Projet ANR-13-INFR-0005 – ABCD : Vers un réseau en nuage et mobile sensible aux usages
Programme : Infrastructures matérielles et logicielles pour la société numérique (INFRA)
Année de financement : 2013
Coordinateur du projet : Monsieur LANGAR Rami (Université Pierre et Marie Curie)
Partenaires : Inria Centre Grenoble - Rhône-Alpes; ORANGE; Institut Mines-Télécom; UCOPIA COMMUNICATIONS; Université Pierre et Marie Curie
Montant : 714769.0 euros
Date de début : 2013
Durée : 36 mois
Résumé : Vers un réseau en nuage sensible aux usagesLe projet porte sur la conception de nouvelles solutions pour une meilleure maitrise de la mobilité et des usages numériques en mobilité dans la gestion des réseaux d’accès.
Une meilleur considération de la mobilité humaine dans la distribution des services de réseau aux utilisateurs.L’objectif du projet est de définir des solutions adéquates pour capturer des schémas de mobilité, en les corrélant avec les usages afin de déployer une architecture de délestage « Cloud » pour les réseaux de télécommunication. Cette approche nécessite une estimation fiable des usages et des schémas de mobilité pour créer une solution adaptative de distribution et d’allocation des ressources. En effet, l'efficacité du réseau peut être améliorée si les serveurs Cloud sélectionnés peuvent réaliser une distribution proactive, en identifiant les moments clés où des masses d'utilisateurs vont solliciter le réseau et en géolocalisant les flux de la consommation. Cette solution vise à maîtriser les conséquences des mouvements urbains spontanés en augmentant l'efficacité du réseau.?Le projet cible les usages des services de l’Internet mobile tels que la VOD, les réseaux sociaux, les mises à jour logicielles. Ces réseaux d'accès mobiles souffrent de la diffusion des smartphones et de l’agglomération d’utilisateurs qui accèdent simultanément aux mêmes services lors d'événements sociaux. Ces événements sont détectés afin de déplacer dynamiquement des machines virtuelles à proximité des passerelles d’accès. Les services de Cloud computing peuvent optimiser un tel accès distribué : en externalisant les ressources hors du terminal mobile, elles permettent de stocker et de traiter à distance les données. Les terminaux ont une capacité de calcul et des ressources énergétiques limitées. Dès lors, le déploiement d’un nuage de machines virtuelles suffisamment important et l’adaptation de leur migration en fonction des déplacements des utilisateurs peut permettre de délester les terminaux mobiles et d’économiser l'énergie de la batterie, tout en garantissant une meilleure fiabilité de connexion.
Mieux comprendre la corrélation entre mobilité humaine et usages numériques avec un point de vue sociologique.La diffusion des TIC génère une évolution sociale perceptible dans les usages numériques et dans la mobilité humaine. Si Internet a été conçu pour des usages sédentaires, les tendances actuelles révèlent que les utilisateurs seront davantage nomades. En septembre 2012, l’Institut Médiamétrie a montré que 56% des français abonnés à la téléphonie mobile utilise un smartphone et 50% se connecte à l’Internet mobile. Cette tendance s'accélère : 38% des utilisateurs regarde la Mobile TV depuis leur smartphone et 32% a souscrit à une « option illimitée ».Des études récentes sur la mobilité humaine montrent qu’en analysant les déplacements d’utilisateurs on peut prédire leurs mouvements avec une précision acceptable. Cependant, ils utilisent des terminaux donnant souvent accès à des services basiques qui nécessitent malgré cela une bande passante de grande capacité. La diffusion de cette tendance, avec les problèmes de connectivité qu’elle soulève déjà avec des services basiques, représente un obstacle majeur pour le déploiement de services avancés. Elle invite à développer de nouvelles solutions de « Cloud computing » et d’allocation automatique des ressources pour décharger les réseaux d'accès. La dynamique des usages et des modes de consommation, ainsi que leur corrélation avec une lecture macroscopique des habitudes relatives à la mobilité, restent des facteurs presque inconnus aujourd'hui. Cette carence s’explique notamment par le manque de coordination entre l'ingénierie du trafic, les études d’usages et la détection de la mobilité de l'utilisateur, ainsi que l'absence de données d’accès publiques exploitables.
Résumé de la soumission : La diffusion des TIC génère une évolution sociale perceptible dans les usages numériques et dans la mobilité humaine. Si Internet a été conçu pour des usages sédentaires, les tendances actuelles révèlent que les utilisateurs seront davantage nomades. En septembre 2012, l’Institut Médiamétrie a montré que 56% des français abonnés à la téléphonie mobile utilise un smartphone et 50% se connecte à l’Internet mobile. Cette tendance s'accélère : 38% des utilisateurs regarde la Mobile TV depuis leur smartphone et 32% a souscrit à une « option illimitée ».Des études récentes sur la mobilité humaine montrent qu’en analysant les déplacements d’utilisateurs on peut prédire leurs mouvements avec une précision acceptable. Cependant, ils utilisent des terminaux donnant souvent accès à des services basiques qui nécessitent malgré cela une bande passante de grande capacité. La diffusion de cette tendance, avec les problèmes de connectivité qu’elle soulève déjà avec des services basiques, représente un obstacle majeur pour le déploiement de services avancés. Elle invite à développer de nouvelles solutions de « Cloud computing » et d’allocation automatique des ressources pour décharger les réseaux d'accès. La dynamique des usages et des modes de consommation, ainsi que leur corrélation avec une lecture macroscopique des habitudes relatives à la mobilité, restent des facteurs presque inconnus aujourd'hui. Cette carence s’explique notamment par le manque de coordination entre l'ingénierie du trafic, les études d’usages et la détection de la mobilité de l'utilisateur, ainsi que l'absence de données d’accès publiques exploitables.Nous visons ici à combler cette lacune, tant d'un point de vue fondamental que technologique, par la création d'une expertise interdisciplinaire portée par des laboratoires académiques sur les réseaux du Cloud Computing (LIP6, UPMC), le réseau urbain (Urbanet, INRIA), l’impact socio-économique des télécommunications (SES, Télécom ParisTech) ainsi que par l’expertise de centres de R&D industriels relative à l'analyse socio-économique des réseaux mobiles (SENSE, Orange Labs) et la gestion à grande échelle de réseau WiFi (Ucopia Communications). Notre but est de définir des solutions adéquates pour capturer des schémas de mobilité, en les corrélant avec les usages afin de déployer une architecture de délestage « Cloud » pour les réseaux de télécommunication. Cette solution nécessite une estimation fiable des usages et des schémas de mobilité pour créer une solution adaptative de distribution et d’allocation des ressources. En effet, l'efficacité du réseau peut être améliorée si les serveurs Cloud sélectionnés peuvent réaliser une distribution proactive, en identifiant les  moments clés où des masses d'utilisateurs vont solliciter le réseau et en géolocalisant les flux de la consommation. Cette solution vise à maîtriser les conséquences des mouvements urbains spontanés en augmentant l'efficacité du réseau.Nous ciblons les usages des services de l’Internet mobile tels que la VOD, les réseaux sociaux, les mises à jour logicielles. Ces réseaux d'accès mobiles souffrent de la diffusion des smartphones et de l’agglomération d’utilisateurs qui accèdent simultanément aux mêmes services lors d'événements sociaux. Ces événements sont détectés afin de déplacer dynamiquement des machines virtuelles à proximité des passerelles d’accès. Les services de Cloud computing peuvent optimiser un tel accès distribué : en externalisant les ressources hors du terminal mobile, elles permettent de stocker et de traiter à distance les données. Les terminaux ont une capacité de calcul et des ressources énergétiques limitées. Dès lors, le déploiement d’un nuage de machines virtuelles suffisamment important et l’adaptation de leur migration en fonction des déplacements des utilisateurs peut permettre de délester les terminaux mobiles et d’économiser l'énergie de la batterie, tout en garantissant une meilleure fiabilité de connexion.
Résultats : A septembre 2014, les bases de données nouvelles permettant une analyse approfondie de données de mobilité de réseaux d’accès à l’échelle nationale ont été préparées et ont été déclarées à la CNIL, respectant ainsi les premiers jalons du projet. Des premières études montrent la capacité de pouvoir caractériser les usages du réseau d’accès ainsi que des flux macroscopiques de mobilité. L’intérêt de telles approches est évident pour la conception de réseaux et la gestion des ressources principalement dans un environnement cellulaire. Plus précisément, on a développé une technique pour l’identification des usages typiques dans un réseau d’accès. Grace  à  cette approche, on est aussi en mesure de détecter les comportements atypiques en termes d’utilisation des ressources du réseau, qu’on trouve être associée avec des événements sociaux particuliers. Pour ce qui concerne la mobilité, différentes approches pour estimer les déplacements selon le profil de mobilité et qualifier la qualité de la prévision ont été définis est évalués, en identifiant une approche avec des erreurs d’estimations négligeables et  réalisable avec une fable complexité. Poursuivant cette approche, le projet propose des méthodes d’estimation d’agglutination des usagers dans un contexte urbain, pouvant être source de congestion du réseau. La détection de ces points de concentration permet d’enclencher des mécanismes de délestage du trafic d’un réseau vers un autre (typiquement WiFI vs cellulaire), de mettre en place une allocation robuste de fréquences aux utilisateurs, et d’allouer des ressources virtuelles dans des instances du cloud proches à l’utilisateur.
Perspectives : Des études approndies sur la correlation entre le comportement en mobilité et les usages mobiles sont en cours, afin de remplir un vide de connaissance peu ou pas couvert par la littérature. De plus, un prototype permettant de migrer d’une façon transparentes des machines virtuelles à travers des instances cloud géographiquement distribué, en prenant en compte la mobilité des utilisateurs et leur habitudes dans leurs usages mobiles, sera défini et évalué.
Publications et brevets : S. Hoteit, S. Secci, G. Pujolle, V.H. La, C. Ziemlicki, Z. Smoreda, «Mobility-Aware Estimation of Content Consumption Hotspots for Urban Cellular Networks», in Proc. of IEEE/IFIP Network Operations and Management Symposium (NOMS 2014), 5-9 May 2014, Krakow, Poland.
D. Naboulsi, R. Stanica, M. Fiore, «Classifying Call Profiles in Large-scale Mobile Traffic Datasets», in Proc. of IEEE Int. Conference on Computer Communications (IEEE INFOCOM 2014), Toronto, Canada, April 2014.
S. Hoteit, S. Secci, S. Sobolevsky, G. Pujolle, C. Ratti, «Estimating Human Trajectories and Hotspots through Mobile Phone Data », Computer Networks, Vol. 64, pp: 296-307, May 2014.
R. Langar, S. Secci, R. Boutaba, G. Pujolle, «An Operations Research Game Approach for Resource and Power Allocation in Cooperative Femtocell Networks», IEEE Transactions on Mobile Computing, 2014.
S. Hoteit, S. Secci, G. Pujolle, S. Wietholter, A. Wolisz, C. Ziemlicki, Z. Smoreda, «Quantifying the Achievable Cellular Traffic Offloading Gain with Passpoint Hotspots», in Proc. of  the 2014 ACM Int. Workshop on Wireless and Mobile Technologies for Smart Cities (WiMobCity 2014), ACM MobiHoc 2014, Aug. 11-14, 2014, Philadelphia, USA.