université de montréal analyse de faisabilité de l`implantation d`un

UNIVERSITÉ DE MONTRÉAL
ANALYSE DE FAISABILITÉ DE L’IMPLANTATION D’UN PROTOCOLE DE
COMMUNICATION SUR PROCESSEUR MULTICOEURS
MICHEL GÉMIEUX
DÉPARTEMENT DE GÉNIE ÉLECTRIQUE
ÉCOLE POLYTECHNIQUE DE MONTRÉAL
MÉMOIRE PRÉSENTÉ EN VUE DE L’OBTENTION
DU DIPLÔME DE MAÎTRISE ÈS SCIENCES APPLIQUÉES
(GÉNIE ÉLECTRIQUE)
AVRIL 2015
© Michel Gémieux, 2015.

UNIVERSITÉ DE MONTRÉAL
ÉCOLE POLYTECHNIQUE DE MONTRÉAL
Ce mémoire intitulé :
ANALYSE DE FAISABILITÉ DE L’IMPLANTATION D’UN PROTOCOLE DE
COMMUNICATION SUR PROCESSEUR MULTICOEURS
présenté par : GÉMIEUX Michel
en vue de l’obtention du diplôme de : Maîtrise ès sciences appliquées
a été dûment accepté par le jury d’examen constitué de :
M. DAVID Jean-Pierre, Ph. D., président
M. SAVARIA Yvon, Ph. D., membre et directeur de recherche
M. ZHU Guchuan, Doctorat, membre et codirecteur de recherche
M. CARDINAL Christian, Ph. D., membre

iii
DÉDICACE
À Camille, pour tout son support tout au long de ce grand périple.

iv
REMERCIEMENTS
J’aimerais commencer par remercier Yvon Savaria et Guchuan Zhu qui m’ont accepté sous leur
direction pour mener ce projet de maitrise au but. Je leur serais immuablement reconnaissant pour
m’avoir permis d’adhérer à un projet sous la cotutelle d’une entreprise travaillant sur des projets à
la pointe de la technologie. Un projet qui m’a fait acquérir une meilleure autonomie, mais surtout
des compétences pertinentes au gout du jour au sein du marché de la microélectronique.
Je voudrai aussi remercier Patrice Plante et Sébastien Regimbal qui m’ont guidé et aidé de
l’introduction du projet jusqu’à la finalisation de ce mémoire.
Un merci particulier à Christian Cardinal et Jean-Pierre David d’avoir accepté de donner de leurs
temps afin de faire partie du jury qui évaluera le travail effectué tout au long de ma maitrise.
En dernier, mais non les moindres je tiens à remercier les personnes proches de moi, que ce soit du
domaine personnel que professionnel, m’ayant soutenue à travers ce merveilleux, mais aussi
tumultueux périple. Particulièrement à :
 Mes camarades de salle de laboratoire : Gontran Sion, Sylvain Charasse, Thalie Keklikian,
Matthieu Courbariaux et Safa Berima.
 L’ensemble de l’administration du GRM et de Polytechnique, toujours prêt à aider les
étudiants au meilleur de leurs habilités.
 L’ensemble technique du GRM, je pense surtout à Rejean Lepage et Jean Bouchard qui ont
toujours été disponible à aider, quel que soit le problème, lors de nos travaux et
expérimentations.
 Ma famille proche et lointaine, pour leur soutien incessant.

v
RÉSUMÉ
Les travaux de ce mémoire s’inscrivent dans le cadre d’un projet qui fait l’objet d’un parrainage
industriel. Les résultats visent à comprendre le comportement d’un système de traitement opérant
dans des contextes précis. Nous situons ce projet à l’intersection des principes d’ordonnancements
de tâches, des systèmes d’exécution, de la virtualisation de fonctions de réseaux et surtout les
contraintes associées à la virtualisation d’une pile de protocole LTE (Long Term Evolution), la
norme de téléphonie cellulaire la plus en vue en ce moment. Une revue de littérature est proposée
pour expliquer en détail les concepts vus plus haut, afin d’avoir une idée précise de la situation de
test.
D’abord, une étude des grappes d’unités de traitement temps réel est effectuée dans l’optique de
l’implémentation de ce qu’il est convenu d’appeler un Cloud Radio Area Network (C-RAN), qui
supporte sur une plateforme infonuagique l’électronique qui effectue le traitement de signal requis
pour un point d’accès de téléphonie cellulaire. L’étude développée dans ce mémoire vise à évaluer
les différents goulots d’étranglement qui peuvent survenir suite à la réception d’un paquet LTE au
sein d’une trame CPRI (Common Public Radio Interface), jusqu’à l’envoi de ce paquet d’un
serveur maitre jusqu’aux esclaves. Nous évaluons donc les latences et bandes passantes observées
pour les différents protocoles composant la plateforme. Nous caractérisons notamment les
communications CPRI des antennes vers le bassin de stations de base virtuelles, une
communication de type Quick Path Interconnect (QPI) entre des cœurs de traitement et un réseau
logique programmable de type FPGA, une communication dédiée point à point entre le FPGA et
une carte NIC (Network Interface Card) pour finir avec l’envoi de trames Ethernet vers les serveurs
esclaves. Cette étude nous permet de déduire que la virtualisation d’une pile LTE est viable sur une
telle grappe de calcul temps réel.
Ensuite, pour que l’on puisse valider l’efficacité de différents algorithmes d’ordonnancement, une
émulation de virtualisation d’un Uplink LTE sera faite. Par le biais d’un système d’exécution
nommé StarPU couplé avec des outils de profilage, nous obtenons des résultats permettant
d’évaluer la nécessité d’unité d’exécution dédiées pour la gestion de tâches au sein d’un serveur.