WiNo : une plateforme d'émulation et de prototypage rapide pour l'ingénierie des protocoles en réseaux de capteurs sans fil

International audienceL'ingénierie des protocoles implique souvent de nombreuses phases de tests pour valider un protocole nouvellement créé. Dans le domaine spécifique des réseaux de capteurs sans fil, la démocratisation récente du matériel a permis de nouveaux usages pour les concepteurs de protocoles. En effet, après les phases classiques de spécification et de simulation, il est désormais courant d'évaluer le protocole dans un contexte réel et concret, sur cible finale. Dans cette optique, des outils adaptés émergent, non seulement pour rendre cette tâche plus accessible, mais aussi pour en maîtriser le déploiement, afin de rendre les résultats plus exploitables. Dans cet article, après un bref tour d'horizon des solutions disponibles, la plateforme « WiNo » d'émulation et de prototypage rapide pour réseaux de capteurs est présentée, ainsi que plusieurs exemples représentatifs de résultats obtenus grâce à son usage

Satellites d'observation et réseaux de capteurs autonomes au service de l'environnement

La collecte d’informations et leur transmission au travers d’un réseau de communications peut être effectuée par des réseaux de capteurs autonomes ainsi que par des satellites d’observation. L’utilisation conjointe de ces réseaux fournirait des données complémentaires et permettrait à l’Humanité de pérenniser son avenir en comprenant les mécanismes du monde qui l’entoure. Ces dernières années, le secteur spatial a montré une volonté d’unifier et de faciliter la réutilisation des développements réalisés avec la création de filières de plateformes multi-missions ainsi que la définition de protocoles applicables à différents contextes. L’objectif de cette thèse est d’étudier les caractéristiques des différentes technologies d’observation afin d’en exploiter les points communs. À ces fins, nous nous intéressons aux technologies et aux architectures utilisées dans de tels contextes. Nous proposons alors une architecture de réseau répondant aux contraintes des systèmes les plus communément utilisés dans un tel cadre. Les principales contraintes des scénarios d’observation sont liées à la forte intermittence des liens et donc au manque de connexité du réseau. Nous nous orientons donc vers une solution ayant recours au concept de réseaux tolérants au délai. Dans un tel contexte, l’existence d’une route entre la source et la destination n’est pas garantie. C’est pourquoi les protocoles de communication utilisés propagent généralement plusieurs exemplaires d’un même message vers plusieurs entités afin d’augmenter le taux de délivrance. Nous avons souhaité diminuer l’utilisation des ressources du réseau tout en conservant des performances similaires afin d’augmenter l’efficacité du réseau. Après avoir proposé une architecture commune, nous nous sommes focalisés sur les spécificités des différents segments de notre réseau afin de répondre localement à ces problèmes. Pour le segment satellite, nous nous sommes plus spécialement concentrés sur les techniques de gestion de mémoire. Nous considérons un satellite défilant avec une mémoire embarquée limitée, collectant des données en provenance de passerelles. Il s’agit alors de sélectionner les messages les plus urgents quitte à déposer sur une autre passerelle les messages moins contraints. Sur le réseau de capteurs terrestre, nous nous sommes focalisés sur la diminution de l’utilisation des ressources du réseau. Pour cela nous avons utilisé l’historique des rencontres entre les nœuds et analysé l’influence de la quantité de mémoire allouée aux accusés de réception sur les performances du réseau. Nous sommes parvenus à atteindre des performances supérieures aux solutions existantes à moindre frais. Les solutions proposées peuvent être mises en œuvre et appliquées dans différents contextes applicatifs. ABSTRACT : Data gathering and transmission through a communicating network can be obtained thanks to wireless sensor networks and observation satellites. Using both these technologies will allow mankind to build a sustainable future by understanding the world around. In recent years, space actors have demonstrated a will to reuse the developed technologies by creating multiple programs platforms and defining context-agnostic protocols. The goal of this thesis is to study the characteristics of several observation technologies to exploit their similarities. We analyse the existing technologies and architectures in several contexts. Then, we propose a networking architecture handling constraints of most commonly used systems in such a context. The main constraints of observation scenarios are due to the links intermittence and lack of network connectivity. We focus on a solution using the delay tolerant networking concept. In such a context, a path between source and destination might not exist at all time. That is why most proposed protocols send multiple copies of a message to increase the delivery ratio. We wanted to decrease network resource use while keeping a similar performance to increase network efficiency. After having proposed a common architecture, we focused on particularities of each network segment to solve problems locally. Concerning the satellite part, we focused specifically on memory management techniques. We considered a low earth orbit satellite with a limited on-board buffer, gathering data from gateways. The goal is then to select the most urgent messages even though the least urgent ones are sent back to the ground. On the terrestrial sensor network part, we focused on the decrease of network resource use. We used the history of encounters between nodes and analysed the influence of the proportion of memory allocated to acknowledgements on network performance. We achieved better performance than existing solutions and at lower cost. The proposed solutions can be deployed and applied in several applications

Étude de la gestion de l’autonomie en énergie d’objets communicants sans fil

Energy consumption and autonomy are crucial issues when designing wireless sensor networks (WSN). To study these problematics, our approach is based on simulation models and techniques that allow analyzing the system rapidly and accurately in different configurations. To do so, a behavioral modeling approach is used to model the receiver, the transmitter as well as the wireless communication channel. In order to reduce the simulation time while keeping an acceptable accuracy, our method considers a communication link level. Our models have been validated by comparing our simulation results with experiments performed in the field using WSN prototypes. In order to simulate the energy harvesting system, the battery as well as the power manager with efficiency, high level models have been developed. Those models are based on the electric charge balance between the energy harvesting system, the battery and the mote. Using these models, two innovative techniques of power management are proposed. According to both the amount of harvested energy and the state of charge of the battery, the power manager adapts the performance, thus the consumed energy, to ensure when it is possible the energy neutral operation (ENO) of a mote. A comparison with a state-of-the-art power management policy shows a 50% improvement of the throughput when our power managers are used. This PhD also addresses a global energy management technique. Our approach takes into account the harvested energy as well the communication channel to simultaneously handle the wake-up period and the transmitting power of the mote. A new transmission power technique, called PTPC (Predictive-Transmission-Power-Control), is proposed for that purpose. Simulation results show that for a 0.5 m/s speed, the throughput of the node using PTPC is around 5 times higher compared to a state-of-the-art transmission power technique approach.La consommation d’énergie et l’autonomie sont des problématiques majeures dans les réseaux de capteurs sans fil. Afin d’étudier ces problématiques, nous nous sommes appuyés sur un ensemble de modèles et de techniques de simulation qui permet d’analyser le système dans différentes configurations, rapidement et avec précision. Nous avons utilisé une approche de modélisation comportementale pour modéliser le récepteur, le transmetteur et le canal de communication sans fil et on se place au niveau liaison de communication, ce qui nous permet d'avoir un temps de simulation réduit et une précision satisfaisante. Nous avons comparé les résultats de simulation à des résultats expérimentaux collectés lors de tests sur le terrain et ceci nous a permis de vérifier la validité de nos modèles. Pour pouvoir simuler de façon efficace le système de récupération d’énergie, la batterie et le power manager, des modèles de haut niveau ont été développés. Ces modèles sont basés sur l’équilibre de charge électrique entre le système de récupération d’énergie, la batterie et le nœud. Sur la base de ces modèles, nous avons proposé deux techniques innovantes de power management. En fonction de la quantité d’énergie récupérée et l’état de charge de la batterie, le power manager change la performance et donc la consommation du nœud, pour assurer, quand cela est possible, l’équilibre énergétique. La comparaison avec une technique de power management présentée dans la littérature montre que nos power managers permettent une amélioration du débit de près de 50%. Les travaux concernent également une technique globale de gestion de la consommation d’énergie. Notre approche prend en compte la récupération d’énergie et le canal de communication et gère simultanément la période de réveil du nœud et la puissance d’émission. Nous avons proposé une technique de gestion de la puissance d’émission appelée PTPC (Predictive-Transmission-Power-Control). Les résultats de simulation montrent que pour une vitesse de 0.5 m/s le débit fourni par PTPC est environ 5 fois supérieur par rapport à une technique de contrôle de la puissance d’émission présentée dans la littérature

Contribution au domaine de la conception d’objets communicants embarqués basse consommation et autonomes en énergie

This report proposes a synthesis of my research and teaching activities. Since 2008, as associate professor at the University of Nice Sophia Antipolis, I did my research into the MCSOC team from the LEAT laboratory. For nearly 15 years, my activity is focused on the design of embedded communicating objects, with a strong emphasis for high level approach allowing, early in the design flow, to model and optimize the performance as well as the consumed energy. Those system-level approaches are more and more relevant over the last few years and become a must-have solution for designing efficient embedded systems. My activity on energy harvesting for autonomous systems brings an original contribution to this domain and has a national and international impact. This document is organized in two parts: the first part is a synthesis of my research and teaching activity, while the second one presents in details my research work, putting in evidence my contributions and innovative aspects. The manuscript ends with a scientific overview as well as some perspectives.Ce manuscrit présente une synthèse de mes travaux de recherche. Depuis septembre 2008, date de ma nomination en tant que Maître de Conférences à l’Université de Nice Sophia Antipolis, j’ai effectué mes travaux de recherche au sein de la thématique MCSOC (Modélisation, Conception Système d’Objets Communicants) du laboratoire LEAT (Université de Nice Sophia Antipolis, UMR CNRS 7248). Depuis maintenant près de 15 ans, mes travaux de recherche s’intéressent au domaine de la conception d’objets communicants embarqués avec une évolution forte vers des approches de haut niveau d’abstraction permettant tôt dans le flot de conception, de modéliser et d’optimiser les performances et la consommation d’énergie. Ces approches de niveau système n’ont cessé de prendre de l’ampleur ces dernières années et s’installent aujourd’hui comme une solution incontournable du domaine de la conception de systèmes embarqués. Mes travaux plus spécifiques sur l’autonomie énergétique de ces systèmes apportent une contribution originale au domaine et ont un rayonnement national et international. Ce document est organisé en deux parties : la première partie propose une synthèse des travaux de recherche et d’enseignement ; la seconde présente de manière détaillée mes travaux de recherche en mettant en avant toutes ses contributions et originalités. Le manuscrit s’achève par un bilan scientifique ainsi que quelques perspectives de recherche

Architecture de communication pour les réseaux d’instrumentation sans fil

Aujourd'hui les réseaux de capteurs sont devenus des systèmes pouvant atteindre un très grand nombre de noeuds, avec une zone de couverture déterminée et déployés d'une manière plus ou moins dense dans un environnement hétérogène dont on mesure ainsi son état global. La problématique de cette thèse consiste à concevoir une architecture pour les objets communicants à faible consommation en utilisant des antennes « intelligentes » pour l'instrumentation et la mesure. Intégrant une approche pluridisciplinaire, cette architecture couvre les services offerts depuis les couches MAC jusqu'à celles de plus haut niveau. Basés sur une partie matérielle complètement reconfigurable (amplificateur de puissance et antennes à base de MEMS RF), les services des couches supérieures sont définis en partie sur circuits numériques pour la couche physique (bande de base) et la couche MAC, et de manière logicielle pour les protocoles de routages adaptés et les services innovants. En résumé, le travail consiste à concevoir un système autonome multi capteurs, d'acquisition et de traitement avec mémorisation, communicant à travers un réseau sans fil. Les principaux problèmes à résoudre seront : le contrôle de la topologie, la précision de la synchronisation, la consommation d'énergie. ABSTRACT : Researches in the field of sensor networks show the variety and vastness of applications in which these types of systems are used. One of their main features is the large number (up to hundreds of elements) of sensors that must be distributed in different environments. Another concern consists in making routing decisions in order to reduce the energy consumption. Depending on the application requirements, ensuring synchronous network functionality is currently a challenge. The issue addressed in this thesis is to develop an architecture for smart objects using low-power antennas for structural heald monitoring. Integrating a multidisciplinary approach, this architecture includes services from the MAC layer to those of the highest level. In summary, we will develop an autonomous system ofi sensors, for acquisition and information processing, which communicate via a wireless network. The main problems are: the control of topology, the timing accuracy and the energy consumption

Sur la radionavigation dans les villes intelligentes du futur: Le cas des réseaux de capteurs sans fils

With the development of the internet of things, the number of communicating objects is rapidly increasing especially with the emergence of the ``Smart City'' concept. As in the case of WiFi access points, many of these objects would operate at fixed and known positions. Such information is made available in the Cloud under the Big Data paradigm, thus leading to the so called geo-referencing of the nodes. In such a context, we pose the problem of opportunistic vehicular radio-localization by means of neighborhood discovery and signal processing of received neighboring signals. We propose a novel approach for vehicle self-localization as a contribution to the field of intelligent transportation systems. The proposed solution is opportunistic, passive and non-intrusive regarding the network operations and deployed applications. The thesis defends a localization system that seamlessly integrates with a standard communication stack and covers two layers : physical and link. At physical level, we use an antenna array for collecting and processing the received signals for both identification and localization. As soon as a packet is detected at MAC layer, the corresponding signals are exploited to localize the source with respect to the vehicle body frame. By using the source identifier, its position in the external (or global) frame is looked up in a database that was previously built off-line and made accessible locally or remotely. By assuming that the vehicle orientation is known, the position of the vehicle is then estimated using basis change equations.Avec l'essor de l'internet des objets, le nombre d'objets communicants dans nos villes est en pleine croissance, et notamment avec l'émergence du concept des ``Villes Intelligentes''. A l'instar des points d'accès Wifi, beaucoup de ces objets sont placés à des positions initialement connues, et pouvant être partagées dans le "Cloud" dans une démarche "BigData"; on parle alors de géo-référencement. Dans ce contexte, nous posons le problème de la radiolocalisation véhiculaire opportuniste basée sur la découverte de voisinage et l'exploitation des signaux reçus. Nous proposons une approche novatrice pour l'auto-localisation véhiculaire dans le domaine des systèmes de transport intelligents. La méthode proposée est opportuniste, passive et non-intrusive vis-a-vis des réseaux et des applications. La thèse défendue propose un système de localisation qui s'intègre aisément dans une pile de communication standard et qui s'étend sur deux niveaux protocolaires : couche physique et couche de liaison. Au niveau physique, nous utilisons un réseau d'antennes pour collecter les signaux à des fins d'identification et de localisation. Dès qu'un paquet est détecté au niveau MAC, les signaux physiques correspondants sont exploités pour estimer la position de l'émetteur dans le référentiel du véhicule. En utilisant l'identifiant de l’émetteur, on peut retrouver sa position dans un référentiel externe (ou global) depuis une base de données construite hors ligne et accessible localement ou à distance. En connaissant l'orientation du véhicule, la position du véhicule dans le référentiel externe peut être ensuite estimée par changement de base

Proposition et vérification formelle de protocoles de communications temps-réel pour les réseaux de capteurs sans fil

Les RCsF sont des réseaux ad hoc, sans fil, large échelle déployés pour mesurer des paramètres de l'environnement et remonter les informations à un ou plusieurs emplacements (nommés puits). Les éléments qui composent le réseau sont de petits équipements électroniques qui ont de faibles capacités en termes de mémoire et de calcul ; et fonctionnent sur batterie. Ces caractéristiques font que les protocoles développés, dans la littérature scientifique de ces dernières années, visent principalement à auto-organiser le réseau et à réduire la consommation d'énergie. Avec l'apparition d'applications critiques pour les réseaux de capteurs sans fil, de nouveau besoins émergent, comme le respect de bornes temporelles et de fiabilité. En effet, les applications critiques sont des applications dont dépendent des vies humaines ou l'environnement, un mauvais fonctionnement peut donc avoir des conséquences catastrophiques. Nous nous intéressons spécifiquement aux applications de détection d'événements et à la remontée d'alarmes (détection de feu de forêt, d'intrusion, etc), ces applications ont des contraintes temporelles strictes. D'une part, dans la littérature, on trouve peu de protocoles qui permettent d'assurer des délais de bout en bout bornés. Parmi les propositions, on trouve des protocoles qui permettent effectivement de respecter des contraintes temporelles mais qui ne prennent pas en compte les spécificités des RCsF (énergie, large échelle, etc). D'autres propositions prennent en compte ces aspects, mais ne permettent pas de garantir des bornes temporelles. D'autre part, les applications critiques nécessitent un niveau de confiance très élevé, dans ce contexte les tests et simulations ne suffisent pas, il faut être capable de fournir des preuves formelles du respect des spécifications. A notre connaissance cet aspect est très peu étudié pour les RcsF. Nos contributions sont donc de deux types : * Nous proposons un protocole de remontée d'alarmes, en temps borné, X-layer (MAC/routage, nommé RTXP) basé sur un système de coordonnées virtuelles originales permettant de discriminer le 2-voisinage. L'exploitation de ces coordonnées permet d'introduire du déterminisme et de construire un gradient visant à contraindre le nombre maximum de sauts depuis toute source vers le puits. Nous proposons par ailleurs un mécanisme d'agrégation temps-réel des alarmes remontées pour lutter contre les tempêtes de détection qui entraînent congestion et collision, et donc limitent la fiabilité du système. * Nous proposons une méthodologie de vérification formelle basée sur les techniques de Model Checking. Cette méthodologie se déroule en trois points, qui visent à modéliser de manière efficace la nature diffusante des réseaux sans fil, vérifier les RCsF en prenant en compte la non-fiabilité du lien radio et permettre le passage à l'échelle de la vérification en mixant Network Calculus et Model Checking. Nous appliquons ensuite cette méthodologie pour vérifier RTXP.Wireless Sensor Networks (WSNs) are ad hoc wireless large scale networks deployed in order to monitor physical parameters of the environment and report the measurements to one or more nodes of the network (called sinks). The small electronic devices which compose the network have low computing and memory capacities and run on batteries, researches in this field have thus focused mostly on self-organization and energy consumption reduction aspects. Nevertheless, critical applications for WSNs are emerging and require more than those aspects, they have real-time and reliability requirements. Critical applications are applications on which depend human lives and the environment, a failure of a critical application can thus have dramatic consequences. We are especially interested in anomaly detection applications (forest fire detection, landslide detection, intrusion detection, etc), which require bounded end to end delays and high delivery ratio. Few WSNs protocols of the literature allow to bound end to end delays. Among the proposed solutions, some allow to effectively bound the end to end delays, but do not take into account the characteristics of WSNs (limited energy, large scale, etc). Others, take into account those aspects, but do not give strict guaranties on the end to end delays. Moreover, critical applications require a very high confidence level, simulations and tests are not sufficient in this context, formal proofs of compliance with the specifications of the application have to be provided. The application of formal methods to WSNs is still an open problem. Our contributions are thus twofold : * We propose a real-time cross-layer protocol for WSNs (named RTXP) based on a virtual coordinate system which allows to discriminate nodes in a 2-hop neighborhood. Thanks to these coordinates it is possible to introduce determinism in the accesses to the medium and to bound the hop-count, this allows to bound the end to end delay. Besides, we propose a real-time aggregation scheme to mitigate the alarm storm problem which causes collisions and congestion and thus limit the network lifetime. * We propose a formal verification methodology based on the Model Checking technique. This methodology is composed of three elements, (1) an efficient modeling of the broadcast nature of wireless networks, (2) a verification technique which takes into account the unreliability of the wireless link and (3) a verification technique which mixes Network Calculus and Model Checking in order to be both scalable and exhaustive. We apply this methodology in order to formally verify our proposition, RTXP.VILLEURBANNE-DOC'INSA-Bib. elec. (692669901) / SudocSudocFranceF

Proposition de Projet MADYNES : Supervision des réseaux et services dynamiques

Rapport interne.Le projet MADYNES vise la conception, la validation et la mise en oeuvre de nouveaux paradigmes et architectures de supervision et de contrôle capables : (1) de maîtriser la dynamicité croissante des infrastructures et services de télécommunications et (2) de résister au facteur d'échelle induit par l'Internet ubiquitaire

Propositions pour un protocole déterministe de contrôle d'accès et de routage avec économie d'énergie dans les réseaux ZigBee

Rédaction : Juin 2008The development of sensor network technologies is an incentive for industries to consider alternatives reducing costs and complexity while improving reliability. Among the current wireless solutions, IEEE 802.15.4/ZigBee LP-WPAN technology provides the mechanisms and the necessary guarantees for industrial use. We propose synchronization mechanisms entirely deterministic allowing the use of the IEEE 802.15.4 standard slotted mode in a meshed network, and the « AODV en » adaptive routing method for messages sent in a wide area network. Firstly, we look at the IEEE 802.15.4/ZigBee technology, especially its ability to retain its deterministic behavior and energy efficiency in a meshed network architecture. This study shows several shortcomings in the standard. Our contribution is to make up for those shortcomings by a centralized synchronization reactive to topology changing, avoiding beacons and GTS collision. These changes will be added to the MAC sub-layer. Secondly, none of the most commonly used routing protocols (ISO Model layer 3), take into account simultaneously the essential criteria to industrial communications to hard consumption and time constraints. We offer an adaptive routing mechanism searching paths to optimize the energy-limited nodes lifespan and based on the optimization of both delay and consumption. This latter contribution requires knowledge of the energy level of each autonomous node; therefore, we have analyzed and evaluated the consumption of each autonomous wireless node using the standard. Thus, we offered information about delay and battery level of each node taken into account in our adaptive routing mechanism. All of our proposals are validated using various methods including Timed Petri Nets, simulation and prototyping. The results are exposed in the wake of each of our contributions.Le développement des technologies de réseaux de capteurs incite les industries à envisager des alternatives réduisant les coûts et la complexité tout en améliorant la fiabilité. Parmi les solutions sans fil actuelles, la technologie LP-WPAN IEEE 802.15.4/ZigBee dispose des mécanismes et des garanties nécessaires pour une utilisation industrielle. Nous proposons des mécanismes de synchronisation entièrement déterministe permettant l'utilisation du standard IEEE 802.15.4 en mode balisé dans un réseau maillé, ainsi qu'une méthode de routage adaptative « AODV en » pour les messages transmis dans un réseau étendu. En premier lieu, nous analysons la technologie IEEE 802.15.4/ZigBee, plus particulièrement sa capacité à conserver son comportement déterministe et économe en énergie dans une architecture de réseau maillé. Cette étude met en évidence plusieurs insuffisances du standard. Notre contribution consiste à palier à ces manques par une synchronisation centralisée réactive aux changements de topologie, esquivant les collisions de balises et de GTS. Ces modifications seront apportées au niveau de la sous-couche MAC. En second lieu, aucun des protocoles de routage (couche 3 du modèle ISO) actuellement les plus utilisés, ne prennent en compte simultanément les critères indispensables au contexte des communications dans un environnement industriel à fortes contraintes sur la consommation et sur le temps. Nous proposons un mécanisme de routage réactif adaptatif recherchant les routes optimisant la durée de vie des noeuds du réseau contraints énergétiquement, et basé sur l'optimisation conjointe du délai et de la consommation. Pour cela, nous avons analysé et évalué la consommation de chacun des noeuds sans fil autonomes utilisant le standard. Nous avons ainsi proposé des informations de délai et de niveau de charge de la batterie de chacun des noeuds, prises en considération dans notre mécanisme de routage adaptatif. L'ensemble de nos propositions sont validées en utilisant diverses méthodes dont les réseaux de Petri temporisés, la simulation et le prototypage. Les résultats obtenus sont exposés à la suite de chacune de nos contributions

Techniques de conservation d'énergie pour les réseaux de capteurs sans fil

Les progrès technologiques réalisés ces dernières années ont permis le développement de nouveaux types de capteurs dotés de moyens de communication sans fil, peu onéreux et pouvant être configurés pour former des réseaux autonomes. Les domaines d'application sont nombreux : domotique, santé, domaine militaire ou bien encore surveillance de phénomènes environnementaux. Les limites imposées sont la limitation des capacités de traitement, de stockage et surtout d'énergie. La liberté laissée à l'implantation est forte et impose de concevoir complètement l'infrastructure, les mécanismes et les protocoles en fonction de l'application visée. Dans cette thèse, nous nous sommes tout d'abord focalisés sur des réseaux de petites tailles. Nous avons conçu une solution protocolaire "Placide" pour le suivi de la chaîne du froid proposée dans le cadre du projet ANR-CAPTEURS. L'originalité première de la solution repose sur l'absence d'infrastructure et de Station de Base. Elle est composée de protocoles performants fondés sur la formation d'un anneau virtuel entre les noeuds, auto-organisants et très économes en énergie. Le second axe est dédié à une étude expérimentale de la qualité du lien.L'objectif est double. Nous souhaitions tout d'abord étayer certaines hypothèses effectuées dans la première partie du travail. Il s'agissait ensuite de proposer des protocoles et des algorithmes fondés sur la qualité du lien. Nous nous sommes focalisés sur la variation de la qualité du lien en fonction de la distance entre les noeuds et de la puissance de transmission. Par la suite, l'impact de la qualité du lien sur la topologie du réseau a été étudiée. Les retours d'expérience sont importants quant à la compréhension des facteurs affectant la durée de vie du réseau. La dernière contribution concerne l'exploitation de ces observations en proposant des stratégies de partage decharge. Notre idée est que des protocoles très réduits et des mécanismes simples peuvent être mis en oeuvre pour le routage. Nous illustrons ces principes au travers d'exemples pour lesquels nous montrons la supériorité de ces solutions par rapport à des routages de type plus court chemin. ABSTRACT : Technological advances during the last few years allowed the development of new and cheap sensors equiped with wireless communication which can be configured to form autonomous networks. The application areas for wireless sensor networks (WSN) are various: home automations, health care services, military domain, and environment monitoring. The imposed constraints are limited capacity of processing, storage, and especially energy. In addition, implementing WSN solutions is highly open and requires that the infrastructure, the mechanisms and the protocols should be completely designed based on each specific application.In this thesis, we first focused on small networks. We designed « Placide », a protocol stack solution for cold chain monitoring proposed within the ANR-CAPTEURS project. The first originality of this solution is based on the absence of infrastructure and base stations. « Placide » is composed of self-organizing and energy-efficient protocols based on a virtual ring construction between nodes. The second topic is devoted to an experimental study on Link Quality Indicator (LQI). There are two main objectives. Firstly, we want to endorse our precise assumptions of the first part of the work. Secondly, our poposed link quality based protocols and algorithms willbe described. We focused on LQI variations according to distance between nodes and transmission power.Thereafter, the impact of LQI on the network topology has been studied. Feedbacks are important to understand which factors affect the network lifetime. The last contribution relates to the use of these observations by proposing load balancing strategies. Our idea is that very reduced protocols and simple mechanisms can be used in routing protocols. We illustrate these principles through simple examples where we show the superiority of these solutions compared to standard routing like shortest path for example