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Contribution au domaine de la Conception d’Objets Communicants Embarqués Basse Consommation et Autonomes en Energie Alain Pegatoquet Université de Nice Sophia Antipolis Laboratoire LEAT UMR CNRS 7248 Habilitation à Diriger des Recherches Sophia Antipolis, Jeudi 28 Novembre 2013

Contribution au domaine de la Conception d’Objets Communicants Embarqués Basse Consommation et Autonomes en Energie Alain Pegatoquet Université de Nice

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Contribution au domaine de la Conception d’Objets Communicants Embarqués Basse Consommation et Autonomes en Energie

Alain Pegatoquet

Université de Nice Sophia AntipolisLaboratoire LEATUMR CNRS 7248

Habilitation à Diriger des RecherchesSophia Antipolis, Jeudi 28 Novembre 2013

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2Alain Pegatoquet – Soutenance HDR – Laboratoire LEAT – 28 Novembre 2013

Plan

Parcours et synthèse des contributions

Domaine de recherche et contributions

Caractérisation à haut niveau de la performance et de la consommation

Approche de modélisation au niveau système

Modélisation et optimisation globale en énergie d’objets communicants autonomes

Projets de recherche

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3Alain Pegatoquet – Soutenance HDR – Laboratoire LEAT – 28 Novembre 2013

1995-1996 1996-1997 1997-1998 1998-1999 1999-2000 2000-2001 2001-2002 2002-2003 2003-2004 2004-2005 2005-2006 2006-2007 2007-2008 2008-2009 2009-2010 2010-2011 2011-2012 2012-2013

Parcours

IUT NICE – Département GEII Architecture et programmation des processeurs DSP

Polytech’ Nice Sophia – Option TNS

Master 2 GMI – Université d’Avignon

Equipe MCSOC

Master STIC

Master MARS

ENSSAT

ENSEIRB de BordeauxOption Télécom

Systèmes de communications numériques GSM/GPRS/EGPRS

Ingénieur Système

L1-DSP Team leaderResponsable du scheduler

Ingénieur Système

Acoustic Technical

lead

Responsable de l’ordonnanceur

Support Client

IUT NICE – Département GEII

Polytech’ Nice Sophia

Architecture Machine

Président du Conseil de DépartementResponsable de 2 modules d’enseignement

Licences Professionnelles AII/EER/IRIIUT de Nice Côte d’Azur

Maître de ConférencesLEAT – IUT de NICE, UNS

Thématique MCSOCMembre du Conseil de Laboratoire

DoctorantConvention CIFRE

DoctoratUniv. Nice

Ingénieur Système

DSPStagiaire

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4Alain Pegatoquet – Soutenance HDR – Laboratoire LEAT – 28 Novembre 2013

Positionnement des travaux

La conception de systèmes embarqués fait face à de nombreux challenges Architectures de plus en plus complexes (multiprocesseurs, multi-cœurs…) Toujours plus de fonctionnalités (user experience), donc plus de logiciels… Nouveaux standards du multimédia ou de télécommunications

Architecture 6 CPUs Accélérateurs Nombreux périphériques

Ethernet, USB, HDMI, Audio…

Fonctionnalités 2G/3G/4G Wifi, Bluetooth Vidéo (2D/3D), Camera Etc.

Des systèmes sous contraintes Performance, consommation, dissipation thermique Autonomie énergétique

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5Alain Pegatoquet – Soutenance HDR – Laboratoire LEAT – 28 Novembre 2013

Les défis pour les concepteurs

Comment faire les bons choix de conception? Besoin de méthodologies et d’outils afin d’évaluer et valider ces choix Besoin d’accroître le niveau de confiance

Comment contrôler l’énergie consommée (augmenter l’autonomie)? Smartphones, Tablettes Petits objets communicants (ex. réseaux de capteurs)

Comment appréhender la complexité de ces systèmes? Modélisation à un niveau système

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6Alain Pegatoquet – Soutenance HDR – Laboratoire LEAT – 28 Novembre 2013

Le contrôle de la puissance

[Delp 2009]

Optimiser le profil de puissance en fonction de la fonctionnalité à exécuter.

Dynamic Power Profile

Optimized Dynamic Power Profile

Static Power Profile

Optimized Static Power

Profile

System Workload

Time

Power

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7Alain Pegatoquet – Soutenance HDR – Laboratoire LEAT – 28 Novembre 2013

Contexte et Motivations

Différentes techniques de gestion de la consommation Power ou Clock gating Décomposition en Power ou Clock domain DVFS, Multi-tension

Qualcomm Serra

230 clock domain32 power domain

[Keating 2007]

[Severson 2009]

La mise en œuvre de ces techniques présente de nombreux défis Comment vérifier que l’architecture power est correcte? La consommation et les performances sont-elles toujours celles attendues?

Définir une architecture logicielle/matérielle optimisée en performance/consommation est devenu un problème extrêmement complexe pour 2 raisons principales: La complexité intrinsèque des SoC L’insuffisance des outils d’aide à la conception

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8Alain Pegatoquet – Soutenance HDR – Laboratoire LEAT – 28 Novembre 2013

Vers un monde connecté…

50 milliards d’objets connectés en 2020…

Vers l’internet des objets

Source: CCS 2013

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9Alain Pegatoquet – Soutenance HDR – Laboratoire LEAT – 28 Novembre 2013

Les défis de l’autonomie énergétique

Concevoir de « petits » objets communicants autonomes en énergie Récupération et le stockage de l’énergie Gestion de l’activité des nœuds : power management

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10Alain Pegatoquet – Soutenance HDR – Laboratoire LEAT – 28 Novembre 2013

Thématiques Scientifiques

Axe 1Caractérisation de la performance et

de la consommation

Axe 2Modélisation au niveau système

pour la conception de SoC

Axe 3Modélisation globale

d’objets communicants

1 doctorant

1 projet de recherche (COMCAS)

2 Doctorants

6 stagiaires

2 projets de recherche (HELP, HOPE)

3 Doctorants, 1 post-doc

4 stagiaires, 2 ingénieurs

1 projet de recherche (GRECO)

HELP et HOPE GRECO

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11Alain Pegatoquet – Soutenance HDR – Laboratoire LEAT – 28 Novembre 2013

Plan

Parcours et synthèse des contributions

Domaine de recherche et contributions

Caractérisation à haut niveau de la performance et de la consommation

Approche de modélisation au niveau système

Modélisation et optimisation globale en énergie d’objets communicants autonomes

Projets de recherche

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12Alain Pegatoquet – Soutenance HDR – Laboratoire LEAT – 28 Novembre 2013

Description de la méthodologie Objectifs

Estimer les performances et la consommation d’énergie

Exigences industrielles Utilisation des datasheets constructeurs Modèles rapides à développer Estimation rapide Explorations d’architecture de l’ordre de

quelques minutes Des erreurs d’estimation inférieures à 20%

Méthodologie en 5 étapes Modèle en Y-chart

Applicationréelle

Profiling

Modèlede l’application

Modèle de l’architecture

Mapping

Estimation de performance statique

Modèle contraint de l’application

Génération de code

Application exécutable

Simulateur niveau thread

Traces d’exécution

Datasheet constructeur

Estimation de la charge CPU

Estimation de la consommation

Résultats d’exploration

Exploration de l’espace de solutions

Linux

Système embarqué Hôte

[Kriegel 2011] [Kriegel 2012]

Exécution sur un système hôte

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13Alain Pegatoquet – Soutenance HDR – Laboratoire LEAT – 28 Novembre 2013

Résultats d’Estimation

Estimation de la performance

Estimations précises compte tenu du niveau d’abstraction (<20%)

Optimisme de l’estimation (probablement dû au modèle de cache et à l’OS).

Estimation de la consommation à partir du modèle gros grain

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14Alain Pegatoquet – Soutenance HDR – Laboratoire LEAT – 28 Novembre 2013

Synthèse – Axe 1

Principales Contributions Caractérisation à haut niveau de la performance et de la consommation Outil d’estimation pour architectures mono ou multi-cœurs Compromis entre effort de modélisation et précision des estimations

Démarche Modèles paramétriques pour estimer la performance (profiling de l’application et

paramètres matériels). Modèle de consommation gros grain / grain fin Adaptée pour un modèle gros grain avec une exécution hôte

Encadrement 1 doctorant

Publications 1 revue, 10 conférences (dont 7 internationales)

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15Alain Pegatoquet – Soutenance HDR – Laboratoire LEAT – 28 Novembre 2013

Plan

Parcours et synthèse des contributions

Domaine de recherche et contributions

Caractérisation à haut niveau de la performance et de la consommation

Approche de modélisation au niveau système

Modélisation et optimisation globale en énergie d’objets communicants autonomes

Projets de recherche

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16Alain Pegatoquet – Soutenance HDR – Laboratoire LEAT – 28 Novembre 2013

Décomposition en Power Domains et Clock Domains Exemple avec l’OMAP3530 de Texas Instruments

Wireless TerminalsSoftware Development.

Il existe des outils/formalismes au niveau RTL (UPF, CPF) Ces formalismes n’existent pas au niveau SystemC/TLM. Plus facile de gérer la complexité de ces systèmes au niveau ESL Simulation rapide Meilleures opportunités [Mentor 2010]

Texas Instruments OMAP3530 Block Diagram

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17Alain Pegatoquet – Soutenance HDR – Laboratoire LEAT – 28 Novembre 2013

Exemple des concepts de UPF Concepts

Power Domains

Power Switches

Level Shifters

Retention RegistersSupply Nets

Exemple d’une table des états Power (PST)

Isolation Cells

Le standard de spécification power UPF

Les principaux concepts définis par UPF (Standard IEEE 1801-2009)

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18Alain Pegatoquet – Soutenance HDR – Laboratoire LEAT – 28 Novembre 2013

Flot Global de la Méthodologie Power-Aware

L’approche proposée permet d’ajouter de manière structurée le power intent ainsi que les stratégies de gestion de la consommation à un modèle existant de niveau TLM.

5 étapes séquentielles et une étape orthogonale dédiée à la vérification.

Méthodologie itérative permettant une exploration de l’espace de conception du power intent.

[Mbarek 2011]

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19Alain Pegatoquet – Soutenance HDR – Laboratoire LEAT – 28 Novembre 2013

VGA_CFG

VGA.cpp

// reset all the VGA registers except VGA_CFG on power-down…VGA_INT = false;…

Power switch control

Retention handling

Etape 3 : Spécification du Power Intent Objectif: superposer aux composants

fonctionnels les éléments de l’architecture power (power intent).

Abstraction du standard UPF au niveau TLM (PwARCH).

Modèles d’estimation de la consommation

[Mbarek 2012a]

Le comportement power et son contrôle (interface avec le fonctionnel) sont aussi spécifiés.

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20Alain Pegatoquet – Soutenance HDR – Laboratoire LEAT – 28 Novembre 2013

PD_AO PD_CPU PD_SRAM PD_VGA PD_GPIO

all_on ON ON_H ON ON ON

initialize ON ON_H ON OFF OFF

display ON ON_L ON ON OFF

process_INT ON ON_H ON ON OFF

handle_GPIO ON ON_H OFF OFF ON

int __start() { write_mem (VGA_BASEADDR+VGA_CFG_OFFSET, 0x02);…}void _interrupt () { Vga_isr (); write_mem (VGA_BASEADDR + VGA_INT_OFFSET,vga_irq);

//Request to set the initialize power mode write_mem (PMUBASEADR + CGF_REG , 0X1); Timer_isr (); … }

main.c

Etape 4 : Modélisation de l’unité de gestion power (PMU)

2 objectifs principaux: Contrôler localement les power

domain (DPC). Implémenter une stratégie de

gestion des power domains (PM) et contrôler les DPC.

Le PM se base sur une PST (cas d’une stratégie basée scénario).

Ajout de transactions power dans le code fonctionnel.

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21Alain Pegatoquet – Soutenance HDR – Laboratoire LEAT – 28 Novembre 2013

Etape 5 : Simulation du système Power-Aware

Objectif: Vérifier la cohérence entre le code

fonctionnel (augmenté de commandes de changement d’états power) et le power intent.

Évaluer la consommation du système

Des mécanismes permettent la mise à jour automatique durant la simulation des équations de consommation.

[Mbarek 2011]

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22Alain Pegatoquet – Soutenance HDR – Laboratoire LEAT – 28 Novembre 2013

Application sur un Cas d’Etude White-Box

Approche par instrumentation du code source Utilisation de la librairie PwARCH

3 alternatives power (b), (c) et (d) offrent un gain

énergétique d’environ 90% par rapport à la plateforme non partitionnée (a).

Temps de simulation Seulement 0,03% plus lent que (a)

[Mbarek 2012b]

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23Alain Pegatoquet – Soutenance HDR – Laboratoire LEAT – 28 Novembre 2013

Application sur un Cas d’Etude Black-Box

Cas d’étude industriel (Outil Innovator). Librairie DWSLL: IPs et plateformes virtuelles. Approche basée sur des wrappers

power-aware.

4 alternatives power Gain énergétique de 53% par

rapport à la plateforme non partitionnée.

Temps de simulation Seulement 0,02% plus lent que (a)

[Mbarek 2013][Mbarek 2012b]

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24Alain Pegatoquet – Soutenance HDR – Laboratoire LEAT – 28 Novembre 2013

Synthèse – Axe 2

Principales Contributions Approche au niveau système pour la conception et la vérification de SoC Méthodologie adaptée au cas white-box et black-box

Démarche Modélisation de la consommation au niveau ESL pour la conception de SoC Abstraction du standard UPF Séparation des préoccupations fonctionnelles et power analogue à UPF

Encadrements 2 doctorants / 6 masters ou élèves ingénieur

Publications 2 revues, 8 conférences (dont 5 internationales)

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25Alain Pegatoquet – Soutenance HDR – Laboratoire LEAT – 28 Novembre 2013

Plan

Parcours et synthèse des contributions

Domaine de recherche et contributions

Caractérisation à haut niveau de la performance et de la consommation

Approche de modélisation au niveau système

Modélisation et optimisation globale en énergie d’objets communicants autonomes

Projets de recherche

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26Alain Pegatoquet – Soutenance HDR – Laboratoire LEAT – 28 Novembre 2013

Problématiques adressées au sein de l’axe 3

Objets communicants capables de collecter et de traiter une multitude de données (réseaux de capteurs sans fil)

Source: SensLab

Le déploiement de ces objets ne fait que commencer…

Source: Mercedes

Mobilité de ces objets

Autonomie énergétique Récupération Stockage

Une gestion optimisée de la consommation (power mangement)

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27Alain Pegatoquet – Soutenance HDR – Laboratoire LEAT – 28 Novembre 2013

Gestion de la mobilité pour le 802.15.4

La mobilité n’est pas gérée efficacement par le standard 802.15.4 Approche permettant d’anticiper le changement de cellule et d’effectuer

une sélection spéculative du prochain coordinateur

[Chaabane 2012a]

Seuil de déclenchement (LQIThreshold) du changement de cellule

[Chaabane 2012b]

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28Alain Pegatoquet – Soutenance HDR – Laboratoire LEAT – 28 Novembre 2013

Gestion de la mobilité pour le 802.15.4

Des gains significatifs (pour divers scénarios de mobilité)

RWP : Random Way PointGM : Gauss-MarkovMHT : Manhattan

Simulations Ns-2

[Chaabane 2013]

L’autonomie énergétique…

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29Alain Pegatoquet – Soutenance HDR – Laboratoire LEAT – 28 Novembre 2013

Conception d’Objets Communicants Autonomes

Récupération d’Energie : un nouveau paradigme pour la gestion de l’énergie L’objectif est d’équilibrer (en moyenne) l’énergie consommée et l’énergie

récupérée afin d’optimiser les performances (projet GRECO) Neutralité Energétique (Energy Neutral Operation (ENO))

Harvesters andEnergy adapters

Light

Wind

Thermal

Energie Récupérée Energie Consommée=

La durée de vie du système peut théoriquement être indéfiniment étendue.

Microcontroller RF Transceiver

ADC

Sensors

Energy Storage

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30Alain Pegatoquet – Soutenance HDR – Laboratoire LEAT – 28 Novembre 2013

3 modes différents : Energy-neutral EH = EC

Negative-Energy EH < EC

Positive-Energy EH > EC

Energie Récupérée (environnement) : disponibilité difficilement contrôlable Energie Consommée : contrôlable

Couches PHY, MAC, NWK Circuit RF (TX power) Modes Low Power Power Manager

Harvesters andEnergy adapters

Light

Wind

Thermal

Microcontroller RF Transceiver

ADC

Sensors

Energy Storage

Conception d’Objets Communicants Autonomes

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31Alain Pegatoquet – Soutenance HDR – Laboratoire LEAT – 28 Novembre 2013

Le Power Manager

Modèles de l’énergie consommée Caractérisation des activités de l’objet (Look-Up Table) hors ligne Fonction des scénarios ou des modes de fonctionnement

Comment contrôler la consommation de l’objet communicant? Période de réveil du nœud (Twi) Puissance d’émission (PTX)

Quel système de stockage de l’énergie? Batterie ou super capacité?

Modèles de l’énergie récupérée Prédictions ou mesures (ex. capteur de luminosité)?

500 cycles de rechargeDifficile de connaître l’état de charge précisément Faible courant de fuite et grande capacité

500 000 cycles de rechargeConnaissance de l’état de chargeFort courant de fuite

-+++

-

-[HZ202F 2013]

[Cymbet 2011]

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32Alain Pegatoquet – Soutenance HDR – Laboratoire LEAT – 28 Novembre 2013

Le Power Manager

Les contraintes pour la gestion de la consommation Faible complexité (modèles simples) TPM = n * TWI

Période de réveilPower Manager

Modèle d’Energie Consommée basé scénario, modes

Look-Up Table

Energie consommée

Energie stockée PTX

Energie récupéréeRécupération et Stockage de l’énergie

Off Line

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33Alain Pegatoquet – Soutenance HDR – Laboratoire LEAT – 28 Novembre 2013

Un Power Manager centré sur la batterie

β α

SoC(α, β, t)

Modèle de charge au niveau tâche (LUT)

Modèle intégré du système de récupération de l’énergie

[Castagnetti 2012b]

Estimation de l’état de charge (SoC) L’Energie récupérée (β). Le courant consommé par la plateforme ( ) Le courant de fuite (auto décharge de la batterie et modes low-power).

Modèle de SoC de la batterie pour les n prochaines périodes de réveil (Twi)

WileakWifwd

Wifwd

Tx

WiTxsWi nTKnT

T

T

T

TtSoCnTtSoC )]([)()(

Wi

i

T

Q

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34Alain Pegatoquet – Soutenance HDR – Laboratoire LEAT – 28 Novembre 2013

Closed-Loop Power Manager (CL-PM)

CL-PM est adapté à un système de récupération solaire (en extérieur) 2 stratégies de power management sont disponibles :

Durant la journée (β > βth)

Le PM Energy Neutral est utilisé Durant la nuit (β ≤ βth)

Le PM Negative-Energy est utilisé

[Castagnetti 2012b]

En condition de neutralité énergétique, SoC(t) est constant dans le temps :

SoC(t) = SoC(t + n Twi ) - Qpm

[Castagnetti 2012a]

Prédicteur d’intervalle à énergie nulle (ZEI) fonction de β

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35Alain Pegatoquet – Soutenance HDR – Laboratoire LEAT – 28 Novembre 2013

Durant la nuit…

Problème: déterminer la prochaine période de réveil du nœud Twi qui évite une décharge complète de la batterie

Nous définissions les paramètres suivants : t* : le début d’un intervalle sans énergie (ZEI) SoC(t*) : l’état de charge de la batterie au début de l’intervalle ZEI, M : une marge de décharge de la batterie

Condition nécessaire pour éviter une décharge complète de la batterie:

MSoCDKtSoC ZEIleak min)()(

[Castagnetti 2012a]

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36Alain Pegatoquet – Soutenance HDR – Laboratoire LEAT – 28 Novembre 2013

Analyse des Performances

CL-PM a été simulé avec un profil de récupération d’énergie solaire de 5 jours.

Le power manager Closed-Loop améliore le débit d’environ 50% par rapport à [Kansal 2006]

CL-PM permet d’éviter une décharge complète de la batterie (battery failures)

CL-PM fournit une meilleure QoS durant la nuit…

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37Alain Pegatoquet – Soutenance HDR – Laboratoire LEAT – 28 Novembre 2013

Gestion conjointe de la période de réveil et de la puissance d’émission du nœud (CLPM-PTPC)

En fonction de la puissance du signal reçu (RSSI), le PM va adapter la puissance d’émission du nœud et donc sa consommation…

Niveau d’énergie récupérée (β)

Base Station

Registre d’état systèmeCL-PM

Q TX(tpj) tpj

End Device

RSSItTwi

Feedback

TX packets

Speed [m/s] PRR (%) Eu [µJ] Energy Gain (%)

CLPM-Fixed 0.2 97 2100.4 95 196

CLPM-PTPC 0.2 93 155 26.20.4 89 160 23.6

Cette approche permet des gains énergétiques de 26%

Approche adaptée pour des nœuds mobiles.

PTPC

PowWow CL-PM détermine la prochaine période de réveil (Twi) sur la base de la nouvelle puissance d’émission (QTX(tpj))

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38Alain Pegatoquet – Soutenance HDR – Laboratoire LEAT – 28 Novembre 2013

Power Manager indépendant de la source d’énergie

Travail en collaboration avec l’IRISA Lannion (projet GRECO) Co-encadrement de Trong-Nhan Le (18 mois au LEAT)

Twu (n+1)VS(n)Energy

Predictor (EWMA)

Look-Up Table

Energy Monitor

ẽActive(n)

PH(n)~

êActive(n+1)

PH(n+1)^

Wake-up Adaptation

VS(n) VRef(n)

ẽBud(n)Budget Energy

Approche mettant en œuvre un Power Manager utilisant une SuperCap pour le stockage de l’énergie indépendant du système de récupération de l’énergie

[Trong-Nhan Le 2013b]

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39Alain Pegatoquet – Soutenance HDR – Laboratoire LEAT – 28 Novembre 2013

Gestion de la consommation en neutralité énergétique

1ˆ ˆ( 1) ( ) ( 1) ( 1)H Bud Leak Ce n e n e n e n

ˆ ( ) ( )( 1)

( )Active Bud

WU

H Leak Sleep

e n e n kT n

P n P P

Condition de neutralité (ENO) pour le prochain slot (n+1)

Prochaine période de réveil

Adaptation dynamique de la période de réveil

Sleep

Active Communication

TS(n-1) = kTWU(n-1) TS(n) = kTWU(n)

TWU(n-1) TWU(n) TWU(n+1)??

TS(n+1) = kTWU(n+1)

[Trong-Nhan Le 2013c]

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40Alain Pegatoquet – Soutenance HDR – Laboratoire LEAT – 28 Novembre 2013

Résultats expérimentaux PowWow

Le Power Manager effectue des adaptations sur une plateforme matérielle de réseaux de capteurs (PowWow)

Récupération de l’énergie thermique (chaleur d’un adaptateur de PC portable)

k = 10, CS = 0.09F α = 0.6, VRef = 4V

k = 10, CS = 0.18F α = 0.6, VRef = 4V

[Trong-Nhan Le 2013c]

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41Alain Pegatoquet – Soutenance HDR – Laboratoire LEAT – 28 Novembre 2013

Synthèse – Axe 3 Principales Contributions

Gestion optimisée de nœuds mobiles au sein d’un réseau 802.15.4 Modélisation de haut niveau et globale de l’objet et de son environnement Power manager indépendant de la source de récupération d’énergie

Démarche Le PM prend des décisions en fonction des conditions de récupération de

l’énergie et de l’état de charge de la batterie (SoC) PM de faible complexité Validation en simulations et sur des plateformes matérielles

Encadrements 1 post-doc / 3 doctorants / 2 ingénieurs / 4 masters ou élèves ingénieur

Publications 1 revue (3 soumissions en cours) 21 conférences (dont 14 internationales)

Page 42: Contribution au domaine de la Conception d’Objets Communicants Embarqués Basse Consommation et Autonomes en Energie Alain Pegatoquet Université de Nice

42Alain Pegatoquet – Soutenance HDR – Laboratoire LEAT – 28 Novembre 2013

L’heure du bilan...

Conception de systèmes embarqués Problématiques liées aux performances et à la consommation, le plus souvent via des

approches de haut niveau d’abstraction Cette figure montre au travers de l’ensemble de ces activités une continuité et une cohérence

des actions que j’ai pu menées jusqu’ici L’ensemble de ces activités, y compris celles effectuées avant mon arrivée au LEAT en 2008,

interagissent et se renforcent les unes les autres, et une contribution dans un domaine suscite de nouvelles idées dans un autre

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Plan

Parcours et synthèse des contributions

Domaine de recherche et contributions

Caractérisation à haut niveau de la performance et de la consommation

Approche de modélisation au niveau système

Modélisation et optimisation globale en énergie d’objets communicants autonomes

Projets de recherche

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Axe 1 – La conception de SoC Techniques qui ont un impact significatif sur la consommation

de puissance, la température et les performances: Power gating, Clock gating, DVFS…

La consommation des systèmes sur puce est gérée à de multiples niveaux: matériel, noyau Linux, applications Android. Proposer au niveau matériel des interfaces afin de

contrôler avec finesse l’ensemble des paramètres permettant une gestion dynamique de la consommation.

Proposer une approche pour modéliser ces techniques et évaluer leur impact sur la consommation, les performances et la dissipation thermique Comment décrire un arbre d’horloge

et ses contraintes au niveau TLM?

Une gestion plus distribuée, hiérarchique de la consommation

Imaginer des power manager plus intelligents et réactifs…

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Axe 2 – Objets moins gourmands et plus intelligents…

Les antennes directives ou reconfigurables

[Trong-Nhan Le 2013a]

La communication RF : l’utilisation de Wake-Up Radio

Thématique CMA

[Yuz 2011]

53% de réduction de la consommation 82% d’augmentation du débit

La récupération de l’énergie Rectenna Mieux prendre en compte les modèles de récupération

[Hoang 2013]

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Axe 2 – Objets moins gourmands et plus intelligents…

Comment garantir l’interopérabilité de ces objets?

Besoin d’une approche globale de conception… Impact global de choix locaux Simulation conjointe du réseau (OMNET++) et de l’objet

modélisé en SystemC-TLM Simuler le code binaire (ISS)

Des niveaux d’expertises élevés et pluridisciplinaires… nécessitant des collaborations locales, nationales et internationales!

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Un grand merci…

Antoine Courtay Post Doctorant (2009-2010) (MCF IRISA)

Andréa Castagnetti Thèse soutenue le 11 octobre 2012 (CDI CEA-LIST)

Joffrey Kriegel Thèse soutenue le 29 janvier 2013 (CDI CEA)

Ons Mbarek Thèse soutenue le 30 mai 2013 (CDD LEAT)

Chiraz Chaabane Soutenance prévue pour début 2014

Trong-Nhan LE Soutenance prévue pour début 2014

Hend Affes Soutenance prévue pour début 2015

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48Alain Pegatoquet – Soutenance HDR – Laboratoire LEAT – 28 Novembre 2013

Merci pour votre attention

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Publications[Kriegel 2011] J. Kriegel, A. Pegatoquet, M. Auguin and F. Broekaert, A Performance Estimation Flow for Embedded Systems with Mixed Software/Hardware Modeling, 11th International Conference on Embedded Computer Systems: Architectures, Modeling, and Simulation (SAMOS XI), SAMOS, Greece, July 18-21, 2011.

[Kriegel 2012] J. Kriegel, A. Pegatoquet, M. Auguin and F. Broekaert, A High Level Mixed Software/Hardware Modeling Framework for Rapid Performance Estimation, 10th IEEE International NEWCAS

Conference, Montreal, Canada, June 17-20, 2012.

[Mbarek 2011] O. Mbarek, A. Pegatoquet, M.Auguin, A Methodology for Power-Aware Transaction Level Models of Systems-on-Chip Using UPF Standard Concepts, 21st International Workshop on

Power and Timing Modeling, Optimization and Simulation (PATMOS), Madrid, September 26- 29, 2011. Best Papers Awards.

[Mbarek 2012a] O. Mbarek, A. Pegatoquet and M. Auguin, Using unified power format standard concepts for power-aware design and verification of systems-on-chip at transaction level, IET Circuits, Devices & Systems journal, Vol. 6, Issue 5, pp. 287-296, 2012.

[Mbarek 2012b] O. Mbarek, A. Pegatoquet, M. Auguin, Black-Box And White-Box Early Power Intent Simulation and Verification: Two Novel Approaches, IEEE Conference on Design and Architectures for Signal and Image Processing (DASIP), Germany, October 23-25, 2012.

[Mbarek 2012c] O. Mbarek, A. Khecharem, A. Pegatoquet, M.Auguin, Using Model Driven Engineering to Reliably Accelerate Early Low Power Intent Exploration for a System-on-Chip Design, 27th ACM Symposium On Applied Computing (SAC), Trento, Italy, March 26-30, 2012.

[Mbarek 2013] O. Mbarek, A. Pegatoquet, M. Auguin, H.E. Fathallah, Power-Aware Wrappers for Transaction-Level Virtual Prototypes: a Black Box Based Approach, IEEE 26th International Conference on VLSI Design (VLSID), Pune, India, January 5-10, 2013.

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Publications[Castagnetti 2012a] Andrea Castagnetti, Alain Pegatoquet, Cécile Belleudy and Michel Auguin, A Framework for Modeling and Simulating Energy Harvesting WSN nodes with Efficient Power Management Policies, EURASIP Journal on Embedded Systems (JES), October 16th, 2012.

[Castagnetti 2012b] A. Castagnetti, A. Pegatoquet, C. Belleudy and M. Auguin, An Efficient State of Charge Prediction Model for Solar Harvesting WSN Platforms,19th IEEE International Conference on Systems, Signals and Image Processing (IWSSIP), Vienna, Austria, 11-13 April, 2012.

[Trong-Nhan Le 2013a] Trong-Nhan Le, M. Magno, A. Pegatoquet, O. Berder, E. Popovici and O. Sentieys, Ultra Low Power Asynchronous MAC Protocol using Wake-Up Radio for Energy Neutral Wireless Sensor Networks, 1st International Workshop on Energy Neutral Sensing Systems (ENSSys) organized in conjunction with 11th ACM SenSys Conference, Roma, November 14th, 2013.

[Trong-Nhan Le 2013b] Trong Nhan Le, A. Pegatoquet, O. Berder and O. Berder, and C. Belleudy, Multi-Source Power Manager for Super-Capacitor based Energy Harvesting Wireless Sensor Networks, Demo session of the 1st International Workshop on Energy Neutral Sensing Systems (ENSSys), Roma, November 14th, 2013.

[Trong-Nhan Le 2013c] Trong Nhan Le, A. Pegatoquet, O. Sentieys, O. Berder, and C. Belleudy, Duty-Cycle Power Manager for Thermal-Powered Wireless Sensor Networks, 24th IEEE International Symposium on Personal, Indoor and Mobile Radio Communications, pp. 144-149, London, UK, 8-11 September 2013.

[Chaabane 2013] Chiraz Chaabane, Alain Pegatoquet, Michel Auguin and Maher Ben Jemaa, Mobility Management Approach for IEEE802.15.4/ZigBee Nodes in a Noisy Environment, 26th IEEE International Conference on Architecture of Computing Systems (ARCS), 3rd Workshop on Ultra Low Power (WUPS), Prague, Czech Republic, 20 February 2013.

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Publications[Chaabane 2012a] C. Chaabane, A. Pegatoquet, M. Auguin and M. Ben Jemaa, An Efficient Mobility Management Approach For IEEE 802.15.4/ZigBee Nodes, 14th IEEE International Conference on High Performance Computing and Communications (HPCC-2012) – Third International Workshop on Wireless Networks and Multimedia (WNM-2012), Liverpool, UK, 25-27 June, 2012.[Chaabane 2012b] C. Chaabane, A. Pegatoquet, M. Auguin and M. Ben Jemaa, Energy Optimization For Mobile Nodes in a Cluster Tree IEEE 802.15.4/ZigBee Network, IEEE Computing, Communications and Applications Conference (COMCOMAP), Hong Kong, China, January 11-13, 2012.

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Références

[Delp 2009] G. Delp (LSI), J. Biggs (ARM) and S. Jadcherla(Synopsys), Design and Verification of Low Power SoCs. IsQED Symposium 2009 [en ligne].[Keating 2007] M. Keating, D. Flynn, R. Aitken, A. Gibbons, K. Shi, Low Power Methodology Manual for Systems-on-Chip Design, Springer, 2007.[Severson 2009] Matt Severson, Low Power SOC Design and Automation, Qualcomm CDMA Technologies, July 2009 [en ligne].[Mentor 2010] Yossi Veller and Shabtay Matalon, Why you should optimize power at the Electronic System Level, White paper, Mentor Graphics 2010 [en ligne].[HZ202F 2013] CAP-XX Supercapacitor HZ202F, 2013 [en ligne].[Cymbet 2011] Cymbet Corporation. Rechargeable Solid State Energy Storage EnerChipCBC050, 2011 [en ligne][Alam 2011] M.M. Alam, O. Berder, D. Menard, T. Anger, and O. Sentieys, A hybrid model for

accurate energy analysis of wsn nodes, EURASIP Journal on Embedded Systems, vol. 2011, p. 16, 2011.[Kansal 2006] Aman Kansal, Jason Hsu, Mani B Srivastava, Vijay Raghunathan, Harvesting Aware Power Management for Sensor Networks, 43rd Design Automation Conference (DAC) , Sna Francisco, USA, July 2006.[Yuz 2011] Zuoming Yuz et al. Connected Coverage in Wireless Networks with Directional Antennas, IEEE INFOCOM 2011.[Hoang 2013] Thi Quynh Van Hoang et al. 3D Voltage Pattern Measurement of a 2.45 GHz Rectenna , IEEE Trans. on Antennas and Propagation, Vol 61, Issue 6, 2013.