Das Anbieten, die Vermittlung und der Konsum von Softwarekomponenten nach dem Paradigma „Software-as-a-Service“ über das Internet wird zunehmend populärer. Diese so genannten elektronischen Dienstleistungen unterschiedlicher Komplexität werden auf Netzwerkservern zur Verfügung gestellt und können von anderen Anwendungen eingebunden werden. Damit können Ressourcen für die Entwicklung und das Betreiben eigener Dienste eingespart werden. Traditionelle Beispiele solcher Dienste sind Währungsumrechnungen oder Wettervorhersagen , aber auch komplexere Geschäftsprozesse, wie z.B. Rechnungsprüfdienste , werden vermehrt als elektronische Dienste bereitgestellt. Voraussetzung für die Akzeptanz der elektronischen Dienstleistungen ist die Absicherung deren Dienstgüte (engl. Quality of Service). Die Dienstgüte gibt Auskunft darüber, wie gut ein Dienst seine Funktion erbringt. Klassische Parameter sind Antwortzeit oder Verfügbarkeit. Die Betrachtung der Dienstgüte hat für den Dienstnutzer als auch für den Dienstanbieter Vorteile: Durch die Angabe der Dienstgüte kann sich der Dienstanbieter von seiner Konkurrenz abgrenzen, während der zukünftige Dienstnutzer in der Lage ist, die Performanz seiner Systeme, welche den Dienst integrieren, abzuschätzen. Beide Parteien streben eine möglichst hohe Dienstgüte an. Die Bestimmung der Dienstgüte in zusammengesetzten Dienstleistungen wurde in den letzten Jahren viel diskutiert. In diesem Zusammenhang ist besonders die Dienstgütezuverlässigkeit eines Dienstes wichtig. Die Dienstgütezuverlässigkeit gibt an, wie sicher es einem Dienst gelingt, seine Qualitätsversprechen einzuhalten. Je nach Kontext spricht man von relativer oder absoluter Dienstgütezuverlässigkeit. Die relative Dienstgütezuverlässigkeit bezieht sich auf die Fähigkeit eines Dienstes seine Dienstgütegarantien während der nächsten Interaktion einzuhalten, während sich die absolute Dienstgütezuverlässigkeit auf den Zeitraum der nächsten n Interaktionen bezieht. Verletzt ein Dienst eine Dienstgütegarantie, weil er beispielsweise nicht in der vorgegebenen Zeit antwortet, so gefährdet der Dienstnutzer die Performanz seiner Systeme, während der Dienstanbieter mit Strafzahlungen zu rechnen hat. Die Bestimmung der Dienstgütezuverlässigkeit einer zusammengesetzten Dienstleistung hat verschiedene Vorteile. Sie gestattet dem Dienstanbieter z.B. drohende Qualitätsverschlechterungen vorherzusagen und auf diese geeignet zu reagieren. Auch der Dienstnutzer profitiert von der Existenz der Dienstgütezuverlässigkeit. Er kann z.B. das Risiko für seine Systeme besser kalkulieren. Ziel dieser Arbeit ist die Bestimmung der Dienstgütezuverlässigkeit in zusammengesetzten Dienstleistungen. Zu diesem Zweck wird die Dienstgütezuverlässigkeit von Teildiensten auf Basis ihrer Monitoring-Historie vorhergesagt. Die Monitoring-Historie protokolliert für jeden Dienst und jede Dienstgütegarantie, ob in vergangenen Interaktionen Dienstgüteverletzungen stattgefundenen haben. Die Dienstgütezuverlässigkeit eines Teildienstes wird als Verletzungswahrscheinlichkeit gemessen, die angibt, wie wahrscheinlich eine Dienstgüteverletzung durch den Teildienst ist. Für die Vorhersage der relativen Verletzungswahrscheinlichkeit kommt eine Markov-Kette erster Ordnung zum Einsatz. Die Bestimmung der absoluten Verletzungswahrscheinlichkeit beruht auf den Prinzipien der allgemeinen Stochastik. Die Berechnungszeit beträgt in beiden Fällen wenige Millisekunden. Beide Verfahren liefern äußerst zuverlässige Vorhersagewerte. Auf Basis der Verletzungswahrscheinlichkeiten der Teildienste wird die Dienstgütezuverlässigkeit der zusammengesetzten Dienstleistung bestimmt. Sie kann detailliert in Form der Verletzungsmatrix oder als einfacher numerischer Wert in Form der Verletzungszahl angegeben werden. Die Verletzungsmatrix einer Dienstgütegarantie enthält die Eintrittswahrscheinlichkeit für jede mögliche Anzahl von Dienstgüteverletzungen. Ihre Aufstellung erfordert exponentiellen Aufwand. Demgegenüber besitzt die Verletzungszahl eine lineare Berechnungszeit. Sie gibt die Belastung einer Dienstleistung mit Dienstgüteverletzungen an. Die Dienstgütezuverlässig ist dabei umso geringer je kleiner die Werte der Verletzungsmatrix und Verletzungszahl sind.

Traditionally the Internet is used for the following applications: FTP, e-mail and Web traffic. However in the recent years the Internet is increasingly supporting emerging applications such as IP telephony, video conferencing and online games. These new applications have different requirements in terms of throughput and delay than traditional applications. For example, interactive multimedia applications, unlike traditional applications, have more strict delay constraints and less strict loss constraints. Unfortunately, the current Internet offers only a best-effort service to all applications without any consideration to the applications specific requirements. In this thesis three existing Active Queue Management (AQM) mechanisms are modified by incorporating into these a control function to condition routers for better Quality of Service (QoS). Specifically, delay is considered as the key QoS metric as it is the most important metric for real-time multimedia applications. The first modified mechanism is Drop Tail (DT), which is a simple mechanism in comparison with most AQM schemes. A dynamic threshold has been added to DT in order to maintain packet queueing delay at a specified value. The modified mechanism is referred to as Adaptive Drop Tail (ADT). The second mechanism considered is Early Random Drop (ERD) and, iii in a similar way to ADT, a dynamic threshold has been used to keep the delay at a required value, the main difference being that packets are now dropped probabilistically before the queue reaches full capacity. This mechanism is referred to as Adaptive Early Random Drop (AERD). The final mechanism considered is motivated by the well known Random Early Detection AQM mechanism and is effectively a multi-threshold version of AERD in which packets are dropped with a linear function between the two thresholds and the second threshold is moveable in order to change the slope of the dropping function. This mechanism is called Multi Threshold Adaptive Early Random Drop (MTAERD) and is used in a similar way to the other mechanisms to maintain delay around a specified level. The main focus with all the mechanisms is on queueing delay, which is a significant component of end-to-end delay, and also on reducing the jitter (delay variation) A control algorithm is developed using an analytical model that specifies the delay as a function of the queue threshold position and this function has been used in a simulation to adjust the threshold to an effective value to maintain the delay around a specified value as the packet arrival rate changes over time. iv A two state Markov Modulated Poisson Process is used as the arrival process to each of the three systems to introduce burstiness and correlation of the packet inter-arrival times and to present sudden changes in the arrival process as might be encountered when TCP is used as the transport protocol and step changes the size of its congestion window. In the investigations it is assumed the traffic source is a mixture of TCP and UDP traffic and that the mechanisms conserved apply to the TCP based data. It is also assumed that this consists of the majority proportion of the total traffic so that the control mechanisms have a significant effect on controlling the overall delay. The three mechanisms are evaluated using a Java framework and results are presented showing the amount of improvement in QoS that can be achieved by the mechanisms over their non-adaptive counterparts. The mechanisms are also compared with each other and conclusions drawn.

Η οπτική μεταγωγή ριπών (Optical Burst Switching-OBS) στοχεύει στον συνδυασμό των πλεονεκτημάτων της οπτικής μεταγωγής πακέτων και μεταγωγής κυκλώματος. Θεωρείται ως μια αρκετά υποσχόμενη τεχνολογία για την υλοποίηση του οπτικού Διαδικτύου της επόμενης γενιάς, με σκοπό να αντεπεξέλθει στην ταχεία ανάπτυξη της κίνησης του Διαδικτύου και στην αυξανόμενη υιοθέτηση νέων υπηρεσιών (π.χ VoIP τηλεφωνία, βίντεο κατά απαίτηση, υπολογισμός πλέγματος, ψηφιακά αποθηκευτικά μέσα). Στα OBS δίκτυα, τα πακέτα συναρμολογούνται σε ριπές και στέλνονται έτσι διαμέσου του δικτύου. Επομένως, ο τρόπος με τον οποίο πραγματοποιείται η συναρμολόγηση των πακέτων σε ριπές, καθορίζει και τα χαρακτηριστικά του συνολικού δικτύου και επηρεάζει κυρίως την συνολική καθυστέρηση του κάθε πακέτου που στέλνεται διαμέσου αυτού. Στην παρούσα εργασία (μέρος της διπλωματικής εργασίας δημοσιεύτηκε στο [21]), θα προτείνουμε τέσσερις νέες τεχνικές συναρμολόγησης ριπών που στοχεύουν στην μείωση της μέσης καθυστέρησης που επιβαρύνονται τα πακέτα κατά τη διαδικασία της συναρμολόγηση τους σε ριπές (burstification), με βάση ενός δεδομένου μέσου μήκους των ριπών που παράγονται. Αυτές οι τεχνικές χρησιμοποιούν ένα γραμμικό φίλτρο πρόβλεψης για την παραγωγή μιας εκτίμησης του πλήθους των πακέτων που πρόκειται να εισέλθουν στο κόμβο του δικτύου, που λαμβάνει χώρα το burstification, κατά τη διάρκεια της επόμενης χρονικής περιόδου. Με βάση την εκτίμηση αυτή, αποφασίζουν αν ικανοποιείται ένα συγκεκριμένο κριτήριο, το οποίο είναι διαφορετικό για κάθε προτεινόμενη μέθοδο, και στέλνουν, αναλόγως, μία νέα ριπή στο δίκτυο. Η μείωση της καθυστέρησης της συναρμολόγησης των πακέτων, για ένα δεδομένο μέσο μήκος ριπής, είναι σημαντική για τις εφαρμογές πραγματικού χρόνου, οι οποίες έχουν αυστηρούς περιορισμούς στην συνολική καθυστέρηση των πακέτων. Αντίστοιχα, η αύξηση του μέσου μήκους των ριπών που δημιουργούνται σε ένα OBS δίκτυο, για μια δεδομένη μέση καθυστέρηση πακέτων, είναι σημαντική για την μείωση του αριθμού των ριπών που εισέρχονται σε αυτό. Μεγάλου μήκους ριπές συνεπάγονται μικρότερη επιβάρυνση σε επεξεργασία που διενεργείται από τους ενδιάμεσους κόμβους του δικτύου. Επίσης, στο παρόν κείμενο, θα αξιολογήσουμε την συμπεριφορά των προτεινόμενων τεχνικών συναρμολόγησης και θα αποδείξουμε ότι δύο από αυτές έχουν καλύτερη απόδοση (έως και 33% βελτίωση), σε σύγκριση με τους προηγουμένως προτεινόμενους από την βιβλιογραφία αλγόριθμους, ως προς την μέση καθυστέρηση πακέτων, για δεδομένο μήκος ριπής. Τέλος, θα συζητηθεί η δυνατότητα παροχής ποιότητας υπηρεσιών (Quality of Service- QoS) με την βοήθεια των προτεινόμενων αλγορίθμων συναρμολόγησης. Το υπόλοιπο του παρόντος κειμένου είναι οργανωμένο με βάση τα παρακάτω: • Το δεύτερο κεφάλαιο σχολιάζει βασικές έννοιες των οπτικών δικτύων και περιγράφει την αρχιτεκτονική των οπτικών δικτύων μεταγωγής ριπών. • Το τρίτο κεφάλαιο αναφέρεται στις ήδη προτεινόμενες τεχνικές συναρμολόγησης ριπών, από την υπάρχουσα βιβλιογραφία. • Στο τέταρτο κεφάλαιο, σχολιάζονται σημαντικές έννοιες των γραμμικών προβλεπτών, καθώς κι η δυνατότητα τους να εφαρμοστούν στην πρόβλεψη της κίνησης του δικτύου και υπό ποιες συνθήκες η χρήση τους είναι αποδοτική. • Οι προτεινόμενοι αλγόριθμοι περιγράφονται στο πέμπτο κεφάλαιο. • Στο έκτο κεφάλαιο εξετάζεται η απόδοση τους σε σχέση με τους υπάρχοντες αλγορίθμους και μελετάται η συμπεριφορά του επιλεγμένου γραμμικού προβλεπτή σε σχέση με τις παραμέτρους εισόδου που τον χαρακτηρίζουν. • Τέλος στο έβδομο κεφάλαιο, περιγράφεται η παροχή του QoS στο δίκτυο και ερευνάται η δυνατότητα υποστήριξης της, με τη βοήθεια των προτεινόμενων τεχνικών συναρμολόγησης. / -

In the last decade, the world has witnessed rapid increasing applications of wireless networks. However, with the fixed spectrum allocation policy that has been used since the beginning of the spectrum regulation to assign different spectrum bands to different wireless applications, it has been observed that most of the allocated spectrum bands are underutilized. Therefore, if these bands can be opportunistically used by new emerging wireless networks, the spectrum scarcity can be resolved. Cognitive Radio (CR) is a revolutionary and promising technology that can identify and then exploit the spectrum opportunities. In Cognitive Radio Networks (CRNs), the spectrum can be utilized by two kinds of users: Primary Users (PUs) having exclusive licenses to use certain spectrum bands for specific wireless applications, and Secondary Users (SUs) having no spectrum licenses but seeking for any spectrum opportunities. The SUs can make use of the licensed unused spectrum if they do not make any harmful interference to the PUs. However, the variation of the spectrum availability over the time and locations, due to the coexistence with the PUs, and the spread of the spectrum opportunities over wide spectrum bands create a unique trait of the CRNs. This key trait poses great challenges in different aspects of the radio resource management in CRNs such as the spectrum sensing, spectrum access, admission control, channel allocation, Quality-of-Service (QoS) provisioning, etc. In this thesis, we study the resource management of both single-hop and multi-hop CRNs. Since most of the new challenges in CRNs can be tackled by designing an efficient Medium Access Control (MAC) framework, where the solutions of these challenges can be integrated for efficient resource management, we firstly propose a novel MAC framework that integrates a kind of cooperative spectrum sensing method at the physical layer into a cooperative MAC protocol considering the requirements of both the SUs and PUs. For spectrum identification, a computationally simple but efficient sensing algorithm is developed, based on an innovative deterministic sensing policy, to assist each sensing user for identifying the optimum number of channels to sense and the optimum sensing duration. We then develop an admission control scheme and channel allocation policy that can be integrated in the proposed MAC framework to regulate the number of sensing users and number of access users; therefore, the spectrum identification and exploitation can be efficiently balanced. Moreover, we propose a QoS-based spectrum allocation framework that jointly considers the QoS provisioning for heterogeneous secondary Real-Time (RT) and Non-Real Time (NRT) users with the spectrum sensing, spectrum access decision, and call admission control. We analyze the proposed QoS-based spectrum allocation framework and find the optimum numbers of the RT and NRT users that the network can support. Finally, we introduce an innovative user clustering scheme to efficiently manage the spectrum identification and exploitation in multi-hop ad hoc CRNs. We group the SUs into clusters based on their geographical locations and occurring times and use spread spectrum techniques to facilitate using one frequency for the Common Control Channels (CCCs) of the whole secondary network and to reduce the co-channel interference between adjacent clusters by assigning different spreading codes for different clusters. The research results presented in this thesis contribute to realize the concept of the CRNs by developing a practical MAC framework, spectrum sensing, spectrum allocation, user admission control, and QoS provisioning for efficient resource management in these promising networks.

Today, the fulfillment of customer demands and user experience requirements are becoming the main differentiators for gauging the effectiveness of telecom operators and service providers. In this competitive market, the poor Quality of Experience (QoE) leads to a chain reaction of negative word of mouth, pushing customers into the arms of waiting competitors. Therefore it is important for service providers to ensure superior quality of experience in order to avoid customer disloyalty and negative reputation. QoE is a fast emerging multi-disciplinary field focused on understanding overall human quality requirements from different angles such as technology, business and context of use. The first and foremost challenge is to understand how different influencing characteristics related to business, technology, and context influence human behavior. In this thesis, initial work addresses this challenge of understanding the influence of disparate domains over QoE. A consolidated QoE interaction model is proposed which links disparate domains (human, business, technology, and context) to understand overall human quality of experience requirements. Then taxonomy is presented for QoE interaction model. Second contribution in this thesis is based on the first and its main objective is to capture and analyze QoE data through user studies. Based on user data, the influence of technological, contextual and business parameters over QoE are evaluated. Different multimedia services were selected for user study such as video streaming service, telephony (VoIP and PSTN), and 3D audio teleconferencing service. Depending upon multimedia service, different aspects were considered during each user study such as types of multimedia service parameters (QoS, content, context), the types of QoE metrics (subjective, objective cognitive or both), human characteristics (age, gender etc), and human roles (user, or customer). These findings help in understanding the link between QoE and other influencing domains. The third contribution is based upon ongoing work of developing QoE based tools for video streaming services. Two QoE based tools for the assessment of multimedia services have been presented in this thesis, their main functions are to capture, analyze and report QoE metrics in real time. These QoE tools are useful for real time measurement of QoE metrics

Les logiciels actuels adoptent une méthodologie de développement dite "agile" pour mieux prendre en compte la nécessité de s'adapter constamment aux nouveaux besoins des utilisateurs. Les concepteurs et développeurs se rapprochent alors des futurs utilisateurs du logiciel en proposant des cycles courts d'itération, où le futur utilisateur fait un retour rapide sur l'incrément apporté au logiciel, et fait part de nouveaux besoins à prendre en compte dans les incréments à venir. Ces itérations peuvent être vues comme des évolutions, faisant suite à la définition d'un nouveau besoin de l'utilisateur, à un changement de l'en- vironnement d'exécution, ou encore à une remise en question de l'architecture du logiciel. Dans l'écosystème des architectures orientées services, la conception d'applications passe par la chorégraphie ou l'orchestration de services par des processus métiers. Concevoir ces applications consiste alors à mettre en relation les flots de contrôle et de données de ces services. La phase d'évolution devient une phase complexe, où une simple modification lo- calisée à une sous-partie d'un processus métier peut avoir des conséquences sur l'ensemble du système logiciel, causant par exemple son ralentissement lors de l'exécution. Du point de vue de la qualité de service (QoS), la maîtrise de la fiabilité du processus d'évolution pour maintenir la qualité de service d'un logiciel est alors critique. Il est donc nécessaire de pouvoir proposer des mécanismes d'évolution agiles et fiables permettant le maintien de la QoS lors de l'évolution d'applications à base de processus métiers. En d'autres termes, il s'agit de s'assurer qu'une évolution ne viole pas les contrats de QoS définis initialement. Cette garantie doit être établie en fonction du contrat soit lors de la conception soit lors de l'exécution. Dans ce dernier cas, le processus de vérification doit être minimal et localisé, afin de ne pas dégrader les performances du système logiciel. Pour cela, nous proposons de mettre en œuvre un cycle de développement agile, centré sur le maintien de la QoS lors de l'évolution. Il s'agit de prendre l'aspect évolutif du système, ceci dès l'étape de conception initiale, en identifiant les informations requises pour déter- miner si la QoS est correcte et si elle est non violée par une évolution. Ces informations étant détenues par plusieurs intervenants, il est également nécessaire d'établir les points d'interaction au cours du cycle de développement, au cours desquels les informations seront partagées de façon à ce que le logiciel qui en est issu reste syntaxiquement et sémantique- ment cohérent et que les contrats de QoS soient (re)vérifiés a minima. Les contributions de cette thèse sont donc mises en œuvre dans Blink, un cycle de développement pour l'évolu- tion, et Smile, un canevas de développement pour le maintien de la qualité de service lors de l'évolution d'applications orientées service définies à base de processus métiers. Tandis que le cycle de développement Blink vise à identifier les différents rôles présents dans l'équipe de développement et à expliciter leurs interactions, le canevas Smile propose la réalisation d'une boucle d'évolution. Cette boucle permet de concevoir, d'analyser et d'appliquer une évolution, en détectant les potentielles violations de contrat de QoS. Pour cela, l'analyse de l'évolution détermine son effet sur la QoS du logiciel, en établissant des relations de causalité entre les différentes variables, opérations, services et autres parties du système. Ainsi, en identifiant les éléments causalement affectés par l'évolution et en écartant ceux qui ne le sont pas, notre approche permet de limiter le nombre d'éléments à (re)vérifier, garantissant ainsi une étape d'évolution fiable, avec une étape de (re)vérification minimale. Nous montrons sur un cas concret de système de gestion de crises, constitué de onze processus métiers et de dix scénarios, que l'utilisation conjointe de Blink et de Smile permet d'identifier, pour chaque évolution, quel sera son effet sur le reste du système, et si la qualité de service sera maintenue ou non.

Les travaux décrits dans cette thèse s'articulent autour des architectures de communication en réseaux locaux et réseaux distants pour les applications de simul! ation distribuée interactive, particulièrement dans le cadre d! u projet Platsim. Nous avons traité dans un premier temps, les aspects gestion de la QoS pour les simulations distribuées basées sur les middlewares HLA et DDS en réseaux locaux, et ensuite nous avons étendu cette contribution avec DDS sur des réseaux grandes distances. La première contribution consiste à enrichir PlatSim par un modèle formel pour la gestion de la QoS que nous avons implémentée sur HLA pour combler les manques de QoS dont souffre ce middleware. Ensuite, nous avons proposé une architecture pour l'interconnexion des simulateurs distribués avec le middleware DDS. L'utilisation de DDS est intéressante pour la simplicité de son implémentation et ses performances de communication déjà prouvées sur des systèmes complexes. Dans la deuxième contribution, nous avons développé un algorithme de navigation à l'estime (dead-reckoning) pour l'anticipation du comportement des entités simulées. Cette approche permet d'émuler leur comportement lors de la déterm! ination de l'erreur maximale admissible satisfaisant les contraintes de la QoS requise, ce qui, en cas de défaillance du système de communication, permet d'estimer le comportement des objets simulés. Ensuite, nous avons présenté une proposition pour l'interconnexion des simulations distribuées DDS et cette approche de dead-reckoning, par deux mécanismes différents: dans un premier temps, nous avons montré qu'il est possible d'utiliser le service de routage DDS pour mettre en place un "pont-fédéré" DDS permettant d'interconnecter des domaines DDS différents dans un même domaine IP, et ensuite nous avons proposé un "Proxy DDS" qui permet d'interconnecter des simulations DDS situées dans des domaines DDS différents et des domaines IP hétérogènes. Enfin, nos deux dernières contributions con cernent l'étude et la mise en place d'une architecture de communication à grande distance à QoS garantie pour les simulations distribuées sur DDS. Tout d'abord, nous avons présenté! une architecture de signalisation de la QoS pour en se basant! sur l'u tilisation conjointe du protocole COPS et de la signalisation SIP. Ensuite, nous avons étendu des travaux réalisés au LAAS-CNRS dans le cadre du projet européen EuQoS. Nous avons alors utilisé des composants de cette architecture que nous avons adaptés pour fournir, à l'utilisateur final ou à l'administrateur de l'application, des interfaces simples lui permettant de demander le type de service requis pour son application sans avoir besoin de changer le protocole de signalisation.

Le succès des services de partage de contenus multimédias sur internet témoigne de l'intérêt des utilisateurs à partager leurs expériences personnelles à travers des fichiers multimédias (photo, vidéo, musique). Les solutions actuelles sont basées essentiellement sur des serveurs web et souffrent d'un manque de QoS, de sécurité et de confidentialité. Plusieurs travaux de recherche ont été menés pour proposer des architectures réseaux d'accès à distance pour de tels services. Ils sont soit trop complexes pour être utilisés par des services dédiés au grand public, soit inadaptés au contexte de partage de contenus. Dans cette thèse nous présentons un système de mise en relation réseau entre équipements distants pour permettre l'échange de contenus multimédias, ceci en garantissant à la fois la sécurité, la confidentialité et la qualité de service. Étant donné que ces contenus sont gourmands en ressources réseaux, le système proposera une garantie de QoS de bout en bout pour les sessions établies. Il offrira également une sécurisation de la mise en relation et des échanges. Nous avons défini une architecture générique de notre système. Ensuite, nous avons proposé deux déclinaisons techniques, leur conception et leur implémentation, une première utilisant le Framework IMS (IP Multimédia Subsystem) et une deuxième adaptée au déploiement sur internet. Le système conçu constitue la brique réseau du service de partage de contenus à distance étudié dans le cadre du projet européen Feel@Home ("Full Extended Experience of living at Home").

Cette dernière décennie a connu une prolifération des réseaux d'accès sans fil, dominée par les réseaux locaux sans fil (ou Wireless Local Area Network - WLAN), les réseaux cellulaires 3GPP de troisième (3G) et quatrième génération (4G) et en moindre mesure les réseaux Digital Video Broadcast (DVB) pour la télévision numérique. Conjugué à l'apparition des téléphones intelligents (Smartphone) et des tablettes, les réseaux sans fil ont changé la façon dont les utilisateurs consomment les applications Internet, où on constate que l'accès aux plateformes vidéo (Youtube, vidéo à la demande, Télé sur IP) et aux réseaux sociaux à partir des réseaux sans fil et mobiles a explosé. L'accès massif à ces applications par le biais des réseaux sans fil introduit de nouveaux verrous, liés principalement à l'augmentation du trafic et l'aspect temps réel de certaines applications, où un certain niveau de Qualité de Service (QdS)/Qualité d'Expérience (QdE) doit être assuré. Par conséquent, un certain nombre de défis se posent : (i) aux opérateurs des réseaux sans fil et mobiles, pour lesquels il est nécessaire d'avoir des nouveaux mécanismes et protocoles réseaux pour éviter la congestion et garantir la QdS/QdE aux utilisateurs ; (ii) aux fournisseurs de contenus (service provider) qui doivent s'adapter au contexte de l'utilisateur (bande passante, terminal utilisé, résolution, etc.) lors de la création de contenus audiovisuels (audio et vidéo). Afin d'adresser les problématiques citées dans la section précédente, l'originalité de nos contributions se situe dans la proposition de protocoles et mécanismes de contrôle de réseau dits dynamiques ou adaptatifs. L'approche dynamique permet de s'adapter : (i) aux changements de l'état du réseau (niveau de charge/contention) ; (ii) aux changements de l'état du canal sans fil (dégradation/amélioration du canal physique) ; (iii) à l'augmentation ou la réduction du trafic d'une application ; (iv) à la dégradation de la qualité de service/expérience de l'utilisateur. De ce fait, nos travaux ont généralement considéré le réseau (ou l'application réseau) ainsi que la fonction ou le mécanisme à contrôler comme un système en boucle fermée, dont le but est de modifier (contrôler) l'état d'entrée (accepter ou refuser un nouveau flux, augmenter la durée de mise en veille d'une station, maitriser la congestion, etc.) du système et mesurer les paramètres en sortie (délais, QdE) pour les prendre en compte lors des prochaines décisions du mécanisme de contrôle. Ces mesures se font soit au niveau du réseau, terminal ou application. Nos contributions sont classées suivant la nature de la mesure utilisée. Une partie de nos travaux utilise des mesures centrées QdS/réseau (tel que l'intensité du trafic, la taille de la file d'attente, débit de la station, délai applicatif), et l'autre partie est centrée sur l'utilisateur (ou human-centric) à travers la mesure de la qualité d'expérience perçue par l'utilisateur.

La tendance actuelle des réseaux de capteurs sans fil est d'avoir un seul réseau supportant plusieurs applications et fournissant plusieurs QoS. Dans cette thèse, nous étudions les techniques de cross-layering afin d'améliorer les performances et de fournir de la QoS. Tout d'abord, nous généralisons le concept de la méthode d'accès MaCARI en proposant une architecture multi-couches où plusieurs combinaisons de protocoles MAC-routage sont utilisées. Une file d'attente est associée à chaque combinaison, et chaque combinaison est activée pour une période précise. Le but est de profiter de ces combinaisons pour offrir différentes QoS. Cependant, cette architecture cause un problème de dimensionnement des périodes, ce qui a un impact sur les performances du réseau. Nous proposons, ensuite, des techniques de cross-layering en échangeant les paquets entre les différentes files d'attente afin de résoudre le problème de dimensionnement. Durant sa période, chaque combinaison traite tous les paquets de sa file d'attente ainsi que les paquets des files d'attente d'autres périodes. Nous montrons par simulation que notre approche améliore les performances du réseau.