Tesis sobre el tema "Ethernet (système de réseau local) – Normes"

Le but de cette thèse concerne de minimiser le temps d’échange entre les objets mobile dans un environnement industriel. Dans la première partie une étude bibliographique concernant les problèmes d’échange entre les mobiles sera présentée. Dans la suite nous avons comparé par simulation sous NS2 (Network Simulator 2) plusieurs modèles de propagation afin de sélectionner le modèle le plus adapté à notre milieu industriel. Les résultats des simulations ont montré que le modèle pr1238 est le modèle le plus performant. Ce modèle de propagation sera utilisé ensuite pour optimiser l’algorithme d’accès « back-off ». L’algorithme d’accès « back-off » utilisé dans les réseaux 802. 11 souffre de plusieurs problèmes : collision entre les données, retard de transmission des données échangées, qui est très contraignant dans les applications de temps réel. Pour surmonter ces problèmes, nous avons proposé une nouvelle méthode. Cette nouvelle méthode repose en premier lieu sur la modification des paramètres de l’algorithme de « back-off » en cas de succès et de collision afin de réduire le temps d’accès. En deuxième lieu, elle utilise un réseau de neurones pour augmenter la précision sur les paramètres du modèle
The purpose of this study is to discuss the exchanges between mobiles moving in an industrial environment. To reach this study, a simulation approach has been chosen in order reach this study. This novel method aimed to minimize the exchange time between mobiles within an 802. 11 cell. The first step of our study represents the main points arising from this choice. Initially, we described the main existing models of spread and constraints of radio propagation. The selection of relevant model propagation for the selected industrial site is based on several measurements in domain indoor. The implementation of the ITU Pr1238 model was performed by adjusting the parameters of the various models; we decided to select the model recommended by the ITU under reference Pr1238 as our model that is used for the industrial by the NS2 Simulator. The second step was to come up with a modified method of the DCF in order to minimize the necessary time so that all mobiles within the same cell of an 802. 11b network can exchange the shared information during their co-operation. The optimization of the exchanges time between mobiles was carried out by modifying the binary exponential aspect of the Back-off algorithm as a first phase to reduce the access time to the radio medium. Whereas in the second phase this modified and enhanced BEB method was supported by a Neural Network Function to give us precise output parameters. Those outputs will be learned by the Neural Network Function and will be used in the NS2 simulation to get the new results of the time delay to compare them with the standard BEB method results

Nous étudions le processus de conception et de configuration de réseaux temps réel utilisant les standards Time-Sensitive Networking (TSN). Le groupe de travail IEEE 802.1 TSN a publié un ensemble de standards ajoutant de nouvelles fonctionnalités aux normes utilisés par les réseaux Ethernet commutés. L'objectif de ces nouvelles fonctionnalités est de permettre la mise en place de réseaux Ethernet déterministes, ce qui rend possible leur utilisation dans le cadre d'applications temps réels. L'obtention de cette propriété de déterminisme a néanmoins un coût : l'augmentation de la complexité dans la conception et dans la configuration de ces réseaux. Ces nouvelles fonctionnalités entraînent une augmentation de l'effort de configuration destiné à déployer un réseau capable de respecter ses exigences temps réel. De plus, le processus de conception de ces réseaux faisant usage d'outils de conception tel que des simulateurs réseau, cette augmentation de complexité se répercute également sur ces derniers. Nous proposons dans cette thèse une approche outillée d'assistance à la conception de réseau TSN qui repose sur la modélisation du réseau, des applications qui l'utiliseront et la génération automatique. Nous proposons d'abord une approche de modélisation pour les réseaux TSN. Nous la lions ensuite à une approche de modélisation logicielle afin de mettre en place un processus de génération automatique qui complète le modèle du réseau avec les flux de données. À l'aide de ce modèle, nous proposons une méthode de calcul de la configuration du Credit-Based Shaper et du Time Aware Shaper. Enfin, nous avons développé un outil générant un ensemble de modèles de simulation à destination de plusieurs simulateurs réseau ainsi que les fichiers de configuration des équipements réseau
We are studying the design and configuration process of real-time networks that use theTime-Sensitive Networking (TSN) standards. The IEEE 802.1 TSN working group published aset of standards which adds multiple new functionalities to the switched Ethernet standards.The goal of these new functionalities is to allow the design of deterministic Ethernet networks,which makes their use possible in the context of real-time applications.Making it possible to design deterministic Ethernet networks has a cost : the increase indesign and configuration complexity of the network. These new functionalities makes the config-uration effort needed to guarantee the respect of real-time constraints more important. Moreover,since the design process of real-time networks makes use of design tools such as network simu-lators, this increase in complexity also has an impact on them.In this thesis, we propose a tooled approach to assist the design of TSN networks whichrelies on network and software modeling and automatic generation. We first propose a networkmodeling approach for TSN networks. We then link it with a software modeling approach inorder to automatically enrich the model of the network with a model of the data streams. Usingthe data contained in this model, we propose a method to compute the configuration of theCredit-Based Shaper and Time Aware Shaper. Finally, we developed a tool which produces aset of simulation models for different network simulators aswell as configuration files for networkequipment

Projet de création d'un système d'exploitation reparti. L'architecture du système proposé est structurée en quatre couches: 1) matériel : un réseau local Ethernet. Les sites sont des machines modulaires bull sps7; 2) noyau; 3) système et 4) application. Une évaluation critique de l'implémentation est proposée.

L’augmentation des besoins des consommateurs particuliers et professionnels, ainsi que les évolutions rapides de la technologie, sont à la base de la conception des Réseaux de Nouvelle Génération (RNG). L’optimisation des ressources du réseau permettent aux opérateurs de délivrer efficacement des services de grande qualité à un coût réduit. Du fait de la prééminence des technologies de type Ethernet chez les clients et dans le segment d’accès des réseaux,et de son coût réduit, Ethernet est le candidat naturel pour devenir la technologie privilégiée dans les RNG. Dans le segment métropolitain des réseaux, des initiatives ont abouti à la spécification de variantes d’Ethernet permettant d’associer les flux clients à des Réseaux Locaux Virtuels (ou VLANs). Dans cette thèse, nous investiguons le moyen d’associer optimalement ces VLANs aux arbres couvrants utilisés par Ethernet, ce qui permet de faire de l’ingénierie de trafic. Dans le cœur de réseau, plusieurs approches cherchent à faire d’Ethernet une technologie orientée-connexion et contrôlée par GMPLS (tels que les "Layer 2-LSPs" et PBB-TE). Dans cette thèse, un nouveau type de connexion est introduit, pour les technologies orientées connexion et contrôlées par GMPLS : le bus-LSP. Tant pour les réseaux mono-couches que pour les réseaux multi-couches, les bus-LSP permettent à l’opérateur de réduire ses coûts de manière significative. Nous quantifions cette réduction de coûts, tant opérationnels que d’investissements. Nous proposons des méthodes d’ingénierie pour déployer efficacement les bus-LSPs. Enfin, nous détaillons aussi les extensions protocolaires nécéssaires au contrôle d’un réseau utilisant des bus-LSPs
The increase in individual and professional customer expectations, as well as the fast technological evolutions, are leading to the design of the Next Generation Internet (NGI). Network optimization allows operators to efficiently deliver high-quality services at reduced costs. Due to the pre-eminence of Ethernet technologies at the customer premises and in the access network segment, and due to its low cost, Ethernet is a natural candidate to serve as the technology of choice of the NGI. In the metropolitan network segment, efforts have led to specifying Ethernet flavors which allow mapping client traffic into Virtual LANs. In this thesis, we investigate how to efficiently assign these VLANs to the Spanning Trees generated by Ethernet’s Spanning Tree Protocol, since this is currently the only way to perform traffic-engineering and network optimization in this network segment. In the core network segment, several initiatives aim at turning Ethernet into a GMPLS-controlled connection-oriented technology (such as Layer 2 LSPs and PBB-TE). In this thesis, a new type of connection for packet- and frame- based, connection-oriented and GMPLS-controlled technologies is introduced and studied: the bus-LSP. Both in single-layer and in multi-layer networks, it provides the operator with significant cost reduction. We provide quantification of this reduction, as well as engineering methods for efficiently deploying bus-LSPs. We also detail the control plane protocols extensions needed to manage these bus-LSPs

La recherche dans le domaine des systèmes contrôlés en réseau a considérablement évolué depuis qu'Ethernet est de plus en plus utilisé en remplacement des traditionnels réseaux locaux industriels. Si ce choix d'Ethernet se justifie par sa faculté intrinsèque à supporter toutes les communications de l'entreprise (du bureau à l'atelier), il s'accorde difficilement avec les contraintes temporelles des applications de contrôle / commande distribuées. Contrairement aux réseaux de terrain, l'indéterminisme de l'accès à la voie d'Ethernet ne permet pas de garantir le respect des contraintes temporelles strictes. La contribution de cette thèse est la définition d'une approche analytique permettant de majorer les délais de communication de bout en bout dans les systèmes contrôlés en réseau lorsqu'ils reposent sur une architecture Ethernet commutée. Les travaux se sont focalisés sur l'adaptation de la théorie du calcul réseau à ce type d'environnement. Dans ce cadre, cette thèse développe la modélisation d'un commutateur IEEE 802. 1D ainsi qu'une méthode de calcul des délais de bout en bout basée sur l'augmentation du volume des rafales. Plusieurs expérimentations réelles ont permis de valider l'efficacité des bornes obtenues par calcul. Outre l'évaluation de performances, ces travaux s'intéressent également à la Classification de Service (IEEE 802. 1D/p) et à l'optimisation de l'ordonnancement des trames sur Ethernet. Cette thèse montre enfin comment une méthode d'évaluation de performances peut être utilisée pour dimensionner et optimiser la conception d'architectures Ethernet commutées
In the field of networked control systems, researches have considerably evolved since Ethernet is more and more used to substitute the traditional industrial local area networks. Even if this choice of Ethernet is justified regarding its intrinsic ability to support all the communications of the enterprise (from office to workshop), it is not suitable to assume the time constraints of distributed control applications. Contrary to the fieldbuses, the non-determinism of the medium access method used by Ethernet does not enable to guarantee strict time constraints. The contribution of this thesis is to define an analytical approach to upper-bound the end-to-end delays in networked control systems which are based on switched Ethernet architectures. Work has focused on the adaptation of the network calculus theory to these specifics environments. Within this framework, this thesis presents the modeling of an IEEE 802. 1D switch as well as a computation method of the end-to-end delays based on the increasing of the traffic burstiness. Several real experiments validate the tightness of the computed bounds. In addition to the performance evaluation, the work has also considered the Classification of Service (IEEE 802. 1D/p) and the optimization of the frames scheduling on Ethernet. Finally, this thesis shows how such a performances evaluation method can be used to scale and optimize the design of switched Ethernet architectures

Nous évaluons dans cette thèse deux performances temporelles des architectures d’automatisation distribuées sur Ethernet commuté et utilisant un modèle de coopération client/serveur : Le temps de réponse entre une occurrence d’un événement d’entrée et l’occurrence de l’événement de sortie correspondant ; Le temps de cycle réeseau pour la scrutation par un contrôleur de l’ensemble de ses modules d’entrées / sorties déportées. La conjonction de trois mécanismes de consommation de temps rend ces deux performances variables et difficiles à déterminer de manière analytique. Par conséquent, la méthode proposée se base sur la simulation d’un modèle en réseau de Petri temporisé et coloré du comportement dynamique de l’architecture complète. Les résultats obtenus sur six architectures test permettent de : Montrer que les architectures multi-contrôleurs utilisant le modèle de coopération client / serveur donnent des temps de cycle réseau plus rapide que celles basées sur les modèles maître / esclave et producteur / consommateur ; Quantifier l’influence du réseau et des mécanismes de consommation du temps
In this work, two time performances of switched Ethernet automation systems that use a client/server cooperation model are evaluated : The response time from an occurrence of an input event to the occurrence of the corresponding output event ; The network cycle time for the scanning by a controller of the whole set of its remote inputs / outputs modules. The conjunction of three time consumption mechanisms makes both time performances variable and difficult to compute in an analytic fashion. Thus, the proposed method is based on simulation of a timed and coloured Petri net model of the dynamic behaviour of the whole automation architecture. The results which have been obtained on six benchmark architectures enabled us : To show that multi-controllers architectures using a client/server cooperation model provide faster network cycle times than those based on master/slave and producer/consumer models ; To quantify the influence of the time consumption mechanisms on these performances

Cette étude se focalise sur les aspects de communications filaires et sans fil des systèmes de transports intelligents. Dans une première partie, le réseau embarqué d’un véhicule est constitué à l’aide du réseau Ethernet. Cette approche vise à diminuer la quantité de câbles présents dans les véhicules actuels. Le modèle proposé apporte une aide pour satisfaire les demandes de communications des passagers des véhicules futurs en ce qui concerne les connections Internet, les vidéos en demande, les communications Voice over IP (VoIP) et les vidéos conférences. Un système de communication, interactif et temps réel, est également proposé pour assister le conducteur en fournissant des informations sur le trafic. Une seconde partie est consacrée à la communication sans fil pour la gestion des informations échangées entre entités mobiles dans une zone de trafic urbain. Un modèle de système de communication, s'appuyant sur la technologie WiFi, est utilisé pour les échanges d'informations entre les entités mobiles et entre un point central de communication (noeud de correspondance). Des algorithmes stigmergiques sont utilisés pour le pilotage des entités mobiles. Les entités mobiles communiquent continuellement avec le système de pilotage pour mettre à jour les informations du trafic. Le système de pilotage analyse ces informations et diffuse à tous les véhicules, sous forme de messages, la cartographie du trafic. Le modèle de communication "burst communication" et les techniques de communications mobiles MIPv6 ont été exploités. L'optimisation de l’architecture du modèle de communication permet d'obtenir un nombre minimum de messages perdus lors de la communication entre le point central et les mobiles. Les résultats obtenus montrent que l'on peut parvenir à une réception satisfaisante des messages au niveau des entités mobiles
This study focuses on the wireless as well as the wired aspect of Intelligent Transportation Systems (ITS). The On-Board network of a future smart vehicle is designed using Switched Ethernet as a backbone. This architecture aims at minimizing the amount of wiring present in today’s cars. With the increasing demand of entertainment and connectivity, the proposed model provides the vehicle passengers with internet connection, video on-demand, voice over IP (VoIP) and video conference capabilities. Also, to help the driver, a smart real-time interactive communication scheme is developed to supply traffic information. A wireless communication model is built to support the moving entities in a light urban traffic area; the model is based on stigmergic algorithms running at the core of the system infrastructure. A WiFi model is used to supply wireless connectivity to mobile nodes in a given region. The Mobile IPv4 as well as Mobile IPv6 are tested. The mobile nodes always communicate with the central intelligence of the system to update the traffic information. The stigmergic algorithm processes this data and sends to all moving vehicles messages regarding the actual traffic map. This research focuses on the wireless aspect of the problem and optimizes the architecture to satisfy minimum packet loss in the path from the central correspondent node (CN) to the mobile nodes (MN). It is found that based on MIPv6 technique and using redundant packet transmission (burst communication) one can statistically reach satisfactory

Les travaux portent sur l’économie d’énergie dans le secteur des technologies de la communication et plus particulièrement dans les réseaux filaires. La technologie support de nos travaux est Ethernet qui historiquement utilisée dans les entreprises est actuellement déployée dans les réseaux d’accès et de coeur des opérateurs. Notre objectif est d’économiser de l’énergie par une mise en sommeil des liens Ethernet en s’appuyant sur des mécanismes standards aisément déployables. Pour ce faire nous modélisons et évaluons le mécanisme de mise en sommeil IEEE802.3az et confrontons notre modèle à l’expérimentation sur équipements. A partir du modèle de coût obtenu, nous proposons de mettre en place une ingénierie de trafic verte fonction de la charge qui dirige le trafic dans le réseau de façon à permettre aux liens de se mettre en phase de sommeil tout en préservant une qualité de service en évitant de créer des pertes de données dans le réseau par une concentration trop importante de trafic sur les liens. Nous distinguons plusieurs politiques d’ingénierie de complexité de mise en œuvre différentes, que nous évaluons dans plusieurs contextes. Les résultats obtenus permettent quasiment de doubler les gains obtenus par le standard IEEE802.3az. Nous étudions l’ingénierie dans un mode distribué à partir d’un protocole de routage, OSPF, et présentons une preuve de concept dans un mode centralisé avec une architecture SDN pour laquelle nous proposons l’utilisation du routage source par segment afin de réduire le trafic de contrôle.

L'avènement d'Ethernet dans les environnements industriels bouleverse le schéma des réseaux de terrain basés sur des méthodes déterministes d'accès au médium. De nombreux travaux portent sur l'amélioration des capacités d'Ethernet pour qu'il offre les performances déterministes requises par les applications critiques. Les solutions proposées sont généralement technologiques et nécessitent de remettre en cause soit les concepts de base d'Ethernet, soit le trafic applicatif. Dans ces travaux, nous exploitons les techniques de partitionnement afin de concevoir des architectures optimisées en terme de délais d'acheminement et de charges dans le réseau. Les architectures proposées sont tolérantes aux fautes par la mise en place de redondances pour pallier la défaillance de liens ou de nœuds du réseau. Deux heuristiques de partitionnement ont été développées et adaptées à ce problème de conception d'architectures de communication. Les résultats montrent l'intérêt de la démarche proposée
Industrial Ethernet is a controversial discussion topic mainly due to its non-determinism. Many researches focus on the improvement of Ethernet's capabilities to deliver the deterministic performance required by critical applications. Generally, that is obtained by modifying the Ethernet protocol or the traffic generated by the applications. Furthermore, the industrial context imposes a links redundancy in order to provide reliable architectures. That is why we propose to improve the switched Ethernet topology performances by optimizing the network organization at the level of the physical layer. Some graph partitioning techniques have been used in order to design optimized topologies which guarantee bounded maximum end to end delays. Two heuristics have been developed and adapted to this network design problem. The obtained results show the interest of the proposed method

Les évolutions récentes des réseaux locaux et de leurs applications ont imposé de nouvelles contraintes sur les commutateurs Ethernet. Ces contraintes ont contribué à mettre en évidence les limites de la commutation Ethernet, notamment en ce qui concerne le passage à l'échelle, les services et le contrôle du réseau. Dans cette thèse, nous reprenons comme dans ATM LAN Emulation ou Ethernet over MPLS, l'idée d'introduire la commutation de label dans les réseaux Ethernet. Mais au lieu de remplacer les commutateurs Ethernet, nous modifions plutôt leur fonction d'acheminement. De plus, nous déplaçons les fonctions de contrôle du réseau des commutateurs vers une plateforme séparée. Nous montrons enfin comment l'architecture obtenue permet d'améliorer le contrôle, les services et les performances des réseaux locaux, tout en simplifiant les fonctions, et donc la complexité, des commutateurs Ethernet
Ethernet, which has tradionally been the dominant technology in local area networks, is now facing new challenges due to the recent evolutions of LANs and their applications. These challenges have highlighted the limitations of Ethernet switching, principally those concerning scalability, services, network control and performance. In this thesis, we introduce the label switching technique in Ethernet networks, as it was already the case with ATM LAN Emulation or Ethernet over MPLS. But instead of replacing Ethernet switches, we simply modify their forwarding functions. We then move the network control functions from the switches to a separate platform, where they can be better managed. As result of these modifications, the new architecture described in our proposal improves network control, services and performances, while the switches functionalities, hence their complexity, are simplified

Le choix de la topologie est un facteur fondamental lors de la phase de conception d'un réseau. A l'heure actuelle, la définition topologique du réseau se fait de façon empirique selon le savoir-faire de l'ingénieur réseau. Aussi nous proposons des algorithmes permettant de trouver des topologies optimisées en fonction du volume d'échange entre les points de terminaisons. Deux approches sont proposées selon les types d'applications. La première s'attache à étudier les plans de câblage des réseaux industriels. Des algorithmes reposant sur les techniques spectrales de partitionnement de graphes sont alors proposés. La seconde concerne l'optimisation de la topologie du réseau pour les bureaux d'études. Une analyse en amont des processus de travail de l'entreprise est réalisée en se basant sur les techniques matricielles (DSM: Design Structure Matrix). Les résultats obtenus sont analysés à l'aide d'un outil de simulation de réseaux pour montrer les intérêts de nos propositions
The choice of topology of a communication network is a fundamental factor during the designing phase. Nowadays the topological definition of the network and its cabling plan is done in an empirical way according to the knowledge of the network expert. Thus we propose some of algorithms enabling to find an optimal topology according the volume of exchanges between the End-points (users). Two approaches are proposed according to the kinds of applications. The first one attempts to study the plans of cabling of the industrial networks. Some algorithms based on the spectral techniques of graph partitioning are proposed. The second one concerns the optimization of the design offices network topology. An analysis, of the working processes of the company, based on the metrical techniques (DSM: Design Structure Matrix) is realized. The obtained results are analyzed by means of a networks simulation tool in order to prove the interests of our propositions

Les travaux présentés dans ce mémoire s'intéressent aux mécanismes de redondance spécifiés par un protocole de réseau de terrain sur Ethernet. L'objectif est de valider la spécification par rapport à des exigences de disponibilité. Le contexte industriel des travaux nous a amenés à : 1) privilégier une validation par vérification formelle. Le model-checking temporel a été retenu. En effet, le caractère critique des applications industrielles pour lesquelles doit être intégré le protocole impose une vérification exhaustive des propriétés. Les nombreux paramètres temporels permettant de décrire le fonctionnement du protocole nous ont amenés à favoriser une technique prenant en compte le temps. 2) proposer une modélisation par automates temporisés modulaire ainsi qu'une méthode d'instanciation. Celles-ci permettent d'adapter facilement le modèle à vérifier à une architecture de réseau de terrain envisagée lors de la phase d'étude d'une affaire. 3) proposer des abstractions qui favorisent la vérification du modèle par le moteur de model-checking temporel. Les propriétés vérifiées traduisent l'aptitude des mécanismes de redondance à compenser une défaillance du médium ou de l'animation des échanges. Afin d'illustrer la pertinence de ces propositions, la méthode d'instanciation est appliquée à deux architectures et une campagne de vérifications est menée et analysée
This work deals with an Ethernet based protocol that specifies redundancy mechanisms. The objective is to check the specification respect to availability properties. The industrial context of this work led us to : 1) give priority to a formal method. Temporal model-checking has been selected. Indeed the protocol must be used in critical industrial control systems. Therefore a thorough verification is necessary. The protocol description depends on many temporal parameters. Consequently, a technique taking time into account has been preferred. 2) put forward a method to instantiate our model. This timed automata based model has been designed to be modular. Thus the modelling of any network architecture is possible without requiring any modelling skills from the engineer. 3) put forward abstractions in order to improve the model-checking time and memory consumption. Checked properties describe the redundancy mechanisms capability to keep communications working event in case of medium or end device failure. In order to illustrate the relevance of our proposals, we apply the method of instantiation to two types of network architecture. Then some experiments are conducted and studied

Nous évaluons dans cette thèse deux performances temporelles des architectures d automatisation distribuées sur Ethernet commuté et utilisant un modèle de coopération client/serveur : Le temps de réponse entre une occurrence d un événement d entrée et l occurrence de l événement de sortie correspondant ; Le temps de cycle réeseau pour la scrutation par un contrôleur de l ensemble de ses modules d entrées / sorties déportées. La conjonction de trois mécanismes de consommation de temps rend ces deux performances variables et difficiles à déterminer de manière analytique. Par conséquent, la méthode proposée se base sur la simulation d un modèle en réseau de Petri temporisé et coloré du comportement dynamique de l architecture complète. Les résultats obtenus sur six architectures test permettent de : Montrer que les architectures multi-contrôleurs utilisant le modèle de coopération client / serveur donnent des temps de cycle réseau plus rapide que celles basées sur les modèles maître / esclave et producteur / consommateur ; Quantifier l influence du réseau et des mécanismes de consommation du temps.

Les travaux de thèse s’inscrivent dans le cadre d’une relation pérenne que le CRAN entretient depuis 10 ans avec le CNES. Il s’agit d’étudier la pertinence du remplacement des réseaux de type bus actuellement embarqués dans les lanceurs européens, par des architectures Ethernet commutées standard sur étagères. Les précédents travaux ont permis de qualifier Ethernet sur 2 items de qualité de service : temps-réel et disponibilité. Nous nous attachons à poursuivre ce travail en validant ces premiers résultats sur une plateforme, reproduction à l’échelle de l’architecture qui sera embarquée dans les lanceurs. Ensuite, nous travaillons sur un item original de qualité de service, exigence typique du spatial, appelé observabilité. L’objectif est de rejouer tout vol, après coup, au sol, sachant que le lanceur n’y revient pas, et que l’architecture est commutée, conférant au réseau une dimension multi-domaines d’observation non synchronisés. La synthèse de toutes les captures impose donc de garantir que l’ordonnancement et la fraîcheur des informations de contrôle du lanceur véhiculées dans les trames soient en cohérence avec le fonctionnement applicatif spécifié, et que ce qui est observé soit conforme à ce qui s’est réellement passé. Enfin, nous proposons un sur-échantillonnage réglé dynamiquement pour profiter de la bande passante disponible sans remettre en cause les exigences temps-réel, de reconfiguration et d’observabilité
This thesis is part of a long-lasting relationship between the CRAN and the CNES since 10 years. This involves studying the pertinence of replacing the buses currently embedded in European’s launchers, by off-the-shelf switched standard Ethernet architecture. Previous works qualified Ethernet regarding two quality of service items: real time and reliability. We continue this work by validating these first results on a platform, true scale architecture reproduction which will be embedded in launchers. Then, we work on an original quality of service item, typical of the spatial requirements, called observability. The objective is to re-play the whole flight, afterwards, on ground, knowing that the launcher will not come back, and the architecture is segmented, conferring to the network the dimension of non synchronized multi-domains of observation. The synthesis of all the captures implies to guarantee that the order and the freshness of launcher control information are consistent with the specified applicative operation, and that what is observed is compliant to what really happened. Finally, we propose an over-sampling which is dynamically regulated in order to benefit from the available bandwidth without disturbing real time, reconfiguration and observability requirements

La complexité et le besoin en bande passante des architectures de communication avioniquene cessent de croitre avec le nombre des calculateurs et l’expansion des données échangées. Latechnologie AFDX a été introduite pour offrir des communications haut débit (100Mbps) pourles avions de nouvelle génération. Cependant, ce réseau commuté est déployé de manièreentièrement redondante, ce qui conduit à des quantités importantes de câbles, augmentant lepoids et les coûts d’intégration. Pour faire face à ces problèmes, on propose dans cette thèsel’intégration d’un réseau Ethernet en anneau comme une solution principale pour diminuerle poids et la complexité liés au câblage. Dans ce contexte, notre objectif est de concevoir etvalider un nouveau réseau de communication avionique, AeroRing, basé sur de l’EthernetGigabit avec une topologie anneau
The inherent complexity and bandwidth requirement of avionics communication architecturesare increasing due to the growing number of interconnected end-systems and theexpansion of exchanged data. The Avionics Full Duplex Switched Ethernet (AFDX) has beenintroduced to provide high-speed communication (100Mbps) for new generation aircraft.However, this switched network is deployed in a fully redundant way, which leads to significantquantities of wires, and thus increases weight and integration costs. To cope with thesearising issues, integrating ring-based Ethernet network in avionics context is proposed in thisthesis as a main solution to decrease the wiring-related weight and complexity. In this context,our main objective is to design and validate a new avionic communication network, calledAeroRing, based on a Gigabit Ethernet technology and supporting a Full Duplex ring topology.To achieve this aim, first, a benchmarking of the most relevant Real-Time Ethernet (RTE)solutions supporting ring topologies vs avionics requirements has been conducted, and weparticularly assess the main Performance Indicators (PIs), specified in IEC 61784-2. Thisbenchmarking reveals that each existing RTE solution satisfies some requirements better thanothers, but there is no best solution in terms of all the requirements

Les travaux présentés dans ce mémoire s'intéressent aux mécanismes de redondance spécifiés par un protocole de réseau de terrain sur Ethernet. L'objectif est de valider la spécification par rapport à des exigences de disponibilité. Le contexte industriel des travaux nous a amenés à : 1) privilégier une validation par vérification formelle. Le model-checking temporel a été retenu. En effet, le caractère critique des applications industrielles pour lesquelles doit être intégré le protocole impose une vérification exhaustive des propriétés. Les nombreux paramètres temporels permettant de décrire le fonctionnement du protocole nous ont amenés à favoriser une technique prenant en compte le temps. 2) proposer une modélisation par automates temporisés modulaire ainsi qu'une méthode d'instanciation. Celles-ci permettent d'adapter facilement le modèle à vérifier à une architecture de réseau de terrain envisagée lors de la phase d'étude d'une affaire. 3) proposer des abstractions qui favorisent la vérification du modèle par le moteur de model-checking temporel. Les propriétés vérifiées traduisent l'aptitude des mécanismes de redondance à compenser une défaillance du médium ou de l'animation des échanges. Afin d'illustrer la pertinence de ces propositions, la méthode d'instanciation est appliquée à deux architectures et une campagne de vérifications est menée et analysée.

In this thesis we study the key requirements and solutions for the feasibility and application of Ethernet-TCP/IP technology to the networks we termed Highly-Variable Real-Time Networks (HVRN). This particular class of networks poses exceptionally demanding requirements because their physical and logical topologies are both temporally and spatially variable. We devised and introduced specific mechanisms for applying Ethernet-TCP/IP to HVRNs with particular emphasis on effective and reliable modular connectivity. Using a railroad train as a reference, this work analyzes the unique requirements of HVRNs and focuses on the backbone architecture for such a system under Ethernet and TCP/IP.
Doctorat en sciences appliquées
info:eu-repo/semantics/nonPublished

Les systèmes de commande en réseau (SCR) sont de plus en plus répandus dans le milieu industriel. Ils procurent en effet de nombreux avantages en termes de coût, de flexibilité, de maintenance, etc. Cependant,l’introduction d’un réseau, qui par nature est composé de ressources partagées, impacte considérablement les performances temporelles des systèmes de commande. Un signal de commande par exemple n’arrive à destination qu’après un certain délai. Pour s’assurer que ce délai soit inférieur à un certain seuil de sécurité ou du respect d’autres contraintes temps réels de ces systèmes, une évaluation au préalable, avant la mise en service d’un SCR, s’avère donc nécessaire. Dans nos travaux de recherche, nous nous intéressons à la réactivité des SCR client/serveur et évaluons leur temps de réponse.Notre contribution dans ces travaux est d’adopter une approche analytique à base de l’algèbre (Max,+) et remédier aux problèmes des méthodes existantes comme l’explosion combinatoire de la vérification formelle ou de la non exhaustivité des approches par simulation. Après modélisation des SCR client/serveur à l’aide de Graphe d’Evénements Temporisés puis représentation de leurs dynamiques à l’aides d’équations (Max,+) linéaires, nous obtenons des formules de calcul direct du temps de réponse. Plus précisément, nous adoptons une analyse déterministe pour calculer les bornes, minimale et maximale, du temps de réponse puis une analyse stochastique pour calculer la fonction de sa distribution. De plus, nous prenons en compte dans nos travaux tous les délais élémentaires qui composent le temps de réponse, y compris les délais de bout-en-bout, dus à la traversée du seul réseau de communication. Ce dernier étant naturellement composé de ressources partagées, rendant l’utilisation des modèles (Max,+) classiques impossibles, nous introduisons une nouvelle approche de modélisation à base du formalisme (Max,+) mais prenant en compte le concept de conflit ou ressource partagée.L’exemple d’un réseau de type Ethernet est considéré pour évaluer ces délais de bout-en-bout. Par ailleurs, cette nouvelle méthode (Max,+) est assez générique et reste applicable à de nombreux systèmes impliquant des ressources partagées, au delà des seuls réseaux de communication. Enfin, pour vérifier la validité des résultats obtenus dans nos travaux, notamment la formule de la borne maximale du temps de réponse, une compagne de mesures expérimentales sont menées sur une plateforme dédiée. Différentes configurations et conditions de trafic dans un réseau Ethernet sont considérées
Networked automation systems (NAS) are more and more used in industry, given the several advantages they provide like flexibility, low cost, ease of maintenance, etc. However, the use of a communication network in SCR means in essence sharing some resources and therefore strikingly impacts their time performances. For instance, a control signal does get to its destination (actuator) only after a non zero delay. So, to guarantee that such a delay is shorter than a given threshold or other time constraints well respected, an a priori evaluation is necessary before operating the SCR. In our research activities, we are interested in client/server SCR reactivity and the evaluation of their response time.Our contribution in this investigation is the introduction of a (Max,+) Algebra-based analytic approach to solve some problems, faced in the existing methods like state explosion of model checking or the non exhaustivity of simulation. So, after getting Timed Event Graphs based models of the SCR and their linear state (Max,+) representation, we obtain formulae that enables to calculate straightforwardly the SCR response times. More precisely, we obtain formulae of the bounds of response time by adopting a deterministic analysis and other formulae to calculate the probability density of response time by considering a stochastic analysis. Moreover, in our investigation we take into account every single elementary delay involved in the response time, including the end-to-end delays, due exclusively to crossing the communication network. This latter being however constituted of shared resources, making by the way the use of TEG and (Max,+) Algebra impossible, we introduce a novel approach to model the communication network. This approach brings to life a new class of Petri nets, called Conflicting Timed Event Graphs (CTEG), which enables us to solve the problem of the shared resources. We also manage to represent the CTEG dynamics using recurrent (Max,+) equations and therefore calculate the end to-end delays. An Ethernet-based network is studied as an example to apply this novel approach. Note by the way that the field of application of this approach borders largely communication networks and is quite possible when dealing with other systems.Finally, to validate the different results of our research activities and the related hypotheses, especially the maximal bound of response time formula, we carry out lots of experimental measurements on a lab facility. We compare the measures to the formula predictions and check their agreement under different conditions

La conception d’un réseau de communication de sécurité basée sur l’Ethernet temps réel répondant aux exigences de la norme PESSRAL, dérivée de l’IEC 61508, constitue la base de notre travail. Afin d’atteindre cet objectif, nous mettons en oeuvre des mécanismes permettant de réduire la probabilité d’erreur et d’atteindre les niveaux d’intégrité de sécurité (SIL) par l’utilisation d’un système électronique déterministe. Avec un seul canal de communication, notre système doit être capable d’intégrer des fonctions critiques et non critiques sans remettre en cause la certification du système.Lors de cet engagement nous proposons un système de communication industrielle basé sur l’Ethernet temps réel. Les interfaces de communication proposées répondent aux exigences de réactivité, de déterminisme pour garantir les contraintes temporelles imposées par le processus et la norme. Pour assurer la sécurité fonctionnelle des interfaces, nous avons proposé une surcouche de type "safety" qui implémente des fonctions de sécurité selon le concept du canal noir défini dans l’IEC 61508. En nous basant sur ces propriétés, nous avons réussi à classifier les solutions temps réel à base d’Ethernet en trois classes en fonction du temps de cycle. La surcouche "safety", basée sur la redondance de données, a permis de renoncer à la solution de redondance physique. Cette redondance de données duplique le temps de cycle initial du réseau qui satisfait néanmoins aux conditions de sécurité et temporelles de la norme
The design of a communication network with a real-time Ethernet-based security that meets the requirements of the PESSRAL standard, derived from IEC 61508, is the basis of our work. In order to achieve this goal, we implement mechanisms reducing the residual error probability and achieving Safety Integrity Levels (SIL) via a deterministic electronic system. Through a single communication channel, our system must be able to integrate critical and non-critical functions without compromising the system certification.According to this commitment, we suggest an industrial communication system based on real-time Ethernet. The proposed communication interfaces meet the requirements of responsiveness and determinism in order to guarantee the temporal constraints imposed by the process and the standard. To ensure the functional safety of the interfaces, we have proposed a "safety" overlay that implements security functions according to the concept of the black channel defined in IEC 61508. Based on these properties, we have managed to classify the Ethernet-based real-time solutions into three classes in terms of cycle time. The overlay "safety", based on the redundancy of data, made it possible to give up the solution of physical redundancy. This data redundancy duplicates the initial cycle time of the network, which nonetheless satisfies the security and time conditions of the standard

La demande croissante de débits de données plus élevés dans les centres de données a conduit à de nouveaux protocoles émergents (100 - 400G Ethernet et autres) dans les communications filaires.Ces protocoles favoriseront des encodages plus sophistiqués utilisant moins de bande passante de fréquence. Les exigences de vitesse devenant plus strictes, les architectures analogiques pures ne peuvent y répondre. Ainsi, un virage naturel vers des architectures à signaux mixtes est attendu.Cette thèse propose la conception d'une architecture de récepteur basée sur un Convertisseur Analogique-Numérique (CAN). Il utilise une méthodologie de conception pour définir et valider les exigences et les spécifications des récepteurs filaires à base de silicium qui sont conformes à un fonctionnement supérieur à >100Gb/s sur des canaux de transmission avec des pertes élevées (>20dB).Un prototype en technologie 22nm CMOS FDSOI est proposé comme preuve de concept
The increasing demand of higher data rates in datacenters has led tonew emerging standards (100 - 400G Ethernet and others) in wireline communications. These standards will favor more sophisticated encodings that use less frequency bandwidth. As speed requirements become more stringent, pure analog architectures can not meet them. So, a natural shift towards mixed-signal architectures is expected.This thesis proposes the design of an ADC-based receiver architecture. It uses a design methodology to define and validate the requirements and specifications for silicon-based wireline receivers that comply with >100Gb/s operation over transmission channels with high losses (>20dB). A prototype in 22nm CMOS FDSOI technology is proposed as proof of concept

Les lanceurs spatiaux actuels, et en particulier Ariane 5, utilisent le réseau déterministe MIL-STD-1553B. Compte tenu des nouveaux objectifs de réduction des coûts et de la masse du système global ainsi que du support de trafic de télémesure multimédia, cette technologie n'est plus forcément optimale. Parmi les différents candidats de remplacement, cette thèse met en évidence les capacités du standard Ethernet à répondre à ces nouveaux objectifs tout en s'appuyant sur une utilisation de composants matériels et d'outils de développement existants à moindre coût (COTS). La première contribution porte sur l'évaluation de performances temporelles des architectures commutées. Les travaux mettent ainsi en évidence les gains et limites liés au choix d'une part du mode de communication (de maître/esclaves à producteurs/consommateur) et d'autre part à une future distribution de l'avionique. Pour cela, cette étude s'appuie sur une évaluation déterministe des délais de bout en bout par calcul réseau, simulations et expérimentations. Ces résultats ont été validés pour deux architectures commutées pour un scénario représentatif des vols actuels. La seconde contribution concerne l'amélioration de la disponibilité du système de communication. Il est proposé une stratégie de reconfiguration "temps réel" des chemins par supervision active du réseau. Dans le cadre d'exigences critiques, il est également proposé l'utilisation d'arbres couvrants multiples permettant d'anticiper la défaillance d'éléments d'interconnexion. Enfin, le choix d'architectures commutées et segmentées ne permet plus d'observer en tout point le réseau comme sur un bus. Pour cela, cette thèse met en avant les conditions et performances dans lesquelles un protocole de synchronisation d'horloges pourra contribuer à générer à partir de plusieurs points de captures une trace unique des échanges sur le réseau. Ce travail permettra d'identifier les tests pour une future validation du standard Ethernet pour les lanceurs spatiaux
Current space launchers, and particularly Ariane 5, use the deterministic network MIL-STD-1553B. According to the new objectives of cost and system mass reduction and of multimedia traffic support, this technology is not optimal anymore. Among the potential candidates, this thesis highlights the fact that such objectives can be achieved through the use of Ethernet standard based on components-on-the-shelf. The first contribution focuses on time performance evaluation of switched architectures. The gain and limits related to the communication mode (from master/slaves to producers/consummers) and future avionic distribution are studied. This study relies on a deterministic evaluation of the end-to-end delay by using network calculus, simulations and experiments. These results are validated with two switched architectures by using a scenario considered as representative of current flights. The second contribution is the network availability improvement. A real-time path reconfiguration strategy is proposed through active network supervision. Based on critical requirements, it is also suggested to use multiple spanning-trees for anticipating network element failures. The last contribution deals with the issue that in switched and segmented architectures it is not possible to collect all the traffic as in a bus. In order to do so, this thesis introduces the configurations under which a clock synchronization protocol could contribute to generate a single network trace from many collecting points. This work will enable to identify the tests for a future Ethernet standard validation in the framework of space launchers

La CM (Criticité Mixte) est une solution pour intégrer différents niveaux de criticité dans le même système au sein des mécanismes industriels intégrant des infrastructures réseau différentes. Notre objectif est de proposer des solutions pour intégrer la criticité mixte dans des domaines industriels hautements contraints afin de mélanger des flux de différentes criticité au sein de la même infrastructure. Cette intégration implique des contraintes d'isolation : l'impact du traffic non critique sur le traffic critique doit être borné, et le plus faible possible. C'est une condition indispensable pour assurer le respect des contraintes de temps de transmission. Afin d'analyser ces délais de transmission et de centrer notre travail sur le déterminisme de ces transmissions, nous avons recours à une méthode de calcul de délai de bout en bout appelé l'approche par trajectoires. Dans ce travail, nous utilisons une version corrigée de l'approche par trajectoires, prenant en compte la serialisation des messages.Afin d'assurer les contraintes de délais dans les réseaux à criticité mixte, nous présentons tout d'abord un modèle théorique d'intégration de la criticité mixte. Ce modèles est issu de l'ordonnancement temps-réel en contexte processeur. Ce modèle présente une modélisation des flux considérant que chaque flux peut être de plusieurs niveaux de criticité.Pour intégrer la criticité mixte dans les réseaux temps-réel, nous proposons deux protocoles différents. Le premier est le protocole centralisé. Il est organisé autour de la désignation d'un noeud central dans le réseau, responsable de la synchronisation des niveaux de criticité de chaque noeud via a un mécanisme d'émission multiple fiable. Ce mécanisme est chargé de faire changer les niveaux de criticité de tous les noeuds au même instant. Le second protocole est basé sur une approche distribuée. Il propose une gestion locale à chaque noeud de la criticité. Chaque noeud gère individuellement son propre niveau de criticité interne. Ce protocol permet de préserver les transmissions d'une part du traffic non critique au sein du réseau, même en parallèle de transmissions de flux critiques.Afin de proposer une implémentation de ces protocoles dans Ethernet, nous détaillons comment réutiliser la marque de l'en-tête de Ethernet 802.1Q pour spécifier le niveau criticité d'un message directement au sein de la trame. Grâce à cette solution, chaque flux du réseau est marqué de son niveau de criticité et cette information peut être décodée par les noeuds du réseau afin d'opérer un ordonnancement en conséquence. De plus, en gestion centralisée, nous proposons une solution permettant d'intégrer les informations de gestion de la criticité directement dans les trames du protocole de synchronization d'horloge gls{PTP}.Durant notre travail, nous avons conçu un outil de simulation dénommé gls{ARTEMIS}. Cet outil est utilisé pour l'analyse de délais de transmission dans des réseaux temps-réel et pour l'analyse de scénarios d'ordonnancement à criticité mixte. Les résultats de simulation obtenus nous permettent de formuler différentes hypothèses sur les garanties de qualité de service offertes par les protocoles centralisé et décentralisé. En termes de transmission de trafic non critique, le protocole décentralisé permet d'assurer la transmission d'une certaine quantité de messages grâce au fait que certains noeuds du réseau soient resté en mode non-critique.Pour conclure, nous proposons des solutions d'intégration de la criticité mixte à la fois dans des contextes industriels lourds et dans des architectures Ethernet grand public. Les solutions proposées peuvent être à la fois adaptées à des réseaux synchronisés ou non synchronisés. Selon le protocole, la configuration individuelle à appliquer à chaque noeud peut être réduite afin de proposer des solutions implémentables sur du matériel moins coûteux
MC (Mixed-Criticality) is an answer for industrial systems requiring different network infrastructures to manage informations of different criticality levels inside the same system. Our purpose in this work is to find solutions to integrate gls{MC} inside highly constrained industrial domains in order to mix flows of various criticality levels inside the same infrastructure. This integration induces isolation constraints : the impact of non-critical traffic on critical traffic must be characterized and bounded. This a condition to respect timing constraints. To analyze transmission delays and focus on the determinism of transmissions, we use an end-to-end delay computation method called the trajectory approach. In our work, we use a corrected version of the trajectory approach taking into account the serialization of messages.To assure the respect of timing constraints in mixed critical networks, we first present a theoretical model of gls{MC} representation. This model is issued from gls{MC} tasks scheduling on processors. This model proposes a flow modelization which considers that each flow can be of one (low critical flows) or several criticality levels.To integrate gls{MC} inside gls{RT} networks, we propose two network protocols. The first is the centralized protocol. It is structured around the definition of a central node in the network, which is responsible for synchronizing the criticality level switch of each node through a reliable multicast protocol in charge of switching the network criticality level. This centralized protocol proposes solutions to detect the needs to change the criticality levels of all nodes and to transmit this information to the central node. The second protocol is based on a distributed approach. It proposes a local gls{MC} management on each node of a network. Each node individually manages its own internal criticality level. This protocol offers solutions to preserve when possible non-critical network flows even while transmitting critical flows in the network through weak isolation.In order to propose an implementation of these protocols inside Ethernet, we describe how to use Ethernet 802.1Q header tag to specify the criticality level of a message directly inside the frame. With this solution, each flow in the network is tagged with its criticality level and this information can be analyzed by the nodes of the network to transmit the messages from the flow or not. Additionnally, for the centralized approach, we propose a solution integrating gls{MC} configuration messages into gls{PTP} clock-synchronization messages to manage criticality configuration information in a network.In this work, we designed a simulation tool denoted as gls{ARTEMIS} (Another Real-Time Engine for Message-Issued Simulation). This tool is dedicated to gls{RT} networks analysis and gls{MC} integration scheduling scenarios. This tool, based on open and modular development guidelines, has been used all along our work to validate the theoretical models we presented through simulation. We integrated both centralized and decentralized protocols inside gls{ARTEMIS} core. The obtained simulations results allowed us to provide information about the gls{QOS} guarantees offered by both protocols. Concerning non-critical traffic : the decentralized protocol, by permitting specific nodes to stay in non-critical nodes, assures a highest success ratio of non-critical traffic correct transmission.As a conclusion, we propose solutions to integrate gls{MC} inside both industrial and gls{COTS} Ethernet architectures. The solutions can be either adapted to clock-synchronized or non clock-synchronized protocols. Depending on the protocol, the individual configuration required by each switch can be reduced to adapt these solutions to less costly network devices

Le but principal du projet MARS est d'augmenter la flexibilité des cellules flexibles en facilitant la reconfiguration de la cellule pour de nouvelles productions et en récupérant automatiquement les erreurs. Les erreurs conduisent généralement à un arrêt de la cellule nécessitant, pour la reprise de fonctionnement, une intervention humaine toujours délicate en milieu robotique. Notre but est de concevoir et d'implanter des mécanismes de récupération automatique. Le projet MARS utilise une représentation de haut niveau pour l'environnement robotique basé sur le modèle sémantique PDM. Notre implantation s'inspire des travaux réalisés sur le comportement des organisations humaines. Nous utilisons des concepts comme la coopération ou la négociation parmi une population d'agents indépendants qui contrôlent la cellule flexible. Chaque agent ayant son propre processeur, communique avec les autres agents par envoi de messages à travers un réseau Ethernet. Deux agents particuliers ont sollicité un approfondissement de leur étude, il s'agit de l'agent spécialiste dans l'exécution des tâches d'assemblage et de l'agent coordinateur des récupérations d'erreurs. Notre approche innove en récupérant l'erreur par un raisonnement sur une représentation haut niveau de l'environnement robotique. Il faut noter que chaque agent possède sa propre représentation de la scène robot et la fait évoluer à la fois par sa perception propre (capteur) et par observation des messages circulant sur le réseau Ethernet. La solution multi-agent permet, de plus, de récupérer des erreurs dont on n'a pas réussi à en connaitre l'origine. Ce point est important car il est impossible de réaliser une énumération exhaustive des problèmes susceptibles d'apparaitre dans une cellule flexible.

Les fibres optiques sont de plus en plus une technologie de choix dans les transmissions à haut débit embarqué de type avionique. Elles offrent plusieurs avantages en comparaison aux câbles en cuivre, en termes d'immunité aux interférences électromagnétiques, de poids réduit et surtout des capacités en hauts débits. Les lasers à cavité verticale à émission par la surface (VCSEL) sont également une solution aux performances attrayantes et peu onéreuses. Dans le cadre d'une convention de thèse CIFRE ISAE-Airbus, nous avons étudié la faisabilité d'un système Datacoms à base de VCSELs et à haut débit sur fibre optique multimode. En partant des équations d'évolution monomodes des porteurs et des photons, nous avons élaboré un modèle de la réponse d'un VCSEL émettant à 850nm, en termes de délai d'émission et de jitter induit. L'impact de la prépolarisation en dessous du seuil, avantageuse pour maximiser le rapport d'extinction, sur les performances du VCSEL est étudié. Ce modèle a été appliqué à une liaison optique sur 100m et à 1 Gb/s. De plus, dû principalement au Spatial Hole Burning, le comportement multimode d'un VCSEL et son influence sur la dispersion modale ont été analysés. Des expérimentations ont été effectuées pour caractériser la réponse en modulation du VCSEL afin de valider les prédictions issues de la théorie. Le système d'application est une liaison avionique de type AFDX (Avionic Full Duplex Switched Ethernet) qui respecte les exigences de l'IEEE 802. 3. Nous avons caractérisé une liaison optique à 1 Gb/s sur 100m et en bidirectionnel. Ce système se base sur une liaison fibrée de transmissions de données utilisant des modules intégrant un VCSEL et conçus pour une application embarquée Datacoms, aux contraintes environnementales sévères.

Avec l’apparition des nouvelles technologies de communication, le nombre des systèmes embarqués avionique et automobile est en constante augmentation. La gestion des communications entre ces systèmes devient alors de plus en plus complexe à mettre en oeuvre dans un contexte où les contraintes temporelles et environnementales sont très fortes et où le taux d’échanges de messages en augmentation continuelle. L’utilisation optimale des réseaux pour acheminer les données tout en respectant les contraintes temporelles imposées est essentielle du point de vue de la sûreté de fonctionnement. Historiquement, pour répondre aux problématiques d’efficacité et de sûreté, les industriels ont développé une palette de réseaux embarqués dédiés à leurs applications cibles (CAN, LIN, . . . ). Ces réseaux présentaient des débits relativement faibles à un moment où un besoin croissant en bande passante se faisait ressentir. le choix d’utiliser le concept de composants dit ‘sur étagères’ (off the shelf COTS) permettait alors de pallier à ce nouveau besoin. Dans un souci de conservation des capacités des réseaux à garantir les contraintes temporelles imposées par les systèmes embarqués temps réel, les industriels ont dû adapter ce concept de composants sur étagères aux systèmes embarqués. L’intérêt de l’utilisation de ces composants est un gain non négligeable en bande passante et en poids pour des coûts de développements relativement faibles. L’introduction de ces composants nouveaux s’est faite de telle sorte que leur impact sur les standards préexistants et les systèmes connectés soit minimal. C’est ainsi que les réseaux dit ‘hétérogènes’ ont vu leur apparition. Ces réseaux constituent une hybridation entre les technologies embarquées historiques et les composants sur étagère. Ils consistent en des réseaux d’extrémité utilisant des technologies éprouvées (telles que le CAN) interconnectés via des passerelles à un réseau fédérateur (backbone) utilisant des composants sur étagères. Dès lors, le défi majeur à relever lors de l’utilisation d’un réseau fédérateur est de respecter les contraintes temporelles des applications sollicitant les différents réseaux. L’objectif est mis à mal sur les points d’interconnexion des réseaux hétérogènes (Passerelles). Ainsi l’approche principale utilisée pour le passage d’un réseau à un autre est l’encapsulation de trames. Pour atteindre l’optimalité de performance de cette technique plusieurs paramètres sont à prendre en compte tels que le nombre de trames à encapsuler, les ordonnancements utilisés, le coût en bande passante ainsi que l’impact sur les distributions de délais (gigue). Dans l’optique de préservation des performances des réseaux, l’objet de nos travaux porte sur l’étude, la comparaison et la proposition de techniques permettant l’interconnexion de réseaux hétérogènes temps réels à la fois pour des applications à faibles et à fortes contraintes temporelles. Après un état de l’art sur les réseaux temps réel, nous spécifions différentes techniques d’interconnexion de réseaux hétérogènes, puis, nous présentons une étude de cas basée sur une architecture réseau interconnectant différents bus CAN via un réseau fédérateur sans fil Wi-Fi. L’étude que nous avons menée montre, par le biais de différentes simulations, que cette architecture réseau est une bonne candidate pour la transmission de flux à contraintes temporelles faibles. Une architecture réseau interconnectant différents bus CAN via un réseau fédérateur Ethernet commuté est ensuite considérée dans une seconde étude de cas ciblant les applications à fortes contraintes temporelles. Dans un premier temps, nous prenons en compte le cas d’un réseau fédérateur Ethernet-PQSE et, dans un second temps, le cas d’Ethernet-AVB. Cette étude nous permet de montrer l’impact des différentes techniques d’interconnexion sur les délais des flux du réseau.