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Qualité de service dans les systèmes distribués complexes
Partenariats : INRIA Rocquencourt (projet HIPERCOM), Université Paris 12 (LIIA)
Nous nous intéressons dans cette thématique à la maîtrise de la composante temporelle des systèmes distribués complexes. Deux paramètres importants sont étudiés :
- le temps de réponse de bout en bout
- la gigue de bout en bout
Nous étudions le respect de ces contraintes dans le cadre des trois problèmes suivants :
- Conception et dimensionnement de serveurs vidéo haute performance
- Maîtrise de la dimension temporelle de la Qualité de Service dans les réseaux
- Qualité de service et protocoles d’accès au médium pour les réseaux sans fil appliqués à la domotique
Dans ces trois problèmes, les techniques d’ordonnancement
utilisées dans les nœuds du système sont déterminantes.
Dans de tels systèmes, il est impossible d’avoir une connaissance
globale du système. La connaissance de l’état du système
ne pouvant être obtenue que par échange d’information.
Toute décision d’ordonnancement ne peut donc être prise
que sur une connaissance imparfaite du système.
Ces systèmes sont de plus constitués d’un grand nombre
de nœuds. Pour être efficace, toute décision d’ordonnancement
ne peut être réalisée que en ligne sur la base d’une
information incomplète. Ceci place de fait ces problèmes
dans la classe des systèmes complexes.
Conception et dimensionnement de serveurs vidéo haute performance
Cette thématique s'intéresse à la conception de serveurs vidéo haute performance. Ces serveurs assurent la diffusion de vidéos visualisées par des clients. Le fournisseur du service diffusion de vidéos n'accepte un nouveau client que s'il est en mesure de garantir la qualité de service demandée par ce client, et ceci sans remettre en cause les garanties déjà accordées.
Du point de vue du client, la qualité de service s'exprime par la haute disponibilité des données, par le temps de réponse maximum pour obtenir une vidéo, par la gigue maximale en réception,...
Du point de vue du fournisseur de service, une solution sera évaluée en fonction du nombre maximum de clients acceptables, de la disponibilité des données,...
Cette thématique doit tout d’abord permettre d’identifier les problèmes algorithmiques posés. Elle propose des solutions innovantes en matière d’ordonnancement et de tolérance aux fautes. La garantie de qualité de service passe par l'identification et l'expression de nouvelles politiques de service des serveurs vidéo. En l’absence de défaillance, la mise en place d'un contrôle d'admission (associé à une politique de service), centralisé ou réparti, sur l'ensemble des serveurs doit permettre de garantir la qualité de service demandée par les clients. En présence de défaillance, des techniques de tolérance aux fautes permettant d'obtenir une haute disponibilité (raid réparti, striping,...) sont étudiées
Maîtrise de la dimension temporelle de la Qualité de Service dans les systèmes distribués
L’avènement de technologies de plus en plus performantes (ex. : commutateurs longueur d’onde) rend possible le développement d’applications de plus en plus exigeantes en termes de Qualité de Service. Cette qualité de service peut se décliner selon les dimensions suivantes :
Temps réel et interactivité
les exigences temps réel se situent au niveau des temps de réponse de bout-en-bout (i.e. échéance de remise des messages), mais également au niveau de la variation des temps de réponse (i.e. : gigue). Un exemple est fourni par la téléphonie sur IP. L’exigence d’interactivité est particulièrement sensible dans un jeu distribué avec plusieurs joueurs, ainsi que dans les services de vidéo à la demande où un client peut, par l’intermédiaire des commandes dont il dispose (i.e. arrêt/marche, pause/reprise, avant/arrière), modifier le déroulement du film qu’il est en train de visualiser.
Débit
Cette exigence est évidente dans les applications multimédia,
qui nécessitent le transfert d’images animées de qualité
studio.
fiabilité et disponibilité : les clients n’acceptent
pas d’interruption de service. L’arrêt d’un serveur
et l’inaccessibilité du réseau sont mal vécus.
Nomadicité et mobilité
Le client exige de retrouver le même environnement (i.e. son environnement
personnalisé) quel que soit l’endroit où il se trouve.
Il exige également la continuité du service fourni, même
lorsqu’il se déplace.
Par ailleurs, avec l’évolution d’Internet vers une
infrastructure de communication globale, n’offrir que des services
au mieux (best effort) n’est plus envisageable. La maîtrise
de la Qualité de Service est devenue nécessaire. Deux grandes
approches existent :
l’une dite approche avec état (stateful) est basée
sur le maintien d’état. Cette approche est illustrée
par les Services Intégrés (IntServ), où chaque routeur
maintient un état par flux le traversant. La Qualité de
Service est gérée au niveau de chaque flux. Cette approche
permet de garantir la qualité de Service à un niveau très
fin, mais présente un mauvais facteur d’échelle.
l’autre dite approche sans état (stateless) ne maintient
pas d’état. Cette approche est illustrée par les Services
Différenciés (DiffServ). La Qualité de Service est
gérée au niveau d’un agrégat de flux. Le facteur
d’échelle est bon, mais le niveau de garantie offert est
très limité.
Cette thématique a pour objectif la maîtrise de la dimension
temporelle de la qualité de service (par ex : échéances
de remise des messages, gigue maximale en réception) dans les réseaux.
Cette maîtrise s’appuie sur une approche hybride permettant
de réunir le meilleur de l’approche sans état et de
l’approche avec état. Elle est basée sur une coordination
des ordonnanceurs locaux des routeurs, qui permettent d’assurer
la qualité de Service demandée par le flux. La nature et
le degré de coordination seront à établir. En d’autres
termes, il s’agit (i) de concevoir un algorithme d’ordonnancement
distribué temps réel, (ii) de déterminer les conditions
de faisabilité associées, (iii) de montrer comment intégrer
ces conditions de faisabilité dans le contrôle d’admission
effectué par le réseau, et (iv) d’évaluer cette
solution comparativement aux solutions existantes. Dans ce but, nous avons
développé un outil permettant de comparer ces solutions
sur différents scénarios.
Qualité de service et protocoles d’accès au médium pour les réseaux sans fil appliqués à la domotique
Le domaine des réseaux sans fil appliqué à la domotique
est un domaine en pleine expansion qui tend à proposer à
un client des applications à valeur ajoutée dans une maison
ou un immeuble. Les domaines visés sont par exemple la vidéo
surveillance, la mise en oeuvre d’applications distribuées
multimédia. Ces applications temps réel doivent coexister
avec d’autres applications non temps réel.
L’hétérogénéité et la diversité
des équipements disponibles pour la domotique pose également
des problèmes d’interconnexion entre équipements et
entre sites (accès distant). Le protocole IP semble être
de ce point de vue un protocole fédérateur.
Pour toutes ces applications on peut noter les besoins en hauts débits et la nécessité de garantir la qualité des services (QoS) rendus au client. La domotique se caractérise également par la simplicité d’installation et d’utilisation des solutions proposées ainsi qu’un coût d’interconnexion raisonnable.
Dans un permier temps, nous avons étudié les différentes techniques d’accès au médium sans fil (sous couche MAC) et identifié les propriétés inhérentes à chaque technique.
Dans un second temps, à partir de l’analyse des différents protocoles et de leurs propriétés, nous avons décidé d’étudier plus particulièrement le protocole BlueTooth, utilisant une topologie maître/esclave. Nous avons étudié différentes techniques de polling de maître et caractérisé leur comportement temporel pour prendre en compte les exigences applicatives en terme de qualité de service pour la domotique.
Consulter les termes de notre partenariat
avec la société opnet.
