Réseaux ad hoc aidés par satellites pour les communications d'urgence

The services offered by traditional wireless systems such as cellular networks depend on established infrastructures. In the aftermath of a disaster, communication infrastructures may be totally destroyed. Therefore, there is a need for mobile technologies being independent of infrastructure where network management is the result of cooperation among terminals. Ad hoc networks are a promising technology for emergency communications requiring easily deployable and dynamically adaptable topologies. However, ad hoc networks can experience severe impairments because of node motion in the case of Mobile Ad hoc NETworks (MANETs) or scarce node density in the case of Wireless Mesh Networks (WMNs). We first consider a scenario of forest fire fighting operations where the nodes form a MANET. Due to node mobility, network partitioning may occur. The network is then split into unconnected groups. The limited availability of communications in this situation compromises the rescue and recovery operations. Satellites may help in this respect by setting up temporary back up links and bridging the unconnected islands. We particularly study the problem of selecting nodes that will provide access to the satellite capacity (i.e. gateway nodes). A key challenge in this scenario is that nodes are mobile resulting in topology changes. We address this challenge by extending the use of the clustering techniques initially designed to solve scalability issues in MANETs. K-hop clustering techniques allow to form virtual groups called clusters and to select particular nodes called clusterheads providing access to the satellite communication. Applying this technique to our scenario raises two problems: the node mobility modeling and the cluster structure maintenance. For the first problem, we compare a specific topology model, FireMobility to two generic topology models: Random Walk and Reference Region Group Mobility model. We show the importance of including dedicated behavioral patterns to represent the actual field activity and its impact on the accuracy of the simulation results. For the cluster maintenance problem, we propose a new maintenance policy allowing to minimize the overhead in signaling, so as to save bandwidth and energy. Finally, we consider a scenario where the nodes form a WMN. Satellite links are set up to bridge the different parts of the network and to connect the disaster area with headquarters. For this scenario, we propose a selection procedure based on genetic algorithm.La technologie des réseaux ad hoc a fait l'objet d'une attention particulière de par les propriétés qu'elle possède en termes d'auto-organisation et d'auto-adaptation. Une application importante est la mise en place rapide d'un réseau de communications, dans le cas d'une catastrophe sur des zones dépourvues d'infrastructure ou dans le cas où l'infrastructure existante est saturée, voire complètement détruite. Mais des changements topologiques résultant de la mobilité des n¿uds du réseau peuvent engendrer l'indisponibilité du service de communication. Une telle interruption est intolérable car elle peut mettre en péril la vie des équipes de secours. L'objectif de cette thèse est de traiter le problème de restauration de la connexité dans un réseau ad hoc déployé dans des situations d'urgence. Nous avons considéré dans un premier temps un scénario de lutte contre les feux de forêt, où les unités d'intervention forment un réseau ad hoc mobile. Dans un tel environnement, une des principales causes de la défaillance du système est le partitionnement du réseau. Le satellite a été donc proposé pour assurer l'interconnexion entre les différentes parties du réseau. Pour ce scénario, nous avons traité plusieurs problématiques, notamment la modélisation mathématique des déplacements des n¿uds sur la surface de simulation, la structuration du réseau grâce à la recherche d'un ensemble dominant indépendant et la réduction du surcoût en signalisation. Ensuite, nous avons considéré un deuxième scénario où les n¿uds forment cette fois-ci un réseau ad hoc maillé. Déployés sur une zone dépourvue de toute infrastructure de communications, les n n¿uds passent par un relais satellite pour se connecter à l'épine dorsale. Nous nous sommes intéressés particulièrement au choix des passerelles qui vont offrir un accès satellite un prenant en compte la minimisation du nombre de ces passerelles et le respect de contraintes portant sur la charge de ces passerelles ainsi que la distance maximale aux n¿uds terminaux. Nous avons appliqué un algorithme génétique dont les performances sont supérieures à des algorithmes basés sur la théorie des graphes