Loïg Godard - Architecture Reconfigurable Hétérogène à Gestion Hiérarchique Distribuée

Transcript

1. TITRE 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 dans les systèmes de Radio Cognitive GODARD Loïg Séminaire SCEE - 11 Décembre 2008 -
2. TITRE Contexte de l’étude La Radio Cognitive HDCRAM : une architecture de gestion pour équipement RC D’un métamodèle vers un métamodèle HDCRAM exécutable 1 Contexte de l’étude 2 La Radio Cognitive Loïg Godard – IETR-SUPELEC - 2 - - 2 - 3 HDCRAM : une architecture de gestion pour équipement RC 4 D’un métamodèle vers un métamodèle HDCRAM exécutable 5 Conclusion et perspectives
3. TITRELa Radio Logicielle Vers une Radio Cognitive Positionnement de l’étude Contexte de l’étude La Radio Cognitive HDCRAM : une architecture de gestion pour équipement RC D’un métamodèle vers un métamodèle HDCRAM exécutable Partie I: Contexte de l’étude Loïg Godard – IETR-SUPELEC - 3 - - 3 - Partie I: Contexte de l’étude
4. TITRE Contexte de l’étude La Radio Cognitive HDCRAM : une architecture de gestion pour équipement RC D’un métamodèle vers un métamodèle HDCRAM exécutable Réseaux publics Réseaux militaires Réseaux privés • Approche classique : Applications multiples => Radios multiples • Approche Radio logicielle : Applications multiples => Radio unique La Radio Logicielle Vers une Radio Cognitive Positionnement de l’étude Loïg Godard – IETR-SUPELEC - 4 - - 4 - Ambulance Pompier Police Urgence Armée Aviation Marine GSM GPRS EDGE UMTS WIFI DVB Bluetooth Radio Logicielle Radio Logicielle Radio Logicielle …
5. TITRE • 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 La Radio Logicielle Vers une Radio Cognitive Positionnement de l’étude Contexte de l’étude La Radio Cognitive HDCRAM : une architecture de gestion pour équipement RC D’un métamodèle vers un métamodèle HDCRAM exécutable Loïg Godard – IETR-SUPELEC - 5 - - 5 - 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. TITRE • Au-delà de la RL : La Radio Cognitive (RC) – Permettre à un équipement radio de • Prendre conscience de son environnement • Prendre conscience de ses propres capacités opérationnelles Contexte de l’étude La Radio Cognitive HDCRAM : une architecture de gestion pour équipement RC D’un métamodèle vers un métamodèle HDCRAM exécutable La Radio Logicielle Vers une Radio Cognitive Positionnement de l’étude Loïg Godard – IETR-SUPELEC - 6 - - 6 - Capteurs + moteurs cognitifs + plateforme matérielle reconfigurable Adaptation optimale de manière transparente à l’utilisateur
7. TITRE • Plateforme matérielle flexible – Opérateurs de traitement du signal reconfigurable et/ou reprogrammable Contexte de l’étude La Radio Cognitive HDCRAM : une architecture de gestion pour équipement RC D’un métamodèle vers un métamodèle HDCRAM exécutable La Radio Logicielle Vers une Radio Cognitive Positionnement de l’étude • Une architecture de gestion de reconfiguration • Une architecture de gestion cognitive Gestion cognitive Rien n’est gratuit, un équipement RC doit posséder : Loïg Godard – IETR-SUPELEC - 7 - - 7 - Plateforme matérielle flexible et/ou reprogrammable Gestion de reconfiguration Gestion cognitive
8. TITRE • Objectif de la thèse : – Mettre en œuvre une architecture de gestion de reconfiguration et de prise de décision pour un équipement RC La Radio Logicielle Vers une Radio Cognitive Positionnement de l’étude Contexte de l’étude La Radio Cognitive HDCRAM : une architecture de gestion pour équipement RC D’un métamodèle vers un métamodèle HDCRAM exécutable • Gestion précise des ressources d’exécution Loïg Godard – IETR-SUPELEC - 8 - - 8 - • 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
9. TITRE Partie II: La Radio Cognitive Généralités Hétérogénéité des ressources matérielles Architecture existante Contexte de l’étude La Radio Cognitive HDCRAM : une architecture de gestion pour équipement RC D’un métamodèle vers un métamodèle HDCRAM exécutable Loïg Godard – IETR-SUPELEC - 9 - - 9 - Partie II: La Radio Cognitive
10. TITREGénéralités Équipement Radio Cognitif Architecture existante Contexte de l’étude La Radio Cognitive HDCRAM : une architecture de gestion pour équipement RC D’un métamodèle vers un métamodèle HDCRAM exécutable Besoins : • Appréhender l’évolution de l’environnement • Identifier les besoins utilisateurs Loïg Godard – IETR-SUPELEC - 10 - - 10 - • Avoir connaissance de ses capacités opérationnelles Objectif : • système auto reconfigurable
11. TITREGénéralités Équipement Radio Cognitif Architecture existante Contexte de l’étude La Radio Cognitive HDCRAM : une architecture de gestion pour équipement RC D’un métamodèle vers un métamodèle HDCRAM exécutable • Cycle cognitif présenté par J. Mitola Loïg Godard – IETR-SUPELEC - 11 - - 11 - 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, 1999.
12. TITRE Sous-système cognitif Capteurs Généralités Équipement Radio Cognitif Architecture existante Contexte de l’étude La Radio Cognitive HDCRAM : une architecture de gestion pour équipement RC D’un métamodèle vers un métamodèle HDCRAM exécutable analyse apprentissage décision prélèvement Utilisateur Environnement Équipement RC stimuli ordres Loïg Godard – IETR-SUPELEC - 12 - - 12 - adaptation prélèvement de métriques Environnement réseau Environnement électromagnétique Sous-système RL Plateforme matérielle reconfigurable et/ou reprogrammable …
13. TITRE • Une Contrainte forte : – Hétérogénéité de la plateforme d’exécution Généralités Équipement Radio Cognitif Architecture existante Contexte de l’étude La Radio Cognitive HDCRAM : une architecture de gestion pour équipement RC D’un métamodèle vers un métamodèle HDCRAM exécutable Difficulté de conception Difficulté de gestion des spécificités matérielles Loïg Godard – IETR-SUPELEC - 13 - - 13 - DSP FPGA GPP Machine spécialisée Plateforme d’exécution Mémoires I/O interfaces Bus de communication
14. TITREGénéralités Équipement Radio Cognitif Architecture existante Contexte de l’étude La Radio Cognitive HDCRAM : une architecture de gestion pour équipement RC D’un métamodèle vers un métamodèle HDCRAM exécutable • Virginia Tech cognitive engine Loïg Godard – IETR-SUPELEC - 14 - - 14 - VT cognitive engine, source : Bruce A. Fette and Bruce Fette. Cognitive Radio Technology (Communications Engineering), chapter 7. Newnes, 2006. Gestion des ressources hétérogènes ? Réactivité de l’équipement ?
15. TITRE Partie III: HDCRAM : une architecture de Présentation Apports Modularité Contexte de l’étude La Radio Cognitive HDCRAM : une architecture de gestion pour équipement RC D’un métamodèle vers un métamodèle HDCRAM exécutable Loïg Godard – IETR-SUPELEC - 15 - - 15 - Partie III: HDCRAM : une architecture de gestion pour équipement RC
16. TITRE Contexte de l’étude La Radio Cognitive HDCRAM : une architecture de gestion pour équipement RC D’un métamodèle vers un métamodèle HDCRAM exécutable 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 Loïg Godard – IETR-SUPELEC - 16 - - 16 - Une fonction = ensemble d’opérateurs Objectifs : Permettre une reconfiguration multi granularité Prendre des décisions de reconfiguration à différents niveaux
17. TITREPrésentation Apports Modularité Contexte de l’étude La Radio Cognitive HDCRAM : une architecture de gestion pour équipement RC D’un métamodèle vers un métamodèle HDCRAM exécutable L2_ReMU … L1_ReM Standard … L2_ReMU Level 2 Level 1 L1_CRM Cognitive Radio Management Reconfiguration Management HDCRAM : Gestionnaire de reconfiguration + Loïg Godard – IETR-SUPELEC - 17 - - 17 - Reconfiguration orders Sensing information L3_ReMU Operator … L2_ReMU Function … … L2_ReMU Function L3_ReMU Operator Level 3 L2_CRMU L2_CRMU L3_CRMU L3_CRMU … Operator i Operator n Data from previous operator Data to next operator … + Gestionnaire cognitif Présentée à CROWNCOM 06 Chaîne de traitement du signal
18. TITREPrésentation Apports Modularité Contexte de l’étude La Radio Cognitive HDCRAM : une architecture de gestion pour équipement RC D’un métamodèle vers un métamodèle HDCRAM exécutable • Processus de reconfiguration Loïg Godard – IETR-SUPELEC - 18 - - 18 -
19. TITREPrésentation Apports Modularité Contexte de l’étude La Radio Cognitive HDCRAM : une architecture de gestion pour équipement RC D’un métamodèle vers un métamodèle HDCRAM exécutable • Processus cognitif Loïg Godard – IETR-SUPELEC - 19 - - 19 - Présenté aux JNRDM 2008
20. TITREPrésentation Apports Modularité Contexte de l’étude La Radio Cognitive HDCRAM : une architecture de gestion pour équipement RC D’un métamodèle vers un métamodèle HDCRAM exécutable • HDCRAM= architecture multi-agents – Entité CRM : • Autonomie dans la prise de décision – Connaissance de son environnement proche – Objectif propre Loïg Godard – IETR-SUPELEC - 20 - - 20 - • Problème de ce type d’architecture : – Comment assurer une prise de décision constructive ? Structure hiérarchique : homogénéiser les prises de décision
21. TITREPrésentation Apports Modularité Contexte de l’étude La Radio Cognitive HDCRAM : une architecture de gestion pour équipement RC D’un métamodèle vers un métamodèle HDCRAM exécutable … L1_ReM L1_CRM Cercle cognitif bas niveau : optimisation opérateur Cercle cognitif niveau intermédiaire : optimisation fonction Cercle cognitif haut niveau : optimisation standard Loïg Godard – IETR-SUPELEC - 21 - - 21 - L3_ReMU L3_CRMU Operator a L2_ReMU L2_CRMU … L3_ReMU L3_CRMU Operator b L3_ReMU L3_CRMU Operator c L2_ReMU L2_CRMU … L3_ReMU L3_CRMU Operator d …
22. TITRE • Tête de réception UMTS • Architecture de gestion – niveau 3 – niveau 2 – niveau 1 Contexte de l’étude La Radio Cognitive HDCRAM : une architecture de gestion pour équipement RC D’un métamodèle vers un métamodèle HDCRAM exécutable L2_ReMU L2_CRMU L2_ReMU L2_CRMU L2_ReMU L2_CRMU L1_ReM L1_CRM L2_ReMU L2_CRMU Présentation Apports Modularité Loïg Godard – IETR-SUPELEC - 22 - - 22 - – niveau 1 • Opérateur – capteur reconfigurable PSH L3_ReMU L3_CRMU CE - PSH: pulse shaping Opérateurs : - CE: channel estimator MRC - MRC: max. ratio combiner - DSC: despreading / descrambling DSC L3_ReMU L3_CRMU L3_ReMU L3_CRMU L3_ReMU L3_CRMU FPGA#1 DSP#1 DSP#1 DSP#2 DSP#2 SNR L3_ReMU L3_CRMU - SNR: Signal to Noise Ratio
23. TITRE • Architecture de gestion déployée en fonction des besoins • Si PSH – n’est pas reconfigurable Présentation Apports Modularité Contexte de l’étude La Radio Cognitive HDCRAM : une architecture de gestion pour équipement RC D’un métamodèle vers un métamodèle HDCRAM exécutable L2_ReMU L2_CRMU L2_ReMU L2_CRMU L2_ReMU L2_CRMU L1_ReM L1_CRM L2_ReMU L2_CRMU Loïg Godard – IETR-SUPELEC - 23 - - 23 - reconfigurable – ni un capteur • Si CE est un simple capteur – non reconfigurable PSH L3_ReMU L3_CRMU CE - PSH: pulse shaping - CE: channel estimator MRC - MRC: max. ratio combiner DSC - DSC: despreading / descrambling L3_ReMU L3_CRMU L3_ReMU L3_CRMU L3_ReMU L3_CRMU FPGA#1 DSP#1 DSP#2 SNR DSP#2 L3_ReMU L3_CRMU DSP#1 - SNR: Signal to Noise Ratio
24. TITRE Partie IV: D’un métamodèle vers un Le métamodèle HDCRAM Le simulateur HDCRAM Demo HDCRAM Contexte de l’étude La Radio Cognitive HDCRAM : une architecture de gestion pour équipement RC D’un métamodèle vers un métamodèle HDCRAM exécutable Loïg Godard – IETR-SUPELEC - 24 - - 24 - Partie IV: D’un métamodèle vers un métamodèle HDCRAM exécutable
25. TITRELe métamodèle HDCRAM Le simulateur HDCRAM Demo HDCRAM Contexte de l’étude La Radio Cognitive HDCRAM : une architecture de gestion pour équipement RC D’un métamodèle vers un métamodèle HDCRAM exécutable • HDCRAM : – Gestion de reconfiguration multi-granularité (contexte hétérogène) – Gestion cognitive réactive par sa distribution hiérarchique • Problème : – Compréhension de l’architecture par une personne extérieure ? Loïg Godard – IETR-SUPELEC - 25 - - 25 - – 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. TITRELe métamodèle HDCRAM Le simulateur HDCRAM Demo HDCRAM Contexte de l’étude La Radio Cognitive HDCRAM : une architecture de gestion pour équipement RC D’un métamodèle vers un métamodèle HDCRAM exécutable • UML dans une approche MDA : cycle en Y PIM PDM Modélisation indépendante de la plateforme d’exécution cible Modélisation de la plateforme d’exécution cible Loïg Godard – IETR-SUPELEC - 26 - - 26 - PSM Code cible cible Modèle dépendant de la plateforme d’exécution cible Génération automatique de code exécutable
27. TITRELe métamodèle HDCRAM Le simulateur HDCRAM Demo HDCRAM Contexte de l’étude La Radio Cognitive HDCRAM : une architecture de gestion pour équipement RC D’un métamodèle vers un métamodèle HDCRAM exécutable Gestionnaires de Reconfiguration Gestionnaires Radio Cognitive Loïg Godard – IETR-SUPELEC - 27 - - 27 - Reconfiguration Capteur et/ou opérateur de traitement programmable et/ou reconfigurable
28. TITRELe métamodèle HDCRAM Le simulateur HDCRAM Demo HDCRAM Contexte de l’étude La Radio Cognitive HDCRAM : une architecture de gestion pour équipement RC D’un métamodèle vers un métamodèle HDCRAM exécutable • Classe parent ReM Loïg Godard – IETR-SUPELEC - 28 - - 28 -
29. TITRELe métamodèle HDCRAM Le simulateur HDCRAM Demo HDCRAM Contexte de l’étude La Radio Cognitive HDCRAM : une architecture de gestion pour équipement RC D’un métamodèle vers un métamodèle HDCRAM exécutable • Classe parent CRM Loïg Godard – IETR-SUPELEC - 29 - - 29 -
30. TITRELe métamodèle HDCRAM Le simulateur HDCRAM Demo HDCRAM Contexte de l’étude La Radio Cognitive HDCRAM : une architecture de gestion pour équipement RC D’un métamodèle vers un métamodèle HDCRAM exécutable • Classe parent Operator Loïg Godard – IETR-SUPELEC - 30 - - 30 -
31. TITRE • Spécification des classes Contexte de l’étude La Radio Cognitive HDCRAM : une architecture de gestion pour équipement RC D’un métamodèle vers un métamodèle HDCRAM exécutable Le métamodèle HDCRAM Le simulateur HDCRAM Demo HDCRAM Loïg Godard – IETR-SUPELEC - 31 - - 31 - Attributs Opérations
32. TITRE • Utilisation d’un métalangage de programmation : Le métamodèle HDCRAM Le simulateur HDCRAM Demo HDCRAM Contexte de l’étude La Radio Cognitive HDCRAM : une architecture de gestion pour équipement RC D’un métamodèle vers un métamodèle HDCRAM exécutable “Breathe life into your metamodels” Spécification de la Loïg Godard – IETR-SUPELEC - 32 - - 32 - 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) structure comportementale des métamodèles
33. TITRE • Utilisation d’un métalangage de programmation Le métamodèle HDCRAM Le simulateur HDCRAM Demo HDCRAM Contexte de l’étude La Radio Cognitive HDCRAM : une architecture de gestion pour équipement RC D’un métamodèle vers un métamodèle HDCRAM exécutable Loïg Godard – IETR-SUPELEC - 33 - - 33 - Attributs Opérations Présenté au WSR Karlsruhe 08
34. TITRE • Utilisation d’un métalangage de programmation Le métamodèle HDCRAM Le simulateur HDCRAM Demo HDCRAM Contexte de l’étude La Radio Cognitive HDCRAM : une architecture de gestion pour équipement RC D’un métamodèle vers un métamodèle HDCRAM exécutable Description graphique Ecore Kermeta 2 3 4 1 Loïg Godard – IETR-SUPELEC - 34 - - 34 - Simulation 4 5 Sauvegarde fichier XMI
35. TITRELe métamodèle HDCRAM Le simulateur HDCRAM Demo HDCRAM Contexte de l’étude La Radio Cognitive HDCRAM : une architecture de gestion pour équipement RC D’un métamodèle vers un métamodèle HDCRAM exécutable • Présentation d’un scénario de gestion du niveau de batterie – Lancement de l’exécution à partir de l’environnement de développement Eclipse Loïg Godard – IETR-SUPELEC - 35 - - 35 - l’environnement de développement Eclipse – Lancement de l’interface utilisateur En cours de publication dans les annales des télécommunications
36. TITRE Loïg Godard – IETR-SUPELEC - 36 -
37. TITRE Conclusion Perspectives Conclusion Loïg Godard – IETR-SUPELEC - 37 - - 37 - Conclusion
38. TITREPerspectives Conclusion • Mise en œuvre d’une architecture de gestion d’équipement RC – Architecture hiérarchique et distribuée • Gestionnaire de reconfiguration • Gestionnaire cognitif • Séparation fonctionnelle (voire physique) Loïg Godard – IETR-SUPELEC - 38 - - 38 - • 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. TITRE Perspectives Perspectives Conclusion Loïg Godard – IETR-SUPELEC - 39 - - 39 - Perspectives
40. TITREPerspectives Conclusion • Développer d’autres scénario • Intégration de la modélisation gestion de reconfiguration dans le projet MOPCOM • Développer le simulateur jusqu’à permettre la Loïg Godard – IETR-SUPELEC - 40 - - 40 - • 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. TITREPerspectives Conclusion Gestion de reconfiguration (JP Delahaye) Capteurs video (A. Sattar, Y. Aïdarous) Capteurs reconaissance de standard (R. Prise de décision (W. Loïg Godard – IETR-SUPELEC - 41 - - 41 - de standard (R. Hachemani) Capteurs détection de trou (M Ghozzi) Opérateur reconfigurable (H. Wang) Méthodes de conception (S. Lecomte, I. Pratomo) décision (W. Jouini)
42. TITRE Questions Loïg Godard – IETR-SUPELEC - 42 - - 42 -
43. TITRE Add Loïg Godard – IETR-SUPELEC - 43 - - 43 -
44. TITRE • Interactions de HDCRAM Loïg Godard – IETR-SUPELEC - 44 - - 44 -
45. TITRE Loïg Godard – IETR-SUPELEC - 45 -