Internet measurements have previously been done mostly from research labs and universities. The number of home users is growing rapidly and we need a good way to measure their network performance. This thesis focuses on building a web application that allows users to check what their network is like for online activities they are interested in. The application has minimal impediment to use by only requiring a Web browser. A list of online activities we offer users to choose from includes browsing web site categories such as news or social networks, having voice and video conferences, playing online games and other activities.

"Increasing availability of high-speed Internet and wireless access points has allowed home users to connect not only their computers but various other devices to the Internet. Every device running different applications requires unique Quality of Service (QoS). It has been shown that delay- sensitive applications, such as VoIP, remote login and online game sessions, suffer increased latency in the presence of throughput-sensitive applications such as FTP and P2P. Currently, there is no mechanism at the wireless AP to mitigate these effects except explicitly classifying the traffic based on port numbers or host IP addresses. We propose CHAP, a credit-based queue management technique, to eliminate the explicit configuration process and dynamically adjust the priority of all the flows from different devices to match their QoS requirements and wireless conditions to improve application quality in home networks. An analytical model is used to analyze the interaction between flows and credits and resulting queueing delays for packets. CHAP is evaluated using Network Simulator (NS2) under a wide range of conditions against First-In-First- Out (FIFO) and Strict Priority Queue (SPQ) scheduling algorithms. CHAP improves the quality of an online game, a VoIP session, a video streaming session, and a Web browsing activity by 20%, 3%, 93%, and 51%, respectively, compared to FIFO in the presence of an FTP download. CHAP provides these improvements similar to SPQ without an explicit classification of flows and a pre- configured scheduling policy. A Linux implementation of CHAP is used to evaluate its performance in a real residential network against FIFO. CHAP reduces the web response time by up to 85% compared to FIFO in the presence of a bulk file download. Our contributions include an analytic model for the credit-based queue management, simulation, and implementation of CHAP, which provides QoS with minimal configuration at the AP."

Homes are involved in a significant fraction of Internet traffic. However, meaningful and comprehensive information on the structure and use of home networks is still hard to obtain. The two main challenges in collecting such information are the lack of measurement infrastructure in the home network environment and individuals’ concerns about information privacy. To tackle these challenges, the dissertation introduces Home Network Flow Logger (HNFL) to bring lightweight privacy-preserving passive measurement to home networks. The core of HNFL is a Linux kernel module that runs on resource-constrained commodity home routers to collect network traffic data from raw packets. Unlike prior passive measurement tools, HNFL is shown to work without harming either data accuracy or router performance. This dissertation also includes a months-long field study to collect passive measurement data from home network gateways where network traffic is not mixed by NAT (Network Address Translation) in a non-intrusive way. The comprehensive data collected from over fifty households are analyzed to learn the characteristics of home networks such as number and distribution of connected devices, traffic distribution among internal devices, network availability, downlink/uplink bandwidth, data usage patterns, and application traffic distribution.

The advancement of the internet across the globe has made computer users implement several ways of protection against possible network threats. The goal of this thesis is to analyse vulnerabilities and threats that may occur in a home network and design a vulnerability classification for home users with the help of Kali Linux. The classification is proposed and briefly evaluated. Computer network threats are also examined in this thesis together with the network vulnerabilities and corresponding network security recommendations for these systems. Home users have a need for security and privacy being provided. There have been a number of recent security breaches affecting home users leading to mistrust among the users. Due to different classification of threats, there is a need for a common threat classification scheme that can help to improve the understanding of threats among different researchers. This thesis focuses on investigating possible vulnerabilities in a home network and consequently designing a vulnerability classification for home users.

Τα δίκτυα δεδομένων έχουν περάσει από πειραματική τεχνολογία στο να γίνουν ένα βασικό εργαλείο για δουλεία, ψυχαγωγία και να χρησιμοποιούνται από επιχειρήσεις και σπίτια παγκοσμίως. Οι επιχειρήσεις χρησιμοποιούν δίκτυα για να μεταφέρουν αρχεία, να μοιράσουν εφαρμογές μεταξύ υπολογιστών, καθώς επίσης και για να δώσουν δυνατότητα πρόσβασης πολλών υπολογιστών μαζί σε δικτυακές συσκευές, όπως είναι για παράδειγμα οι εκτυπωτές. Πέρα από την παραπάνω χρήση, η οποία γίνεται από επιχειρήσεις και είναι αρκετά σημαντική, υπάρχει και η απαίτηση για τη μετάδοση δεδομένων στο σπίτι. Οι χρήστες που έχουν συχνά περισσότερους από έναν υπολογιστές στον ιδιωτικό τους χώρο, χρησιμοποιούν τα δίκτυα δεδομένων έτσι ώστε να διαμοιράσουν αρχεία και δεδομένα, για την αυτοματοποίηση του σπιτιού τους συμπεριλαμβανομένων εφαρμογών όπως τα συστήματα ασφάλειας, για δικτυακά παιχνίδια, για τον έλεγχο θέρμανσης αλλά και για πάμπολλες οικιακές εφαρμογές. Ένας εύκολος, έξυπνος και φθηνός τρόπος δικτύωσης οικιακών δικτύων, είναι η δικτύωση μέσω των ηλεκτρικών γραμμών. / Networks become very popular for small offices and homes. Companies use networks in order all users to be able to communicate and use common printers, scanners, e.t.c. Into our homes, networking become popular due to the use of it. You may control heat, stream audio and video. A way to network you house is power line communication.

Une mauvaise qualité Wi-Fi peut perturber l'expérience des utilisateurs domestiques sur Internet, ou la qualité de l'expérience (QoE). Détecter quand le Wi-Fi dégrade la QoE des utilisateurs est précieux pour les fournisseurs d’accès internet (FAI), surtout que les utilisateurs tiennent souvent pour responsable leur FAI lorsque leur QoE se dégrade. Pourtant, les FAI ont peu de visibilité au sein de la maison pour aider les utilisateurs. Cette thèse conçoit et évalue des techniques de surveillance passive de la qualité Wi-Fi sur les points d'accès de base (APs) et prédit quand la qualité du Wi-Fi dégrade la QoE de l'application Internet. Nous concevons et évaluons une méthode qui estime la capacité de liaison Wi-Fi. Nous concevons et évaluons prédicteurs de l'effet de la qualité Wi-Fi sur la QoE de quatre applications populaires: la navigation sur le Web, YouTube, la communication audio et vidéo en temps réel. Nous concevons une méthode pour identifier les événements qui traduisent une mauvaise QoE pour identifier les cas où les prédicteurs QoE estiment que toutes les applications visées fonctionnent mal. Nous appliquons nos prédicteurs aux métriques Wi-Fi collectées sur une semaine de surveillance de 832 points d’accès de clients d'un grand FAI résidentiel. Nos résultats montrent que la QoE est bonne sur la grande majorité des échantillons, mais nous trouvons encore 9% des échantillons avec une mauvaise QoE. Pire, environ 10% des stations ont plus de 25% d'échantillons dont la QoE est médiocre. Dans certains cas, nous estimons que la qualité Wi-Fi provoque une QoE médiocre pendant de nombreuses heures, bien que dans la plupart des cas ces événements soient courts. / Poor Wi-Fi quality can disrupt home users' internet experience, or the Quality of Experience (QoE). Detecting when Wi-Fi degrades QoE is valuable for residential Internet Service Providers (ISPs) as home users often hold the ISP responsible whenever QoE degrades. Yet, ISPs have little visibility within the home to assist users. This thesis designs and evaluates techniques to passively monitor Wi-Fi quality on commodity access points (APs) and predict when Wi-Fi quality degrades internet application QoE. Our first contribution is the design and evaluation of a method that estimates Wi-Fi link capacity. We extend previous models, suited for 802.11a/b/g networks, to work on 802.11n networks using passive measurements. Our second contribution is the design and evaluation of predictors of the effect of Wi-Fi quality on QoE of four popular applications: web browsing, YouTube, audio and video real time communication. Our third contribution is the design of a method to identify poor QoE events. We use K-means clustering to identify instances where the QoE predictors estimate that all studied applications perform poorly. Then, we classify poor QoE events as short, intermittent, and consistent poor QoE events. Finally, our fourth contribution is to apply our predictors to Wi-Fi metrics collected over one week from 832 APs of customers of a large residential ISP. Our results show that QoE is good on the vast majority of samples of the deployment, still we find 9% of poor QoE samples. Worse, approximately 10% of stations have more than 25% poor QoE samples. In some cases, we estimate that Wi-Fi quality causes poor QoE for many hours, though in most cases poor QoE events are short.

Dans cette thèse, nous concevons trois nouveaux mécanismes d'authentification basés sur l'identité des utilisateurs. Par conséquent, nous apportons des améliorations sur le contrôle d'accès à différents types de réseaux tels que les réseaux domestiques, les réseaux gouvernementaux et les réseaux cellulaires. L'identité se base sur des gabarits biométriques publics, des chaînes de caractères simples comme l’adresses e-mail ou l’identifiant (login). La première solution concerne l'utilisation de données biométriques dans les mécanismes d'authentification des réseaux domestiques (Home Network HN). Nous voulons personnaliser l'accès de chaque utilisateur dans le HN et prévenir les utilisateurs illégitimes (en passant par la passerelle domestique « Home Gateway (HG) ») d'avoir accès aux services. Nous proposons une nouvelle méthode d'authentification biométrique qui respecte la contrainte de ne pas sauvegarder les données biométriques (Biometric Template (BT)) des utilisateurs dans le HG. Pour satisfaire cette contrainte, nous proposons d'utiliser la méthode de « Fuzzy Vault » pour cacher un secret utilisé pour l'authentification. Un logiciel génère une identité biométrique révocable (BioID) en utilisant une transformation fonctionnelle. Ce BioID est utilisé par le mécanisme du fuzzy vault pour cacher une clé de session secrète. La deuxième solution propose des mécanismes d'authentification pour les passeports biométriques (e-Passeports). Les paramètres de chiffrement sont générés en utilisant les données biométriques et, ainsi, ils seront personnalisés pour l'utilisateur. Notre proposition introduit un nouveau mécanisme d'authentification pour le passeport biométrique utilisant le protocole Diffie-Hellman de partage de clé basé sur les courbes elliptiques (ECDH). Ce protocole est nécessaire pour générer une clé de session utilisée pour authentifier le voyageur et le système d'inspection (IS) et ainsi sécuriser l'échange des données entre eux. Notre protocole peut utiliser les points "minuties" d'une empreinte digitale et le code de l'iris du détenteur du passeport électronique. Dans la troisième solution, nous avons travaillé sur le réseau cellulaire et nous avons utilisé une chaîne de caractères simple (l’adresse e-mail de l’utilisateur) comme identifiant pour accéder aux services. Nous avons choisi l'IP Multimedia Subsystem (IMS) qui est une architecture de recouvrement pour la fourniture de services multimédia, comme support. Nous avons conçu un nouveau mécanisme d'authentification aux services en utilisant la cryptographie basée sur l'identité (IBC). L'objectif était d'authentifier les utilisateurs en utilisant leurs identifiants public et privé pour surmonter les faiblesses connues du protocole «Authentication and Key Agreement (AKA) ». Nous nous sommes concentrés sur les tentatives d'écoute et d’usurpation d'identité qui peuvent avoir lieu dans le scénario classique de l’IMS et nous avons montré comment la solution proposée peut prévenir ces attaques. Nous avons ensuite proposé d'ajouter une vérification par lot au niveau du Bootstrapping Server Function (BSF) pour diminuer le délai de vérification des signatures et le temps de réponse de l’authentification. / In this thesis, we design three new authentication mechanisms based on user identity. Therefore, we bring improvements in access control for different classes of networks such as Home Network, Governmental Network and Cellular Network. The identity can be biometric public features, simple strings (email addresses, login...), etc. The first solution concerns the use of biometric in Home Network' authentication mechanisms. In the Home Network (HN) case study, we aim at personalizing the access of each user in the HN and preventing illegitimate users (passing by the Home Gateway (HG)) to have any access. We propose a new biometric authentication method which respects the constraint of the non storage of the users' Biometric Template (BT) in the HG. To satisfy this constraint, we propose using the fuzzy vault method to hide a secret that should be used for authentication. A software generates a revocable biometric identity (BioID) using a functional transformation. This BioID is used in the fuzzy vault mechanisms to hide a secret session key. The second solution proposes e-Passport authentication mechanisms. The cryptographic parameters are generated using the biometric templates and hence, personalized for the user. In travel document case study, we present our proposal which introduces a new e-Passport authentication mechanisms based on the Elliptic Curve Diffie-Hellman (ECDH) Key Agreement protocol. This protocol is needed to generate a session key used to authenticate the traveler and the Inspection System (IS) to exchange secure data. Our protocol is defined using minutiae data (fingerprint) and iris code of the e-Passport holder. In the third solution, we worked on the Cellular Network and we used a simple string, like email addresses, as identifier to access to services. We choose the IP Multimedia Subsystem (IMS) which is an overlay architecture for the provision of multimedia services. We design a new service authentication mechanism relying on Identity Based Cryptography (IBC) for the IMS architecture. The goal was to authenticate the users using their public and private identifiers to overcome known weaknesses in the Authentication and Key Agreement (AKA) protocol. We focused on the eavesdropping and impersonation attacks that can take place in classical IMS scenario and we showed how our proposed solution can prevent against these attacks. We, then, proposed to add a Batch Verification on the Bootstrapping Server Function (BSF) to decrease signature verification delay and the authentication response time.

<p> Due to the high cost, telephone and cable television companies can only justify installing fiber optical networks to remote sites which serve up to a few hundred customers. For customers located at variable distances from the transmitting station, they will receive signals at different strengths. The signal stability and system reliability of FTTH network affected largely by the distance. We propose an effective solution for the enhancement of signal stability of FTTH network, which uses a semiconductor optical amplifier (SOA) coupled with an optical receiver.</p> <p> Before the signal reaches the optical receiver at the user end, signal strength is automatically adjusted through a semiconductor optical amplifier (SOA). Due to the special saturation property of SOA, the output optical signal will have very small fluctuation regardless the input optical signal power, the signal stability of FTTH network will be improved significantly. A set of simplified governing equations of SOA has been proposed and the corresponding numerical solver has been implemented. Although the main focus is primarily the SOA, a simplified optical receiver is also simulated, which comprises a PIN photodetector and a low pass filter (LPF). All simulations have been carried out in the time-domain with the frequency domain low pass filter modeled by a digital filter.</p> / Thesis / Master of Applied Science (MASc)

Les protocoles plug-and-play couplés avec les architectures logicielles rendent nos maisons ubiquitaires. Les équipements domestiques qui supportent ces protocoles peuvent être détectés automatiquement, configurés et invoqués pour une tâche donnée. Actuellement, plusieurs protocoles coexistent dans la maison, mais les interactions entre les dispositifs ne peuvent pas être mises en action à moins que les appareils supportent le même protocole. En plus, les applications qui orchestrent ces dispositifs doivent connaître à l'avance les noms des services et dispositifs. Or, chaque protocole définit un profil standard par type d'appareil. Par conséquent, deux appareils ayant le même type et les mêmes fonctions mais qui supportent un protocole différent publient des interfaces qui sont souvent sémantiquement équivalentes mais syntaxiquement différentes. Ceci limite alors les applications à interagir avec un service similaire. Dans ce travail, nous présentons une méthode qui se base sur l'alignement d'ontologie et la génération automatique de mandataire pour parvenir à une adaptation dynamique de services. / Ubiquitous systems imagined by Mark Weiser are emerging thanks to the development of embedded systems and plug-n-play protocols like the Universal Plug aNd Play (UPnP), the Intelligent Grouping and Resource Sharing (IGRS), the Device Pro le for Web Services (DPWS) and Apple Bonjour. Such protocols follow the service oriented architecture (SOA) paradigm and allow an automatic device and service discovery in a home network. Once devices are connected to the local network, applications deployed for example on a smart phone, a PC or a home gateway, discover the plug-n-play devices and act as control points. The aim of such applications is to orchestrate the interactions between the devices such as lights, TVs and printers, and their corresponding hosted services to accomplish a specific human daily task like printing a document or dimming a light. Devices supporting a plug-n-play protocol announce their hosted services each in its own description format and data content. Even similar devices supporting the same services represent their capabilities in a different representation format and content. Such heterogeneity along with the protocols layers diversity, prevent applications to use any available equivalent device on the network to accomplish a specific task. For instance, a UPnP printing application cannot interacts with an available DPWS printer on the network to print a document. Designing applications to support multiple protocols is time consuming since developers must implement the interaction with each device pro le and its own data description. Additionally, the deployed application must use multiple protocols stacks to interact with the device. More over, application vendors and telecoms operators need to orchestrate devices through a common application layer, independently from the protocol layers and the device description. To accomplish interoperability between plug-n-play devices and applications, we propose a generic approach which consists in automatically generating proxies based on an ontology alignment. The alignment contains the correspondences between two equivalent devices descriptions. Such correspondences actually represent the proxy behaviour which is used to provide interoperability between an application and a plug and play device. For instance, the generated proxy will announce itself on the network as a UPnP standard printer and will control the DPWS printer. Consequently, the UPnP printing application will interact transparently with the generated proxy which adapts and transfers the invocations to the real DPWS printer. We implemented a prototype as a proof of concept that we evaluated on several real UPnP and DPWS equivalent devices.

Les avancées technologiques ont permis la commercialisation à grande échelle de terminaux mobiles. De ce fait, l’homme est de plus en plus connecté et partout. Ce nombre grandissant d’usagers du réseau ainsi que la forte croissance du contenu disponible, aussi bien d’un point de vue quantitatif que qualitatif saturent les réseaux et l’augmentation des moyens matériels (passage à la fibre optique) ne suffisent pas. Pour surmonter cela, les réseaux doivent prendre en compte le type de contenu (texte, vidéo, ...) ainsi que le contexte d’utilisation (état du réseau, capacité du terminal, ...) pour assurer une qualité d’expérience optimum. A ce sujet, la vidéo fait partie des contenus les plus critiques. Ce type de contenu est non seulement de plus en plus consommé par les utilisateurs mais est aussi l’un des plus contraignant en terme de ressources nécéssaires à sa distribution (taille serveur, bande passante, …). Adapter un contenu vidéo en fonction de l’état du réseau (ajuster son débit binaire à la bande passante) ou des capacités du terminal (s’assurer que le codec soit nativement supporté) est indispensable. Néanmoins, l’adaptation vidéo est un processus qui nécéssite beaucoup de ressources. Cela est antinomique à son utilisation à grande echelle dans les appareils à bas coûts qui constituent aujourd’hui une grande part dans l’ossature du réseau Internet. Cette thèse se concentre sur la conception d’un système d’adaptation vidéo à bas coût et temps réel qui prendrait place dans ces réseaux du futur. Après une analyse du contexte, un système d’adaptation générique est proposé et évalué en comparaison de l’état de l’art. Ce système est implémenté sur un FPGA afin d’assurer les performances (temps-réels) et la nécessité d’une solution à bas coût. Enfin, une étude sur les effets indirects de l’adaptation vidéo est menée. / On the one hand, technology advances have led to the expansion of the handheld devices market. Thanks to this expansion, people are more and more connected and more and more data are exchanged over the Internet. On the other hand, this huge amound of data imposes drastic constrains in order to achieve sufficient quality. The Internet is now showing its limits to assure such quality. To answer nowadays limitations, a next generation Internet is envisioned. This new network takes into account the content nature (video, audio, ...) and the context (network state, terminal capabilities ...) to better manage its own resources. To this extend, video manipulation is one of the key concept that is highlighted in this arising context. Video content is more and more consumed and at the same time requires more and more resources. Adapting videos to the network state (reducing its bitrate to match available bandwidth) or to the terminal capabilities (screen size, supported codecs, …) appears mandatory and is foreseen to take place in real time in networking devices such as home gateways. However, video adaptation is a resource intensive task and must be implemented using hardware accelerators to meet the desired low cost and real time constraints.In this thesis, content- and context-awareness is first analyzed to be considered at the network side. Secondly, a generic low cost video adaptation system is proposed and compared to existing solutions as a trade-off between system complexity and quality. Then, hardware conception is tackled as this system is implemented in an FPGA based architecture. Finally, this system is used to evaluate the indirect effects of video adaptation; energy consumption reduction is achieved at the terminal side by reducing video characteristics thus permitting an increased user experience for End-Users.