Cette thèse étudie les techniques de gestion intelligente du spectre et de topologie des réseaux via une approche radio intelligente dans le but d’améliorer leur capacité, leur qualité de service (QoS – Quality of Service) et leur consommation énergétique. Les techniques d’apprentissage par renforcement y sont utilisées dans le but d’améliorer les performances d’un système radio intelligent. Dans ce manuscrit, nous traitons du problème d’accès opportuniste au spectre dans le cas de réseaux intelligents sans infrastructure. Nous nous plaçons dans le cas où aucune information n’est échangée entre les utilisateurs secondaires (pour éviter les surcoûts en transmissions). Ce problème particulier est modélisé par une approche dite de bandits manchots « restless » markoviens multi-utilisateurs (multi-user restless Markov MAB -multi¬armed bandit). La contribution principale de cette thèse propose une stratégie d’apprentissage multi-joueurs qui prend en compte non seulement le critère de disponibilité des canaux (comme déjà étudié dans la littérature et une thèse précédente au laboratoire), mais aussi une métrique de qualité, comme par exemple le niveau d’interférence mesuré (sensing) dans un canal (perturbations issues des canaux adjacents ou de signaux distants). Nous prouvons que notre stratégie, RQoS-UCB distribuée (distributed restless QoS-UCB – Upper Confidence Bound), est quasi optimale car on obtient des performances au moins d’ordre logarithmique sur son regret. En outre, nous montrons par des simulations que les performances du système intelligent proposé sont améliorées significativement par l’utilisation de la solution d’apprentissage proposée permettant à l’utilisateur secondaire d’identifier plus efficacement les ressources fréquentielles les plus disponibles et de meilleure qualité. Cette thèse propose également un nouveau modèle d’apprentissage par renforcement combiné à un transfert de connaissance afin d’améliorer l’efficacité énergétique (EE) des réseaux cellulaires hétérogènes. Nous formulons et résolvons un problème de maximisation de l’EE pour le cas de stations de base (BS – Base Stations) dynamiquement éteintes et allumées (ON-OFF). Ce problème d’optimisation combinatoire peut aussi être modélisé par des bandits manchots « restless » markoviens. Par ailleurs, une gestion dynamique de la topologie des réseaux hétérogènes, utilisant l’algorithme RQoS-UCB, est proposée pour contrôler intelligemment le mode de fonctionnement ON-OFF des BS, dans un contexte de trafic et d’étude de capacité multi-cellulaires. Enfin une méthode incluant le transfert de connaissance « transfer RQoS-UCB » est proposée et validée par des simulations, pour pallier les pertes de récompense initiales et accélérer le processus d’apprentissage, grâce à la connaissance acquise à d’autres périodes temporelles correspondantes à la période courante (même heure de la journée la veille, ou même jour de la semaine par exemple). La solution proposée de gestion dynamique du mode ON-OFF des BS permet de diminuer le nombre de BS actives tout en garantissant une QoS adéquate en atténuant les fluctuations de la QoS lors des variations du trafic et en améliorant les conditions au démarrage de l’apprentissage. Ainsi, l’efficacité énergétique est grandement améliorée. Enfin des démonstrateurs en conditions radio réelles ont été développés pour valider les solutions d’apprentissage étudiées. Les algorithmes ont également été confrontés à des bases de données de mesures effectuées par un partenaire dans la gamme de fréquence HF, pour des liaisons transhorizon. Les résultats confirment la pertinence des solutions d’apprentissage proposées, aussi bien en termes d’optimisation de l’utilisation du spectre fréquentiel, qu’en termes d’efficacité énergétique. / Future cellular network technologies are targeted at delivering self-organizable and ultra-high capacity networks, while reducing their energy consumption. This thesis studies intelligent spectrum and topology management through cognitive radio techniques to improve the capacity density and Quality of Service (QoS) as well as to reduce the cooperation overhead and energy consumption. This thesis investigates how reinforcement learning can be used to improve the performance of a cognitive radio system. In this dissertation, we deal with the problem of opportunistic spectrum access in infrastructureless cognitive networks. We assume that there is no information exchange between users, and they have no knowledge of channel statistics and other user's actions. This particular problem is designed as multi-user restless Markov multi-armed bandit framework, in which multiple users collect a priori unknown reward by selecting a channel. The main contribution of the dissertation is to propose a learning policy for distributed users, that takes into account not only the availability criterion of a band but also a quality metric linked to the interference power from the neighboring cells experienced on the sensed band. We also prove that the policy, named distributed restless QoS-UCB (RQoS-UCB), achieves at most logarithmic order regret. Moreover, numerical studies show that the performance of the cognitive radio system can be significantly enhanced by utilizing proposed learning policies since the cognitive devices are able to identify the appropriate resources more efficiently. This dissertation also introduces a reinforcement learning and transfer learning frameworks to improve the energy efficiency (EE) of the heterogeneous cellular network. Specifically, we formulate and solve an energy efficiency maximization problem pertaining to dynamic base stations (BS) switching operation, which is identified as a combinatorial learning problem, with restless Markov multi-armed bandit framework. Furthermore, a dynamic topology management using the previously defined algorithm, RQoS-UCB, is introduced to intelligently control the working modes of BSs, based on traffic load and capacity in multiple cells. Moreover, to cope with initial reward loss and to speed up the learning process, a transfer RQoS-UCB policy, which benefits from the transferred knowledge observed in historical periods, is proposed and provably converges. Then, proposed dynamic BS switching operation is demonstrated to reduce the number of activated BSs while maintaining an adequate QoS. Extensive numerical simulations demonstrate that the transfer learning significantly reduces the QoS fluctuation during traffic variation, and it also contributes to a performance jump-start and presents significant EE improvement under various practical traffic load profiles. Finally, a proof-of-concept is developed to verify the performance of proposed learning policies on a real radio environment and real measurement database of HF band. Results show that proposed multi-armed bandit learning policies using dual criterion (e.g. availability and quality) optimization for opportunistic spectrum access is not only superior in terms of spectrum utilization but also energy efficient.

The purpose of quality control within internal auditing functions is to ensure that internal auditing functions add value by providing a quality service. The aim of this research project was to investigate the importance of quality control within internal auditing functions as prescribed by the standards and guidelines of the internal auditing profession. It was also attempted to determine to what extent these standards and guidelines are applied within internal auditing functions in South Africa. The study concluded that quality control is not adequately applied within all internal auditing functions in South Africa. Compliance with the internal auditing standards (implemented on 1 January 2002) should contribute to improve the situation. The internal auditors’ professional body should motivate internal auditing functions to exercise quality control according to the internal auditing standards. This will uplift the image of the internal auditing profession and ensure the future existence of internal auditing functions. / Auditing / M.Comm.

Résumé : Les services Web, issus de l’avancée technologique dans le domaine des réseaux informatiques et des dispositifs de télécommunications portables et fixes, occupent une place primordiale dans la vie quotidienne des gens. La demande croissante sur des services Web multimédia (SWM), en particulier, augmente la charge sur les réseaux d’Internet, les fournisseurs de services et les serveurs Web. Cette charge est essentiellement due au fait que les SWM de haute qualité nécessitent des débits de transfert et des tailles de paquets importants. La qualité de service (par définition, telle que vue par l’utilisateur) est influencée par plusieurs facteurs de performance, comme le temps de traitement, le délai de propagation, le temps de réponse, la résolution d’images et l’efficacité de compression. Le travail décrit dans cette thèse est motivé par la demande continuellement croissante de nouveaux SWM et le besoin de maintenir et d’améliorer la qualité de ces services. Nous nous intéressons tout d’abord à la qualité de services (QdS) des SWM lorsqu’ils sont mis en œuvre sur des ordinateurs, tels que les ordinateurs de bureau ou les portables. Nous commençons par étudier les aspects de compatibilité afin d’obtenir des SWM fonctionnant de manière satisfaisante sur différentes plate-formes. Nous étudions ensuite la QdS des SWM lorsqu’ils sont mis en œuvre selon deux approches différentes, soit le protocole SOAP et le style RESTful. Nous étudions plus particulièrement le taux de compression qui est un des facteurs influençant la QdS. Après avoir considéré sous différents angles les SWM avec mise en œuvre sur des ordinateurs, nous nous intéressons à la QdS des SWM lorsqu’ils sont mis en œuvre sur FPGA. Nous effectuons alors une étude et une mise en œuvre qui permet d’identifier les avantages à mettre en œuvre des SWM sur FPGA. Les contributions se définissent en cinq volets comme suit : 1. Nous introduisons des méthodes de création, c’est-à-dire conception et mise en œuvre, de SWM sur des plate-formes logicielles hétérogènes dans différents environnements tels que Windows, OS X et Solaris. Un objectif que nous visons est de proposer une approche permettant d’ajouter de nouveaux SWM tout en garantissant la compatibilité entre les plate-formes, dans le sens où nous identifions les options nous permettant d’offrir un ensemble riche et varié de SWM pouvant fonctionner sur les différentes plate-formes. 2. Nous identifions une liste de paramètres pertinents influençant la QdS des SWM mis en œuvre selon le protocole SOAP et selon le style REST. 3. Nous développons un environnement d’analyse pour quantifier les impacts de chaque paramètre identifié sur la QdS de SWM. Pour cela, nous considérons les SWM mis en œuvre selon le protocole SOAP et aussi selon style REST. Les QdS obtenues avec SOAP et REST sont comparées objectivement. Pour faciliter la comparaison, la même gamme d’images (dans l’analyse de SWM SOAP) a été réutilisée et les mêmes plate-formes logicielles. 4. Nous développons une procédure d’analyse qui permet de déterminer une corrélation entre la dimension d’une image et le taux de compression adéquat. Les résultats obtenus confirment cette contribution propre à cette thèse qui confirme que le taux de compression peut être optimisé lorsque les dimensions de l’image ont la propriété suivante : le rapport entre la longueur et la largeur est égal au nombre d’or connu dans la nature. Trois libraires ont été utilisées à savoir JPEG, JPEG2000 et DjVu. 5. Dans un volet complémentaire aux quatre volets précédents, qui concernent les SWM sur ordinateurs, nous étudions ainsi la conception et la mise en œuvre de SWM sur FPGA. Nous justifions l’option de FPGA en identifiant ses avantages par rapport à deux autres options : ordinateurs et ASICs. Afin de confirmer plusieurs avantages identifiés, un SWM de QdS élevée et de haute performance est créé sur FPGA, en utilisant des outils de conception gratuits, du code ouvert (open-source) et une méthode fondée uniquement sur HDL. Notre approche facilitera l’ajout d’autres modules de gestions et d’orchestration de SWM. 6. La mise à jour et l’adaptation du code open-source et de la documentation du module Ethernet IP Core pour la communication entre le FPGA et le port Ethernet sur la carte Nexys3. Ceci a pour effet de faciliter la mise en œuvre de SWM sur la carte Nexys3. // Abstract : Web services, which are the outcome of the technological advancements in IT networks and hand-held mobile devices for telecommunications, occupy an important role in our daily life. The increasing demand on multimedia Web services (MWS), in particular, augments the load on the Internet, on service providers and Web servers. This load is mainly due to the fact that the high-quality multimedia Web services necessitate high data transfer rates and considerable payload sizes. The quality of service (QoS, by definition as it is perceived by the user) is influenced by several factors, such as processing time, propagation delay, response time, image resolution and compression efficacy. The research work in this thesis is motivated by the persistent demand on new MWS, and the need to maintain and improve the QoS. Firstly, we focus on the QoS of MWS when they are implemented on desktop and laptop computers. We start with studying the compatibility aspects in order to obtain MWS functioning satisfactorily on different platforms. Secondly, we study the QoS for MWS implemented according to the SOAP protocol and the RESTful style. In particular, we study the compression rate, which is one of the pertinent factors influencing the QoS. Thirdly, after the study of MWS when implemented on computers, we proceed with the study of QoS of MWS when implemented on hardware, in particular on FPGAs. We achieved thus comprehensive study and implementations that show and compare the advantages of MWS on FPGAs. The contributions of this thesis can be resumed as follows: 1. We introduce methods of design and implementation of MWS on heterogeneous platforms, such as Windows, OS X and Solaris. One of our objectives is to propose an approach that facilitates the integration of new MWS while assuring the compatibility amongst involved platforms. This means that we identify the options that enable offering a set of rich and various MWS that can run on different platforms. 2. We determine a list of relevant parameters that influence the QoS of MWS. 3. We build an analysis environment that quantifies the impact of each parameter on the QoS of MWS implemented on both SOAP protocol and RESTful style. Both QoS for SOAP and REST are objectively compared. The analysis has been held on a large scale of different images, which produces a realistic point of view describing the behaviour of real MWS. 4. We develop an analysis procedure to determine the correlation between the aspect ratio of an image and its compression ratio. Our results confirm that the compression ratio can be improved and optimised when the aspect ratio of iiiiv an image is close to the golden ratio, which exists in nature. Three libraries of compression schemes have been used, namely: JPEG, JPEG2000 and DjVu. 5. Complementary to the four contributions mentioned above, which concern the MWS on computers, we study also the design and implementation of MWS on FPGA. This is justified by the numerous advantages that are offered by FPGAs, compared to the other technologies such as computers and ASICs. In order to highlight the advantages of implementing MWS on FPGA, we developed on FPGA a MWS of high performance and high level of QoS. To achieve our goal, we utilised freely available design utilities, open-source code and a method based only on HDL. This approach is adequate for future extensions and add-on modules for MWS orchestration.

Video-on-demand streaming從90年代就在適當的科技下成為網際網路流量的龍頭，故宮教育頻道在技術上採用TCP-based video streaming，但Video streaming使得負載較一般的伺服器繁重。透過負載平衡來分散負載是可行的方式之一，但在TCP-based video streaming的技術下，還是可能遭遇服務品質之相關議題。而服務品質要求 (Quality of Service, QoS)是用來對使用者適配的服務品質表現，做具體之等級劃分的管理工具，本研究以故宮教育頻道 (iPalace Video Channel; iPalace)為標的，針對其DNS Load Balancing搭配Round Robin的運作背景，提出VM Side QoS及Client Side QoS，在VM Side設定Load rate作為指標、在Client Side則以撥放器的表現為主，設定Initial Buffering Time、Mean Rebuffering Duration以及Rebuffering Frequency共三個指標，並搭配流量的實驗操作，劃分Regular及Class情境來蒐集資料。 在分析後發現，在環境較為一致的Class情境中，Mean Rebuffering Duration與Load Rate及Rebuffering Frequency與Load Rate具有低度正相關。未來，若能在環境及客戶端的變異性有較多的控制及掌握，則可讓資料在蒐集上更為正確，讓後續的分析及探討與實際狀況更為相符。

In order to efficiently utilize the scarce wireless resource as well as keep up with the ever-increasing demand for Quality-of-Service (QoS) of multimedia applications, wireless networks are undergoing rapid development and dramatic changes in the underlying technologies and protocols. The Medium Access Control (MAC) protocol, which coordinates the channel access and data transmission of wireless stations, plays a pivotal role in wireless networks. Performance modelling and analysis has been and continues to be of great theoretical and practical importance in the design and development of wireless networks. This research is devoted to developing efficient and cost-effective analytical tools for the performance analysis and enhancement of MAC protocols in Wireless Local Area Networks (WLANs) under heterogeneous multimedia traffic. To support the MAC-layer QoS in WLANs, the IEEE 802.11e Enhanced Distributed Channel Access (EDCA) protocol has proposed three QoS differentiation schemes in terms of Arbitrary Inter-Frame Space (AIFS), Contention Window (CW), and Transmission Opportunity (TXOP). This research starts with the development of new analytical models for the TXOP scheme specified in the EDCA protocol under Poisson traffic. A dynamic TXOP scheme is then proposed to adjust the TXOP limits according to the status of the transmission queue. Theoretical analysis and simulation experiments show that the proposed dynamic scheme largely improves the performance of TXOP. To evaluate the TXOP scheme in the presence of ii heterogeneous traffic, a versatile analytical model is developed to capture the traffic heterogeneity and model the features of burst transmission. The performance results highlight the importance of taking into account the heterogeneous traffic for the accurate evaluation of the TXOP scheme in wireless multimedia networks. To obtain a thorough and deep understanding of the performance attributes of the EDCA protocol, a comprehensive analytical model is then proposed to accommodate the integration of the three QoS schemes of EDCA in terms of AIFS, CW, and TXOP under Poisson traffic. The performance results show that the TXOP scheme can not only support service differentiation but also improve the network performance, whereas the AIFS and CW schemes provide QoS differentiation only. Moreover, the results demonstrate that the MAC buffer size has considerable impact on the QoS performance of EDCA under Poisson traffic. To investigate the performance of EDCA in wireless multimedia networks, an analytical model is further developed for EDCA under heterogeneous traffic. The performance results demonstrate the significant effects of heterogeneous traffic on the total delay and frame losses of EDCA with different buffer sizes. Finally, an efficient admission control scheme is presented for the IEEE 802.11e WLANs based on analytical modelling and a game-theoretical approach. The admission control scheme can maintain the system operation at an optimal point where the utility of the Access Point (AP) is maximized with the QoS constraints of various users.

Along with playing an ever-increasing role in the integration of other communication networks and expanding in application diversities, the current Internet suffers from serious overuse and congestion bottlenecks. Efficient congestion control is fundamental to ensure the Internet reliability, satisfy the specified Quality-of-Service (QoS) constraints and achieve desirable performance in response to varying application scenarios. Active Queue Management (AQM) is a promising scheme to support end-to-end Transmission Control Protocol (TCP) congestion control because it enables the sender to react appropriately to the real network situation. Analytical performance models are powerful tools which can be adopted to investigate optimal setting of AQM parameters. Among the existing research efforts in this field, however, there is a current lack of analytical models that can be viewed as a cost-effective performance evaluation tool for AQM in the presence of heterogeneous traffic, generated by various network applications. This thesis aims to provide a generic and extensible analytical framework for analyzing AQM congestion control for various traffic types, such as non-bursty Poisson and bursty Markov-Modulated Poisson Process (MMPP) traffic. Specifically, the Markov analytical models are developed for AQM congestion control scheme coupled with queue thresholds and then are adopted to derive expressions for important QoS metrics. The main contributions of this thesis are listed as follows: • Study the queueing systems for modeling AQM scheme subject to single-class and multiple-classes Poisson traffic, respectively. Analyze the effects of the varying threshold, mean traffic arrival rate, service rate and buffer capacity on the key performance metrics. • Propose an analytical model for AQM scheme with single class bursty traffic and investigate how burstiness and correlations affect the performance metrics. The analytical results reveal that high burstiness and correlation can result in significant degradation of AQM performance, such as increased queueing delay and packet loss probability, and reduced throughput and utlization. • Develop an analytical model for a single server queueing system with AQM in the presence of heterogeneous traffic and evaluate the aggregate and marginal performance subject to different threshold values, burstiness degree and correlation. • Conduct stochastic analysis of a single-server system with single-queue and multiple-queues, respectively, for AQM scheme in the presence of multiple priority traffic classes scheduled by the Priority Resume (PR) policy. • Carry out the performance comparison of AQM with PR and First-In First-Out (FIFO) scheme and compare the performance of AQM with single PR priority queue and multiple priority queues, respectively.

The research initiatives addressed in this thesis are geared towards improving the performance of passive optical networks (PONs) through the development of advanced dynamic bandwidth allocation (DBA) protocols. In particular, the aim of the research undertaken is to enhance the quality of service (QoS) offered by standard PONs by means of providing subscribers with service level agreement (SLA) to fulfil applications and associated bandwidth requirements on demand. To accomplish the research objectives, a novel service and bandwidth focused DBA protocol is developed for standard time division multiplexing (TDM), gigabit-capable PONs (GPONs) by flexibly assigning a guaranteed minimum bandwidth to each optical network unit (ONU),terminated at subscribers premises. Modelling and simulation of the developed algorithms have displayed a tenfold enhancement in network performance, showing a superior performance to other published DBA protocols, in terms of mean packet delay. To accomplish protocol optimisation, the ONU upstream transmission properties of TDM-PONs have been further analysed and subsequently the ONU data transfer order in each communication cycle has been dynamically configured to increase the network upstream throughput by overlapping the upstream transmission period with parts of the bandwidth request-allocation process between OLT and ONUs. In addition, with the objective of extending the application of the developed protocol to long-reach PONs by means of reducing the augmented propagation delays due to the network’s extensive reach, the concept of virtual communication cycles has been incorporated into the optimised DBA algorithm. This approach demonstrates comparable transmission efficiency in the context of subscriber throughput and packet delay as in a standard PON but at much longer distances from the network exchange. To overcome the inevitably limited communication capacity of single wavelength TDM protocols and with the transportation of the ever increasing, time-sensitive, multi-media services in mind, a novel multi-wavelength DBA protocol is then developed to be applied to a wavelength division multiplexing–PON. With this protocol, both the downstream and upstream network capacity is dynamically adjusted according to subscribers’ service level and bandwidth demand in each polling cycle as opposed to a fixed upstream network capacity in TDM-PONs. It therefore also demonstrates improved upstream transmission efficiency.

Poussé par la demande croissante de services multimédia dans les réseaux Internet à haut débit, la technologie WIMAX a émergé comme une alternative compétitive à la solution filaire d’accès à haut débit. L’IEEE 802.16 constitue une solution qui offre des débits élevés en assurant une qualité de service (QoS) satisfaisante. En particulier, elle est adaptée aux applications multimédia qui ont des contraintes de QoS à satisfaire. Cependant, avec la présence d’utilisateurs hétérogènes qui ont des caractéristiques diverses en termes de bande passante, de conditions radio et de ressources disponibles, de nouveaux défis posés doivent être résolus. En effet, les applications multimédia doivent interagir avec leur environnement pour informer le réseau d’accès de leurs besoins en QoS et s’adapter dynamiquement aux variations des conditions du réseau.Dans ce contexte, nous proposons deux solutions pour la transmission des flux vidéo sur les réseaux 802.16 sur la base de l’approche Cross-layer. Nous nous intéressons à la fois à la transmission unicast et multicast sur le lien montant et descendant d’une ou plusieurs cellules WIMAX.Premièrement, nous proposons une architecture Cross-Layer qui permet l’adaptation et l’optimisation du streaming vidéo en fonction des ressources disponibles. Nous avons défini une entité CLO (Cross-Layer Optimizer) qui exploite des messages de gestion des flux de service, échangés entre BS et SS, au niveau MAC, pour déterminer l’adaptation nécessaire et optimale afin d’assurer le bon fonctionnement de l’application. Les adaptations se produisent en deux temps, lors de l'admission du flux et au cours de la session de streaming. L’analyse des performances, par simulations, de notre solution montre l’efficacité du CLO à adapter, d’une façon dynamique, le débit vidéo en fonction des conditions du réseau afin d’assurer une QoS optimale.Deuxièmement, nous proposons une solution de streaming multicast des flux vidéo dans les réseaux WIMAX. Cette solution permet de trouver un compromis entre la diversité des clients, en termes de conditions radio, de schémas de modulation et de ressources disponibles, ainsi que le format de codage vidéo hiérarchique SVC, pour offrir la meilleure qualité vidéo y compris pour les clients ayant de faibles conditions radio. En effet, cette solution permet à chaque utilisateur d’obtenir une qualité vidéo proportionnellement à ses conditions radio et à sa bande passante disponible. Pour atteindre cet objectif, plusieurs groupes multicast sont formés par couches vidéo SVC. Cette solution permet d’optimiser davantage les ressources radio et ainsi d’augmenter la capacité globale du système. / Driven by the increasing demand for multimedia services in broadband Internet networks, WIMAX technology has emerged as a competitive alternative to the wired broadband access solutions. The IEEE 802.16 is a solution that provides high throughput by ensuring a satisfactory QoS. In particular, it is suitable for multimedia applications that have strict QoS constraints. However, the users’ heterogeneity and diversity in terms of bandwidth, radio conditions and available resources, pose new deployment challenges. Indeed, multimedia applications need to interact with their environment to inform the access network about their QoS requirements and dynamically adapt to changing network conditions.In this context, we propose two solutions for video streaming over 802.16 networks based on Cross-Layer approach. We are interested in both unicast and multicast transmissions in uplink and downlink of one or more WIMAX cells.First, we proposed an architecture that enables Cross-Layer adaptation and optimization of video streaming based on available resources. We defined the entity CLO (Cross-Layer Optimizer) that takes benefits from service flow management messages, exchanged between BS and SS, at the MAC level, to determine the necessary adaptations / adjustment to ensure optimal delivery of the application. Adaptations occur at two epochs, during the admission of the video stream and during the streaming phase. The performance analysis, performed through simulations, shows the effectiveness of the CLO to adapt in a dynamic way, the video data rate depending on network conditions, and thus guarantee an optimal QoS.Second, we proposed a solution that enables IP multicast video delivery in WIMAX network. This solution allows finding the compromise between the diversity of end-user requirements, in terms of radio conditions, modulation schemes and available resources, along with the SVC hierarchy video format, to offer the best video quality even for users with low radio conditions. Indeed, we define a multicast architecture that allows each user to get a video quality proportionally to its radio conditions and its available bandwidth. Towards this end, several IP multicast groups are created depending on the SVC video layers. Subsequently, our solution allows optimizing the use of radio resources by exploiting the different modulations that can be selected by the end-users.

Les réseaux maillés sans fil (RMSF), grâce à leurs caractéristiques avantageuses, sont considérés comme une solution efficace pour le support des services de voix, vidéo et de données dans les réseaux de prochaine génération. Le standard IEEE 802.16-d a spécifié pour les RMSF, à travers son mode maillé, deux mécanismes de planifications de transmission de données; à savoir la planification centralisée et la planification distribuée. Dans ce travail, on a évalué le support de la qualité de service (QdS) du standard en se focalisant sur la planification distribuée. Les problèmes du système dans le support du trafic de voix ont été identifiés. Pour résoudre ces problèmes, on a proposé un protocole pour le support de VoIP (AVSP) en tant qu’extension au standard original pour permettre le support de QdS au VoIP. Nos résultats préliminaires de simulation montrent qu’AVSP offre une bonne amélioration au support de VoIP. / Wireless mesh networks (WMNs), because of their advantageous characteristics, are considered as an effective solution to support voice services, video and data in next generation networks. The IEEE 802.16-d specified for WMNs, through its mesh mode, two mechanisms of scheduling data transmissions; namely centralized scheduling and distributed scheduling. In this work, we evaluated the support of the quality of service (QoS) of the standard by focusing on distributed scheduling. System problems in the support of voice traffic have been identified. To solve these problems, we proposed a protocol for supporting VoIP, called Assisted VoIP Scheduling Protocol (AVSP), as an extension to the original standard to support high QoS to VoIP. Our preliminary simulation results show that AVSP provides a good improvement to support VoIP.

L’émergence de nouvelles applications et de nouveaux services (tels que les applications multimédias, la voix-sur-IP, la télévision-sur-IP, la vidéo-sur-demande, etc.) et le besoin croissant de mobilité des utilisateurs entrainent une demande de bande passante de plus en plus croissante et une difficulté dans sa gestion dans les réseaux cellulaires sans fil (WCNs), causant une dégradation de la qualité de service. Ainsi, dans cette thèse, nous nous intéressons à la gestion des ressources, plus précisément à la bande passante, dans les WCNs. Dans une première partie de la thèse, nous nous concentrons sur la prédiction de la mobilité des utilisateurs des WCNs. Dans ce contexte, nous proposons un modèle de prédiction de la mobilité, relativement précis qui permet de prédire la destination finale ou intermédiaire et, par la suite, les chemins des utilisateurs mobiles vers leur destination prédite. Ce modèle se base sur : (a) les habitudes de l’utilisateur en terme de déplacements (filtrées selon le type de jour et le moment de la journée) ; (b) le déplacement courant de l’utilisateur ; (c) la connaissance de l’utilisateur ; (d) la direction vers une destination estimée ; et (e) la structure spatiale de la zone de déplacement. Les résultats de simulation montrent que ce modèle donne une précision largement meilleure aux approches existantes. Dans la deuxième partie de cette thèse, nous nous intéressons au contrôle d’admission et à la gestion de la bande passante dans les WCNs. En effet, nous proposons une approche de gestion de la bande passante comprenant : (1) une approche d’estimation du temps de transfert intercellulaire prenant en compte la densité de la zone de déplacement en terme d’utilisateurs, les caractéristiques de mobilité des utilisateurs et les feux tricolores ; (2) une approche d’estimation de la bande passante disponible à l’avance dans les cellules prenant en compte les exigences en bande passante et la durée de vie des sessions en cours ; et (3) une approche de réservation passive de bande passante dans les cellules qui seront visitées pour les sessions en cours et de contrôle d’admission des demandes de nouvelles sessions prenant en compte la mobilité des utilisateurs et le comportement des cellules. Les résultats de simulation indiquent que cette approche réduit largement les ruptures abruptes de sessions en cours, offre un taux de refus de nouvelles demandes de connexion acceptable et un taux élevé d’utilisation de la bande passante. Dans la troisième partie de la thèse, nous nous penchons sur la principale limite de la première et deuxième parties de la thèse, à savoir l’évolutivité (selon le nombre d’utilisateurs) et proposons une plateforme qui intègre des modèles de prédiction de mobilité avec des modèles de prédiction de la bande passante disponible. En effet, dans les deux parties précédentes de la thèse, les prédictions de la mobilité sont effectuées pour chaque utilisateur. Ainsi, pour rendre notre proposition de plateforme évolutive, nous proposons des modèles de prédiction de mobilité par groupe d’utilisateurs en nous basant sur : (a) les profils des utilisateurs (c’est-à-dire leur préférence en termes de caractéristiques de route) ; (b) l’état du trafic routier et le comportement des utilisateurs ; et (c) la structure spatiale de la zone de déplacement. Les résultats de simulation montrent que la plateforme proposée améliore la performance du réseau comparée aux plateformes existantes qui proposent des modèles de prédiction de la mobilité par groupe d’utilisateurs pour la réservation de bande passante. / The emergence of new applications and services (e.g., multimedia applications, voice over IP and IPTV) and the growing need for mobility of users cause more and more growth of bandwidth demand and a difficulty of its management in Wireless Cellular Networks (WCNs). In this thesis, we are interested in resources management, specifically the bandwidth, in WCNs. In the first part of the thesis, we study the user mobility prediction that is one of key to guarantee efficient management of available bandwidth. In this context, we propose a relatively accurate mobility prediction model that allows predicting final or intermediate destinations and subsequently mobility paths of mobile users to reach these predicted destinations. This model takes into account (a) user’s habits in terms of movements (filtered according to the type of day and the time of the day); (b) user's current movement; (c) user’s contextual knowledge; (d) direction from current location to estimated destination; and (e) spatial conceptual maps. Simulation results show that the proposed model provides good accuracy compared to existing models in the literature. In the second part of the thesis, we focus on call admission control and bandwidth management in WCNs. Indeed, we propose an efficient bandwidth utilization scheme that consists of three schemes: (1) handoff time estimation scheme that considers navigation zone density in term of users, users’ mobility characteristics and traffic light scheduling; (2) available bandwidth estimation scheme that estimates bandwidth available in the cells that considers required bandwidth and lifetime of ongoing sessions; and (3) passive bandwidth reservation scheme that passively reserves bandwidth in cells expected to be visited by ongoing sessions and call admission control scheme for new call requests that considers the behavior of an individual user and the behavior of cells. Simulation results show that the proposed scheme reduces considerably the handoff call dropping rate while maintaining acceptable new call blocking rate and provides high bandwidth utilization rate. In the third part of the thesis, we focus on the main limitation of the first and second part of the thesis which is the scalability (with the number of users) and propose a framework, together with schemes, that integrates mobility prediction models with bandwidth availability prediction models. Indeed, in the two first contributions of the thesis, mobility prediction schemes process individual user requests. Thus, to make the proposed framework scalable, we propose group-based mobility prediction schemes that predict mobility for a group of users (not only for a single user) based on users’ profiles (i.e., their preference in terms of road characteristics), state of road traffic and users behaviors on roads and spatial conceptual maps. Simulation results show that the proposed framework improves the network performance compared to existing schemes which propose aggregate mobility prediction bandwidth reservation models.