L'émergence de la technologie de virtualisation des fonctions réseau (NFV) a suscité un vif intérêt autour de la conception, la gestion et le déploiement de services réseau de manière flexible, automatisée et indépendante du fournisseur. La mise en œuvre de la technologie NFV devrait être une solution profitable pour les fournisseurs de services et les clients. Cependant, ce changement de paradigme, amorcé par NFV, nécessite un abandon progressif des services réseau fournis à travers des équipements dédiés. En contrepartie, un environnement totalement ou partiellement virtualisé est proposé pour instancier dynamiquement et à la demande des modules logiciels appelés fonctions de réseau virtuelles (VNF). Cette évolution soulève un ensemble de défis liés au déploiement et à l'exploitation de services, tels que l'orchestration et la gestion, la résilience des services, le contrôle de la qualité de service (QoS), l’approvisionnement des ressources, etc. En outre, la question centrale à résoudre dans le contexte NFV est la suivante : « comment placer et chaîner effacement des fonctions virtuelles d’un service afin de fournir un niveau de qualité demandé par le client tout en optimisant l'utilisation des ressources par le fournisseur de services ? ”.Ainsi, cette thèse étudie la problématique du placement et du chaînage des VNF en tenant compte de certaines exigences de service telles que le délai de bout en bout, la disponibilité du service et la consommation d'énergie, et propose un ensemble d'algorithmes et de mécanismes visant à optimiser le déploiement des services demandés/fournis. Nos contributions dans cette thèse sont triples. Premièrement, nous proposons deux algorithmes de placement et de chaînage de VNF sensibles au délai de bout-en-bout pour des applications temps-réel. Les algorithmes proposés visent à respecter le délai approprié de bout-en-bout qui dépend du service déployé (exemples : VoIP, Streaming, etc.). Deuxièmement, nous présentons une analyse comparative de la disponibilité des services et nous proposons deux mécanismes de placement et de chaînage de VNF pour garantir un niveau prédéfini de disponibilité. L’objectif est de fournir des services résilients en ajustant avec précision les paramètres du schéma de protection (nombre, type, emplacement et taille des instances VNF) nécessaires pour atteindre ce niveau de disponibilité en dépit des défaillances du réseau. Enfin, nous proposons une architecture générale qui explore la possibilité d’étendre le paradigme de la virtualisation à l’Internet des objets (IoT). À cette fin, nous définissons un mécanisme de placement et de chaînage respectant les contraintes énergétiques pour des services IoT. Notre architecture propose de découpler et de virtualiser les fonctionnalités inhérentes à un objet connecté de l’équipement IoT physique. En étendant NFV au domaine IoT, notre solution ouvre de nouvelles perspectives d’application en supportant de nouveaux cas d’usages. / The emergence of Network Function Virtualization (NFV) technology has aroused keen interest to design, manage and deploy network services in a flexible, automated and vendor-agnostic manner. Implementing NFV technology is expected to be a win-win solution for both service providers and costumers. However, this paradigm shift, sparked by NFV, calls for a progressive abandon of network services that are provided as hardware appliance and rather it proposes a fully or partially virtualized environment that offers software modules called Virtual Network Functions (VNFs). This shift rises a set of challenges related to service deployment and operation such as orchestration and management, service resiliency, Quality of Service (QoS) and resource provisioning among others. Furthermore, the core question that needs to be solved within NFV context is “What is the best way to place and chain VNFs that form a service in order to meet Service Level Agreement requirements (costumer side) while optimizing resource usage (service provider side)?”.This thesis investigates the problem of VNF Placement and Chaining considering service requirements such as end-to-end delay, service availability and energy consumption and proposes a set of algorithms and mechanisms that aim to achieve an optimized deployment of the requested/provided services. Our contributions in this thesis are threefold. First, we propose a delay-aware Placement and Chaining algorithms for delay-sensitive applications over NFV networks. The proposed algorithms aim to meet the appropriate end-to-end delay defined according to the deployed service (VoIP, Streaming, etc.). Second, we provide a comprehensive service availability benchmarking and we propose two availability-aware mechanisms for VNFs chain. The aim is to provide resilient service provisioning by fine-tuning the parameters of the protection scheme (the number, the type, the placement and the size of the spare instances) needed to reach a predefined availability level, despite network failures. Finally, we propose a framework architecture that explores the possibility to extend the virtualization paradigm to Internet of Things (IoT). Toward this end, we define an energy-aware Placement and Chaining for IoT services where inherent IoT functionalities are decoupled from specific dedicated IoT devices and instantiated on-demand. By bringing together NFV and IoT paradigms, this extension opens new perspectives and push toward designing new use cases.

Les concepts d’architecture orientée service (SOA) ainsi que tout une panoplie de technologies «en tant que service» (XaaS) sont utilisés quasiment partout de nos jours, et l’organisation optimisée d’activités synchronisées devient un défi important. Dans le but de proposer à l’utilisateur final un service sécuritaire et fiable sans compromettre la qualité, les questions concernant la vérification et la validation des compositions des services deviennent d’un grand intérêt tant théorique que pratique. Dans les autres travaux traitant du sujet, de nombreux modèles et techniques sont proposés, mais la plupart mettent l’accent sur les aspects fonctionnels ou non-fonctionnels pris séparément, alors que l’intégration de ces paramètres en un modèle formel unifié reste un problème qui doit être résolu – ce qui est devenu par conséquent un des objectifs fondamentaux de cette thèse. Dans notre travail, nous réfléchissons aux problèmes de la vérification et de l’optimisation des compositions des services web. Tout ceci est étudié dans l’optique de la fonctionnalité des systèmes, de leur qualité et de la sécurité des compositions. Il a été prouvé que les modèles à états finis sont utiles à des fins de tests et de vérification, de même que pour le contrôle qualité à chaque étape du développement du service. C’est pour cette raison que nous proposons d’utiliser le modèle de machine temporisée à états finis (TFSM) pour intégrer une description fonctionnelle du service avec les paramètres de sécurité et de qualité liées au temps. L’extension du modèle permettra alors d’interpréter adéquatement le non-déterminisme significatif causé par un manque d’observabilité ou/et de contrôle sur les services tiers. Dans le but d’optimiser les compositions des systèmes, nous proposons une méthode pour dériver la solution la plus globale contenant tous les composants autorisés pour la mise en œuvre du service, basée sur la résolution de l’équation parallèle du TFSM. Ensuite, les techniques pour extraire des solutions restreintes avec les propriétés requises (paramètres de temps minimisé/maximisé, interblocages actifs ou passifs de sécurité, similarité avec le composant d’origine donné, etc.) ont été proposées. Dans le cas où les spécifications d’un service composite consistent en un ensemble d’exigences fonctionnelles, éventuellement renforcées par des exigences de qualité, nous proposons une technique de minimisation de l’ensemble, dans le respect du composant à optimiser. L’application des résultats obtenus à la découverte et à la mise en place de composants plus efficaces, ainsi que l’extension du modèle à des modes de communication plus complexes font partie des sujets possibles pour des études futures. / Service-oriented architecture (SOA) together with a family of Everything-as-a-Service (XaaS) concepts nowadays are used almost everywhere, and the proper organization of collaborative activities becomes an important challenge. With the goal of bringing to the end-user safe and reliable service with the guaranteed level of quality, issues of service compositions verification and validation become of high practical and theoretical interest. In the related works, numerous models and techniques are proposed, but mostly focused on functional and non-functional issues in isolation, while integration of these parameters within unified formal framework still remains a problem to be solved – and therefore became one of the core objectives of this thesis. In our work, we address the problems of web service composition verification and optimization with respect to functional, quality and safety properties of the composition. Finite state models are proven to be useful for testing and verification purposes as well as for service quality evaluation at each step of service development. Therefore, we propose to use the model of Finite State Machine with Timeouts (TFSM) for integrating functional service description with time-related quality and safety parameters, and derive the extension of the model in order to adequately inherit significant nondeterminism due to the lack of observability and control over third-party component services. For the purpose of component optimization in the composition, we propose a method for deriving the largest solution containing all allowed component service implementations, based on solving TFSM parallel equation. Further, techniques for extracting restricted solutions with required properties (minimized/maximized time parameters, deadlock- and livelock-safety, similarity to the initially given component, etc.) have been proposed. In cases when the specification of a composite service is provided as a set of functional requirements, possibly, augmented with quality requirements, we propose a technique to minimize this set with respect to the component under optimization. Application of the obtained results for more efficient candidate component services discovery and binding, alongside with extending the framework for more complex distributed modes of communications, are among the topics for the future work.

La forte variabilité des trafics est devenue l'un des problèmes majeurs auxquels doivent faire face les gestionnaires d'infrastructures réseau. Dans ces conditions, l'optimisation du routage des flux en se basant uniquement sur une matrice de trafic moyenne estimée en heure de pointe n'est plus pertinente. Les travaux conduits dans cette thèse visent la conception de méthodes d'optimisation dynamiques du routage, adaptant en temps réel les routes utilisées par les flux aux conditions de trafic dans le réseau.Nous étudions tout d'abord le problème d'optimisation des poids OSPF pour le routage intra-domaine dans les réseaux IP, où le trafic est routé le long de plus courts chemins, en fonction des poids des liens. Nous proposons une approche en ligne permettant de reconfigurer dynamiquement les poids OSPF, et donc les routes utilisées, pour répondre aux variations observées du trafic et réduire ainsi le taux de congestion du réseau. L'approche proposée repose sur l'estimation robuste des demandes en trafic des flux à partir de mesures SNMP sur la charge des liens. Les résultats expérimentaux, aussi bien sur des trafics simulés que réels, montrent que le taux de congestion du réseau peut être significativement réduit par rapport à une configuration statique.Dans la même optique, nous nous intéressons également à l'optimisation des réseaux MPLS, qui permettent de gérer l'utilisation des ressources disponibles en affectant un chemin spécifique à chaque LSP. Nous proposons un algorithme inspiré de la théorie des jeux pour déterminer le placement des LSP optimisant un critère de performance non linéaire. Nous établissons la convergence de cet algorithme et obtenons des bornes sur son facteur d'approximation pour plusieurs fonctions de coût. L'intérêt principal de cette technique étant d'offrir des solutions de bonne qualité en des temps de calcul extrêmement réduits, nous étudions son utilisation pour la reconfiguration dynamique du placement des LSP.La dernière partie de cette thèse est consacrée à la conception et au développement d'une solution logicielle permettant le déploiement d'un réseau overlay auto-guérissant et auto-optimisant entre différentes plateformes de cloud computing. La solution est conçue pour ne nécessiter aucun changement des applications. En mesurant régulièrement la qualité des liens Internet entre les centres de données, elle permet de détecter rapidement la panne d'une route IP et de basculer le trafic sur un chemin de secours. Elle permet également de découvrir dynamiquement les chemins dans le réseau overlay qui optimisent une métrique de routage spécifique à l'application. Nous décrivons l'architecture et l'implémentation du système, ainsi que les expériences réalisées à la fois en émulation et sur une plateforme réelle composée de plusieurs centres de données situés dans différents pays. / The high variability of traffic has become one of the major problems faced by network infrastructure managers . Under these conditions, flow route optimization based solely on an average busy hour traffic matrix is no longer relevant. The work done in this thesis aims to design dynamic routing optimization methods, adapting in real time the routes used by the flows to the actual network traffic conditions.We first study the problem of OSPF weight optimization for intra-domain routing in IP networks, where the traffic is routed along shortest paths, according to links weights. We propose an online scheme to dynamically reconfigure the OSPF weights and therefore the routes used, to respond to observed traffic variations and reduce the network congestion rate. The proposed approach is based on robust estimation of flow traffic demands from SNMP measurements on links loads. Experimental results, both on simulated and real traffic data show that the network congestion rate can be significantly reduced in comparison to a static weight configuration.On the same idea, we are also interested in optimizing MPLS networks that manage the available resource utilization by assigning a specific path for each LSP. We propose an algorithm inspired by game theory to determine the LSP placement optimizing a nonlinear performance criterion. We establish the convergence of the algorithm and obtain bounds on its approximation factor for several cost functions. As the main advantage of this technique is to offer good quality solutions in extremely reduced computation times, we are studying its use for dynamic reconfiguration of the LSP placement.The last part of this thesis is devoted to the design and development of a software solution for the deployment of a self-healing and self-optimizing network overlay between different cloud platforms. The solution is designed such that no change is required for client applications. By regularly measuring the quality of Internet links between data centers, it can quickly detect an IP route failure and switch the traffic to a backup path. It also allows to dynamically discover the paths in the overlay network that optimize a routing metric specific to the application. We describe the system architecture and implementation, as well as the experiments in both emulation and real platform composed of several data centers located in different countries

Dans le contexte actuel de l’Internet, un enjeu de recherche majeur est de permettre aux applications et à leurs utilisateurs de disposer de systèmes de communication offrant une qualité de service (QdS) optimale. Ceci en fonction des ressources machine et réseau disponibles, dont les capacités et les performances, hétérogènes et variables, ne sont pas connues à l’avance. Le provisionnement optimal de la QdS dans ces futurs systèmes de communication autonomes nécessite d’une part la caractérisation des services et des ressources de communication disponibles, et d’autre part la prise en compte des expressions des besoins et des préférences des différents acteurs du système (utilisateurs, fournisseurs des services, etc.). Le sujet de la thèse porte sur la définition d’un cadre sémantique de QdS basé sur les ontologies pour la caractérisation des ressources et des services de communication dans le but de fournir la meilleure QdS au regard des besoins et des préférences des utilisateurs. Ce cadre sera utilisé dans la définition des objectifs et des contraintes de QdS et dans l’élaboration de modèles de décision. L'ensemble sera utilisé pour la mise en œuvre de QdS dans les systèmes de communication autonomes situés dans un contexte de réseaux domestiques / In the current context of the Internet, a major research challenge is to enable applications and users to have their communications systems with an optimal quality of service (QoS). Indeed, QoS provisioning should take into account the available machine and network resources, which capacities and performances are heterogeneous, variable, and not known in advance. The optimal QoS provisioning for the future autonomous communication systems requires the characterization of available services and communication resources and also taking into account the expressions of needs and preferences of different actors in the system (users, service providers, etc.). The subject of this thesis deals with the definition of a QoS ontology-based semantic framework for the characterization of network resources and communication services in order to provide better QoS according to the needs and preferences of users. This framewor! k will be used in the definition of objectives and QoS constraints as well as in the development of decision models in order to provide QoS for autonomous communication systems located in the context of home networks

L'IEEE 802.11 (Wi-Fi) est le standard de WLAN (Wireless Local Area Network). En conséquence, le marché des produits dotés de la technologie réseau Wi-Fi est en plein essor et a provoqué une véritable révolution dans le monde de l'informatique. Cependant, la communication utilisant le Wi-Fi ne présente pas, pour autant, que des avantages. La grande différence entre le débit théorique et le débit effectif dépend de nombreux paramètres. Il est, par exemple, difficile de faire du streaming vidéo haute définition en utilisant un réseau IEEE 802.11g, alors que le débit théorique le permet parfaitement. La technologie WLAN souffre d'autres contraintes, comme la nature vulnérable du médium sans fil (interférences électromagnétiques, multi-trajet...), l'accès indéterministe au médium, la limitation de la bande passante...Les applications utilisant les réseaux Ad Hoc deviennent de plus en plus complexes et offrent de nouveaux services qui exigent des performances réseau de plus en plus élevées. De ce fait, la Qualié de Service (QdS) dans les réseaux Ad Hoc est un sujet de recherche ouvert. La bande passante est un indicateur très important pour la garantie de la QdS. Dans notre travail de thèse, nous avons étudié l'un des aspects de la QdS qui est la Bande Passante Disponible (BPD) dans les réseaux Ad Hoc basés sur la norme IEEE 802.11. Particulièrement, nous nous sommes intéressés aux différentes techniques d'estimation de la BPD et avons évalué les performances de ces techniques du point de vue temps de réponse et précision des estimations. Ces techniques peuvent être utilisées dans d'autres types de réseaux sans fil ou filaire. Nos contributions sont, essentiellement , le développement de deux nouvelles techniques d'estimation de la bande passante SLOT (SLOps-Topp) et TOPP-NET (TOPP-Non invasive Estimation Technique). Ces deux techniques sont le résultat d'améliorations successives des techniques d'estimation qui existent dans la littérature (TOPP : Trains of Packet Pairs, SLoPS : Self-Loading Periodic Streams et NIMBE : Non Invasive Manet Bandwith Estimation) en mettant l'accent sur la précision et le délai de sondage des techniques d'estimation. Notre troisième contribution est une nouvelle méthode de filtrage adaptatif des estimations nommée ZONE-FILTER ( Filtrage par Zone). Cette méthode combine les filtres EWMA et la mèthode statistique SPC (Statistical Process Control).

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.

Actuellement, nous constatons une augmentation de demande de services vidéo sur les réseaux P2P. Ces réseaux jouent un rôle primordial dans la transmission de contenus multimédia à grande échelle pour des clients hétérogènes. Cependant, le déploiement de services vidéo temps réel sur les réseaux P2P a suscité un grand nombre de défis dû à l’hétérogénéité des terminaux et des réseaux d’accès, aux caractéristiques dynamiques des pairs, et aux autres problèmes hérités des protocoles TCP/IP, à savoir les pertes de paquets, les délais de transfert et la variation de la bande passante de bout-en-bout. Dans ce contexte, l’objectif de cette thèse est d’analyser les différents problèmes et de proposer un mécanisme de transport vidéo temps réel avec le provisionnement de la qualité de Service (QoS). Ainsi, nous proposons trois contributions majeures. Premièrement, il s’agit d’un mécanisme de streaming vidéo adaptatif permettant de sélectionner les meilleurs pair émetteurs. Ce mécanisme permet de structurer les pairs dans des réseaux overlay hybrides avec une prise en charge des caractéristiques sémantiques du contenu et des caractéristiques physiques du lien de transport. Nous présentons ensuite un mécanisme d’ordonnancement de paquets vidéo combiné à une commutation de pairs et/ou de flux pour assurer un transport lisse. Finalement, une architecture de collaboration entre les applications P2P et les fournisseurs de services / réseaux est proposée pour supporter un contrôle d’admission de flux. / There is an increasing demand for scalable deployment of real-time multimedia streaming applications over Internet. In this context, Peer-to-Peer (P2P) networks are playing an important role for supporting robust and large-scale transmission of multimedia content to heterogeneous clients. However, the deployment of real-time video streaming applications over P2P networks arises lot of challenges due to heterogeneity of terminals and access networks, dynamicity of peers, and other problems inherited from IP network. Real-time streaming applications are very sensitive to packet loss, jitter / transmission delay, and available end-to-end bandwidth. These elements have key importance in QoS provisioning and need extra consideration for smooth delivery of video streaming applications over P2P networks. Beside the abovementioned issues, P2P applications lack of awareness in constructing their overlay topologies and do not have any explicit interaction with service and network providers. This situation leads to inefficient utilization of network resources and may cause potential violation of peering agreements between providers. The aim of this thesis is to analyze these issues and to propose an adaptive real-time transport mechanism for QoS provisioning of Scalable Video Coding (SVC) applications over P2P networks. Our contributions in this dissertation are threefold. First, we propose a hybrid overlay organization mechanism allowing intelligent organization of sender peers based on network-awareness, media- awareness, and quality-awareness. This overlay organization is further used for an appropriate selection of best sender peers, and the efficient switching of peers to ensure a smooth video delivery when any of the sender peers is no more reliable. Second, we propose a packet video scheduling mechanism to assign different parts of the video content to specific peers. Third, we present a service provider driven P2P network framework that enables effective interaction between service / network providers and P2P applications to perform QoS provisioning mechanism for the video streaming.

L’un des défis majeurs dans la convergence des réseaux et des services vers la technologie IP est le maintien de la qualité de service (QoS) des flux audio/vidéo transmis sur des réseaux sans fil pour des utilisateurs mobiles et hétérogènes. Dans cet environnement, les services multimédia doivent faire face à plusieurs inconvénients engendrés par le manque de fiabilité d’un canal sans fil et son partage par plusieurs utilisateurs. Ces inconvénients sont accentués par l’hétérogénéité des terminaux de réception (capacité de décodage, espace de stockage, résolution d’affichage, etc.) qui doivent recevoir, décoder et afficher les flux multimédia. Afin d’assurer un accès universel aux services n’ importe où, n’importe quand et en utilisant n’importe quel terminal d’accès, les applications multimédia de nouvelle génération doivent interagir avec leur environnement pour, d’une part, informer les réseaux sous-jacents de leur besoins en QoS, et d’autre part, adapter dynamiquement leurs services en fonction des terminaux de réception et des variations intempestives des conditions de transmission. Dans ce contexte, nous proposons un nouveau système pour la transmission des flux audio/vidéo sur les réseaux 802.11 basé sur l’approche Cross-layer. Ce nouveau système, appelé XLAVS (Cross Layer Adaptive Video Streaming), communique activement avec l’ensemble des couches réseaux ainsi que le récepteur final pour déterminer l’adaptation optimale qui permet d’optimiser la QoS des flux audio/vidéo. Nos contributions se focalisent principalement sur les adaptations Cross-layer mises en œuvre par le XLAVS. Ces contributions sont organisées en deux grandes catégories : les adaptations ascendantes exécutées au niveau applicatif et les adaptations descendantes exécutées au niveau MAC 802.11. Dans la première catégorie, notre apport s’articule au tour de : (1) l’adaptation dynamique du débit vidéo en fonction du débit physique disponible dans le réseau 802.11 et (2) l’adaptation conjointe du taux de redondance FEC et du débit vidéo contrôlée par la puissance du signal et les taux de perte. Dans la deuxième catégorie, nous proposons deux mécanismes Cross-layer au niveau MAC 802.11 : (1) une fragmentation 802.11 adaptative pour trouver un compromis entre les pertes de paquets et l’overhead introduit par les couches 802.11 et (2) un groupage des images vidéo au niveau MAC pour permettre au flux vidéo d’avoir un accès au canal 802.11 proportionnel à son débit. / One of the big challenges in the convergence of networks and services to the IP technology is to maintain the Quality of service (QoS) for audio/video streams transmitted over wireless networks to heterogeneous mobiles users. In this environment, the multimedia services should face many shortcomings caused mainly by the wireless channel unreliability and its sharing among many users. These shortcomings are increased by the terminals heterogeneity (i.e. decoding capability, memory storage, display resolution, etc.) which should receive, decode and display the multimedia streams. In order to allow universal access to multimedia services anywhere, anytime and using any kind of terminal, the new generation of multimedia applications have to interact with their environment, on the one hand, to inform the underling network about their need in term of QoS, and on the other hand, to dynamically adapt their services according to the receiver terminal and the changing in network conditions. In this context, we have proposed a new Cross-layer based streaming system to transmit audio/video streams over 802.11 networks. This new system, called XLAVS (Cross layer Adaptive video streaming), actively communicates with all network layers and the end receiver to determine the optimal adaptation that optimize the QoS of audio/video streams. Our contributions focus mainly on the Cross-layer adaptations implemented on the XLAVS. These contributions are classified into two major categories: the bottom-up adaptations performed at the application level and the top-down adaptations performed at the 802.11 MAC level. In the first category, our proposals have revolved around: (1) a dynamic adaptation of video throughput according to the physical rate available in the 802.11 network and (2) a join FEC and video throughput adaptation steered by the signal strength and the loss ratio. In the second category, we have proposed two Cross-layer mechanisms at the 802.11 MAC level: (1) an adaptive 802.11 MAC fragmentation to find an optimal trade-off between the packet loss and the overhead introduced by the MAC layer and (2) a video frame grouping at MAC level that allows video stream to get access to the 802.11 channel proportionally to its throughput.