From 0d3608b7ebff654f2f62ac7d77c5596d6805d085 Mon Sep 17 00:00:00 2001 From: Leopold Clement Date: Wed, 25 Aug 2021 16:01:30 +0200 Subject: [PATCH] Poster --- poster.tex | 231 +++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++ 1 file changed, 231 insertions(+) create mode 100644 poster.tex diff --git a/poster.tex b/poster.tex new file mode 100644 index 0000000..a638091 --- /dev/null +++ b/poster.tex @@ -0,0 +1,231 @@ +%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% +% +% This is a LaTeX file for an A3 poster. +% +%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% + +%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% +%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% +% +% Asymptotic behavior of solutions to the generalized Becker-Döring +% equations for general initial data. +% +% Poster for the HYKE-3 meeting in Rome, 13-15 April 2005. +% +%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% +%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% + +\documentclass[20pt]{article} +% To modify the size of the page: +\usepackage[a3paper,landscape,centering,margin=2cm]{geometry} +\RequirePackage{graphicx} % Pour importer des images +\RequirePackage{booktabs} % Pour introduire des tableaux +\RequirePackage[toc,page]{appendix} % Pour créer des appendices +%\RequirePackage[Bjornstrup]{fncychap} % Si on fait un report ou book +\RequirePackage{lmodern} +\RequirePackage{fancyhdr} % Des titres fouqués +\RequirePackage{lipsum} % Mettre du texte lipsum, pour faire une maquette de rapport +\RequirePackage{framed} % Des cadres pougnés +\RequirePackage{bm} % Du texte en gras bien fait +\RequirePackage{nomencl} % Faire une nomenclature +\RequirePackage[footnote]{acronym} % Des acronymes accessibles et définissables +\RequirePackage{epstopdf} % Utiliser le format .eps +\RequirePackage[pages=some]{background} % Pour mettre un fond, pages=some permet de choisir les pages concernées +\RequirePackage{epsfig} % Convertisseur eps à pdf +\RequirePackage{float} % Pour avoir des tableaux qui restent dans leurs sections +\RequirePackage{graphicx} % Importer image +\RequirePackage{array} % Importer tableau +\RequirePackage{colortbl} % Couleurs dans un tableau +\RequirePackage{array} % Pour des tableaux bien formatés +\RequirePackage{multirow} % Fusion des lignes dans les tableaux +\RequirePackage{titlesec} % Macros pour changer le style des titres de section +\RequirePackage{sectsty} % Changer le style des sections +\RequirePackage{caption} % Macros pour changer le style des titres de figure +\RequirePackage{subcaption} % Macros pour changer le style des sous-titres de figure +\RequirePackage{multicol} +\RequirePackage{babel} + +\RequirePackage{listings} % Importer du code informatique et le travailler +\RequirePackage{amsmath, amssymb, amsfonts, amsthm, mathtools} % mathtools for: Aboxed (put box on last equation in align envirenment) +\RequirePackage{mathpazo} % La police d'écriture utilisée dans tout le document +\RequirePackage{mathrsfs} % Pour des lettres (capitales) calligraphiées +\RequirePackage{siunitx} % Des unités bien écrites, par exemple pour les valeurs numériques +\sisetup{locale = FR} % Pour avoir les bonnes conventions typographiques des unités + +\usepackage{minted} +\usepackage{lscape} +\usepackage{wrapfig} + +\newcommand{\code}[1]{\mintinline[breaklines, breakafter=.]{python}{#1}} + +% Colors +% ------- +\definecolor{ENSBlue}{RGB}{0, 119, 139} +\definecolor{ENSJaunePorte}{RGB}{255, 180, 50} +\definecolor{ENSBleuCheminee}{RGB}{70, 35, 0} +\definecolor{ENSBrunBois}{RGB}{210, 160, 90} +\definecolor{ENSNoir}{RGB}{0, 0, 0} +\definecolor{ENSVertFenetre}{RGB}{130, 190, 50} +\definecolor{ENSGrisBeton}{RGB}{190, 190, 190} +\definecolor{ENSRougeBrique}{RGB}{240, 130, 90} +\definecolor{matlabGreen}{RGB}{28, 172, 0} % Pour le listing des codes +\definecolor{matlabLilas}{RGB}{170, 55, 241} + + +%------------------------------------------SECTIONS, FIGURES ET TABLEAUX------------------------------------------% + +\sectionfont{\color{ENSBlue}\sffamily} % Choisir la couleur des sections +\subsectionfont{\color{ENSRougeBrique}\sffamily\itshape} % Choisir la couleur des sous-sections +\subsubsectionfont{\color{ENSRougeBrique}\sffamily\itshape} % Choisir la couleur des sous-sections +\DeclareCaptionFont{CaptionENS}{\color{ENSRougeBrique}} +\captionsetup[table]{labelfont={CaptionENS,bf}} +\captionsetup[figure]{labelfont={CaptionENS,bf}} +\captionsetup[listing]{labelfont={CaptionENS,bf}} +\captionsetup[subfigure]{labelfont=bf,textfont=sf} + +\pagestyle{empty} + +\def\to{\rightarrow} + +\newenvironment{cadregris}{ +\def\FrameCommand{{\color{ENSBlue}\vrule width 3pt}\colorbox{ENSGrisBeton}}% +\MakeFramed {\advance\hsize-\width \FrameRestore}}% +{\endMakeFramed} + +\title{} +\author{} +\date{} + +\newcommand{\CC}{\emph{CC}} +\newcommand{\rto}{\emph{RTO}} +\newcommand{\rtt}{\emph{RTT}} +\newcommand{\iot}{\emph{IoT}} +\newcommand{\coapthon}{\emph{CoAPthon}} +\newcommand{\tf}{\emph{TensorFlow}} +\newcommand{\coap}{\emph{CoAP}} +\newcommand{\python}{\emph{Python}} + +\begin{document} +%\maketitle + +\begin{center} + \begin{minipage}{.19\linewidth} + \includegraphics[width=1\linewidth]{logo_ENSPS_UPS.png} + \end{minipage} + %& + \begin{minipage}{.6\linewidth} + \begin{center} + \Huge \textbf{Schémas de contrôle de congestion intelligents pour les réseaux IoT par apprentissage profond} + \end{center} + \end{minipage} + %& + \hspace{.03\linewidth} + \begin{minipage}{0.16\linewidth} + \begin{flushright} + Léopold Clément\\ + DER EEA\\ + École Normale Supérieure Paris-Saclay\\ + \vspace{.1cm} \small \emph{Encadré par :\\ + Mme Véronique \textsc{Vèque}, professeur des universités\\ + Mme Lynda \textsc{Zitoune}, maîtresse de conférences} + \end{flushright} + \end{minipage} +\end{center} + +\vspace{.1cm} + +% --------------------------------------------------------------------------- +\vfill +\setlength{\columnsep}{1cm} +\begin{multicols}{3} +\section*{Problématique} +\subsection*{Qu'es-ce que la congestion ?} +Dans un réseau, on échange des paquets d'informations. +Ces paquets transitent par plusieurs machines intermédiaires, les routeurs. +Les liens entre les machines n'ont pas une capacité infinie, il arrive donc que plus de paquets arrivent à un routeur qu'il ne peut en sortir. +Ils sont donc stockés temporairement dans des files dans la mémoire du routeur. +Si ces files sont trop longues, les paquets excédentaires sont supprimés. +Avec le protocole \coap{}, pour être sûr que les paquets envoyés vers une autre machine sont arrivés, on utilise un acquittement. +Ainsi pour chaque paquet de données reçu, on renvoie un paquet contenant l'identifiant du paquet de données (token) pour signaler qu'il est bien arrivé. +L'émetteur attend un temps donné (\rto{}); si l'acquittement n'est pas revenu avant la fin de ce temps, il renvoie le message, considérant qu'il a été perdu. + +On peut ainsi mesurer le temps écoulé entre l'émission d'un paquet et la réception sont acquittement, c'est le \rtt{}. +Le \rtt{} est la somme de deux parties $RTT = \tau_{propagation} + \tau_{queue}$. +Le temps de propagation est fixe, le temps passé dans les queues dépend de la congestion du réseau. + +\begin{center} + \includegraphics[width = 0.8\linewidth]{puml/temporal_transaction_valide.png} +\end{center} + +Un peu de congestion n'est pas mauvais, cela signifie que le réseau est utilisé à plein potentiel, trop de congestion crée des pertes de paquets. +Ces pertes sont mauvaises car en doit à nouveau envoyer le paquet, ce qui encombre davantage le réseau. +La gestion de congestion (\CC{}) désigne les méthodes pour conserver un fonctionnement optimal. + +\subsection*{Quelles sont les contraintes de l`\iot{} ?} +On se trouve dans un système où une machine puissante (le cloud) interagit avec une multitude de machines peu puissantes, les capteurs. +Le cloud veut récuperer les données qu'ils contiennent. +Pour cela, il envoie une requête avec l'adresse de la donnée; le capteur répond avec un acquittement contenant le token et la valeur. + +On ne peut pas faire tourner de code complexe sur les capteurs, tout doit se faire du côté du cloud. + +\section*{Modélisation} +Pour contrôler le réseau, on modifie le \rto{} de chaque client grâce à un agent d'apprentissage par renforcement qui prend une matrice représentant le réseau, et renvoie un vecteur décrivant les modifications des \rto{} à réaliser. + +La modélisation du réseau est similaire à celle de \cite{xiaoTCPDrincSmartCongestion2019}. +On considère que le nombre de capteurs est fixe. +On découpe le temps en une série d'intervalles de contrôle. +Pour chaque capteur et pour chaque intervalle de contrôle, on mesure tous les \rtt{} des transactions. +On construit aussi un filtrage exponentiel du \rtt{} , ainsi pour chaque nouveau \rtt{} $r$:\begin{align*} + RTT_S &:= \alpha_S \cdot r + \left( 1 - \alpha_S \right) \cdot RTT_S \\ + RTT_L &:= \alpha_L \cdot r + \left( 1 - \alpha_L \right) \cdot RTT_L +\end{align*} +Puis on construit le vecteur suivant pour le capteur $i$ : \begin{equation} + s ^ {\left( i \right)}= \begin{bmatrix} \frac{n_{retransmission}}{n_{message}} \\ \frac{RTT_{min}}{\overline{RTT}} \\ \frac{RTT_S}{RTT_L} \end{bmatrix} +\end{equation} +Le premier terme représente la quantité de retransmissions, le second le temps passé dans les files, et le troisième la tendance d'évolution du \rtt{}. +Ensuite, les vecteurs sont concaténés pour construire une matrice $s_t$ représentant l'état global du réseau. + +Soit $c_t$ les \rto{} à l'instant $t$ et $a_t$ l'action choisie par l'agent, alors :\begin{equation} + c_{t+1} ^ {\left( i \right) }= c_t ^{\left( i \right)}\cdot \begin{cases} + 1 + a _ t ^ {\left( i \right)} & \text{si } a _ t ^{\left( i \right)} \ge 0 \\ + \frac{1}{1 - a _ t ^ {\left( i \right)}} & \text{si } a _ t ^{\left( i \right)} < 0 + \end{cases} +\end{equation} +On quantifie la qualité d'un état de la manière suivante\begin{equation} + r = - \beta _ \nu \frac{\sum_{k=1}^N n^e _ k}{\sum_{k=1}^N n^t_k} - \beta_\text{echec} n_\text{echec} - \beta_{RTT} max_{k} \overline{RTT} _ k + \beta_\text{equite} \frac{\left[ \sum_{k = 1}^N \frac{n^e_k}{n^t_k} \right] ^ 2 }{N \cdot \sum_{k = 1}^N \left( \frac{n^e_k}{n^t_k} \right)^2 } + \label{eq:modèle:récompense} +\end{equation} +Ains on favorise les situations où il y a peu de retransmissions, des \rtt{} faibles, et une équité entre les capteurs. +L'équité\cite[jainQuantitativeMeasureFairness1998] s'assure qu'aucun capteur n'utilise plus de ressources que les autres. + +\section*{Implémentation} +On utlise un module \python{} nommé \coapthon{} qui implémente la majorité du protocole \coap{} de base, auquel on ajoute notre couche d'apprentissage. +En effet, de base le \rto{} est constant. +Chaque client est associé à un superviseur qui surveille ses échanges de données, puis un superviseur global récupère toutes les données pour générer la matrice. +Le superviseur global distribue les actions une fois qu'elles sont calculées par l'agent. +On utilise une interface GYM pour la compatibilité. + +\begin{center} + \includegraphics[width = 0.4 \linewidth]{puml/struc_base.png} +\end{center} + +De plus, \tf{} nous fournit tous les éléments pour créer un agent IA pour contrôler le système. +Il nous suffit de stocker des éléments du type $s_t, a_t,r_t, s_{t+1}$ et l'optimisation de la politque de l'agent se réalise tous les $1000$ pas de contrôle. +Le problème est qu'avec un intervalle de contrôle de $30 s$, l'optimisation a lieu toutes les $8 h$, ce qui n'est pas assez rapide. +Il faudrait donc développer un simulateur pour accélérer le pré-entrainement, avant de déployer le système sur le réseau réel, et que l'agent s'ajuste au fil du temps aux conditions réelles sur le réseau. + +\section*{Expériences et résultats} +Des tests ont été réalisés avec un serveur \coap{} sur une \emph{RaspberryPi}. +On a pu constater que le réseau Wi-Fi était trop puissant pour être saturé, mais qu'il y avait tout de même de la congestion à cause de la capacité limitée de calcul du processeur. +Nos tests permettent tout de même de valider le choix de nos grandeurs représentatives de l'état du système. + +\begin{center} + \includegraphics[width=0.7 \linewidth]{png_img/varrtt_demo.png} +\end{center} +\bibliography{poster.bib} +\bibliographystyle{alpha-fr} % Biblio en français +\selectlanguage{french} + +\end{multicols} +\vfill +\end{document}