Dissertations / Theses on the topic 'Inter-couche'

Ces travaux de thèse s'intègrent dans les objectifs du projet international d'Analyse de la Mousson Africaine (AMMA). Ils abordent la caractérisation des échanges entre l'océan et l'atmosphère dans l'Atlantique Equatorial Est (AEE) de l'échelle diurne à inter annuelle à partir de données d'observation et de la modélisation numérique. Ces échanges sont d'une très grande importance pour le déclenchement de la Mousson Africaine qui détermine en grande partie la saison des pluies en Afrique de l'Ouest. Nous montrons que les paramètres de la couche de mélange océanique dans le GG sont principalement pilotées, à l'échelle diurne, par les flux de chaleur et les processus de sub-surface (l'entraînement, le mélange vertical) et nous montrons aussi qu'à partir d'une paramétrisation de la turbulence océanique (TKE) fermée à l'ordre 1. 5, on parvient à restituer la turbulence océanique observée dans cette région. Afin de quantifier le rôle de la tension du vent sur la variabilité des paramètres de la couche de mélange océanique, nous utilisons un modèle linéaire forcé par les anomalies de la tension du vent. Les résultats montrent que près de l'équateur (3°S-3°N), le signal est retrouvé ; par contre de part et d'autre de la bande 3°S-3°N, les amplitudes des paramètres de la couche de mélange sont très largement sous estimés, ce qui montre que la tension du vent n'est pas le seul paramètre à moduler la variabilité de la température surface à ces latitudes. Les bilans de chaleur intégrés sur la couche de mélange ont permis de montrer le rôle des flux de chaleur et du mélange vertical dans l'AEE. En effet, l'AEE est subdivisé en plusieurs boîtes en tenant compte de la dynamique et de la thermodynamique et dans chaque boîte le bilan y est calculé. Les résultats montrent que les flux de chaleur et le mélange vertical dominent le bilan aux échelles saisonnière et inter annuelle. Ce mélange vertical, calculé par résidu, est comparé avec les données indépendantes de turbulence océanique (Dengler et al. , 2010 ; Rhein et al. , 2010) collectées lors des campagnes EGEE/AMMA en 2005-2007. Les résultats montrent que le résidu se compare très bien avec ces données indépendantes en terme de variabilité spatiale et temporelle. Le mélange vertical est très fort dans la région sauf dans les boîtes au sud de l'AEE et sa variabilité est largement pilotée par les flux de flottabilité et la tension du vent. En regard de ces résultats avec ceux obtenus sur le cycle diurne, on peut dire que dans l'AEE, la variabilité spatio-temporelle des paramètres de la couche de mélange est principalement pilotée à toutes les échelles par les flux de chaleur et les processus de sub-surface<br>This work is part of the African Monsoon Multidisciplinary Analysis (AMMA) program. It focuses on the air-sea interactions in the Gulf of Guinea (GG) at diurnal to interannual timescales based on observations and numerical models. This coupling is the leading process that modulates the West African Monsoon onset which in turn impacts on the seasonal rainfall in the Western African countries. We have shown that the oceanic mixed-layer parameters in the GG are mainly driven, at diurnal timescale, by both the surface heat fluxes and the subsurface processes (entrainment, vertical turbulent mixing). We have also evidenced that from a simple parameterization of the Turbulent Kinetic Energy (TKE) based on a 1. 5 closure moment, it is possible to retrieve the turbulence dissipation in this region. In order quantify the potential role of the wind stress in the oceanic mixed-layer variability, we utilize a dynamical linear model forced by wind stress anomalies and where in the equation governing the sea surface variability, the surface heat fluxes are ignored. The results show that near the equator (3°S-3°N), the signal is retrieved; however away from this band (3°S-3°N), the amplitude of the oceanic mixed-layer parameters is largely underestimated meaning that the wind stress is not the leading process in these latitudes. Mixed-layer heat budgets from Argo profiles allow identifying both the role of surface heat fluxes and the vertical mixing in the GG. The GG is subdivided into boxes with respect to the dynamic and the thermodynamic and in each box the budget is estimated. The results show that the surface heat fluxes and the vertical mixing term dominate the budget at all timescales. This vertical mixing, estimated as a residual in this study, is compared with independent turbulence data measured during EGEE/AMMA campaigns during 2005-2007 (Marcus Dengler, personal communication; Rhein et al. , 2010). The results show that the vertical mixing compares very well with the independent turbulence data in terms of spatial and temporal variability. This vertical mixing is strong in the region except in the South of the GG and its seasonal cycle is largely modulated by the buoyancy heat flux and the wind stress. These results and those obtain from the diurnal cycle allow to stress that the oceanic mixed-layer in the GG s largely driven at all timescales by the surface heat fluxes and the subsurface processes

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<br>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

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.

Les réseaux sans fil multi-sauts grâce à leur flexibilité et leur rapidité de mise en œuvre permettent le déploiement à faible coût d'une infrastructure routage pouvant notamment servir à étendre la couverture des réseaux filaires. Leurs caractéristiques et les perspectives qu'ouvrent de tels réseaux ont attiré l'attention de la communauté de la recherche afin d'évaluer et de proposer des solutions notamment en termes de routage afin de permettre un développement efficace. La qualité des communications sans fil dépend de nombreux facteurs comme les effets de la propagation multi chemins ou les interférences entre les transmissions des différents utilisateurs. Aussi cette qualité de transmission peut varier de manière plus ou moins drastique au cours du temps en fonction des modifications de l'environnement d'exécution. Les singularités de ces transmissions radios ne permettent donc pas l'utilisation telle quelle des protocoles de routage développés originellement pour les réseaux filaires. En effet, ceux-ci se révèlent même extrêmement inefficaces dans ces nouveaux environnements. L'utilisation du nombre de sauts comme métrique de routage ne permet en effet pas de prendre en compte la diversité et la variabilité de la qualité des liens sans fil. Une solution prometteuse pour traiter ce problème consiste à intégrer au routage des informations relatives à la qualité des liens. Aussi, les protocoles des différentes couches doivent alors interagir pour s'échanger des informations. La couche réseau prend ainsi conscience du statut des couches inférieures et c'est que nous appellerons dans cette thèse le routage basé sur la qualité des liens. Le but principal de cette thèse est donc de montrer comment le routage inter-couche, au travers de l'utilisation d'une métrique adaptée et grâce à une méthode de mesure pertinente peut considérablement améliorer les performances du routage. Néanmoins, elle met en évidence également les effets secondaires de l'adaptation des chemins en montrant notamment en quoi une grande oscillation entre les chemins peut être nocif pour des applications sensibles aux délais. Après un court état de l'art sur les différents protocoles de routage, nous définissons dans ce mémoire différents critères pour définir une métrique pertinente basée sur la qualité des liens. Nous présentons ensuite une étude sur les méthodes de mesure de ces métriques, puis nous proposons une métrique réaliste de qualité des liens, basée sur l'efficacité de la transmission des trames (FTE) observée au niveau de la couche MAC. Cette nouvelle métrique reflète ainsi les variations du taux d'erreur de transmission liées soit à une faible qualité du lien, soit à un important taux de congestion dans la cellule. Nous montrons que l'utilisation de cette métrique inter-couche permet d'améliorer sensiblement les performances du routage. Nous proposons également un schéma de méthodes de mesures précises et générant un faible surcoût appelé QualRoute. Celui-ci utilise la nature en diffusion des supports de communication sans fil pour mettre en place un mécanisme coopératif de mesure de la qualité des liens pour lesquels on ne dispose de pas assez de trafic de données pour évaluer le taux d'erreur de transmission. Il utilise l'information observée par chaque noeud sur le trafic émis par ses voisins pour estimer à faible coût la qualité des liens avec ces derniers. Nous avons enfin évalué l'effet de la fluctuation du choix des chemins sur le routage basé sur la qualité des chemins. Nous avons défini et montré en quoi la sensibilité d'une métrique ou la fréquence de mise à jour de métrique pouvait augmenter le débit des applications. Cependant cette optimisation du débit se fait en modifiant fréquemment le choix du chemin, et peut conduire à une diminution importante de la gigue qui peut s'avérer néfaste pour les applications sensibles aux variations de délais

La technologie OFDMA (Orthogonal frequency division multiple access) a été adoptée par les systèmes de télécommunications de 4ème génération (4G) comme technique de transmission et d'accès multiple pour ses performances supérieures en termes d'efficacité spectrale. Dans ce type de systèmes, l'adaptation dynamique du débit en fonction de la qualité du canal CQI (Channel Quality Indicator) constitue une problématique de recherche d'actualité qui attire l'attention de plusieurs acteurs académiques et industriels. Ce problème d'adaptation dynamique est encore plus complexe à gérer dans des environnements multi-utilisateurs hétérogènes et à ressources limitées tels que les systèmes OFDMA comme WiMAX Mobile et Long-term Evolution (LTE). Dans cette thèse, nous nous intéressons au problème d'allocation de ressources de l'information de feedback relative au CQI dans le cadre de systèmes OFDMA multi-porteuses multi-utilisateurs. Dans le but de réduire la charge (overhead) du feedback, nous proposons une méthode de prédiction du CQI basée sur l'exploitation de la corrélation temporelle de ce dernier et d'une solution inter-couches. L'objectif est de trouver des schémas d'allocation de ressources adaptatifs respectant les contraintes de qualité de service (QoS) applicatives.Nous proposons en premier lieu un algorithme de réduction de feedback PBF (Prediction Based Feedack) qui permet à la station de base (BS) à prédire certaines occurrences du CQI en se basant sur l'algorithme des moindres carrés récursif RLS (Recursive least-square). Les résultats de simulation montrent que l'outil de prédiction du CQI réduit sensiblement l'overhead du feedback et améliore par conséquent le débit de la liaison montante. Nous proposons, par la suite, une version opportuniste de PBF pour atténuer les éventuels effets de sur et sous estimations liées à l'algorithme de prédiction. Dans ce mécanisme, nous exploitons les informations inter-couches pour améliorer les performances des mécanismes de feedbacks périodiques dont PBF fait partie. L'approche opportuniste améliore sensiblement les performances du système pour les cas de mobilité élevée comparés aux cas de faible mobilité.Dans un second temps, nous proposons une plateforme (FEREP : feedback resource allocation and prediction) basée sur une approche inter-couches. Implémentée au niveau de la station BS, FEREP intègre les fonctionnalités de prédiction, d'adaptation dynamique du CQI et d'ordonnancement des demandes de feedback. Elle comporte trois modules. Le module FWA (feedback window adaptation) gère dynamiquement la fenêtre de feedbacks de chaque station mobile (MS) en se basant sur les messages ARQ (Automatic Repeat Request) reçus qui reflètent l'état actuel des canaux respectifs. Le module PBFS (priority-based feedback scheduling) effectue ensuite l'ordonnancement des feedbacks en tenant compte de la taille de la fenêtre de feedback, du profil de l'utilisateur sous la contrainte de la limitation des ressources globales du systèmes réservées au feedback. Afin de choisir les paramètres de transmission MCS (modulation and coding schemes), le module PBF (prediction based feedback) est utilisé pour les utilisateurs dont le feedabck n'a pas pu être ordonnancé dans la trame courante. Les résultats de simulation ont montré un gain significatif des performances de FREREP en comparaison à un mécanisme de référence, en particulier, sous de fortes contraintes de limitation des ressources du feedback.Le protocole ARQ génère un accusé de réception uniquement si l'utilisateur est sélectionné par l'ordonnanceur pour envoyer des données sur la liaison descendante. Dans le cas où la fréquence d'ordonnancement des utilisateurs sur le lien descendant est réduite, les messages ARQ s'en trouvent également réduits, dégradant par conséquent les performances de la plateforme FEREP proposée ci-dessus. En effet, dans ce cas la signalisation ARQ devient insuffisante pour adapter efficacement la fenêtre de feedback de chaque utilisateur. Pour pallier à ce problème, nous proposons l'algorithme DCRA (dynamic CQI resource allocation) qui utilise deux modes d'estimation de la fenêtre de feedback. Le premier est un mode hors-ligne basé sur des études empiriques permettant d'estimer la fenêtre moyenne optimale de feedback en utilisant les profils applicatif et de mobilité de l'utilisateur. Notre analyse de performance par simulation montre que la fenêtre de feedback peut être estimée en fonction de la classe de service des utilisateurs et de leurs profils de mobilité pour un environnement cellulaire donné. Le second mode de fonctionnement de DCRA effectue une adaptation dynamique de la fenêtre en temps réel dans le cas où la signalisation ARQ est suffisante. Une étude comparative avec les mécanismes DFS (deterministic feedback scheduling) et OFS (opportunistic feedback scheduling), a montré que DCRA arrive à réaliser un meilleur gain en ressources montantes grâce à la réduction de l'overhead des feedbacks, sans pour autant trop dégrader le débit descendant des utilisateurs. Du point de vue des utilisateurs, DCRA améliore les contraintes de QoS tels que le taux de perte de paquets et réduit la consommation énergétique des terminaux grâce à la réduction de feedback.

La demande accrue de services en temps rel, comme la vidéo streaming, justifie le besoin d'études qui visent à optimiser le délai de transmission de données. En plus du délai de transmission au niveau physique, les délais nécessaires à l'accès à la ressource et à la récupération de données venant des couches basses peuvent avoir un impact important sur les performances et ne doivent pas être négligés. Aussi, des études cross-layer doivent être menées pour minimiser le délai de transmission de l'information. Comprendre l'impact des mécanismes des couches basses sur les performances de bout-en-bout permet un meilleur dimensionnement du réseau, une adaptation du trafic transmis, ou l'introduction de service à faible priorité. Dans cette thèse, nous avons mesuré l'impact des mécanismes des couches liaison et réseau sur les performances de divers protocols de congestion de la couche transport.Dans le contexte des liens 4G par satellite, nous proposons un ensemble d'outils, Trace Manager Tool (TMT) et Cross Layer InFormation Tool (CLIFT), pour simuler de manière réaliste l'ensemble de la couche OSI dans le simulateur de réseau NS-2. Nous avons montré que, pour l'ensemble des variantes de TCP considérées, quand le débit au niveau transport est proche de la capacité de canal, utiliser ARQ au niveau liaison est optimal. Dans le cas où le taux d'erreur au niveau de la couche physique est plus élevé, H-ARQ permet d'obtenir un meilleur débit au niveau transport.Les dernières spécifications concernant l'accès au lien satellite DVB-RCS2 présentent deux méthodes d'accès (aléatoire et dédié) qui peuvent être implémentées pour permettre aux utilisateurs des services proposés par DVB d'aller sur Internet ou de transmettre des données. Nous avons développé un module pour NS-2, Physical Channel Access (PCA), qui modèle l'accès au canal pour chacune de ces méthodes afin de comparer leur impact sur les performances de bout-en-bout. Nous avons mesuré que les méthodes d'accès dédié permettent un débit plus important et les méthodes d'accès aléatoire une transmission rapide des flots courts. Nous avons donc proposé de mixer ces méthodes d'accès, en fonction de l'évolution dynamique de la charge du réseau et de la taille du flot de données transmis.Finalement, nous avons étudié s'il était possible d'exploiter les données de la gateway du satellite pour introduire un trafic à priorité basse. Nous avons montré qu'il était possible avec Low Ewtra Delay Background Transport (LEDBAT) comme protocole de la couche transport d'introduire un trafic en tâche de fond. Cependant, en fonction de la variation de la charge du réseau, paramétrer correctement des paramètres internes à ce protocole sont nécessaires<br>Network providers offer services in line with users’ requests, even though the challengesintroduced by their mobility and the download of large content are crucial. Mobile videostreaming applications are delay sensitive and the increasing demand for this service legitimateextensive studies evaluating transmission delays. On top of physical transmissiondelays, accessing a resource or recovering data from lower layers should not be neglected.Indeed, recovery schemes or channel access strategies variously introduce end-to-end delays.This document argues that those cross-layer effects should be explored to minimizethe transmission delays and optimize the use of network resources. Also, understandingthe impacts of low layers protocols on the end-to-end transmission will enable betterdimensioning of the network and adapt the traffic carried on.In the context of satellite 4G links, we measure the impact of link layer retransmissionschemes on the performance of various transport layer protocols. We develop Trace ManagerTool (TMT) and Cross Layer InFormation Tool (CLIFT) to lead realistic cross layersimulations in NS-2. We show that, for all target TCP variants, when the throughput ofthe transport protocol is close to the channel capacity, using the ARQ mechanism is mostbeneficial for TCP performance improvement. In conditions where the physical channelerror rate is high, Hybrid-ARQ results in better performance.In the last specifications for DVB-RCS2, two access schemes (random and dedicated)are presented and can be implemented to manage the way home users access to the satellitelink for Web browsing or data transmission. We developed Physical Channel Access (PCA)that models in NS-2 the behaviour of those link layer level access methods. We measurethat, even though dedicated access methods can transmit more information data, randomaccess methods enable a faster transmission of short flows. Based on these results, wepropose to mix random and dedicated access methods depending on the dynamic load ofthe network and the sequence number of the TCP segments.As a potential exploitation of cross layer information, we explore the feasibility to introducelow priority traffic on long delay path. The rationale is to grab the unused 4G satellitelinks’ capacity to carry non-commercial traffic. We show that this is achievable with LEDBAT.However, depending on the fluctuation of the load, performance improvements couldbe obtained by properly setting the target value

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.

Ce travail de thèse porte sur l'amélioration du forçage atmosphérique utilisé pour réaliser des simulations numériques inter-annuelles globales de l'état physique de l'océan durant les 5 dernières décennies. Après une étude détaillant et comparant le comportement<br />de diverses paramétrisations utilisées pour estimer les flux de surface servant de conditions limites, le modèle de circulation générale de l'océan et des glaces de mer NEMO est utilisé sur sa configuration à 2° de résolution pour valider des jeux de données atmosphériques spécialement destinés au forçage des modèles haute résolution du projet DRAKKAR. Ces jeux de données combinent, sur une période allant de 1958 à 2004, des champs atmosphériques de surface corrigés issus de ERA-40, une recalibration des radiations satellitaires de L'ISCCP ainsi que des précipitations incorporant différents produits globaux. Divers diagnostics confirment que ces nouveaux forçages mènent à une meilleure simulation de certaines caractéristiques clefs de la circulation océanique globale.

Le thème général du sujet tourne autour de l'optimisation inter-couche des réseaux de capteurs basés sur la technologie ultra large bande ULB (UWB, Ultra Wide Band) moyennant des solutions protocolaires permettant d'un côté de répondre au besoin de qualité de service QdS à critères multiples dans les réseaux de capteurs sans fil et d'autre côté d'assurer le partage et l'allocation efficace les ressources disponibles (spectrale et temporelle) ainsi que l'optimisation de la consommation d'énergie dans des tels réseaux. Le domaine d'application cible choisi dans le présent travail est les systèmes de suivi des patients au sein d'un réseau de capteurs déployé en hôpital intelligent (WHSN, Large-scale Wireless Hospital Sensor Network). Dans ce contexte, nous avons proposé le modèle UWBCAS pour assurer le partage des ressources spectrales entre les PANs. Puis, nous avons conçu et implémenté un protocole MAC multi-canal multi-créneau de temps avec support de qualité de service, PMCMTP, pour assurer une allocation conjointe des canaux de fréquence et des créneaux de temps au sein de chaque réseau PAN. Enfin nous avons proposé l'algorithme JSAR qui traite à la fois les problèmes d'ordonnancement des cycles d'activités des membres du réseau dans le but d'optimiser la consommation d'énergie, d'allocation efficace des canaux de fréquence et des créneaux de temps afin d'améliorer le taux d'utilisation des ressources et les performances du réseau et de routage avec support de QdS à critères multiples afin de répondre aux besoins des applications supportées<br>The general context of the present memory is about the cross-layer optimization of wireless sensors networks based on ultra wide band technology UWB. The proposed solutions ensure the share and the efficient allocation of spectral and temporal resources, the optimization of the energy consumption and the support of multi-constraints quality of services QoS. The most challenging issue is providing a tradeoff between the resource efficiency and the multiconstrained QoS support. For this purpose, we proposed a new Wireless Hospital Sensor Network (WHSN) three-tiered architecture in order to support large-scale deployment and to improve the network performance. Then we designed a channel allocation scheme (UWBCAS,)and a prioritized multi-channel multi-time slot MAC protocol (PMCMTP) to enhance network performance and maximize the resource utilization. Finally, we proposed a joint duty cycle scheduling, resource allocation and multi-constrained QoS routing algorithm (JSAR) which simultaneously combines, a duty cycle scheduling scheme for energy saving, a resource allocation scheme for efficient use of frequency channels and time slots, and an heuristic for multi-constrained routing protocol

Ce manuscrit est centré sur la conception, l'amélioration et l'évaluation des protocoles des couches RESEAU, MAC et PHY. En particulier, nous nous focalisons sur la conception de nouveaux protocoles distribués pour une utilisation optimale/améliorée des ressources radio disponibles. Par ailleurs, nous caractérisons les performances des réseaux ad hoc à accès aléatoire au canal en utilisant des paramètres de plusieurs couches avec aptitude de transfert d'information (data forwarding). La majeure partie de nos analyses se base sur le concept d'interaction entre les couches OSI (cross-layer). En effet, cette nouvelle et attractive approche est devenue en peu de temps omniprésente dans le domaine de recherche et développement et dans le domaine industriel. Les métriques de performances qui nous intéressent sont la stabilité des files d'attentes de transfert, le débit, le délai et la consommation d'énergie. Principalement, la compréhension de l'interaction entre les couches MAC/PHY et routage du standard IEEE 802.11e DCF/EDCF, d'une part, et l'interaction entre noeuds en terme d'interférences, d'autre part, constituent le coeur central de notre travail.

La technologie OFDMA (Orthogonal frequency division multiple access) a été adoptée par les systèmes de télécommunications de 4ème génération (4G) comme technique de transmission et d'accès multiple pour ses performances supérieures en termes d'efficacité spectrale. Dans ce type de systèmes, l'adaptation dynamique du débit en fonction de la qualité du canal CQI (Channel Quality Indicator) constitue une problématique de recherche d'actualité qui attire l'attention de plusieurs acteurs académiques et industriels. Ce problème d'adaptation dynamique est encore plus complexe à gérer dans des environnements multi-utilisateurs hétérogènes et à ressources limitées tels que les systèmes OFDMA comme WiMAX Mobile et Long-term Evolution (LTE). Dans cette thèse, nous nous intéressons au problème d'allocation de ressources de l'information de feedback relative au CQI dans le cadre de systèmes OFDMA multi-porteuses multi-utilisateurs. Dans le but de réduire la charge (overhead) du feedback, nous proposons une méthode de prédiction du CQI basée sur l'exploitation de la corrélation temporelle de ce dernier et d'une solution inter-couches. L'objectif est de trouver des schémas d'allocation de ressources adaptatifs respectant les contraintes de qualité de service (QoS) applicatives.Nous proposons en premier lieu un algorithme de réduction de feedback PBF (Prediction Based Feedack) qui permet à la station de base (BS) à prédire certaines occurrences du CQI en se basant sur l'algorithme des moindres carrés récursif RLS (Recursive least-square). Les résultats de simulation montrent que l'outil de prédiction du CQI réduit sensiblement l'overhead du feedback et améliore par conséquent le débit de la liaison montante. Nous proposons, par la suite, une version opportuniste de PBF pour atténuer les éventuels effets de sur et sous estimations liées à l'algorithme de prédiction. Dans ce mécanisme, nous exploitons les informations inter-couches pour améliorer les performances des mécanismes de feedbacks périodiques dont PBF fait partie. L'approche opportuniste améliore sensiblement les performances du système pour les cas de mobilité élevée comparés aux cas de faible mobilité.Dans un second temps, nous proposons une plateforme (FEREP : feedback resource allocation and prediction) basée sur une approche inter-couches. Implémentée au niveau de la station BS, FEREP intègre les fonctionnalités de prédiction, d'adaptation dynamique du CQI et d'ordonnancement des demandes de feedback. Elle comporte trois modules. Le module FWA (feedback window adaptation) gère dynamiquement la fenêtre de feedbacks de chaque station mobile (MS) en se basant sur les messages ARQ (Automatic Repeat Request) reçus qui reflètent l'état actuel des canaux respectifs. Le module PBFS (priority-based feedback scheduling) effectue ensuite l'ordonnancement des feedbacks en tenant compte de la taille de la fenêtre de feedback, du profil de l'utilisateur sous la contrainte de la limitation des ressources globales du systèmes réservées au feedback. Afin de choisir les paramètres de transmission MCS (modulation and coding schemes), le module PBF (prediction based feedback) est utilisé pour les utilisateurs dont le feedabck n'a pas pu être ordonnancé dans la trame courante. Les résultats de simulation ont montré un gain significatif des performances de FREREP en comparaison à un mécanisme de référence, en particulier, sous de fortes contraintes de limitation des ressources du feedback.Le protocole ARQ génère un accusé de réception uniquement si l'utilisateur est sélectionné par l'ordonnanceur pour envoyer des données sur la liaison descendante. Dans le cas où la fréquence d'ordonnancement des utilisateurs sur le lien descendant est réduite, les messages ARQ s'en trouvent également réduits, dégradant par conséquent les performances de la plateforme FEREP proposée ci-dessus. En effet, dans ce cas la signalisation ARQ devient insuffisante pour adapter efficacement la fenêtre de feedback de chaque utilisateur. Pour pallier à ce problème, nous proposons l'algorithme DCRA (dynamic CQI resource allocation) qui utilise deux modes d'estimation de la fenêtre de feedback. Le premier est un mode hors-ligne basé sur des études empiriques permettant d'estimer la fenêtre moyenne optimale de feedback en utilisant les profils applicatif et de mobilité de l'utilisateur. Notre analyse de performance par simulation montre que la fenêtre de feedback peut être estimée en fonction de la classe de service des utilisateurs et de leurs profils de mobilité pour un environnement cellulaire donné. Le second mode de fonctionnement de DCRA effectue une adaptation dynamique de la fenêtre en temps réel dans le cas où la signalisation ARQ est suffisante. Une étude comparative avec les mécanismes DFS (deterministic feedback scheduling) et OFS (opportunistic feedback scheduling), a montré que DCRA arrive à réaliser un meilleur gain en ressources montantes grâce à la réduction de l'overhead des feedbacks, sans pour autant trop dégrader le débit descendant des utilisateurs. Du point de vue des utilisateurs, DCRA améliore les contraintes de QoS tels que le taux de perte de paquets et réduit la consommation énergétique des terminaux grâce à la réduction de feedback<br>Orthogonal frequency division multiple access (OFDMA) technology has been adopted by 4th generation (a.k.a. 4G) telecommunication systems to achieve high system spectral efficiency. A crucial research issue is how to design adaptive channel quality indicator (CQI) feedback mechanisms so that the base station can use adaptive modulation and coding (AMC) techniques to adjust its data rate based on the channel condition. This problem is even more challenging in resource-limited and heterogeneous multiuser environments such as Mobile WiMAX, Long-term Evolution (LTE) networks. In this thesis, we consider CQI feedback resource allocation issue for multiuser multicarrier OFDMA systems. We exploit time-domain correlation for CQI prediction and cross-layer information to reduce feedback overhead for OFDMA systems. Our aim is find resource allocation schemes respecting the users QoS constraints.Our study begins with proposing prediction based feedback (PBF) which allows the base station to predict the CQI feedbacks based on recursive least-square (RLS) algorithm. We showed that it is useful to use channel prediction as a tool to reduce the feedback overhead and improve the uplink throughput. Then, we propose an opportunistic periodic feedback mechanism to mitigate the possible under and over estimation effects of CQI prediction. In this mechanism, we exploited the cross-layer information to enhance the performance of periodic feedback mechanisms. The opportunistic mechanism improves the system performance for high mobility cases compared to low mobility cases.For OFDMA systems with limited feedback resource, we propose an integrated cross-layer framework of feedback resource allocation and prediction (FEREP). The proposed framework, implemented at the BS side, is composed of three modules. The feedback window adaptation (FWA) module dynamically tunes the feedback window size for each mobile station based on the received ARQ (Automatic Repeat Request) messages that reflect the current channel condition. The priority-based feedback scheduling (PBFS) module then performs feedback allocation by taking into account the feedback window size, the user profile and the total system feedback budget. To choose adapted modulation and coding schemes (MCS), the prediction based feedback (PBF) module performs channel prediction by using recursive least square (RLS) algorithm for the user whose channel feedback has not been granted for schedule in current frame. Through extensive simulations, the proposed framework shows significant performance gain especially under stringent feedback budget constraint.ARQ protocol receives users acknowledgement only if the user is scheduled in the downlink. The reduction in users scheduling frequency also reduces the rate of ARQ hints and degrades the performance of above contributions. In this case, it is difficult to exploit the ARQ signal to adapt the feedback window for that user. To address this issue, we propose a cross-layer dynamic CQI resource allocation (DCRA) algorithm for multiuser multicarrier OFDMA systems. DCRA uses two modes for feedback window estimation. The first one is an off-line mode based on empirical studies to derive optimal average feedback window based on user application and mobility profile. Our experimental analysis shows that the feedback window can be averaged according to users service class and their mobility profile for a given cell environment. DCRA performs a realtime dynamic window adaptation if sufficient cross-layer hints are available from ARQ signaling. DCRA increases uplink resource by reducing feedback overhead without degrading downlink throughout significantly compared to deterministic feedback scheduling (DFS) and opportunistic feedback scheduling (OFS). From the users perspective, DCRA improves QoS constraints like packet loss rate and saves users power due to feedback reduction

Le streaming adaptatif sur HTTP, désigné par HAS, est une technique de streaming vidéo largement déployée sur Internet. Elle utilise TCP comme protocole de transport. Elle consiste à segmenter la vidéo stockée sur un serveur web en petits segments indépendants de même durée de lecture et transcodés à plusieurs niveaux de qualité, désignés par "chunks". Le player, du côté du client HAS, demande périodiquement un nouveau chunk. Il sélectionne le niveau de qualité en se basant sur l’estimation de la bande passante du/des chunk(s) précédent(s). Étant donné que chaque client HAS est situé au sein d’un réseau d’accès, notre étude traite un cas fréquent dans l’usage quotidien: lorsque plusieurs clients partagent le même lien présentant un goulot d’étrangement et se trouvent en compétition sur la bande passante. Dans ce cas, on signale une dégradation de la qualité d’expérience (QoE) des utilisateurs de HAS et de la qualité de service (QoS) du réseau d’accès. Ainsi, l’objectif de cette thèse est d’optimiser le protocole TCP pour résoudre ces dégradations de QoE et QoS. Notre première contribution propose une méthode de bridage du débit HAS au niveau de la passerelle. Cette méthode est désignée par "Receive Window Tuning Method" (RWTM): elle utilise le principe de contrôle de flux de TCP et l’estimation passive du RTT au niveau de la passerelle. Nous avons comparé les performances de RWTM avec une méthode récente implémentée à la passerelle qui utilise une discipline particulière de gestion de la file d’attente, qui est désignée par "Hierarchical Token Bucket shaping Method" (HTBM). Les résultats d’évaluations indiquent que RWTM offre une meilleure QoE et une meilleure QoS de réseau d’accès que HTBM. Notre deuxième contribution consiste à mener une étude comparative combinant deux méthodes de bridages, RWTM et HTBM, avec quatre variantes TCP largement déployées, NewReno, Vegas, Illinois et Cubic. Les résultats d'évaluations montrent une discordance importante entre les performances des différentes combinaisons. De plus, la combinaison qui améliore les performances dans la majorité des scénarios étudiés est celle de RWTM avec Illinois. En outre, une mise à jour efficace de la valeur du paramètre "Slow Start Threshold", sthresh, peut accélérer la vitesse de convergence du player vers la qualité optimale. Notre troisième contribution propose une nouvelle variante de TCP adaptée aux flux HAS, qu’on désigne par TcpHas; c’est un algorithme de contrôle de congestion de TCP adapté aux spécifications de HAS. TcpHas estime le niveau de la qualité optimale du flux HAS en se basant sur l’estimation de la bande passante de bout en bout. Ensuite, TcpHas applique un bridage au trafic HAS en fonction du débit d’encodage du niveau de qualité estimé. TcpHas met à jour ssthresh pour accélérer la vitesse de convergence. Une étude comparative a été réalisée avec la variante Westwood+. Les résultats d’évaluations montrent que TcpHas est plus performant que Westwood+<br>HTTP adaptive streaming (HAS) is a streaming video technique widely used over the Internet. It employs Transmission Control Protocol (TCP) as transport protocol and it splits the original video inside the server into segments of same duration, called "chunks", that are transcoded into multiple quality levels. The HAS player, on the client side, requests for one chunk each chunk duration and it commonly selects the quality level based on the estimated bandwidth of the previous chunk(s). Given that the HAS clients are located inside access networks, our investigation involves several HAS clients sharing the same bottleneck link and competing for bandwidth. Here, a degradation of both Quality of Experience (QoE) of HAS users and Quality of Service (QoS) of the access network are often recorded. The objective of this thesis is to optimize the TCP protocol in order to solve both QoE and QoS degradations. Our first contribution consists of proposing a gateway-based shaping method, that we called Receive Window Tuning Method (RWTM); it employs the TCP flow control and passive round trip time estimation on the gateway side. We compared the performances of RWTM with another gateway-based shaping method that is based on queuing discipline, called Hierarchical Token Bucket shaping Method (HTBM). The results of evaluation indicate that RWTM outperforms HTBM not only in terms of QoE of HAS but also in terms of QoS of access network by reducing the queuing delay and significantly reducing packet drop rate at the bottleneck.Our second contribution consists of a comparative evaluation when combining two shaping methods, RWTM and HTBM, and four very common TCP variants, NewReno, Vegas, Illinois and Cubic. The results show that there is a significant discordance in performance between combinations. Furthermore, the best combination that improves performances in the majority of scenarios is when combining Illinois variant with RWTM. In addition, the results reveal the importance of an efficient updating of the slow start threshold value, ssthresh, to accelerate the convergence toward the best feasible quality level. Our third contribution consists of proposing a novel HAS-based TCP variant, that we called TcpHas; it is a TCP congestion control algorithm that takes into consideration the specifications of HAS flow. Besides, it estimates the optimal quality level of its corresponding HAS flow based on end-to-end bandwidth estimation. Then, it permanently performs HAS traffic shaping based on the encoding rate of the estimated level. It also updates ssthresh to accelerate convergence speed. A comparative performance evaluation of TcpHas with a recent and well-known TCP variant that employs adaptive decrease mechanism, called Westwood+, was performed. Results indicated that TcpHas largely outperforms Westwood+; it offers better quality level stability on the optimal quality level, it dramatically reduces the packet drop rate and it generates lower queuing delay

Cette thèse propose une nouvelle approche pour la concrétisation des réseaux sans fil de nouvelle génération et de leurs nouveaux usages. Elle privilégie une séparation tem- porelle de la pile réseau, avec une première partie dédiée aux opérations temps réel, et une seconde partie organisée autour d'une architecture de traitement de paquets, construite dans un même espace permettant ainsi des optimisations inter-couches. La faisabilité de cette approche est vérifiée tout d'abord par l'étude des plates-formes flexibles permettant la réalisation de nouvelle méthode d'accès, puis au travers de PACMAP, un outil de manipulation de paquet en espace utilisateur, dont les fonc- tionnalités seront illustrées au travers du prototypage d'une solution originale au pro- blème de la mobilité, Virtual AP.

Des aspects variés de la modélisation de l'écoulement glaciaire sont abordés. <br />Le modèle de Le Meur et Vincent (2003) est utilisé à plusieurs reprises. Plusieurs améliorations sont effectuées (conservation de la masse, traitement des épaisseurs négatives, traitement de la glace située en amont de la rimaye).<br />Sur le glacier de St. Sorlin (France) une comparaison entre le champ de bilan issu des mesures et celui issu d'un modèle est effectuée. Le comportement du glacier sous un scénario climatique futur est prédit.<br />Une intercomparaison entre différents types de modèles est effectuée avec pour objectif la détermination du type de modèle le plus approprié en fonction du type de glacier. Les modèles testés sont le modèle SIA de Le Meur et Vincent (2003), le modèle SIA et le modèle d'ordre supérieur de Pattyn (2003) et un modèle Full Stokes (Elmer). Des géométries synthétiques sont utilisées ainsi qu'un cas réel. Les tests synthétiques montrent les limites de l'applicabilité de la SIA. Par contre, une comparaison rapide montre le gain considérable en temps CPU. D'un autre côté, l'augmentation du coût en terme de temps CPU ne s'avère pas très importante lors du passage d'un modèle d'ordre supérieur à un modèle Full Stokes.<br />Les simulations effectuées sur le glacier de St. Sorlin donnent un aperçu des limites de la validité de la SIA sur ce glacier. Même si elle reproduit globalement l'évolution observée du glacier, elle ne reproduit pas correctement le champ de vitesse ni certaines structures de la géométrie.<br />Les simulations sont comparées avec les observations pour la position du front et les vitesses de surface. <br />Un dernier chapitre est consacré au glacier Cotopaxi (Andes).