Approche prédictive de l'efficacité énergétique dans les Clouds Datacenters

Predictive approach of power efficiency into Clouds Datacenters

• Auteur / Autrice : Fréjus A. Roméo Gbaguidi
• Direction : Selma Boumerdassi, Eugène C. Ezin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Informatique
• Date : Soutenance le 22/12/2017
• Etablissement(s) : Paris, CNAM en cotutelle avec Université d'Abomey-Calavi (Bénin)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Informatique, télécommunications et électronique de Paris
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre d'études et de recherche en informatique et communications (Paris) - Laboratoire de réseautique et de systèmes d'information (Bénin)
• Partenaire(s) de recherche : Institut de recherche : Institut de Mathématiques et de Sciences Physiques (Bénin)
• Jury : Président / Présidente : Jalel Ben Othman
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Ruben Milocco
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Hamamache Kheddouci, Ahmed Dooguy Kora

Mots clés

Mots clés contrôlés

Allocation de ressources (radiotéléphonie)

Réseaux neuronaux (informatique)

Économies d'énergie

Centres de traitement informatique

Informatique dans les nuages

Mots clés libres

Cloud computing

Energie

Prédiction

Réseaux de neurones

ARMA

Cloud computing

Energy

Prediction

Neural networks

ARMA

Résumé

Avec la démocratisation des technologies du numérique, la construction d'un cyberespace globalisé s'est faite insidieusement, transformant littéralement notre mode de vie et notre vécu quotidien. Faire communiquer plus de 4 milliards d'individus à une vitesse devenue incontrôlable, nécessite l'invention de nouveaux concepts pour la production des services informatiques capable de s'adapter à ce défis. Le Cloud Computing, dans cette optique permet de fournir à travers des Datacenters, une partie ou la totalité des composants nécessaires aux entreprises pour la délivrance de leurs services dans les délais et avec des performances conformes aux exigences de leurs clients. Dès lors, la prolifération conséquente des Datacenters aux quatre coins du monde a mis au jour la préoccupante question de la quantité d'énergie nécessaire pour leur fonctionnement et la difficulté qui en résulte pour l'humanité dont les réserves actuelles ne sont pas extensibles à l'infini. Ainsi, il est apparu nécessaire de développer des techniques permettant de réduire la consommation électrique des Datacenters en minimisant les pertes d'énergie orchestrées sur les serveurs dont le moindre watt gaspillé entraine par effet de cascade une augmentation substantielle de la facture globale des Datacenters. Notre travail a consisté à faire dans un premier temps une revue de la littérature sur le sujet, puis de tester la capacité de quelques outils de prédiction à améliorer l'anticipation des risques de pertes d'énergie engendrer par la mauvaise allocation des machines virtuelles sur les serveurs. Cette étude s'est focalisée notamment sur les outil ARMA et les réseaux de neurones qui dans la littérature ont produit des résultats intéressants dans des domaines proches. Après cette étape, il nous est apparu que les outils ARMA bien qu'ayant des performances inférieures aux réseaux de neurones dans notre contexte, s'exécute dans plus rapidement et sont les plus adaptés pour être implémenter dans les environnements de Cloud Computing. Ainsi, nous avons utilisé les résultats de cette méthode pour améliorer le processus de prise de décision, notamment pour la re-allocation proactive des machines virtuelles avant qu'il n'entraine des sous-consommations des ressources sur les serveurs physiques ou des surconsommation pouvant induire des violations des accords de niveaux de service. Cette démarche a permis sur la base de nos simulations de réduire de plus de 5Kwh la consommation d'énergie dans une ferme de 800 serveurs et sur une durée d'une journée. Ce gain pourrait se révéler important lorsque l'on considère la taille énorme des datacenters modernes et que l'on se projette dans une durée relativement longue. Il serait encore plus intéressant d'approfondir cette recherche afin de généraliser l'intégration de cette approche prédictive dans les techniques existantes afin d'optimiser de façon significative les consommations d'énergie au sein des Datacenters tout en préservant les performances et la qualité de service indispensable dans le concept de Cloud Computing.

With the democratization of digital technologies, the construction of a globalized cyberspace insidiously transforms our lifestyle. Connect more than 4 billion people at high speed, requires the invention of new concept of service provision and trafic management that are capable to face the challenges. For that purpose, Cloud Computing have been set up to enable Datacenters to provide part or total IT components needed by companies for timely services delivering with performance that meets the requirements of their clients. Consequently, the proliferation of Datacenters around the world has brought to light the worrying question about the amount of energy needed for their function and the resulting difficulty for the humanity, whose current reserves are not extensible indefinitely. It was therefore necessary to develop techniques that reduce the power consumption of Datacenters by minimizing the energy losses orchestrated on servers where each wasted watt results in a chain effect on a substantial increase in the overall bill of Datacenters. Our work consisted first in making a review of the literature on the subject and then testing the ability of some prediction tools to improve the anticipation of the risks of energy loss caused by the misallocation of virtual equipment on servers. This study focused particularly on the ARMA tools and neural networks which in the literature have produced interesting results in related fields. After this step, it appeared to us that ARMA tools, although having less performance than neural networks in our context, runs faster and are best suited to be implemented in cloud computing environments. Thus, we used the results of this method to improve the decision-making process, notably for the proactive re-allocation of virtual equipment before it leads to under-consumption of resources on physical servers or over-consumption inducing breaches of SLAs. Based on our simulations, this approach enabled us to reduce energy consumption on a firm of 800 servers over a period of one day by more than 5Kwh. This gain could be significant when considering the enormous size of modern data centers and projected over a relatively long period of time. It would be even more interesting to deepen this research in order to generalize the integration of this predictive approach into existing techniques in order to significantly optimize the energy consumption within Datacenters while preserving performance and quality of service which are key requirements in the concept of Cloud Computing