Simulation de bout-en-bout de la consommation d'énergie des infrastructures Fog et de leurs applications

End-to-end simulation of the energy consumption of Fog infrastructures and their applications

• Auteur / Autrice : Clément COURAGEUX-SUDAN
• Direction : Martin Quinson, Anne-Cécile Orgerie
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Informatique
• Date : Soutenance le 08/12/2023
• Etablissement(s) : Université de Rennes (2023-....)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mathématiques, télécommunications, informatique, signal, systèmes, électronique (Rennes)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de recherche en informatique et systèmes aléatoires (Rennes) - Institut de Recherche en Informatique et Systèmes Aléatoires / IRISA
• Partenaire(s) de recherche : Etablissement opérateur d'inscription : École normale supérieure (Rennes ; 2013-....)
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Isabelle Guérin-Lassous, Pierre Sens, Adrian Friday, François Taïani
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Isabelle Guérin-Lassous, Pierre Sens

Mots clés

Mots clés contrôlés

Microservices

Systèmes de communication sans fil

Consommation d'énergie

Informatique géodistribuée

Mots clés libres

Fog computing

Energie

Wi-Fi

Microservices

Simulation-flux

Fog computing

Energy

Wi-Fi

Microservices

Flow-level

Résumé

Afin de résoudre les problèmes liés à l’augmentation du nombre de machines connectées et de réduire les latences des applications, le Fog consiste à placer des ressources de calcul et de stockage en bordure des réseaux. Cela conduit à la création de petits centres de données avec des capacités de calcul et de communication hétérogènes. Malgré les avantages de cette approche, des questions se posent concernant l’impact de ces infrastructures sur les émissions de gaz à effet de serre. Il est possible d’estimer cet impact en utilisant des plateformes expérimentales ou des modèles de consommation d’énergie. Cependant, il est nécessaire de trouver unéquilibre entre la précision des résultats et la taille des infrastructures étudiées. L’objectif de cette thèse est d’étudier davantage ce compromis entre précision et passage à l’échelle pour évaluer des infrastructures fog de bout en bout. Nous proposons des modèles de simulation flux afin d’étudier les performances et la consommation d’énergie des communications Wi-Fi ainsi que pour les applications microservices. De plus, nous combinons nos contributions avec des modèles existants pour étudier une infrastructure fog réaliste de grande taille. Les modèles proposés sont implémentés et disponibles dans le simulateur open source SimGrid.

To reduce the latency of applications and to cope with an increasing number of networked devices, fog computing places processing and storage resources towards the edge of the networks. This leads to the creation of small data centers, with heterogeneous hardware, and communication protocols. Despite the advantages of this approach, many concerns arise regarding the share of the energy consumed by network infrastructures and their applications on the world’s GHG emissions. To estimate this impact, existing works propose to make use of testbeds or models to better understand the cost of different parts of the network. However, existing works have to balance between accurate results for small-scale measurements and large-scale experiments with coarse-grained results. The goal of this thesis is to further study the tradeoff between scalability and accuracy to measure the emissions of end-toend fog infrastructures at scale. We propose models based on flow-level simulation to evaluate the performance and the energy consumed by Wi-Fi networks and microservice applications. Furthermore, we combine our contributions with previous flow-level models to study a realistic fog infrastructure at scale. The models proposed in this thesis are available within the open-source SimGrid simulation framework, with reproducible validation experiments.