GREen wireless Communicating Objects – GRECO

La consommation d’énergie est un enjeu majeur dans les systèmes embarqués mobiles pour lesquels la durée de fonctionnement entre deux recharges de batterie est important. D’après l’International Energy Agency la consommation mondiale des gadgets électroniques en 2030 sera égale à la consommation actuelle des ménages américains et japonais réunis ce qui est loin d’être négligeable.
De nombreuses techniques visent à réduire cette consommation grandissante dans les systèmes embarqués et objets communicants auxquels nous nous intéressons dans le projet:
+ Architectures numériques on en trouve à plusieurs niveaux:
-Middleware et OS temps-réel: la gestion des modes basse consommation, ordonnancement et gestion dynamique de la tension/fréquence (DVFS)
-Architecture (e.g. clock gating, power gating)
-Technologie (e.g. Adaptive Body Bias).
+ Conception de blocs RF (radio fréquence) : l’optimisation en consommation tenant compte des contraintes de sensibilité, de résistance aux brouilleurs et utilisant des méthodes de conception nouvelles, des composants intégrables innovants et un partitionnement numérique-analogique disruptif sont aussi un point clé.
+ Convertisseurs de tension (DC/DC), analogique-numérique, numérique-analogique ou autres diviseurs de fréquence (PLL, DLL) conçus aussi dans un souci de compromis performances/énergie.
+ Protocoles de communications étudiés pour obtenir des énergies par bit transféré optimisées (e.g. ZigBee ou Bluetooth Low Energy).
+ Couches logicielles applicatives développées en fonction d’une QoS dépendante de l’énergie disponible.
Ces techniques sont en général développées sans analyse détaillée des impacts qu’elles peuvent induire mutuellement les unes sur les autres. Ainsi nous pensons qu’il possible de gagner significativement en énergie par une approche globale de conception. L’IRISA avec le développement de son système PowWow (ITEA2 Geodes), montrent des résultats prometteurs par rapport à des solutions utilisant des protocoles standard basse consommation. Avec le développement de l’efficacité par exemple des cellules photovoltaïques, la possibilité de développer des systèmes autonomes en énergie devient possible.
Aussi nous proposons d’étudier la conception d’une plateforme d’un objet communicant autonome en énergie, telle que sa consommation sur une période de temps donnée est équilibrée (ou plus faible) par rapport à l’énergie qu’il est possible de récupérer depuis l’environnement de l’objet lui-même.
L’approche proposée dans GRECO (GREen wireless Communicating Objects) vise à rechercher une optimisation globale en énergie en s’appuyant sur une modélisation la plus complète possible des différents éléments nécessaires à la conception de l’objet : blocs RF, convertisseurs, partie modem, périphériques, architecture numérique, RTOS, logiciel applicatif, générateur d’énergie, batterie, ainsi que sur un élément global de contrôle du système : le Power Manager. Ces modèles de puissance doivent tenir compte à la fois des comportements (e.g. rendement) de ces éléments car la puissance est directement corrélée aux « points de fonctionnement » utilisés à chaque instant.
Cette approche implique une hétérogénéité des modèles utilisés qu’il s’agit de maitriser dans une infrastructure de modélisation/simulation adaptée.
La validation s’effectuera par l’étude de cas : un système de sécurité, un système de communication audio, un réseau pour bâtiment intelligent. Des prototypes matériels, basés sur une extension du système PowWow, un réseau BT LE, et une étude en simulation qui associe un modèle précis (e.g. plateforme virtuelle) d’un objet plongé dans un environnement type simulateur de réseau peuvent être démonstratifs des résultats visés.
Ainsi il devrait être possible à l’issue du projet d’évaluer, pour une source d’énergie donnée et un type d’application visé, la répartition en énergie nécessaire/disponible pour les différentes parties du système d’un objet communicant autonome.