Le but de cette thèse est de proposer des mécanismes efficaces pour l'ordonnancement des chunks et l'allocation de la bande passante dans le contexte de la transmission vidéo sur les réseaux P2P,afin d'offrir une meilleure qualité de service pour l'utilisateur final. Dans un premier temps nousavons proposé un mécanisme d'ordonnancement des chunks pour la transmission de vidéomulticouche dans les réseaux P2P. Le mécanisme proposé est basé sur une nouvelle technique quipermet de sélectionner les chunks adéquats et les demander des pairs les plus appropriés. Ensuitenous avons proposé un mécanisme d'allocation de la bande passante, toujours dans le cadre detransmission de vidéo multicouche dans les réseaux P2P. Le pair émetteur organise une enchère pour«vendre » sa bande passante. L'allocation tient en considération la priorité des pairs et l'importancedes couches demandées. Finalement nous avons proposé un mécanisme d'adaptation lisse « smooth» d'une vidéo multicouche transportée sur un réseau P2P.Après une introduction, nous présentons dans le chapitre 2 les motivations du travail le but du travailet les problèmes recherche qui demeurent. Dans ce chapitre nous présentons les composants dessystèmes P2P et tout particulièrement la distribution et l'adaptation de contenus. Dans ce cadre,nous proposons une classification des applications de streaming vidéo P2P ainsi que des mécanismesd'allocation de bande passante et d'ordonnancement pour le streaming pair-à-pair. Nous nousintéressons également aux techniques d'adaptation de la qualité en se focalisant plusparticulièrement sur la norme SVC (Scalable Video Coding).Le chapitre 3 propose des mécanismes de priorisation pour la planification de streaming P2P multicouches.Nous proposons une heuristique pour résoudre un problème général d'affectationgénéralisé (Generalized Assignment Problem – GAP). La solution présentée est ensuite adaptée aucas du streaming non multicouches. Les résultats issus des simulations montrent que les solutionsproposées donnent de meilleurs résultats que les solutions traditionnelles.Le chapitre 4 décrit un mécanisme d'allocation dynamique de la bande passante pour les réseaux destreaming P2P multicouches qui se base sur l'allocation d'une bande passante aux pairs tout enassurant un minimum de qualité de service à l'ensemble des pairs. Les bonnes performances desmécanismes proposés, qui sont détaillées à travers l'étude du ratio concernant l'utilisation de labande passante ainsi que du niveau de satisfaction des pairs, montrent que ces derniers permettentd'obtenir une utilisation optimale de la bande passante.Le chapitre 5 porte sur le lissage du streaming multicouches dans les réseaux P2P en se basant sur lesmétriques liées à la variation de la fréquence et de l'amplitude. Les mécanismes proposés ont étéimplémentés dans un banc d'essai réel et l'évaluation des performances montrent l'efficacité desmécanismes pour le lissage du streaming.Dans le chapitre 6 (conclusion and perspectives), nous résumons les contributions proposées danscette thèse ainsi qu’une ouverture sur les travaux futures / Recently we witnessed an increasing demand for scalable deployment of real-time multimediastreaming applications over Internet. In this context, Peer-to-Peer (P2P) networks are playing asignificant role for supporting large-scale and robust distribution of multimedia content to end-users.However, due to peers’ dynamicity, heterogeneity of terminals and access networks, the deploymentof real-time video streaming applications over P2P networks arises lot of challenges. Indeed, animportant issue in P2P overlays is the capacity to self-organize in the face of the dynamic behavior ofpeers in order to ensure content availability and continuity. In addition, the heterogeneity in networks,terminals, and P2P characteristics make the situation more challenging. In this context, layered videostreaming in P2P networks has drawn great interest to overcome these challenges, since it can notonly accommodate large numbers of users, but also handle heterogeneity of peers. However, there isstill a lack of comprehensive studies on video data blocks (chunks) scheduling and bandwidthallocation for the smooth playout in layered streaming over P2P networks.The aim of this thesis is to analyze these concerns and to propose an efficient real-time chunksscheduling and bandwidth allocation mechanisms for QoS provisioning of layered streamingapplications over P2P networks. Our contributions in this thesis are threefold. First, we propose ascheduling mechanism for layered P2P streaming. The proposed mechanism relies on a novelscheduling algorithm that enables each peer to select appropriate stream layers, along withappropriate peers to provide them. The presented mechanism makes efficient use of networkresources and provides high system throughput. Second, we propose a bandwidth allocation modelfor P2 layered streaming systems based on auction mechanisms to optimize the allocation of senderpeers’ uploads bandwidth. The upstream peers organize auctions to “sell” theirs items (links’bandwidth) according to bids submitted by the downstream peers taking into consideration the peerspriorities and the requested layers importance. The ultimate goal is to satisfy the quality levelrequirement for each peer, while reducing the overall streaming cost. Finally, we present a smoothingmechanism for layered streaming in P2P networks. The mechanism aims to reduce the number oflayer changes under varying network conditions, and ensure a smooth playout for the end-user.

Le problème de somme coloration minimum (MSCP) et le problème de coloration de bande passante (BCP) sont deux généralisations importantes du problème de coloration des sommets classique avec de nombreuses applications dans divers domaines, y compris la conception de circuits imprimés, la planication, l’allocation de ressource, l’affectation de fréquence dans les réseaux mobiles, etc. Les problèmes MSCP et BCP étant NP-difficiles, les heuristiques et métaheuristiques sont souvent utilisées en pratique pour obtenir des solutions de bonne qualité en un temps de calcul acceptable. Cette thèse est consacrée à des métaheuristiques hybrides pour la résolution efcace des problèmes MSCP et BCP. Pour le problème MSCP, nous présentons deux algorithmes mémétiques qui combinent l’évolution d’une population d’individus avec de la recherche locale. Pour le problème BCP, nous proposons un algorithme hybride à base d’apprentissage faisant coopérer une méthode de construction “informée” avec une procédure de recherche locale. Les algorithmes développés sont évalués sur des instances biens connues et se révèlent très compétitifs par rapport à l’état de l’art. Les principaux composants des algorithmes que nous proposons sont également analysés. / The minimum sum coloring problem (MSCP) and the bandwidth coloring problem (BCP) are two important generalizations of the classical vertex coloring problem with numerous applications in diverse domains, including VLSI design, scheduling, resource allocation and frequency assignment in mobile networks, etc. Since the MSCP and BCP are NP-hard problems, heuristics and metaheuristics are practical solution methods to obtain high quality solutions in an acceptable computing time. This thesis is dedicated to developing effective hybrid metaheuristic algorithms for the MSCP and BCP. For the MSCP, we present two memetic algorithms which combine population-based evolutionary search and local search. An effective algorithm for maximum independent set is devised for generating initial solutions. For the BCP, we propose a learning-based hybrid search algorithm which follows a cooperative framework between an informed construction procedure and a local search heuristic. The proposed algorithms are evaluated on well-known benchmark instances and show highly competitive performances compared to the current state-of-the-art algorithms from the literature. Furthermore, the key issues of these algorithms are investigated and analyzed.

Avec l’augmentation du nombre de cœurs, les problèmes de congestion sont commencé avec les interconnexions conventionnelles. Afin de remédier à ces défis, WiNoCoD projet (Wired RF Network-on-Chip Reconfigurable-on-Demand) a été initié par le financement de l’Agence Nationale de Recherche (ANR). Ce travail de thèse contribue à WiNoCoD projet. Une structure de contrôleur de RF est proposé pour l’interconnexion OFDMA de WiNoCoD et plusieurs algorithmes d’allocation de bande passante efficaces (distribués et centralisés) sont développés, concernant les demandes et contraintes très spécifiques de l’environnement sur-puce. Un protocole innovante pour l’arbitrage des sous-porteuses pour des longueurs bimodales de paquets sur-puce, qui ne nécessite aucun signalisation supplémentaire est introduit. Utilisation des ordres de modulation élevés avec plus grande consommation d’énergie est évaluée. / With rapidly increasing number of cores on a single chip, scalability problems have arised due to congestion and latency with conventional interconnects. In order to address these issues, WiNoCoD project (Wired RF Network-on-Chip Reconfigurable-on-Demand) has been initiated by the support of French National Research Agency (ANR). This thesis work contributes to WiNoCoD project. A special RF controller structure has been proposed for the OFDMA based wired RF interconnect of WiNoCoD. Based on this architecture, effective bandwidth allocation algorithms have been presented, concerning very specific requirements and constraints of on-chip environment. An innovative subcarrier allocation protocol for bimodal packet lengths of cache coherency traffic has been presented, which is proven to decrease average latency significantly. In addition to these, effective modulation order selection policies for this interconnect have been introduced, which seeks the optimal delay-power trade-off.

Les réseaux sans fil multisauts présentent un certain nombre d'intérêts car ils n'ont pas besoin d'infrastructure fixe, sont peu coûteux et sont simples d'utilisation. Le mode DCF de IEEE 802.11 est souvent utilisé comme le protocole d'accès au canal pour les nœuds dans ces réseaux. Un avantage de ce protocole est qu'il est facile à implémenter. Pourtant, ses performances dépendent de deux facteurs importants : le partage du canal sans fil et les collisions entre paquets provenant des nœuds cachés. L'évaluation de ces paramètres est donc importante afin d'améliorer la performance de ce protocole. La première partie de la thèse est consacrée à l'évaluation de la bande passante disponible. C'est un paramètre qui est souvent utilisé pour le contrôle d'admission ou pour le routage dans ces réseaux. Dans la littérature, il existe de nombreuses méthodes qui permettent d'estimer la bande passante disponible sur un lien sans fil. Pourtant, ces méthodes ne prennent pas en compte la notion de retransmission qui est définie dans IEEE 802.11 et qui a clairement des impacts sur la bande passante disponible. Nous proposons donc une nouvelle méthode passive, appelée RABE (Retransmission-based Available Bandwidth Estimation). Notre méthode se base principalement sur des informations locales qui peuvent être détectées par chaque nœud du lien. Nous évaluons également la probabilité de collisions non conditionnelle des paquets provenant des nœuds cachés via un modèle analytique. Cette probabilité nous permet d'estimer le nombre moyen de retransmissions qui est ensuite utilisé pour évaluer d'autres paramètres utilisé par RABE. Les simulations réalisées avec le simulateur ns2.33 montrent que notre méthode produit des résultats plus précis que d'autres méthodes existantes / The first part of the thesis is devoted to the evaluation of the available bandwidth. This is a parameter that is often used for admission control in these networks. In the literature, there are many methods for estimating the available bandwidth on a wireless link. However, these methods do not take into account the concept of retransmission which is defined in IEEE 802.11 and have clear impacts on the available bandwidth. We propose therefore a new passive method called RABE (Retransmission-based Available Bandwidth Estimation). Our method is based mainly on local information that can be detected by each node. We also evaluate the unconditional collision probability of packets from hidden nodes via an analytical model. This probability allows us to estimate the average number of retransmissions, which is then used to evaluate other parameters used by RABE. The simulations performed with the simulator ns2.33 show that our method produces more accurate results than other existing solutions. In the second part, we focus on the distribution of idle periods of a node that is often used to evaluate the performance of wireless networks based on IEEE 802.11. The problem is that there are different assumptions for this distribution in literature. We first characterize different types of idle periods in some fundamental scenarios such as the scenario as asymetric hidden stations and the scenario of flow in the middle. We then generalize these types of idle periods for relatively highly loaded networks. The obtained simulation results in ns2.33 are similar to our proposed model. This work also brings out that these distributions are multimodal, unlike what is often assumed in the literature

Ce travail de thèse s'inscrit dans un pro jet inter-Carnot intitulé TEROPP (Technologies for TERminals in OPPortunistic radio applications) financé par l'ANR de 2008 à 2011. L'objectif de ce projet était de concevoir les éléments clés d'un terminal reconfigurable adapté à la radio cognitive. Les travaux ont porté depuis les antennes jusqu'à l'aspect réseaux. Les travaux décrits dans cette thèse sont focalisés sur le "frontal" RF agile en fréquences multi-voies et s'intéresse plus particulièrement à la numérisation d'un signal large-bande via une architecture multi-voies. Nous avons proposé et étudié une nouvelle architecture basée sur la technique de banc de filtres hybride (BFH). Un BFH est une architecture parallèle à sous-échantillonnage qui met en jeu de l'analogique, i.e. des filtres analogiques et des convertisseurs analogique-numériques ainsi que du traitement numérique. L'originalité de l'architecture proposée est d'utiliser des filtres à échantillonnage de charge passe-bande pour les filtres analogiques. Ces filtres ont l'avantage d'être facilement intégrables en CMOS et reconfigurables. Une telle architecture devrait permettre de convertir une bande très large, tout en limitant la complexité et la consommation et offre des possibilités de reconfigurabilité en termes de bande reçue et résolution.

L'objectif de cette thèse vise à l'étude d'un laser à cavité étendue et/ou filtre optique, dont le miroir externe est un réseau de Bragg à pas variable linéairement. En ce qui concerne le milieu à gain dans le résonateur, l'amplificateur optique à semiconducteur (SOA, Semiconductor Optical Amplifier) peut offrir toutes les caractéristiques et avantages classiques et typiques tels que large bande passante spectrale de 50 nm, faible consommation, haute rapidité de commutation électro-optique etc.... Par conséquent, ce type de laser et/ou filtre optique offre de nombreuses applications intéressantes dans le domaine des télécommunications optiques.Dans cette recherche, les premiers travaux sont la conception de la cavité continuum passive à l'aide d'un réseau de Bragg à pas variable. A l'intérieur de cette cavité continuum, formée entre un miroir et un réseau de Bragg chirpé, toutes les longueurs d'onde de Bragg oscillent simultanément ; la phase après un aller-retour de chaque longueur d'onde doit rester constante. La largeur de bande passante du spectre de transmission peut être ajustée dans la bande C (entre 1525 nm et 1565 nm) pour répondre aux besoins des systèmes de multiplexage en longueur d'onde (WDM, Wavelength-Division Multiplexing). On appliquera dans un premier temps ce concept de cavité continuum à la conception et la réalisation d'un filtre optique à bande passante variable. Puis dans un deuxième temps on rajoute un amplificateur optique à semi-conducteur (SOA) dans cette cavité pour réaliser un laser dit continuum. On s'attend à une émission sur un large spectre défini par la bande de réflexion du réseau chirpé. Le contrôle et la compréhension des phénomènes liés à cette émission lumineuse feront l'objet de cette étude. La cavité laser dite continuum sera étudiée en régime d'injection optique. L'idée est d'utiliser cette source comme amplificateur résonant fonctionnant en régime d'injection locking. La contribution dans cette thèse couvre à la fois la modélisation numérique, et les manipulations expérimentales. La conception du filtre ainsi que des mesures expérimentales de validation ont été complètement réalisés sur une structure hybride constituée d'une cavité à fibre optique incluant les réseaux de Bragg. Un bon accord entre théorie et expérience a été obtenu. Par contre, les calculs ont montré qu'un filtre optique intégré sur semi-conducteur utilisant ce concept de cavité n'avait pas d'intérêt. Les propriétés spectrales du filtre réalisé montrent en effet qu'on ne pourra obtenir qu'un faible taux de réjection et une qualité médiocre de forme de filtre en version intégrée. La réalisation expérimentale d'une cavité laser continuum a pu être démontrée et les propriétés spectrales enregistrées. En particulier une émission laser avec une largeur de spectre de 10 nm a été observée. Même si il reste un grand travail de caractérisation et de modélisation pour comprendre totalement les mécanismes qui gouvernent le fonctionnement d'une telle structure, c'est un résultat totalement nouveau que l'on a obtenu ici. Cette structure a par ailleurs été testée en régime d'injection optique. Un fonctionnement d'injection locking est obtenu qui permet à cette structure de jouer le role d'amplificateur à faible bruit.

Ces travaux concernent la modélisation et l'analyse de performances du trafic et des applications multimédia dans les réseaux hétérogènes. Le trafic IP agrégé et les applications audio, vidéo et données sont étudiés. Cette étude nous conduit à proposer un modèle générique et hiérarchique pour la représentation des sources de trafics multimédia qui permet de décrire les applications multimédia d'une façon simple, précise et générique. Le modèle générique est implémenté et constitue le noyau d'un outil de modélisation et simulation des sources de trafics. Une caractérisation du trafic IP issu d'applications multimédia est conduite en utilisant les modèles développés avec cet outil. Particulièrement, la problématique de la modélisation des sources de trafics agrégées est adressée, et des modèles agrégés simples sont déduites pour la superposition des sources de trafics audio, vidéo et données. Le trafic agrégé de type TCP présente des propriétés statistiques variables en fonction du taux de pertes de paquets sur le réseau à cause du contrôle en boucle fermée imposé par TCP. Un nouveau modèle analytique du protocole TCP basé sur la théorie différentielle du trafic est ensuite proposé. Ce modèle permet une représentation fiable du trafic TCP tout en étant très performant sur les réseaux à grande échelle. Finalement, une extension de l'architecture du protocole SIP est présentée afin de permettre une gestion de la qualité d service au niveau session. Les mécanismes proposés reposent sur l'ordonnancement stochastique des sessions et l'allocation de la bande passante par des approches d'évaluation de bande passante équivalente. Cette dernière technique rend possible l'utilisation des formules d'Erlang dans les réseaux à commutation de paquets

Avec l’augmentation du nombre de cœurs, les problèmes de congestion sont commencé avec les interconnexions conventionnelles. Afin de remédier à ces défis, WiNoCoD projet (Wired RF Network-on-Chip Reconfigurable-on-Demand) a été initié par le financement de l’Agence Nationale de Recherche (ANR). Ce travail de thèse contribue à WiNoCoD projet. Une structure de contrôleur de RF est proposé pour l’interconnexion OFDMA de WiNoCoD et plusieurs algorithmes d’allocation de bande passante efficaces (distribués et centralisés) sont développés, concernant les demandes et contraintes très spécifiques de l’environnement sur-puce. Un protocole innovante pour l’arbitrage des sous-porteuses pour des longueurs bimodales de paquets sur-puce, qui ne nécessite aucun signalisation supplémentaire est introduit. Utilisation des ordres de modulation élevés avec plus grande consommation d’énergie est évaluée. / With rapidly increasing number of cores on a single chip, scalability problems have arised due to congestion and latency with conventional interconnects. In order to address these issues, WiNoCoD project (Wired RF Network-on-Chip Reconfigurable-on-Demand) has been initiated by the support of French National Research Agency (ANR). This thesis work contributes to WiNoCoD project. A special RF controller structure has been proposed for the OFDMA based wired RF interconnect of WiNoCoD. Based on this architecture, effective bandwidth allocation algorithms have been presented, concerning very specific requirements and constraints of on-chip environment. An innovative subcarrier allocation protocol for bimodal packet lengths of cache coherency traffic has been presented, which is proven to decrease average latency significantly. In addition to these, effective modulation order selection policies for this interconnect have been introduced, which seeks the optimal delay-power trade-off.

L'échange des images médicales est l'un des obstacle majeurs dans une application de télémédecine vu le grand volume de ces images et la limitation des la bande passante allouée à cette application. Pour contourner ce problème, nous adoptons un nouveau protocole de transmission des images médicales qui consiste à réduire l'image avant de l'emettre et à l'agrandir lors de la réception (protocole " REPro": Réduction Expansion Protocole / The exchang of medical exchange is one of the major obstacles in a telemedicine

L'échographie est un outil de diagnostic largement utilisé grâce à des vertus telles que l'acquisition / traitement de données en temps réel, la facilité d'utilisation et la sécurité pour le patient / praticien pendant l'examen. Cependant, comparée à d'autres méthodes d'imagerie telles que la tomographie à rayons X et l'imagerie par résonance magnétique, l'échographie présente l'inconvénient de fournir une qualité d'image relativement basse. Dans cette thèse, nous étudions une méthode capable d'augmenter la qualité d'image, permettant ainsi de meilleurs diagnostics échographiques. Afin d'augmenter le rapport signal / bruit des signaux reçus, nous proposons d'utiliser des signaux modulés en fréquence (chirps). Pour éviter l'effet négatif de la bande passante limitée de la sonde, nous modulons en amplitude les signaux d'excitations afin d'augmenter l'énergie du signal dans les bandes de fréquences où la sonde est moins efficace. Pour compresser l'énergie des échos, nous utilisons des filtres de Wiener afin d'obtenir un bon compromis résolution spatiale / stabilité du bruit. Nous combinons cette méthode appelée REC (Resolution Enhancement Technique) avec l’imagerie ultrarapide. Nous montrons des résultats simulés et expérimentaux (in-vitro, ex-vivo et in-vivo) prometteurs. De plus, nous adaptons REC afin de compenser l'effet d'atténuation tissulaire. Cette amélioration est validée expérimentalement sur des phantoms. Nous adaptons également REC à la propagation non linéaire des ondes ultrasonores, en proposant une technique d'inversion d'impulsions qui utilise REC pour fournir une meilleure résolution et un meilleur rapport contraste / bruit. Ensuite, nous appliquons REC à différents schémas d’acquisition tels que les ondes divergentes et la transmission multi-lignes (MLT). Nous montrons également que la qualité d’image peut être augmentée davantage en tenant compte de la réponse impulsionnelle spatiale de la sonde lorsque REC et MLT sont combinés / Ultrasound imaging is a diagnostic tool widely used thanks to such virtues as real-time data acquisition / processing, ease of use and safety for the patient / practitioner during examination. However, when compared to other imaging methods such as X-ray tomography and Magnetic Resonance Imaging, the echography has the disadvantage to provide relatively low image quality. In this thesis, we study a method that is able to increase the ultrasound image quality, thus paving the way towards improved diagnostics based on echography and novel ultrasound applications. In order to increase the echo signal to noise ratio of the received signals, we propose to use linear frequency modulated signals, also called chirps. To avoid the negative effect of the bandlimited acquisition probe, we apply a pre-enhancement step on the probe excitation signals in order to boost the signal energy in the frequency bands where the probe is less efficient. To compress the echo energy in reception, we use Wiener filters that allow obtaining a good trade-off between the spatial resolution and noise stability. We apply the previously detailed pipeline, also called REC (Resolution Enhancement Technique) on ultrafast imaging schemes. We show promising results in simulation and in-vitro, ex-vivo, in-vivo acquisitions. Furthermore, we adapt REC in such way that the frequency dependent tissue attenuation effect is compensated for. This improvement is validated in simulation and phantom experiments. We also adapt REC to the nonlinear propagation of ultrasound waves, by proposing a pulse inversion technique that uses REC to provide a better image resolution and contrast to noise ratio. Then, we demonstrate the generality of the REC method by applying it to different acquisition schemes such as diverging wave compounding and Multi Line Transmit (MLT). We also show that the image quality can be increased more by taking into account the spatial impulse response of the ultrasound probe when REC and MLT are combined