Pour qu’un système reconfigurable soit conforme aux propriétés et aux exigences imposées par le concept d’auto-organisation et / ou émergence, des travaux doivent être entrepris sur le développement de la méthodologie de conception de tels systèmes. Nous recensons ci-dessous les principaux besoins nécessaires à la conception d’un système reconfigurable auto-organisé :
– un moyen de communication robuste, distribué et scalable permettant au système et à ses modules de communiquer et d’échanger des informations à débits élevés. L’utilisa-tion d’un tel moyen de communicaL’utilisa-tion se traduit par l’augmentaL’utilisa-tion des niveaux d’in-teractions entre les modules du système en favorisant ainsi l’apparition des propriétés d’émergence. Ce moyen de communication doit également être adapté à l’utilisation de la technologie reconfigurable et aux changements dynamiques de structure du système supportés par cette technologie.
– un mécanisme de contrôle distribué et délocalisé dans le système permettant une gestion globale grâce à des mécanismes locaux déployés dans chaque module. Afin d’assurer une bonne coordination entre tous les modules de contrôle locaux, le mécanisme de contrôle du système doit s’appuyer essentiellement sur le moyen de communication utilisé. La co-ordination des modules du système peut être assurée par un protocole de communication définissant clairement la manière dont les échanges entre modules s’effectuent.
– un mécanisme cognitif d’apprentissage permettant au système d’« apprendre » de ces ex-périences précédentes et d’utiliser « ses acquis » pour la résolution de nouvelles situations. Cet apprentissage permet au système de réagir à toute situation déjà connue de façon plus efficace et rapide et permet également de renforcer ses réponses comportementales. De plus, les techniques d’apprentissage employées doivent encore permettre au système d’organiser son comportement de manière à ce que ce dernier converge vers une solution (comportement) optimale (selon certaines conditions).
2.5. Conclusion
– des procédés de reconfiguration dynamique permettant de changer la structure globale ou partielle du système de manière efficace et sûre. Les techniques de reconfiguration dyna-mique partielle présentent un aspect intéressant dans la conception de tels systèmes. En effet, la possibilité de modifier au cours de fonctionnement une partie matérielle du sys-tème sans dégrader le fonctionnement du reste du syssys-tème permet une auto-restructuration du système fournissant ainsi une solution réelle d’auto-adaptation.
2.5 Conclusion
Après avoir présenté les aspects les plus importants de la technologie reconfigurable, nous avons analysé le principe d’auto-organisation dans le contexte de cette technologie. Nous avons défini et proposé un schéma synoptique d’un système reconfigurable auto-organisé. Ainsi, nous définissons un système auto-organisé reconfigurable comme un système permettant d’une part, sa restructuration et sa gestion fonctionnelle sans aucun contrôle externe ; d’autre part, le sys-tème possédant la capacité de s’adapter à tout changement imprévu de l’environnement où il évolue grâce à l’interactivité de ses éléments constitutifs et par des moyens de reconfigurabilité matérielle de sa structure. Nous avons également donné les définitions des caractéristiques prin-cipales de l’auto-organisation dans le contexte des systèmes reconfigurables dynamiquement. Chacune de ces caractéristiques a été formalisée et illustrée sur l’exemple d’un système reconfi-gurable auto-organisé dont le schéma synoptique a été détaillé. Ensuite, à partir de l’analyse des caractéristiques d’auto-organisation dans le contexte des systèmes reconfigurables, nous avons établi les besoins nécessaires pour la conception d’un système reconfigurable auto-organisé. Nous avons identifié et recensé les principaux aspects architecturaux permettant d’aboutir à un système auto-organisé reconfigurable. Ainsi, les aspects de communication interne entre les éléments constituant le système joue un rôle fondamental dans la conception de tels systèmes. En effet, un moyen de communication robuste, scalable et adapté à la reconfigurabilité d’un système doit être développé. Le deuxième aspect à considérer dans la conception des systèmes auto-organisés reconfigurables est l’aspect approche architecturale. Cet aspect comprend les mécanismes de distribution de contrôle d’un système, la coordination de ses modules et la ma-nière dont les décisions niveau système se prennent à travers les mécanismes locaux utilisés. Enfin, le dernier aspect à prendre en considération lors d’une telle conception est la notion de l’auto-apprentissage à travers ses traitements ou calculs antérieurs.
La deuxième partie de cette thèse, traite les deux premiers besoins pour la conception d’un système auto-organisé reconfigurable : l’approche architecturale générale d’un tel système et la structure de communication interne de type NoC reconfigurable. Dans le chapitre 3 suivant nous proposons une solution de mise en œuvre d’une approche architecturale permettant la décen-tralisation de contrôle d’un système et sa gestion d’une manière autonome et independante. Le
Chapitre 3
Proposition architecturale d’un système
auto-organisé reconfigurable
3.1 Introduction
La plupart des systèmes que l’on rencontre dans la littérature sont caractérisés soit par un
contrôle centralisé, où les prises de décision s’effectuent à des niveaux plus élevés dans leur
hiérarchie organisationnelle ; soit par un contrôle décentralisé, où les prises de décisions s’ef-fectuent à des niveaux hiérarchiques inférieurs. Dans le premier type de contrôle, toutes les connaissances et informations système sont concentrées au plus haut niveau hiérarchique cor-respondant au niveau système. Puis, ces décisions sont diffusées par une approche descendante vers les niveaux plus bas représentés par les modules constituant le système. Dans le type de
contrôle décentralisé, les informations et connaissances système circulent en sens inverse, du
bas niveau vers le haut niveau de l’organisation. C’est-à-dire, elles circulent depuis les modules constituant le système considéré vers l’ensemble des modules du système. Ces deux types de
contrôle sont illustrés dans la figure3.1.
Les fortes variabilités environnementales dans lesquelles évoluent les systèmes, font que les systèmes à contrôle centralisé ne permettent pas de répondre de manière adéquate et efficace à ces évolutions dynamiques. En effet, les systèmes à contrôle centralisé présentent de mauvaises performances en termes de rapidité de réaction, de flexibilité, de robustesse et de reconfigurabi-lité puisqu’ils sont basés sur des structures de contrôle rigides et peu adaptables. Cependant, ces systèmes à contrôle centralisé présentent de bonnes caractéristiques en termes de productivité, dû essentiellement à leurs optimisations internes. En terme de robustesse, si l’unité de contrôle d’un système à contrôle centralisé a un dysfonctionnement au cours de son fonctionnement, le système considéré dans sa globalité, ne sera plus opérationnel. C’est la raison principale aujourd’hui pour laquelle les approches traditionnelles de conception initialement à base de
M6 M7 M4 M5 M2 M3 central Contrôle M 1 1 M6 M7 M4 M5 M2 M3 M1 Decisions et fonctions de contrôle (b) (a)
FIG. 3.1 – Types de contrôle : a) centralisé et b) décentralisé.
contrôle centralisé s’orientent vers des approches à contrôle décentralisé. Dans cette approche
décentralisée, la gestion globale du système est distribuée dans tous ses modules constitutifs et
est assurée par leurs interactions mutuelles. Le tableau3.1 illustre un résumé des principales
différences entre ces deux types d’intégration de contrôle.
Parmi les systèmes dont la gestion est assurée principalement par une approche de
décentra-lisation de contrôle, on trouve les systèmes multi-agents (voir la section1.3.3). Des nombreux
exemples d’applications de ces systèmes peuvent être trouvés dans l’industrie [SF89, Par96,
LR06]. Ces systèmes reposent essentiellement sur des solutions à base de processeurs (solution
logicielle). Il existe peu d’exemples de systèmes à contrôle décentralisé implantés dans des structures matérielles de type FPGA. En général, les systèmes à base de FPGA sont
principale-ment basés sur des structures de contrôle rigides et peu adaptables [CZF+07]. Afin de répondre
à des exigences et besoins imposés par le principe d’auto-organisation dans les systèmes recon-figurables, une nouvelle approche architecturale basée sur le concept de contrôle décentralisé doit être développée. C’est l’objet de ce chapitre.
contrôle centralisé contrôle décentralisé
architecture rigide et statique flexible, programmable et dynamique
relation système↔module module↔module
approche top-down bottom-up
communication un vers plusieurs plusieurs vers plusieurs
réponse aux perturbations faible élevé