Analyse des performances de la redondance et de la mobilité dans les systèmes multi-serveurs

Performance analysis of redundancy and mobility in multi-server systems

• Auteur / Autrice : Elene Anton
• Direction : Urtzi Ayesta, Maaike Ina Maria Verloop
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mathématiques Appliquées
• Date : Soutenance le 02/06/2021
• Etablissement(s) : Toulouse, INPT
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mathématiques, informatique et télécommunications (Toulouse)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de Recherche en Informatique de Toulouse (1995-....)
• Jury : Président / Présidente : Florian Simatos
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Urtzi Ayesta, Maaike Ina Maria Verloop, Florian Simatos, Ana Bušić, Rhonda Righter
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Benny Van Houdt, Esa Hyytiä

Mots clés

Mots clés contrôlés

Systèmes informatiques

Redondance (ingénierie)

Répartition de charge (informatique)

Mots clés libres

Équilibrage de charge

Stabilité

Performance

Redondance

Mobilité

Load balancing

Stability

Performance

Redundancy

Mobility

Résumé

Dans cette thèse, nous avons étudié l’impact de la redondance et de la mobilité sur les performances des systèmes informatiques et des réseaux cellulaires, respectivement. La notion générale de redondance est qu’à l’arrivée, chaque tâche envoie des copies dans plusieurs serveurs. Cela permet d’exploiter la variabilité de la longueur des files d’attente et des capacités du serveur dans le système. Nous considérons des modèles de redondance où les tâches ont soit des copies i.i.d. ou des copies identiques. Lorsque des copies sont i.i.d., nous montrons que la région de stabilité n’est pas réduit quand PS ou ROS est mis en œuvre. Lorsque les copies sont identiques, nous caractérisons la condition de stabilité pour les systèmes où FCFS, PS ou ROS est mis en œuvre dans les serveurs. Nous observons que cette condition dépend fortement de la discipline de service. Nous examinons ensuite l’incidence de la redondance sur le rendement en la comparant à celle d’un système où il n’y a pas de redondance. Nous observons que la stabilité et les performances sont considérablement améliorées sous l’effet de la redondance, à mesure que l’hétérogénéité des capacités du serveur augmente. De plus, pour les systèmes avec des copies i.i.d. et des copies identiques, nous caractérisons des disciplines de service prenant en compte la redondance qui peuvent améliorer à la fois la stabilité et les performances du système. Enfin, nous identifions plusieurs problèmes ouverts qui pourraient intéresser la collectivité. La mobilité des utilisateurs dans les réseaux sans fil rend compte du fait que les utilisateurs d’un réseau cellulaire passent d’une cellule à l’autre lorsqu’ils se déplacent géographiquement dans le système. Nous contrôlons la vitesse de mobilité des utilisateurs parmi les serveurs et analysons comment la mobilité affecte les performances au niveau de l’utilisateur. Nous observons que la performance du système à vitesse de mobilité constante dépend fortement des paramètres inhérents au système.

In this thesis, we studied how both redundancy and mobility impact the performance of computer systems and cellular networks, respectively. The general notion of redundancy is that upon arrival each job dispatches copies into multiple servers. This allows exploiting the variability of the queue lengths and server capacities in the system. We consider redundancy models with both identical and i.i.d. copies. When copies are i.i.d., we show that with PS and ROS, redundancy does not reduce the stability region. When copies are identical, we characterize the stability condition for systems where either FCFS, PS, or ROS is implemented in the servers. We observe that this condition strongly depends on the scheduling policy implemented in the system. We then investigate how redundancy impacts the performance by comparing it to a non-redundant system. We observe that both the stability and performance improve considerably under redundancy as the heterogeneity of the server capacities increases. Furthermore, for both i.i.d. and identical copies, we characterize redundancy-aware scheduling policies that improve both the stability and performance. Finally, we identify several open problems that might be of interest to the community. User mobility in wireless networks addresses the fact that users in a cellular network switch from cell to cell when geographically moving in the system. We control the mobility speed of the users among the servers and analyze how mobility impacts the performance at a user level. We observe that the performance of the system under fixed mobility speed strongly depends on the inherent parameters of the system.