Université des Sciences et de la Technologie d’ORAN FACULTE DES SCIENCES

1. Université des Sciences et de la Technologie d’ORAN FACULTE DES SCIENCES Département d’informatique Optimisation de la Consommation Energétique dans les Réseaux Informatiques Supervise par : Mr . HAMDAOUI 2011-2012

2. Presentés par : • LARGUEM Ali Anis (Leader)- Introduction + Optimisation de la consommation énergétique dans les réseaux sans fil fixe + simulation • LADJOUZE Mohamed Cherif - Heuristique au problème des réseaux sans fil fixe • HAMZA REGUIG Ryma -Routage économe en énergie dans les réseaux sans fil ( Network flow minimum cost ) • OUADAH Zineb- Grande couverture avec un minimum d’énergie dans les réseaux capteur  • Ghoulem Fatima Zohra -Optimisation de la consommation énergétique dans les réseaux capteur • Gahlouz Lamia Heuristique au problème du routage efficace en énergie (LESS LOADED EDGE HEURISTIC ) • KelfahNebia -routage efficace en énergie (réseaux filaire )

3. Optimisation de la consommation énergétique dans les réseaux informatiques Plan de travail Introduction Chapitre I Routage efficace en énergie (Minimum EdgesRouting) ( Réseaux filaire) Chapitre II Routage économe en énergie (Réseaux sans fil ) Optimisation de la consommation énergétique dans les réseaux sans fil fixe Chapitre III Optimisation de la consommationénergétique dans les réseauxcapteurs (Sensornet) Chapitre IV Conclusion 4

4. Optimisation de la consommation énergétique dans les réseaux informatique s Introduction Introduction • Les technologies de l'information et de la communication sont responsables à elles seules de 2% à 10% de la consommation mondial. Nous nous intéressons à la consommation liée aux réseaux (filaire et non filaire ). On propose des programmes linéaire pour ces problème et un heuristique; puis on analyse expérimentalement par des simulations la quantité d’´energie qui peut être sauvée pour certains réseaux. Chapitre I Chapitre II Chapitre III Chapitre IV Conclusion 4

5. Optimisation de la consommation énergétique dans les réseaux informatique Routage Efficace en Energie Minimum EdgesRouting Introduction La consommation dans les réseaux (filaire) est fortement liée au nombre d'équipements du réseau activé (indépendamment de la charge ). Dans un objectif de minimisation de l'énergie dans les réseaux, il est intéressant de minimiser le nombre d'équipements utilisés lors du routage Chapitre I Chapitre II Chapitre III Chapitre IV Conclusion 4

6. Optimisation de la consommation énergétique dans les réseaux informatique MODELISATION Introduction Chapitre I • Le réseau est modélisé par un graphe non orienté • G = (V, E, c) • C(e) ≥0 Capacité de l'arête e € E • L’ensemble des demandes • le volume de trafic de s à t Chapitre II Chapitre III Chapitre IV Conclusion 4

7. Optimisation de la consommation énergétique dans les réseaux informatique Problème routage valide: Introduction • Le premier problème consiste consiste à décider s'il existe un routage valide des demandes de D dans G. • Exemple: Chapitre I Chapitre II Chapitre III Chapitre IV Conclusion Avec deux demandes Ds1t1 = 10 et Ds2t2 = 10 4

8. Optimisation de la consommation énergétique dans les réseaux informatique Exemple Introduction Donc on a comme première contrainte (Solution au problème ) Chapitre I Chapitre II Chapitre III Chapitre IV Conclusion 4

9. Optimisation de la consommation énergétique dans les réseaux informatique Minimum EdgesRoutingProblem Le problème de routage arêtes minimum Introduction Chapitre I • Ce problème est un cas particulier de problèmes classiques d'optimisation dans les réseaux. Le problème de routage arêtes minimum consiste à trouver un ensemble de cardinalité minimum tel qu'il existe un routage valide des demandes D dans avec Pour Chapitre II Chapitre III Chapitre IV Conclusion 4

10. Optimisation de la consommation énergétique dans les réseaux informatique FORMULATION MATHEMATIQUE: Introduction Chapitre I Chapitre II Chapitre III Chapitre IV Conclusion 4

11. Optimisation de la consommation énergétique dans les réseaux informatique Exemple : Introduction • Sur le même graphe G = (V, E, c) de l’exemple précédent, on applique l’envoi de trois demandes • Ds1t1 = 10, Ds2t2 = 5 et Ds3t3 = 2. • Résultat : Chapitre I Chapitre II Chapitre III Chapitre IV Conclusion 4

12. Optimisation de la consommation énergétique dans les réseaux informatique SOLUTION Introduction Chapitre I Deux solutions optimales différentes pour le problème de routage arêtes minimum pour une même instance avec Ds1t1 = 10, Ds2t2 = 5 et Ds3t3 = 2. Chapitre II Si on prend un autre exemple : Chapitre III Chapitre IV Conclusion 4

13. Optimisation de la consommation énergétique dans les réseaux informatique Introduction Conclusion Chapitre I • Le problème de routage arêtes minimum n'est pas dans APX (Algorithme Polynomial garantissant une solution optimale ). • Le routage par plus courts chemins peut donner une solution arbitrairement mauvaise par rapport à une solution optimale. • C’est pour ça on propose une heuristique. • Le problème de routage est bien connu pour être NP-complet même pour deux demandes. Chapitre II Chapitre III Chapitre IV Conclusion 4

14. Optimisation de la consommation énergétique dans les réseaux informatique Introduction Introduction Résoudre un problème d’optimisation combinatoire, c’est trouver l’optimum d’une fonction, parmi un nombre fini de choix, souvent très grand. Les heuristiques forment un ensemble de méthodes utilisées en RO pour résoudre des problèmes d’optimisation réputés difficiles les heuristiques permettent, dans des temps de calcul raisonnables, de trouver des solutions, peut-être pas toujours optimales, en tout cas très proches de l’optimum. Chapitre I Chapitre II Chapitre III Chapitre IV Conclusion 4

15. Optimisation de la consommation énergétique dans les réseaux informatique Qu’est ce qu’une optimisation combinatoire ? Introduction En mathématiques, l'optimisation recouvre toutes les méthodes qui permettent de déterminer l'optimum d'une fonction, avec ou sans contraintes. L’ optimisation combinatoire consiste à trouver la meilleure solution entre un nombre fini de choix; autrement dit, à minimiser une fonction, avec ou sans contraintes, sur un ensemble fini de possibilités. Chapitre I Chapitre II Chapitre III Chapitre IV Conclusion 4

16. Optimisation de la consommation énergétique dans les réseaux informatique Qu' est-ce qu' une optimisation difficile? Introduction Quand le nombre de combinaisons possibles devient exponentiel par rapport à la taille du problème, le temps de calcul devient rapidement critique. On parle alors d’optimisation difficile, ou de problèmes NP-difficiles. Chapitre I Chapitre II Chapitre III Chapitre IV Conclusion 4

17. Optimisation de la consommation énergétique dans les réseaux informatique Qu' est-ce qu' un routage? Introduction • Le problème de routage consiste à déterminer un acheminement optimal des paquets à travers le réseau au sens d’un certain critère de performance « la consommation énergétique ». Le problème qui se pose dans le contexte des réseaux est l’adaptation de la méthode d’ acheminement utilisée avec le grand nombre de nœuds existant dans un environnement caractérisé par le changements de topologies, de modestes capacités de calcul, de sauvegarde, et d’énergie. Chapitre I Chapitre II Chapitre III Chapitre IV Conclusion 4

18. Optimisation de la consommation énergétique dans les réseaux informatique Introduction Toute conception de protocole de routage implique l’étude de la minimisation de la charge du réseau en optimisant le nombre d’ envois et de réceptions des paquets Cette minimisation aboutit à une consommation énergétique minimale et une longue durée de vie du réseau. Chapitre I Chapitre II Chapitre III Chapitre IV Conclusion 4

19. Optimisation de la consommation énergétique dans les réseaux informatique Introduction Chapitre I Quelle méthodes est utilisée pour résoudre ces problèmes d’optimisation ? Chapitre II Chapitre III Chapitre IV Conclusion 4

20. Optimisation de la consommation énergétique dans les réseaux informatique Méthode Exacte et Méthode Approchée: Introduction • La résolution d’un tel problème d’optimisation peut se faire de manière exacte, en modélisant le problème, puis en appliquant un algorithme. • Parmi les méthodes exactes, on trouve la plupart des méthodes traditionnelles telles les techniques de séparation et évaluation (branch-and-bound), ou (backtracking). • Mais malgré les progrès réalisés, les méthodes exactes rencontrent généralement des difficultés avec les applications de taille importante. Chapitre I Chapitre II Chapitre III Chapitre IV Conclusion 4

21. Optimisation de la consommation énergétique dans les réseaux informatique Introduction Si les méthodes de résolution exactes permettent d'obtenir une ou plusieurs solutions dont l'optimalité est garantie, dans certaines situations, on peut cependant se contenter de solutions de bonne qualité, sans garantie d’optimalité, mais au profit d’un temps de calcul réduit. On utilise pour cela une méthode heuristique, adaptée au problème considéré, avec cependant l’inconvénient de ne disposer en retour d’aucune information sur la qualité des solutions obtenues. Chapitre I Chapitre II Chapitre III Chapitre IV Conclusion 4

22. Optimisation de la consommation énergétique dans les réseaux informatique Heuristique ? Introduction Dans le domaine de routage efficace en énergie, une heuristique est un algorithmequi fournit rapidement une solution réalisable, pas nécessairement optimale.. L'usage d'une heuristique est pertinent pour calculer une solution approchée d'un problème et ainsi accélérer le processus de résolution exacte. Généralement une heuristique est conçue pour un problème particulier. Chapitre I Chapitre II Chapitre III Chapitre IV Conclusion 4

23. Optimisation de la consommation énergétique dans les réseaux informatique Problématique Introduction Chapitre I La plupart des problèmes rencontrés dans le monde de la RO sont NP-complets, ce qui ne nous permet pas d’avoir des méthodes exactes pour les résoudre. Alors on peut se contenter seulement de chercher une bonne solution, en un temps raisonnable par l’utilisation d’heuristiques. Chapitre II Chapitre III Chapitre IV Conclusion 4

24. Optimisation de la consommation énergétique dans les réseaux informatique Heuristique pour le MINIMUM EDGES ROUTING PROBLEM Introduction Chapitre I • Nous proposons une heuristique pour le Minimum EdgesRoutingProblem LESS LOADED EDGE HEURISTIC Chapitre II Chapitre III Chapitre IV Conclusion 4

25. Optimisation de la consommation énergétique dans les réseaux informatique LESS LOADED EDGE HEURISTIC Introduction Chapitre I On commence par trouver un routage valide dans G = (V,E,P ) en utilisant une heuristique routant les demandes de manière gloutonne par des plus courts chemins. Chapitre II Chapitre III Chapitre IV Conclusion 4

26. Optimisation de la consommation énergétique dans les réseaux informatique La métrique utilisée Introduction Chapitre I Chapitre II Chapitre III Chapitre IV Conclusion 4

27. Optimisation de la consommation énergétique dans les réseaux informatique Algorithme Introduction BEGIN e’ = 0 IF e ∈ E and e =/ e’ and Min=c (e)/r (e) and Min “P” DELETE “e “ BEGIN IF aucun routage valide n’est trouvé REINSERER “e” e’ = e END If END END If END Chapitre I Chapitre II Chapitre III Chapitre IV Conclusion 4

28. Optimisation de la consommation énergétique dans les réseaux informatique Introduction Chapitre I Chapitre II Exemple … Chapitre III Chapitre IV Conclusion 4

29. A B C D E F G Soit le graphe avec E ={(A, D,1), (A, B,3), (B, C,4), (C, G,2), (C, F,8), (C, E,6), (E, F,7), (E, B,5)

30. A B C D E F G L’algorithme sélectionne le sommet « D » et supprime l’arc (A ,D)

31. A B C D E F G L’algorithme ne trouve aucune bonne solution

32. A B C D E F G L’algorithme réinsère l'arc (D,A) et sélectionne le sommet « G »  Puis supprime l’arc (G, G).

33. A B C • L’algorithme ne trouve aucune bonne solution D E F G

34. A B C D E F G L’algorithme réinsère l'arc (G,C) et sélectionne le sommet « A »  puis supprime l’arc (A, B).

35. L’algorithme ne trouve aucune bonne solution A B C D E F G

36. A B C D E F G L’algorithme sélectionne le sommet « B » et supprime l’arc (B, C)

37. A B C D E F G L’algorithme trouve chemin optimal de D à G alors il valide la surpression et passe à un autre arc du même sommet (B,E).

38. A B C D E F G La suppression de (B, E) ne donne pas une bonne solution

39. A B C D E F G L’algorithme sélectionne le sommet « E » et supprime l’arc (E, C)

40. A B C D E F G L’algorithme trouve un chemin optimal de D à G alors il valide la surpression et passe à un autre arc du même sommet mais la suppression de (F, E) ne donne pas une bonne solution.

41. A B C E D F G L’algorithme sélectionne le sommet « F » et supprime l’arc (F, C).

42. A B C E D F G L’algorithme ne trouve aucune bonne solution.

43. A B C E D F G ll ne reste que le sommet C et aucun arc a supprimer alors c’est la fin de notre algorithme.

44. C A B E D F G C’est notre solution optimale avec E’ E’= {(A, D,1), (A, B,3), (C, G,2), (C, F,8), (E, F,7), (E, B,5)

45. Optimisation de la consommation énergétique dans les réseaux informatique Les Critères retenus de l’exemple sont les suivants: Introduction • Facilité d'adaptation au problème, • Qualité des meilleures solutions trouvées, • Rapidité -Très bon résultat -Algorithmes faciles à mettre en œuvre -Il faut faire les bons choix de paramétrage Chapitre I Chapitre II Chapitre III Chapitre IV Conclusion 4

46. Optimisation de la consommation énergétique dans les réseaux informatique Conclusion Introduction Les heuristiques constituent une classe de méthodes approchées adaptables au problème de routage efficace en énergie. Mais, si l’on a pu constater leur grande efficacité sur de nombreuses classes de problèmes, il existe en revanche très peu de résultats permettant de comprendre la raison de cette efficacité, et aucune méthode particulière ne peut garantir qu’une heuristique sera plus efficace qu’une autre sur n’importe quel problème. Chapitre I Chapitre II Chapitre III Chapitre IV Conclusion 4

47. Optimisation de la consommation énergétique dans les réseaux informatique Introduction Chapitre I Chapitre II Routage économe en énergie (réseaux sans fil ) Chapitre III Chapitre IV Conclusion 4

48. Optimisation de la consommation énergétique dans les réseaux informatique Introduction Optimisation des flux dans un réseau sans fils (routage efficace en énergie) Chapitre I Chapitre II Dans le but de minimiser la consommation d’énergie dans un réseau sans fil on cherche ici a optimiser le flux de données qui circule entre les nœuds de ce réseau en utilisant le «Network Flow Minimum Cost ».  Chapitre III Chapitre IV Conclusion 4

49. Optimisation de la consommation énergétique dans les réseaux informatique Network flow minimum cost Introduction Un problème de « network flow minimum cost  » est défini par un ensemble d’arc et un ensemble de nœuds données , ou chaque arc a une capacité et une unité de coût et chaque nœud a un débit fixé . Le problème d’optimisation est de déterminer le cout minimum à travers le réseau afin de satisfaire l’offre et la demande de chaque nœud . Chapitre I Chapitre II Chapitre III Chapitre IV Conclusion 4

50. Optimisation de la consommation énergétique dans les réseaux informatique Modélisation Introduction Soit G = (N;A) un réseau dirigé composé d’un ensemble fini de nœuds N={1 ,2,….,n} et un ensemble d’arcs dirigés A={1 ,2,….,m}. On associe pour chaque arc un débit, un coût par unité de débit une borne inferieur et une borne supérieur . A chaque i N on associe un entier , cette valeur est déterminé par la nature du nœud i tel que : Si bi < 0 , i est un nœud de demande. bi > 0, i est un nœud source. bi =0, i est un nœud de transbordement. Chapitre I Chapitre II Chapitre III Chapitre IV Conclusion 4