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Today, wireless network technologies (WLAN/WPAN) available on the market are numerous and complementary. Nevertheless, none of these technologies present some real guaranties on message delivery within a bounded delay. However, this kind of constraint is a recurrent need in the industrial communication application context. To solve this problem, our research work proposes an original full deterministic MAC layer for an IEEE 802.15.4 Low-Power Wireless Personal Area Network.We first present a state of the art on principal wireless network standards and technologies, Quality of Service protocols and commonly used Medium Access Control mechanisms. Then, we present the IEEE 802.15.4/ZigBee wireless technology which is used as a basis for our works. This study has enabled us to identify weakness on 802.15.4 Medium Access Control, in particular for highly time-constrained data transports. Our research works propose to solve these identified weaknesses by proposing an original full deterministic medium access method. Several validation methods/tools were used: Petrinets, simulation and prototyping. Obtained results are then exposed and discussed.; Aujourd'hui, les technologies de réseaux sans fil (WLAN/WPAN) présentes sur le marché sont nombreuses et globalement complémentaires. Cependant, trop peu d'entre elles proposent de réelles garanties sur la remise de messages dans un temps borné alors que ces exigences sont fondamentales dans le cadre d'une utilisation de type industriel. Dans le cadre de nos travaux, nous proposons une nouvelle couche MAC entièrement déterministe pour un réseau sans fil personnel basse consommation (LP-WPAN) IEEE 802.15.4 présentant des garanties sur le plan temporel.Tout d'abord, un état de l'art est effectué sur les principaux réseaux sans fil existants, les mécanismes de gestion de la Qualité de Service et les méthodes d'accès généralement utilisées. Nous présentons ensuite la technologie IEEE 802.15.4/ZigBee sur laquelle sont basés nos travaux. Cette étude approfondie nous a permis d'identifier certaines imperfections au niveau de la méthode d'accès par rapport aux contraintes temporelles. Nous proposons de combler ces lacunes par la création d'une couche MAC entièrement déterministe dont nous présentons les caractéristiques et les nouvelles fonctionnalités. Plusieurs méthodes complémentaires ont été utilisées pour valider nos propositions : Réseaux de Petri, simulation et prototypage réel. Les résultats obtenus et les analyses de ces trois études sont exposés.

Today, wireless network technologies (WLAN/WPAN) available on the market are numerous and complementary. Nevertheless, none of these technologies present some real guaranties on message delivery within a bounded delay. However, this kind of constraint is a recurrent need in the industrial communication application context. To solve this problem, our research work proposes an original full deterministic MAC layer for an IEEE 802.15.4 Low-Power Wireless Personal Area Network.We first present a state of the art on principal wireless network standards and technologies, Quality of Service protocols and commonly used Medium Access Control mechanisms. Then, we present the IEEE 802.15.4/ZigBee wireless technology which is used as a basis for our works. This study has enabled us to identify weakness on 802.15.4 Medium Access Control, in particular for highly time-constrained data transports. Our research works propose to solve these identified weaknesses by proposing an original full deterministic medium access method. Several validation methods/tools were used: Petrinets, simulation and prototyping. Obtained results are then exposed and discussed.; Aujourd'hui, les technologies de réseaux sans fil (WLAN/WPAN) présentes sur le marché sont nombreuses et globalement complémentaires. Cependant, trop peu d'entre elles proposent de réelles garanties sur la remise de messages dans un temps borné alors que ces exigences sont fondamentales dans le cadre d'une utilisation de type industriel. Dans le cadre de nos travaux, nous proposons une nouvelle couche MAC entièrement déterministe pour un réseau sans fil personnel basse consommation (LP-WPAN) IEEE 802.15.4 présentant des garanties sur le plan temporel.Tout d'abord, un état de l'art est effectué sur les principaux réseaux sans fil existants, les mécanismes de gestion de la Qualité de Service et les méthodes d'accès généralement utilisées. Nous présentons ensuite la technologie IEEE 802.15.4/ZigBee sur laquelle sont basés nos travaux. Cette étude approfondie nous a permis d'identifier certaines imperfections au niveau de la méthode d'accès par rapport aux contraintes temporelles. Nous proposons de combler ces lacunes par la création d'une couche MAC entièrement déterministe dont nous présentons les caractéristiques et les nouvelles fonctionnalités. Plusieurs méthodes complémentaires ont été utilisées pour valider nos propositions : Réseaux de Petri, simulation et prototypage réel. Les résultats obtenus et les analyses de ces trois études sont exposés.

Ad-hoc networks are self-organizing networks that can be spontaneously deployed from a set of mobile devices without requiring any pre-existing fixed infrastructure. Managing such dynamic networks is significantly harder and more complex than managing traditional fixed networks. Indeed, the network topology is dynamic with a high rate of change. Moreover, the network is self-maintained by devices that usually operate under many constraints such as limited battery power, restricted bandwidth and low system capacity. All these factors make traditional management schemes inefficient and expensive. This thesis proposes a new management approach for ad-hoc networks and their services capable to take into account their dynamics and their limited resources. We first design a complete information model capable to represent management data for the spatial, temporal and traffic aspects of ad-hoc networks. Thus, the accurate and comprehensive representation of parameters which drive the evolution of these networks is made possible. We then reorganize the management plane based on a probabilistic scheme, with which the management task is limited to a specific subset of nodes in a light-weight and flexible way. Finally, we adapt the management operations to ad-hoc specifics based on analytical methods such as eigenvector centrality and k-means classification techniques. Our contributions are evaluated through different analytical models, through an extensive set of simulations and through the implementation prototype of a monitoring platform.; Les réseaux ad-hoc sont des réseaux auto-organisés formés spontanément à partir d'un ensemble d'entités mobiles sans nécessiter d'infrastructure fixe pré-existante. La supervision de ces réseaux dynamiques représente une tâche définitivement plus complexe que celle des réseaux traditionnels. En effet, la topologie est soumise à des changements très fréquents. De plus, les stations mobiles sont caractérisées par de multiples contraintes en énergie, bande passante et capacité système. Cette thèse présente une nouvelle approche de gestion pour les réseaux et services ad-hoc capable de prendre en compte leur nature dynamique et leurs ressources limitées. Pour ce faire, nous définissons tout d'abord un modèle d'information de gestion complet et générique permettant d'identifier les éléments caractéristiques d'un tel réseau et de les spécifier à l'aide d'un formalisme commun. Nous décrivons ensuite l'architecture de gestion sous-jacente en proposant une méthode probabiliste permettant une plus grande flexibilité du plan de gestion. Enfin, nous adaptons les opérations de gestion en utilisant différentes méthodes d'analyse telles que l'analyse de la centralité par vecteur propre et la classification par k-means. Ceci nous permet d'établir une vue opérationnelle du réseau et d'évaluer l'état de fonctionnement des noeuds. Nous exploitons autant que possible les informations déjà disponibles dans le plan de routage afin d'aboutir à une solution à faible coût. Indépendamment des modèles analytiques mis en oeuvre, nos contributions ont été évaluées par la simulation et le prototypage.

Ad-hoc networks are self-organizing networks that can be spontaneously deployed from a set of mobile devices without requiring any pre-existing fixed infrastructure. Managing such dynamic networks is significantly harder and more complex than managing traditional fixed networks. Indeed, the network topology is dynamic with a high rate of change. Moreover, the network is self-maintained by devices that usually operate under many constraints such as limited battery power, restricted bandwidth and low system capacity. All these factors make traditional management schemes inefficient and expensive. This thesis proposes a new management approach for ad-hoc networks and their services capable to take into account their dynamics and their limited resources. We first design a complete information model capable to represent management data for the spatial, temporal and traffic aspects of ad-hoc networks. Thus, the accurate and comprehensive representation of parameters which drive the evolution of these networks is made possible. We then reorganize the management plane based on a probabilistic scheme, with which the management task is limited to a specific subset of nodes in a light-weight and flexible way. Finally, we adapt the management operations to ad-hoc specifics based on analytical methods such as eigenvector centrality and k-means classification techniques. Our contributions are evaluated through different analytical models, through an extensive set of simulations and through the implementation prototype of a monitoring platform.; Les réseaux ad-hoc sont des réseaux auto-organisés formés spontanément à partir d'un ensemble d'entités mobiles sans nécessiter d'infrastructure fixe pré-existante. La supervision de ces réseaux dynamiques représente une tâche définitivement plus complexe que celle des réseaux traditionnels. En effet, la topologie est soumise à des changements très fréquents. De plus, les stations mobiles sont caractérisées par de multiples contraintes en énergie, bande passante et capacité système. Cette thèse présente une nouvelle approche de gestion pour les réseaux et services ad-hoc capable de prendre en compte leur nature dynamique et leurs ressources limitées. Pour ce faire, nous définissons tout d'abord un modèle d'information de gestion complet et générique permettant d'identifier les éléments caractéristiques d'un tel réseau et de les spécifier à l'aide d'un formalisme commun. Nous décrivons ensuite l'architecture de gestion sous-jacente en proposant une méthode probabiliste permettant une plus grande flexibilité du plan de gestion. Enfin, nous adaptons les opérations de gestion en utilisant différentes méthodes d'analyse telles que l'analyse de la centralité par vecteur propre et la classification par k-means. Ceci nous permet d'établir une vue opérationnelle du réseau et d'évaluer l'état de fonctionnement des noeuds. Nous exploitons autant que possible les informations déjà disponibles dans le plan de routage afin d'aboutir à une solution à faible coût. Indépendamment des modèles analytiques mis en oeuvre, nos contributions ont été évaluées par la simulation et le prototypage.

In an ad-hoc network, mobile stations communicate with each other using multi-hop wireless links. There is no stationary infrastructure such as base stations. Each node in the network also acts as a router, forwarding data packets for other nodes. In this architecture, mobile stations have a multi-hop path, via other mobile stations acting as intermediaries or relays, to indirectly forward packets from source to destination. Adjusting the transmitted power is extremely important in ad-hoc networks due to at least the following reasons. The transmitted power of the radio terminals determines the network topology. The network topology in turn has considerable impact on the throughput (fraction of packets, sent by a source, and successfully received at the receiver) performance of the network. The need for power efficiency must be balanced against the lifetime of each individual node and the overall life of the network. Power control problem can be classified in one of three categories. The first class comprises of strategies to find an optimal transmitted power to control the connectivity properties of the network. The second class of approaches could be called power aware routing. Most schemes use some shortest path algorithm with a power based metric, rather than a hop count based metric. The third class of approaches aim at modifying the MAC layer. We use distributed power control algorithms initially proposed for cellular networks. We establish a classification of power control algorithms for wireless ad-hoc networks. We evaluate these algorithms in an IEEE 802.11b multi-hop wireless ad-hoc LAN environment. Results show the advantage of power control in maximizing signal-to-interference ratio and minimizing transmitted power, Dans les réseaux ad-hoc, il n'y a pas d'infrastructure fixe et donc pas de stations de base. Les stations mobiles communiquent directement entre elles en simple saut ou en multi-saut. Chaque station peut agir comme routeur et donc transférer des paquets pour d'autres stations du réseau. La puissance est une ressource précieuse dans les réseaux sans fil en raison de l'autonomie limitée de la batterie et de la relation directe entre l'interférence globale et la capacité du réseau. Un contrôle de puissance efficace économise l'énergie des stations et augmente la capacité d'un réseau sans fil en réduisant l'interférence. Dans notre travail, nous présentons trois catégories de contrôle de puissance pour les réseaux ad-hoc. Une première classe d'algorithmes se base sur la minimisation de la puissance transmise sur chaque lien de chaque route de la source jusqu'à la destination. Une deuxième classe d'algorithmes comporte des stratégies pour trouver la puissance optimale transmise. Ces stratégies sont basées sur le contrôle de la topologie et la connectivité du réseau. Une troisième classe d'algorithmes vise à modifier la couche MAC de sorte à avoir un contrôle de puissance performant. Dans cet article, nous proposons une comparaison et une classification des algorithmes de contrôle de puissance dans les réseaux ad hoc. Enfin, nous évaluons les algorithmes de contrôle de puissance dans un environnement de simulation correspondant à un réseau ad-hoc multi-saut 802.11b/DSSS. Dans le cadre de ces simulations, nous reprenons des modèles existants de contrôle de puissance pour les réseaux cellulaires et nous les appliquons en mode distribué aux réseaux ad-hoc. Les résultats de simulations montrent les limites et les apports des algorithmes de contrôle de puissance dans les réseaux sans fil ad-hoc.

Routing protocols are the main issue of ad hoc networks. Because flat propositions (reactive, proactive) are not sufficient and suffer of lack of performance, new solutions should be investigated and proposed. In the other hand, self-organization propose to structure the network by creating a hierarchy between the strongest and the weakest nodes. We propose a new routing protocol, Virtual Structure Routing (VSR), based on a self-organization point of view: a virtual topology including both a backbone and clusters. The backbone is used to collect control traffic and to reduce overhead for route discovering. VSR uses clusters to define a route as a list of clusters Id. This cluster topology is more stable than the physical topology. Hence, routes are more robust. VSR combines the assets of both flat approaches: intra-cluster routing is proactive while inter-cluster routing is reactive. Finally, routes are computed dynamically and a mechanism of route repair is proposed., Le routage est le problème essentiel dans les réseaux ad-hoc. Cependant, les ap-proches de routage à plat, tant réactives que proactives, présentent une faible capacité à pas-ser à l'échelle : les performances décroissent rapidement dès que le nombre de participants ou de communications simultanées devient important. Par ailleurs, les mécanismes d'auto-configuration de réseaux ad hoc permettent de structurer le réseau en créant une hiérarchie. Nous proposons ici un nouveau protocole de routage, Virtual Structure Routing (VSR), tirant parti d'une auto-organisation de type topologie virtuelle constituée d'une dorsale et de zones de services. La dorsale permet de collecter le trafic de contrôle et d'en limiter le surcoût en messages. VSR utilise les zones de service pour définir une route comme une suite d'identifiants de zones. Les zones de service permettent de créer une vue logique du réseau plus stable que la topologie physique, créant des routes plus persistantes dans le temps et donc plus robustes. De plus, VSR combine les avantages des deux approches à plat : le routage intra-cluster est proac-tif tandis que celui inter-cluster est réactif. Enfin, nous proposons également un mécanisme de reconstruction de routes afin de limiter les pertes de paquets.

Stage fin d'etudes . Rapport de stage.; L'agent de supervision par politiques ainsi réalisé pour le protocole BRuIT permet de gérer les réservations de la bande passante dans un réseau ad hoc par des politiques qui tiennent en compte la mobilité, l'état des ressources et les interférences radio. La conception de l'agent de supervision et faite de telle façon à supporter les changements apportés au protocole BRuIT dans des versions prochaines. Les messages de signalisation qui passent au serveur de politiques parviennent à l'agent de supervision à travers une connexion UDP ce qui permet l'indépendance entre le module de signalisation et le module de gestion. Toutefois, l'agent de supervision ne réalise pas la sécurité des communications avec le serveur de politiques. Une plate forme de gestion ad hoc à base de politiques serait plus adaptée pour administrer de manière plus efficace un réseau ad hoc. Chaque noeud du réseau peut jouer le rôle d'un serveur de politiques. Une plate forme qui est un ensemble de noeuds est alors organisée selon la topologie du réseau de telle façon que toute machine pourrait communiquer avec un serveur de politiques à tout moment. Cette plate forme a la particularité d'être dynamique : elle s'adapte à la topologie du réseau, et facilite l'accès des noeuds du réseau aux serveurs de politiques.

National audience; Un réseau ad-hoc est une collection d'entités mobiles, interconnectées par une technologie sans fil formant un réseau temporaire sans l'aide de toute administration ou de tout support fixe. Du fait que le rayon de propagation des transmissions des entités de chacune soit limité, il se peut qu'un sommet se trouve dans l'obligation de demander de l'aide à un autre sommet pour pouvoir communiquer avec son correspondant. Nous présentons un protocole pour réaliser des communications dans les réseaux ad-hoc sans fils de type HIPERLAN. Après une description des contraintes propres à ces réseaux, nous décrivons une fonction de routage pour ces réseaux construite à partir d'une décomposition en sous graphes complets du réseau. Enfin, nous présentons succinctement un algorithme distribué permettant de construire une telle décomposition du graphe.