Evaluation de performances pour réseaux IT économes en énergie

Performance evaluation of green IT networks

• Auteur / Autrice : Youssef Ait el mahjoub
• Direction : Jean-Michel Fourneau, Hind Castel
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Réseaux, information et communications
• Date : Soutenance le 18/03/2021
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences et technologies de l'information et de la communication
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Données et algorithmes pour une ville intelligente et durable (Versailles ; 2015-...)
• Partenaire(s) de recherche : référent : Université de Versailles-Saint-Quentin-en-Yvelines (1991-....)
• Jury : Président / Présidente : Nadia Lynda Mokdad
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Olivier Brun, Gerardo Rubino, Véronique Vèque, Anne-Cécile Orgerie, Thomas Begin
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Olivier Brun, Gerardo Rubino

Mots clés

Mots clés contrôlés

Markov, Processus de

Économies d'énergie

Consommation d'énergie

Technologie de l'information

Mots clés libres

Consommation énergétique et performances

Réseaux de files d’attente

Chaînes de Markov

Forme produit pour la distribution stationnaire

Centre de données

Energy/Power consumption

Performance evaluation

Queueing networks

Markov chains

Product Form for steady-State distribution

Data center

Résumé

L'économie d'énergie dans les réseaux de télécommunication est un objectif majeur pour réduire la consommation globale. La part du domaine IT est déjà très élevée et tend à augmenter. En effet, de nombreuses techniques pour réduire la consommation dans d'autres industries ou services se traduit par plus de traitements informatiques et de télécommunications (l'approche ”Green by IT”) et donc par une augmentation de la consommation dans les domaines IT. Il est donc important d'un point de vue économique d'arriver à réduire la consommation énergétique par bit transmis ou calculé (l'approche ”Green IT” qui est au centre de notre approche). Dans le domaine des réseaux, l'optimisation énergétique repose principalement sur une adaptation de l'architecture et des ressources employées en fonction des flux à transporter et de la qualité de service promise. On cherche donc à adapter les ressources à la demande, ce qui se traduit par un dimensionnement dynamique et adapté à la charge. Ceci est par nature différent d'un dimensionnement au pire cas que l'on utilise généralement. Sur le plan technologique, cela nécessite que les équipements de réseaux disposent de modes ”sleep”,”deep sleep” ou ”hibernate” (terminologie variant selon les fournisseurs)mais qui sont tous associés au même concept: mettre en sommeil l'équipement pour réduire sa consommation d'énergie. Pour que le compromis performance/énergie soit pertinent, il parait important d'utiliser des formules de consommation énergétiques obtenues à partir de l'utilisation des ressources du réseau. Les méthodes que nous proposons relèvent de la théorie des réseaux de files d'attente, l'analyse des chaines de Markov (analytiquement en proposant de nouvelles formes produitet numériquement en suggérant de nouveaux algorithmes de résolution) et la théorie de la comparaison stochastique. Au niveau applicatif nous avons traité différentes problématiques: les mécanismes de DVFS avec un changement de vitesse des processeurs, la migration de tâche entre serveurs physique dans un centre de données (équilibre de charge, consolidation), les réseaux optique avec un remplissage efficace des conteneurs optiques, la distribution d'énergie intermittente dans un réseau de capteurs (et réseau LORA) notamment en proposant un nouveau modèle des réseaux à paquet d'énergie (EPNs).

Energy saving in telecommunication networks is a major objective to reduce overall consumption. The IT sector already has a very high contribution to this increase. Indeed, many techniques to reduce consumption in other industries or services results in more IT and telecommunications (the "Green by IT" approach) and therefore in an increase of consumption in IT domains. It is therefore important from an economical point of view to reduce the energy consumption per transmitted or calculated bit (the "Green IT" concept). In the networks domain, energy optimization is mainly based on an adaptation of the architecture and the resources employed according to the traffic flows to be transported and the promised quality of service. We therefore seek to adapt resources to demand, which results in a dynamic dimensioning adapted to the load. This is by nature different from the worst-case dimensioning commonly used. In terms of technology, this requires network equipment to have "sleep", "deep sleep" or "hibernate" modes (terminology varies among suppliers), but all of these modes are associated with the same concept: putting the equipment to sleep to reduce its energy consumption. For the performance/energy trade-off to be relevant, it seems important to use energy consumption formulas obtained from the network resource utilization. The approaches we propose are based on the theory of queuing networks, Markov chain analysis (analytically by proposing new product forms and numerically by suggesting new resolution algorithms) and the theory of stochastic comparison.At the application level we have addressed various issues: DVFS mechanisms with a change of processors speed, task migration between physical servers in a data center (load balancing, consolidation), optical networks with efficient filling of optical containers, intermittent power distribution in a sensor network (and LoRa network) including a new model of Energy Packet Networks (EPNs).