The objective of the proposed research is to design and evaluate end-to-end solutions to support the Quality of Experience (QoE) for the Internet Protocol Television (IPTV) service. IPTV is a system that integrates voice, video, and data delivery into a single Internet Protocol (IP) framework to enable interactive broadcasting services at the subscribers. It promises significant advantages for both service providers and subscribers. For instance, unlike conventional broadcasting systems, IPTV broadcasts will not be restricted by the limited number of channels in the broadcast/radio spectrum. Furthermore, IPTV will provide its subscribers with the opportunity to access and interact with a wide variety of high-quality on-demand video content over the Internet. However, these advantages come at the expense of stricter quality of service (QoS) requirements than traditional Internet applications. Since IPTV is considered as a real-time broadcast service over the Internet, the success of the IPTV service depends on the QoE perceived by the end-users. The characteristics of the video traffic as well as the high-quality requirements of the IPTV broadcast impose strict requirements on transmission delay. IPTV framework has to provide mechanisms to satisfy the stringent delay, jitter, and packet loss requirements of the IPTV service over lossy transmission channels with varying characteristics. The proposed research focuses on error recovery and channel change latency problems in IPTV networks. Our specific aim is to develop a content delivery framework that integrates content features, IPTV application requirements, and network characteristics in such a way that the network resource utilization can be optimized for the given constraints on the user perceived service quality. To achieve the desired QoE levels, the proposed research focuses on the design of resource optimal server-based and peer-assisted delivery techniques. First, by analyzing the tradeoffs on the use of proactive and reactive repair techniques, a solution that optimizes the error recovery overhead is proposed. Further analysis on the proposed solution is performed by also focusing on the use of multicast error recovery techniques. By investigating the tradeoffs on the use of network-assisted and client-based channel change solutions, distributed content delivery frameworks are proposed to optimize the error recovery performance. Next, bandwidth and latency tradeoffs associated with the use of concurrent delivery streams to support the IPTV channel change are analyzed, and the results are used to develop a resource-optimal channel change framework that greatly improves the latency performance in the network. For both problems studied in this research, scalability concerns for the IPTV service are addressed by properly integrating peer-based delivery techniques into server-based solutions.

L’objectif de cette thèse est de présenter de nouveaux algorithmes de répartition des ressources sous la forme de machines virtuelles (VMs) et fonction de réseau virtuel (VNFs) dans les Clouds et réseaux de diffusion de contenu (CDNs). La thèse comprend deux principales parties: la première se concentre sur la rentabilité des Clouds distribués, et développe ensuite les raisons d’optimiser les coûts ainsi que les émissions de carbone. Cette partie comprend quatre contributions. La première contribution est une étude de l’état de l’art sur la répartition des coûts et des émissions de carbone dans les environnements de clouds distribués. La deuxième contribution propose une méthode d’allocation des ressources, appelée NACER, pour les clouds distribués. La troisième contribution présente une méthode de placement VM efficace en termes de coûts et de carbone (appelée CACEV) pour les clouds distribués verts. Pour obtenir une meilleure performance, la quatrième contribution propose une méthode dynamique de placement VM (D-CACEV) pour les clouds distribués. La deuxième partie propose des algorithmes de placement de VNFs dans les Clouds et réseaux de CDNs pour optimiser les coûts. Cette partie comprend cinq contributions. Une étude de l’état de l’art sur les solutions proposées est le but de la première contribition. La deuxième contribution propose une méthode d’allocation des ressources, appelée CCVP, pour le provisionnement de service réseau dans les clouds et réseaux de ISP. La troisième contribution implémente le résultat de l’algorithme CCVP dans une plateforme réelle. La quatrième contribution considère l’effet de la permutation de VNFs dans les chaîne de services et la cinquième contribution explique le placement de VNFs pour les services à valeur ajoutée dans les CDNs / High energy costs and carbon emissions are two significant problems in distributed computing domain, such as distributed clouds and Content Delivery Networks (CDNs). Resource allocation methods (e.g., in form of Virtual Machine (VM) or Virtual Network Function (VNF) placement algorithms) have a direct effect on cost, carbon emission and Quality of Service (QoS). This thesis includes three related parts. First, it targets the problem of resource allocation (i.e., in the form of network aware VM placement algorithms) for distributed clouds and proposes cost and carbon emission efficient resource allocation algorithms for green distributed clouds. Due to the similarity of the network-aware VM placement problem in distributed clouds with a VNF placement problem, the second part of the thesis, getting experience from the first part, proposes a new cost efficient resource allocation algorithm (i.e., VNF placement) for network service provision in data centers and Internet Service Provider (ISP) network. Finally, the last part of the thesis presents new cost efficient resource allocation algorithms (i.e., VNF placement) for value-added service provisioning in NFV-based CDNs

Le trafic vidéo s’est considérablement accru et est prévu de doubler pour représenter 82% du trafic Internet d’ici 2021. Une telle croissance surcharge les fournisseurs de services Internet (ISP), nuisant à la Qualité d’Expérience (QoE) perçue par les utilisateurs. Cette thèse vise à améliorer la QoE des utilisateurs de streaming vidéo sans hypothèse de changement d’infrastructure physique des opérateurs. Pour cela, nous combinons les technologies de caching réseau, de streaming HTTP adaptatif (HAS), et de transport multipath. Nous explorons d’abord l’interaction entre HAS et caching, pour montrer que les algorithmes d’adaptation de qualité vidéo ont besoin de savoir qu’il y a un cache et ce qui y est stocké, et proposons des algorithmes bénéficiant de cette connaissance. Concluant sur la difficulté d’obtenir la connaissance de l’état du cache, nous étudions ensuite un système de distribution vidéo à large échelle, où les caches sont représentés par un réseau de distribution du contenu (CDN). Un CDN déploie des caches à l’intérieur des réseaux des ISP, et dispose de ses propres serveurs externes. L’originalité du problème vient de l’hypothèse que nous faisons que l’utilisateur est simultanément connecté à 2 ISP. Ceci lui permet d’accéder en multipath aux serveurs externes aux ISP (pouvant ainsi accroître le débit mais chargeant plus les ISP), ou streamer le contenu depuis un cache plus proche mais avec un seul chemin. Ce désaccord entre les objectifs du CDN et de l’ISP conduit à des performances sous-optimales. Nous développons un schéma de collaboration entre ISP et CDN qui permet de nous rapprocher de l’optimal dans certains cas, et discutons l’implémentation pratique. / Video traffic volume grew considerably in recent years and is forecasted to reach 82% of the total Internet traffic by 2021, doubling its net volume as compared to today. Such growth overloads Internet Service Providers' networks (ISPs), which negatively impacts users' Quality of Experience (QoE). This thesis attempts to tackle the problem of improving users' video QoE without relying on network upgrades. For this, we have chosen to combine such technologies as in-network caching, HTTP Adaptive Streaming (HAS), and multipath data transport. We start with exploration of interaction between HAS and caching; we confirm the need of cache-awareness in quality adaptation algorithms and propose such an extension to a state-of-the-art optimisation-based algorithm. Concluding on the difficulty of achieving cache-awareness, we take a step back to study a video delivery system on a large scale, where in-network caches are represented by Content Delivery Networks (CDNs). They deploy caches inside ISPs and dispose of their own outside video servers. As a novelty, we consider users to have a simultaneous connectivity to several ISP networks. This allows video clients either to access outside multipath servers with aggregate bandwidth (which may increase their QoE, but will also bring more traffic into ISP), or stream their content from a closer cache through only single connectivity (bringing less traffic into ISP). This disagreement in ISP and CDN objectives leads to suboptimal system performance. In response to this, we develop a collaboration scheme between two actors, performance of which can approach optimal boundary for certain settings, and discuss its practical implementation.

Denna studie undersöker hur svenska myndigheter bör tänka för att uppnå en stabil driftlösning vid distribuering av webbaserad krisinformation med hjälp av molntjänster. Resultatet är fyra faktorer som myndigheter kan använda sig av och ta hänsyn till för att uppnå detta. Resultatet uppnås genom intervjuer med yrkesverksamma personer inom området, både från myndigheter och privata företag, för bringa flera perspektiv på forskningsfrågan. Faktorerna härleds därefter från intervjuerna med en induktiv ansats för att sedan testas med en deduktiv ansats mot tidigare forskning som lyfter upp tio utmaningar vid införande av molntjänster hos myndigheter. För att bekräfta sin relevans och funktion testas sedan faktorerna i en historisk fallstudie av ett fall där ett falskt VMA-larm utlösts i Stockholm sommaren 2017. / This study examines what Swedish authorities should consider in order to achieve a stable operational solution when distributing web-based crisis information using Cloud Computing. The study results in four factors that authorities can use and take into account in order to achieve this. The result is achieved through interviews with professionals, both from private and public sectors, to bring multiple perspectives on the topic. The factors derive from the interviews with an inductive approach and then tested with a deductive approach to a previous research that highlights ten major challenges facing governments in implementing Cloud Computing. To confirm their relevance and function, the factors are then tested in a historical case study of a case where a false important notice to the public (VMA) was sent in Stockholm in the summer of 2017.

Dans cette thèse, nous étudions divers problèmes dont l'objectif est de gérer la croissance d'internet plus efficacement. En effet celle-ci est très vive : 41% pour le pic en 2012. Afin de répondre aux défis posés par cette évolution aux divers acteurs du réseau, des protocoles de gestion et de communication plus intelligents sont nécessaires. Les protocoles de l'Internet furent conçus comme des protocoles point à point. Or, la part de la diffusion de média dans le trafic est prépondérante et en nette hausse, et des projections indiquent qu'en 2016 80-90% du trafic sera engendré par de la diffusion vidéo. Cette divergence entraîne des inefficacités, car des multiples copies d'un message transitent par un lien. Dans cette thèse, nous étudions comment remediér á cette inefficacité. Nos contributions sont organisées selon les couches et les phases de déploiement du réseau. Nous étudions le placement de caches lors de la conception du réseau. Ensuite, pour la gestion d'un réseau, nous regardons quand placer des appareils en veille, en utilisant un mécanisme de cache et en coopération avec des réseaux de distribution. Puis, au niveau de la couche application, nous étudions un problème de maintenance d'arbres équilibrés pour la diffusion de média. Enfin, nous analysons la probabilité de survie des données dans un système de sauvegarde distribuée. Notre travail se fonde à la fois sur des méthodes théoriques (Chaînes de Markov, Programmation Linéaire), mais aussi sur des outils empiriques tels que la simulation et l'expérimentation.