Caching Techniques in Next Generation Cellular Networks

Content caching will be an essential feature in the next generations of cellular networks. Indeed, a network equipped with caching capabilities allows users to retrieve content with reduced access delays and consequently reduces the traffic passing through the network backhaul. However, the deployment of the caching nodes in the network is hindered by the following two challenges. First, the storage space of a cache is limited as well as expensive. So, it is not possible to store in the cache every content that can be possibly requested by the user. This calls for efficient techniques to determine the contents that must be stored in the cache. Second, efficient ways are needed to implement and control the caching node. In this thesis, we investigate caching techniques focussing to address the above-mentioned challenges, so that the overall system performance is increased. In order to tackle the challenge of the limited storage capacity, smart proactive caching strategies are needed. In the context of vehicular users served by edge nodes, we believe a caching strategy should be adapted to the mobility characteristics of the cars. In this regard, we propose a scheme called RICH (RoadsIde CacHe), which optimally caches content at the edge nodes where connected vehicles require it most. In particular, our scheme is designed to ensure in-order delivery of content chunks to end users. Unlike blind popularity decisions, the probabilistic caching used by RICH considers vehicular trajectory predictions as well as content service time by edge nodes. We evaluate our approach on realistic mobility datasets against a popularity-based edge approach called POP, and a mobility-aware caching strategy known as netPredict. In terms of content availability, our RICH edge caching scheme provides an enhancement of up to 33% and 190% when compared with netPredict and POP respectively. At the same time, the backhaul penalty bandwidth is reduced by a factor ranging between 57% and 70%. Caching node is an also a key component in Named Data Networking (NDN) that is an innovative paradigm to provide content based services in future networks. As compared to legacy networks, naming of network packets and in-network caching of content make NDN more feasible for content dissemination. However, the implementation of NDN requires drastic changes to the existing network infrastructure. One feasible approach is to use Software Defined Networking (SDN), according to which the control of the network is delegated to a centralized controller, which configures the forwarding data plane. This approach leads to large signaling overhead as well as large end-to-end (e2e) delays. In order to overcome these issues, in this work, we provide an efficient way to implement and control the NDN node. We propose to enable NDN using a stateful data plane in the SDN network. In particular, we realize the functionality of an NDN node using a stateful SDN switch attached with a local cache for content storage, and use OpenState to implement such an approach. In our solution, no involvement of the controller is required once the OpenState switch has been configured. We benchmark the performance of our solution against the traditional SDN approach considering several relevant metrics. Experimental results highlight the benefits of a stateful approach and of our implementation, which avoids signaling overhead and significantly reduces e2e delays

Content Download in Vehicular Networks in Presence of Noisy Mobility Prediction

Bandwidth availability in the cellular backhaul is challenged by ever-increasing demand by mobile users. Vehicular users, in particular, are likely to retrieve large quantities of data, choking the cel- lular infrastructure along major thoroughfares and in urban areas. It is envisioned that alternative roadside network connectivity can play an important role in offloading the cellular infrastructure. We investigate the effectiveness of vehicular networks in this task, considering that roadside units can exploit mobility prediction to decide which data they should fetch from the Internet and to schedule transmissions to vehicles. Rather than adopting a specific prediction scheme, we propose a fog-of-war model that allows us to express and account for different degrees of prediction accuracy in a simple, yet effective, manner. We show that our fog-of-war model can closely reproduce the prediction accuracy of Markovian techniques. We then provide a probabilistic graph-based representation of the system that includes the prediction information and lets us optimize content prefetching and transmission scheduling. Analytical and simulation results show that our approach to content downloading through vehicular networks can achieve a 70% offload of the cellular networ

A review on green caching strategies for next generation communication networks

© 2020 IEEE. In recent years, the ever-increasing demand for networking resources and energy, fueled by the unprecedented upsurge in Internet traffic, has been a cause for concern for many service providers. Content caching, which serves user requests locally, is deemed to be an enabling technology in addressing the challenges offered by the phenomenal growth in Internet traffic. Conventionally, content caching is considered as a viable solution to alleviate the backhaul pressure. However, recently, many studies have reported energy cost reductions contributed by content caching in cache-equipped networks. The hypothesis is that caching shortens content delivery distance and eventually achieves significant reduction in transmission energy consumption. This has motivated us to conduct this study and in this article, a comprehensive survey of the state-of-the-art green caching techniques is provided. This review paper extensively discusses contributions of the existing studies on green caching. In addition, the study explores different cache-equipped network types, solution methods, and application scenarios. We categorically present that the optimal selection of the caching nodes, smart resource management, popular content selection, and renewable energy integration can substantially improve energy efficiency of the cache-equipped systems. In addition, based on the comprehensive analysis, we also highlight some potential research ideas relevant to green content caching

Resource Management in Multi-Access Edge Computing (MEC)

This PhD thesis investigates the effective ways of managing the resources of a Multi-Access Edge Computing Platform (MEC) in 5th Generation Mobile Communication (5G) networks. The main characteristics of MEC include distributed nature, proximity to users, and high availability. Based on these key features, solutions have been proposed for effective resource management. In this research, two aspects of resource management in MEC have been addressed. They are the computational resource and the caching resource which corresponds to the services provided by the MEC. MEC is a new 5G enabling technology proposed to reduce latency by bringing cloud computing capability closer to end-user Internet of Things (IoT) and mobile devices. MEC would support latency-critical user applications such as driverless cars and e-health. These applications will depend on resources and services provided by the MEC. However, MEC has limited computational and storage resources compared to the cloud. Therefore, it is important to ensure a reliable MEC network communication during resource provisioning by eradicating the chances of deadlock. Deadlock may occur due to a huge number of devices contending for a limited amount of resources if adequate measures are not put in place. It is crucial to eradicate deadlock while scheduling and provisioning resources on MEC to achieve a highly reliable and readily available system to support latency-critical applications. In this research, a deadlock avoidance resource provisioning algorithm has been proposed for industrial IoT devices using MEC platforms to ensure higher reliability of network interactions. The proposed scheme incorporates Banker’s resource-request algorithm using Software Defined Networking (SDN) to reduce communication overhead. Simulation and experimental results have shown that system deadlock can be prevented by applying the proposed algorithm which ultimately leads to a more reliable network interaction between mobile stations and MEC platforms. Additionally, this research explores the use of MEC as a caching platform as it is proclaimed as a key technology for reducing service processing delays in 5G networks. Caching on MEC decreases service latency and improve data content access by allowing direct content delivery through the edge without fetching data from the remote server. Caching on MEC is also deemed as an effective approach that guarantees more reachability due to proximity to endusers. In this regard, a novel hybrid content caching algorithm has been proposed for MEC platforms to increase their caching efficiency. The proposed algorithm is a unification of a modified Belady’s algorithm and a distributed cooperative caching algorithm to improve data access while reducing latency. A polynomial fit algorithm with Lagrange interpolation is employed to predict future request references for Belady’s algorithm. Experimental results show that the proposed algorithm obtains 4% more cache hits due to its selective caching approach when compared with case study algorithms. Results also show that the use of a cooperative algorithm can improve the total cache hits up to 80%. Furthermore, this thesis has also explored another predictive caching scheme to further improve caching efficiency. The motivation was to investigate another predictive caching approach as an improvement to the formal. A Predictive Collaborative Replacement (PCR) caching framework has been proposed as a result which consists of three schemes. Each of the schemes addresses a particular problem. The proactive predictive scheme has been proposed to address the problem of continuous change in cache popularity trends. The collaborative scheme addresses the problem of cache redundancy in the collaborative space. Finally, the replacement scheme is a solution to evict cold cache blocks and increase hit ratio. Simulation experiment has shown that the replacement scheme achieves 3% more cache hits than existing replacement algorithms such as Least Recently Used, Multi Queue and Frequency-based replacement. PCR algorithm has been tested using a real dataset (MovieLens20M dataset) and compared with an existing contemporary predictive algorithm. Results show that PCR performs better with a 25% increase in hit ratio and a 10% CPU utilization overhead

Content Sharing in Mobile Networks with Infrastructure: Planning and Management

This thesis focuses on mobile ad-hoc networks (with pedestrian or vehicular mobility) having infrastructure support. We deal with the problems of design, deployment and management of such networks. A first issue to address concerns infrastructure itself: how pervasive should it be in order for the network to operate at the same time efficiently and in a cost-effective manner? How should the units composing it (e.g., access points) be placed? There are several approaches to such questions in literature, and this thesis studies and compares them. Furthermore, in order to effectively design the infrastructure, we need to understand how and how much it will be used. As an example, what is the relationship between infrastructure-to-node and node-to-node communication? How far away, in time and space, do data travel before its destination is reached? A common assumption made when dealing with such problems is that perfect knowledge about the current and future node mobility is available. In this thesis, we also deal with the problem of assessing the impact that an imperfect, limited knowledge has on network performance. As far as the management of the network is concerned, this thesis presents a variant of the paradigm known as publish-and-subscribe. With respect to the original paradigm, our goal was to ensure a high probability of finding the requested content, even in presence of selfish, uncooperative nodes, or even nodes whose precise goal is harming the system. Each node is allowed to get from the network an amount of content which corresponds to the amount of content provided to other nodes. Nodes with caching capabilities are assisted in using their cache in order to improve the amount of offered conten

Modeling and Compostion of Environment-as-a-Service

Wireless-enabled electronic devices are becoming cheaper, more powerful and thus more popular. They include sensors, actuators, smartphones, tablets, wearable devices, and other complex devices. They can carry out complex tasks, cooperating with their ``neighbors''. However, it is difficult to develop mobile applications to exploit the full power of available resources because the computational capabilities on devices are not homogeneous, and their connectivity changes with physical movement. We propose a mobile environment model to describe the connected devices and study the structural and behavioral characteristics of the environments. Based on the model, we design the routing protocols and a language to support the composition of environments. We propose a framework to provide a unified, flexible and scalable service for task/process deployment and execution on top of the heterogeneous and dynamic mobile environments. We compare different architectures, and discuss the optimization of resources discovery and routing algorithm. A proof-of-concept framework is implemented and shows the feasibility of our Environment-as-a-Service approach. Finally, we explore the theoretical principles and practical techniques for performance optimization, including a data prefetching technique and a dynamic process/task allocation algorithm

Caching and prefetching for efficient video services in mobile networks

Cellular networks have witnessed phenomenal traffic growth recently fueled by new high speed broadband cellular access technologies. This growth is in large part driven by the emergence of the HTTP Adaptive Streaming (HAS) as a new video delivery method. In HAS, several qualities of the same videos are made available in the network so that clients can choose the quality that best fits their bandwidth capacity. This strongly impacts the viewing pattern of the clients, their switching behavior between video qualities, and thus beyond on content delivery systems.Our first contribution consists in providing an analysis of a real HAS dataset collected in France and provided by the largest French mobile operator. Firstly, we analyze and model the viewing patterns of VoD and live streaming HAS sessions and we propose a new cache replacement strategy, named WA-LRU. WA-LRU leverages the time locality of video segments within the HAS content. We show that WA-LRU improves the cache hit-ratio mostly at the loading phase while it reduces significantly the processing overhead at the cache.In our second contribution, we analyze and model the adaptation logic between the video qualities based on empirical observations. We show that high switching behaviors lead to sub optimal caching performance, since several versions of the same content compete to be cached. In this context we investigate the benefits of a Cache Friendly HAS system (CF-DASH) which aims at improving the caching efficiency in mobile networks and to sustain the quality of experience of mobile clients. We evaluate CF-dash based on trace-driven simulations and test-bed experiments. Our validation results are promising. Simulations on real HAS traffic show that we achieve a significant gain in hit-ratio that ranges from 15% up to 50%.In the second part of this thesis, we investigate the mobile video prefetching opportunities. Online media services are reshaping the way video content is watched. People with similar interests tend to request same content. This provides enormous potential to predict which content users are interested in. Besides, mobile devices are commonly used to watch videos which popularity is largely driven by their social success. We design a system, named "Central Predictor System (CPsys)", which aims at predicting and prefetching relevant content for each mobile client. To fine tune our prefetching system, we rely on a large dataset collected from a large mobile carrier in Europe. The rationale of our prefetching strategy is first to form a graph and build implicit or explicit ties between similar users. On top of this graph, we propose the Most Popular and Most Recent (MPMR) policy to predict relevant videos for each user. We show that CPSys can achieve high performance as regards prediction correctness and network utilization efficiency. We further show that CPSys outperforms other prefetching schemes from the state of the art. At the end, we provide a proof-of-concept implementation of our prefetching system.Les réseaux cellulaires ont connu une croissance phénoménale du trafic alimentée par les nouvelles technologies d’accès cellulaire à large bande. Cette croissance est tirée en grande partie par le trafic HTTP adaptatif streaming (HAS) comme une nouvelle technique de diffu- sion de contenus audiovisuel. Le principe du HAS est de rendre disponible plusieurs qualités de la même vidéo en ligne et que les clients choisissent la meilleure qualité qui correspond à leur bande passante. Chaque niveau d’encodage est segmenté en des petits vidéos qu’on appelle segments ou chunks et dont la durée varie entre 2 à 10 secondes. L’émergence du HAS a introduit des nouvelles contraintes sur les systèmes de livraison des contenus vidéo en particulier sur les systèmes de cache. Dans cette thèse, nous nous intéressons à l’étude de cet impact et à proposer des algorithmes et des solutions qui optimisent les fonctionnalités de ces systèmes. D’autre part, la consommation des contenus est fortement impactée par les nouvelles technologies du Web2.0 tel que l’émergence des réseaux sociaux. Dans cette thèse, nous exploitons les réseaux sociaux afin de proposer un service de préchargement des contenus VoD sur terminaux mobiles. Notre solution permet l’amélioration de la QoE des utilisateurs et permet de bien gérer les ressources réseaux mobile.Nous listons nos contributions comme suit :Notre première contribution consiste à mener une analyse détaillée des données sur un trafic HAS réel collecté en France et fournie par le plus grand opérateur de téléphonie mobile du pays. Tout d’abord, nous analysons et modélisons le comportement des clients qui demandent des contenus catch-up et live. Nous constatons que le nombre de requêtes par segment suit deux types de distribution : La loi log-normal pour modéliser les 40 premiers chunks par session de streaming, ensuite on observe une queue qui peut être modélisé par la loi de Pareto. Cette observation suggère que les clients ne consomment pas la totalité du contenu catch-up. On montre par simulation que si le cache implémente des logiques de caching qui ne tiennent pas en compte les caractéristiques des flux HAS, sa performance diminuerait considérablement.Dans ce contexte, nous proposons un nouvel algorithme de remplacement des contenus que nous appelons Workload Aware-LRU (WA-LRU). WA-LRU permet d’améliorer la performance des systèmes de cache en augmentant le Hit-Ratio en particulier pour les premiers segments et en diminuant le temps requis pour la mise à jour de la liste des objets cachés. En fonction de la capacité du cache et de la charge du trafic dans le réseau, WA-LRU estime un seuil sur le rang du segment à cacher. Si le rang du chunk demandé dépasse ce seuil, le chunk ne sera pas caché sinon il sera caché. Comme WA-LRU dépend de la charge du trafic dans le réseau, cela suppose que le seuil choisit par WA-LRU est dynamique sur la journée. WA-LRU est plus agressif pendant les heures chargées (i.e. il cache moins de chunks, ceux qui sont les plus demandés) que pendant les heures creuses où le réseau est moins chargé.Dans notre deuxième contribution, nous étudions plus en détail les facteurs qui poussent les clients HAS à changer de qualité lors d’une session vidéo. Nous modélisons également ce changement de qualité en se basant sur des données empiriques provenant de notre trace de trafic. Au niveau du cache, nous montrons que le changement fréquent de qualité crée une compétition entre les différents profiles d’encodages. Cela réduit les performances du système de cache. Dans ce contexte, nous proposons Cache Friendly-DASH (CF-DASH), une implémentation d’un player HAS compatible avec le standard DASH, qui assure une meilleure stabilité du player. Nous montrons à travers des simulations et des expérimentations que CF- DASH améliore expérience client et permet aussi d’atteindre un gain significatif du hit-ratio qui peut varier entre 15% à 50%.Dans la deuxième partie de cette thèse, nous proposons un système de préchargement de contenus vidéos sur terminaux mobile. La consommation des contenus vidéo en ligne est fortement impactée par les nouvelles technologies du Web2.0 et les réseaux sociaux. Les personnes qui partagent des intérêts similaires ont tendance à demander le même contenu. Cela permet de prédire le comportement des clients et identifier les contenus qui peuvent les intéresser. Par ailleurs, les smartphones et tablettes sont de plus en plus adaptés pour visionner des vidéos et assurer une meilleure qualité d’expérience. Dans cette thèse, nous concevons un système qu’on appelle CPSys (Central Predictor System) permettant d’identifier les vidéos les plus pertinentes pour chaque utilisateur. Pour bien paramétrer notre système de préchargement, nous analysons des traces de trafic de type User Generated Videos (UGC). En particulier, nous analysons la popularité des contenus YouTube et Facebook, ainsi que l’évolution de la popularité des contenus en fonction du temps. Nous observons que 10% des requêtes se font sur une fenêtre de temps d’une heure après avoir mis les vidéos en ligne et 40% des requêtes se font sur une fenêtre de temps de un jour. On présente aussi des analyses sur le comportement des clients. On observe que la consommation des contenus vidéo varie significativement entre les clients mobiles. On distingue 2 types de clients :• les grands consommateurs : Ils forment une minorité mais consomment plusieurs vidéos sur une journée.• lespetitsconsommateurs:Ilsformentlamajoritédesclientsmaisconsommentquelques vidéos par jour voir sur une période plus longue.On s’appuyant sur ces observations, notre système de préchargement adapte le mode de pré- chargement selon le profil utilisateur qui est déduit à partir de l’historique de la consommation de chaque client.Dans un premier temps, CPSys crée un graphe regroupant les utilisateurs qui sont similaires. Le graphe peut être soit explicite (type Facebook) ou implicite qui est construit à la base des techniques de colllaborative filtering dérivés des systèmes de recommandations. Une fois le graphe est créé, nous proposons la politique Most Popular Most Recent (MPMR) qui permet d’inférer quel contenu doit-on précharger pour chaque utilisateur. MPMR trie les vidéos candidats selon la popularité locale du contenu définit comme le nombre de vues effectués par les voisins les plus similaires, ensuite MPMR donne la priorité aux contenus les plus frais. Nous montrons que CPSys peut atteindre des performances élevées par rapport à d’autres techniques présentées dans l’état de l’art. CPSys améliore la qualité de la prédiction et réduit d’une manière significative le trafic réseau.Finalement, nous développons une preuve de concept de notre système de préchargement

Caching and prefetching for efficient video services in mobile networks

Cellular networks have witnessed phenomenal traffic growth recently fueled by new high speed broadband cellular access technologies. This growth is in large part driven by the emergence of the HTTP Adaptive Streaming (HAS) as a new video delivery method. In HAS, several qualities of the same videos are made available in the network so that clients can choose the quality that best fits their bandwidth capacity. This strongly impacts the viewing pattern of the clients, their switching behavior between video qualities, and thus beyond on content delivery systems.Our first contribution consists in providing an analysis of a real HAS dataset collected in France and provided by the largest French mobile operator. Firstly, we analyze and model the viewing patterns of VoD and live streaming HAS sessions and we propose a new cache replacement strategy, named WA-LRU. WA-LRU leverages the time locality of video segments within the HAS content. We show that WA-LRU improves the cache hit-ratio mostly at the loading phase while it reduces significantly the processing overhead at the cache.In our second contribution, we analyze and model the adaptation logic between the video qualities based on empirical observations. We show that high switching behaviors lead to sub optimal caching performance, since several versions of the same content compete to be cached. In this context we investigate the benefits of a Cache Friendly HAS system (CF-DASH) which aims at improving the caching efficiency in mobile networks and to sustain the quality of experience of mobile clients. We evaluate CF-dash based on trace-driven simulations and test-bed experiments. Our validation results are promising. Simulations on real HAS traffic show that we achieve a significant gain in hit-ratio that ranges from 15% up to 50%.In the second part of this thesis, we investigate the mobile video prefetching opportunities. Online media services are reshaping the way video content is watched. People with similar interests tend to request same content. This provides enormous potential to predict which content users are interested in. Besides, mobile devices are commonly used to watch videos which popularity is largely driven by their social success. We design a system, named "Central Predictor System (CPsys)", which aims at predicting and prefetching relevant content for each mobile client. To fine tune our prefetching system, we rely on a large dataset collected from a large mobile carrier in Europe. The rationale of our prefetching strategy is first to form a graph and build implicit or explicit ties between similar users. On top of this graph, we propose the Most Popular and Most Recent (MPMR) policy to predict relevant videos for each user. We show that CPSys can achieve high performance as regards prediction correctness and network utilization efficiency. We further show that CPSys outperforms other prefetching schemes from the state of the art. At the end, we provide a proof-of-concept implementation of our prefetching system.Les réseaux cellulaires ont connu une croissance phénoménale du trafic alimentée par les nouvelles technologies d’accès cellulaire à large bande. Cette croissance est tirée en grande partie par le trafic HTTP adaptatif streaming (HAS) comme une nouvelle technique de diffu- sion de contenus audiovisuel. Le principe du HAS est de rendre disponible plusieurs qualités de la même vidéo en ligne et que les clients choisissent la meilleure qualité qui correspond à leur bande passante. Chaque niveau d’encodage est segmenté en des petits vidéos qu’on appelle segments ou chunks et dont la durée varie entre 2 à 10 secondes. L’émergence du HAS a introduit des nouvelles contraintes sur les systèmes de livraison des contenus vidéo en particulier sur les systèmes de cache. Dans cette thèse, nous nous intéressons à l’étude de cet impact et à proposer des algorithmes et des solutions qui optimisent les fonctionnalités de ces systèmes. D’autre part, la consommation des contenus est fortement impactée par les nouvelles technologies du Web2.0 tel que l’émergence des réseaux sociaux. Dans cette thèse, nous exploitons les réseaux sociaux afin de proposer un service de préchargement des contenus VoD sur terminaux mobiles. Notre solution permet l’amélioration de la QoE des utilisateurs et permet de bien gérer les ressources réseaux mobile.Nous listons nos contributions comme suit :Notre première contribution consiste à mener une analyse détaillée des données sur un trafic HAS réel collecté en France et fournie par le plus grand opérateur de téléphonie mobile du pays. Tout d’abord, nous analysons et modélisons le comportement des clients qui demandent des contenus catch-up et live. Nous constatons que le nombre de requêtes par segment suit deux types de distribution : La loi log-normal pour modéliser les 40 premiers chunks par session de streaming, ensuite on observe une queue qui peut être modélisé par la loi de Pareto. Cette observation suggère que les clients ne consomment pas la totalité du contenu catch-up. On montre par simulation que si le cache implémente des logiques de caching qui ne tiennent pas en compte les caractéristiques des flux HAS, sa performance diminuerait considérablement.Dans ce contexte, nous proposons un nouvel algorithme de remplacement des contenus que nous appelons Workload Aware-LRU (WA-LRU). WA-LRU permet d’améliorer la performance des systèmes de cache en augmentant le Hit-Ratio en particulier pour les premiers segments et en diminuant le temps requis pour la mise à jour de la liste des objets cachés. En fonction de la capacité du cache et de la charge du trafic dans le réseau, WA-LRU estime un seuil sur le rang du segment à cacher. Si le rang du chunk demandé dépasse ce seuil, le chunk ne sera pas caché sinon il sera caché. Comme WA-LRU dépend de la charge du trafic dans le réseau, cela suppose que le seuil choisit par WA-LRU est dynamique sur la journée. WA-LRU est plus agressif pendant les heures chargées (i.e. il cache moins de chunks, ceux qui sont les plus demandés) que pendant les heures creuses où le réseau est moins chargé.Dans notre deuxième contribution, nous étudions plus en détail les facteurs qui poussent les clients HAS à changer de qualité lors d’une session vidéo. Nous modélisons également ce changement de qualité en se basant sur des données empiriques provenant de notre trace de trafic. Au niveau du cache, nous montrons que le changement fréquent de qualité crée une compétition entre les différents profiles d’encodages. Cela réduit les performances du système de cache. Dans ce contexte, nous proposons Cache Friendly-DASH (CF-DASH), une implémentation d’un player HAS compatible avec le standard DASH, qui assure une meilleure stabilité du player. Nous montrons à travers des simulations et des expérimentations que CF- DASH améliore expérience client et permet aussi d’atteindre un gain significatif du hit-ratio qui peut varier entre 15% à 50%.Dans la deuxième partie de cette thèse, nous proposons un système de préchargement de contenus vidéos sur terminaux mobile. La consommation des contenus vidéo en ligne est fortement impactée par les nouvelles technologies du Web2.0 et les réseaux sociaux. Les personnes qui partagent des intérêts similaires ont tendance à demander le même contenu. Cela permet de prédire le comportement des clients et identifier les contenus qui peuvent les intéresser. Par ailleurs, les smartphones et tablettes sont de plus en plus adaptés pour visionner des vidéos et assurer une meilleure qualité d’expérience. Dans cette thèse, nous concevons un système qu’on appelle CPSys (Central Predictor System) permettant d’identifier les vidéos les plus pertinentes pour chaque utilisateur. Pour bien paramétrer notre système de préchargement, nous analysons des traces de trafic de type User Generated Videos (UGC). En particulier, nous analysons la popularité des contenus YouTube et Facebook, ainsi que l’évolution de la popularité des contenus en fonction du temps. Nous observons que 10% des requêtes se font sur une fenêtre de temps d’une heure après avoir mis les vidéos en ligne et 40% des requêtes se font sur une fenêtre de temps de un jour. On présente aussi des analyses sur le comportement des clients. On observe que la consommation des contenus vidéo varie significativement entre les clients mobiles. On distingue 2 types de clients :• les grands consommateurs : Ils forment une minorité mais consomment plusieurs vidéos sur une journée.• lespetitsconsommateurs:Ilsformentlamajoritédesclientsmaisconsommentquelques vidéos par jour voir sur une période plus longue.On s’appuyant sur ces observations, notre système de préchargement adapte le mode de pré- chargement selon le profil utilisateur qui est déduit à partir de l’historique de la consommation de chaque client.Dans un premier temps, CPSys crée un graphe regroupant les utilisateurs qui sont similaires. Le graphe peut être soit explicite (type Facebook) ou implicite qui est construit à la base des techniques de colllaborative filtering dérivés des systèmes de recommandations. Une fois le graphe est créé, nous proposons la politique Most Popular Most Recent (MPMR) qui permet d’inférer quel contenu doit-on précharger pour chaque utilisateur. MPMR trie les vidéos candidats selon la popularité locale du contenu définit comme le nombre de vues effectués par les voisins les plus similaires, ensuite MPMR donne la priorité aux contenus les plus frais. Nous montrons que CPSys peut atteindre des performances élevées par rapport à d’autres techniques présentées dans l’état de l’art. CPSys améliore la qualité de la prédiction et réduit d’une manière significative le trafic réseau.Finalement, nous développons une preuve de concept de notre système de préchargement