Institut d'Électronique et de Télécommunications de Rennes
UMR CNRS 6164







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Équipe SYSCOM (SYStems, COMmunication)

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Contacts
Responsables : Matthieu Crussière (MCF, INSA) - Pascal Chargé (PR, UN)

Secrétariats : Sandrine Charlier (UN) - Katell Kervella (INSA) - Pascal Richard (INSA)

Équipe : Liste des membres


Présentation de l’équipe

L’équipe SYSCOM mène des recherches dans les domaines conjoints des communications numériques et des systèmes embarqués à travers un large spectre d’approches lui donnant une vision globale des systèmes de transmission numérique de l’information. La force de l’équipe résulte de ses compétences relativement larges allant des circuits aux algorithmes de traitement du signal et aux systèmes.   Ce large spectre permet de traiter les problèmes de façon complète en allant de la modélisation à la définition et à l’évaluation des algorithmes, des aspects les plus bas niveaux (couche Physique des systèmes) aux premières couches protocolaires. Les travaux débouchent souvent sur une preuve de concept ou sur la réalisation de prototypes.

Les activités de l’équipe se déclinent sous la forme de thèmes de recherche décrits ci-après. De manière synthétique, les problématiques posées au sein de ces thèmes accompagnent les tendances suivantes d’évolution des systèmes de communication :

• Décloisonnement des modèles (Cross-Layer, Optimisation hybride RF/bande de base)

• Augmentation des échelles (IoT, Massive MIMO)

• Hétérogénéité des systèmes (HetNet, multi-RAT)

Evolution des critères de performance (Energie, délai, fiabilité, furtivité)

Thèmes de recherche l’équipe :

1) Signal pour les télécommunications  

Descriptif 5-10 lignes

Au sein de ce thème, nous cherchons à exploiter au maximum les degrés de libertés disponibles dans un système de communications, tels que les propriétés des signaux sources (optimisation de formes d’onde), les diversités temporelles et fréquentielles des canaux de propagation, la diversité de situation en scénario multi-utilisateur, ou encore la polarisation et la diversité d’antennes pour les systèmes MIMO. Les travaux portent à la fois sur la proposition de nouvelles stratégies de communication et d’algorithmes de traitement du signal que sur l’évaluation théorique de leurs performances. Avec l’avènement du paradigme des systèmes multi-antennes à grande échelle (Massive MIMO), nos points majeurs d’étude de ces dernières années concernent l’optimisation de schémas de communications pour des topologies d’émetteurs et de récepteurs à grand nombre d’antennes, et de façon sous-jacente la montée en fréquence des systèmes vers les bandes millimétriques.

Quelques intitulés d’études :

• Retournement temporel pour les communications numériques multi-utilisateurs

• Estimation de sources avec des systèmes MIMO

• Modulations Spatiales pour les objets connectés

Précodage spatial hybrides pour les systèmes Massive MIMO en onde millimétrique 1 illustration représentative :

• ANR TRIMARAN, ANR SpatialMOD, LabeX M5HESTIA , FUI

Collaborations : Orange Labs, Thalès Communications, Bull, Institut Langevin, IRT-BCom

Multiplexage multi-utilisateur spatial (SDMA) exploitant le concept de formation de faisceaux.
Démonstrateur d’un système de communication utilisant le concept de retournement temporel.
 

2) Architecture radio et couches physiques  :

Descriptif 5-10 lignes

Le thème architecture radio a pour objectif la recherche de nouvelles couches physiques pour la transmission de l’information, tenant compte des spécificités et limitations des composants électroniques utilisés au sein du segment analogique des émetteurs/récepteurs. Les activités menées au sein de ce thème visent donc à modéliser le comportement de ces composants afin de proposer des solutions efficaces et adaptées pour la transmission de l’information. Il peut par exemple s’agir de la prise en compte des défauts des amplificateurs de puissance pour les liaisons radio, de l’utilisation de semi-conducteurs de puissance pour la transmission de données, ou encore de l’optimisation du pilotage de diodes électroluminescentes pour les communications optiques.

Quelques intitulés d’études :

• Algorithmes de maximisation de la capacité sur fibre optique plastique

• Optimisation hybrides des fonctions de prédistortion et de réduction de PAPR

• Gestion de la puissance d’un capteur communicant autonome en énergie

• Drivers communicants de semi-conducteurs de puissance.

Exemples de projets : LabeX CominLabs, Projet CEA-TECH, EUROSTAR GreenTEA

Collaborations : DnR’Sys, TELERAD, Thalès, ARELIS, SYSTEM, EOLANE, Teamcast

"Gate-Driver" communicant à base de semi-conducteurs de puissance à grand Gap compatible pour liaisons CAN Expérimentations de communications par fibres optiques plastiques
 

• illustration représentative

• Nombre de thèses depuis 5 ans sur ce thème : 4 (INSA) + xx (UN)

• Projets associés : LabeX CominLabs, Projet CEA-TECH, EUROSTAR GreenTEA

Collaborations : DnR’Sys, TELERAD, Thalès, ARELIS, SYSTEM , EOLANE , Teamcast


3) Multicouches, réseaux hétérogènes, interconnexion  :

Dans ce thème, les chercheurs de l’équipe SYSCOM cherchent à faire évoluer les outils d’étude et d’analyse des systèmes communicants afin d’accompagner la tendance forte d’hétérogénéité des communications qui s’opère au sein des réseaux. Des problématiques scientifiques spécifiques à ces évolutions sont à définir, à la fois d’un point de vue théorique mais aussi sur le plan de la mise en œuvre. Il s’agit notamment de réviser les outils de prévision de performance pour les communications à paquets courts et à grand nombre de terminaux, de proposer des modèles de couverture pour des réseaux hybrides, ou encore d’explorer des solutions d’optimisation sous contrainte pour la configuration dynamique en environnement de connectivité hétérogène. Les outils de la géométrie stochastique et de la théorie de l’information sont notamment utilisés pour mener à bien ce type d’études.

Quelques intitulés d’études :

• Optimisation énergétique des communications D2D en réseau hétérogène

• Maximisation de la capacité d’un réseau hybride broadband/broadcast

• Bornes fondamentales de performance (fiabilité, latence) pour les communications à paquets courts pour l’IoT

• Algorithmes d’association utilisateur/station pour la réduction de la latence en réseau hétérogènes

• Autres ?

Exemples de projets : ANR ARBurst, ANR M3, FUI AdicTV, FUI OptiSaT2 ,

Collaborations : Chaire T&R, Orange Labs, TDF, Teamcast, ENENSYS, Université Internationale du Liban (UIL), American University of Beirut (AUB)

Communications paire-à-paire entre machines et objets dans les réseaux cellulaires hétérogènes (Device-to-device – D2D) Optimisation de la couverture d’un réseau hybride broadband/broadcast
 

4) Optimisation énergétique

Dans ce thème nous nous intéressons en premier lieu à l’optimisation des systèmes de communication pour les objets connectés et capteurs intelligents pour minimiser la consommation et repousser au plus loin la durée de vie des systèmes. Il s’agit de contribuer à la plus grande autonomie de ces dispositifs non seulement par optimisation des modulations et du codage des données, mais également à la gestion de puissance dans les systèmes de communication autonomes, intégrant les procédés de récupération d’énergie. De façon complémentaire à cela, nous étudions la consommation d’énergie dans les systèmes de communications de plus grande dimension. Ce sont tous les éléments de la chaîne de communication qui sont alors pris en compte dans nos études, en proposant notamment des stratégies d’optimisation inter-couches. Ces recherches permettent d’élaborer de nouveaux algorithmes de gestion des ressources mais également de fournir des calculs de bornes de consommation, utiles à la gestion globale de ces systèmes à grande échelle.

Quelques intitulés d’études :

• Compromis efficacité spectrale et efficacité énergétique pour les objets communicants autonomes

• Allocation de ressource et analyse des critères de performance dans les réseaux cellulaires coopératifs

• Optimisation des mécanismes de répétition pour la réduction de la consommation des objets dans les réseaux IoT centralisés

Exemples de projets : Capteur connecté autonome en énergie (CEA Tech), GSM-IoT (marché d’étude)

Collaborations : CEA/LETI, CEATech, Orange Labs, Eolane

Modèle générique d’optimisation de la consommation pour les objets communicants Architecture d’un nœud communicant dans un réseau de capteurs
 

5) Architecture des systèmes  :

Le travail porte ici sur la définition des futures architectures de systèmes embarqués prenant en compte les nouvelles contraintes imposées par le domaine applicatif. Les architectures de demain requièrent de la spécialisation afin de répondre aux challenges applicatifs et aux contraintes non-fonctionnelles telle que la consommation énergétique ou la fiabilité. Nous travaillons ainsi à la définition d’architectures multi-processeurs massivement parallèles intégrant des accélérateurs reconfigurables dynamiquement et prenant en compte les évolutions technologiques qui permettent d’envisager des optimisations radicales en matière d’implémentation tout en conservant une souplesse d’évolution en fonction des besoins et contraintes. Dans le domaine de l’IoT notamment l’utilisation de technologies reconfigurables permet de proposer des architectures ultra-faibles consommation efficaces. Les verrous concernent alors le partage des ressources, les composants répartis et les méthodes d’échange d’informations au sein de ces architectures.

Quelques intitulés d’études :

• Conception et programmation efficace d’une architecture SoC multiprocesseur

• Implémentation matérielle d’un dispositif de vérification en ligne sur SoPC

• Réseaux d’interconnexion flexible pour architecture reconfigurable dynamiquement

Exemples de projets : ANR RELIASIC LABEX COMINLABS, RFI WISE SPARTES,

Collaborations : CEATECH HOLISTAR , GDR SoC-Sip

 

6) Gestion des architectures embarquées  :

L’évolution des capacités d’intégration, le potentiel offert par les architectures reconfigurables actuelles, permettent d’envisager des solutions d’intégration très ambitieuses. L’allocation dynamique et partielle des ressources permet de franchir une étape supplémentaire où il devient possible de s’adapter à un contexte applicatif variable sans interruption de service. Nous travaillons ainsi à l’intégration de cette fonctionnalité au sein des systèmes d’exploitation afin de virtualiser les ressources reconfigurables sous-jacentes et d’élever le niveau d’abstraction et ainsi faciliter la programmation de l’architecture et banaliser davantage l’usage de ces technologies. D’autre part, les systèmes multi-coeurs offrent un nouveau degré de liberté pour s’adapter dynamiquement à leur environnement. Cette adaptation est possible par la reconfiguration de chaque processeur (qu’il soit à usage général, ou un bloc spécifique) qui doit s’opérer de manière autonome, notamment si le nombre de processeurs augmente. Dans ce contexte, nos recherches portent sur les nouvelles méthodes de conception permettant de repenser certaines dimensions de l’informatique, prenant en compte l’interopérabilité entre la multiplicité des objets, virtuels et matériels, dont seront constitués les futurs systèmes.

Quelques intitulés d’études :

• Technologies de virtualisation pour les systèmes reconfigurables temps-réel

• Accélération matérielle des techniques de virtualisation des systèmes embarqués

 

7) Méthodologie de conception  :

Au niveau circuit, l’apparition de nouvelles technologies et des approches "more-than-moore" permettent d’imaginer de nouvelles architectures et de nouvelles perspectives d’intégration. En particulier, une réduction importante des rendements et de la fiabilité des systèmes sur puce est observée du fait de la présence (variabilité) ou de l’apparition ("aging") de défauts physiques dans le circuit. Pour être efficaces, ces technologies requièrent de nouveaux paradigmes d’intégration comme le support ou la tolérance à l’augmentation des défaillances matérielles. Il devient donc nécessaire d’imaginer des flots de conception adaptés à ce type d’architecture, en suivant des approches fortement parallèles, flexibles et sachant gérer efficacement les interconnexions. Au niveau système, les approches critiques (avionique par exemple) nécessiteront le développement de plate-formes déterministes de bout en bout. Nos recherches portent alors sur le développement de méthodologies de dimensionnement et d’évaluation haut niveau intégrant la notion de sureté de fonctionnement notamment. Nous cherchons à proposer des modèles capables de fournir une évaluation rapide de performances des solutions par des simulations parallèles efficaces de grands systèmes.
 

Cadre général d’une architecture matérielle tolérante aux fautes reconfigurable dynamiquement

Quelques intitulés d’études :

• Optimisation d’architectures FPGA à tolérance aux fautes

• Méthodologie d’évaluation de la consommation des circuits pour les systèmes embarqués communicants

Exemples de projets :

• Safe and ProgrAmmable Real-Time Embedded Systems (RFI Wise)

• Evaluation and design of run-time managers for Ultra-Low Power MPSoC

• Exploration architecturale pour la tolérance aux fautes

Collaborations : CEATECH, CEA Saclay



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