Système C : le réseau de transmission et de commutation

le CTD local ou le CTD infonuagique

Le réseau de transport des données entre l’utilisateur et le CTD local

Les disques durs consomment beaucoup plus de puissance lorsqu’ils repositionnent leur tête de lecture des données (Huang, Hung et Shin, 2005; Joukov et Sipek; 2008). Pour un faible

transfert des données, il est plus efficient de lire les données sur la mémoire cache du

serveur distant (CTD traditionnel, réseau sans fil) que sur le disque dur local de l’ordinateur : le disque dur consomme plus d’énergie par sa rotation, pour repositionner sa tête de lecture de données (disk head) et a une faible bande passante pour la recherche de données (Joukov et Sipek, 2008). Quant aux mises à jour, il est plus efficient de les sauvegardées dans l’ordinateur pour ensuite les transférés dans le CTD local; ceci engendre une seule rotation du disque dur au lieu de nombreuses pour chaque mise à jour (Joukov et Sipek, 2008). Le disque dur du PC peut être plus efficient que le CTD traditionnel pour la sauvegarde d’un

grand volume de données. La bande passante (« l’intervalle de fréquences dans lequel

l’amplitude de la réponse d’un système ne s’écarte pas d'un niveau prédéfini ») du CTD local est plus élevée, ainsi leur temps pour transmettre les données est plus rapide (Joukov et Sipek, 2008).

D’après Joukov et Sipek (2008), l’énergie totale (U) du transfert d’un fichier dans un PC ou dans un CTD local équivaut à la somme de l’énergie nécessaire pour initier le transfert (Uup) (par exemple, passer de l’interface PSM au mode CAM ou faire la rotation vers le haut de la tête de lecture disque dur) et pour transférer les données (équation 1.8). L’énergie de transfert des données est la puissance (P) utilisée durant le transfert multipliée par le temps du transfert. L’énergie du transfert dépend de celle de la bande passante (B) et du volume du fichier (S).

= + × (1.8)

Le tableau 1.5 montre les valeurs typiques d’Uup, de P et de B pour les serveurs des CTD local, les PC et les ordinateurs portables (Joukov et Sipek, 2008). Elle démontre que le transfert des données d’ordre d’une centaine de mégabytes est plus efficient vers le serveur du CTD local en réseau que sur le disque dur d’un PC ou celui d’un ordinateur portable (Joukov et Sipek, 2008).

Tableau 1.5 Valeurs typiques de l’énergie qui initie le transfert d’un fichier (Uup), de la puissance du transfert (P) et de l’énergie de la bande passante (B) pour les serveurs d’un

CTD local, les PC et les ordinateurs portables (Joukov et Sipek, 2008)

Quant à la vitesse de transfert des données, Munir et al. (2010) mesurent le taux de transfert des données comme la quantité de données transmise par unité de temps en bits par seconde (b/sec) ou en bytes par second (B/sec). Plus il y de bits transféré, plus la migration des données est rapide. Le taux de transfert (en b/sec) correspond au nombre de bits transmis par opérations (en bits) sur le temps de transfert par opération (en seconde) (Munir et al., 2010).

Le réseau de transport des données entre l’utilisateur et le nuage privé

Les études antérieures sur la consommation d’énergie de l’infonuagique limitent son bilan énergétique aux équipements et aux infrastructures physiques du CTD du nuage (Widmer et Premm, 2013; Soidridine, Claude et Kora, 2013; Tucker, 2011). Baliga et al. (2011) ont une vision plus macro sur l’empreinte énergétique de l’infonuagique. Ils mentionnent qu’il faut également considérer celle des réseaux de transmission et de commutation qui permettent aux usagers de se connecter aux nuages. Plus précisément, l'énergie nécessaire pour le transport des données vers et à partir de l'utilisateur final ainsi que celle consommée l'interface de l’utilisateur final. Ils affirment que cette énergie est une partie importante de celle consommée par l’infonuagique.

Le réseau de transport et de commutation entre l’utilisateur final et le nuage est composé de quatre réseaux dans le nuage public et de deux réseaux dans le nuage privé (figure 1.5). Le nuage public comprend le système d'accès à réseau optique passif (PON), le réseau d’accès Internet, le réseau central et le CTD du nuage public (figure 1.5(a)) (Baliga et al., 2011). Le réseau du nuage privé est composé du réseau d’entreprise et du CTD du nuage privé (figure 1.5(b)) (Baliga et al., 2011). La principale distinction entre les deux nuages est que le CTD du nuage public est hébergé sur Internet et peut être utilisé par quiconque possède une connexion Internet (Baliga et al., 2011), alors que le CTD du nuage privé ne peut être accédée que via le réseau de l’entreprise pour lequel il est destiné (Baliga et al., 2011).

Dans le nuage privé, chaque utilisateur se connecte à un commutateur Ethernet qui se connecte à un ou plusieurs commutateurs Éthernet plus vastes qui crée le réseau privé de l’entreprise (Baliga et al., 2011). Le CTD du nuage privé est similaire à celui du nuage public, toutefois au lieu d’être connecté à l’Internet, il est connecté directement au vaste commutateur Éthernet (Baliga et al., 2011).

Figure 1.5 Réseau de transport et de commutation entre l’utilisateur et le nuage public (a) ou privé (b) (Baliga et al., 2011)

D’après Baliga et al. (2011) l’énergie de commutation de réseau peut être obtenue en calculant l’énergie consommée par les équipements de refroidissement et autres équipements énergétiques. L’énergie (Ec) requise (en joule par bit) pour transporter un bit de données du

CTD infonuagique au réseau de l’entreprise est donnée par l’équation 1.9.

= 3 × 3 × + 3 + (1.9)

Où Pes, Ples et Pg sont les puissances (en watt) consommées par les commutateurs Ethernet,

les petits commutateurs Ethernet et les routeurs de passerelle (gateway) du CTD infonuagique. Ces, Cles et Cg sont les capacités (en bit par seconde) des équipements

correspondants en bit par seconde. Le premier facteur de 3 correspond à la puissance requise pour la redondance (facteur de 2) plus celle associée aux équipements de refroidissement et autres équipements énergétiques (facteur de 1.5) (Baliga et al., 2011). Le deuxième facteur de 3 est pour tenir compte de la sous-utilisation du réseau de l’entreprise. Il inclut les commutateurs Ethernet dans le réseau local (LAN, Local Area Network) d’entreprise et les commutateurs Ethernet dans le réseau local du CTD infonuagique (Baliga et al., 2011). Ils ont mesuré une énergie (Ec) de 0.46 μJ/b pour leur nuage privé.

Les mesures sont prises pour les trois principaux modèles de services infonuagiques (SaaS,

PaaS et IaaS) pour lesquels les clients externalisent leur besoin en termes de stockage dans

les nuages publics ou dans les nuages privés. Dans le modèle StaaS, tout le traitement et les tâches informatiques sont accomplis sur l’ordinateur de l’usager, mais ses données sont stockées dans l’infonuagique (Baliga et al., 2011; Tucker, 2011). La puissance (Pst)

consommée par chaque utilisateur de service StaaS est calculées en fonction du téléchargement des fichiers par heure (équation 1.10) (Baliga et al., 2011).

= 3600 + 1.5 , , + 2 1.5 (1.10)

où Bd (en bits) est la taille moyenne d'un fichier et D est le nombre de téléchargements par

heure. La variable Pst, S R est la puissance consommée par le contenu de chaque serveur et

Cst,SR (en bits par seconde) est la capacité du contenu de chaque serveur. La puissance des

baies de disques durs du nuage est PSD et sa capacité BSD (en bits). Pour un nuage privé,

l’énergie consommée par la transmission et la commutation est Ec. La division par un facteur

de 3600 converti les heures en secondes, la multiplication par un facteur de deux dans le troisième terme représente la puissance requise pour assurer la redondance dans le stockage, et la multiplication par un facteur de 1.5 dans les deuxième et troisième termes est pour la puissance requise pour le refroidissement des équipements et des autres équipements associés (Baliga et al., 2011).

Leur équation est toutefois limitative de sorte que seuls les fichiers accédés régulièrement consomment de l'énergie lorsqu'ils sont stockés et ceux qui ne sont pas accédés régulièrement sont stockés dans d'autres disques durs qui sont en mode de faible puissance et qui consomment une énergie négligeable (Baliga et al., 2011; Tucker, 2011). De plus, leur modèle considère que la puissance consommée par le stockage, les serveurs et le transport sont indépendant du volume du fichier (Baliga et al., 2011; Tucker, 2011). Ils varient plutôt en fonction du taux de téléchargement (figure 1.6). L’équation 1.10 est limitée pour mesurer l’énergie consommée par le réseau.

Figure 1.6 Puissance consommée par le transport, le stockage et les serveurs dans un nuage privé en fonction du nombre de téléchargement par heure (Baliga et al., 2011)

Le nombre de fois qu’un fichier est téléchargé par heure dépend de la nature du fichier. Selon la figure 1.9, un document de traitement de texte ou une table peut être téléchargée quelques fois par heure, alors qu’une photographique peut être téléchargée plusieurs fois par heure (Baliga et al., 2011; Tucker, 2011). À un taux de 10-2 par heure, dans un nuage public, environ 75 % de la puissance est consommée par le stockage (principalement dans les baies de disques durs), 25 % par les transports et le reste par les serveurs (Baliga et al., 2011). Au même taux de téléchargement, pour un service StaaS dans un nuage privé, environ 90 % de l'énergie est consommée dans le stockage, 10 % par les transports et le reste par les serveurs. Ainsi, la puissance totale consommée est dominée par celle du stockage (Baliga et al., 2011). Plus le taux de téléchargement progresse, plus la puissance de stockage du nuage diminue et la puissance consommée par le transport des données dans le réseau ainsi que les serveurs augmentent.

Les résultats sont comparés à l’énergie consommée par un PC qui se connecte à l’Internet. Ils concluent que pour les tâches de faible intensité et peu fréquentes, l’usage des nuages engendre une énergie moindre. Toutefois, dans certaines circonstances (section 1.3.5), le nuage peut consommer plus d’énergie que l’informatique traditionnelle où chaque utilisateur effectuer les tâches informatiques sur son propre PC. Il faut noter que le modèle de Baliga et al. (2011) vise à calculer l’énergie du CTD infonuagique du fournisseur de nuage et non celle du CTD du client qui utilisent les services infonuagique. Ainsi, aucune équation de téléversement des fichiers de l’ordinateur de l’utilisateur vers le nuage n’est proposée.