Acknowledgements Les voici enfin, les fameuses pages de remerciements, celles dont on songe tout au long de la thèse et qui reflètent les sentiments du jeune docteur. Je commence par remercier mon directeur de thèse, André-Luc Beylot, pour sa confiance et son encouragement dans la réalisation de mes projets et plus généralement la qualité de son encadrement. Je le remercie de m'avoir proposé mon sujet de thèse et avoir constitué dans ce cadre une très belle équipe d'encadrants. Fortement

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... , il se rend toujours disponible pour venir en aide à ses thésards et participe activement à la bonne ambiance qui règne au laboratoire. À ce titre, je le remercie d'avoir organisé les différentes activités de cohésion d'équipe qui ont contribué au bon déroulement et au succès de cette thèse. Je remercie ensuite mon encadrant Gentian Jakllari pour m'avoir guidé et m'avoir toujours poussé à me depasser. Je le salue pour sa très grande implication dans la réalisation de nos articles. En plus de m'avoir toujours littéralement "boosté" dans mon travail, il m'a apporté beaucoup d'enseignements et a notamment contribué à l'amélioration de mon niveau d'anglais ! En tant que premier thésard encadré par Gentian, j'espère bien evidemment avoir été à la hauteur. Je remercie enfin mon encadrante Lucile Canourgues, qui m'a élevé au sein de la société Rockwell Collins en m'enseignant le fonctionnement de l'entreprise ainsi que le métier d'ingénieur systèmes. Je la remercie d'avoir été à l'initiative de cette thèse et m'avoir toujours montré sa confiance et son intérêt dans la réalisation de mes recherches. Un grand merci pour avoir été aussi impliquée dans mon intégration au sein du groupe avant de me laisser voler de mes propres ailes. Je remercie Isabelle Guérin-Lassous et Hervé Rivano pour m'avoir fait l'honneur de rapporter ma thèse. Je remercie également Thomas Noel pour avoir accepté de présider mon jury ainsi que Paul Mühlethaler pour en avoir fait partie. Je les remercie pour leurs remarques faites au cours de la soutenance qui m'ont permis d'améliorer mon travail. Je remercie mes collègues de Rockwell Collins qui ont oeuvré à la bonne réalisation de cette thèse et avec qui j'ai eu plaisir à partager des moments de discussion, des repas et des sorties. Mention spéciale pour la team Sécu et tous les stagiaires. Je remercie tout particulièrement mon chef de service, Olivier Le Toumelin, qui s'est toujours rendu disponible pour satisfaire mes requêtes et m'a donné l'opportunité d'encadrer deux stages d'élèves ingénieurs, une expérience qui a beaucoup compté dans le succès de ma thèse. Je remercie ensuite tous mes collègues de l'IRIT sans qui cette belle histoire ne se serait pas écrite. Je m'adresse tout d'abord aux permanents de l'équipe IRT : Manu qui a été mon co-bureau, Julien, Riadh, Jérôme, Carlos, Katia, Béa, Jean-Luc et Christian. Je remercie également Nathalie, Benoît, Corinne, Martial, Jean-Yves et Xavier pour m'avoir encouragé depuis que je suis étudiant TR. Merci aussi aux trois secrétaires de l'IRIT : Sylvie, SAM et Audrey pour leur efficacité et les services qu'elles m'ont rendu. Je remercie à présent mes amis thésards et ex-thésards qui se seront confrontés au même défi. D'abord les anciens : Razvan, Fabrice, Fabian, Gabriel, Tony, Michaël, Adnane, Xiaoting, Mauricio, Vincent. Merci ensuite aux moins anciens qui ont su me montrer le chemin : Micka, Clément, Patou et ses défis exceptionnels et Renaud pour ses réunions de thèse. Je les remercie même s'ils auraient bien mérité quelques petits coups de clochette supplémentaires ! Merci enfin à ceux qui sont toujours dans la bataille : Nesrine, Aziz, JB et ses sessions "juste une !", Farouk, les Mohammed, Éric, Émilie, Élie, Maia et Ane. Merci aussi à la team signal avec Bouchra, Jeannot, Tarik et Raoul. Mention spéciale pour JGK qui m'a aidé dans la réalisation de mes travaux et m'a apporté de nouvelles connaissances sur le vélo et la Corse. C'est avec grand plaisir que je remercie mes amis Toulousains de l'ENVT ainsi que les membres de la "Vic'Team" parmi lesquels figurent Nico, Walid, Lala, JK, TDU, Delphine, Damien, JB, Iliès. Je pense aussi à tous les enseeihtiens avec qui j'ai passé de belles années d'école, les belles rencontres faites à Dublin, mes amis fermateux ainsi que mes vieux copains du TKD ! J'adresse maintenant une pensée affectueuse pour mes "copains de Perpi" : Renaud, Grégoire, Marwan, Hiep, Anne-Laure, Florine, Fanny, Mathilde, Émilie. Je les remercie pour leur amitié qui dure depuis tant d'années. J'ai une pensée profonde pour Henri-Pierre, ami de toujours, dont les encouragements et conseils m'auront permis d'en arriver là où je suis aujourd'hui. Je m'adresse enfin à ma famille et belle famille en les remerciant pour tout leur amour et leurs encouragements. Merci à mes parents, Martine et Martin, mon frère Benjamin, mes grands-parents, oncles, tantes, cousins qui ont toujours cru en moi et ont manifesté la plus grande des fiertés. Merci à mes beaux-parents Isabelle et Philippe ainsi que mon beau-frère Vincent pour l'accueil qu'ils m'ont réservé dans leur famille. Souhaitant garder le meilleur pour la fin, je remercie enfin ma compagne Mélodie pour son soutien tout le long de ces trois années de thèse et l'amour qu'elle me porte depuis que nous nous sommes rencontrés. Petite de taille mais grande d'esprit elle a su m'accompagner dans les moments les plus difficiles. Résumé Les télécommunications sans fil ont connu ces dernières années un immense succès à tel point que le spectre des fréquences est désormais surchargé. A contrario, certaines bandes de fréquence telles que celles allouées à la télévision analogique ne sont quasiment plus utilisées. À cet effet, des techniques de réutilisation dynamique du spectre ont vu le jour sous la dénomination de radio cognitive. Il s'agira de tester la disponibilité du support afin de ne pas gêner les communications prévues dans ces bandes (celles des utilisateurs dits primaires) et de les partager de manière opportuniste et efficace. Cette thèse se place dans le contexte de réseaux sans fil tactiques hétérogènes comportant des segments de radios cognitives. Ils peuvent être organisés en une multitude de sous-réseaux caractérisés par des technologies d'accès, des topologies ou des niveaux d'utilisation différents. La difficulté provient alors de la garantie de qualité de service de bout en bout : respect du débit négocié, du délai et de la gigue. Nous nous sommes tout d'abord intéressés au contrôle d'admission dans ce type de réseaux. La littérature fait apparaître que les algorithmes généralement proposés reposent sur des méthodes d'accès de type aléatoire, qui ne correspondent pas aux techniques mises en oeuvre dans ce type de réseaux, ou bien des solutions ne pouvant pas être implantées de manière distribuée. Nous proposons alors une méthode de calcul de bande passante résiduelle de bout en bout s'appuyant sur un algorithme de complexité polynomiale et pouvant être implanté de manière distribuée. Nous nous sommes ensuite concentrés sur le routage en proposant une nouvelle métrique tenant compte des particularités de ce type de réseaux. Nous revisitons le calcul du nombre moyen de transmissions par paquet (ETX) en y intégrant les caractéristiques des utilisateurs primaires. En effet, ETX, de par sa facilité d'implantation, a été largement utilisée pour le routage dans les réseaux sans fil modernes. Cette métrique ne peut cependant pas être directement adaptée au contexte des radios cognitives. Enfin, les besoins en termes de qualité de service peuvent s'exprimer au travers de multiples critères. Nous nous focalisons alors sur la thématique du routage à contraintes multiples. Le problème sous-jacent étant NP-complet, nous étudions les algorithmes d'approximation proposés dans la littérature. Il s'agit alors de choisir entre des solutions à faible complexité mais dont les performances ne sont pas garanties, ou bien des solutions possédant ces garanties mais dont la complexité est importante. Souhaitant évaluer ce type d'algorithmes, nous avons implanté en environnement réel les propositions les moins coûteuses. En effet elles présentent de bonnes performances en pratique. La contrainte exhibée est alors la nécessité de mettre en oeuvre du routage par la source. Abstract The unprecedented success of wireless telecommunication systems has resulted in the wireless spectrum becoming a scarce resource. At the same time, extensive measurements conducted in the early 2000's have shown that a significant part of the licensed spectrum, for instance that dedicated to TV broadcast services, is under-utilized. Cognitive Radio systems have been proposed as the enabling technology allowing unlicensed equipments, referred to as secondary users, to opportunistically access the licensed spectrum when not in use by the licensed users, referred to as primary users. Obviously, changing decades-old policies on spectrum access in the civilian and military domain will not happen overnight and many issues, technological and legal, will have to be ironed out first. However, the fundamental principle that we expect to underlie all solutions is that of access while doing no harm -secondary users should not interfere with primary users. The focus of this thesis is on heterogeneous tactical networks deploying cognitive radios in parts or in their entirety. Such networks can be organized in multiple sub-networks, each characterized by a specific topology, medium access scheme and spectrum access policy. As a result, providing end-to-end Quality of Service guarantees in terms of bandwidth, delay and jitter, emerges as a key challenge. We first address the admission control in multi-hop cognitive radio networks. We show that for this type of networks there is no algorithm capable of estimating the available end-to-end bandwidth in a distributed fashion. Therefore, we fill the gap by introducing a polynomial time algorithm that lands itself to a distributed implementation. Then, we focus on routing and propose a new metric that takes into account the specifics of such networks. Using empirical data from a USRP testbed we show that ETX, the de facto standard metric for wireless networks, fails in the cognitive radio context. Therefore, we revisit ETX by considering the effects of primary user activity and the implications of the principle of access while doing no harm. Finally, as quality of service requirements can be expressed using multiple metrics, we turn our attention to multi-constrained quality of service routing. With the underlying problem being NP-complete, we review the proposed heuristics and approximation algorithms. Our research reveals a trade-off between utilizing theoretically-proven but computably expensive algorithms and solutions that are fast but have poor worstcase bounds. To test the feasibility of solving multi-constrained routing in practice, we implement on a real testbed low complexity algorithms that extend the Dijkstra's shortest path algorithm. We show that these algorithms can be incorporated in link state routing protocols, such as OSPF and OLSR. While these solutions suffer from poor worst-case performance bounds, in practice, they lead to satisfactory results when compared to exact but non tractable solutions.