Nos maisons sont intelligentes grâce aux appareils fournissant des services (sécurité, efficacité énergétique,...). Des fournisseurs de services non fiables veulent profiter de la maison intelligente en développant des services hébergés dans une passerelle domotique embarquée. Cette passerelle doit être suffisamment robuste contre les problèmes logiciels. Partager les ressources de passerelle entre applications permet de fournir des services riches, mais provoque des risques de conflits de partage de ressources. Nous abordons le problème des conflits de partage des ressources dans la passerelle domotique, investiguant la prévention lorsque possible, et la détection et la résolution sinon. Notre première contribution «Jasmin» est un intergiciel pour développer, déployer et isoler les applications embarqués natives à base de composants et orientées services. Jasmin utilise les conteneurs Linux pour une isolation à faible coût. Notre seconde contribution «Incinerator» est un système dans la machine virtuelle Java (JVM) qui résout le problème des références obsolètes en Java, qui causent des fuites mémoire importantes en OSGi, augmentant ainsi les risques de conflits de partage de mémoire. Incinerator détecte et élimine les références obsolètes. Pour détecter les conflits de partage de mémoire, nous présentons la troisième contribution : système de surveillance mémoire dans la JVM. Le système compte précisément les ressources consommées pendant les interactions entre applications et fournit des statistiques d'utilisation de mémoire pour les différents fournisseurs de services partageant la passerelle. / Our homes become smart thanks to devices providing services (security, energy efficiency,…). Untrusted service providers want to take advantage of the smart home by developing services hosted by an embedded smart home gateway. The gateway should be robust enough to handle software problems. Sharing resources of the gateway between service providers allows providing richer services but raises risks of resource sharing conflicts. We addresses the problem of resource sharing conflicts in the smart home gateway, by prevention when possible, and by detection and resolution otherwise. Our first contribution "Jasmin" is a middleware to develop, deploy and isolate native embedded component-based and service-oriented applications. Jasmin uses Linux containers for lightweight isolation. Our second contribution "Incinerator" is a subsystem in the Java Virtual Machine (JVM) aiming to resolve the problem of Java stale references, which cause significant memory leaks in an OSGi-based smart home gateway, hence increasing the risks of memory sharing conflicts. Incinerator detects and eliminates stale references. In order to detect memory sharing conflicts, we propose our third contribution: memory monitoring subsystem in the JVM. The system accurately accounts for resources consumed during cross-application interactions, and provides snapshots of memory usage statistics for the different service providers sharing the gateway.

Machine-to-machine, machine-to-man, or man-to-machine (M2M) communications is expected to grow very rapidly over the next few years with an anticipated 50 billion devices being connected to broadband connections by 2020 [35]. To be able to plan and dimension for the expected (increase) in data traffic it is important to have a model for the traffic that will flow through the network. A concept often talked about in conjunction with M2M communications is the “Internet of things”, where billions of “smart” objects are connected to the Internet and can be easily shared and used or re-used by many applications. One sub-field of M2M communications is sensor/actuator networks that are installed in households, creating automated homes by enabling home appliances to talk to each other and to applications that can be running on hosts connected to the Internet. Such sensor/actuator networks extend the uses of home appliances into completely new and exciting applications, while also potentially making homes more energy efficient by smarter management and operation of these appliances. The thesis was proposed by and carried out at Ericsson in Kista, Sweden during the summer and fall of 2009. The academic advisor was G. Q. Maguire Jr. of the Royal Institute of Technology (KTH) and industrial advisor was Per Ljungberg at Ericsson. This thesis has an industrial focus, specifically to produce models and prototypes that benefit Ericsson as a company and the Ericsson Connected Home project. This thesis has evaluated the available standards and designed, buildt, and evaluated a prototype application for one of these standards to operate with this home gateway. Additionally, the thesis should also benefit the academic world by offering tractable models for M2M traffic that have a foundation in reality, rather than solutions in search of a problem. / Maskin-till-maskin, maskin-till-man, eller man-till-maskin (M2M) kommunikation förväntas växa mycket snabbt under de närmaste åren med förväntade 50 miljarder enheter anslutna till en bredbandsuppkoppling år 2020 [35]. För att kunna planera och dimensionera för den förväntade (ökningen) i datatrafik är det viktigt att ha en modell för den trafik som kommer att flöda genom nätverket. Ett begrepp det ofta talas om i samband med M2M-kommunikation är " Internet of things ", där miljarder "smarta" objekt är anslutna till Internet och enkelt kan delas och användas på nytt sätt och av många användare. En undergrupp inom M2M-kommunikation är sensor nätverk som installeras i hushåll, för att skapa automatiserade hem där hemelektroniken kan prata med andra apparater och program som körs på datorer anslutna till Internet. Sådana sensornätverk utvidgar användningen av hushållsapparater till helt nya och spännande applikationer, samtidigt som det potentiellt göra bostäder mer energisnåla genom smartare förvaltning och drift av dessa apparater. Detta examensarbete görs på uppdrag av Ericsson i Kista, Sverige under sommaren och hösten 2009. Akademisk rådgivare är GQ Maguire Jr från Kungliga Tekniska Högskolan (KTH) och industriell rådgivare är Per Ljungberg på Ericsson. Examensarbetet har som industriellt fokus att tillverka modeller och prototyper för att modellera trafiken i Ericssons nätverk. Examensarbetets akademiska värde är genom att erbjuda lättgörliga modeller för M2M trafik som har en grund i verkligheten, snarare än lösningar på jakt efter ett problem.

More than a billion people access the Internet through residential broadband connections worldwide, and this number is projected to grow further. Surprisingly, little is known about some important properties of these networks: What performance do users obtain from their ISP? What factors affect performance of broadband networks? Are users bottlenecked by their ISP or by their home network? How are applications such as the Web affected by these factors? Answering these questions is difficult; there is tremendous diversity of technologies and applications in home and broadband networks. While a lot of research has tackled these questions piecemeal, the lack of a good vantage point to obtain good measurements from these networks makes it notably difficult to do a holistic characterization of the ﾓlast mileﾔ. In this dissertation we use the home gateway to characterize home and access networks and mitigate performance bottlenecks that are specific to such networks. The home gateway is uniquely situated; it is always on and, as the hub of the network, it can directly observe the home network, the access network, and user traffic. We present one such gateway- based platform, BISmark, that currently has nearly 200 active access points in over 20 countries. We do a holistic characterization of three important components of the last mile using the gateway as the vantage point: the access link that connects the user to the wider Internet, the home network to which devices connect, and Web performance, one of the most commonly used applications in today's Internet. We first describe the design, development, and deployment of the BISmark platform. BISmark uses custom gateways to enable measurements and evaluate performance opti- mizations directly from home networks. We characterize access link performance in the US using measurements from the gateway; we evaluate existing techniques and propose new techniques that help us understand these networks better. We show how access link technology and home networking hardware can affect performance. We then develop a new system that uses passive measurements at the gateway to localize bottlenecks to either the wireless network or the access link. We deploy this system in 64 homes worldwide and characterize the nature of bottlenecks, and the state of the wireless network in these homes - specifically we show how the wireless network is rarely the bottleneck as throughput exceeds 35 Mbits/s. Finally, we characterize bottlenecks that affect Web performance that are specific to the last mile. We show how latency in the last mile results in page load times stagnating at throughput exceeding 16 Mbits/s, and how simple techniques deployed at the gateway can mitigate these bottlenecks.

This diploma thesis consists of theoretical description of M2M communication and main differences comparing with H2H communication. There is also a description of protocols used in Internet of Things and description of practical implementation of protocols WM-BUS and Z-Wave in Python programming language with usage of Django framework.

Cette thèse est structurée autour de contributions dans les domaines des réseaux domestiques et mobiles. Dans le contexte des réseaux domestiques, nous nous occupons à la fois de la caractérisation du trafic et de la dégradation des performances des applications. Dans le cas des réseaux mobiles, nous sommes intéressés par comprendre la relation entre la technologie sans fil et les opportunités de contact entre les nœuds mobiles. Nous résumons les principales contributions de cette thèse dans ce qui suit. Partie I (Optimisation des performances des applications dans les réseaux domestiques). L?augmentation du taux d'accès à Internet à la maison conduit à plus de populations avec des réseaux domestiques. Un réseau domestique connecte plusieurs appareils à l'internet permettant aux différents membres d'un ménage de partager l'accès à Internet et aux ressources du réseau local. Par conséquent, les applications fonctionnant en parallèle peuvent interférer les unes avec les autres. Par exemple, les enfants peuvent jouer à des jeux en ligne ralentissant la navigation sur le web de leurs parents. Le premier objectif de cette thèse est de contrôler l'utilisation des ressources du réseau domestique afin d'optimiser la performance des applications concurrentes. La passerelle domestique est responsable de la connexion du réseau domestique au reste de l'Internet. Parce que la passerelle a une vue d'ensemble de tout le trafic en provenance et vers le réseau domestique, elle est le point de départ idéal pour l'optimisation des applications. Dans cette thèse, nous proposons un système qui fonctionne sur la passerelle domestique pour détecter des dégradations de performances et optimiser l'allocation des ressources pour obtenir les meilleures performances des applications. En même temps, les passerelles résidentielles classiques ne comportent aucun mécanisme pour garantir une performance optimale aux applications. Une autre contribution de cette thèse est donc de proposer une approche d'optimisation des performances des applications pour les réseaux domestiques. En particulier, nous étudions la faisabilité du suivi des performances des applications sur les passerelles résidentielles. Nous montrons que, bien que la passerelle domestique a des ressources limitées, elle a encore la capacité de faire plus que simplement la transmission des paquets. Elle peut recueillir et exporter toutes les informations nécessaires pour effectuer notre méthode d'optimisation des performances. Partie II (Reproduction de traces de mobilité). La meilleure façon d'analyser ou de valider un protocole ou même le choix de conception dans les réseaux tolérants aux perturbations est à travers un déploiement réel. Néanmoins, en raison des difficultés de mise en œuvre et même de coûts financiers, I seulement quelques expérimentations ont été rapportées dans la littérature. En conséquence, plusieurs travaux s'appuient toujours sur des modèles de mobilité synthétiques. Alors que les modèles de mobilité synthétiques sont utiles pour isoler les paramètres spécifiques d'une solution ou aider à enquêter sur l'évolutivité d'un système, ils ne peuvent pas toujours refléter les conditions réelles. D'autre part, les traces de contact sont connues pour mieux représenter la mobilité de la vie réelle, mais aussi d'être difficile à obtenir. Et si une trace réelle était suffisante pour obtenir plusieurs autres, comme si nous avions effectué plusieurs expérimentations ? à cette fin, nous nous appuyons sur la mobilité plausible, un algorithme capable d'inférer un mouvement spatial à partir de traces de contact et nous proposons un système de reproduction de traces de mobilité qui, à partir d'une unique trace de contact réelle, offre de multiples traces de contact inspirées de la trace originale. / This thesis is structured around contributions in the areas of domestic and mobile networks. In the context of home networks, we deal with both home traffic characterization and application performance degradation. In the case of mobile networks, we are interested in understanding the relationship between wireless technology and contact opportunities among nodes on the move.

Les réseaux domestiques sont confrontés à une évolution continue et deviennent de plus en plus complexes. Leur complexité a évolué selon deux dimensions interdépendantes. D'une part, la topologie du réseau domestique devient plus complexe avec la multiplication des équipements et des technologies de connectivité. D'autre part, l'ensemble des services accessibles via le réseau domestique ne cesse de s’élargir. Un tel contexte a rendu la gestion du réseau domestique plus difficile pour les Fournisseurs d’Accès Internet (FAI) et les utilisateurs finaux. Dans ce manuscrit, nous nous concentrons sur la deuxième dimension de la complexité décrite ci-dessus liée au trafic circulant depuis/vers le réseau domestique. Notre première contribution consiste à proposer une architecture pour la supervision du trafic dans les réseaux domestiques. Nous fournissons une étude comparative de certains outils open source existants. Ensuite, nous effectuons une évaluation de performances expérimentale d’un sous ensemble des processus impliqués dans notre architecture. Sur la base des résultats obtenus, nous discutons les limites et les possibilités de déploiement de ce type de solution. Dans notre deuxième contribution, nous présentons notre analyse à large échelle des usages et du trafic résidentiel basée sur une trace de trafic réelle impliquant plus de 34 000 clients. Premièrement, nous présentons notre méthode de collecte et de traitement des données. Deuxièmement, nous présentons nos observations statistiques vis-à-vis des différentes couches de l’architecture Internet. Ensuite, nous effectuons une analyse subjective auprès de 645 clients résidentiels. Enfin, nos résultats fournissent une synthèse complète des usages et des caractéristiques des applications résidentielles. Dans notre troisième contribution, nous proposons une nouvelle méthode pour la classification en temps réel du trafic résidentiel. Notre méthode, laquelle est basée sur l’utilisation d’un algorithme d’apprentissage statistique de type C5.0, vise à combler les carences identifiées dans la littérature. Ensuite, nous détaillons notre implémentation d’une sonde légère sur un prototype de passerelle résidentielle capable de capturer, de suivre et d'identifier d’une manière fine les applications actives dans le réseau domestique. Cette implémentation nous permet, en outre, de valider nos principes de conception via un banc d'essai réaliste mis en place à cet effet. Les résultats obtenus indiquent que notre solution est efficace et faisable. / Home networks are facing a continuous evolution and are becoming more and more complex. Their complexity has evolved according to two interrelated dimensions. On the one hand, the home network topology (devices and connectivity technologies) tends to produce more complex configurations. On the other hand, the set of services accessed through the home network is growing in a tremendous fashion. Such context has made the home network management more challenging for both Internet Service Provider (ISP) and end-users. In this dissertation, we focus on the traffic dimension of the above described complexity. Our first contribution consists on proposing an architecture for traffic monitoring in home networks. We provide a comparative study of some existing open source tools. Then, we perform a testbed evaluation of the main software components implied in our architecture. Based on the experiments results, we discuss several deployment limits and possibilities. In our second contribution, we conduct a residential traffic and usages analysis based on real trace involving more than 34 000 customers. First, we present our data collection and processing methodology. Second, we present our findings with respect to the different layers of the TCP/IP protocol stack characteristics. Then, we perform a subjective analysis across 645 of residential customers. The results of both evaluations provide a complete synthesis of residential usage patterns and applications characteristics. In our third contribution, we propose a novel scheme for real-time residential traffic classification. Our scheme, which is based on a machine learning approach called C5.0, aims to fulfil the lacks identified in the literature. At this aim, our algorithm is evaluated using several traffic inputs. Then, we detail how we implemented a lightweight probe able to capture, track and identify finely applications running in the home network. This implementation allowed us to validate our designing principles upon realistic test conditions. The obtained results show clearly the efficiency and feasibility of our solution.

La généralisation de l’usage de l’Internet, ces dernières années, a été marquée par deux tendances importantes. Nous citerons en premier, l’enthousiasme de plus en plus grand des utilisateurs pour les services médias. Cette tendance est particulièrement accentuée par l’avènement des contenus générés par les utilisateurs qui amènent dans les catalogues des fournisseurs de services un choix illimité de contenus. L’autre tendance est la diversification et l’hétérogénéité en ressources des terminaux et réseaux d’accès. Seule la valeur du service lui-même compte aujourd’hui pour les utilisateurs et non le moyen d’y accéder. Cependant, offrir aux utilisateurs un accès ubiquitaire à de plus en plus de services Internet, impose des exigences très rigoureuses sur l’infrastructure actuelle de l’Internet. En effet, L’évolution de l’Internet devient aujourd’hui une évidence et cette évolution est d’autant plus nécessaire dans un contexte de services multimédias qui sont connus pour leur sensibilité au contexte dans lequel ils sont consommés et pour générer d’énormes quantités de trafic. Dans le cadre de cette thèse, nous nous focalisons sur deux enjeux importants dans l’évolution de l’Internet. A savoir, faciliter le déploiement de services médias personnalisés et adaptatifs et améliorer les plateformes de distribution de ces derniers afin de permettre leur passage à l’échelle tout en gardant la qualité de service à un niveau satisfaisant pour les utilisateurs finaux. Afin de permettre ceci, nous introduisons en premier, une nouvelle architecture multi environnements et multi couches permettant un environnement collaboratif pour le partage et la consommation des services médias dans un cadre des réseaux média du futur. Puis, nous proposons deux contributions majeures que nous déployons sur la couche virtuelle formés par les Home-Boxes (passerelles résidentielles évoluées) introduite dans l’architecture précédente. Dans notre première contribution, nous proposons un environnement permettant le déploiement à grande échelle de services sensibles au contexte. Deux approches ont été considérées dans la modélisation et la gestion du contexte. La première approche est basée sur les langages de balisage afin de permettre un traitement du contexte plus léger et par conséquent des temps de réponse très petits. La seconde approche, quant à elle est basée sur les ontologies et les règles afin de permettre plus d’expressivité et un meilleur partage et réutilisation des informations de contexte. Les ontologies étant connues pour leur complexité, le but de cette proposition et de prouver la faisabilité d’une telle approche dans un contexte de services multimédias par des moyen de distribution de la gestion du contexte. Concernant notre deuxième contribution, l’idée et de tirer profit des ressources (disque et connectivité) des Home-Boxes déjà déployées, afin d’améliorer les plateformes de distribution des services médias et d’améliorer ainsi le passage à l’échelle, la performance et la fiabilité de ces derniers et ce, à moindre coût. Pour cela, nous proposons deux solutions pour deux problèmes communément traités dans la réplication des contenus : (1) la redirection de requêtes pour laquelle nous proposons un algorithme de sélection à deux niveaux de filtrage, un premier filtrage basé sur les règles afin de personnaliser les services en fonction du contexte de leur consommation suivi d’un filtrage basé sur des métriques réseaux (charges des serveurs et délais entre les serveurs et les clients) ; et (2) le placement et la distribution des contenus sur les caches pour lesquels on a proposé une stratégie de mise en cache online, basée sur la popularité des contenus. / Users’ willingness to consume media services along with the compelling proliferation of mobile devices interconnected via multiple wired and wireless networking technologies place high requirements on the Future Internet. It is a common belief today that Internet should evolve towards providing end users with ubiquitous and high quality media services and this, in a scalable, reliable, efficient and interoperable way. However, enabling such a seamless media delivery raises a number of challenges. On one hand, services should be more context-aware to enable their delivery to a large and disparate computational context. On another hand, current Internet media delivery infrastructures need to scale in order to meet the continuously growing number of users while keeping quality at a satisfying level. In this context, we introduce a novel architecture, enabling a novel collaborative framework for sharing and consuming Media Services within Future Internet (FI). The introduced architecture comprises a number of environments and layers aiming to improve today’s media delivery networks and systems towards a better user experience. In this thesis, we are particulary interested in enabling context-aware multimedia services provisioning that meets on one hand, the users expectations and needs and on another hand, the exponentially growing users’ demand experienced by these services. Two major and demanding challenges are then faced in this thesis (1) the design of a context-awareness framework that allows adaptive multimedia services provisioning and, (2) the enhancement of the media delivery platform to support large-scale media services. The proposed solutions are built on the newly introduced virtual Home-Box layer in the latter proposed architecture.First, in order to achieve context-awareness, two types of frameworks are proposed based on the two main models for context representation. The markup schemes-based framework aims to achieve light weight context management to ensure performance in term of responsiveness. The second framework uses ontology and rules to model and manage context. The aim is to allow higher formality and better expressiveness and sharing. However, ontology is known to be complex and thus difficult to scale. The aim of our work is then to prove the feasibility of such a solution in the field of multimedia services provisioning when the context management is distributed among the Home-Box layer. Concerning the media services delivery enhancement, the idea is to leverage the participating and already deployed Home-Boxes disk storage and uploading capabilities to achieve service performance, scalability and reliability. Towards this, we have addressed two issues that are commonly induced by the content replication: (1) the server selection for which we have proposed a two-level anycast-based request redirection strategy that consists in a preliminary filtering based on the clients’ contexts and in a second stage provides accurate network distance information, using not only the end-to-end delay metric but also the servers’ load one and, (2) the content placement and replacement in cache for which we have designed an adaptive online popularity-based video caching strategy among the introduced HB overlay.