Energy management in content distribution network servers

摘要

Les infrastructures Internet et l'installation d'appareils très gourmands en énergie (en raison de l'explosion du nombre d'internautes et de la concurrence entre les services efficaces offerts par Internet) se développent de manière exponentielle. Cela entraîne une augmentation importante de la consommation d'énergie. La gestion de l'énergie dans les systèmes de distribution de contenus à grande échelle joue un rôle déterminant dans la diminution de l'empreinte énergétique globale de l'industrie des TIC (Technologies de l'information et de la communication). Elle permet également de diminuer les coûts énergétiques d'un produit ou d'un service. Les CDN (Content Delivery Networks) sont parmi les systèmes de distribution à grande échelle les plus populaires, dans lesquels les requêtes des clients sont transférées vers des serveurs et traitées par des serveurs proxy ou le serveur d'origine, selon la disponibilité des contenus et la politique de redirection des CDN. Par conséquent, notre objectif principal est de proposer et de développer des mécanismes basés sur la simulation afin de concevoir des politiques de redirection des CDN. Ces politiques prendront la décision dynamique de réduire la consommation d'énergie des CDN. Enfin, nous analyserons son impact sur l'expérience utilisateur. Nous commencerons par une modélisation de l'utilisation des serveurs proxy et un modèle de consommation d'énergie des serveurs proxy basé sur leur utilisation. Nous ciblerons les politiques de redirection des CDN en proposant et en développant des politiques d'équilibre et de déséquilibre des charges (en utilisant la loi de Zipf) pour rediriger les requêtes des clients vers les serveurs. Nous avons pris en compte deux techniques de réduction de la consommation d'énergie : le DVFS (Dynamic Voltage Frequency Scaling) et la consolidation de serveurs. Nous avons appliqué ces techniques de réduction de la consommation d'énergie au contexte d'un CDN (au niveau d'un serveur proxy), mais aussi aux politiques d'équilibre et de déséquilibre des charges afin d'économiser l'énergie. Afin d'évaluer les politiques et les mécanismes que nous proposons, nous avons mis l'accent sur la manière de rendre l'utilisation des ressources des CDN plus efficace, mais nous nous sommes également intéressés à leur coût en énergie, à leur impact sur l'expérience utilisateur et sur la qualité de la gestion des infrastructures. Dans ce but, nous avons défini comme métriques d'évaluation l'utilisation des serveurs proxy, d'échec des requêtes comme les paramètres les plus importants. Nous avons transformé un simulateur d'événements discrets CDNsim en Green CDNsim, et évalué notre travail selon différents scénarios de CDN en modifiant : les infrastructures proxy des CDN (nombre de serveurs proxy), le trafic (nombre de requêtes clients) et l'intensité du trafic (fréquence des requêtes client) en prenant d'abord en compte les métriques d'évaluation mentionnées précédemment. Nous sommes les premiers à proposer un DVFS et la combinaison d'un DVFS avec la consolidation d'un environnement de simulation de CDN en prenant en compte les politiques d'équilibre et de déséquilibre des charges. Nous avons conclu que les techniques d'économie d'énergie permettent de réduire considérablement la consommation d'énergie mais dégradent l'expérience utilisateur. Nous avons montré que la technique de consolidation des serveurs est plus efficace dans la réduction d'énergie lorsque les serveurs proxy ne sont pas beaucoup chargés. Dans le même temps, il apparaît que l'impact du DVFS sur l'économie d'énergie est plus important lorsque les serveurs proxy sont bien chargés. La combinaison des deux (DVFS et consolidation des serveurs) permet de consommer moins d'énergie mais dégrade davantage l'expérience utilisateur que lorsque ces deux techniques sont utilisées séparément.