Analyse des interactions entre flux synchrones et flux asynchrones dans les réseaux temps réel

Analysis of interactions between synchronous and asynchronous flows in real-time networks

• Auteur / Autrice : Hugo Daigmorte
• Direction : Marc Boyer
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Réseaux, télécom, système et architecture
• Date : Soutenance le 21/01/2019
• Etablissement(s) : Toulouse, ISAE
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mathématiques, informatique et télécommunications (Toulouse)
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Équipe d'accueil doctoral Modélisation et ingénierie des systèmes (Toulouse, Haute-Garonne)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Office national d'études et recherches aérospatiales. Département Traitement de l’Information et Systèmes (DTIS)
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Marc Boyer

Mots clés

Mots clés contrôlés

Systèmes embarqués (informatique)

Mots clés libres

TSN

CAN

Réseau embarqué

Calcul réseau

TSN

CAN

TTEthernet

Network calculus

Résumé

Les systèmes embarqués complexes (avions, satellites, drones...) contiennent de plus en plus de calculateurs. Désormais ce sont des dizaines voire des centaines de calculateurs qui communiquent à travers un réseau partagé. Une fonction est réalisée par la collaboration d'un ensemble de calculateurs qui s'échangent un nombre croissant d'informations. Dans un contexte de temps réel embarqué, il faut non seulement garantir que ces informations échangées sont correctes mais il faut aussi garantir qu'elles vérifient leurs contraintes temporelles. Du point de vue du réseau cela signifie qu'une information doit être échangée en respectant les délais qui lui sont imposés. Ceci implique de pouvoir borner le temps de traversée du réseau de chaque message afin de vérifier qu'il arrive dans les temps. Or les systèmes embarqués étant de plus en plus complexes et le nombre d'informations échangées étant en constante augmentation, cette borne est de plus en plus difficile à calculer. De plus il est important que cette borne soit le moins pessimiste possible afin d'éviter que le système soit surdimensionné. L'objectif de ce travail est de mettre en place un modèle capable de calculer ces bornes.Afin d'y parvenir nous nous sommes basés sur la méthode d'analyse du Calcul Réseau.Ce travail s'est en particulier attardé sur la modélisation des interactions qui existent entre les messages synchrones et les messages asynchrones. Les modèles présentés dans ce manuscrit prennent en compte les dates d'émission sur le réseau des messages synchrones lors du calcul des bornes supérieures de temps de traversée des messages asynchrones.Les principales contributions apportées par ce manuscrit sont :1. la présentation d'une nouvelle façon d'envisager l'utilisation des dates d'émission sur le bus CAN : la synchronisation faible.Ainsi que la modélisation complète d'un tel système et enfin l'évaluation du gain apporté par cette solution.2. une modélisation complète du réseau TTEthernet permettant d'évaluer finement l'impact des flux synchrones sur le tempsde traversée des flux asynchrones.3. une présentation de l'utilisation de la synchronisation dans le réseau TSN ainsi qu'un modèlecomplet permettant d'analyser cette nouvelle technologie.

Complex embedded systems (planes, satellites, drones ...) contain more and more calculators. From now on, these are tens or even hundreds of calculators that communicate through a shared network. A function is achieved by the collaboration of a set of devices that exchange a growing number of information. In an embedded real-time context, it must be ensured that these informations exchanged are correct but it must also be ensured that they verify their temporal constraints. From the network point of view, this means that informations must be exchanged respecting their deadlines. This implies being able to upper bound the traversal time of the network of each message in order to verify that it arrives in time. However, as embedded systems are more and more complex and as the amount of information exchanged is constantly increasing, this bound is increasingly difficult to compute. Furthermore, it is important that this upper bound to be the least pessimistic possible to avoid an oversized system.The goal of this work is to develop new methods of analysis in order to be able to compute these bounds.In order to achieve this, we used the Network Calculus method of analysis.This work focuses on the modeling of interactions between synchronous messages and asynchronous messages.The models presented in this work take into account the transmission dates on the network of synchronous messageswhen calculating the upper bounds of traversal time of the asynchronous messages.The main contributions are:1. the presentation of a new way of considering the use of the dates of emission on the CAN bus: the weak synchronization.As well as the complete modeling of such a system and finally the evaluation of the gain provided by this solution.2. a complete modeling of the TTEthernet network allowing to evaluate the impact of the synchronous flows on the traversal time of the asynchronous flows.3. a presentation of the use of synchronization in the TSN network and a complete model for analyzing this new technology.