Communication Networks and Process Control Applications

Réseaux de Communication et Applications de Contrôle-Commande

Xuan Hung Nguyen (1)

1 LAAS-MRS

This thesis is in the field of Networked Controlled Systems, which are multidisciplinary systems and which experience a great development in the context of the current technology and introduce new research problems, particularly for the communities of Automatic Control and Communication Network. The aim is to show the interest in considering a bidirectional link between the Quality of Control (QoC) (stability and performance of process control applications) and Quality of Service (QoS) (delays in the transmissions) and to focus on Local Area Networks and, more particularly, on the scheduling of frames in the MAC layer in which we consider CSMA MAC protocols. Our work first concerns a CAN network where we have three proposals. The first proposal consists of solutions for QoS, for process control applications, which are based on the concept of hybrid priority for the frame scheduling in which we define a dynamic priority part which depends on a QoC parameter. This allows to implement a relation QoC->QoS. The second proposal consists of QoC solutions by using a compensation method for time delays (maintenance of dominant poles) which allows to implement a relation QoS->QoC. The third proposal consists in implementing a relation QoS<=>QoC that ensures, for the implementation of several applications, a fairness property. We then discuss the specific context of Wireless LANs, where, on the one hand, we define collision-free CSMA MAC protocols on the basis of priorities and, on the other hand, we show the feasibility of the ideas developed in the CAN network.

Cette thèse se situe dans le domaine des Systèmes Commandés en Réseaux, systèmes pluridisciplinaires qui connaissent un grand développement dans le contexte technologique actuel et qui introduisent de nouveaux problèmes de recherche, en particulier, pour les communautés Automatique et Réseau de Communication. L'objectif est de montrer l'intérêt de considérer un lien bidirectionnel entre la Qualité de Contrôle (QdC) (stabilité et performance des applications de contrôle-commande) et la Qualité de Service (QdS) (retards dans les transmissions) en se focalisant sur les réseaux locaux et plus particulièrement sur l'ordonnancement des trames dans la sous couche MAC où on considère des protocoles MAC de type CSMA. Notre travail se situe tout d'abord dans le cadre du réseau CAN où nous faisons trois propositions. La première proposition consiste en des solutions de QdS pour des applications de contrôle-commande sur la base du concept de priorité hybride, pour l'ordonnancement de trames, dans laquelle nous définissons une partie priorité dynamique qui dépend d'un paramètre de QdC. Ceci permet de réaliser une relation QdC->QdS. La deuxième proposition consiste en des solutions de QdC par une méthode de compensation de retard (maintenance des pôles dominants) ce qui permet de réaliser une relation QdS->QdC. La troisième proposition consiste à réaliser une relation QdC<=>QdS qui assure lors de l'implantation de plusieurs applications, une propriété d'équité comportementale. Nous abordons ensuite le cadre particulier des réseaux locaux sans fil où, d'une part, nous définissons des protocoles MAC de type CSMA sans collision sur la base de priorités et, d'autre part, nous montrons la faisabilité des idées développées dans le cadre du réseau CAN.

Mots clés: Networked Control Systems; MAC protocols; Wireless Networks; Automatic Control; Quality of Control; Quality of Service; Co-design

Mots clés: Systèmes Commandés en Réseaux; Protocoles MAC; Réseaux sans fil; Automatique; Qualité de Contrôle; Qualité de Service; Co-conception

Domaines: Systèmes embarqués

Xuan Hung Nguyen. Réseaux de Communication et Applications de Contrôle-Commande. Systèmes embarqués. INSA de Toulouse, 2011. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00663316v2⟩