Approches logicielles de sûreté de fonctionnement pour les systèmes RFID

Software dependability approches for RFID systems

• Auteur / Autrice : Rafik Kheddam
• Direction : Ioannis Parissis, Oum-El-Kheir Aktouf
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Informatique
• Date : Soutenance le 09/04/2014
• Etablissement(s) : Grenoble
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mathématiques, sciences et technologies de l'information, informatique (Grenoble ; 1995-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de conception et d'intégration des systèmes (Valence ; 1996-....)
• Jury : Président / Présidente : Yves Le Traon
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Pierre-Cyrille Héam
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Nathalie Mitton

Mots clés

Mots clés contrôlés

Systèmes d'identification par radiofréquence

Mots clés libres

Systèmes RFID

Middleware RFID

Protocole LLRP

Test

Diagnostic

Sûreté de fonctionnement

RFID systems

RFID middleware

LLRP protocol

Test

Diagnosis

Dependability

Résumé

On assiste de nos jours à une utilisation croissante des systèmes RFID (Radio Frequency IDentification systems) dans diversdomaines d’application (logistique, systèmes de production, inventaires, traçabilité, etc.). Certaines de ces applicationsprésentent un caractère critique à l’image du respect de la chaîne de froid lors de l’acheminement de denrées alimentaires oudans le cas de systèmes de manutention de bagages dans les aéroports. Or, la sensibilité des systèmes RFID vis-à-vis de leurenvironnement, notamment des perturbations électromagnétiques ou de la présence d’obstacles, les rend vulnérables. Demême, de par le nombre important d’éléments (étiquettes, lecteurs) mis en oeuvre dans de tels systèmes, des comportementserronés peuvent survenir en raison de fautes dans les divers éléments constituant le système. D’où l’importance et la nécessitéde traiter le problème de la sûreté de fonctionnement et de la tolérance aux fautes dans le but de rendre ces systèmes plusrobustes.L’objectif de cette thèse concerne la proposition d’approches logicielles de test et de diagnostic en ligne adaptées aux systèmesRFID en vue d’améliorer leur robustesse. Depuis quelques années, une exploitation efficace des systèmes RFID a vu ledéveloppement d’intergiciels ou de middlewares RFID, dont le rôle est de proposer des services permettant la gestion desquantités de données importantes en provenance des lecteurs RFID. L’utilisation de tels intergiciels est d’un grand intérêt pourla sûreté de fonctionnement des systèmes RFID en raison de la nature distribuée de ces systèmes ; en particulier, grâce àl’intégration des mécanismes de sûreté de fonctionnement, plus précisément le test et le diagnostic en ligne, au niveau dumiddleware. Dans cette thématique, nous avons proposé plusieurs solutions pour couvrir les deux couches centrales du systèmeà savoir la couche middleware et son interface de communication avec les sources de données, le protocole LLRP (Low LevelReader Protocol). Nous avons proposé une solution middleware compatible avec le standard de communication des systèmesRFID, et utilisée comme un réceptacle pour une solution algorithmique de diagnostic probabiliste qui permet de détecter lesdéfaillances potentielles des composants du système sur la base d’un modèle probabiliste qui tient compte de l’environnementd’exécution. Ensuite, nous avons proposé un mécanisme d’analyse des fichiers log de l’interface de communication LLRP,complémentaire à l’algorithme probabiliste et qui permet d’approfondir le diagnostic en recherchant les causes de la défaillancedétectée sur la base de différentes signatures de défaillances déjà établies. Enfin, nous avons proposé une extension dustandard de communication LLRP qui tient compte de plusieurs comportements défaillants dans le but de rendre ce dernier plusfiable.

We are witnessing today a growing use of RFID (Radio Frequency IDentification) systems in various application areas (logistics,production systems, product traceability, etc.). Some of these applications are critical such as food-related cold chain logistics orbaggage handling systems in airports. Nevertheless, RFID are very sensitive to their environment, including electromagneticdisturbances or presence of obstacles, making them error-prone. Also, because of the large number of elements (tags, readers,and sensors) constituting current RFID systems, erroneous behaviors are more frequent. Hence, it is important to address all theproblems related to RFID system dependability and deal with them in order to make these systems more robust.The goal of this thesis is the development of software test and online diagnosis facilities for RFID systems to improve theirrobustness. In recent years, the effective use of RFID systems has seen the development of RFID middleware solutions, whoserole is to provide services for the management of large amounts of raw data of the various RFID sources. Due to the distributednature of current RFID systems, the use of such solutions is of great interest regarding the improvement of RFID systemdependability. In particular, thanks to the integration of dependability mechanisms, specifically the online test and diagnosisapproaches in the RFID middleware solution. In addition, because of the middleware is considered as the backbone of an RFIDsystem, whereby the whole RFID dataflow passes; all the needed information will be availabe to our proposed approaches toperform a correct diagnosis. We proposed several solutions to cover the two main layers of RFID systems; namely, themiddleware layer and the communication layer between the middleware and the data sources, the Low Level Reader Protocol(LLRP). We have proposed a LLRP compliant middleware solution, used to accommodate a probabilistic diagnosis algorithm todetect potential failures of the RFID system components on the basis of a probabilistic model that takes into account theexecution conditions. Then, we proposed a complementary mechanism to the previous algorithm for analyzing the log files ofthe LLRP communication interface allowing further analysis by looking for the causes of the detected failures on the basis of an already defined set of failure signatures. Finally, we proposed an extension of the LLRP standard to make it more reliable bytaking into account several RFID failures.