que le nombre de liens allumés peut être réduit de 44% tout en gardant une haute qualité de service. Mots-clés : efficacité énergétique, réseaux de coeur, SDN, ingénierie de trafic, SPRING, Segment Routing, MPLS.

Nowadays, there is an increasing demand to provide real-time environment information such as air quality, noise level, traffic condition, etc. to citizens in urban areas for various purposes. The proliferation of sensor-equipped smartphones and the mobility of people are making Mobile Crowdsensing (MCS) an effective way to sense and collect information at a low deployment cost. In MCS, instead of deploying static sensors in urban areas, people with mobile devices play the role of mobile sensors to sense the information of their surroundings and the communication network (3G, WiFi, etc.) is used to transfer data for MCS applications. Typically, an MCS application (or task) not only requires each participant's mobile device to possess the capability of receiving sensing tasks, performing sensing and returning sensed results to a central server, it also requires to recruit participants, assign sensing tasks to participants, and collect sensed results that well represents the characteristics of the target sensing region. In order to recruit sufficient participants, the organizer of the MCS task should consider energy consumption caused by MCS applications for each individual participant and the privacy issues, further the organizer should give each participant a certain amount of incentives as encouragement. Further, in order to collect sensed results well representing the target region, the organizer needs to ensure the sensing data quality of the sensed results, e.g., the accuracy and the spatial-temporal coverage of the sensed results. With the energy consumption, privacy, incentives, and sensing data quality in mind, in this thesis we have studied four optimization problems of mobile crowdsensing and conducted following four research works: • EEMC - In this work, the MCS task is splitted into a sequence of sensing cycles, we assume each participant is given an equal amount of incentive for joining in each sensing cycle; further, given the target region of the MCS task, the MCS task aims at collecting an expected number of sensed results from the target region in each sensing cycle.Thus, in order to minimize the total incentive payments and the total energy consumption of the MCS task while meeting the predefined data collection goal, we propose EEMC which intends to select a minimal number of anonymous participants to join in each sensing cycle of the MCS task while ensuring an minimum number of participants returning sensed results. • EMC3 - In this work, we follow the same sensing cycles and incentives assumptions/settings from EEMC; however, given a target region consisting of a set of subareas, the MCS task in this work aims at collecting sensed results covering each subarea of the target region in each sensing cycle (namely full coverage constraint).Thus, in order to minimize the total incentive payments and the total energy consumption of the MCS task under the full coverage constraint, we propose EMC3 which intends to select a minimal number of anonymous participaNts to join in each sensing cycle of the MCS task while ensuring at least one participant returning sensed results from each subarea. • CrowdRecruiter - In this work, we assume each participant is given an equal amount of incentive for joining in all sensing cycles of the MCS task; further, given a target region consisting of a set of subareas, the MCS task aims at collecting sensed results from a predefined percentage of subareas in each sensing cycle (namely probabilistic coverage constraint).Thus, in order to minimize the total incentive payments the probabilistic coverage constraint, we propose CrowdRecruiter which intends to recruit a minimal number of participants for the whole MCS task while ensuring the selected participants returning sensed results from at least a predefined percentage of subareas in each sensing cycle. • CrowdTasker - In this work, we assume each participant is given a varied amount of incentives according to [...], Aujourd’hui, il y a une demande croissante de fournir les informations d'environnement en temps réel tels que la qualité de l'air, le niveau de bruit, état du trafic, etc. pour les citoyens dans les zones urbaines a des fins diverses. La prolifération des capteurs de smartphones et la mobilité de la population font des Mobile Crowdsensing (MCS) un moyen efficace de détecter et de recueillir des informations a un coût faible de déploiement. En MCS, au lieu de déployer capteurs statiques dans les zones urbaines, les utilisateurs avec des périphériques mobiles jouent le rôle des capteurs de mobiles à capturer les informations de leurs environnements, et le réseau de communication (3G, WiFi, etc.) pour le transfert des données pour MCS applications. En général, l'application MCS (ou tâche) non seulement exige que chaque participant de périphérique mobile de posséder la capacité de réception missions de télédétection, de télédétection et de renvoi détecte résultats vers un serveur central, il exige également de recruter des participants, attribuer de télédétection tâches aux participants, et collecter les résultats obtenues par télédétection ainsi que représente les caractéristiques de la cible zone de détection. Afin de recruter un nombre suffisant de participants, l'organisateur d'une MCS tâche devrait considérer la consommation énergétique causée par MCS applications pour chaque participant et les questions de protection dans la vie privée, l'organisateur doit donner a chaque participant un certain montant des incitations comme un encouragement. En outre, afin de recueillir les résultats obtenues par télédétection et représentant la région cible, l'organisateur doit s'assurer que les données de télédétection qualité des résultats obtenues par télédétection, p. ex., la précision et la spatio-temporelle la couverture des résultats obtenus par télédétection. Avec la consommation d'énergie, la protection de la vie privée, les mesures d'incitation, de télédétection et qualité des données à l'esprit, dans cette thèse nous avons étudié quatre problèmes d'optimisation de mobile crowdsensing et mené après quatre travaux de recherche [...]

Cloud computing has rapidly emerged as a successful paradigm for providing IT infrastructure, resources and services on a pay-per-use basis over the past few years. As, the wider adoption of Cloud and virtualization technologies has led to the establishment of large scale data centers that consume excessive energy and have significant carbon footprints, energy efficiency is becoming increasingly important for data centers and Cloud. Today data centers energy consumption represents 3 percent of all global electricity production and is estimated to further rise in the future. This thesis presents new models and algorithms for energy efficient resource allocation in Cloud data centers. The first goal of this work is to propose, develop and evaluate optimization algorithms of resource allocation for traditional Infrastructutre as a Service (IaaS) architectures. The approach is Virtual Machine (VM) based and enables on-demand and dynamic resource scheduling while reducing power consumption of the data center. This initial objective is extended to deal with the new trends in Cloud services through a new model and optimization algorithms of energy efficient resource allocation for hybrid IaaS-PaaS Cloud providers. The solution is generic enough to support different type of virtualization technologies, enables both on-demand and advanced resource provisioning to deal with dynamic resource scheduling and fill the gap between IaaS and PaaS services and create a single continuum of services for Cloud users. Consequently, in the thesis, we first present a survey of the state of the art on energy efficient resource allocation in cloud environments. Next, we propose a bin packing based approach for energy efficient resource allocation for classical IaaS. We formulate the problem of energy efficient resource allocation as a bin-packing model and propose an exact energy aware algorithm based on integer linear program (ILP) for initial resource allocation. To deal with dynamic resource consolidation, an exact ILP algorithm for dynamic VM reallocation is also proposed. This algorithm is based on VM migration and aims at constantly optimizing energy efficiency at service departures. A heuristic method based on the best-fit algorithm has also been adapted to the problem. Finally, we present a graph-coloring based approach for energy efficient resource allocation in the hybrid IaaS-PaaS providers context. This approach relies on a new graph coloring based model that supports both VM and container virtualization and provides on-demand as well as advanced resource reservation. We propose and develop an exact Pre-coloring algorithm for initial/static resource allocation while maximizing energy efficiency. A heuristic Pre-coloring algorithm for initial resource allocation is also proposed to scale with problem size. To adapt reservations over time and improve further energy efficiency, we introduce two heuristic Re-coloring algorithms for dynamic resource reallocation. Our solutions are generic, robust and flexible and the experimental evaluation shows that both proposed approaches lead to significant energy savings while meeting the users' requirements, L'informatique en nuage (Cloud Computing) a émergé comme un nouveau paradigme pour offrir des ressources informatiques à la demande et pour externaliser des infrastructures logicielles et matérielles. Le Cloud Computing est rapidement et fondamentalement en train de révolutionner la façon dont les services informatiques sont mis à disposition et gérés. Ces services peuvent être demandés à partir d'un ou plusieurs fournisseurs de Cloud d'où le besoin de la mise en réseau entre les composants des services informatiques distribués dans des emplacements géographiquement répartis. Les utilisateurs du Cloud veulent aussi déployer et instancier facilement leurs ressources entre les différentes plateformes hétérogènes de Cloud Computing. Les fournisseurs de Cloud assurent la mise à disposition des ressources de calcul sous forme des machines virtuelles à leurs utilisateurs. Par contre, ces clients veulent aussi la mise en réseau entre leurs ressources virtuelles. En plus, ils veulent non seulement contrôler et gérer leurs applications, mais aussi contrôler la connectivité réseau et déployer des fonctions et des services de réseaux complexes dans leurs infrastructures virtuelles dédiées. Les besoins des utilisateurs avaient évolué au-delà d'avoir une simple machine virtuelle à l'acquisition de ressources et de services virtuels complexes, flexibles, élastiques et intelligents. L'objectif de cette thèse est de permettre le placement et l'instanciation des ressources complexes dans des infrastructures de Cloud distribués tout en permettant aux utilisateurs le contrôle et la gestion de leurs ressources. En plus, notre objectif est d'assurer la convergence entre les services de cloud et de réseau. Pour atteindre ces objectifs, cette thèse propose des algorithmes de mapping d'infrastructures virtuelles dans les centres de données et dans le réseau tout en respectant les exigences des utilisateurs. Avec l'apparition du Cloud Computing, les réseaux traditionnels sont étendus et renforcés avec des réseaux logiciels reposant sur la virtualisation des ressources et des fonctions réseaux. En plus, le nouveau paradigme d'architecture réseau (SDN : Software Defined Networks) est particulièrement pertinent car il vise à offrir la programmation du réseau et à découpler, dans un équipement réseau, la partie plan de données de la partie plan de contrôle. Dans ce contexte, la première partie de la thèse propose des algorithmes optimaux (exacts) et heuristiques de placement pour trouver le meilleur mapping entre les demandes des utilisateurs et les infrastructures sous-jacentes, tout en respectant les exigences exprimées dans les demandes. Cela inclut des contraintes de localisation permettant de placer une partie des ressources virtuelles dans le même nœud physique. Ces contraintes assurent aussi le placement des ressources dans des nœuds distincts. Les algorithmes proposés assurent le placement simultané des nœuds et des liens virtuels sur l'infrastructure physique. Nous avons proposé aussi un algorithme heuristique afin d'accélérer le temps de résolution et de réduire la complexité du problème. L'approche proposée se base sur la technique de décomposition des graphes et la technique de couplage des graphes bipartis. Dans la troisième partie de la thèse, nous proposons un cadriciel open source (framework) permettant d'assurer la mise en réseau dynamique entre des ressources Cloud distribués et l'instanciation des fonctions réseau dans l'infrastructure virtuelle de l'utilisateur. Ce cadriciel permettra de déployer et d'activer les composants réseaux afin de mettre en place les demandes des utilisateurs. Cette solution se base sur un gestionnaire des ressources réseaux "Cloud Network Gateway Manager" et des passerelles logicielles permettant d'établir la connectivité dynamique et à la demande entre des ressources cloud et réseau [...]

Because of the advances of technology, the number of devices connected to the Internet now exceeds the number of people on Earth. These devices are not only computers, tablets and smartphones, but also any object that has an embedded microcontroller and a radio with an antenna. Until recent years, the Internet was an interconnection of computer networks. We are talking now about networks of computers and Things. New protocols have been standardized in order to integrate these networks in the Internet. Among them, the IEEE 802.15.4 physical and MAC layer protocols, and RPL, the IPv6 Routing Protocol for Low-power and Lossy Networks. This resulted in a new paradigm, called the Internet of Things. An important part of the Internet of Things are the Wireless Sensor Networks (WSNs), which are composed of a large number of low-power devices that sense the environment and communicate this information to a central entity. The WSNs are highly unreliable, and the devices that compose them are very constrained in terms of energy, memory, and processing power.The goal of this thesis is to improve the already standardized protocols for the Internet of Things, considering the constraints of WSNs (high loss rate, instability, low data rates, etc.), and of the devices that compose it. First, we proposed a new MAC layer broadcast mechanism in IEEE 802.15.4, to ensure a reliable delivery of the control packets from the upper layers (especially from RPL). Then, we provided an exhaustive evaluation of RPL, and highlighted an instability problem: existing routing metrics used to build the topology never lead to network stability. These instabilities generate a large overhead, consuming a lot of energy. Since the lifetime of WSNs is very limited, as most of their devices are energy constrained, we proposed a new routing metric that estimates the Expected Lifetime of a node, according to its residual energy, the link quality to its neighbors, and the current traffic conditions. By using this metric with RPL, we identify the bottlenecks of the network in terms of energy (i.e., the nodes that have the least residual energy), and we route the packets in order to maximize their lifetime. Finally, we proposed to enhance RPL by proposing a multipath approach, in order to create energy-balanced paths. We identify the weakest nodes in the network (in terms of energy) by using the Expected Lifetime metric. Then, we forward the traffic through all the next hops, so that each path consumes the same quantity of energy, maximizing furthermore the lifetime of the network.; L'Internet des objets a récemment émergé, permettant la communication entre objets intelligents. L'IETF et l'IEEE ont spécifiquement standardisé de nouveaux protocoles pour ce type de réseaux: RPL (pour la couche routage) et IEEE 802.15.4 (pour la couche MAC). Dans ce contexte, l'objectif de cette thèse est d'améliorer les protocoles standardisés en tenant compte des contraintes énergétiques dont souffrent ces objets. Tout d'abord, nous avons conçu une nouvelle méthode de diffusion de la couche MAC pour la norme IEEE 802.15.4, afin d'assurer une livraison fiable des paquets de contrôle des couches supérieures (en particulier de RPL). Ensuite, nous avons fourni une évaluation exhaustive de RPL et nous avons souligné un problème d'instabilité: quelle que soit la métrique de routage utilisée, un nœud change fréquemment son état de routage. Cette instabilité génère une surcharge importante et par conséquent, plus d'énergie est gaspillée. Puisque la durée de vie des réseaux de capteurs est très limitée, nous avons proposé une nouvelle métrique de routage qui identifie les goulets d'étranglement (c'est à dire, les nœuds qui consomment le plus d'énergie). En utilisant cette métrique avec RPL, nous arrivons à maximiser la durée de vie du réseau. Finalement, pour résoudre le problème de l'instabilité déjà souligné, nous avons proposé une version multi-chemin de RPL avec un algorithme probabiliste pour équilibrer le trafic entre tous les prochains sauts.

Because of the advances of technology, the number of devices connected to the Internet now exceeds the number of people on Earth. These devices are not only computers, tablets and smartphones, but also any object that has an embedded microcontroller and a radio with an antenna. Until recent years, the Internet was an interconnection of computer networks. We are talking now about networks of computers and Things. New protocols have been standardized in order to integrate these networks in the Internet. Among them, the IEEE 802.15.4 physical and MAC layer protocols, and RPL, the IPv6 Routing Protocol for Low-power and Lossy Networks. This resulted in a new paradigm, called the Internet of Things. An important part of the Internet of Things are the Wireless Sensor Networks (WSNs), which are composed of a large number of low-power devices that sense the environment and communicate this information to a central entity. The WSNs are highly unreliable, and the devices that compose them are very constrained in terms of energy, memory, and processing power.The goal of this thesis is to improve the already standardized protocols for the Internet of Things, considering the constraints of WSNs (high loss rate, instability, low data rates, etc.), and of the devices that compose it. First, we proposed a new MAC layer broadcast mechanism in IEEE 802.15.4, to ensure a reliable delivery of the control packets from the upper layers (especially from RPL). Then, we provided an exhaustive evaluation of RPL, and highlighted an instability problem: existing routing metrics used to build the topology never lead to network stability. These instabilities generate a large overhead, consuming a lot of energy. Since the lifetime of WSNs is very limited, as most of their devices are energy constrained, we proposed a new routing metric that estimates the Expected Lifetime of a node, according to its residual energy, the link quality to its neighbors, and the current traffic conditions. By using this metric with RPL, we identify the bottlenecks of the network in terms of energy (i.e., the nodes that have the least residual energy), and we route the packets in order to maximize their lifetime. Finally, we proposed to enhance RPL by proposing a multipath approach, in order to create energy-balanced paths. We identify the weakest nodes in the network (in terms of energy) by using the Expected Lifetime metric. Then, we forward the traffic through all the next hops, so that each path consumes the same quantity of energy, maximizing furthermore the lifetime of the network.; L'Internet des objets a récemment émergé, permettant la communication entre objets intelligents. L'IETF et l'IEEE ont spécifiquement standardisé de nouveaux protocoles pour ce type de réseaux: RPL (pour la couche routage) et IEEE 802.15.4 (pour la couche MAC). Dans ce contexte, l'objectif de cette thèse est d'améliorer les protocoles standardisés en tenant compte des contraintes énergétiques dont souffrent ces objets. Tout d'abord, nous avons conçu une nouvelle méthode de diffusion de la couche MAC pour la norme IEEE 802.15.4, afin d'assurer une livraison fiable des paquets de contrôle des couches supérieures (en particulier de RPL). Ensuite, nous avons fourni une évaluation exhaustive de RPL et nous avons souligné un problème d'instabilité: quelle que soit la métrique de routage utilisée, un nœud change fréquemment son état de routage. Cette instabilité génère une surcharge importante et par conséquent, plus d'énergie est gaspillée. Puisque la durée de vie des réseaux de capteurs est très limitée, nous avons proposé une nouvelle métrique de routage qui identifie les goulets d'étranglement (c'est à dire, les nœuds qui consomment le plus d'énergie). En utilisant cette métrique avec RPL, nous arrivons à maximiser la durée de vie du réseau. Finalement, pour résoudre le problème de l'instabilité déjà souligné, nous avons proposé une version multi-chemin de RPL avec un algorithme probabiliste pour équilibrer le trafic entre tous les prochains sauts.

To increase the lifetime of wireless sensor networks, a solution is to improve the energy efficiency of the communication's protocol. The grouping of nodes in the wireless sensor network clustering is one of the best methods. This thesis proposes several improvements by changing the settings of the reference protocol LEACH. To improve the energy distribution of "cluster-heads", we propose two centralized clustering protocols LEACH and k-optimized version k-LEACH-VAR. A distributed algorithm, called e-LEACH, is proposed to reduce the periodic exchange of information between the nodes and the base station during the election of "cluster-heads". Moreover, the concept of energy balance is introduced in metric election to avoid overloading nodes. Then we presented a decentralized version of k-LEACH, which in addition to the previous objectives, integrates the overall energy consumption of the network. This protocol, called k-LEACH-C2D, also aims to promote the scalability of the network. To reinforce the autonomy and networks, both routing protocols "multi-hop" probability, denoted CB-RSM and FRSM build elementary paths between the "cluster-heads" and elected the base station. The protocol, CB-RSM, forms a hierarchy of "cluster-heads" during the training phase clusters, with an emphasis on self-scheduling and self-organization between "cluster-heads" to make the networks more scalable. These protocols are based on the basic idea that the nodes have the highest residual energy and lower variance of energy consumption become "cluster-head". We see the central role of consumption of the node in our proposals. This point will be the last part of this thesis. We propose a methodology to characterize experimentally the consumption of a node. The objectives are to better understand the consumption for different sequences of the node status. In the end, we propose a global model of the consumption of the node.; Pour augmenter la durée de vie des réseaux de capteurs sans fil, une solution est d'améliorer l'efficacité énergétique des protocoles de communication. Le regroupement des nœuds du réseau de capteurs sans fil en cluster est l'une des meilleures méthodes. Cette thèse présente propose plusieurs améliorations en modifiant les paramètres du protocole de référence LEACH. Pour améliorer la distribution énergétique des "cluster-heads", nous proposons deux protocoles de clustering centralisés k-LEACH et sa version optimisée k-LEACH-VAR. Un algorithme distribué, appelé e-LEACH, est également proposé pour réduire l'échange d'information périodique entre les nœuds et la station de base lors de l'élection des "cluster-heads". Par ailleurs, le concept l'équilibrage énergétique est introduit dans les métriques d'élection pour éviter les surcharges des nœuds. Ensuite, nous présentons une version décentralisée de k-LEACH qui, en plus des objectifs précédents, intègre la consommation d'énergie globale du réseau. Ce protocole, appelé, k-LEACH-C2D, vise également à favoriser la scalabilité du réseau. Pour renforcer ce dernier et l'autonomie des réseaux, les deux protocoles de routage "multi-hop" probabiliste, dénotés FRSM et CB-RSM construisent des chemins élémentaires entre les "cluster-heads" et la station de base. Le protocole CB-RSM forme une hiérarchie des "cluster-heads" pendant la phase de formation des clusters, en mettant un accent sur l'auto-ordonnancement et l'auto-organisation entre les "cluster-heads" pour rendre les réseaux le plus "scalable". Ces différents protocoles reposent sur l'idée de base que les nœuds ayant l'énergie résiduelle la plus élevée et la plus faible variance de consommation de l'énergie deviennent "cluster-head". Nous constantans le rôle central de la consommation du nœud dans nos différentes propositions. Ce point fera l'objet de la dernière partie de cette thèse. Nous proposons une méthodologie pour caractériser expérimentalement la consommation d'un nœud. Les objectifs visent à mieux appréhender la consommation pour différentes séquences d'état du nœud. Enfin, nous proposons un modèle global de la consommation du nœud.

In this thesis, general overview about PON systems is presented and existing PON mechanisms and classification are investigated. After, a novel dynamic bandwidth allocation algorithm for EPON is introduced. This proposed algorithm is named as “Half Cycling Dynamic Bandwidth Allocation-hcDBA” by the inspiration of its half cycling processing mode. Later, an improvement of hcDBA algorithm with early prediction mechanism is presented. As a result statement of the study, hcDBA algorithm performs better than existing mechanism in terms of packet loss ratio and access delays. Beside, simulation traffic behavior of EPON’s upstream channel has been investigated in order to support the decision of selecting suitable traffic generator in further studies. Energy conversation is one of the hot topics in telecommunication networks. Access networks constitute remarkable portion of the total energy consumption in telecommunication networks. ITU-T and IEEE organizations published recommendation for energy conversation in PONs. While, total energy consumption of ONUs is more than other equipment in fix access network the standards and most of the researches focused on saving energy at ONU side. In this thesis I focused on an energy efficiency method based on energy conversation on OLT side. The proposed method save energy by dynamically moving OLT cards to deep sleep mode according to the incoming and outgoing traffic loads, Dans ce travail de thèse, un aperçu général sur les systèmes PON est présenté et sont étudiés les mécanismes et classification PON existants. Après, nous introduisons notre première contribution qui est un algorithme d'allocation dynamique de bande passante pour EPON. Cet algorithme proposé est désigné comme «hcDBA». Par la suite, une amélioration de l'algorithme de hcDBA avec mécanisme de prédiction précoce est présentée. Notre simulation montre bien que notre algorithme hcDBA est performant comparé aux mécanismes existants en termes de taux de perte de paquets et de délai d’accès. Dans notre seconde contribution, nous sommes intéressés au problème de consommation d’énergie qui est un sujet d’actualité dans les réseaux de télécommunication. Les études montrent aujourd’hui que les réseaux d'accès constituent une partie remarquable de la consommation totale d'énergie dans les réseaux de télécommunication. Les organisations ITU-T et IEEE ont publié la recommandation pour la conversation de l'énergie pour les réseaux PONs. Bien que, la consommation totale d'énergie des nœuds ONU est plus importantes que d'autres équipements dans le réseau d'accès fixe, les normes et la plupart des travaux de recherches ont porté sur les économies d'énergie du côté de ONU. Dans cette thèse, nous sommes concentrés sur une méthode d'efficacité énergétique basée sur la conservation de l'énergie du côté de l’OLT. La méthode proposée permet d’économiser de l'énergie en déplaçant dynamiquement des cartes d’OLT en mode de sommeil profond en fonction des charges de trafic entrant et sortant

Les systèmes distribués à grande échelle (Datacenters, Grilles, Clouds, Réseaux) sont des acteurs incontournables dans notre société de communication et d'échanges électroniques. Ces infrastructures doivent faire face à de nombreux challenges qui limitent leur déploiement : sécurité, qualité de service, extensibilité, programmabilité, consommation électrique... Cette habilitation retrace les travaux menés sur les domaines de la flexibilité des grands systèmes en se focalisant sur la mise en oeuvre de solutions dynamiques de déploiement de services afin d'augmenter la valeur ajoutée des infrastructures existantes et de proposer de nouveaux services à valeur ajoutée. Cette habilitation se penche aussi sur la consommation électrique de ces infrastructures et les différents moyens d'améliorer leur efficacité énergétique afin de les placer dans une perspective de développement durable.

The need to maximize network lifetime in wireless ad hoc networks and especially in wireless sensor networks requires the use of energy efficient algorithms and protocols. Motivated by the fact that a node consumes the least energy when its radio is in sleep state, we achieve energy efficiency by scheduling nodes activity. Nodes are assigned time slots during which they can transmit and they can turn off their radio when they are neither ransmitting nor receiving. Compared to classical TDMA-based medium access scheme, spatial bandwidth use is optimized: non interfering nodes are able to share the same time slots, collisions are avoided and overhearing and interferences are reduced. In our work about time slots assignment, two cases are studied. First, when nodes require equal channel access, we use node coloring: Nodes having the same color do not interfere and a color is mapped to a time slot. In this context, we proposed the coloring algorithm OSERENA. Second, when nodes have heterogeneous traffic demands, we designed the traffic aware time slot assignment algorithm TRASA. In this algorithm, any node is assigned a number of slots proportional to its medium access time needs. We show that reducing the number of colors for OSERENA and the number of slots for TRASA increases the amount of energy saved and decreases data transmission delays. Unlike the majority of previous works, we generalize the definition of node coloring and slot allocation problems. Indeed, we set the maximum distance between two interfering nodes as a parameter of these problems. We prove that they are NP-complete, making heuristic approaches inevitable in practice. In addition to the energy resource scarcity, wireless ad hoc and sensor networks have many other constraints. A sensor is a tiny device with small amount of memory and storage space. Also, these networks are prone to the unreliability of wireless communications. That is why, a central directive of this thesis is to design self-adaptive solutions. This adaptivity concerns many aspects such as the mission given by the application, the heterogeneity of node traffic demands, the network density, the regularity of network topology, and the failure of wireless links. More precisely, we made the following contributions: (1) Using a cross layer with the application allows us to define two coloring modes: one adapted to general applications, and the second to data gathering applications. We prove that this adaptation reduces the coloring algorithm overhead. (2) TRASA is defined for data gathering applications while adapting to the heterogeneous numbers of packets to transmit. It allocates to each node a medium access time proportional to its traffic demand. (3) OSERENA scales for dense wireless networks; it uses a message whose size depends neither on the density nor on the number of nodes. Furthermore, compared to an existing coloring algorithm called SERENA, OSERENA reduces the amount of data stored by sensors. (4) We propose VCM, a coloring solution for grid wireless networks. This solution profits from the regularity of this topology and performs a periodic coloring by tiling a color pattern. (5) We enhance the robustness of the known algorithm SERENA to support unreliable links in data gathering applications: after topology changes, nodes can keep their initial colors without creating interferences. All these algorithms and protocols have been implemented and simulated on configurations of wireless networks. Furthermore, we participated in the OCARI project that targets wireless sensor networks in industrial environments. We collaborated to implement and integrate OSERENA in a real testbed of sensors coupled with a new version of the known energy efficient routing protocol EOLSR adapted to data gathering applications.; La nécessité de maximiser la durée de vie du réseau sans fil dans les réseaux ad hoc et en particulier dans les réseaux de capteurs sans fil nécessite l'utilisation d'algorithmes d'efficacité énergétique. Motivée par le fait qu'un noeud consomme le moins d'énergie lorsqu'il est en veille, nous réalisons l'efficacité énergétique vi des algorithmes d'ordonnancement des activités des noeuds. Les noeuds reçoivent des slots temporels durant lesquels ils peuvent transmettre et ils peuvent éteindre leur radio quand ils ne sont ni en train de transmettre, ni en train de recevoir. Par rapport au TDMA classique, l'utilisation de la bande passante est optimisée: deux noeuds interférents ne partagent pas les mêmes slots. Dans notre travail sur l'ordonnancement, deux cas sont étudiés. Tout d'abord, lorsque les nœuds nécessitent le même temps d'accès au canal, nous utilisons le coloriage des nœuds. Deuxièmement, lorsque les nœuds requièrent des débits hétérogènes, nous utilisons une allocation de slots " traffic aware ". Contrairement à la majorité des travaux antérieurs, nous généralisons la définition du coloriage des noeuds et les problèmes d'attribution des slots. En effet, nous considérons que la distance maximale entre deux nœuds interférents est un paramètre de ces problèmes. Nous prouvons qu'ils sont NP-complets, ce qui rend inévitable l'utilisation des heuristiques dans la pratique. Une directive centrale de cette thèse est de concevoir des solutions auto-adaptatives. Cette adaptabilité concerne de nombreux aspects tels que la mission confiée par l'application, l'hétérogénéité des demandes de trafic de nœuds, la densité du réseau, de la régularité de la topologie du réseau, et la non fiabilité des liens sans fil.

The need to maximize network lifetime in wireless ad hoc networks and especially in wireless sensor networks requires the use of energy efficient algorithms and protocols. Motivated by the fact that a node consumes the least energy when its radio is in sleep state, we achieve energy efficiency by scheduling nodes activity. Nodes are assigned time slots during which they can transmit and they can turn off their radio when they are neither ransmitting nor receiving. Compared to classical TDMA-based medium access scheme, spatial bandwidth use is optimized: non interfering nodes are able to share the same time slots, collisions are avoided and overhearing and interferences are reduced. In our work about time slots assignment, two cases are studied. First, when nodes require equal channel access, we use node coloring: Nodes having the same color do not interfere and a color is mapped to a time slot. In this context, we proposed the coloring algorithm OSERENA. Second, when nodes have heterogeneous traffic demands, we designed the traffic aware time slot assignment algorithm TRASA. In this algorithm, any node is assigned a number of slots proportional to its medium access time needs. We show that reducing the number of colors for OSERENA and the number of slots for TRASA increases the amount of energy saved and decreases data transmission delays. Unlike the majority of previous works, we generalize the definition of node coloring and slot allocation problems. Indeed, we set the maximum distance between two interfering nodes as a parameter of these problems. We prove that they are NP-complete, making heuristic approaches inevitable in practice. In addition to the energy resource scarcity, wireless ad hoc and sensor networks have many other constraints. A sensor is a tiny device with small amount of memory and storage space. Also, these networks are prone to the unreliability of wireless communications. That is why, a central directive of this thesis is to design self-adaptive solutions. This adaptivity concerns many aspects such as the mission given by the application, the heterogeneity of node traffic demands, the network density, the regularity of network topology, and the failure of wireless links. More precisely, we made the following contributions: (1) Using a cross layer with the application allows us to define two coloring modes: one adapted to general applications, and the second to data gathering applications. We prove that this adaptation reduces the coloring algorithm overhead. (2) TRASA is defined for data gathering applications while adapting to the heterogeneous numbers of packets to transmit. It allocates to each node a medium access time proportional to its traffic demand. (3) OSERENA scales for dense wireless networks; it uses a message whose size depends neither on the density nor on the number of nodes. Furthermore, compared to an existing coloring algorithm called SERENA, OSERENA reduces the amount of data stored by sensors. (4) We propose VCM, a coloring solution for grid wireless networks. This solution profits from the regularity of this topology and performs a periodic coloring by tiling a color pattern. (5) We enhance the robustness of the known algorithm SERENA to support unreliable links in data gathering applications: after topology changes, nodes can keep their initial colors without creating interferences. All these algorithms and protocols have been implemented and simulated on configurations of wireless networks. Furthermore, we participated in the OCARI project that targets wireless sensor networks in industrial environments. We collaborated to implement and integrate OSERENA in a real testbed of sensors coupled with a new version of the known energy efficient routing protocol EOLSR adapted to data gathering applications.; La nécessité de maximiser la durée de vie du réseau sans fil dans les réseaux ad hoc et en particulier dans les réseaux de capteurs sans fil nécessite l'utilisation d'algorithmes d'efficacité énergétique. Motivée par le fait qu'un noeud consomme le moins d'énergie lorsqu'il est en veille, nous réalisons l'efficacité énergétique vi des algorithmes d'ordonnancement des activités des noeuds. Les noeuds reçoivent des slots temporels durant lesquels ils peuvent transmettre et ils peuvent éteindre leur radio quand ils ne sont ni en train de transmettre, ni en train de recevoir. Par rapport au TDMA classique, l'utilisation de la bande passante est optimisée: deux noeuds interférents ne partagent pas les mêmes slots. Dans notre travail sur l'ordonnancement, deux cas sont étudiés. Tout d'abord, lorsque les nœuds nécessitent le même temps d'accès au canal, nous utilisons le coloriage des nœuds. Deuxièmement, lorsque les nœuds requièrent des débits hétérogènes, nous utilisons une allocation de slots " traffic aware ". Contrairement à la majorité des travaux antérieurs, nous généralisons la définition du coloriage des noeuds et les problèmes d'attribution des slots. En effet, nous considérons que la distance maximale entre deux nœuds interférents est un paramètre de ces problèmes. Nous prouvons qu'ils sont NP-complets, ce qui rend inévitable l'utilisation des heuristiques dans la pratique. Une directive centrale de cette thèse est de concevoir des solutions auto-adaptatives. Cette adaptabilité concerne de nombreux aspects tels que la mission confiée par l'application, l'hétérogénéité des demandes de trafic de nœuds, la densité du réseau, de la régularité de la topologie du réseau, et la non fiabilité des liens sans fil.

The increasing number of mobile terminals in home and in-building networks for indoor environments including offices, train stations and airports entails demanding bit-rate requirements with unprecedented increase in energy consumption. Considering the energy required per user terminal to access the Internet, more than half of the total energy used from the core network to the end user terminal is consumed in the home / in-building network. In the purpose to limit the energy consumed within an in-building infrastructure, whilst enabling higher bit-rates, a promising approach is to provide the wireless coverage by sharing the transmitted power among several distributed antennas. Therefore, a distributed antenna system (DAS) using radio-over-fiber (RoF) links is considered in the present study. One objective is to model and compute the system energy efficiency, as defined by the consumed power to the effective bit-rate ratio, and to compare it to that of a conventional single antenna system. The simulation results based on both power consumption measurements in Wi-Fi networks and power consumption modeling of radio-over-fiber links, show that a RoF-DAS can be up to three times more energy efficient than a conventional system for the same total radiated power. For the deployment of distributed antenna systems in indoor areas, a method is proposed to optimize their energy efficiency. Knowing the probability of presence of the terminals within a given area, the proposed method can determine the number of distributed antennas and the total radiated power. Finally, the present thesis studies algorithms for setting home equipment in standby mode and switching off distributed antennas when no connection is active. These algorithms add on to the aforementioned modeling and enable further reduction of energy consumption in home networks by more than 45% for an eight-hour day., La multiplication des terminaux mobiles dans les réseaux domestiques indoor tels que les habitations, les locaux professionnels ou encore les gares et les aéroports, entraîne une demande de plus en plus exigeante en terme de débit et une consommation énergétique accrue. Si on considère l'énergie consommée par utilisateur lors d'une connexion internet sur l'ensemble du réseau (du réseau coeur au terminal), plus de la moitié de l'énergie est consommée dans le réseau domestique. Pour limiter cette consommation énergétique domestique, tout en permettant une augmentation des débits, un système à antennes distribuées (DAS) utilisant des liens radio-sur-fibre est étudié dans cette thèse. Un premier objectif est de modéliser l'efficacité énergétique de cette architecture, définie comme étant le rapport de la puissance totale sur le débit effectif de transmission, de la calculer, puis de la comparer à celle d'un système mono-antenne. Les résultats de simulations, basés, à la fois sur la mesure expérimentale de la consommation de puissance dans des réseaux Wi-Fi, et une modélisation de la consommation des liens radio-sur-fibre permettent de montrer qu'un DAS peut être jusqu'à trois fois plus efficace énergétiquement qu'un système conventionnel en considérant une même puissance totale rayonnée. Ensuite, afin de déployer un système à antennes distribuées dans un espace indoor donné, une méthode est proposée pour optimiser l'efficacité énergétique. Elle permet à partir de la probabilité de présence des terminaux dans l'espace considéré, de déterminer le nombre optimal d'antennes distribuées ainsi que la puissance totale rayonnée. Cette thèse propose enfin des algorithmes de mise en veille d'équipement domestique et de désactivation des antennes distribuées en l'absence de connexion. Ces algorithmes complètent la modélisation précédente et peuvent permettre de réduire de plus de 45% la consommation énergétique d'un réseau domestique ayant une activité journalière de 8h.

Low power and Lossy Networks (LLNs) such as wireless sensor networks are currently used in many important applications fields such as remote environment monitoring and target tracking. This deployment has been enabled by the availability, especially in recent years, of embedded micro-controller devices that are smaller and cheaper. These devices are equipped with wireless interfaces, with which they can communicate with each other to form a network. In this thesis we focus on studying the energy consumption of reliable transport protocols over LLNs. Recently, much research has been carried out to improve the reliability and the congestion control on low power networks. Some of these works have considered TCP inappropriate for this kind of networks. Indeed, the idea of deploying TCP was rejected due to its header overhead, its end-to-end retransmission mechanism, its large rate of acknowledgment, and the impact of the lower layers fragmentation on the energy consumption. Nonetheless, the use of standard TCP/IP protocols offers the advantage of a seamless connectivity between the wireless network and the Internet. TCP allows easily the use of standard applications (HTTP, SSH) for some tasks like reprogramming of nodes or firmware updates, without the need of deploying complex proxies in border routers. In the first part of this work, we study the energy consumption of TCP and the ways that reduce its energy consumption. We study one of the proposed TCP algorithms to reduce the end-to-end retransmissions cost and we propose some improvements that allow it to reduce the energy consumption. Then, we study the compression of the TCP header over low-power and lossy networks and we consider IPv6 over Low power Wireless Personnel Area Networks (6LoWPAN) as an example. We propose a new TCP header compression algorithm that reduces the TCP header size to about six bytes. In the second part, we propose a mathematical model that allows to estimate the energy consumption of wireless nodes. Using the model, we study the tradeoff between sending long and short TCP segments and their impact on the energy consumption. Finally, we study the impact of a new fragment recovery mechanism on the energy performance of TCP., Les réseaux à faible consommation d'énergie tels que les réseaux de capteurs sans fil sont actuellement utilisés dans divers domaines militaires, environnementaux, médicaux, et commerciaux. Cette forte demande a été permise grâce à la disponibilité, surtout ces dernières années, de nouveaux microcontrôleurs qui sont plus petits, moins chers et plus intelligents. Ces nouveaux appareils sont équipés d'interfaces sans fil, avec lesquelles ils peuvent communiquer les uns avec les autres pour former un réseau. Dans cette thèse, nous nous concentrons sur l'étude de l'efficacité énergétique des protocoles de transport fiables pour ces réseaux. Récemment, nombreux travaux de recherche ont été menées afin d'améliorer la fiabilité et le contrôle de congestion dans les réseaux à faible consommation d'énergie. Beaucoup de ces travaux ont considéré la pile protocolaire IP/TCP inadéquate pour ce type de réseaux. Initialement, l'idée a été rejetée à cause de plusieurs éléments, comme la surcharge de son en-tête, son mécanisme de retransmission de bout en bout, son taux élevé d¿acquittements, et l'impact de la fragmentation des couches inférieures sur sa consommation d'énergie. Néanmoins, l'utilisation de la pile TCP/IP offre l'avantage d'une connectivité transparente entre le nouveau réseau sans fil et Internet. En effet, l'utilisation de TCP facilite l'utilisation des applications standards (e.g., HTTP, SSH) pour de nouveaux besoins comme la reprogrammation des noeuds ou la mise à jour du firmware sans une intervention humaine sur champ et sans un déploiement d'un proxy très complexe au niveau des routeurs de bord. Dans la première partie de cette thèse, nous étudions la consommation d'énergie du protocole TCP et les manières qui permettent de réduire cette consommation. Nous étudions un des algorithmes TCP proposés afin de réduire le coût de la transmission de bout-à-bout et nous proposons une amélioration de ce dernier réduisant encore davantage plus la consommation d'énergie. Nous étudions ensuite la compression de l'en-tête TCP en prenant le réseau 6LoWPAN comme un exemple d'applications. Nous proposons un nouvel algorithme de compression qui permet aussi de réduire la consommation d'énergie. Dans une deuxième partie, nous proposons un modèle mathématique qui permet d'estimer la consommation d'énergie en fonction de plusieurs paramètres. A l'aide de ce modèle, nous étudions le compromis entre l'envoi de longs et courts segments TCP et leur impact sur la consommation d'énergie. Enfin, nous étudions ensuite l'impact d'un nouveau mécanisme de récupération des fragments sur la performance énergétique du protocole TCP.

Nowadays, mobile users integrate multiple wireless network interfaces in their devices, like IEEE 802.11, 2G/3G/4G cellular, WiMAX or Bluetooth since these heterogeneous technologies can provide Internet access in urban areas. In this context, there is a potential for mobile users to exploit the diversity of the wireless interfaces in order to be always best connected to the networks at any given time and place. However, taking advantage of this network diversity requires an efficient mobility and multihoming management. Regarding mobility, mobile users need to discover wireless networks and perform seamless handovers between different points of attachment. In order to support multihoming and allow using multiple wireless networks simultaneously, there is a need to define network selection mechanisms to assign the applications to the different wireless interfaces in the most optimal manner. In this thesis, we first provide a characterization of the network diversity by exploring and analyzing the performance of current wireless deployments in urban areas, especially considering cellular and IEEE 802.11 community networks. Then, we focus on IEEE 802.11 mobility, particularly on the access point scanning process, by providing two adaptive algorithms that aim to set the most suitable scanning parameters for each scenario condition. We evaluate these algorithms by experimentation and compare their performance against common fixed-parameters scanning strategies. Finally, we study the network selection in such a multi-homed scenario and provide a decision-making algorithm to find optimal flow-interface assignations, considering QoS and energy consumption criteria. This decision algorithm is modelled using a multi-objective optimization problem and genetic algorithms. We evaluate, by the means of simulations, the performance of our approach against preference-based decision-making algorithms., Aujourd'hui, les utilisateurs mobiles intègrent plusieurs interfaces sans fil dans leurs dispositifs mobiles, tels que IEEE 802.11, des technologies cellulaires 2G/3G/4G, WiMAX ou Bluetooth, car ces technologies hétérogènes peuvent fournir un accès Internet dans les zones urbaines. Dans ce contexte, il existe un potentiel pour les utilisateurs mobiles d'exploiter la diversité des interfaces sans fil, afin d'être connectés aux réseaux de la meilleure manière possible, à tout moment et partout. Cependant, afin de profiter de cette diversité des réseaux il est nécessaire d'avoir une gestion efficace de la mobilité et de la multi-domiciliation. En ce qui concerne la mobilité, les utilisateurs mobiles ont besoin de découvrir les réseaux sans fil et basculer entre des points d'accès d'une façon transparente et sans coupures. Afin de supporter la multi-domiciliation et de permettre l'utilisation de plusieurs réseaux sans fil simultanément, il est nécessaire de définir des mécanismes de sélection des réseaux visant à attribuer les flux d'applications aux différentes inter- faces sans fil d'une manière optimale. Dans cette thèse, nous avons d'abord caractérisé la diversité des réseaux en explorant et en analysant les performances des déploiements sans fil actuelles dans les zones urbaines, en particulier les réseaux cellulaires et les réseaux communautaires basés sur IEEE 802.11. Ensuite, nous avons étudié la mobilité dans les réseaux IEEE 802.11, particulièrement le processus de découverte des points d'accès, en fournissant deux algorithmes adaptatifs qui visent à utiliser les paramètres de découverte les plus appropriés dans chaque scénario. Nous évaluons ces algorithmes par l'expérimentation et nous comparons leurs performances par rapport aux stratégies utilisant des paramètres par défaut. Enfin, nous étudions la sélection des réseaux dans un scénario multi-domicilié et nous proposons un algorithme de prise de décision pour trouver l'attribution optimale des flux aux différentes interfaces, en prenant en compte des critères de qualité de service et de consommation d'énergie. Cet algorithme de décision est modélisé par un problème d'optimisation multi-objectif et est résolu avec des algorithmes génétiques. Nous évaluons, par le biais de simulations, les performances de notre approche contre des algorithmes de décision basés sur des préférences.