Les travaux développés dans cette thèse ont pour cadre général la mise en œuvre d’approches adaptatives permettant de faire évoluer la gestion du réseau en migrant d’une vue "centrée réseau" où l’on se contentait uniquement des paramètres issus du réseau lui-même, vers une vue "centrée utilisateur". Plus particulièrement, ces travaux se sont focalisés sur un des composants principaux de l’ensemble de la chaîne de traitement et de transport, celui de la sélection de la meilleure interface réseau embarquée dans le terminal mobile, l’objectif étant de répondre au mieux aux contraintes imposées par l’environnement. Ces travaux reposent sur une approche décisionnelle dynamique tenant compte de changements dans les paramètres réseaux et des besoins et préférences des utilisateurs au regard des services qui leur sont proposés. En effet, dans l’environnement actuel, se caractérisant par une multiplicité de technologies, d’applications et d’utilisateurs, les terminaux mobiles sont équipés de plusieurs interfaces réseaux. Ces derniers donnent ainsi la possibilité aux utilisateurs de pouvoir basculer dynamiquement d’une interface à une autre dans l’objectif d’assurer une connexion satisfaisant le mieux possible leurs besoins en termes de services en tout lieu, à tout moment et de la meilleure manière possible (ABC, Always Best Connected). Les approches mises en œuvre dans le cadre de la thèse ont permis d’associer simultanément chaque flux d’application à l’interface la plus appropriée de manière à optimiser les performances globales du système. Ainsi, ces travaux ont mené à la proposition d’approches hybrides ayant pour cadre de départ la technique TOPSIS (Technique for Order Preference by Similarity to Ideal Solution) et en y intégrant des modèles issus de la théorie des fonctions de croyance. Pour l’association flux/interface, une proposition basée sur des algorithmes bio-inspirés a été faite dans le cadre de ces travaux. Les résultats obtenus, à la fois par simulation et sur un cas d’usage réel en lien avec le domaine de la santé connectée, ont montré l’efficacité des approches proposées / The work developed in this dissertation has as a general framework the implementation of adaptive user-centric approaches for network interface selection (NIS) and flow/interface association (FIA) in Heterogeneous Wireless Networks (HWNs). The NIS mechanism relies on a dynamic decision approach that considers the change in networks’ parameters and users’ needs and preferences for their current applications. In a heterogeneous environment, the mobile terminals that are equipped with multiple network interfaces provide the possibility for mobile end-users to switch among available network interfaces and select the one that best fulfills their needs anywhere at any time which is known as Always Best Connected (ABC). The approaches proposed in this thesis allowed to associate simultaneously each application flow to its suitable interface in a way that best maximizes the global system performance. This work has led to the proposal of hybrid approaches originating from TOPSIS (Technique for Order Preference by Similarity to Ideal Solution) and integrating models from the belief functions theory for the NIS. Concerning the FIA, a proposal based on bio-inspired algorithms was made as part of this work. Experimental results based on synthetic datasets and an experimental test bed for health monitoring showed the effectiveness of the proposed approaches

Dans cette thèse, nous proposons un framework d’adaptation appelé "Personalized vIdeo Adaptation Framework" (PIAF) conçu à partir des standards MPEG. PIAF intègre les contraintes sémantiques et vise à maximiser la qualité perçue par l’utilisateur lors de la visualisation de la vidéo tout en respectant les droits de propriété intellectuelle. Les contributions de cette thèse peuvent être résumées comme suit. Dans un premier temps, nous avons utilisé et étendu les standards MPEG-7 et MPEG-21 afin de représenter les préférences des utilisateurs. Nous avons ensuite proposé un modèle formel du processus d’adaptation sémantique d’une vidéo et défini une fonction d’utilité régissant le mécanisme de prise de décision du MPDA. Cette fonction tient compte de différentes dimensions de qualité (qualité perceptuelle, sémantique, temps d’exécution nécessaire) afin d’évaluer quantitativement la qualité d’un plan d’adaptation. Le processus d’adaptation que nous proposons intègre les droits de propriété intellectuelle dans le processus de décision. Dans certains cas, le plan d’adaptation qui produirait la vidéo de meilleure qualité adaptée aux préférences de l’utilisateur peut être inapplicable car il ne respecte pas les contraintes du propriétaire. Trouver le meilleur plan d’adaptation devient alors un problème NP-complet. Nous avons proposé une solution pratique à ce problème sous la forme d’une heuristique capable de sélectionner un plan très proche de l’optimum en un temps de calcul raisonnable. Afin d’implémenter ce framework, nous avons également développé un outil d’annotation sémantique de contenu vidéo (SVCAT) qui produit des annotations sémantiques structurelles et de haut niveau selon un modèle objet basé sur du contenu vidéo. Nous avons validé nos travaux avec des évaluations qualitatives et quantitatives qui nous ont permis d’étudier la performance et l'efficacité du MPDA. Nous avons validé nos travaux avec des évaluations qualitatives et quantitatives qui nous ont permis d’étudier la performance et l'efficacité du MPDA. Les résultats obtenus démontrent que la fonction d’utilité proposée présente une forte corrélation avec les évaluations subjectives fournies par des utilisateurs concernant la qualité d’une vidéo adaptée, et constitue donc une base tout à fait pertinente pour le MPDA. / Universal Multimedia Experience (UME) is the notion that a user should receive informative adapted content anytime and anywhere. Personalization of videos, which adapts their content according to user preferences, is a vital aspect of achieving the UME vision. User preferences can be translated into several types of constraints that must be considered by the adaptation process, including semantic constraints directly related to the content of the video. The overall goal of this adaptation process is to provide users with adapted content that maximizes their Quality of Experience (QoE). This QoE depends at the same time on the level of the user's satisfaction in perceiving the adapted content, the amount of knowledge assimilated by them, and the adaptation execution time. In video adaptation frameworks, the Adaptation Decision Taking Engine (ADTE), is responsible for achieving this goal. The task of the ADTE is challenging as many adaptation operations can satisfy the same semantic constraint, and thus arising in several feasible adaptation plans. Indeed, for each entity to be adapted, the ADTE must decide on the adequate adaptation operator that satisfies the user's preferences while maximizing his/her quality of experience. The first challenge to achieve in this is to objectively measure the quality of the adapted video, while considering the multiple aspects of the QoE. The second challenge is to assess beforehand this quality in order to choose the most appropriate adaptation plan among all possible ones. The third challenge is to resolve conflicting or overlapping semantic constraints, in particular conflicts arising from constraints expressed by owner's intellectual property rights (IPR) about the modification of the content. In this thesis, we tackled the aforementioned challenges by proposing a Utility Function (UF), which integrates semantic concerns with user's perceptual considerations. This UF models the relationships among adaptation operations, user preferences, and the quality of the video content. We integrated this UF into an ADTE. This ADTE performs a multi-level piecewise reasoning to choose the adaptation plan that maximizes the user-perceived quality. Furthermore, we included IPR in the adaptation process. Thereby, we modeled content owner constraints, and proposed a heuristic to resolve conflicting user and owner constraints. More, we developed SVCAT, which produces structural and high-level semantic annotation according to an original object-based video content model. We modeled as well the user's preferences proposing extensions to MPEG-7 and MPEG-21. All the developed contributions were carried out as part of a coherent framework called PIAF. We validated this research with qualitative and quantitative evaluations, which assess the performance and the efficiency of the proposed adaptation decision-taking engine within PIAF.

Ao mesmo tempo em que produções transmídia se tornam cada vez mais comuns, estão ocorrendo mudanças no Brasil que favorecem o aumento do uso de interatividade no dia a dia. Uma das mudanças fundamentais foi a adoção de um sistema de televisão digital terrestre que, em comparação ao sistema analógico, proporciona mais do que recepção de sons e imagens de melhor qualidade em televisores fixos: torna possível receber os sinais de televisão também em dispositivos móveis e portáteis, além de possibilitar a interatividade. Dada a importância da televisão como plataforma de mídia no país (a televisão está presente em 96,9% dos domicílios brasileiros), foi feito um estudo da Qualidade de Experiência (QoE) percebida, com base na avaliação da qualidade do vídeo obtido ao utilizar uma aplicação interativa transmídia de televisão digital terrestre. Foi desenvolvida uma aplicação interativa em linguagem NCL, linguagem declarativa padrão do Sistema Brasileiro de TV Digital Terrestre (ISDB-TB), onde um vídeo secundário é carregado via Internet em banda larga (por streaming) ao mesmo tempo em que o vídeo principal é recebido via radiodifusão. Criou-se um cenário de teste onde foi introduzida, de forma controlada, perda de pacotes IP enquanto o vídeo secundário era carregado, simulando o que poderia ocorrer na Internet. A qualidade dos vídeos obtidos em cada situação de perda de pacotes foi analisada segundo métricas objetivas e os dados encontrados permitiram inferir qual seria a QoE percebida em cada caso. / At the same time that transmedia productions are becoming more common, legal changes are occurring in Brazil that bring an increase on daily interactivity use. One of that was the adoption of a terrestrial digital television system that, when compared to legacy analog broadcast systems, yields more than sounds and images of better quality, but also makes it possible to receive TV signals on portable devices and mobile television receivers besides enabling interactivity. Owing to the importance of television as a media platform in Brazil (it is present in 96,9% households) a analysis of Quality of Experience (QoE) was made, measuring the user perception with an interactive application of terrestrial digital television. Such an application was developed using NCL language, which is the standard declarative language of Brazilian digital television system (ISDB-TB). In that application a secondary video is loaded through a broadband Internet access simultaneously with the main video being received thru broadcasting. A test platform was created where IP packet losses was introduced in a controlled way affecting the secondary video, as it is expected to occur in a real network. Video quality was assessed for each loss level with objective metrics in order to compare QoE in each situation.

Le trafic vidéo s’est considérablement accru et est prévu de doubler pour représenter 82% du trafic Internet d’ici 2021. Une telle croissance surcharge les fournisseurs de services Internet (ISP), nuisant à la Qualité d’Expérience (QoE) perçue par les utilisateurs. Cette thèse vise à améliorer la QoE des utilisateurs de streaming vidéo sans hypothèse de changement d’infrastructure physique des opérateurs. Pour cela, nous combinons les technologies de caching réseau, de streaming HTTP adaptatif (HAS), et de transport multipath. Nous explorons d’abord l’interaction entre HAS et caching, pour montrer que les algorithmes d’adaptation de qualité vidéo ont besoin de savoir qu’il y a un cache et ce qui y est stocké, et proposons des algorithmes bénéficiant de cette connaissance. Concluant sur la difficulté d’obtenir la connaissance de l’état du cache, nous étudions ensuite un système de distribution vidéo à large échelle, où les caches sont représentés par un réseau de distribution du contenu (CDN). Un CDN déploie des caches à l’intérieur des réseaux des ISP, et dispose de ses propres serveurs externes. L’originalité du problème vient de l’hypothèse que nous faisons que l’utilisateur est simultanément connecté à 2 ISP. Ceci lui permet d’accéder en multipath aux serveurs externes aux ISP (pouvant ainsi accroître le débit mais chargeant plus les ISP), ou streamer le contenu depuis un cache plus proche mais avec un seul chemin. Ce désaccord entre les objectifs du CDN et de l’ISP conduit à des performances sous-optimales. Nous développons un schéma de collaboration entre ISP et CDN qui permet de nous rapprocher de l’optimal dans certains cas, et discutons l’implémentation pratique. / Video traffic volume grew considerably in recent years and is forecasted to reach 82% of the total Internet traffic by 2021, doubling its net volume as compared to today. Such growth overloads Internet Service Providers' networks (ISPs), which negatively impacts users' Quality of Experience (QoE). This thesis attempts to tackle the problem of improving users' video QoE without relying on network upgrades. For this, we have chosen to combine such technologies as in-network caching, HTTP Adaptive Streaming (HAS), and multipath data transport. We start with exploration of interaction between HAS and caching; we confirm the need of cache-awareness in quality adaptation algorithms and propose such an extension to a state-of-the-art optimisation-based algorithm. Concluding on the difficulty of achieving cache-awareness, we take a step back to study a video delivery system on a large scale, where in-network caches are represented by Content Delivery Networks (CDNs). They deploy caches inside ISPs and dispose of their own outside video servers. As a novelty, we consider users to have a simultaneous connectivity to several ISP networks. This allows video clients either to access outside multipath servers with aggregate bandwidth (which may increase their QoE, but will also bring more traffic into ISP), or stream their content from a closer cache through only single connectivity (bringing less traffic into ISP). This disagreement in ISP and CDN objectives leads to suboptimal system performance. In response to this, we develop a collaboration scheme between two actors, performance of which can approach optimal boundary for certain settings, and discuss its practical implementation.

Ao mesmo tempo em que produções transmídia se tornam cada vez mais comuns, estão ocorrendo mudanças no Brasil que favorecem o aumento do uso de interatividade no dia a dia. Uma das mudanças fundamentais foi a adoção de um sistema de televisão digital terrestre que, em comparação ao sistema analógico, proporciona mais do que recepção de sons e imagens de melhor qualidade em televisores fixos: torna possível receber os sinais de televisão também em dispositivos móveis e portáteis, além de possibilitar a interatividade. Dada a importância da televisão como plataforma de mídia no país (a televisão está presente em 96,9% dos domicílios brasileiros), foi feito um estudo da Qualidade de Experiência (QoE) percebida, com base na avaliação da qualidade do vídeo obtido ao utilizar uma aplicação interativa transmídia de televisão digital terrestre. Foi desenvolvida uma aplicação interativa em linguagem NCL, linguagem declarativa padrão do Sistema Brasileiro de TV Digital Terrestre (ISDB-TB), onde um vídeo secundário é carregado via Internet em banda larga (por streaming) ao mesmo tempo em que o vídeo principal é recebido via radiodifusão. Criou-se um cenário de teste onde foi introduzida, de forma controlada, perda de pacotes IP enquanto o vídeo secundário era carregado, simulando o que poderia ocorrer na Internet. A qualidade dos vídeos obtidos em cada situação de perda de pacotes foi analisada segundo métricas objetivas e os dados encontrados permitiram inferir qual seria a QoE percebida em cada caso. / At the same time that transmedia productions are becoming more common, legal changes are occurring in Brazil that bring an increase on daily interactivity use. One of that was the adoption of a terrestrial digital television system that, when compared to legacy analog broadcast systems, yields more than sounds and images of better quality, but also makes it possible to receive TV signals on portable devices and mobile television receivers besides enabling interactivity. Owing to the importance of television as a media platform in Brazil (it is present in 96,9% households) a analysis of Quality of Experience (QoE) was made, measuring the user perception with an interactive application of terrestrial digital television. Such an application was developed using NCL language, which is the standard declarative language of Brazilian digital television system (ISDB-TB). In that application a secondary video is loaded through a broadband Internet access simultaneously with the main video being received thru broadcasting. A test platform was created where IP packet losses was introduced in a controlled way affecting the secondary video, as it is expected to occur in a real network. Video quality was assessed for each loss level with objective metrics in order to compare QoE in each situation.

De nos jours, l’expérience de l'utilisateur appelé en anglais « User Experience » est devenue l’un des indicateurs les plus pertinents pour les fournisseurs de services ainsi que pour les opérateurs de télécommunication pour analyser le fonctionnement de bout en bout de leurs systèmes (du terminal client, en passant par le réseaux jusqu’à l’infrastructure des services etc.). De plus, afin d’entretenir leur part de marché et rester compétitif, les différents opérateurs de télécommunication et les fournisseurs de services doivent constamment conserver et accroître le nombre de souscription des clients. Pour répondre à ces exigences, ils doivent disposer de solutions efficaces de monitoring et d’estimation de la qualité d'expérience (QoE) afin d’évaluer la satisfaction de leur clients. Cependant, la QoE est une mesure qui reste subjective et son évaluation est coûteuse et fastidieuse car elle nécessite une forte participation humaine (appelé panel de d’évaluation). Par conséquent, la conception d’un outil qui peut mesurer objectivement cette qualité d'expérience avec une précision raisonnable et en temps réel est devenue un besoin primordial qui constitue un challenge intéressant à résoudre. Comme une première contribution, nous avons analysé l'impact du comportement d’un réseau sur la qualité des services de vidéo à la demande (VOD). Nous avons également proposé un outil d'estimation objective de la QoE qui utilise le système expert basé sur la logique floue pour évaluer la QoE à partir des paramètres de qualité de service de la couche réseau. Dans une deuxième contribution, nous avons analysé l'impact des paramètres QoS de couche MAC sur les services de VoD dans le cadre des réseaux sans fil IEEE 802.11n. Nous avons également proposé un outil d'estimation objective de la QoE qui utilise le réseau aléatoire de neurones pour estimer la QoE dans la perspective de la couche MAC. Pour notre troisième contribution, nous avons analysé l'effet de différents scénarios d'adaptation sur la QoE dans le cadre du streaming adaptatif au débit. Nous avons également développé une plate-Forme Web de test subjectif qui peut être facilement intégré dans une plate-Forme de crowd-Sourcing pour effectuer des tests subjectifs. Finalement, pour notre quatrième contribution, nous avons analysé l'impact des différents paramètres de qualité de service Web sur leur QoE. Nous avons également proposé un algorithme d'apprentissage automatique i.e. un système expert hybride rugueux basé sur la logique floue pour estimer objectivement la QoE des Web services / Today user experience is becoming a reliable indicator for service providers and telecommunication operators to convey overall end to end system functioning. Moreover, to compete for a prominent market share, different network operators and service providers should retain and increase the customers’ subscription. To fulfil these requirements they require an efficient Quality of Experience (QoE) monitoring and estimation. However, QoE is a subjective metric and its evaluation is expensive and time consuming since it requires human participation. Therefore, there is a need for an objective tool that can measure the QoE objectively with reasonable accuracy in real-Time. As a first contribution, we analyzed the impact of network conditions on Video on Demand (VoD) services. We also proposed an objective QoE estimation tool that uses fuzzy expert system to estimate QoE from network layer QoS parameters. As a second contribution, we analyzed the impact of MAC layer QoS parameters on VoD services over IEEE 802.11n wireless networks. We also proposed an objective QoE estimation tool that uses random neural network to estimate QoE from the MAC layer perspective. As our third contribution, we analyzed the effect of different adaption scenarios on QoE of adaptive bit rate streaming. We also developed a web based subjective test platform that can be easily integrated in a crowdsourcing platform for performing subjective tests. As our fourth contribution, we analyzed the impact of different web QoS parameters on web service QoE. We also proposed a novel machine learning algorithm i.e. fuzzy rough hybrid expert system for estimating web service QoE objectively

Le monde du divertissement numérique connaît depuis plusieurs années une évolution majeure avec la démocratisation des technologies vidéo 3D. Il est désormais commun de visualiser des vidéos stéréoscopiques sur différents supports : au cinéma, à la télévision, dans les jeux vidéos, etc. L'image 3D a considérablement évolué mais qu'en est-il des technologies de restitution sonore associées ? La plupart du temps, le son qui accompagne la vidéo 3D est basé sur des effets de latéralisation, plus au moins étendus (stéréophonie, systèmes 5.1). Il est pourtant naturel de s'interroger sur le besoin d'introduire des événements sonores en lien avec l'ajout de cette nouvelle dimension visuelle : la profondeur. Plusieurs technologies semblent pouvoir offrir une description sonore 3D de l'espace (technologies binaurales, Ambisonics, Wave Field Synthesis). Le recours à ces technologies pourrait potentiellement améliorer la qualité d'expérience de l'utilisateur, en termes de réalisme tout d'abord grâce à l'amélioration de la cohérence spatiale audio-visuelle, mais aussi en termes de sensation d'immersion. Afin de vérifier cette hypothèse, nous avons mis en place un système de restitution audio-visuelle 3D proposant une présentation visuelle stéréoscopique associée à un rendu sonore spatialisé par Wave Field Synthesis. Trois axes de recherche ont alors été étudiés : 1 / Perception de la distance en présentation unimodale ou bimodale. Dans quelle mesure le système audio-visuel est-il capable de restituer des informations spatiales relatives à la distance, dans le cas d'objets sonores, visuels, ou audio-visuels ? Les expériences menées montrent que la Wave Field Synthesis permet de restituer la distance de sources sonores virtuelles. D'autre part, les objets visuels et audio-visuels sont localisés avec plus de précisions que les objets uniquement sonores. 2 / Intégration multimodale suivant la distance. Comment garantir une perception spatiale audio-visuelle cohérente de stimuli simples ? Nous avons mesuré l'évolution de la fenêtre d'intégration spatiale audio-visuelle suivant la distance, c'est-à-dire les positions des stimuli audio et visuels pour lesquelles la fusion des percepts a lieu. 3 / Qualité d'expérience audio-visuelle 3D. Quel est l'apport du rendu de la profondeur sonore sur la qualité d'expérience audio-visuelle 3D ? Nous avons tout d'abord évalué la qualité d'expérience actuelle, lorsque la présentation de contenus vidéo 3D est associée à une bande son 5.1, diffusée par des systèmes grand public (système 5.1, casque, et barre de son). Nous avons ensuite étudié l'apport du rendu de la profondeur sonore grâce au système audio-visuel proposé (vidéo 3D associée à la Wave Field Synthesis). / The digital entertainment industry is undergoing a major evolution due to the recent spread of stereoscopic-3D videos. It is now possible to experience 3D by watching movies, playing video games, and so on. In this context, video catches most of the attention but what about the accompanying audio rendering? Today, the most often used sound reproduction technologies are based on lateralization effects (stereophony, 5.1 surround systems). Nevertheless, it is quite natural to wonder about the need of introducing a new audio technology adapted to this new visual dimension: the depth. Many alternative technologies seem to be able to render 3D sound environments (binaural technologies, ambisonics, Wave Field Synthesis). Using these technologies could potentially improve users' quality of experience. It could impact the feeling of realism by adding audio-visual spatial congruence, but also the immersion sensation. In order to validate this hypothesis, a 3D audio-visual rendering system is set-up. The visual rendering provides stereoscopic-3D images and is coupled with a Wave Field Synthesis sound rendering. Three research axes are then studied: 1/ Depth perception using unimodal or bimodal presentations. How the audio-visual system is able to render the depth of visual, sound, and audio-visual objects? The conducted experiments show that Wave Field Synthesis can render virtual sound sources perceived at different distances. Moreover, visual and audio-visual objects can be localized with a higher accuracy in comparison to sound objects. 2/ Crossmodal integration in the depth dimension. How to guarantee the perception of congruence when audio-visual stimuli are spatially misaligned? The extent of the integration window was studied at different visual object distances. In other words, according to the visual stimulus position, we studied where sound objects should be placed to provide the perception of a single unified audio-visual stimulus. 3/ 3D audio-visual quality of experience. What is the contribution of sound depth rendering on the 3D audio-visual quality of experience? We first assessed today's quality of experience using sound systems dedicated to the playback of 5.1 soundtracks (5.1 surround system, headphones, soundbar) in combination with 3D videos. Then, we studied the impact of sound depth rendering using the set-up audio-visual system (3D videos and Wave Field Synthesis).

Video streaming is widely recognized as the next Internet killer application. It was not one of the Internet's original target applications and its protocols (TCP in particular) were tuned mainly for e efficient bulk file transfer. As a result, a significant effort has focused on the development of UDP-based special protocols for streaming multimedia on the Internet. Recently, there has been a shift in video streaming from UDP to TCP, and specifically to HTTP. HTTP streaming provides a very attractive platform for video distribution on the Internet mainly because it can utilize all the current Internet infrastructure. In this thesis we make the argument that the marriage between HTTP streaming and the current Internet infrastructure can create many problems and inefficiencies. In order to solve these issues, we provide a set of techniques and protocols that can help both the network and end-hosts to make better decisions to improve video streaming quality. The thesis makes the following contributions: - We conduct a characterization study of popular commercial streaming services on mobile platforms. Our study shows that streaming services make different design decisions when implementing video players on different mobile platforms. We show that this can lead to several inefficiencies and undesirable behaviors specially when several clients compete for bandwidth in a shared bottleneck link. - Fairness between traffic flows has been preserved on the Internet through the use of TCP. However, due to the dynamics of adaptive video players and the lack of standard client adaptation techniques, fairness between multiple competing video flows is still an open issue of research. Our work extends the definition of standard bitrate fairness to utility fairness where utility is the Quality of Experience (QoE) of a video stream. We define QoE max-min fairness for a set of adaptive video flows competing for bandwidth in a network and we develop an algorithm that computes the set of bitrates that should be assigned to each stream to achieve fairness. We design and implement a system that can apply QoE fairness in home networks and evaluate the system on a real home router. - A well known problem that has been associated with TCP traffic is the buffer bloat problem. We use an experimental setup to show that adaptive video flows can cause buffer bloat which can significantly harm time sensitive applications sharing the same bottleneck link with video traffic. In addition, we develop a technique that can be used by video players to mitigate this problem. We implement our technique in a real video player and evaluate it on our testbed. - With the increasing popularity of video streaming on the Internet, the amounts of traffic on the peering links between video streaming providers and Internet Service Providers (ISPs) have become the source of many disputes. Hybrid CDN/P2P streaming systems can be used to reduce the amounts of traffic on the peering links by leveraging users upload bandwidth to redistribute some of the load to other peers. We develop an analysis for hybrid CDN/P2P systems that broadcast live adaptive video streams. The analysis helps the CDN to make better decisions to optimize video quality for its users.

This thesis addresses the problem of building a Cognitive Radio that has the ability to interact with human users in a better way by making use of Quality of Experience (QoE) as its basis and marshalling its resources optimally around the user. Salient activities of this thesis include: Analysis of CR leads to the definition of its basic functional blocks such as cognition, learning and adaptation of radio behaviour in a multi-disciplinary manner. CR tracts signal processing for radio and sensors, cognitive and behavioural psychology for user intelligence, machine learning and AI for decision systems and optimization etc. Therefore it provides a rich, fertile area to make lateral connections across diverse helds. This thesis proposes a broad definition for CR (called as Unifed Cognitive Radio) inspired by key foundation works described in literature. Besides, it also describes its functionality and its ecosystem. Taking cue from the definition of UCR, this thesis proposes architectural frame-works for various sub-systems. Also their design and implementation is achieved with the aid of a comprehensive tested setup and is tested using realistic scenarios. Builds a set of intelligent decision systems that help to achieve the set goal. This involves various design decisions with a set of diverse algorithms from the world of signal processing, machine learning and articial intelligence. Transitioning disparate small functional entities (mostly built around experiments) into an integrated system that works in real-world environment is the key aspect of this thesis. It is definitely a challenging task. Therefore, starting from deterring the architectural reference frameworks for realizing various sub-systems of UCR to an evaluation based on integrated scenario, this being an important final step constitutes a sign cant amount of work. Analysis and implementation of the integrated system to meet the desired end functionality - QoE centricity of the CR system to satisfy the needs of the end user better is the contribution of this thesis

Au cours de ces dernières décennies, les réseaux de télécommunications mobiles ont évolué de la 1G à la 4G. La 4G permet la coexistence de différents réseaux d'accès. Ainsi, les utilisateurs ont la capacité de se connecter à un réseau hétérogène, constitué de plusieurs réseaux d'accès. Toutefois, la sélection du réseau approprié n'est pas une tâche facile pour les utilisateurs mobiles puisque les conditions de chaque réseau d'accès changent rapidement. Par ailleurs, en termes d'usage, le streaming vidéo devient le service principal de transfert de données sur les réseaux mobiles, ce qui amène les fournisseurs de contenu et les opérateurs de réseau à coopérer pour garantir la qualité de la diffusion. Dans ce contexte, la thèse propose la conception d'une approche novatrice pour la prise de décision optimale de sélection de réseau et une architecture améliorant les performances des services de streaming adaptatif dans un réseau hétérogène. En premier lieu, nous introduisons un modèle analytique décrivant la procédure de sélection de réseau en ne considérant déjà qu'une seule classe de trafic. Nous concevons ensuite une stratégie de sélection basée sur des fondements de la théorie du contrôle optimal linéaire. Des simulations sous MATLAB sont effectuées pour valider l'efficacité du mécanisme proposé. Sur ce même principe, nous étendons ce modèle avec un modèle analytique général décrivant les procédures de sélection de réseau dans des environnements de réseaux hétérogènes avec de multiples classes de trafic. Le modèle proposé est ensuite utilisé pour dériver un mécanisme adaptatif basé sur la théorie du contrôle, qui permet non seulement d'aider à piloter dynamiquement le trafic vers l'accès réseau le plus approprié mais aussi de bloquer dynamiquement le trafic résiduel lorsque le réseau est congestionné en ajustant les probabilités d'accès optimales. Nous discutons aussi les avantages d'une intégration transparente du mécanisme proposé avec l'ANDSF, solution fonctionnelle normalisée pour la sélection de réseau. Un prototype est également implémenté dans ns-3. En second lieu, nous nous concentrons sur l'amélioration des performances de DASH pour les utilisateurs mobiles dans un environnement de réseau d'accès 4G uniquement. Nous introduisons une nouvelle architecture basée sur l'utilisation de serveurs distribués en périphérie de réseau suivant le standard MEC. Le mécanisme d'adaptation proposé, fonctionnant en tant que service MEC, peut modifier les fichiers de manifeste en temps réel, en réponse à la congestion du réseau et à la demande dynamique de flux de streaming. Ces modifications conduisent ainsi les clients à sélectionner des représentations vidéo de débit / qualité plus appropriées. Nous avons développé une plateforme de test virtualisée pour l'expérimentation de notre proposition. Les résultats ainsi obtenus démontrent ses avantages en terme de QoE comparés aux approches d'adaptation traditionnelles, purement pilotées par les clients, car notre approche améliore non seulement le MOS mais aussi l'équité face à la congestion. Enfin, nous étendons l'architecture proposée basée sur MEC pour supporter le service de streaming adaptatif DASH dans un réseau hétérogène multi-accès afin de maximiser la QoE et l'équité des utilisateurs mobiles. Dans ce scénario, notre mécanisme doit aider les utilisateurs à sélectionner la qualité vidéo et le réseau et nous le formulons comme un problème d'optimisation. Ce problème d'optimisation peut être résolu par l'outil IBM CPLEX, mais cela prend du temps et ne peut être envisagé à grande échelle. Par conséquent, nous introduisons une heuristique pour aborder la solution optimale avec moins de complexité. Ensuite, nous mettons en œuvre une expérimentation sur notre plateforme de tests. Le résultat démontre que, par rapport à l'outil IBM CPLEX, notre algorithme permet d'obtenir des performances similaires sur la QoE globale et l'équité, avec un gain de temps significatif. / Telecommunication network has evolved from 1G to 4G in the past decades. One of the typical characteristics of the 4G network is the coexistence of heterogeneous radio access technologies, which offers end-users the capability to connect them and to switch between them with their mobile devices of the new generation. However, selecting the right network is not an easy task for mobile users since access network condition changes rapidly. Moreover, video streaming is becoming the major data service over the mobile network where content providers and network operators should cooperate to guarantee the quality of video delivery. In order to cope with this context, the thesis concerns the design of a novel approach for making an optimal network selection decision and architecture for improving the performance of adaptive streaming in the context of a heterogeneous network. Firstly, we introduce an analytical model (i.e. linear discrete-time system) to describe the network selection procedure considering one traffic class. Then, we consider the design of a selection strategy based on foundations from linear optimal control theory, with the objective to maximize network resource utilization while meeting the constraints of the supported services. Computer simulations with MATLAB are carried out to validate the efficiency of the proposed mechanism. Based on the same principal we extend this model with a general analytical model describing the network selection procedures in heterogeneous network environments with multiple traffic classes. The proposed model was, then, used to derive a scalable mechanism based on control theory, which allows not only to assist in steering dynamically the traffic to the most appropriate network access but also helps in blocking the residual traffic dynamically when the network is congested by adjusting dynamically the access probabilities. We discuss the advantages of a seamless integration with the ANDSF. A prototype is also implemented into ns-3. Simulation results sort out that the proposed scheme prevents the network congestion and demonstrates the effectiveness of the controller design, which can maximize the network resources allocation by converging the network workload to the targeted network occupancy. Thereafter, we focus on enhancing the performance of DASH in a mobile network environment for the users which has one access network. We introduce a novel architecture based on MEC. The proposed adaptation mechanism, running as an MEC service, can modify the manifest files in real time, responding to network congestion and dynamic demand, thus driving clients towards selecting more appropriate quality/bitrate video representations. We have developed a virtualized testbed to run the experiment with our proposed scheme. The simulation results demonstrate its QoE benefits compared to traditional, purely client-driven, bitrate adaptation approaches since our scheme notably improves both on the achieved MOS and on fairness in the face of congestion. Finally, we extend the proposed the MEC-based architecture to support the DASH service in a multi-access heterogeneous network in order to maximize the QoE and fairness of mobile users. In this scenario, our scheme should help users select both video quality and access network and we formulate it as an optimization problem. This optimization problem can be solved by IBM CPLEX tool. However, this tool is time-consuming and not scalable. Therefore, we introduce a heuristic algorithm to make a sub-optimal solution with less complexity. Then we implement a testbed to conduct the experiment and the result demonstrates that our proposed algorithm notably can achieve similar performance on overall achieved QoE and fairness with much more time-saving compared to the IBM CPLEX tool.