Joint communication and computation resources allocation for cloud-empowered future wireless networks (2016)

Cette thèse porte sur le paradigme « Mobile Edge cloud» qui rapproche le cloud des utilisateurs mobiles et qui déploie une architecture de clouds locaux dans les terminaisons du réseau. Les utilisateurs mobiles peuvent désormais décharger leurs tâches de calcul pour qu’elles soient exécutées par les femto-cellules (FCs) dotées de capacités de calcul et de stockage. Nous proposons ainsi un concept de regroupement de FCs dans des clusters de calculs qui participeront aux calculs des tâches déchargées. A cet effet, nous proposons, dans un premier temps, un algorithme de décision de déportation de tâches vers le cloud, nommé SM-POD. Cet algorithme prend en compte les caractéristiques des tâches de calculs, des ressources de l’équipement mobile, et de la qualité des liens de transmission. SM-POD consiste en une série de classifications successives aboutissant à une décision de calcul local, ou de déportation de l’exécution dans le cloud.Dans un deuxième temps, nous abordons le problème de formation de clusters de calcul à mono-utilisateur et à utilisateurs multiples. Nous formulons le problème d’optimisation relatif qui considère l’allocation conjointe des ressources de calculs et de communication, et la distribution de la charge de calcul sur les FCs participant au cluster. Nous proposons également une stratégie d’éparpillement, dans laquelle l’efficacité énergétique du système est améliorée au prix de la latence de calcul. Dans le cas d’utilisateurs multiples, le problème d’optimisation d’allocation conjointe de ressources n’est pas convexe. Afin de le résoudre, nous proposons une reformulation convexe du problème équivalente à la première puis nous proposons deux algorithmes heuristiques dans le but d’avoir un algorithme de formation de cluster à complexité réduite. L’idée principale du premier est l’ordonnancement des tâches de calculs sur les FCs qui les reçoivent. Les ressources de calculs sont ainsi allouées localement au niveau de la FC. Les tâches ne pouvant pas être exécutées sont, quant à elles, envoyées à une unité de contrôle (SCM) responsable de la formation des clusters de calculs et de leur exécution. Le second algorithme proposé est itératif et consiste en une formation de cluster au niveau des FCs ne tenant pas compte de la présence d’autres demandes de calculs dans le réseau. Les propositions de cluster sont envoyées au SCM qui évalue la distribution des charges sur les différentes FCs. Le SCM signale tout abus de charges pour que les FCs redistribuent leur excès dans des cellules moins chargées.Dans la dernière partie de la thèse, nous proposons un nouveau concept de mise en cache des calculs dans l’Edge cloud. Afin de réduire la latence et la consommation énergétique des clusters de calculs, nous proposons la mise en cache de calculs populaires pour empêcher leur réexécution. Ici, notre contribution est double : d’abord, nous proposons un algorithme de mise en cache basé, non seulement sur la popularité des tâches de calculs, mais aussi sur les tailles et les capacités de calculs demandés, et la connectivité des FCs dans le réseau. L’algorithme proposé identifie les tâches aboutissant à des économies d’énergie et de temps plus importantes lorsqu’elles sont téléchargées d’un cache au lieu d’être recalculées. Nous proposons ensuite d’exploiter la relation entre la popularité des tâches et la probabilité de leur mise en cache, pour localiser les emplacements potentiels de leurs copies. La méthode proposée est basée sur ces emplacements, et permet de former des clusters de recherche de taille réduite tout en garantissant de retrouver une copie en cache.