Sur des modèles pour l’évaluation de performance des caches dans un réseau cœur et de la consommation d’énergie dans un réseau d’accès sans-fil

On models for performance analysis of a core cache network and power save of a wireless access network

• Auteur / Autrice : Nicaise Éric Choungmo Fofack
• Direction : Philippe Nain, Sara Alouf
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Informatique
• Date : Soutenance le 21/02/2014
• Etablissement(s) : Nice
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences et technologies de l'information et de la communication (Sophia Antipolis, Alpes-Maritimes)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut national de recherche en informatique et en automatique (France). Unité de recherche (Sophia Antipolis, Alpes-Maritimes)
• Jury : Président / Présidente : Ernst W. Biersack
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Philippe Nain, Sara Alouf, Ernst W. Biersack, Don Towsley, Emilio Leonardi, Alain Simonian, Giovanni Neglia
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Don Towsley, Emilio Leonardi

Mots clés

Mots clés contrôlés

Économies d'énergie

Ordinateurs -- Mémoires

Architecture des réseaux d'ordinateurs

Mots clés libres

Réseaux de caches

Architecture de cache

Étude de performance

Économie d'énergie

Politiques de caches

Durée de vie

Cache networks

Cache architecture

Performance evaluation

Replacement policies

Time-To-Live (TTL)

LRU

FIFO

RND

Résumé

Internet est un véritable écosystème. Il se développe, évolue et s’adapte aux besoins des utilisateurs en termes de communication, de connectivité et d’ubiquité. Dans la dernière décennie, les modèles de communication ont changé passant des interactions machine-à-machine à un modèle machine-à-contenu. Cependant, différentes technologies sans-fil et de réseaux (tels que les smartphones et les réseaux 3/4G, streaming en ligne des médias, les réseaux sociaux, réseaux-orientés contenus) sont apparues pour améliorer la distribution de l’information. Ce développement a mis en lumière les problèmes liés au passage à l’échelle et à l’efficacité énergétique; d’où la question: Comment concevoir ou optimiser de tels systèmes distribués qui garantissent un accès haut débit aux contenus tout en (i) réduisant la congestion et la consommation d’énergie dans le réseau et (ii) s’adaptant à la demande des utilisateurs dans un contexte connectivité quasi-permanente? Dans cette thèse, nous nous intéressons à deux solutions proposées pour répondre à cette question: le déploiement des réseaux de caches et l’implantation des protocoles économes en énergie. Précisément, nous proposons des modèles analytiques pour la conception de ces réseaux de stockage et la modélisation de la consommation d’énergie dans les réseaux d’accès sans fil. Nos études montrent que la prédiction de la performance des réseaux de caches réels peut être faite avec des erreurs relatives absolues de l’ordre de 1% à 5% et qu’une proportion importante soit 70% à 90% du coût de l’énergie dans les cellules peut être économisée au niveau des stations de base et des mobiles sous des conditions réelles de trafic.

Internet is a real ecosystem. It grows, evolves and adapts to the needs of users in terms of communication, connectivity and ubiquity of users. In the last decade, the communication paradigm has shifted from traditional host-to-host interactions to the recent host-to-content model; while various wireless and networking technologies (such as 3/4G smartphones and networks, online media streaming, social networks, clouds, Big-Data, information-centric networks) emerged to enhance content distribution. This development shed light on scalability and energy efficiency issues which can be formulated as follows. How can we design or optimize such large scale distributed systems in order to achieve and maintain high-speed access to contents while (i) reducing congestion and energy consumption in the network and (ii) adapting to the temporal locality of users demand in a continuous connectivity paradigm? In this thesis we focus on two solutions proposed to answer this question: In-network caching and Power save protocols for scalability and energy efficiency issues respectively. Precisely, we propose analytic models for designing core cache networks and modeling energy consumption in wireless access networks. Our studies show that the prediction of the performance of general core cache networks in real application cases can be done with absolute relative errors of order of 1%–5%; meanwhile, dramatic energy save can be achieved by mobile devices and base stations, e.g., as much as 70%–90% of the energy cost in cells with realistic traffic load and the considered parameter settings.