Architecture Reconfigurable Hétérogène à Gestion ... · Modélisation UML de HDCRAM –...
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TITREINSTITUT 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 Cognitivedans les systèmes de Radio Cognitive
GODARD Loïg
Séminaire SCEE
- 11 Décembre 2008 -
TITREContexte de l’étudeLa Radio Cognitive
HDCRAM : une architecture de gestion pour équipement RCD’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
TITRELa Radio LogicielleVers une Radio Cognitive Positionnement de l’étude
Contexte de l’étudeLa Radio Cognitive
HDCRAM : une architecture de gestion pour équipement RCD’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
TITREContexte de l’étude
La Radio CognitiveHDCRAM : une architecture de gestion pour équipement RCD’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 LogicielleVers une Radio CognitivePositionnement 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
…
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 LogicielleVers une Radio CognitivePositionnement de l’étude
Contexte de l’étudeLa Radio Cognitive
HDCRAM : une architecture de gestion pour équipement RCD’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.
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’étudeLa Radio Cognitive
HDCRAM : une architecture de gestion pour équipement RCD’un métamodèle vers un métamodèle HDCRAM exécutable
La Radio Logicielle
Vers une Radio CognitivePositionnement de l’étude
Loïg Godard – IETR-SUPELEC - 6 -- 6 -
� Capteurs + moteurs cognitifs + plateforme matérielle reconfigurable
Adaptation optimale de manière transparente à l’utilisateur
TITRE
• Plateforme matérielle flexible– Opérateurs de traitement du signal reconfigurable
et/ou reprogrammable
Contexte de l’étudeLa Radio Cognitive
HDCRAM : une architecture de gestion pour équipement RCD’un métamodèle vers un métamodèle HDCRAM exécutable
La Radio Logicielle
Vers une Radio CognitivePositionnement 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
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’étudeLa Radio Cognitive
HDCRAM : une architecture de gestion pour équipement RCD’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
TITRE
Partie II: La Radio Cognitive
GénéralitésHétérogénéité des ressources matérielles Architecture existante
Contexte de l’étude
La Radio CognitiveHDCRAM : une architecture de gestion pour équipement RCD’un métamodèle vers un métamodèle HDCRAM exécutable
Loïg Godard – IETR-SUPELEC - 9 -- 9 -
Partie II: La Radio Cognitive
TITREGénéralitésÉquipement Radio Cognitif Architecture existante
Contexte de l’étude
La Radio CognitiveHDCRAM : une architecture de gestion pour équipement RCD’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
TITREGénéralitésÉquipement Radio CognitifArchitecture existante
Contexte de l’étude
La Radio CognitiveHDCRAM : une architecture de gestion pour équipement RCD’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.
TITRE
Sous-système cognitif
Capteurs
Généralités
Équipement Radio CognitifArchitecture existante
Contexte de l’étude
La Radio CognitiveHDCRAM : une architecture de gestion pour équipement RCD’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…
TITRE
• Une Contrainte forte :– Hétérogénéité de la plateforme d’exécution
Généralités
Équipement Radio Cognitif Architecture existante
Contexte de l’étude
La Radio CognitiveHDCRAM : une architecture de gestion pour équipement RCD’un métamodèle vers un métamodèle HDCRAM exécutable
� Difficulté de conception� Difficulté de gestion des spécificités matérielles
Loïg Godard – IETR-SUPELEC - 13 -- 13 -
DSP FPGA
GPPMachine
spécialisée
Plateforme d’exécution
Mémoires
I/O
interfaces
Bus de communication
TITREGénéralitésÉquipement Radio Cognitif
Architecture existante
Contexte de l’étude
La Radio CognitiveHDCRAM : une architecture de gestion pour équipement RCD’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 ?
TITRE
Partie III: HDCRAM : une architecture de
PrésentationApportsModularité
Contexte de l’étudeLa Radio Cognitive
HDCRAM : une architecture de gestion pour équipement RCD’un métamodèle vers un métamodèle HDCRAM exécutable
Loïg Godard – IETR-SUPELEC - 15 -- 15 -
Partie III: HDCRAM : une architecture de gestion pour équipement RC
TITREContexte de l’étudeLa Radio Cognitive
HDCRAM : une architecture de gestion pour équipement RCD’un métamodèle vers un métamodèle HDCRAM exécutable
PrésentationApportsModularité
• 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
TITREPrésentationApportsModularité
Contexte de l’étudeLa Radio Cognitive
HDCRAM : une architecture de gestion pour équipement RCD’un métamodèle vers un métamodèle HDCRAM exécutable
L2_ReMU …
L1_ReMStandard
…L2_ReMU
Level 2
Level 1
L1_CRM
Cognitive Radio ManagementReconfiguration Management
HDCRAM :
Gestionnaire de reconfiguration
+
Loïg Godard – IETR-SUPELEC - 17 -- 17 -
Reconfiguration orders
Sensing information
L3_ReMUOperator …
L2_ReMUFunction … …L2_ReMU
Function
L3_ReMUOperator
Level 3
L2_CRMU L2_CRMU
L3_CRMU L3_CRMU …
Operator i Operator nData from previous
operatorData to next
operator…
+Gestionnaire
cognitif
Présentée à CROWNCOM 06
Chaîne de traitement du
signal
TITREPrésentation
ApportsModularité
Contexte de l’étudeLa Radio Cognitive
HDCRAM : une architecture de gestion pour équipement RCD’un métamodèle vers un métamodèle HDCRAM exécutable
• Processus de reconfiguration
Loïg Godard – IETR-SUPELEC - 18 -- 18 -
TITREPrésentation
ApportsModularité
Contexte de l’étudeLa Radio Cognitive
HDCRAM : une architecture de gestion pour équipement RCD’un métamodèle vers un métamodèle HDCRAM exécutable
• Processus cognitif
Loïg Godard – IETR-SUPELEC - 19 -- 19 -
Présenté aux JNRDM 2008
TITREPrésentation
ApportsModularité
Contexte de l’étudeLa Radio Cognitive
HDCRAM : une architecture de gestion pour équipement RCD’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
TITREPrésentation
ApportsModularité
Contexte de l’étudeLa Radio Cognitive
HDCRAM : une architecture de gestion pour équipement RCD’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
…
TITRE
• Tête de réception UMTS
• Architecture de gestion– niveau 3
– niveau 2
– niveau 1
Contexte de l’étudeLa Radio Cognitive
HDCRAM : une architecture de gestion pour équipement RCD’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
PrésentationApports
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
TITRE
• Architecture de gestion déployée en fonction des besoins
• Si PSH– n’est pas
reconfigurable
PrésentationApports
Modularité
Contexte de l’étudeLa Radio Cognitive
HDCRAM : une architecture de gestion pour équipement RCD’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 unsimple 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
TITRE
Partie IV: D’un métamodèle vers un
Le métamodèle HDCRAMLe simulateur HDCRAMDemo HDCRAM
Contexte de l’étudeLa 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
TITRELe métamodèle HDCRAMLe simulateur HDCRAMDemo HDCRAM
Contexte de l’étudeLa 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
TITRELe métamodèle HDCRAMLe simulateur HDCRAMDemo HDCRAM
Contexte de l’étudeLa 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
ciblecible
Modèle dépendant de la
plateforme d’exécution
cible
Génération automatique de code exécutable
TITRELe métamodèle HDCRAMLe simulateur HDCRAMDemo HDCRAM
Contexte de l’étudeLa 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
TITRELe métamodèle HDCRAMLe simulateur HDCRAMDemo HDCRAM
Contexte de l’étudeLa 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 -
TITRELe métamodèle HDCRAMLe simulateur HDCRAMDemo HDCRAM
Contexte de l’étudeLa 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 -
TITRELe métamodèle HDCRAMLe simulateur HDCRAMDemo HDCRAM
Contexte de l’étudeLa 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 -
TITRE
• Spécification des classes
Contexte de l’étudeLa Radio Cognitive
HDCRAM : une architecture de gestion pour équipement RC
D’un métamodèle vers un métamodèle HDCRAM exécutable
Le métamodèle HDCRAMLe simulateur HDCRAMDemo HDCRAM
Loïg Godard – IETR-SUPELEC - 31 -- 31 -
Attributs
Opérations
TITRE
• Utilisation d’un métalangage de programmation :
Le métamodèle HDCRAM
Le simulateur HDCRAMDemo HDCRAM
Contexte de l’étudeLa 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
TITRE
• Utilisation d’un métalangage de programmation
Le métamodèle HDCRAM
Le simulateur HDCRAMDemo HDCRAM
Contexte de l’étudeLa 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
TITRE
• Utilisation d’un métalangage de programmation
Le métamodèle HDCRAM
Le simulateur HDCRAMDemo HDCRAM
Contexte de l’étudeLa Radio Cognitive
HDCRAM : une architecture de gestion pour équipement RC
D’un métamodèle vers un métamodèle HDCRAM exécutable
Description graphique
Ecore Kermeta2
3
4
1
Loïg Godard – IETR-SUPELEC - 34 -- 34 -
Simulation
4
5
Sauvegarde fichier XMI
TITRELe métamodèle HDCRAMLe simulateur HDCRAM
Demo HDCRAM
Contexte de l’étudeLa 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
TITREPerspectivesConclusion
• 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
TITREPerspectivesConclusion
• 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
TITREPerspectivesConclusion
Gestion de reconfiguration (JP Delahaye)
Capteurs video(A. Sattar, Y.
Aïdarous)
Capteurs reconaissancede 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)