Projet : HIPERCOM - hipercom

<body bgcolor="#FFFFFF" text="#000000" link="#9944EE" vlink= "#0000FF" alink="#00FF00">  <a name="CHILD_LINKS" id= "CHILD_LINKS"><strong>Sous-sections</strong></a> <ul> <li><a name="tex2html211" href= "fonde_evaluation-alg_mn.html#SECTION00032100000000000000" target="main" id="tex2html211"><small>Analyse déterministe des performances des algorithmes</small></a></li> <li> <a name="tex2html212" href= "fonde_evaluation-alg_mn.html#SECTION00032200000000000000" target="main" id="tex2html212"><small>Analyse probabiliste des performances des algorithmes</small></a> <ul> <li><a name="tex2html213" href= "fonde_evaluation-alg_mn.html#SECTION00032210000000000000" target="main" id="tex2html213"><small>Les protocoles à résolution de collisions</small></a></li> <li><a name="tex2html214" href= "fonde_evaluation-alg_mn.html#SECTION00032220000000000000" target="main" id="tex2html214"><small>L'accès sans fil</small></a></li> </ul> </li> <li><a name="tex2html215" href= "fonde_evaluation-alg_mn.html#SECTION00032300000000000000" target="main" id="tex2html215"><small>Simulation d'algorithmes de télécommunication</small></a></li> <li> <a name="tex2html216" href= "fonde_evaluation-alg_mn.html#SECTION00032400000000000000" target="main" id="tex2html216"><small>Algorithmes d'ordonnancement et d'attribution de priorités</small></a> <ul> <li><a name="tex2html217" href= "fonde_evaluation-alg_mn.html#SECTION00032410000000000000" target="main" id="tex2html217"><small>Au niveau de l'ordonnancement local</small></a></li> <li><a name="tex2html218" href= "fonde_evaluation-alg_mn.html#SECTION00032420000000000000" target="main" id="tex2html218"><small>L'ordonnancement global</small></a></li> </ul> </li> </ul> <hr /> <h2><a name="SECTION00032000000000000000" id= "SECTION00032000000000000000">Méthodologie de l'évaluation des algorithmes de télécommunications</a></h2>  <a name="HIPERCOM_fondements_evaluation-algorithmes" id= "HIPERCOM_fondements_evaluation-algorithmes"></a> <p><strong>Mots clés :</strong> <i>mesure, distribution, chaîne de Markov, transformée de Laplace, combinatoire, récurrence, série génératrice, simulation, analyse pire cas, analyse déterministe, temps de réponse maximum, scénario pire cas .</i></p> <p><br /> <br /> <span class="textbf">Participants :</span> Cédric Adjih, Philippe Jacquet, Soumaya Kamoun, Anis Laouiti, Pascale Minet, Paul Mühlethaler, Amir Qayyum, Laurent Viennot.<br /> <br /></p> <h3>Résumé :</h3> <div class="ABSTRACT"> <p><i>Il est évident que l'on ne peut pas concevoir de bons algorithmes sans de bons modèles d'évaluation de ces algorithmes. L'équipe d'HIPERCOM a historiquement une forte expérience dans l'évaluation de performances pour les systèmes à accès multiple. L'évaluation de ces algorithmes constitue une des branches les plus difficiles de l'évaluation des performances de systèmes distribués. Cette évaluation peut être faite par analyse, ou dans les cas plus complexes, par simulation. L'analyse des performances relève soit d'une approche déterministe (ex. : évaluation des temps de réponse pire cas), soit d'une approche probabiliste (ex. : évaluation des temps de réponse moyens). Les analyses relevant d'une approche déterministe reposent généralement sur l'identification des scénarios pires cas. Le calcul des temps de réponse est alors effectué sur ces scénarios. Différentes techniques peuvent être utilisées (calcul des plus longs chemins dans un graphe, algèbre(max,+), ...). Les analyses relevant d'une approche probabiliste mettent en jeu des techniques empruntées à l'étude des systèmes stochastiques (mesures et distributions, chaînes de Markov, transformées de Laplace) et aussi des techniques empruntées à l'analyse d'algorithmes (combinatoire, récurrence, série génératrice). Lorsque les algorithmes sont difficiles à analyser, on a recours à la simulation.</i></p> </div> <h3><a name="SECTION00032100000000000000" id= "SECTION00032100000000000000">Analyse déterministe des performances des algorithmes</a></h3>Le domaine de l'évaluation déterministe des pire cas des algorithmes distribués a acquis une certaine maturité grâce en particulier à l'usage de l'algèbre (max,+). Maintenant la recherche se dirige vers la mise en évidence des conditions de faisabilité et la formalisation des cahiers des charges en algorithmique temps réel. Dans cette perspective différents algorithmes ont été ainsi évalués au cours de l'année 2000. L'objectif étant de décider de la faisabilité du point de vue temps réel (en particulier le respect des échéances de livraison/terminaison des messages/tâches) d'un ensemble de trafics/tâches. Les conditions de faisabilité qui en résultent peuvent être utilisées a priori (i.e. avant la mise en fonctionnement du système [<a href= "bibliographie_Toc.html#KM00b" target="contents">45</a>], [<a href="bibliographie_ct.html#KM00c" target= "contents">43</a>]) ou en cours de fonctionnement du système pour réaliser un contrôle d'admission [<a href= "bibliographie_Toc.html#GMM00a" target="contents">32</a>], [<a href="bibliographie_ct.html#GMM00c" target= "contents">34</a>]. <p>Nous nous sommes intéressés à deux domaines particuliers :</p> <ul> <li>les systèmes distribués temps réel avec objets persistants pour lesquels toute exécution de tâches distribuées doit satisfaire des contraintes temps réel (échéance de terminaison) et des contraintes de cohérence. Des conditions de faisabilité, nécessaires et suffisantes lorsque la complexité le permet, ou seulement suffisantes dans le cas contraire, ont été établies pour un ordonnancement FIFO (i.e. selon l'ordre des demandes d'activation des tâches) [<a href= "bibliographie_Toc.html#KM00b" target="contents">45</a>] et pour un ordonnancement périodique selon une séquence prédéfinie [<a href="bibliographie_Toc.html#KM00a" target= "contents">44</a>], [<a href="bibliographie_ct.html#KM00c" target="contents">43</a>];</li> <li>les systèmes multimédia de vidéo à la demande où le contrôle d'admission décide si un nouveau trafic peut être accepté sans remettre en cause les garanties déterministes accordées aux trafics déjà acceptés [<a href= "bibliographie_Toc.html#GMM00a" target="contents">32</a>], [<a href="bibliographie_ct.html#GMM00b" target= "contents">33</a>], [<a href="bibliographie_ct.html#GMM00c" target="contents">34</a>].</li> </ul> <h3><a name="SECTION00032200000000000000" id= "SECTION00032200000000000000">Analyse probabiliste des performances des algorithmes</a></h3> <h4><a name="SECTION00032210000000000000" id= "SECTION00032210000000000000">Les protocoles à résolution de collisions</a></h4>L'équipe a une très forte expérience dans le domaine de l'accès multiple et de la résolution de collisions (deux thèses sur la contribution de l'algorithmique aux protocoles de communications et sur l'évaluation des protocoles d'accès aux réseaux hauts débits, de nombreuses publications internationales). Le domaine est très actif depuis une quinzaine d'années, autour de l'avènement des réseaux locaux. <p>L'analyse combinatoire de certains algorithmes de résolution de collisions fait intervenir des équations fonctionnelles proches de celles que l'on rencontre dans l'analyse de certains algorithmes de compression, ou de certaines structures de données arborescentes. Ceci permet de bénéficier des outils et des résultats d'analyses connus depuis D. Knuth (1973) et abondamment exploités depuis, notamment dans le projet Algorithmes.</p> <p>On distingue les protocoles à réservation dans lesquels le jeton de réservation est soumis pendant une période à des collisions, et les données qui sont transmises dans des périodes protégées. Plus les données sont importantes par rapport au slot de réservation, plus la bande passante est utilisée efficacement. Les protocoles CSMA-CD ( <i>Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection</i>) sont des protocoles à réservation particuliers où le début de paquet joue le rôle de jeton de réservation, le corps du paquet étant protégé des collisions subséquentes grâce à la présence de sa porteuse. Certains résultats sont décrits avec détails dans les thèses d'habilitation de Paul Mühlethaler et Philippe Jacquet, soutenues en 1998 [<a href= "bibliographie_Toc.html#habpmu" target= "contents">14</a>,<a href="bibliographie_ct.html#habpj" target="contents">10</a>].</p> <p>Le domaine vient de rebondir récemment du fait de l'émergence de l'accès à Internet par le câble. En effet le protocole d'accès à la voie montante est à résolution différée de collisions. La résolution est différée dans la mesure où le temps de propagation est plus grand que la durée du slot de réservation. Le comité IEEE 802.14 a adopté l'algorithme de résolution en arbre ternaire défendu, entre autres, par l'équipe Algo-Hipercom (vote finalisé en 1998).</p> <h4><a name="SECTION00032220000000000000" id= "SECTION00032220000000000000">L'accès sans fil</a></h4>Il n'existe, à notre connaissance, pas encore d'exemple de modélisation vraiment satisfaisant pour les algorithmes d'accès sans fil. En général, il s'agit d'une extrapolation très directe de ce qu'on sait déjà faire sur les réseaux câblés. Néanmoins il existe des différences fondamentales avec le câble, notamment les phénomènes de captures, les noeuds cachés, les niveaux physiques versatiles. Les évaluations des algorithmes d'accès sans fil doivent tenir compte de ces points. <p>Par exemple, la réutilisation spatiale d'une fréquence est la conséquence de l'atténuation polynomiale des signaux dans l'espace : deux noeuds éloignés peuvent émettre simultanément sans gène mutuelle. C'est un phénomène typique en radio (capture) qui met en jeu la <i>capacité unitaire</i> d'un réseau sans fil étendu. La capacité unitaire d'un réseau est le produit de la quantité d'information transmise par unité de volume et unité de temps et du volume moyen de réception de l'information. Lorsque le réseau fonctionne sur fréquence unique, la capacité unitaire ne peut en aucun cas excéder la bande passante nominale sur la fréquence. En général la capacité unitaire est une constante, ou tend vers une constante quand la charge augmente. Cette constante dépend de la fonction d'atténuation du signal. On donne des valeurs exactes de la capacité unitaire pour différentes fonctions d'atténuation. Pour la propagation dans le vide la capacité unitaire est nulle sauf si on introduit un <i>horizon</i> pour la propagation [<a href= "bibliographie_Toc.html#habpj" target="contents">10</a>].</p> <p>Le domaine est devenu très actif depuis cinq ans environ, lors de l'avènement de la communication mobile et du GSM.</p> <h3><a name="SECTION00032300000000000000" id= "SECTION00032300000000000000">Simulation d'algorithmes de télécommunication</a></h3>Certains algorithmes de télécommunication sont difficiles à évaluer. C'est par exemple le cas pour les protocoles de routage. En fait ils opèrent sur des topologies de réseaux non triviales qui rendent difficile l'application de modèles analytiques. Dans ce cas on a recours à des simulations par ordinateurs. Le projet se constitue une bibliothèque de noyaux de simulation. Il est indispensable de maîtriser un outil de simulation standard pour pouvoir participer aux comparaisons des résultats dans les comités de normalisations. Ainsi la politique de diffusion sans fil par relais multipoints a été simulée par Anis Laouiti [<a href= "bibliographie_Toc.html#QVL00" target="contents">56</a>]. Ses résultats ont montré que cette politique pouvait économiser jusqu'à 80 % du trafic généré par une inondation normale. Les simulations ont porté sur des réseaux dont l'effectif atteignait le millier d'unités. <h3><a name="SECTION00032400000000000000" id= "SECTION00032400000000000000">Algorithmes d'ordonnancement et d'attribution de priorités</a></h3>Les qualités de service s'expriment souvent par des échéances et des priorités qui peuvent être attribuées dynamiquement et qui ont pour but d'induire un processus d'ordonnancement des messages. Dans un réseau, on rencontre deux types d'ordonnancement des messages : un ordonnancement local à chaque station et un ordonnancement global entre les stations. <h4><a name="SECTION00032410000000000000" id= "SECTION00032410000000000000">Au niveau de l'ordonnancement local</a></h4>un ordonnancement non-préemptif est utilisé. Des résultats nouveaux ont été établis concernant la complexité, les conditions d'optimalité d'EDF, ( <i>Earliest Deadline First</i>), ainsi qu'une condition nécessaire et suffisante d'ordonnancement de tâches périodiques. <h4><a name="SECTION00032420000000000000" id= "SECTION00032420000000000000">L'ordonnancement global</a></h4>est moins couvert et n'est vraiment exploré que depuis les débuts d'ATM et de l'Internet nouvelle génération. En général, l'ordonnancement global est réalisé au moyen de réservations et de priorités, donc à partir de connaissances partielles de l'état instantané du réseau. <p>Une stratégie avantageuse consiste à utiliser l'échéance de validité du paquet pour déterminer les priorités de transmission. Cette politique d'ordonnancement a été introduite par l'équipe Hipercom-Reflecs pour la gestion des contraintes temps réel dans la norme HIPERLAN [<a href= "bibliographie_Toc.html#hiperlanstd" target= "contents">15</a>]. Cette politique est aussi utilisée pour la gestion des qualités de service dans le QoS-proxy construit par le projet CATSERVER. L'échéance du paquet est aussi un paramètre du standard IPv6 et peut donc avantageusement être utilisée pour gérer les qualités de service dans les routeurs. Le projet HIPERCOM participe avec le LORIA et le LIAFA à l'action incitative COMPAS pour explorer, entre autres, les relations qui pourraient être établies entre l'échéance IPv6 et les priorités d'HIPERLAN (responsable Laurent Viennot).</p> <p>Lorsqu'on veut une garantie déterministe de l'échéance de bout-en-bout d'un paquet, il faut pouvoir garantir que le temps de réponse maximum du paquet ne dépassera jamais cette échéance. C'est là l'objet du contrôle d'admission [<a href= "bibliographie_Toc.html#GMM00a" target="contents">32</a>], [<a href="bibliographie_ct.html#GMM00b" target= "contents">33</a>], [<a href="bibliographie_ct.html#GMM00c" target="contents">34</a>]. C'est l'un des axes de recherche du projet HIPERCOM.</p> <p>Le problème de l'ordonnancement global se complique dès lors que l'on doit en plus satisfaire des contraintes de cohérence [<a href="bibliographie_Toc.html#habpmi" target= "contents">13</a>]. Le respect des échéances de terminaison de tâches sporadiques ayant une structure en graphe fait l'objet de travaux [<a href="bibliographie_Toc.html#K00" target="contents">17</a>], [<a href= "bibliographie_ct.html#KM00a" target="contents">44</a>], [<a href="bibliographie_Toc.html#KM00b" target= "contents">45</a>], [<a href="bibliographie_ct.html#KM00c" target="contents">43</a>].</p> </body>