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At present, vehicular communications have become a reality guided by various applications. In particular, high-quality video delivery with low latency constraints is required for real-time applications. The new state-of-the-art high-effciency video coding (HEVC) standard is very promising for real-time video streaming in vehicular ad hoc networks (VANET). Nevertheless, these networks have variable channel quality and a limited bandwidth that penalizes the overall performances of end-to-end video transmission. In order to meet these constraints, we proposed in this work to consider both transmission and video encoding parameters through a joint source-channel-protocol coding approach to provide an improvement in video transmission. First, we have shown the interest and the gain brought by the "cross-layer" solutions. Then, we developed two approaches. The first one exploits a "crosslayer" solution between the application layer and the Medium Access Control (MAC) layer while the second exploits the transport layer protocols in the adaptation of the video stream. Regarding the first approach, we have proposed solutions to allocate the frames to the most appropriate Access Category (AC) queue on the MAC layer based on the image importance in the video stream. In another solution, we chose multiple descriptions source coding as an error resilient solution. Thus, the simluation results obtained for different realistic vehicular scenarios demonstrate that the proposed transmission schemes offer significant video quality improvements and end-to-end delay reduction compared to conventional transmission schemes.; Actuellement les communications véhiculaires sont devenues une réalité guidée par diverses applications. Notamment, la diffusion de vidéo de qualité élevée avec des contraintes de faible latence requises par les applications temps réel. Grâce au niveau de compression jamais atteint auparavant, l’encodeur H.265/HEVC est très prometteur pour la diffusion de vidéos en temps réel dans les réseaux ad hoc véhiculaire (VANET). Néanmoins, la qualité de la vidéo reçue est pénalisée par les mauvaises caractéristiques du canal de transmission (disponibilité, non stationnarité, rapport signal à bruit, etc.). Afin d’améliorer et d’assurer une qualité vidéo minimale à la réception nous proposons dans ce travail une optimisation conjointe source-canal-protocole de la transmission en tenant compte à la fois des paramètres de transmission et d’encodage vidéo. Dans un premier temps, nous montrons l’intérêt et le gain apporté par les solutions dites inter-couches « cross-layer ». Par la suite, nous développons deux approches l’une exploitant un « cross-layer » entre la couche application et la couche MAC et une seconde exploitant les protocoles de transports dans l’adaptation du flux vidéo. En ce qui concerne la première approche nous proposons une solution utilisant une gestion hiérarchique des trames au niveau des files d’attentes de la couche MAC, basée sur l’importance des images du flux vidéo. Dans une seconde solution, nous retenons le codage par descriptions multiples comme solution de protection à la source. Les résultats de simulations obtenus pour plusieurs types de scénarios véhiculaires réalistes montrent que les différents schémas de transmission véhiculaire proposés offrent des améliorations significatives en termes de qualité vidéo à la réception et de retard de bout en bout par rapport aux schémas classiques.

At present, vehicular communications have become a reality guided by various applications. In particular, high-quality video delivery with low latency constraints is required for real-time applications. The new state-of-the-art high-effciency video coding (HEVC) standard is very promising for real-time video streaming in vehicular ad hoc networks (VANET). Nevertheless, these networks have variable channel quality and a limited bandwidth that penalizes the overall performances of end-to-end video transmission. In order to meet these constraints, we proposed in this work to consider both transmission and video encoding parameters through a joint source-channel-protocol coding approach to provide an improvement in video transmission. First, we have shown the interest and the gain brought by the "cross-layer" solutions. Then, we developed two approaches. The first one exploits a "crosslayer" solution between the application layer and the Medium Access Control (MAC) layer while the second exploits the transport layer protocols in the adaptation of the video stream. Regarding the first approach, we have proposed solutions to allocate the frames to the most appropriate Access Category (AC) queue on the MAC layer based on the image importance in the video stream. In another solution, we chose multiple descriptions source coding as an error resilient solution. Thus, the simluation results obtained for different realistic vehicular scenarios demonstrate that the proposed transmission schemes offer significant video quality improvements and end-to-end delay reduction compared to conventional transmission schemes.; Actuellement les communications véhiculaires sont devenues une réalité guidée par diverses applications. Notamment, la diffusion de vidéo de qualité élevée avec des contraintes de faible latence requises par les applications temps réel. Grâce au niveau de compression jamais atteint auparavant, l’encodeur H.265/HEVC est très prometteur pour la diffusion de vidéos en temps réel dans les réseaux ad hoc véhiculaire (VANET). Néanmoins, la qualité de la vidéo reçue est pénalisée par les mauvaises caractéristiques du canal de transmission (disponibilité, non stationnarité, rapport signal à bruit, etc.). Afin d’améliorer et d’assurer une qualité vidéo minimale à la réception nous proposons dans ce travail une optimisation conjointe source-canal-protocole de la transmission en tenant compte à la fois des paramètres de transmission et d’encodage vidéo. Dans un premier temps, nous montrons l’intérêt et le gain apporté par les solutions dites inter-couches « cross-layer ». Par la suite, nous développons deux approches l’une exploitant un « cross-layer » entre la couche application et la couche MAC et une seconde exploitant les protocoles de transports dans l’adaptation du flux vidéo. En ce qui concerne la première approche nous proposons une solution utilisant une gestion hiérarchique des trames au niveau des files d’attentes de la couche MAC, basée sur l’importance des images du flux vidéo. Dans une seconde solution, nous retenons le codage par descriptions multiples comme solution de protection à la source. Les résultats de simulations obtenus pour plusieurs types de scénarios véhiculaires réalistes montrent que les différents schémas de transmission véhiculaire proposés offrent des améliorations significatives en termes de qualité vidéo à la réception et de retard de bout en bout par rapport aux schémas classiques.

Internet of Things (IoT) paradigm envisages expanding the current Internet with a huge number of the intelligent communicating devices. Wireless Sensor Networks (WSN) deploys the devices running on the meager energy supplies, and measuring environmental phenomena (like temperature, radioactivity, or CO2). WSN popular applications include monitoring, telemetry, and natural disaster prevention. Major WSN challenges are how to allow energy efficiency, overcome impairments of wireless medium, and operate in the self-organized manner. The WSN integrating IoT will rely on a set of the open standards striving to offer scalability, reliability in a variety of the operating scenarios and conditions. Nevertheless, the current state of the standards has interoperability issues and can benefit from further improvements. The contributions of the thesis work are: • We conducted an experimental analysis and characterization of a WSN environment. Our analysis included the link characterization, correlation with environmental parameters as well as network dynamics. Analytical study allowed us to identify key weaknesses of the WSN environment as well a get a better understanding of the dynamics—both link and node neighborhood related. • We confront the interoperability issue of the leading IEEE 802.15.4 standard on the Medium Access Control layer and RPL standard on the transport layer. We propose to accommodate the original cluster-tree structure and to build an elegant framework for collision free multi-hop operation of the IEEE 802.15.4 that will allow RPL to run on top of it. Furthermore, we evaluate through extensive simulations two distributed schemes that achieve near collision free self-organization of the nodes. • We propose a distributed cross-layer convergecast topology construction within the joint IEEE 802.15.4 and RPL framework. Self-organization scheme obtains a topological structure obeying the global recommendations by the sole use of locally measured metrics. Extensive simulations demonstrate the advantages of the resulting structure in terms of convergence time, stability, and energy efficiency in long term and a positive impact on the routing performances. • We propose a set of new mechanisms that will improve RPL performances and enable Quality of Service operation that will handle delay sensitive traffic. Our multi-path opportunistic routing extension helps to improve packet delivery before a deadline, while minimizing overhead and energy consumption compared to the basic version of RPL.STAR; Le paradigme d'Internet des objets (IdO) envisage d'augmenter l'Internet actuel avec un grand nombre de dispositifs intelligents communicants. Les réseaux de capteurs sans fil (RCsF) déploient les appareils fonctionnant sur les approvisionnements énergétiques maigres et mesurent les phénomènes environnementaux (comme la température, la radioactivité, ou CO2). Les applications populaires de réseaux de capteurs sans fil comprennent la surveillance, la télémétrie et la prévention des catastrophes naturelles. Les majeurs défis de réseaux de capteurs consistent à: comment obtenir l'efficacité énergétique? Comment surmonter les déficiences de support sans fil? et comment les faire fonctionner d'une manière auto-organisée? L'intégration de réseaux de capteurs dans IoD s'appuiera sur un ensemble de standards ouverts qui s'efforcent d'offrir le passage à l'échelle, la fiabilité dans une variété des conditions, et les scénarios d'exploitation. Néanmoins, les standards dans leur état actuel ont des problèmes d'interopérabilité et peuvent bénéficier de nouvelles améliorations. Les contributions de la thèse sont les suivantes: • Nous avons mené une analyse expérimentale et identifié les caractéristiques d'un environnement de réseau de capteurs. Notre analyse a porté sur la modélisation des liens et la dynamique du réseau, ainsi que la corrélation des liens avec les paramètres environnementaux. L'étude analytique nous a permis d'identifier les principales faiblesses de l'environnement du RCsF et a permis aussi d'obtenir une meilleure compréhension de la dynamique de lien radio et le voisinage des nœuds. • Nous avons confrontés la question de l'interopérabilité des deux principaux standards - IEEE 802.15.4 dans la couche de contrôle d'accès au medium, et RPL dans la couche de transport. Nous proposons d'adapter la structure originale de cluster tree et de construire un framework élégant, qui permettra le fonctionnement conjoint de l'IEEE 802.15.4 et RPL sans l'apparition des collisions. En outre, nous évaluons à travers de nombreuses simulations les deux algorithmes distribués d'attribution de slots. Ces algorithmes permettront d'atteindre un fonctionnement presque sans collisions. • Nous proposons une solution inter-couche distribuée dans le but de construire une topologie afin que IEEE 802.15.4 et RPL puissent fonctionner ensemble. Notre algorithme auto-organisé obtient une structure topologique obéissante aux recommandations globales, cela, par la seule utilisation des métriques mesurées localement. De nombreuses simulations démontrent les avantages de la structure résultante en termes de convergence de temps, de stabilité, et d'efficacité énergétique dans le long terme. Les simulations démontrent aussi un impact positif sur les performances de routage. • Nous proposons un ensemble de nouveaux mécanismes qui permettront d'améliorer les performances de RPL et d'utiliser la Qualité de Service pour gérer les problèmes de trafic sensible. Notre extension de routage opportuniste et multi-chemin contribue à améliorer la livraison des paquets avant une date limite, tout en minimisant le surcout et la consommation d'énergie par rapport à la version de base de RPL.

Internet of Things (IoT) paradigm envisages to expand the current Internet with a huge number of the intelligent communicating devices. Wireless Sensor Networks (WSN) deploys the devices running on the meager energy supplies, and measuring environmental phenomena (like temperature, radioactivity, or CO2). WSN popular applications include monitoring, telemetry, and natural disaster prevention. Major WSN challenges are how to allow energy efficiency, overcome impairments of wireless medium, and operate in the self-organized manner. The WSN integrating IoT will rely on a set of the open standards striving to offer scalability, reliability in a variety of the operating scenarios and conditions. Nevertheless, the current state of the standards have interop- erability issues and can benefit from further improvements. The contributions of the thesis work are: * We conducted an experimental analysis and characterization of a WSN environment. Our analysis included the link characterization, correla- tion with environmental parameters as well as network dynamics. Ana- lytical study allowed us to identify key weaknesses of the WSN environ- ment as well a get a better understanding of the dynamics--both link and node neighborhood related. * We confront the interoperability issue of the leading ieee 802.15.4 stan- dard on the Medium Access Control layer and RPL standard on the transport layer. We propose to accommodate the original cluster-tree structure and to build an elegant framework for collision free multi-hop operation of the ieee 802.15.4 that will allow RPL to run on top of it. Furthermore, we evaluate through extensive simulations two distributed schemes that achieve near collision free self-organization of the nodes. * We propose a distributed cross-layer convergecast topology construction within the joint ieee 802.15.4 and RPL framework. Self-organization scheme obtains a topological structure obeying the global recommenda- tions by the sole use of locally measured metrics. Extensive simulations demonstrate the advantages of the resulting structure in terms of con- vergence time, stability, and energy efficiency in long term and a positive impact on the routing performances. * We propose a set of new mechanisms that will improve RPL perfor- mances and enable Quality of Service operation that will handle delay sensitive traffic. Our multi-path opportunistic routing extension helps to improve packet delivery before a deadline, while minimizing overhead and energy consumption compared to the basic version of RPL.; Le paradigme de l'Internet des Objets (IoT) envisage d'enrichir l'Internet actuel avec un grand nombre de dispositifs intelligents communicants. Les réseaux de capteurs sans fil (RCF) exploitent des appareils avec des ressources énergétiques limitées équipés de capteurs afin de récupérer en temps réel des mesures (comme la température, la radioactivité, ou le CO2). Les réseaux de capteurs sont particulièrement pertinents pour la surveillance, la télémétrie ou la prévention des catastrophes naturelles. Cependant, ce type de réseau pose des problèmes majeurs tels que l'utilisation efficace de ressources énergétiques limitées, la prise en charge transparente de nœuds défaillants, sans intervention humaine. L'Internet des Objets ne permettra d'intégrer des réseaux de capteurs autonomes que si les protocoles sont standards et passent à l'échelle. Les contributions de cette thèse sont les suivantes : * nous avons caractérisé expérimentalement un réseau radio multisaut en exploitant statistiquement un grand volume de mesures provenant d'une plate-forme expérimentale opérée par Orange. Notre analyse porte sur la caractérisation d'un lien et de sa qualité ainsi que de la dynamique du réseau. * nous avons proposé de modifier le standard IEEE 802.15.4 afin qu'il puisse cohabiter efficacement avec le protocole de routage actuellement standard de l'Internet des Objets, RPL. En particulier, nous proposons d'exploiter une structure de graphe dirigé acyclique afin d'exploiter une topologie maillée et pallier à la déficience éventuelle d'un nœud. Nous avons proposé également des algorithmes simples d'ordonnancement distribué des supertrames adaptés à cette topologie. * le choix des pères au niveau MAC dans une structure de graphe dirigé acyclique est déterminant dans la qualité des routes possibles dans la couche réseau. Nous avons ainsi proposé un algorithme de choix des pères basé sur plusieurs métriques. Nous aboutissons à une structure permettant d'équilibrer la charge, limitant les points de congestion, utilisant des liens radio de bonne qualité, limitant la congestion au niveau MAC. * nous avons enfin présenté des mécanismes permettant d'offrir une qualité de service dans une pile s'appuyant sur IEEE 802.15.4 et RPL. Notre extension de routage opportuniste et multi-chemin contribue à améliorer la livraison des paquets avant une date limite, tout en minimisant le surcout et la consommation d'énergie par rapport à la version originale de RPL.

In recent years, Multi-hop Wireless Networks (MHWNs) have experienced an explosion of deployment due to the increasing demand for continuous connectivity regardless of the physical location. Internet predominant transport protocols, i.e. Transmission Control Protocol (TCP), face performance degradation in MHWNs because of the high loss and link failure rates. Several solutions have been proposed which are based on network state estimation or use information from MAC layer (called metrics) in a cross-layer manner to better comprehend the network state. The first part of this thesis provides a survey and comprehensive definition of common metrics from Physical, MAC, Network and Transport layers and thus provides a multi-criteria and hierarchical classification. After that, the effectiveness in reflecting network information of MAC metrics is also investigated in a systematic way by simulating various network situations and measuring the MAC metrics. Thus, the good MAC metric for congestion control which is coupled with the network contention level and the medium induced losses will be found out. From the results of the effectiveness study, new rate control schemes for transport protocols are proposed which adapt efficiently the source bit rate depending on the network condition provided by some MAC metrics. Through an extensive set of simulations, the performance of the proposed rate control schemes in MHWNs is investigated thoroughly with several network situations.; Ces dernières années, les réseaux multi-sauts sans fil (MHWNs) ont connu une explosion de déploiement en raison de la demande croissante de connectivité continue indépendamment de l'emplacement physique. Les protocoles de transport Internet prédominantes, c.-à-Transmission Control Protocol (TCP), se trouvent face à la dégradation des performances dans MHWNs en raison de les taux élevés de pertes et de défaillance du lien. Plusieurs solutions ont été proposées qui sont basées sur l'estimation de l'état du réseau ou sur l'utilisation de renseignements de la couche MAC (dénommée métriques) dans une manière d’inter-couche pour mieux comprendre l'état du réseau. La première partie de cette thèse fournit une enquête et la définition complète de métriques communs des couches physique, MAC, réseau et transport et fournit ainsi un multi-critères et la classification hiérarchique. Après cela, l'efficacité dans la réflexion des informations de réseau des métriques de la couche MAC est également étudiée dans une façon systématique en simulant des situations différents de réseau et de mesurer les métriques de la couche MAC. Ainsi, le bonne MAC métrique pour le contrôle de congestion qui est couplé avec le niveau de contention de réseau et les pertes provoquées moyen sera découvert. D'après les résultats de l'étude sur l'efficacité, deux nouveaux systèmes de contrôle de débit pour les protocoles de transport sont proposés qui s'adaptent efficacement le débit de source en fonction de l'état du réseau fournie par certains métriques MAC. Grâce à un vaste ensemble de simulations, les performances des systèmes proposées de contrôle de débit dans MHWNs sont examinées approfondie avec des situations de réseau.

In recent years, Multi-hop Wireless Networks (MHWNs) have experienced an explosion of deployment due to the increasing demand for continuous connectivity regardless of the physical location. Internet predominant transport protocols, i.e. Transmission Control Protocol (TCP), face performance degradation in MHWNs because of the high loss and link failure rates. Several solutions have been proposed which are based on network state estimation or use information from MAC layer (called metrics) in a cross-layer manner to better comprehend the network state. The first part of this thesis provides a survey and comprehensive definition of common metrics from Physical, MAC, Network and Transport layers and thus provides a multi-criteria and hierarchical classification. After that, the effectiveness in reflecting network information of MAC metrics is also investigated in a systematic way by simulating various network situations and measuring the MAC metrics. Thus, the good MAC metric for congestion control which is coupled with the network contention level and the medium induced losses will be found out. From the results of the effectiveness study, new rate control schemes for transport protocols are proposed which adapt efficiently the source bit rate depending on the network condition provided by some MAC metrics. Through an extensive set of simulations, the performance of the proposed rate control schemes in MHWNs is investigated thoroughly with several network situations., Ces dernières années, les réseaux multi-sauts sans fil (MHWNs) ont connu une explosion de déploiement en raison de la demande croissante de connectivité continue indépendamment de l'emplacement physique. Les protocoles de transport Internet prédominantes, c.-à-Transmission Control Protocol (TCP), se trouvent face à la dégradation des performances dans MHWNs en raison de les taux élevés de pertes et de défaillance du lien. Plusieurs solutions ont été proposées qui sont basées sur l'estimation de l'état du réseau ou sur l'utilisation de renseignements de la couche MAC (dénommée métriques) dans une manière d’inter-couche pour mieux comprendre l'état du réseau. La première partie de cette thèse fournit une enquête et la définition complète de métriques communs des couches physique, MAC, réseau et transport et fournit ainsi un multi-critères et la classification hiérarchique. Après cela, l'efficacité dans la réflexion des informations de réseau des métriques de la couche MAC est également étudiée dans une façon systématique en simulant des situations différents de réseau et de mesurer les métriques de la couche MAC. Ainsi, le bonne MAC métrique pour le contrôle de congestion qui est couplé avec le niveau de contention de réseau et les pertes provoquées moyen sera découvert. D'après les résultats de l'étude sur l'efficacité, deux nouveaux systèmes de contrôle de débit pour les protocoles de transport sont proposés qui s'adaptent efficacement le débit de source en fonction de l'état du réseau fournie par certains métriques MAC. Grâce à un vaste ensemble de simulations, les performances des systèmes proposées de contrôle de débit dans MHWNs sont examinées approfondie avec des situations de réseau.

Internet of Things (IoT) paradigm envisages expanding the current Internet with a huge number of the intelligent communicating devices. Wireless Sensor Networks (WSN) deploys the devices running on the meager energy supplies, and measuring environmental phenomena (like temperature, radioactivity, or CO2). WSN popular applications include monitoring, telemetry, and natural disaster prevention. Major WSN challenges are how to allow energy efficiency, overcome impairments of wireless medium, and operate in the self-organized manner. The WSN integrating IoT will rely on a set of the open standards striving to offer scalability, reliability in a variety of the operating scenarios and conditions. Nevertheless, the current state of the standards has interoperability issues and can benefit from further improvements. The contributions of the thesis work are: • We conducted an experimental analysis and characterization of a WSN environment. Our analysis included the link characterization, correlation with environmental parameters as well as network dynamics. Analytical study allowed us to identify key weaknesses of the WSN environment as well a get a better understanding of the dynamics—both link and node neighborhood related. • We confront the interoperability issue of the leading IEEE 802.15.4 standard on the Medium Access Control layer and RPL standard on the transport layer. We propose to accommodate the original cluster-tree structure and to build an elegant framework for collision free multi-hop operation of the IEEE 802.15.4 that will allow RPL to run on top of it. Furthermore, we evaluate through extensive simulations two distributed schemes that achieve near collision free self-organization of the nodes. • We propose a distributed cross-layer convergecast topology construction within the joint IEEE 802.15.4 and RPL framework. Self-organization scheme obtains a topological structure obeying the global recommendations by the sole use of locally measured metrics. Extensive simulations demonstrate the advantages of the resulting structure in terms of convergence time, stability, and energy efficiency in long term and a positive impact on the routing performances. • We propose a set of new mechanisms that will improve RPL performances and enable Quality of Service operation that will handle delay sensitive traffic. Our multi-path opportunistic routing extension helps to improve packet delivery before a deadline, while minimizing overhead and energy consumption compared to the basic version of RPL.STAR; Le paradigme d'Internet des objets (IdO) envisage d'augmenter l'Internet actuel avec un grand nombre de dispositifs intelligents communicants. Les réseaux de capteurs sans fil (RCsF) déploient les appareils fonctionnant sur les approvisionnements énergétiques maigres et mesurent les phénomènes environnementaux (comme la température, la radioactivité, ou CO2). Les applications populaires de réseaux de capteurs sans fil comprennent la surveillance, la télémétrie et la prévention des catastrophes naturelles. Les majeurs défis de réseaux de capteurs consistent à: comment obtenir l'efficacité énergétique? Comment surmonter les déficiences de support sans fil? et comment les faire fonctionner d'une manière auto-organisée? L'intégration de réseaux de capteurs dans IoD s'appuiera sur un ensemble de standards ouverts qui s'efforcent d'offrir le passage à l'échelle, la fiabilité dans une variété des conditions, et les scénarios d'exploitation. Néanmoins, les standards dans leur état actuel ont des problèmes d'interopérabilité et peuvent bénéficier de nouvelles améliorations. Les contributions de la thèse sont les suivantes: • Nous avons mené une analyse expérimentale et identifié les caractéristiques d'un environnement de réseau de capteurs. Notre analyse a porté sur la modélisation des liens et la dynamique du réseau, ainsi que la corrélation des liens avec les paramètres environnementaux. L'étude analytique nous a permis d'identifier les principales faiblesses de l'environnement du RCsF et a permis aussi d'obtenir une meilleure compréhension de la dynamique de lien radio et le voisinage des nœuds. • Nous avons confrontés la question de l'interopérabilité des deux principaux standards - IEEE 802.15.4 dans la couche de contrôle d'accès au medium, et RPL dans la couche de transport. Nous proposons d'adapter la structure originale de cluster tree et de construire un framework élégant, qui permettra le fonctionnement conjoint de l'IEEE 802.15.4 et RPL sans l'apparition des collisions. En outre, nous évaluons à travers de nombreuses simulations les deux algorithmes distribués d'attribution de slots. Ces algorithmes permettront d'atteindre un fonctionnement presque sans collisions. • Nous proposons une solution inter-couche distribuée dans le but de construire une topologie afin que IEEE 802.15.4 et RPL puissent fonctionner ensemble. Notre algorithme auto-organisé obtient une structure topologique obéissante aux recommandations globales, cela, par la seule utilisation des métriques mesurées localement. De nombreuses simulations démontrent les avantages de la structure résultante en termes de convergence de temps, de stabilité, et d'efficacité énergétique dans le long terme. Les simulations démontrent aussi un impact positif sur les performances de routage. • Nous proposons un ensemble de nouveaux mécanismes qui permettront d'améliorer les performances de RPL et d'utiliser la Qualité de Service pour gérer les problèmes de trafic sensible. Notre extension de routage opportuniste et multi-chemin contribue à améliorer la livraison des paquets avant une date limite, tout en minimisant le surcout et la consommation d'énergie par rapport à la version de base de RPL.