Les systèmes embarqués communicants sont de plus en plus présents dans notre environnement quotidien sous formes de PDA, téléphones portables, etc. Ces sytèmes se doivent d'être ouverts afin de pouvoir accueillir de nouvelles applications tout au long de leur cycle de vie. Ils possèdent alors des contraintes fortes de types qualité de service, sécurité, tolérance aux fautes, etc. La programmation à base de composants apparaît comme une solution prometteuse pour le développement de tels systèmes. Cependant, un des frein à l'adoption de ce type de programmation est que les modèles à composants n'intègrent pas les aspects de gestion de qualité de service. <br />Ce travail de thèse présente une architecture de gestion de qualité de service pour les systèmes embarqués mobiles à composants. Cette architecture, appelée Qinna, est définie à l'aide de composants Fractal et permet la mise en œuvre, ainsi que la gestion dynamique, de contrats de qualité de service entre les différents composants d'un système. L'originalité de l'approche proposée permet de prendre en compte la qualité de service quelque soit le niveau considéré du système (niveau applicatif, niveau services, niveau système d'exploitation et niveau ressources).<br />L'architecture Qinna a été validée par une évaluation qualitative à base de patrons génériques d'architecture, puis par une évaluation quantitative permettant de montrer que le coût de l'architecture reste faible.<br />Le travail réalisé ouvre de nombreuses perspectives de recherche notamment celle de généraliser l'approche utilisée (définition d'une architecture abstraite de composant pour la prise en charge de la gestion d'une propriété non-fonctionnelle, ici la QdS) à d'autres propriétés non-fonctionnelles (par exemple la sécurité ou la tolérance aux fautes), et d'en tirer des conclusions sur la définition et la génération de conteneurs ouverts.

Les réseaux sans fil constituent de plus en plus une technologie émergente permettant à ses utilisateurs<br />un accès à l'information et aux services électroniques indépendamment de leurs positions<br />géographiques. Le succès de ce type de réseaux est suscité par un grand intérêt de la part des particuliers,<br />des entreprises et du milieu industriel. Les débits atteints actuellement avec les réseaux<br />sans fil rendent possible le transfert de flux multimédia soumis à de fortes contraintes. Ainsi, le<br />respect de certaines contraintes telles que la bande passante, le délai ou encore le taux de pertes<br />de paquets devient primordial. Cependant, les solutions qui ont été introduites dans le monde des<br />réseaux filaires deviennent inadaptées pour des réseaux utilisant un médium radio partagé sans aucune<br />administration centralisée.<br />Dans ce cadre, plusieurs travaux concernant l'étude de la qualité de service (QoS) dans les réseaux<br />sans fil et notamment les réseaux ad hoc ont été réalisés afin de définir des modèle de QoS, des protocoles<br />d'accès au médium, des protocoles de routage avec QoS et des protocoles de signalisation. Pour<br />cela, notre premier objectif a été l'étude des différents mécanismes de QoS. Ce travail se place donc,<br />dans le cadre de la QoS et la proposition de mécanismes permettant d'offrir des solutions optimales<br />à des applications sensibles à certains facteurs de QoS. L'autre contribution de ce travail se situe<br />dans l'intégration du concept de l'ingénierie du trafic dans les réseaux ad hoc. En effet, ce concept<br />nous a permis de proposer des mécanismes offrant des services différenciés afin d'assurer la QoS dans<br />ces réseaux. De même, nous avons proposé de nouveaux mécanismes d'ordonnancement dans le but<br />de gérer les différents types de flux passant par la couche MAC du standard IEEE 802.11. Enfin, la<br />dernière contribution a été la proposition de solutions d'équilibrage de charge, d'ingénierie de trafic<br />et la validation des différents résultats par le biais de simulations et de preuves mathématiques.

通訊網路使用網路聚合（Network Convergence）的策略，以此提供一個開放的服務平台，ALL-IP網路，因ALL-IP網路是以封包交換網路承載各類服務[1]，所以不容易保證服務品質。一個經常被採用的方式是使用資源保留（Resource Reservation）方式以保證服務品質，但服務可能會因失約或未依約沒有充分運用所保留之資源而導致資源閒置、降低網路資源使用率。為了要提高資源使用率，營運者必須要有解決的方法，以提高整體資源使用的效能。 本研究提出一個有效使用資源的概念—超額允入（Over-Admission），超額允入的意義是讓允入控制機制允入比所擁有的資源量還要多的訊務量，以增加資源使用的效能。但是超額允入訊務之後，Admission Controller可能會允入過多訊務造成溢流（Overflow）。這會使系統效能下降，所以網路管理者必須要找出合適的允入量以提高系統整體效能。 本研究建立分析模型係以供計算最佳允入量，並以模擬進行模型驗證與效能評估，經由實驗結果可以驗證本分析模型相當準確而超額允入的確可以大幅提高資源使用率。 / The telecommunication industry is moving toward a converged network, which uses a single global IP based packet-switched network, which uses a single global IP based packet-switched network to carry all types of network services, the quality of service cannot be fully guaranteed [1]. One of the popular methods to guarantee the quality of service is to use resource reservation. This kind of methods, however, might cause resource underutilization because the resource requesters may not show up or, even if does, it does not fully utilize the reserved resources. In order to enhance the efficiency of resource utilization, this study proposed an efficient resource utilization concept, that is, over-admission. Over-admission, in which the admission controller may admit more traffic volume than what it can allowed. Even though over-admission is effective, it has its own problems: the admission controller may admit too excessive traffic to impair the system performance. In order to maintain system performance, it is important for the network administrators to find out the appropriate admitted amount that does not cause excessive overflow. In this thesis, an analysis model is constructed to estimate the optimal admitted traffic amount under various traffic conditions. Then, simulation is conducted to verify this model and to evaluate the performance of our proposed method. The results reveal that this analysis model can improve the efficiency of resource utilization.

Gemeinsamer Workshop von Universitaetsrechenzentrum und Professur Rechnernetze und verteilte Systeme der Fakultaet fuer Informatik der TU Chemnitz. Der Dynamic Traffic Shaper erlaubt ein dynamisches Bandbreiten-Management von begrenzten Netzzugängen unter Zuhilfenahme der Quality-of-Service-Möglichkeiten des Linux-Kerns. Er wird typischerweise auf einem Router, der das gemanagete lokale Netz mit dem Internet verbindet, eingesetzt. Nutzer dieses Netzes werden anhand ihrer Transfervolumina für eine gewisse Zeit in verschiedene Nutzergruppen mit unterschiedlichen Bandbreiten eingeordnet. Damit soll sichergestellt werden, dass über einen bestimmten Zeitraum nur ein festgelegtes Datenvolumen verursacht werden kann. In diesem Vortrag werden die aktuellen Entwicklungen beim Einsatz im Chemnitzer Studentennetz aufgezeigt.

Das Chemnitzer StudentenNetz (CSN) setzt seit mehreren Jahren ein System zur automatischen Regelung der Bandbreite ("DynShaper") basierend auf den Grundlagen der Diplomarbeit von Jan Horbach "Dynamische Bandbreitenbeschränkung mit QoS" ein. Aufgrund der weiterhin bestehenden Notwendigkeit zum Einsatz dieses Systems, ist es nötig die DynShaper-Software zu überarbeiten, um ihre Implementierung an die Standards des CSN anzupassen und die unvollständige Dokumentation zu ergänzen. Hauptaugenmerk liegt dabei auf der Integration des Systems in die bestehende Softwarearchitektur des CSN und der Schaffung einer modularen Implementierung zur Evaluierung anderer Berechnungsverfahren.

The increasing number of delay and loss critical services in packet networks require differentiated packet handling in the forwarding plane. Quality of Service (QoS) guarantees can be given for networks using resource reservation and admission control. However, such strategies require complex control plane extensions and might lead to higher operation expenditures. Network operators therefore often use over-provisioning and traffic differentiation to offer cheaper class of service quality in their internet protocol (IP) packet networks. Priority marking and forwarding of packetized data traffic can be realized mainly using different layer two and three mechanisms. The number of differentiated classes and their autonomous system (AS) internal implementation is at the operator’s choice. This paper proposes a concept of cross-domain and cross-layer priority signaling between packet switched networks to be used at the inter-AS peering points. It makes use of the Border Gateway Protocol (BGP) as the predominantly used routing protocol for AS peering communication. A new BGP-4 path attribute is used to convey the structured priority information. The new concept ensures that all receiving AS peers are consistently and comprehensively informed about the QoS handling within the IP prefix originating AS. Based on this information, all ASes can perform close QoS treatment approximation in a cross-domain and cross-layer manner. The approach is now work in progress at the IETF.

Rapidly increasing transistor densities have led to the emergence of richly-integrated substrates in the form of chip multiprocessors and systems-on-a-chip. These devices integrate a variety of discrete resources, such as processing cores and cache memories, on a single die with the degree of integration growing in accordance with Moore's law. In this dissertation, we address challenges of scalability and quality-of-service (QOS) in network architectures of highly-integrated chips. The proposed techniques address the principal sources of inefficiency in networks-on-chip (NOCs) in the form of performance, area, and energy overheads. We also present a comprehensive network architecture capable of interconnecting over a thousand discrete resources with high efficiency and strong guarantees. We first show that mesh networks, commonly employed in existing chips, fall significantly short of achieving their performance potential due to transient congestion effects that diminish network performance. Adaptive routing has the potential to improve performance through better load distribution. However, we find that existing approaches are myopic in that they only consider local congestion indicators and fail to take global network state into account. Our approach, called Regional Congestion Awareness (RCA), improves network visibility in adaptive routers via a light-weight mechanism for propagating and integrating congestion information. By leveraging both local and non-local congestion indicators, RCA improves network load balance and boosts throughput. Under a set of parallel workloads running on a 49-node substrate, RCA reduces on-chip network latency by 16%, on average, compared to a locally-adaptive router. Next, we target NOC latency and energy efficiency through a novel point-to-multipoint topology. Ring and mesh networks, favored in existing on-chip interconnects, often require packets to go through a number of intermediate routers between source and destination nodes, resulting in significant latency and energy overheads. Topologies that improve connectivity, such as fat tree and flattened butterfly, eliminate much of the router overhead, but require non-minimal channel lengths or large channel count, reducing energy-efficiency and/or performance as a result. We propose a new topology, called Multidrop Express Channels (MECS), that augments minimally-routed express channels with multi-drop capability. The resulting richly-connected NOC enjoys a low hop count with favorable delay and energy characteristics, while improving wire utilization over prior proposals. Applications such as virtualized servers-on-a-chip and real-time systems require chip-level quality-of-service (QOS) support to provide fairness, service differentiation, and guarantees. Existing network QOS approaches suffer from considerable performance and area overheads that limit their usefulness in a resource-limited on-die network. In this dissertation, we propose a new QOS scheme called Preemptive Virtual Clock (PVC). PVC uses a preemptive approach to provide hard guarantees and strong performance isolation while dramatically reducing queuing requirements that burden prior proposals. Finally, we introduce a comprehensive network architecture that overcomes the bottlenecks of earlier designs with respect to area, energy, and QOS in future highly-integrated chips. The proposed NOC uses a topology-centric QOS approach that restricts the extent of hardware QOS support to a fraction of the network without compromising guarantees. In doing so, network area and energy efficiency are significantly improved. Further improvements are derived through a novel flow-control mechanism, along with switch- and link-level optimizations. In concert, these techniques yield a network capable of interconnecting over a thousand terminals on a die while consuming 47% less area and 26% less power than a state-of-the-art QOS-enabled NOC. The mechanisms proposed in this dissertation are synergistic and enable efficient, high-performance interconnects for future chips integrating hundreds or thousands of on-die resources. They address deficiencies in routing, topologies, and flow control of existing architectures with respect to area, energy, and performance scalability. They also serve as a building block for cost-effective advanced services, such as QOS guarantees at the die level. / text

ITC/USA 2013 Conference Proceedings / The Forty-Ninth Annual International Telemetering Conference and Technical Exhibition / October 21-24, 2013 / Bally's Hotel & Convention Center, Las Vegas, NV / The focus of this work is the development of a complete network architecture to enhance telemetry performance using a mobile base station (MBS). The present study proposes a means of enabling both the mobile ad-hoc network (MANET) and a cellular network to operate simultaneously within the same spectrum. In this paper the application of a modified k-means clustering to organize several hundred TAs in a complex network environment is presented. A mobile base station is added to the network to locate the congested area and support the network but positioning itself in the mixed network environment. A scenario with two base stations (one mobile and one stationary) is simulated and results are presented. It is observed that use of an additional mobile base station could greatly increase the quality of communication by providing uniform distribution of node traffic and interference across the clusters in a complex telemetry environment with several hundred TAs.

The intent of this report is to expose the audience to the contemporary organization of the Internet and to highlight the challenges it has to deal with in the future as well as the current efforts being made to overcome such threats. This report aims to build a frame of reference for how the Internet is currently structured and how the different layers interact together to make it possible for the Internet to exist as we know it. Additionally, the report explores the challenges the current Internet architecture design is facing, the reasons why these challenges are arising, and the multiple efforts taking place to keep the Internet working. In order to reach these objectives I visited multiple sites of organizations whose only reason for existence is to support the Internet and keep it functioning. The approach used to write this report was to research the topic by accessing multiple technical papers extracted from the IEEE database and network conferences reviews and to analyze and expose their findings. This report utilizes this vii information to elaborate on how network engineers are handling the challenges of keeping the Internet functional while supporting dynamic requirements. This report exposes the challenges the Internet is facing with scalability, the existence of debugging tools, security, mobility, reliability, and quality of service. It is explained in brief how each of these challenges are affecting the Internet and the strategies in place to vanquish them. The final objectives are to inform the reader of how the Internet is working with a set of ever changing and growing requirements, give an overview of the multiple institutions dedicated to reinforcing the Internet and provide a list of current challenges and the actions being taken to overcome them. / text

Η μερική αντικατάσταση των παραδοσιακών ενσύρματων επικοινωνιών από ασύρματες οδήγησε στην ανάγκη για κατάλληλη σχεδίαση των ασύρματων δικτύων, ώστε να υποστηρίζουν τα απαιτούμενα επίπεδα ποιότητας. Η προσφερόμενη ποιότητα περιορίζεται σίγουρα από φυσικά εμπόδια όπως τα όρια που έθεσε ο Shannon, αλλά και από την περιορισμένη γνώση μας στην εκπομπή και διάδοση κυμάτων. Η διαρκής βελτίωση της ικανότητας των ασύρματων δικτύων να προσφέρουν υψηλής ποιότητας υπηρεσίες είναι όμως γεγονός και οφείλεται σε δύο βασικούς ερευνητικούς άξονες, αυτόν που εφευρίσκει νέες μεθόδους επικοινωνίας (διαμόρφωση, κωδικοποίηση, πολυπλεξία, κεραίες κ.α.) και αυτόν που προσπαθεί να βελτιώσει τη διαχείριση των ήδη υπαρχόντων πόρων. Η παρούσα διατριβή προσφέρει επιστημονικές ιδέες και μοντέλα, που έχουν σαν σκοπό την καλύτερη διαχείριση των πόρων. Τα παραδοσιακά αλλά και τα μοντέρνα δίκτυα κινητής τηλεφωνίας έχουν κατακλύσει την αγορά. Η λειτουργία τους όμως, παραμένει να κινείται στα πλαίσια συμβιβασμών, προσφέροντας χαμηλή ποιότητα υπηρεσίας. Η είσοδος των ασύρματων δικτύων υπολογιστών στην αγορά, ως ανταγωνιστές παροχής κλασικών υπηρεσιών (υπηρεσία φωνής και υπηρεσία δεδομένων), δίνει μια ώθηση αναπροσαρμογής των στόχων των δικτύων κινητής τηλεφωνίας. Οι προτεινόμενοι αλγόριθμοι διαχείρισης των δικτύων αυτών προσφέρουν καλύτερη ποιότητα υπηρεσιών με αλλαγή μεμονωμένων μόνο τμημάτων του δικτύου, χωρίς την ασύμφορη ολική επανασχεδίασή του. Αποτελούν δηλαδή πρακτικές λύσεις για την αποδοτικότερη λειτουργία των ήδη εγκατεστημένων δικτύων. Από την άλλη πλευρά, η ανερχόμενη τεχνολογία των ασύρματων δικτύων υπολογιστών βρίσκεται περισσότερο σε ανταγωνισμό με τα κλασικά ενσύρματα δίκτυα υπολογιστών. Το πλεονέκτημα της ελεύθερης κίνησης μετατρέπεται σε δυσβάσταχτο περιορισμό όταν η σύγκριση ποιότητας των δύο δικτύων είναι αναπόφευκτη. Για το λόγο αυτό, υπάρχει η μεγάλη ανάγκη τα ασύρματα δίκτυα να γίνουν ανταγωνιστικά των ενσύρματων και κυρίως να παρέχουν ποιότητα ικανού επιπέδου, ώστε οι διάφορες υπηρεσίες να μπορούν να λειτουργήσουν ανεπηρέαστες από την χρήση του ασύρματου καναλιού. Οι προτεινόμενοι αλγόριθμοι σε αυτόν τον τομέα αποσκοπούν στην βελτίωση της λειτουργίας των ασύρματων δικτύων με τελικό σκοπό την εξασφάλιση επιπέδων ποιότητας. Για την μελέτη των ασύρματων δικτύων κινητής τηλεφωνίας και υπολογιστών και την εξαγωγή συμπερασμάτων απαιτούνται αναλυτικές μέθοδοι περιγραφής και εξομοιώσεις των δικτύων αυτών ώστε να γίνουν και οι κατάλληλες συγκρίσεις της προσφερόμενης ποιότητας. Ο τομέας αυτός της επιστήμης είναι διαρκώς ενεργός καθώς νέες τεχνικές και αναλύσεις προτείνονται συνεχώς. Με στόχο την ανάλυση και την εξομοίωση των προηγούμενα αναφερθέντων αλγορίθμων αναπτύχθηκε ένας αριθμός τεχνικών, που αποτελούν αναπόσπαστο τμήμα της διατριβής αυτής. Στα πλαίσια της διατριβής αυτής και συγκεκριμένα στο τμήμα μελέτης της επίδοσης των δικτύων, προτείνεται η μετατροπή μη γραμμικών αλυσίδων Markov σε γραμμικές, για χρήση σε προβλήματα κίνησης ταυτόχρονων πολλαπλών υπηρεσιών. Η προτεινόμενη μεθοδολογία οδηγεί σε ταχύτατο υπολογισμό της αλυσίδας με τη χρήση μιας προσέγγισης. Παράλληλα, αναλύεται ο χρόνος διαμονής και ο εναπομένων χρόνος διαμονής σε μια κυψέλη. Η ανάλυση γίνεται εκ του μηδενός και με χρήση βασικών στοχαστικών μοντέλων, ενώ το αποτέλεσμα καταλήγει σε κατανομή gamma, κάτι που είχε ήδη παρατηρηθεί από πειράματα στην βιβλιογραφία. Στη συνέχεια κατασκευάζεται ένα ντετερμινιστικό μοντέλο εξομοίωσης που μπορεί να εφαρμοστεί εύκολα μέσω ενός χάρτη σε κάθε πόλη με ορθογώνια δόμηση. Στο τμήμα των δικτύων κινητής τηλεφωνίας προτείνεται ένας αλγόριθμος διαχείρισης και αποδοχής κλήσεων που προκαλεί μεταπομπές συστήματος (system initiated handover). Η χρήση των μεταπομπών αυτών επιφέρει μεταβλητή χωρητικότητα (soft capacity) σε μια ομάδα κυψελών με αποτέλεσμα την αποδοτικότερη διαχείριση πόρων σε περιπτώσεις άνισης κατανομής κίνησης. Ένας άλλος αλγόριθμος προτείνεται για διαρκή διαπραγμάτευση (real-time negotiation) ποιότητας μεταξύ του δικτύου και του χρήστη με αποτέλεσμα την καλύτερη οργάνωση και διαχείριση των πόρων. Αποδεικνύονται η δυνατότητα χρήσης του αλγορίθμου σε πραγματικό χρόνο και τα οφέλη που αποκομίζονται από αυτήν. Στο τμήμα ασύρματων δικτύων υπολογιστών προτείνεται ένα νέο πρωτόκολλο πρόσβασης μέσου, για χρήση στα ασύρματα τοπικά δίκτυα. Το πρωτόκολλο αυτό είναι πλήρως κατανεμημένο (μπορεί να χρησιμοποιηθεί και σε αυτοοργανονούμενα δίκτυα - ad hoc), ενώ προσφέρει τη δυνατότητα παροχής διαφορετικών επιπέδων ποιότητας, από άριστη ποιότητα για κλήσεις πραγματικού χρόνου μέχρι ποιότητα καλύτερης δυνατής προσπάθειας (best effort). Επίσης προτείνονται αλγόριθμοι βελτίωσης των ασύρματων δικτύων αισθητήρων. Αναλύεται συγκεκριμένα ο αυτόματος εντοπισμός κόμβων με χρήση τριγωνισμού και μεταβλητής ισχύος σημάτων-φάρων και η εξοικονόμηση ενέργειας με χρήση συστημάτων πολλαπλών κεραιών (MIMO). / The trend of replacing the traditional wired communications with their wireless counterparts led to the need for better design and organization of wireless networks so as to provide the necessary Quality of Service (QoS) levels. The offered QoS is bounded by Shannon’s limit and from the limitation of human knowledge on the wireless channel matters. However, the constant improvement of network performance is a fact based on two parallel scientific axes, the one that provides new communication techniques (modulation, coding, multiple access, antennas, etc) and the one that handles the already invented methods in an optimized manner. This thesis offers new scientific ideas and models for better resource management of wireless networks. Traditional and modern mobile telephone networks have occupied the market. Nevertheless, their functionality is still based on compromising of offered quality with the needs of a two-way voice application. Wireless computer networks appear in the market as contenders of voice service, acting like a threat to telephone networks. The proposed models for the mobile telephone networks provide solutions for improving overall QoS by altering only minor parts of these already-installed networks. On the other hand, the advancement of the wireless technology gives rise to visions of the so called Broadband Wireless Access. Computer Networks are expected to offer global roaming and provide traditional services over the IP protocol. In this context, QoS is necessary for guaranteeing service levels of quality. The proposed models in this part are focused in offering acceptable quality levels over the wireless channel for these services. The performance analysis of wireless networks requires the use of analytical approaches and simulation of these networks in order to assess the final offered quality. This section of science is constantly developing since new methods and techniques are applied to different parts of research. Through the procedure of analyzing the wireless networks in this thesis, a number of new techniques have been invented which constitute an important part of it. In terms of network traffic description, a new transformation of nonlinear markov chain to linear is proposed. By means of this transformation, the calculation of unbalanced nonuniform traffic can be accelerated. In the section of performance analysis, the sojourn time and the remaining sojourn time are analytically calculated. These cell parameters are found to follow a gamma distribution, a result that is backed from simulations in bibliography. Moreover, a deterministic simulation model is derived to enable easy calculation of these parameters from a map. As regards the mobile telephone networks, a new call admission control scheme is proposed in order to simulate soft capacity functionality in 2G networks. This feature, organizes better the resources in a cluster in cases of inhomogeneous network traffic. Moreover, a QoS negotiation algorithm is proposed for use in 3G networks (e.g. UMTS). Real-time negotiation is proposed for better resource organization and management. The gain from these schemes is calculated and presented. A new Medium Access Control (MAC) protocol is proposed for use in 802.11 Wireless Local Area Networks. This protocol is backward compatible with the protocol 802.11e and offers better quality infrastructure for VoIP services. The proposed protocol is analyzed and simulated and the results are compared to the previously used protocols to showcase the improvements. A new analytical approach with better accuracy is proposed for this reason. Finally, two techniques are proposed for improving the quality of wireless sensor networks. Firstly, a technique for low cost real-time localization with a small number of GPS or other beacons is proposed and tested. Secondly, a means of energy conservatiοn by use of Multiple Input Multiple Output (MIMO) systems is proposed, and then the gain from a QoS scheme is derived.