Le trafic vidéo a subi une augmentation fulgurante sur Internet ces dernières années. Pour pallier à cette importante demande de contenu vidéo, la technologie du streaming adaptatif sur HTTP est utilisée. Elle est devenue par ailleurs très populaire car elle a été adoptée par les différents acteurs du domaine de la vidéo streaming. C’est une technologie moins couteuse qui permet aux fournisseurs de contenu, la réutilisation des serveurs web et des caches déjà déployés. En plus, elle est exempt de tout blocage car elle traverse facilement les pare-feux et les translations d’adresses sur Internet. Dans cette thèse, nous proposons une nouvelle méthode de vidéo streaming adaptatif appelé “Backward-Shifted Coding (BSC)”. Il se veut être une solution complémentaire au standard DASH, le streaming adaptatif et dynamique utilisant le protocole HTTP. Nous allons d’abord décrire ce qu’est la technologie BSC qui se base sur le codec (encodeur décodeur) à multi couches SVC, un algorithme de compression extensible ou évolutif. Nous détaillons aussi l’implémentation de BSC dans un environnement DASH. Ensuite,nous réalisons une évaluation analytique de BSC en utilisant des résultats standards de la théorie des files d’attente. Les résultats de cette analyse mathématique montrent que le protocole BSC permet de réduire considérablement le risque d’interruption de la vidéo pendant la lecture, ce dernier étant très pénalisant pour les utilisateurs. Ces résultats vont nous permettre de concevoir des algorithmes d’adaptation de qualité à la bande passante en vue d’améliorer l’expérience utilisateur. Ces algorithmes permettent d’améliorer la qualité de la vidéo même étant dans un environnement où le débit utilisateur est très instable.La dernière étape de la thèse consiste à la conception de stratégies de caching pour optimiser la transmission de contenu vidéo utilisant le codec SVC. En effet, dans le réseau, des serveurs de cache sont déployés dans le but de rapprocher le contenu vidéo auprès des utilisateurs pour réduire les délais de transmission et améliorer la qualité de la vidéo. Nous utilisons la programmation linéaire pour obtenir la solution optimale de caching afin de le comparer avec nos algorithmes proposés. Nous montrons que ces algorithmes augmentent la performance du système tout en permettant de décharger les liens de transmission du réseau cœur. / Due to the growth of video traffic over the Internet in recent years, HTTP AdaptiveStreaming (HAS) solution becomes the most popular streaming technology because ithas been succesfully adopted by the different actors in Internet video ecosystem. Itallows the service providers to use traditional stateless web servers and mobile edgecaches for streaming videos. Further, it allows users to access media content frombehind Firewalls and NATs.In this thesis we focus on the design of a novel video streaming delivery solutioncalled Backward-Shifted Coding (BSC), a complementary solution to Dynamic AdaptiveStreaming over HTTP (DASH), the standard version of HAS. We first describe theBackward-Shifted Coding scheme architecture based on the multi-layer Scalable VideoCoding (SVC). We also discuss the implementation of BSC protocol in DASH environment.Then, we perform the analytical evaluation of the Backward-Sihifted Codingusing results from queueing theory. The analytical results show that BSC considerablydecreases the video playback interruption which is the worst event that users can experienceduring the video session. Therefore, we design bitrate adaptation algorithms inorder to enhance the Quality of Experience (QoE) of the users in DASH/BSC system.The results of the proposed adaptation algorithms show that the flexibility of BSC allowsus to improve both the video quality and the variations of the quality during thestreaming session.Finally, we propose new caching policies to be used with video contents encodedusing SVC. Indeed, in DASH/BSC system, cache servers are deployed to make contentsclosed to the users in order to reduce network latency and improve user-perceived experience.We use Linear Programming to obtain optimal static cache composition tocompare with the results of our proposed algorithms. We show that these algorithmsincrease the system overall hit ratio and offload the backhaul links by decreasing thefetched content from the origin web servers.

Användningen av strömmande video ökar snabbt just nu. Ett populärt konceptär adaptive bitrate streaming som går ut på att en video kodas i flera olikabithastigheter. Dessa videor tas sedan och delas upp i små filer och görstillgänglig via internet. När du vill spela upp en sådan video laddar du först hemen fil som beskriver vart filerna finns och i vilka bithastigheter de är kodade i.Mediaspelaren kan där efter börja ladda hem filerna och spela upp dom. Om defysiska förutsättningarna, som exempelvis nedladdningshastighet eller CPUbelastning,ändras under uppspelningen kan mediaspelaren enkelt byta kvalitépå videon genom att börja ladda filer av en annan bithastighet och slippa attvideon laggar. Denna rapport tar därför en närmare titt på fyra tekniker inomadaptive bitrate streaming. De som undersöks är HTTP Live Streaming,Dynamic Adaptive Streaming over HTTP, HTTP Dynamic Streaming ochSmooth Streaming med avseende på vilka protokoll som dom använder.Rapporten undersöker även hur Apple och FFmpeg har implementerat HTTPLive streaming med avseende på hur mycket data som behövs läsas i en filinnan videon kan börja spelas upp. Rapporten visar att det inte är så storaskillnader mellan de fyra teknikerna. Dock sticker Dynamic AdaptiveStreaming over HTTP ut lite genom att vara helt oberoende av vilket ljud ellervideoprotokoll som används. Rapporten visar också på en brist i specificeringenav HTTP Live Streaming då det inte är specificerat att första komplettabildrutan i videoströmmen bör ligga i början av filen. I Apples implementationbehövs upp till 30 kB data läsas innan uppspelning kan påbörjas medan iFFmpegs implementation är det ca 600 byte. / The use of streaming video is growing rapidly at the moment. A popular conceptis adaptive bitrate streaming, which is when a video gets encoded in severaldifferent bit rates. These videos are then split into small files and made availablevia the internet. When you want to play such a video, you first download afile that describes where the files are located and in what bitrates they are encodedin. The media player then begin downloading the files and play them. Ifthe physical conditions, such as the download speed or CPU load, changes duringplayback, the media player can easily change the quality of the video bystarting to downloading files of a different bit rate and avoid that the video lags.This report will take a closer look at four techniques in adaptive bitrate streaming.They examined techniques are HTTP Live Streaming, Dynamic AdaptiveStreaming over HTTP, HTTP Dynamic Streaming and Smooth Streaming andwhich protocols they use. The report also examines how Apple and FFmpeg hasimplemented HTTP Live Streaming with respect to how much data is needed toread a file before the video can begin to be played. The report shows that thereare no large differences between the four techniques. However, Dynamic AdaptiveStreaming over HTTP stood out a bit by being completely independent ofany audio or video protocols. The report also shows a shortcoming in the specificationof HTTP Live Streaming as it is not specified that the first completeframe of the video stream should be at the beginning of the file. In Apple's implementationits needed to read up to 30 KB of data before playback can bestarted while in FFmpeg's implementation its about 600 bytes.

L'émergence et la croissance rapide des services multimédia dans les réseaux IP ont créé de nouveaux défis pour les fournisseurs de services réseau, qui, au-delà de la Qualité de Service (QoS) issue des paramètres techniques de leur réseau, doivent aussi garantir la meilleure qualité de perception utilisateur (Quality of Experience, QoE) dans des réseaux variés avec différentes technologies d'accès. Habituellement, différentes méthodes et techniques sont utilisées pour prédire le niveau de satisfaction de l'utilisateur, en analysant l'effet combiné de multiples facteurs. Dans cette thèse, nous nous intéressons à la commande du réseau en intégrant à la fois des aspects qualitatifs (perception du niveau de satisfaction de l'usager) et quantitatifs (mesure de paramètres réseau) dans l'objectif de développer des mécanismes capables, à la fois, de s'adapter à la variabilité des mesures collectées et d'améliorer la qualité de perception. Pour ce faire, nous avons étudié le cas de deux services multimédia populaires, qui sont : le streaming vidéo, et la voix sur IP (VoIP). Nous investiguons la QoE utilisateur de ces services selon trois aspects : (1) les méthodologies d'évaluation subjective de la QoE, dans le cadre d'un service vidéo, (2) les techniques d'adaptation de flux vidéo pour garantir un certain niveau de QoE, et (3) les méthodes d'allocation de ressource, tenant compte de la QoE tout en économisant l'énergie, dans le cadre d'un service de VoIP (LTE-A). Nous présentons d'abord deux méthodes pour récolter des jeux de données relatifs à la QoE. Nous utilisons ensuite ces jeux de données (issus des campagnes d'évaluation subjective que nous avons menées) pour comprendre l'influence de différents paramètres (réseau, terminal, profil utilisateur) sur la perception d'un utilisateur d'un service vidéo. Nous proposons ensuite un algorithme de streaming vidéo adaptatif, implémenté dans un client HTTP, et dont le but est d'assurer un certain niveau de QoE et le comparons à l'état de l'art. Notre algorithme tient compte de trois paramètres de QoS (bande passante, taille de mémoires tampons de réception et taux de pertes de paquets) et sélectionne dynamiquement la qualité vidéo appropriée en fonction des conditions du réseau et des propriétés du terminal de l'utilisateur. Enfin, nous proposons QEPEM (QoE Power Efficient Method), un algorithme d'ordonnancement basé sur la QoE, dans le cadre d'un réseau sans fil LTE, en nous intéressant à une allocation dynamique des ressources radio en tenant compte de la consommation énergétique / The emerging and fast growth of multimedia services have created new challenges for network service providers in order to guarantee the best user's Quality of Experience (QoE) in diverse networks with distinctive access technologies. Usually, various methods and techniques are used to predict the user satisfaction level by studying the combined impact of numerous factors. In this thesis, we consider two important multimedia services to evaluate the user perception, which are: video streaming service, and VoIP. This study investigates user's QoE that follows three directions: (1) methodologies for subjective QoE assessment of video services, (2) regulating user's QoE using video a rate adaptive algorithm, and (3) QoE-based power efficient resource allocation methods for Long Term Evaluation-Advanced (LTE-A) for VoIP. Initially, we describe two subjective methods to collect the dataset for assessing the user's QoE. The subjectively collected dataset is used to investigate the influence of different parameters (e.g. QoS, video types, user profile, etc.) on user satisfaction while using the video services. Later, we propose a client-based HTTP rate adaptive video streaming algorithm over TCP protocol to regulate the user's QoE. The proposed method considers three Quality of Service (QoS) parameters that govern the user perception, which are: Bandwidth, Buffer, and dropped Frame rate (BBF). The BBF method dynamically selects the suitable video quality according to network conditions and user's device properties. Lastly, we propose a QoE driven downlink scheduling method, i.e. QoE Power Escient Method (QEPEM) for LTE-A. It esciently allocates the radio resources, and optimizes the use of User Equipment (UE) power utilizing the Discontinuous Reception (DRX) method in LTE-A

Les réseaux cellulaires ont connu une croissance phénoménale du trafic alimentée par les nouvelles technologies d'accès cellulaire. Cette croissance est en grande partie tirée par l'émergence du trafic HTTP adaptatif streaming (HAS) comme une nouvelle technologie de diffusion des contenus vidéo. Le principe du HAS est de rendre disponible plusieurs qualités de la même vidéo en ligne et que les clients choisissent la meilleure qualité qui correspond à leur bande passante. Chaque niveau d'encodage est segmenté en des chunks, qui dont la durée varie de 2 à 10 secondes. L'émergence du HAS a introduit des nouvelles contraintes sur les systèmes de livraison des contenus vidéo en particulier sur les systèmes de caches. Dans ce contexte, nous menons une analyse détaillée des données du trafic HAS collecté en France et fournie par le plus grand opérateur de téléphonie mobile du pays. Tout d'abord, nous analysons et modélisons le comportement des clients qui demandent des contenus VoD et live. Ces analyses nous ont permis d'identifier les facteurs qui impactent la performance des systèmes de cache et de proposer un nouveau algorithme de remplacement de contenus qu'on appelle WA-LRU. WA-LRU exploite la localité temporelle des chunks dans le contenu et la connaissance de la charge du trafic dans le réseau afin d'améliorer la performance du cache. Ensuite, nous analysons et modélisons la logique d'adaptation entre les qualités vidéo basés sur des observations empiriques. Nous montrons que le changement fréquent entre les encodages réduit considérablement la performance des systèmes de cache. Dans ce contexte, nous présentons CF-DASH une implémentation libre d'un player DASH qui vise à réduire les changements fréquents entre qualités, assure une bonne QoE des clients et améliore la performance des systèmes de caches. La deuxième partie de la thèse est dédié à la conception, simulation et implémentation d'une solution de préchargement des contenus vidéo sur terminaux mobiles. Nous concevons un système que nous appelons «Central Predictor System (CPsys)" qui prédit le comportement des clients mobiles et leurs consommations des vidéos. Nous évaluons CPSys avec des traces de trafic réel. Enfin, nous développons une preuve de concept de notre solution de préchargement. / Recently, cellular networks have witnessed a phenomenal growth of traffic fueled by new high speed broadband cellular access technologies. This growth is in large part driven by the emergence of the HTTP Adaptive Streaming (HAS) as a new video delivery method. In HAS, several qualities of the same videos are made available in the network so that clients can choose the quality that best fits their bandwidth capacity. This strongly impacts the viewing pattern of the clients, their switching behavior between video qualities, and thus beyond on content delivery systems. In this context, we provide an analysis of a real HAS dataset collected in France and provided by the largest French mobile operator. Firstly, we analyze and model the viewing patterns of VoD and live streaming HAS sessions and we propose a new cache replacement strategy, named WA-LRU. WA-LRU leverages the time locality of video segments within the HAS content. We show that WA-LRU improves the performance of the cache. Second, we analyze and model the adaptation logic between the video qualities based on empirical observations. We show that high switching behaviors lead to sub optimal caching performance, since several versions of the same content compete to be cached. In this context we investigate the benefits of a Cache Friendly HAS system (CF-DASH) which aims at improving the caching efficiency in mobile networks and to sustain the quality of experience of mobile clients. Third, we investigate the mobile video prefetching opportunities. We show that CPSys can achieve high performance as regards prediction correctness and network utilization efficiency. We further show that CPSys outperforms other prefetching schemes from the state of the art. At the end, we provide a proof-of-concept implementation of our prefetching system.

[ES] La distribución de contenidos multimedia, y en particular el streaming de vídeo, domina actualmente el tráfico global de Internet y su importancia será incluso mayor en el futuro. Miles de títulos se agregan mensualmente a los principales proveedores de servicios, como Netflix, YouTube y Amazon. Y de la mano del consumo de contenidos de alta definición que se convierte en la principal tendencia, se puede observar nuevamente un incremento en el consumo de contenidos 3D. Esto ha hecho que las temáticas relacionadas con la producción de contenidos, codificación, transmisión, Calidad de Servicio (QoS) y Calidad de Experiencia (QoE) percibidas por los usuarios de los sistemas de distribución de vídeo 3D sean un tema de investigación con numerosas contribuciones en los últimos años. Esta tesis aborda el problema de la prestación de servicios de transmisión de vídeo 3D bajo condiciones de red de ancho de banda variable. En este sentido, presenta los resultados de la evaluación de la QoE percibida por los usuarios de los sistemas de vídeo 3D, analizando principalmente el impacto de los efectos introducidos en dos de los elementos de la cadena de procesamiento de vídeo 3D: la etapa de codificación y el proceso de transmisión. Para analizar los efectos de la codificación en la calidad del vídeo 3D, en la primera etapa se aborda la evaluación objetiva y subjetiva de la calidad del vídeo, comparando el rendimiento de diferentes estándares y métodos de codificación, con el fin de identificar aquellos que logran la mejor relación entre calidad, tasa de bits y tiempo de codificación. Así mismo, en el contexto de la transmisión en un entorno simulcast, se evalúa la eficacia de la utilización de las codificaciones asimétricas para la transmisión de vídeo 3D, como una alternativa para la reducción del ancho de banda manteniendo la calidad global. En segundo lugar, para el estudio del impacto y el rendimiento del proceso de transmisión, se ha trabajado sobre la base de un sistema de transmisión dinámica adaptativa sobre HTTP (DASH) en el contexto de la transmisión de vídeo tanto 2D como 3D, utilizando diferentes escenarios de variación de ancho de banda. El objetivo ha sido el desarrollo de un marco de referencia para la evaluación de la QoE en escenarios de transmisión adaptativa de vídeo 3D, que permite analizar el impacto en la QoE del usuario frente a diferentes patrones de variación del ancho de banda, así como el rendimiento del algoritmo de adaptación frente a estos escenarios. El trabajo se enfoca en identificar el impacto en la Calidad de Experiencia del usuario que tienen aspectos como: la frecuencia, el tipo, el alcance y la ubicación temporal de los eventos de variación del ancho de banda. El sistema propuesto permite realizar mediciones de rendimiento de forma automatizada y sistemática para la evaluación de los sistemas DASH en el servicio de distribución de vídeo 2D y 3D. Se ha utilizado Puppeteer, la librería Node.js desarrollada por Google, que proporciona una API de alto nivel, para automatizar acciones en el protocolo Chrome Devtools, como iniciar la reproducción, provocar cambios de ancho de banda y guardar los resultados de los procesos de cambio de calidad, marcas de tiempo, paradas, etc. A partir de estos datos, se realiza un procesamiento que permite la reconstrucción del vídeo visualizado, así como la extracción de métricas de calidad y la evaluación de la QoE de los usuarios utilizando la recomendación ITU-T P.1203. / [CA] La distribució de continguts multimèdia, i en particular el streaming de vídeo, domina actualment el trànsit global d'Internet i la seua importància serà fins i tot mes gran en el futur. Milers de títols s'afegeixen mensualment als principals proveïdors de serveis, com ara Netflix, YouTube i Amazon. I de la mà del consum de continguts d'alta definició que es converteix en la tendència principal, es pot observar novament un increment en el consum de continguts 3D. Això ha fet que les temàtiques relacionades amb la producció de continguts, codificació, transmissió, Qualitat de Servei (QoS) i Qualitat d'Experiència (QoE) percebudes pels usuaris dels sistemes de distribució de vídeo 3D siguen un tema de recerca amb nombroses contribucions en els últims anys. Aquesta tesi aborda el problema de la prestació de serveis de transmissió de vídeo 3D sota condicions de xarxa d'ample de banda variable. En aquest sentit, presenta els resultats de l'avaluació de la QoE percebuda pels usuaris dels sistemes de vídeo 3D, analitzant principalment l'impacte dels efectes introduïts en dos dels elements de la cadena de processament de vídeo 3D: l'etapa de codificació i el procés de transmissió. Per analitzar els efectes de la codificació en la qualitat del vídeo 3D, a la primera etapa s'aborda l'avaluació objectiva i subjectiva de la qualitat del vídeo, comparant el rendiment de diferents estàndards i mètodes de codificació, per tal d'identificar aquells que aconsegueixen la millor relació entre qualitat, taxa de bits i temps de codificació. Així mateix, en el context de la transmissió en un entorn simulcast, s'avalua l'eficàcia de la utilització de les codificacions asimètriques per la transmissió de vídeo 3D, com una alternativa per la reducció de l'ampleada de banda mantenint la qualitat global. En segon lloc, per a l'estudi de l'impacte i el rendiment del procés de transmissió, s'ha treballat sobre la base d'un sistema de transmissió dinàmica adaptativa sobre HTTP (DASH) en el context de la transmissió de vídeo tant 2D com 3D, utilitzant diferents escenaris de variació d'ample de banda. L'objectiu ha estat el desenvolupament d'un marc de referència per a l'avaluació de la QoE en escenaris de transmissió adaptativa de vídeo 3D, que permet analitzar l'impacte en la QoE de l'usuari davant de diferents patrons de variació de l'ample de banda; així com el rendiment de l'algorisme d'adaptació davant d'aquests escenaris. El treball s'enfoca a identificar l'impacte a la Qualitat d'Experiència de l'usuari que tenen aspectes com ara: la freqüència, el tipus, l'abast i la ubicació temporal dels esdeveniments de variació de l'ample de banda. El sistema proposat permet realitzar mesuraments de rendiment de manera automatitzada i sistemàtica per a l'avaluació dels sistemes DASH en el servei de distribució de vídeo 2D i 3D. S'ha utilitzat Puppeteer, la llibreria Node.js desenvolupada per Google, que proporciona una API d'alt nivell, per automatitzar accions al protocol Chrome Devtools, com iniciar la reproducció, provocar canvis d'ample de banda i desar els resultats dels processos de canvi de qualitat, marques de temps, parades, etc. A partir d'aquestes dades, es fa un processament que permet la reconstrucció del vídeo visualitzat, així com l'extracció de mètriques de qualitat i l'avaluació de la QoE dels usuaris fent servir la recomanació ITU-T P.1203. / [EN] The distribution of multimedia content, and in particular video streaming, currently dominates global Internet traffic and will become even more important in the future. Thousands of titles are added monthly to major service providers such as Netflix, YouTube and Amazon. In addition to the consumption of high-definition content becoming the main trend, an increase in the consumption of 3D content can be observed again. This fact has caused that issues related to content production, encoding, transmission, Quality of Service (QoS) and Quality of Experience (QoE) perceived by users of 3D video distribution systems became a research topic with numerous contributions in recent years. This thesis addresses the problem of providing 3D video streaming services under variable bandwidth network conditions. In this sense, it presents the results of the evaluation of the QoE perceived by the users of 3D video systems, analyzing mainly the impact of the effects introduced in two of the elements of the 3D video processing chain: the encoding stage and the transmission process. To analyze the effects of the encoding process on the quality of 3D video, the first stage deals with the objective and subjective evaluation of video quality, comparing the performance of different encoding standards and methods, in order to identify those that achieve the best ratio between quality, bit rate and encoding time. Also, in the context of transmission in a simulcast environment, the advantages of using asymmetric coding for 3D video transmission is evaluated as an alternative for bandwidth reduction while maintaining overall quality. Secondly, for the study of the impact and performance of the transmission process, the work has been carried out on the basis of an adaptive dynamic over HTTP (DASH) transmission system in the context of both 2D and 3D video transmission, using different bandwidth variation scenarios. The aim has been to develop a framework for the evaluation of QoE in 3D adaptive video streaming scenarios, which allows analyzing the impact on the user's QoE against different bandwidth variation patterns, as well as the performance of the adaptation algorithm under these scenarios. The work focuses on identifying the impact on the user's Quality of Experience in aspects such as: frequency, type, range and temporal location of bandwidth variation events. The proposed system allows to perform performance measurements in an automated and systematic way for the evaluation of DASH systems in the 2D and 3D video distribution service. The tool Puppeteer, the Node.js library developed by Google, has been used, which provides a high-level API to automate actions in the Chrome Devtools protocol, such as starting playback, causing bandwidth changes and saving the results of the quality change processes, timestamps, stops, etc. From this data, a further processing is performed that allows the reconstruction of the displayed video, as well as the extraction of quality metrics and the evaluation of the QoE of the users using the ITU-T P.1203 recommendation. / Guzmán Castillo, PF. (2022). Evaluación de la QoE en un sistema de streaming adaptativo de vídeo 3D basado en DASH [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/186354 / TESIS

Video streaming is widely recognized as the next Internet killer application. It was not one of the Internet's original target applications and its protocols (TCP in particular) were tuned mainly for e efficient bulk file transfer. As a result, a significant effort has focused on the development of UDP-based special protocols for streaming multimedia on the Internet. Recently, there has been a shift in video streaming from UDP to TCP, and specifically to HTTP. HTTP streaming provides a very attractive platform for video distribution on the Internet mainly because it can utilize all the current Internet infrastructure. In this thesis we make the argument that the marriage between HTTP streaming and the current Internet infrastructure can create many problems and inefficiencies. In order to solve these issues, we provide a set of techniques and protocols that can help both the network and end-hosts to make better decisions to improve video streaming quality. The thesis makes the following contributions: - We conduct a characterization study of popular commercial streaming services on mobile platforms. Our study shows that streaming services make different design decisions when implementing video players on different mobile platforms. We show that this can lead to several inefficiencies and undesirable behaviors specially when several clients compete for bandwidth in a shared bottleneck link. - Fairness between traffic flows has been preserved on the Internet through the use of TCP. However, due to the dynamics of adaptive video players and the lack of standard client adaptation techniques, fairness between multiple competing video flows is still an open issue of research. Our work extends the definition of standard bitrate fairness to utility fairness where utility is the Quality of Experience (QoE) of a video stream. We define QoE max-min fairness for a set of adaptive video flows competing for bandwidth in a network and we develop an algorithm that computes the set of bitrates that should be assigned to each stream to achieve fairness. We design and implement a system that can apply QoE fairness in home networks and evaluate the system on a real home router. - A well known problem that has been associated with TCP traffic is the buffer bloat problem. We use an experimental setup to show that adaptive video flows can cause buffer bloat which can significantly harm time sensitive applications sharing the same bottleneck link with video traffic. In addition, we develop a technique that can be used by video players to mitigate this problem. We implement our technique in a real video player and evaluate it on our testbed. - With the increasing popularity of video streaming on the Internet, the amounts of traffic on the peering links between video streaming providers and Internet Service Providers (ISPs) have become the source of many disputes. Hybrid CDN/P2P streaming systems can be used to reduce the amounts of traffic on the peering links by leveraging users upload bandwidth to redistribute some of the load to other peers. We develop an analysis for hybrid CDN/P2P systems that broadcast live adaptive video streams. The analysis helps the CDN to make better decisions to optimize video quality for its users.

Au cours de ces dernières décennies, les réseaux de télécommunications mobiles ont évolué de la 1G à la 4G. La 4G permet la coexistence de différents réseaux d'accès. Ainsi, les utilisateurs ont la capacité de se connecter à un réseau hétérogène, constitué de plusieurs réseaux d'accès. Toutefois, la sélection du réseau approprié n'est pas une tâche facile pour les utilisateurs mobiles puisque les conditions de chaque réseau d'accès changent rapidement. Par ailleurs, en termes d'usage, le streaming vidéo devient le service principal de transfert de données sur les réseaux mobiles, ce qui amène les fournisseurs de contenu et les opérateurs de réseau à coopérer pour garantir la qualité de la diffusion. Dans ce contexte, la thèse propose la conception d'une approche novatrice pour la prise de décision optimale de sélection de réseau et une architecture améliorant les performances des services de streaming adaptatif dans un réseau hétérogène. En premier lieu, nous introduisons un modèle analytique décrivant la procédure de sélection de réseau en ne considérant déjà qu'une seule classe de trafic. Nous concevons ensuite une stratégie de sélection basée sur des fondements de la théorie du contrôle optimal linéaire. Des simulations sous MATLAB sont effectuées pour valider l'efficacité du mécanisme proposé. Sur ce même principe, nous étendons ce modèle avec un modèle analytique général décrivant les procédures de sélection de réseau dans des environnements de réseaux hétérogènes avec de multiples classes de trafic. Le modèle proposé est ensuite utilisé pour dériver un mécanisme adaptatif basé sur la théorie du contrôle, qui permet non seulement d'aider à piloter dynamiquement le trafic vers l'accès réseau le plus approprié mais aussi de bloquer dynamiquement le trafic résiduel lorsque le réseau est congestionné en ajustant les probabilités d'accès optimales. Nous discutons aussi les avantages d'une intégration transparente du mécanisme proposé avec l'ANDSF, solution fonctionnelle normalisée pour la sélection de réseau. Un prototype est également implémenté dans ns-3. En second lieu, nous nous concentrons sur l'amélioration des performances de DASH pour les utilisateurs mobiles dans un environnement de réseau d'accès 4G uniquement. Nous introduisons une nouvelle architecture basée sur l'utilisation de serveurs distribués en périphérie de réseau suivant le standard MEC. Le mécanisme d'adaptation proposé, fonctionnant en tant que service MEC, peut modifier les fichiers de manifeste en temps réel, en réponse à la congestion du réseau et à la demande dynamique de flux de streaming. Ces modifications conduisent ainsi les clients à sélectionner des représentations vidéo de débit / qualité plus appropriées. Nous avons développé une plateforme de test virtualisée pour l'expérimentation de notre proposition. Les résultats ainsi obtenus démontrent ses avantages en terme de QoE comparés aux approches d'adaptation traditionnelles, purement pilotées par les clients, car notre approche améliore non seulement le MOS mais aussi l'équité face à la congestion. Enfin, nous étendons l'architecture proposée basée sur MEC pour supporter le service de streaming adaptatif DASH dans un réseau hétérogène multi-accès afin de maximiser la QoE et l'équité des utilisateurs mobiles. Dans ce scénario, notre mécanisme doit aider les utilisateurs à sélectionner la qualité vidéo et le réseau et nous le formulons comme un problème d'optimisation. Ce problème d'optimisation peut être résolu par l'outil IBM CPLEX, mais cela prend du temps et ne peut être envisagé à grande échelle. Par conséquent, nous introduisons une heuristique pour aborder la solution optimale avec moins de complexité. Ensuite, nous mettons en œuvre une expérimentation sur notre plateforme de tests. Le résultat démontre que, par rapport à l'outil IBM CPLEX, notre algorithme permet d'obtenir des performances similaires sur la QoE globale et l'équité, avec un gain de temps significatif. / Telecommunication network has evolved from 1G to 4G in the past decades. One of the typical characteristics of the 4G network is the coexistence of heterogeneous radio access technologies, which offers end-users the capability to connect them and to switch between them with their mobile devices of the new generation. However, selecting the right network is not an easy task for mobile users since access network condition changes rapidly. Moreover, video streaming is becoming the major data service over the mobile network where content providers and network operators should cooperate to guarantee the quality of video delivery. In order to cope with this context, the thesis concerns the design of a novel approach for making an optimal network selection decision and architecture for improving the performance of adaptive streaming in the context of a heterogeneous network. Firstly, we introduce an analytical model (i.e. linear discrete-time system) to describe the network selection procedure considering one traffic class. Then, we consider the design of a selection strategy based on foundations from linear optimal control theory, with the objective to maximize network resource utilization while meeting the constraints of the supported services. Computer simulations with MATLAB are carried out to validate the efficiency of the proposed mechanism. Based on the same principal we extend this model with a general analytical model describing the network selection procedures in heterogeneous network environments with multiple traffic classes. The proposed model was, then, used to derive a scalable mechanism based on control theory, which allows not only to assist in steering dynamically the traffic to the most appropriate network access but also helps in blocking the residual traffic dynamically when the network is congested by adjusting dynamically the access probabilities. We discuss the advantages of a seamless integration with the ANDSF. A prototype is also implemented into ns-3. Simulation results sort out that the proposed scheme prevents the network congestion and demonstrates the effectiveness of the controller design, which can maximize the network resources allocation by converging the network workload to the targeted network occupancy. Thereafter, we focus on enhancing the performance of DASH in a mobile network environment for the users which has one access network. We introduce a novel architecture based on MEC. The proposed adaptation mechanism, running as an MEC service, can modify the manifest files in real time, responding to network congestion and dynamic demand, thus driving clients towards selecting more appropriate quality/bitrate video representations. We have developed a virtualized testbed to run the experiment with our proposed scheme. The simulation results demonstrate its QoE benefits compared to traditional, purely client-driven, bitrate adaptation approaches since our scheme notably improves both on the achieved MOS and on fairness in the face of congestion. Finally, we extend the proposed the MEC-based architecture to support the DASH service in a multi-access heterogeneous network in order to maximize the QoE and fairness of mobile users. In this scenario, our scheme should help users select both video quality and access network and we formulate it as an optimization problem. This optimization problem can be solved by IBM CPLEX tool. However, this tool is time-consuming and not scalable. Therefore, we introduce a heuristic algorithm to make a sub-optimal solution with less complexity. Then we implement a testbed to conduct the experiment and the result demonstrates that our proposed algorithm notably can achieve similar performance on overall achieved QoE and fairness with much more time-saving compared to the IBM CPLEX tool.

En los últimos años, el consumo de servicios multimedia ha aumentado y se prevé que esta tendencia continúe en un futuro próximo, convirtiendo el tema de la evaluación de la Calidad de la Experiencia (QoE) en un tema muy importante para valorar el servicio de los proveedores. En este sentido, la optimización de la QoE recibe cada vez más atención ya que las soluciones actuales no han tenido en cuenta, la adaptación, la viabilidad, la rentabi-lidad y la fiabilidad. La presente memoria se centra en la caracterización, diseño, desarrollo y evaluación de diferentes aplicaciones multimedia, con el fin de optimizar la QoE. Por tanto, este trabajo investiga la influencia que la infraestructura de redes, las características de los videos y los terminales de los usuarios, presentan en la QoE de los servicios multimedia actuales en Internet. Esta tesis se basa en la investigación exhaustiva de la evaluación subjetiva y objetiva de QoE en redes heterogéneas. Los desafíos y cuestiones relacionados con el estado de la técnica y se discuten en esta disertación. En la primera fase, diseñamos una metodología de prueba para evaluar la QoE en la transmisión de video en directo y a través de plataformas de video bajo demanda en redes Wi-Fi y celulares. A partir de esta fase inicial, propondremos los problemas a investigar y las preguntas para resolver a lo largo de esta disertación. Nuestra metodología hace uso de métricas subjetivas y objetivas para evaluar la QoE percibida por los usuarios finales. Se realiza un conjunto de experimentos en laboratorio donde nuestra metodología de pruebas es aplicada. Los resultados obtenidos se recopilan y analizan para extraer las relaciones entre la Calidad de servicio (QoS) y QoE. A partir de estos resultados, se propone un mapeo de QoS-QoE que permite predecir la QoE. En la siguiente fase de la investigación, desarrollamos los algoritmos de optimización de QoE basados en la administración del sistema de red para redes Wi-Fi y celulares. Los algoritmos usan los parámetros clave que se tuvieron en cuenta para la evaluación de QoE. El objetivo de estos algorit-mos es proporcionar un sistema de gestión flexible para las redes con el ob-jetivo de lograr un equilibrio controlado entre la maximización de QoE y la eficiencia del uso de los recursos. Por último, se diseña el banco de pruebas del sistema para evaluar el rendimiento de las aplicaciones de servicios multimedia genéricos en los diferentes entornos de prueba. El banco de pruebas del sistema se basa en el enfoque de virtualización; usa los recursos compartidos de un hardware fí-sico para virtualizar todos los componentes. El banco de pruebas virtualiza-do proporciona funciones de red virtualizadas para diferentes escenarios, como Internet (las redes de distribución de contenido - CDNs) y redes inalámbricas. Por lo tanto, se adoptan protocolos livianos y mecanismos ágiles en el sistema, para proporcionar un mejor servicio a los usuarios fina-les. Los resultados de QoE son proporcionados a los proveedores de servi-cios de acuerdo con los parámetros que se definen en el proceso de la eva-luación. Como resultado hemos obtenido un sistema que presenta un servi-cio rentable como una forma factible para la evaluación de la prueba. / In recent years, multimedia services consumption has increased and it is expected that this trend will continue in the near future, becoming the evaluation of Quality of Experience (QoE) as a very important issue for assessing the quality of providers' services. In this sense, the optimization of the QoE is progressively receiving much attention considering that current solutions are not based on the adaptation, feasibility, cost-effectiveness, and reliability. The present dissertation is focused on the characterization, design, development and evaluation of different multimedia applications aimed to optimize the QoE. Therefore, this work investigates the influence that the networks infrastructure, the videos' characteristics and the users' terminals present on QoE of the current Internet multimedia services. The work is based on a comprehensive research of subjective and objective assessments in heterogeneous networks. Challenges and research questions related to the state of the art are discussed in this dissertation. In the first phase of this dissertation, we design a test methodology for assessing QoE of live video streaming and video on demand platforms to be transmitted over Wi-Fi and cellular networks. From this initial step, we will propound the related research issues and questions to solve this dissertation. Our methodology considers the use of subjective and objective metrics to evaluate the QoE perceived by end-users. A set of laboratory experiments is conducted where our proposed methodology is applied. The obtained results are gathered and analyzed to extract the relations between Quality of Service (QoS) and QoE. From the results, we propose a QoS-QoE mapping which allows predicting QoE. In the next phase of the research, we develop QoE-optimization algorithms based on network system management for Wi-Fi and cellular networks. The algorithms use the key parameters that were taken into account for QoE assessment. The goal of these algorithms is to provide a flexible management system for the networks in order to achieve the desirable trade-off between QoE maximization and resource usage efficiency. Lastly, the system testbed is designed in order to evaluate the performance of generic multimedia services applications for the different environments under test. The system testbed is based on virtualization approach; it uses the shared resources of a physical hardware to virtualize all components. The virtualized testbed provides virtualized network functions for the different scenarios such as the Internet (Content Delivery Networks - CDNs) and wireless networks. Therefore, lightweight protocols and agile mechanisms are adopted in the system to provide enhanced service to end-users. The QoE results are reported to the service providers according to the parameters defined in the evaluation process. As a result, we have obtained a cost-effective system, which is considered as a feasible way for test evaluation. / En els últims anys, el consum de serveis multimèdia ha augmentat i es preveu que aquesta tendència continue en un futur pròxim, convertitnt el tema de l'avaluació de la Qualitat d'Experiència (QoE) una tasca molt im-portant per a valorar el servei dels proveïdors. En aquest sentit, l'optimització de la QoE rep cada vegada més atenció degut a que les solucions actuals no tenen en compte, l'adaptació, la viabilitat, el rendiment i la fiabilitat. La present memòria se centra en la caracterització, disseny, desenvolupament i avaluació de diferents aplicacions multimèdia, amb la finalitat d'optimitzar la QoE. Per tant, aquest treball investiga la influència que la infraestructura de les xarxes, les característiques dels videos i els terminals dels usuaris tenen sobre la QoE dels serveis multimèdia actuals d'Iinternet. Aquesta tesi es basa en una recerca exhaustiva de l'avaluació subjectiva i objectiva de QoE en xarxes heterogènies. Els desafiaments i preguntes relacionats amb l'estat de la tècnica es discuteixen en aquesta dissertació. En la primera fase, dissenyem la metodologia de prova per a avaluar la QoE de transmissió de video en directe i de plataformes de video baix demanda en xarxes Wi-Fi i cel·lulars. A partir d'aquest primer pas, proposem els problemes de recerca relacionats i les preguntes a resoldre a través d'a-questa tesi. La nostra metodologia fa ús de mètriques subjectives i objecti-ves per a avaluar la QoE dels usuaris finals. Es realitzen un conjunt d'expe-riments en laboratori on s'aplica la nostra metodología. Els resultats obtin-guts es recopilen i analitzen per a extraure les relacions entre la QoS i la QoE. A partir d'aquests resultats, esproposa un mapatge de QoS-QoE que ens permetrà predir la QoE. En la següent fase de la recerca, desenvolupem els algoritmes d'optimi-tzació de la QoE per a l'administració de xarxes Wi-Fi i cel·lulars. Els algo-ritmes utilitzen els paràmetres clau que es van tenir en compte per a l'ava-luació de QoE. L'objectiu d'aquests algoritmes és proporcionar un sistema de gestió flexible per ales xarxes que permetrá aconseguir un equilibri con-trolat entre la maximització de la QoE i l'us eficient dels recursos. Finalment, el banc de proves del sistema està dissenyat per a avaluar el rendiment de les aplicacions de serveis multimèdia genèrics en els diferents entorns de prova. El banc de proves del sistema es basa en l'enfocament de virtualització; usa els recursos compartits d'un equip físic que virtualitza tots els components. El banc de proves virtualitzat proporciona les funcions de xarxa virtualitzades per a diferents escenaris, com Internet (les xarxes de distribució de continguts - CDNs) i xarxes sense fils. Per tant, s'adopten protocols lleugers i mecanismes àgils en el sistema per a proporcionar un millor servei als usuaris finals. Els resultats de QoE son proporcionats als proveïdors de serveis d'acord amb els paràmetres que es defineixen en el procés de l'avaluació. Com a resultat, hem obtés un sistema que presenta un servei rendible i com a viable per a l'avaluació de la prova. / Abdullah, MT. (2018). Smart Client-Server Protocol and Architecture for Adaptive Multimedia Streaming [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/103324 / TESIS

Le trafic de vidéo streaming étant en très forte augmentation dans les réseaux mobiles, il devient essentiel pour les opérateurs de tenir compte des spécificités de ce trafic pour bien dimensionner et configurer le réseau. Dans cette thèse, nous nous intéressons à la modélisation du trafic de vidéo streaming dans les réseaux mobiles. Pour le trafic de vidéo streaming en temps-réel, nous obtenons une forme analytique pour une métrique de qualité de service (QoS) importante, le taux de perte de paquets, et utilisons ce modèle à faire du dimensionnement. Pour le trafic de vidéo streaming de type HTTP adaptatif, nous proposons et analysons d’autres métriques de QoS comme le bitrate moyen, le taux de déficit vidéo et le surplus de buffer, afin de trouver le bon compromis entre résolution de la vidéo et fluidité de la diffusion vidéo. Nous étudions par simulation l’impact de quelque paramètres clés du systéme. Nous montrons que l’utilisation de segments de vidéo courts, d’un nombre réduit d’encodages vidéos et de l’ordonnancement de type round robin améliore la fluidité de la vidéo tout en diminuant sa résolution. Nous proposons par ailleurs d’adapter le nombre des segments téléchargés dans une requête HTTP de sorte que chaque requête corresponde au même volume de données. Enfin, nous appliquons les techniques de l’apprentissage automatique pour analyser la corrélation entre les caracteristiques du système et la qualité d’expérience (QoE) des utilisateurs. / As the traffic of video streaming increases significantly in mobile networks, it is essential for oper- ators to account for the features of this traffic when dimensioning and configuring the network. The focus of this thesis is on traffic models of video streaming in mobile networks. For real-time video streaming traffic, we derive an analytical form for an important Quality-of-Service (QoS) metric, the packet outage rate, and utilize the model for dimensioning. For HTTP adaptive video streaming traffic, we propose and evaluate other QoS metrics such as the mean video bit rate, the deficit rate and the buffer surplus, so as to find the good trade-off between video resolution and playback smoothness. We study by simulation the impacts of some key parameters of the system. We show that using smaller chunk durations, fewer video coding rates and round-robin scheduling may provide a smoother video playback but decrease the mean video resolution. We also propose to adapt the number of chunks downloaded in an HTTP request so that each HTTP request has the same data volume. Finally, we apply machine learning techniques to analyze the correlation between system characteristics and the quality of experience (QoE) of users.

[ES] La distribución de contenidos multimedia, tanto a través de Internet como de redes gestionadas dedicadas exclusivamente a este fin, está teniendo una mayor cuota del tráfico total y crece cada día, especialmente el servicio de vídeo streaming. Por ello, ha surgido el interés de investigar para mantener y mejorar la Calidad de Servicio (QoS) en redes de acceso y backbone, y ofrecer Calidad de Experiencia (QoE) a los usuarios finales; mediante el ajuste de parámetros, configuraciones, protocolos y algoritmos a los requerimientos de la red en cuanto a la alta demanda de tráfico de vídeo. Lo anterior aprovechando al máximo los recursos de la red, tanto en el núcleo y las redes de acceso, como el ancho de banda y la capacidad total instalada, y al mismo tiempo, proponiendo alternativas de transporte eficientes para el tráfico de vídeo agregado sin incrementar los costos de los servicios; y alternativas para reducir los costos operativos y gastos de mantenimiento de manera eficiente, como por ejemplo la reducción del consumo de energía. En primer lugar, esta tesis aborda el estudio de propuestas de conmutación óptica en redes troncales y la distribución de contenidos multimedia, particularmente la propuesta de Red de Conmutación Óptica de Ráfagas (OBS) desde el punto de vista de la Ingeniería Telemática. Por lo tanto, se estudia la arquitectura, protocolos y algoritmos de estas redes para hacer aportes a la evaluación del tráfico de vídeo y alternativas para ofrecer QoS y QoE para el tráfico multimedia. En este sentido, este trabajo contribuye con propuestas para la evaluación de la calidad mediante simulación utilizando trazas de transmisiones de vídeo reales, y propuestas de algoritmos de scheduling y ensamblaje de ráfagas ópticas para ofrecer QoS y QoE al tráfico de vídeo en las redes OBS. En segundo lugar, se estudian los patrones de tráfico de vídeo a nivel de aplicación y de red para caracterizarlos y realizar estudios de eficiencia energética y ahorro de consumo energético en las tarjetas de red utilizadas por servidores de vídeo en streaming y clientes que implementan el estándar IEEE 802.3az Energy Efficient Ethernet (EEE), tanto en redes gestionadas, como IPTV que implementa transmisión de vídeo RTP, como en redes no gestionadas, como Internet, que implementa el estándar Dynamic Adaptive Streaming over HTTP (DASH) para servicios Over The Top (OTT). Para alcanzar este objetivo, se implementan testbeds y se llevan a cabo experimentos para concluir cómo el tráfico de vídeo podría beneficiarse de la eficiencia energética y lograr una reducción a gran escala en el consumo de energía si el estándar EEE se implementa a nivel mundial en las tarjetas Ethernet de los dispositivos involucrados en la distribución de vídeo. El tema integrador que se aborda en esta tesis es la distribución de vídeo digital. Por lo tanto, este trabajo también presenta un estudio sobre la codificación y adaptación de transmisión de vídeo en redes IP, presentando aspectos relacionados con la evaluación de la calidad de vídeo y la evaluación de la calidad de transmisión de la red. Por ello, se proponen e implementan metodologías y bancos de pruebas que involucran la programación y ejecución de simuladores, scripts, algoritmos, software y, en general, frameworks para realizar estudios de transmisiones de vídeo en redes de telecomunicaciones, cubriendo el amplio espectro de las Comunicaciones Multimedia. Este estudio podría ser de utilidad para emprender otros estudios necesarios ante la rápida evolución tanto de la demanda de servicios multimedia como de las propuestas de nuevas técnicas de distribución de contenidos. / [CAT] La distribució de continguts multimèdia, a través d'Internet i a través de xarxes gestionades dedicades exclusivament a aquesta finalitat, està tenint una part més gran del trànsit total i augmenta cada dia, especialment el servei de streaming de vídeo. Per tant, ha sorgit l'interés de la recerca per mantenir i millorar la Qualitat de Servei (QoS) en les xarxes d'accés i troncals, i per oferir Qualitat d'Experiència (QoE) als usuaris finals, ajustant paràmetres, configuracions, protocols i algoritmes als requeriments de la xarxa pel que fa a l'alta demanda de trànsit de vídeo. Aquest últim, aprofitant al màxim els recursos de xarxa al nucli i a les xarxes d'accés, com ara l'amplada de banda i la capacitat instal·lada total, i alhora, proposant alternatives de transport eficients per al trànsit agregat de vídeo sense augmentar els costos dels serveis i alternatives per reduir les despeses operatives i de manteniment d'una manera eficient, com ara reduir el consum d'energia. En primer lloc, aquesta tesi tracta l'estudi de les propostes de commutació òptica en xarxes troncals pel que fa a la distribució de continguts multimèdia, especialment l'estudi de la proposta de xarxes de commutació de ràfegues òptiques (OBS) des del punt de vista de l'Enginyeria Telemàtica. Per tant, s'estudia l'arquitectura, els protocols i els algoritmes d'aquestes xarxes per fer contribucions a l'avaluació del trànsit de vídeo i alternatives per oferir QoS i QoE per al trànsit multimèdia. En aquest sentit, aquest treball contribueix amb propostes per a l'avaluació de la qualitat mitjançant la simulació utilitzant traces de transmissions de vídeo reals, i propostes d'algoritmes de programació i muntatge de ràfegues òptiques per oferir QoS i QoE al trànsit de vídeo a les xarxes OBS. En segon lloc, s'estudien els patrons de trànsit de vídeo a nivell d'aplicació i xarxa per caracteritzar-los i realitzar estudis sobre eficiència energètica i estalvi energètic en les targetes de xarxa utilitzades pels servidors i clients de vídeo en streaming que implementen l'IEEE 802.3az Energy Efficient Ethernet (EEE) estàndard, tant en xarxes gestionades com IPTV, que implementa la transmissió de vídeo RTP, com en xarxes no gestionades com Internet, que implementa l'estàndard Dynamic Adaptive Streaming sobre HTTP (DASH) per als serveis Over The Top (OTT). Per assolir aquest objectiu, s'implementen bancs de proves i es realitzen experiments per concloure com el trànsit de vídeo podria beneficiar l'eficiència energètica i aconseguir una reducció a gran escala del consum d'energia si s'implementa l'estàndard EEE a les targetes Ethernet dels dispositius implicats en la distribución de vídeo. El tema integrador que s'aborda en aquesta tesi és la distribució de vídeo digital, per tant, aquest treball també presenta un estudi sobre la codificació i adaptació de la transmissió de vídeo a les xarxes IP, presentant aspectes relacionats amb l'avaluació de la qualitat del vídeo i l'avaluació de la qualitat de la transmissió de la xarxa. Per això, es proposen i s'implementen metodologies i bancs de proves que impliquen la programació i execució de simuladors, scripts, algoritmes, programari i, en general, frameworks per a la realització d'estudis de transmissions de vídeo en xarxes de telecomunicacions, abastant l'ampli espectre de les Comunicacions Multimèdia. Aquest estudi podria ser útil per emprendre altres estudis necessaris en la ràpida evolució tant de la demanda de serveis multimèdia com de les noves propostes de tècniques de distribució de continguts. / [EN] Multimedia content distribution, both over the Internet and over managed networks dedicated exclusively for this purpose, is having a greater share of total traffic and it is raising every day, especially the video streaming service. Therefore, research interest has arisen to maintain and improve the Quality of Service (QoS) in access and backbone networks, and to offer Quality of Experience (QoE) to end users, by adjusting parameters, configurations, protocols and algorithms to the network requirements regarding the video traffic high demand. The latter is carried out taking full advantage of the network resources at core and access networks such as bandwidth and total installed capacity, and at the same time, proposing efficient transportation alternatives for the aggregated video traffic without increasing services costs and alternatives to reduce operational and maintenance expenditures in an efficient manner, such as reducing the energy consumption. In the first place, this thesis deals with the study of optical switching proposals in backbone networks regarding multimedia content distribution, particularly studying the Optical Bursts Switching (OBS) Networks proposal from the Telematics Engineering point of view. Therefore, architecture, protocols and algorithms of these networks are studied to make contributions to the video traffic evaluation and alternatives to offer QoS and QoE for multimedia traffic. In this sense, this work contributes with proposals for the evaluation of quality through simulation using traces of real video transmissions, and optical burst assembly and scheduling algorithms proposals to offer QoS and QoE to video traffic in the OBS networks. Secondly, video traffic patterns at the application and network level are studied to characterize them and carry out studies on energy efficiency and energy consumption savings in the network cards used by streaming video servers and clients that implement the IEEE 802.3az Energy Efficient Ethernet (EEE) standard, both in managed networks, such as IPTV that implements RTP video streaming, and unmanaged networks, such as Internet which implements Dynamic Adaptive Streaming over HTTP (DASH) standard for Over The Top (OTT) services. To reach this goal, testbeds are implemented, and experiments are carried out to conclude how video traffic could benefit from the energy efficiency and achieve a large-scale reduction in energy consumption if the EEE standard is implemented word wide in the Ethernet cards of devices involved in video distribution. The integrating subject that is addressed in this thesis is the distribution of digital video. Therefore, this work also presents a study on the IP networks video transmission encoding and adaptation, presenting aspects regard the video quality evaluation and the network transmission quality assessment. Therefore, methodologies and testbeds are proposed and implemented that involves programming and execution of simulators, scripts, algorithms, software and, in general, frameworks to carry out studies for video transmissions in telecommunications networks, covering the broad spectrum of Multimedia Communications. This study could be useful to undertake other necessary studies in the rapid evolution of both, multimedia services demand and new content distribution techniques proposals. / Vargas Hernández, TR. (2023). A Contribution to Video Streaming Quality and Energy Efficiency in Optical and Ethernet Networks [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/192760