Architecture Reconfigurable Hétérogène à Gestion Hiérarchique Distribuée pour la Reconfiguration et la Prise de Décision

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1 INSTITUT D ÉLECTRONIQUE ET DE TÉLÉCOMMUNICATIONS DE RENNES Architecture Reconfigurable Hétérogène à Gestion Hiérarchique Distribuée pour la Reconfiguration et la Prise de Décision dans les systèmes de Radio Cognitive GODARD Loïg Séminaire SCEE - 11 Décembre

2 1 Contexte de l étude Conclusion et perspectives - 2 -

3 La Radio Logicielle Vers une Radio Cognitive Positionnement de l étude Partie I: Contexte de l étude - 3 -

4 La Radio Logicielle Vers une Radio Cognitive Positionnement de l étude Approche classique Radio logicielle : Applications : Applications multiples multiples => Radios => Radio multiples unique Réseaux publics Réseaux privés Réseaux militaires GSM Radio WIFI Logicielle GPRS Bluetooth Ambulance Radio Logicielle Pompier Armée Radio Logicielle Aviation EDGE DVB Police Marine UMTS Urgence - 4 -

5 La Radio Logicielle Vers une Radio Cognitive Positionnement de l étude La Radio logicielle (RL) : Émergence d un système de communication sans fil : Remplacement des circuits dédiés par des circuits généralistes reprogrammables et/ou reconfigurables Contrôle des ressources matérielles par le logiciel Majorité du traitement du signal effectué en logiciel Modifications et/ou amélioration en cours de fonctionnement Objectif : Radio unique permettant l utilisation de tous les standards courants et à venir par simple téléchargement de logiciel

6 La Radio Logicielle Vers une Radio Cognitive Positionnement de l étude Au-delà de la RL : (RC) Permettre à un équipement radio de Prendre conscience de son environnement Prendre conscience de ses propres capacités opérationnelles Capteurs + moteurs cognitifs + plateforme matérielle reconfigurable Adaptation optimale de manière transparente à l utilisateur - 6 -

7 La Radio Logicielle Vers une Radio Cognitive Positionnement de l étude Rien n est gratuit, un équipement RC doit posséder : Plateforme Une architecture matérielle de gestion flexible de cognitive reconfiguration Opérateurs de traitement du signal reconfigurable et/ou reprogrammable Gestion cognitive Gestion de reconfiguration Plateforme matérielle flexible - 7 -

8 Objectif de la thèse : Contexte de l étude La Radio Logicielle Vers une Radio Cognitive Positionnement de l étude Mettre en œuvre une architecture de gestion de reconfiguration et de prise de décision pour un équipement RC Gestion précise des ressources d exécution Spécificités matérielles Interopérabilité Support des standards courants et à venir Réactivité Prise de décision Portabilité Applicable à tous type de plateforme d exécution - 8 -

9 Généralités Hétérogénéité des ressources matérielles Architecture existante Partie II: - 9 -

10 La Radio Cognitive Généralités Équipement Radio Cognitif Architecture existante Besoins : Appréhender l évolution de l environnement Identifier les besoins utilisateurs Avoir connaissance de ses capacités opérationnelles Objectif : système auto reconfigurable

11 La Radio Cognitive Généralités Équipement Radio Cognitif Architecture existante Cycle cognitif présenté par J. Mitola Source : J. Mitola and G. Maguire. Cognitive radio : making software radios more personal. Personal Communications, IEEE [see also IEEE Wireless Communications], 6(4) :13 18,

12 Généralités Équipement Radio Cognitif Architecture existante Équipement RC Sous-système cognitif Capteurs Utilisateur stimuli analyse apprentissage décision ordres Environnement réseau prélèvement de métriques Sous-système RL Environnement électromagnétique Plateforme matérielle reconfigurable et/ou reprogrammable adaptation

13 Une Contrainte forte : Contexte de l étude Généralités Équipement Radio Cognitif Architecture existante Hétérogénéité de la plateforme d exécution Difficulté de conception Difficulté de gestion des spécificités matérielles Plateforme d exécution DSP FPGA Mémoires Bus de communication Machine spécialisée GPP I/O interfaces

14 La Radio Cognitive Généralités Équipement Radio Cognitif Architecture existante Virginia Tech cognitive engine Gestion des ressources hétérogènes? Réactivité de l équipement? VT cognitive engine, source : Bruce A. Fette and Bruce Fette. Cognitive Radio Technology (Communications Engineering), chapter 7. Newnes,

15 Présentation Apports Modularité Partie III: HDCRAM : une architecture de gestion pour équipement RC

16 Présentation Apports Modularité HDCRAM : Architecture hiérarchique distribuée pour la gestion Radio Cognitive Pourquoi une distribution hiérarchique? Un standard = ensemble de fonctions Une fonction = ensemble d opérateurs Objectifs : Permettre une reconfiguration multi granularité Prendre des décisions de reconfiguration à différents niveaux

17 Présentation Apports Modularité Reconfiguration Management Level 1 Cognitive Radio Management HDCRAM : L1_ReM Standard L1_CRM Gestionnaire de reconfiguration + Gestionnaire cognitif Level 2 L2_ReMU L2_CRMU L2_CRMU Function Function L2_ReMU Level 3 L3_ReMU Operator L3_CRMU L3_ReMU Operator L3_CRMU Chaîne de traitement du signal Data from previous operator Reconfiguration orders Operator i Sensing information Présentée à CROWNCOM 06 Operator n Data to next operator

18 Présentation Apports Modularité Processus de reconfiguration

19 Présentation Apports Modularité Processus cognitif Présenté aux JNRDM

20 Présentation Apports Modularité HDCRAM= architecture multi-agents Entité CRM : Autonomie dans la prise de décision Connaissance de son environnement proche Objectif propre Problème de ce type d architecture : Comment assurer une prise de décision constructive? Structure hiérarchique : homogénéiser les prises de décision

21 Présentation Apports Modularité Cercle cognitif haut bas niveau niveau intermédiaire :: optimisation : optimisation opérateur standard fonction L1_ReM L1_CRM L2_ReMU L2_CRMU L2_ReMU L2_CRMU L3_ReMU L3_CRMU L3_ReMU L3_CRMU L3_ReMU L3_CRMU L3_ReMU L3_CRMU Operator a Operator b Operator c Operator d

22 Présentation Apports Modularité Tête de réception UMTS Architecture de gestion niveau 3 niveau 2 niveau 1 Opérateur capteur reconfigurable PSH CE L1_ReM L1_CRM L2_ReMU L2_CRMU L2_ReMU L2_CRMU L2_ReMU L2_CRMU L3_ReMU L3_CRMU L3_ReMU L3_CRMU FPGA#1 DSP#1 L3_ReMU L3_CRMU L3_ReMU L3_CRMU MRC DSC L2_ReMU L2_CRMU Opérateurs : - PSH: pulse shaping - CE: channel estimator - MRC: max. ratio combiner - DSC: despreading / descrambling - SNR: Signal to Noise Ratio DSP#1 DSP#2 L3_ReMU SNR DSP#2 L3_CRMU

23 Présentation Apports Modularité Architecture de gestion déployée en fonction des besoins L1_ReM L1_CRM Si PSH n est pas reconfigurable ni un capteur Si CE est un simple capteur non reconfigurable L2_ReMU L2_CRMU L2_ReMU L2_CRMU L2_ReMU L2_CRMU L3_ReMU PSH L3_CRMU FPGA#1 L3_ReMU CE DSP#1 L3_CRMU L3_ReMU L3_CRMU L3_ReMU L3_CRMU MRC DSP#1 DSC DSP#2 L2_ReMU L3_ReMU L2_CRMU L3_CRMU - PSH: pulse shaping - CE: channel estimator - MRC: max. ratio combiner - DSC: despreading / descrambling - SNR: Signal to Noise Ratio SNR DSP#2

24 Le métamodèle HDCRAM Le simulateur HDCRAM Demo HDCRAM Partie IV: D un métamodèle vers un métamodèle HDCRAM exécutable

25 HDCRAM : Contexte de l étude Le métamodèle HDCRAM Le simulateur HDCRAM Demo HDCRAM Gestion de reconfiguration multi-granularité (contexte hétérogène) Gestion cognitive réactive par sa distribution hiérarchique Problème : Compréhension de l architecture par une personne extérieure? Coopération entre les différents acteurs? Modélisation UML de HDCRAM largement utilisée dans la conception de systèmes informatiques Coopération et dialogue entre tous les acteurs autour d un langage de modélisation commun

26 Le métamodèle HDCRAM Le simulateur HDCRAM Demo HDCRAM UML dans une approche MDA : cycle en Y Modélisation indépendante de la plateforme d exécution cible PIM PDM Modélisation de la plateforme d exécution cible PSM Modèle dépendant de la plateforme d exécution cible Génération automatique de code exécutable Code

27 Le métamodèle HDCRAM Le simulateur HDCRAM Demo HDCRAM Gestionnaires de Reconfiguration Gestionnaires Radio Cognitive Capteur et/ou opérateur de traitement programmable et/ou reconfigurable

28 Classe parent ReM Le métamodèle HDCRAM Le simulateur HDCRAM Demo HDCRAM

29 Classe parent CRM Le métamodèle HDCRAM Le simulateur HDCRAM Demo HDCRAM

30 Classe parent Operator Le métamodèle HDCRAM Le simulateur HDCRAM Demo HDCRAM

31 Spécification des classes Le métamodèle HDCRAM Le simulateur HDCRAM Demo HDCRAM Attributs Opérations

32 Le métamodèle HDCRAM Le simulateur HDCRAM Demo HDCRAM Utilisation d un métalangage de programmation : Breathe life into your metamodels Spécification de la structure comportementale des métamodèles Kermeta est une extension EMOF utilisable sous environnement de développement Eclipse Développé par l équipe Triskel (Membre de l INRIA Rennes) en projet open-source depuis 2005 (Version actuelle : 1.2)

33 Le métamodèle HDCRAM Le simulateur HDCRAM Demo HDCRAM Utilisation d un métalangage de programmation Attributs Opérations Présenté au WSR Karlsruhe

34 Le métamodèle HDCRAM Le simulateur HDCRAM Demo HDCRAM Utilisation d un métalangage de programmation 3 Description graphique 1 Ecore 2 Kermeta 4 Simulation 5 Sauvegarde fichier XMI

35 Le métamodèle HDCRAM Le simulateur HDCRAM Demo HDCRAM Présentation d un scénario de gestion du niveau de batterie Lancement de l exécution à partir de l environnement de développement Eclipse Lancement de l interface utilisateur En cours de publication dans les annales des télécommunications

36 - 36 -

37 Conclusion Perspectives Conclusion

38 Conclusion Perspectives Mise en œuvre d une architecture de gestion d équipement RC Architecture hiérarchique et distribuée Gestionnaire de reconfiguration Gestionnaire cognitif Séparation fonctionnelle (voire physique) du chemin de données de traitement du chemin de données de reconfiguration du chemin de données cognitives Modélisation UML => approche fonctionnelle détachée des contraintes matérielles Kermeta : description comportementale de HDCRAM

39 Conclusion Perspectives Perspectives

40 Conclusion Perspectives Développer d autres scénario Intégration de la modélisation gestion de reconfiguration dans le projet MOPCOM Développer le simulateur jusqu à permettre la génération automatique de code exécutable suivant la plateforme d exécution cible Modéliser les travaux des doctorants de l équipe SCEE afin de les intégrer dans le simulateur Proposition à la normalisation de HDCRAM

41 Conclusion Perspectives Gestion de reconfiguration (JP Delahaye) Capteurs video (A. Sattar, Y. Aïdarous) Prise de décision (W. Jouini) Capteurs reconaissance de standard (R. Hachemani) Méthodes de conception (S. Lecomte, I. Pratomo) Opérateur reconfigurable (H. Wang) Capteurs détection de trou (M Ghozzi)

42 Questions

43 Add

44 Interactions de HDCRAM

45 - 45 -

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