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This thesis is a service design project that has been carried out in cooperation with the telecom company Telia Sweden (belonging to TeliaSonera AB). The purpose of the report was to examine Telia's fixed broadband service for private customers from a customer perspective. Previously, the service has mainly been developed from a technology-driven perspective. During the broadband subscription, the customers are able to borrow a router from Telia but it has been noticed that some customers opt out Telia’s router. The objective of this work has been to deliver useful customer insights and improvement proposals to Telia within the framework of the broadband service. In the project, a service design methodology was used where the focus has been on interactions with customers. The interactions consisted of in-depth qualitative interviews. The project consisted of five phases. An initial preparation phase with a literature study on service design methods, the Internet and broadband technology as well as learning about and understanding the company. During the preparation phase internal hypotheses about the service problem areas were collected. The initial phase was followed by three iterative loops with customer interactions, insight analysis, ideation and conceptualization. Customer insights and concepts have been tested, evaluated, and deepened during the project. In the last phase the result was processed and the insights were rated for easier implementation. A major problem area for many customers was the Wi-Fi and Wi-Fi range, because the technology is perceived as difficult and abstract. The conclusion is that Telia should help their clients to improve the Wi-Fi quality and the project work led to three ultimate concepts tested on customers. Also six recommendations were delivered to Telia. / Detta examensarbete är ett tjänstedesignprojekt som har utförts i samarbete med telekombolaget Telia Sverige (tillhörande TeliaSonera AB). Syftet med rapporten har varit att undersöka Telias fasta bredbandstjänst för privatpersoner ur ett kundperspektiv. Tidigare har tjänsten främst utvecklats utifrån ett teknikdrivet perspektiv. Under tiden som bredbandskund hos Telia får kunden låna en router men Telia har märkt att en del kunder väljer bort routern. Målet för arbetet har varit att leverera användbara kundinsikter och koncept på förbättringsförslag till Telia inom ramen för bredbandstjänsten. I projektet har en tjänstedesignmetodik använts där fokus har legat på interaktioner med kunderna. Interaktionerna har bestått av djupgående kvalitativa intervjuer. Projektet har bestått av fem faser. En inledande förberedande fas med förstudie om bland annat tjänstedesignmetoder, internet och bredbandstekniken, samt tid för att lära känna och förstå företaget. Under den förberedande fasen samlades även interna hypoteser om tjänstens problemområden in. Den inledande fasen följdes av tre iterativa loopar med kundinteraktioner, insiktsanalys, idégenerering och konceptualisering. Kundinsikter och koncept har testats, utvärderats och fördjupats under projektets gång. I den sista fasen bearbetades och rangordnades resultatet för att insikterna lättare ska kunna implementeras på företaget. Ett stort problemområde för många kunder var Wi-Fi och Wi-Fi-täckningen, då tekniken upplevs som svår och abstrakt. Slutsatsen är att Telia borde hjälpa sina kunder att själva förbättra Wi-Fikvalitén och arbetet ledde fram till tre slutgiltiga koncept som testades på kunder och utvärderades. Även sex rekommendationer till Telia levererades.

Les protocoles plug-and-play couplés avec les architectures logicielles rendent nos maisons ubiquitaires. Les équipements domestiques qui supportent ces protocoles peuvent être détectés automatiquement, configurés et invoqués pour une tâche donnée. Actuellement, plusieurs protocoles coexistent dans la maison, mais les interactions entre les dispositifs ne peuvent pas être mises en action à moins que les appareils supportent le même protocole. En plus, les applications qui orchestrent ces dispositifs doivent connaître à l'avance les noms des services et dispositifs. Or, chaque protocole définit un profil standard par type d'appareil. Par conséquent, deux appareils ayant le même type et les mêmes fonctions mais qui supportent un protocole différent publient des interfaces qui sont souvent sémantiquement équivalentes mais syntaxiquement différentes. Ceci limite alors les applications à interagir avec un service similaire. Dans ce travail, nous présentons une méthode qui se base sur l'alignement d'ontologie et la génération automatique de mandataire pour parvenir à une adaptation dynamique de services.

Home networks are evolving vigorously and are also becoming more and more heterogeneous and complex. Home networks contain new services and numerous devices with wired and wireless links. At the same time, users demand high levels of quality of service for many new applications. Hence, the supervision of links quality tends to be mandatory in emergent home networks, to trigger QoS mechanisms. In this context, this dissertation proposes the utilization of the available bandwidth as a performance indicator in hybrid home networks (e.g. for remote service-evaluation, diagnosis and fault detection) and as link-state metric for a number of QoS mechanisms (e.g., admission control, path selection and load balancing). In this dissertation, we firstly explain why available bandwidth probing is a fundamental tool in the new QoS architectures for hybrid home networks and we explore different use cases. We investigate the networking constraints that affect bandwidth probing in hybrid home networks. We explain why most tools to measure available bandwidth on Internet paths are not very efficient on home networks. We make a taxonomic study of a number of state-of-the-art probing techniques and probing tools for available bandwidth. At that aim, we propose a functional framework, called Metrics Profile Capture Filter and Feedback (MPCFF). Based on these studies, we choose Iperf in TCP mode as an attractive tool to estimate available bandwidth. Then, we conduct a performance evaluation on an experimental test bed, to compare Iperf in lightweight TCP-mode vs. various state-of-the-art tools (Wbest, Pathchirp, Pathload and IGI/PTR). We show that Iperf in lightweight TCP mode is superior in terms of accuracy and speed of convergence. Finally, we integrate Iperf in lightweight TCP mode into a path selection protocol using the Inter-MAC software (developed in the Omega European project). We show, on a test bed, how Iperf in lightweight TCP mode enhances the Inter-MAC path selection by eliminating performance deterioration due to time-varying capacity links. Our results show that Iperf in lightweight TCP mode, accurately, triggers path selection and load balancing mechanisms, to adapt the network resources to the strong degradation of WiFi and PLC links. Available bandwidth probing detects and helps to control real-time deviations of the quality of experience, associated of sensitive applications. At the same time, available-bandwidth probing helps the service provider to isolate failures and to monitor the end-to-end residential service, on demand or on long-term periodicity basis.

Au cours des dernières années, la révolution numérique a continué sa progression. Les technologies de l'information et des communications (TIC) ont totalement changé la vie quotidienne des gens à leur domicile (concept de « maison numérique »). Pendant ce temps, non seulement le volume des émissions de CO2 produit par les TIC, ce qu'on appelle l'empreinte carbone, est sans cesse en croissance mais elle s'accompagne également d'une hausse du prix de l'électricité, augmentant fortement la part des équipements numériques dans la budget global des ménages. Ainsi, pour des raisons environnementale et économique, réduire la consommation d'énergie dans les nombreux équipements du réseau domestique est devenu un enjeu majeur. Dans ce contexte, la thèse porte sur la conception, l'évaluation et la mise en œuvre d'un ensemble de mécanismes dans le but de répondre aux problèmes de consommation d'énergie sur les réseaux locaux rassemblant les équipements numériques domestiques. Nous proposons un réseau de contrôle qui est formé par des noeuds de contrôle de l'énergie placés au-dessus du réseau traditionnel. Chaque nœud de contrôle est relié à un dispositif en vue de coordonner les états d'alimentation de l'équipement domestique associé.. Un démonstrateur pour un système Home Power Efficiency (HOPE) a également été mis en œuvre. Il démontre la faisabilité de la solution technique que nous proposons pour le contrôle de l'énergie dans un réseau domestique réel avec des scénarios réels qui sont souvent utilisées par utilisateur. Après avoir analysé le mode d'utilisation des équipements du réseau domestique, nous proposons un système de gestion d'énergie qui contrôle ces équipements minimisant ainsi que leur consommation. Le système est basé sur l'analyse des services collaboratifs, chaque service est découpé en blocs fonctionnels atomiques, distribués dans les différents équipements. Cela permet de gérer avec plus de précision les besoins énergétiques de chaque équipement de manière à n'alimenter que les composants nécessaires au service demandé. Pour conclure ces travaux, nous avons également cherché à minimiser les impacts de l'économie d'énergie sur la qualité d'expérience perçue par l'utilisateur (notamment le délai d'activation des services). Nous proposons un système de gestion d'énergie pour des services collaboratifs offrant plusieurs compromis possibles entre la consommation d'énergie et le délai d'activation des services dans un réseau domestique. Il est complété par un algorithme d'apprentissage du comportement des utilisateurs domestiques. / In recent years, Information and Communications Technology (ICT) has totally changed the people daily life in the Digital Home. Meanwhile, not only the amount of CO2 emission of ICT, so called ''footprint'', is increasing without cease, but also the price of electricity is constantly rising. Thus, it is quite important to reduce energy consumption in the home network and home devices for the environmental and economic reasons. In order to cope with this context, the thesis concerns the design, the evaluation, and the implementation of a novel set of mechanisms with the purpose of responding to home network energy consumption problems. We proposed firstly an Overlay Energy Control Network which is formed by the overlay energy control nodes. Each node is connected to one device which forms an overlay control network to coordinate the power states of the device. Then, a testbed for HOme Power Efficiency system (HOPE) is implemented to demonstrate the technical solution for energy control in a real home network environment with several frequently used scenarios. After analyzing user's way of use of their home network equipment, we propose a power management which controls the devices based on the analysis of the collaborative services. These frequently used collaborative services require different functional blocks in different devices. This model provides the possibility to turn on the right requested functional blocks in the right device at the right moment. Finally, based on the former contribution, the collaborative overlay power management offers several possible tradeoffs between the power consumption and the waiting delay in the home network.

Avec l’omniprésence au quotidien du numérique et de l’informatique, de plus en plus d’utilisateurs souhaitent avoir accès à Internet et à leurs applications via n’importe quel périphérique, de n’importe où et n’importe quand. Les appareils domestiques intelligents se développant, les besoins d’échanger des données au domicile même se font de plus en plus sentir. C’est dans ce contexte, celui des services à domicile avec besoin d’interconnexion que se situe notre étude. Ce type de service est qualifié de Home Service (HS) alors que le réseau à domicile est nommé Home Network (HN). La problématique pour les opérateurs est alors de concevoir des architectures appropriées à l’interconnexion des HN de manière sécurisée tout en permettant un déploiement facile et à grande échelle. Dans la première étape, nous considérons la livraison de services sécurisés à travers un réseau de nouvelle génération (NGN) : IMS (IP Multimedia Subsystem). IMS étant l’architecture de référence pour son caractère réseau NGN des opérateurs, diverses architectures peuvent être développées comme support aux HS. Nous avons choisi d'analyser et de mettre en place une architecture P2P centralisée et de le comparer à l’architecture de référence. Plusieurs mécanismes d'authentification sont mis en place autour du P2P centralisé afin de sécuriser la prestation de services. La modélisation et l’évaluation de notre proposition ont permis d’identifier sa relation à l’IMS mais aussi des problèmes inhérents aux solutions centralisées : la protection des données personnelles, l’impact de la taille sur réseau sur les performances, l’existence d’un point de faiblesse unique face aux attaques et la congestion au niveau du serveur centralisé. Par conséquent, nous nous sommes tournés vers les solutions distribuées pour résoudre ces problèmes. Dans la deuxième étape, nous considérons l’architecture P2P non-structurée, qualifiée de pur P2P. La cryptographie basée sur l'identité (IBC) est ajoutée au P2P pur afin d’authentifier les utilisateurs et de protéger leurs communications. Pour chacune des solutions une analyse du coût de signalisation est effectuée révélant une faiblesse en ce qui concerne l’étape de recherche. Dans un déploiement à grande échelle, le coût de cette phase est trop élevé. Aussi, nous examinons le P2P structuré basé sur les Dynamic Hash Tables, une autre solution distribuée. Cette architecture est étudiée par l'IETF en tant qu’une des dernières générations de P2P: REsource LOcation And Discovery (RELOAD) Base Protocol. Nous proposons son utilisation dans le cadre des HSs. Comme preuve du concept, cette solution a été implantée et déployée sur un petit réseau en utilisant TLS/SSL comme mécanisme de sécurité. Cette plateforme nous a permis d’étudier les délais et les coûts de cette solution. Pour terminer, un bilan est établi sur toutes les solutions proposées En outre, nous introduisons d’autres types de HS et leurs possibilités de déploiement futur. / With digital life enhancement, more users would like to get seamless Internet and information with any devices, at any time and from anywhere. More and more home devices need to exchange data or to control other devices. The type of services is labelled Home Service (HS) and it is deployed though a Home Network (HN). Some users need to use their HS outside their HN, some others need to interconnect other HN. Operators have to provide suitable network architectures to ensure this interconnection and to provide at the same time, scalability, remote access, easy deployment and security. Here is the topic of our work. In the fist step, we consider a practical illustration around the Next-Generation Network (NGN) and the secured services. It is the IMS (IP Multimedia Subsystem) approach for the management of services that is generally supported by the NGN network operators. However, various network operator architectures can be developed to support these services. An alternative way is the P2P architectures. We choose to analyze and implement a centralized P2P and we compare it with the IMS solution. Several authentication mechanisms are introduced to secure the centralized P2P. An evaluation of these architectures is conducted. Since the previous solutions present some issues due to their centralized feature, we consider distributed solutions in a second step. The non-structured P2P, called pure P2P, can also support HS. Identity Based Crytography (IBC) is added to these architectures in order to offer authentication and protection to user communications. The different solutions are compared through their signaling and transmission cost. The study shows that searching step in this architecture is really costly, facing a scalability problem. Thus, we propose to use a structured P2P (called Dynamic Hash Table) for delivering HS between HN. This type of architecture is studied by IETF with the REsource Location And Discovery (RELOAD) Base Protocol. This solution is implanted and deployed here to be a proof of the concept. This test-bed enables the study of delay and security overhead in a real system. Eventually, the presented solutions are recaptured in order to see their advantages/ disadvantages. In addition, we introduce other perspectives in terms of HSs and network interconnection.

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.

Le projet FUI12 RLDO – dans le cadre duquel s’inscrit cette thèse – préconise une solution de réseau de topologie en étoile passive pour la montée en débit des réseaux domestiques. Cette solution de réseau rencontre des difficultés dans son implémentation avec la non-uniformité des puissances des ports de sortie des coupleurs multimodes. L’analyse de ce point nous a permis de comprendre que les propriétés des modes de propagation dans les éléments du réseau jouent un rôle clé dans les problèmes rencontrés. Pour caractériser la propagation dans le réseau, nous avons développé un banc de réflectométrie optique complexe dans le domaine fréquentiel. Les phénomènes limitant la sensibilité à la phase – liés en particulier à la non-linéarité du balayage en fréquence de la source laser – sont étudiés pour contribuer à une meilleure compréhension des mécanismes. Puis les performances de la mesure en intensité et en phase de l’instrument que nous avons mis en place sont testées. Nous avons aussi étudié les conditions de résolution optimales pour caractériser les modes d’un guide multimode et analysé l’incertitude sur la dispersion chromatique dans le cas où il est impossible de déterminer si on a accès à un mode ou plusieurs modes dans un diagramme de dispersion donné. Nous introduisons par la suite une méthode d’analyse temps-fréquence adaptative, permettant d’obtenir les courbes de dispersions avec une résolution optimale. Cette méthode nous a permis de montrer le caractère quasi-monomode, en condition d’excitation monomode, de la fibre multimode spéciale RLDO à 1310 nm et à 1550 nm. L’analyse de la propagation dans les fibres optiques, associée au modèle que nous avons développé pour comprendre le fonctionnement des coupleurs multimodes, a permis d’expliquer les difficultés rencontré avec les premières expérimentations de la topologie de réseau en étoile passive multimode et d’envisager des pistes de réalisation d’un prototype de réseau fonctionnel / In order to develop high capacity future-proof home network, the FUI 12 RLDO project suggests passive star network topology using multimode couplers. This topology encounters implementation difficulties due to the non-uniformity of the power distribution in the output ports of multimode couplers. Analyzing this problem shows that the properties of modes propagating in the network elements plays a key role in this non-uniform characteristics of multimode couplers. In order to characterize these modes propagating in the network, we have developed a complex optical frequency domain reflectometry (OFDR) setup. The phenomena limiting the sensitivity to the phase in OFDR – in fact, those related to the non-linear frequency tuning of the laser source - are investigated to contribute to a better understanding of the limiting mechanisms. Then we have tested the intensity and phase measurement performance of the developed setup. Later, we studied the optimal resolution conditions to characterize the modes in a multimode waveguide. We have also analyzed the uncertainty of the measurement of the chromatic dispersion of modes in case where it is impossible to determine whether one or several modes are present in a given dispersion curve. Additionally, we have introduced an adaptive time-frequency method, to obtain the dispersion curves with optimal resolution. This method allows us to show the versatility of the special RLDO multimode fiber (single-mode behavior under single-mode excitation at 1310 nm and 1550 nm). The analysis of the propagation in the optical fibers, associated with a model we have developed to study the behavior of multimode couplers, has permitted to explain encountered difficulties with the experiments of the multimode passive star network topology. This also gives insights to develop a functional prototype of network

The Internet of things (IoT) recently blossomed remarkably and has been transforming the everyday physical entities around us into an ecosystem of information that will enrich our lives in unimaginable ways. Authentication is one of the primary goals of security in the IoT and acts as the main gateway to a secure system which transmits confidential and/or private data.This thesis focuses on a Device-to-Device Mutual Authentication Protocol, designed for the smart home network, which is an essential component of communication in the Internet of Things(IoT). The protocol has been developed based on asymmetric cryptography to authenticate the devices in the network and for the devices to agree on a shared secret session key. In order to ensure the security of a communications session between the devices, the session keys are changed frequently - ideally after every communication session. The proposed scheme has been programmed in HLPSL, simulated and its efficiency verified using the SPAN/ AVISPA tool. When SPAN substantiates the protocol simulation and the attacker simulation, the back-ends of the AVISPA tool verifies the safety and security of the proposed authentication protocol. The thesis also evaluates the protocol's security against the attacks successful against protocols proposed by other researchers. / Graduate / 0544 / 0984 / 0537 / pwilson1@uvic.ca