Mégalis THD Renater - Service d'echange de Donnees de l'ENST ...

Laboratoire d'Electronique et Systèmes de Télécommunications, UMR 6165
Moyens informatiques: Site ENSTB et UBO
ANNEXE A3: Moyens informatiques: Site ENSTB et UBO
A3.1 Organisation des moyens informatiques sur le site ENSTB du LEST
L'organisation des moyens informatiques sur le site ENSTB du LEST s'intègre au parc général
de l'ENST Bretagne. Ces moyens interviennent spécifiquement en soutient des activités liées au
développement des technologies bas coûts, de mesure aux longueurs d’ondes centimétriques et
millimétriques, de maîtrise des dispositifs et systèmes optronique-microondes. Ainsi le parc est-il
organisé autour d'une ossature générale de type client/serveur visant à donner une réponse adaptée
aux activités de CAO, de calcul numérique, d’automatisation de bancs de mesure ou de machines
d’usinage, sans omettre les activités classiques de bureautique et communication, d’accès aux bases
de données. Nous présentons ci-dessous la structure générale du parc et ces différentes activités.
A3.1.1 Structure générale du parc
Un réseau éthernet 100 Mbits relie les différents équipements au niveau des différentes salles
de laboratoire. Ce réseau est lui-même raccordé au réseau général de l'ENST BRETAGNE par une
fibre optique (1 Gbit/s) puis au réseau Ouest-Recherche au travers d'une liaison rapide à 20 Mbits,
offrant donc un accès internet global (RENATER) et sécurisé. En dehors des zones de mesure, nous
avons réalisé la couverture radio Wifi 802.11g à 54 Mbit/s des différentes salles, permettant un accès
en mobilité aux ressources réseaux.
Site ENST Bretagne
Renater
20 Mb/s
Mégalis
THD
CAO
Calcul numérique
Bases de données, internet,
communication
Site Université Brest
Différents serveurs centralisés situés dans des locaux protégés en accès et régulés en
température permettent de fédérer l'ensemble des postes clients du parc informatique, en centralisant
les principaux services logiciels : authentification unique des utilisateurs, concentration des données,
sauvegarde périodique et journalière de celles-ci, gestion des licences flottantes de logiciels, gestion
des imprimantes, du courrier électronique, etc… Le contexte particulièrement évolutif du secteur
informatique conduit à une multiplication des offres des constructeurs vers les systèmes linux, y
compris chez les fournisseurs de logiciels de CAO circuits et électromagnétiques. Aussi nous
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réfléchissons actuellement à la meilleure cohabitation des 2 systèmes linux / windows et à la stratégie
concernant le renouvellement du parc de machine pour tenir compte de la nécessité d'assurer les
évolutions.
A4.1.2 Les activités de CAO
Les moyens techniques dédiés aux activités CAO ont pris une importance stratégique majeure
au cours des dernières années. Le LEST a suivi ces évolutions et était équipé dès les années 1990 de
simulateurs circuits et électromagnétiques commerciaux. Concernant la simulation circuit, les
environnements logiciels les plus performants constituent aujourd’hui de véritables plates-formes de
simulation globale. Il disposent de fonctionnalités leur permettant une analyse de l’ensemble de la
couche physique des systèmes de communication, de l’enveloppe complexe échantillonnée aux
distributions spatio-temporelles des grandeurs électromagnétiques. Il s’agit finalement
d’environnements de nature à fédérer différentes activités connexes pour élaborer une démarche
tournée vers les systèmes, qui facilite le dialogue entre les équipes de recherche.
Grâce à la continuité de notre politique d'équipement concernant les différentes composantes
de la suite logicielle Advanced Design System (ADS) d’Agilent Technologie, nous disposons
aujourd'hui de 20 licences de l'ensemble des modules présents dans cette suite : simulation linéaire,
non linéaire, temporelle, enveloppe, statistique, électromagnétique, flots de données, bibliothèques
spécialisées, gestion des masques de circuits, etc... Cette CAO a notamment permis le
développement et l'intégration des modèles associés aux dispositifs basés sur les nouvelles
technologies en cours de développement au Laboratoire. Elle devrait nous aider encore mieux à
l'avenir dans la description des systèmes de communication dans leur globalité, associant une vision
fine des mécanismes de propagation des ondes électromagnétiques à une analyse numérique des
performances, en terme de taux d’erreurs binaires ou taux d’erreurs trames par exemple.
Numerical Data input 1
QAM Modulation
Bits
QAM4
B2
Q2
Ty pe=Random
ProbOf Zero=0.5
LFSR _Length=12
LFSR _InitState=1
Num erical Data input 2
N ormalisation
R F Modulation
Ov er Sampling
R
R1
R=50 Ohm
GainCx
G3
Gain=1/sqrt(2)
CxToTim ed
C1
TStep=Tsy mbole
USam pleRF
U1
Ty pe=Poly PhaseFilter
FC arrier=RF
ExcessBW=0.1
Var
VAR
Eqn
VAR8
Tstep=Tsy m bole/nbech
Tstop=1000*Tsy m bole
Tsy mbole=200 nsec
Tbit=Tsy mbole/2
nbech=20
RF=5.4 GHz
Behaviour Model
R
R2
R=50 Ohm
Filtering the expected carrier
f rom the env elope simulator
R
DF
R3
DF
R=50 Ohm
Def aultNumericStart=0
Def aultNumericStop=2000
Def aultTim eStart=0
Def aultTim eStop=Tstop
Env OutSelector
Load
Def aultSeed=12345678
O5
OutFreq=RF
Link to env elope simulator
1
2
3
4
Ant_Coup
X1
RF=RF
Tstep=Tstep
R
R4
R=50 Ohm
Bits
QAM4
B3
Q3
Ty pe=Random
ProbOf Zero=0.5
LFSR_Length=12
LFSR_InitState=1
GainC x
G14
Gain=1/sqrt(2)
C xToTim ed
C 2
TStep=Tsy mbole
FCarrier=RF
USampleR F
U2
Ty pe=Poly PhaseFilter
ExcessBW =0.1
Complex Envelope
ENVELOPE
Envelope
Env2
Freq[1]=RF
Order[1]=1
Stop=
Step=Tstep
Env OutSelector
O6
OutFreq=RF
Cosimulation ADS pour l’étude de corrélation entre antennes couplées
Compte tenu des problèmes d'interactions électromagnétiques croissants liés à la
miniaturisation poussée et à la montée en fréquence des dispositifs, l'acquisition de logiciels
commerciaux de CAO électromagnétique permettant de prendre en compte ces phénomènes s'est
faite progressivement au sein du laboratoire. Les logiciels de ce type sont nombreux sur le marché
mais disposent tous de leurs spécificités qui les rendent pertinents dans certaines situations et
inadaptées dans d'autres. C'est ainsi qu'on peut les classer en fonction de leurs domaines
d'applications (2D, 2D1/2…) et de la méthode numérique qui leur est sous-jacente (éléments finis
FEM, FDTD, etc…). Nos logiciels sont représentatifs des principaux domaines et des principales
méthodes utilisées. Nous disposons ainsi de HFSS (3D, éléments finis), IE3D (quasi 3D, éléments
frontières), momentum (2D1/2, méthode des moments), MICROSTRIPES (TLM), FEKO (qui
combinent différentes techniques de résolution dans le même environnement de haut niveau
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d’interface : méthode des moments 3D, éléments-finis, optique physique, théorie uniforme de la
diffraction) et Micro-Wave Studio (méthode temporelle FIT + éléments finis).
Antenne WIMAX face à un fantôme plan : interactions ondes-tissus biologiques
Les stations de travail de type PC/intel, sur lesquelles nous avons régulièrement investi pour
maintenir le parc en l'état, constituent l'essentiel du matériel dédié à la CAO circuit et système. Les
systèmes utilisés sont Windows2000 et XP, avec une tendance aux évolutions vers linux (Red Hat en
majorité) et la future intégration de la nouvelle version « Vista » de windows. L’accueil des stations
équipées de systèmes d’exploitation 64 bits nous permet désormais de franchir les limites de RAM à 4
Go, autorisant des simulations toujours plus complexes et gourmandes en ressources.
Le calcul numérique
Les limitations observées sur les logiciels de calcul électromagnétique commerciaux nous ont
conduit au développement de nos propres algorithmes, en particulier à partir de la méthode des lignes
de transmission transverses (TLM). Ce développement a dans un premier temps été réalisé à partir
d'une structure de fermes de stations UNIX de type IBM RS6000 (interconnexion de stations avec
répartition de charge et ordonnancement). Cependant et comme il a été signalé plus haut, les fortes
évolutions dans le domaine des PCs nous ont conduit à poursuivre ces développements sur PCs.
Grâce à ceux-ci, un certain nombre d'analyses que nous ne pouvions pas effectuer à l'aide des
logiciels du commerce nous sont désormais accessibles. Du point de vue des moyens, ceci se traduit
par des PCs multifonctions qui servent aussi bien aux activités CAO qu’aux activités de calcul.
Certains PCs sont utilisés en configuration multi-boot pour permettre des exécutions sous linux afin de
faciliter la compatibilité avec différents partenaires en dehors du laboratoire. Le langage de
programmation mis en œuvre étant principalement le fortran 90, nous avons fait l'acquisition de
l'environnement de développement visual fortran qui dispose d'un optimiseur pour PC/pentium. Nous
disposons également de la bibliothèque de calcul numérique NAG qui constitue un support important
dans l'écriture des programmes fortrans. Le logiciel matlab est utilisé pour les post-traitements
standards, la visualisation des données et le prototypage d'applications, grâce à ses facilités
intrinsèques concernant la génération d'interfaces graphiques. Nous disposons de modules matlab
spécialisés dans le traitement numérique du signal, les algorithmes d’interpolation et d’optimisation
comprenant les algorithmes génétiques. Le calcul formel est également mis en oeuvre à partir de
logiciels commerciaux comme mapple.
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A3.1.3 Divers
Les activités générales sont menées sur PC : les logiciels de bureautique sont disponibles
(word, excel, power-point, designer) ainsi que les équipements pour la numérisation et le traitement
des images. La liaison avec le réseau internet permet d'accéder aux services de courrier électronique,
aux navigateurs internet, aux comptes utilisateurs sur serveur centralisé, à l'émulation X permettant
l'exécution locale des logiciels UNIX utilisant une interface graphique de type motif.
Concernant les aspects d'automatisation de la mesure, chaque manipulation dispose de son
propre équipement informatique dédié. Les logiciels utilisés pour l’automatisation sont essentiellement
ceux de la société National Instrument (Labview), ou des développements propres (matlab, borland
Pascal, C)
Tableaux récapitulatifs des moyens informatiques disponibles
Matériel
Salle CAO équipée pour la simulation circuit système :
10 postes de type PC homogène Pentium IV – 3 GHz
Salle recherche équipée pour la simulation électromagnétique :
10 postes PC avec des configuration inhomogènes allant du pentium IV 1GHz / Ram 1 Go au
Pentium IV 3.6 GHz dual core / Ram 8 GHz
Postes de bureau :
15 Postes de type PC Pentium IV – 3 GHz / 512 Mo à usage généraliste
3 PC ultra portables
Postes pour la mesure et le prototypage :
5 PCs pour l’automatisation des bancs de mesure
3 PC pour la CAO mécanique 3D, le perçage des circuits, etc..
Postes partagés :
1 PC multimédia en salle commune
2 PCs portables
Logiciels
ADS : 20 licences réseau
MWS : 5 licences réseau
HFSS : 10 licences réseau
FEKO : 10 licences dont une 64 bits réseau
Microstripes : 5 licences réseau
IE3D : 1 licence fixe
Matlab : 50 licences + librairies dédiées ( traitement du signal, optimisation, etc..)
MapleV : 1 licence
Visual Fortran : 3 licences
Nec Win Pro : 1 licence
Labview : 10 licences site ENST Bretagne
Nag : 1 licence
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A3.2 Organisation des moyens informatiques sur le site UBO du LEST
Responsable : G. Tanné
L'équipe
G. Tanné (Maintenance, Gestion, Méphisto)
E. Rius (ADS, Momentum)
J.L. Mattéi (Opéra 2D et 3D)
Les principaux matériels
Parc UNIX :
• 1 SUN Ultra 30
• 1 SUN Ultra 10
• 4 SUN Ultra 5
• 4 HP9000/7xx
Parc PC :
• 40 PC multifonctions pentium II ou III
Organigramme du Réseau Informatique du LEST-UBO
Réseau National
Accès à RENATER
et à INTERNET
(Liaison vers Telecom)
Réseau du CRI-UBO
Serveur Fraise-gw
Gestion du courrier électronique
Réseau du LEST-UBO
Serveur Lest-gw
Comptes utilisateurs SUN
Bureautique
Accès à distance
Messagerie
Recherche
Enseignement
40 PCs connectés
avec émulateur
de TX et Bureautique
(réseau microsoft)
Lest1
Station SUN - Ultra 30
Logiciels HP-MDS7/ADS,
C++, Fortran 77 et 90, pascal
Lest5
Station HP
Lestdess1
Station SUN
Ultra 5
Lest2
Serveur Stations HP
Gestion des comptes HP
Lest6
Station SUN
C++, Fortran 77 et 90, pascal
Lestdess2
Station SUN
Ultra 5
Lest3
Station HP
Gestion des imprimantes du réseau
5 imprimantes réseau
Lest7
Station SUN - Ultra 5
Logiciels OPERA 2D et 3D
Lestdess3
Station SUN
Ultra 5
Lest4
Station HP
Logiciel HP-EESOF
Academy
Lest8
Station SUN - Ultra 10
Logiciels HP-MDS7/ADS,
C++, Fortran 77 et 90, pascal
3 Terminaux X
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Modélisation de circuits et systèmes (ici GSM) Moyens RF/microondes
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ADS est un logiciel CAO de circuits et systèmes RF-microondes-photonique. Il intègre de nombreuses possibilités de
modélisation et simulation qui permettent à la fois de traiter avec précision les phénomènes de propagation dans les sections
RF & microondes et d'en étudier les interactions avec les sections IF et bande de base (estimation de TEB, d'ACPR, d'EVM...)
Les simulateurs électromagnétiques
Les besoins d'intégrations poussées des systèmes ou de développement de structures originales dans les domaines
d'applications mettant en œuvre les fréquences RF et microondes nécessitent en effet un usage de plus en plus important de ce
type de simulateur.
Modélisation électromagnétique d’un coupleur hybride Modélisation électromagnétique d’un filtre coplanaire original
(Logiciel Mephisto-2D)
(Logiciel Momentum)
0.0
M1
dB(S11)
dB(S12)
-50.0
1.5 GHz
FREQUENCY
2.0 GHz
M o m e n tu m S im u la tion
M1=-2.5205E+00
I1=1.7964E+09
Emission
Chaîne de transmission numérique en bande de base sur le logiciel COMSIS
Bg
1.0
p(x)
x
0.5
FDNs
1.5
0.0
SBPe
CDC
FNB
FNBe
FNBs
FDNe
-0.5
-1.0
Réception
FDN
R
CCD
e FDNs Rs CCDs
SIGN
SBPs
-1.5
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
Fr : 0 MHz
B2(1) *10 -7
Exemple de diagramme de l’œil
simulé à l’aide de COMSIS
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Le parc matériel est constitué de stations de travail SUN Ultra 30, 10 ou 5, de stations HP9000/ série 700 et de
PCs. Il soutient ainsi la quasi-totalité des applications du marché généralement disponibles sous UNIX et
windows.
Opera 2d et opera 3d
sont des logiciels qui ont été développes
(société vector fields, oxford, uk) pour
permettre la résolution par la méthode des
éléments finis de problèmes
électromagnétiques (2d et 3d) très généraux,
et pour lesquels les phénomènes de
propagation peuvent être négliges. il est
alors possible de découpler les problèmes
électriques des problèmes magnétiques. Les
conséquences directes de cette approche
essentiellement quasistatique sont un gain
de temps cpu important, ainsi qu’une
précision accrue dans le calcul des champs.
La nature très versatile de ces
logiciels les rend adaptables à une grande
variété de situations. Nous les avons
employés dans le cadre de problèmes
électriques ou magnétiques, ainsi que dans
le cas où l’effet de peau joue un rôle
important. Le but est d’obtenir un résultat
prédictif, ou bien encore de disposer d’un
moyen de validation de résultats
expérimentaux. Parmi les résultats
significatifs qui ont été obtenus dans des
domaines très différents, on peut citer :
• La prédiction du comportement de
matériaux magnétiques granulaires,
classiques ou supraconducteurs (figure
1). Travail destiné à rendre compte des
conséquences qu’ont les phénomènes
d’agrégation sur les propriétés
hyperfréquences de ces milieux.
Figure 1: Phénomène de percolation de densité de
flux magnétique à l’intérieur d’une structure
magnétique composite.
Figure 2: Calculs des champs démagnétisants dans
des structures lamellaires (3D).
• La quantification des effets de champs
démagnétisants dans matériaux
multicouches 3D. On montre par cette
étude que les effets démagnétisants qui
existent dans ces structures particulières
conduisent à l’élargissement de leur
bande d’absorbtion (figure 2).
• Le calcul des intensités de couplage
électromagnétique entre lignes de
transmission. Ce travail sur les
problèmes de diaphonie se situe dans la
cadre d’une étude des interconnexions
des systèmes sur puces en
microélectronique Silicium (figure 3).
Figure 3: Calcul du couplage d’origine électrique
entre trois lignes de transmission. le champ
électrique et le potentiel sont représentés.
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