Mixed criticality management into real-time and embedded network architectures : application to switched ethernet networks

Résumé : 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
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Operations Research [cs.RO]. Université Paris-Est, 2016. English. 〈NNT : 2016PESC1033〉
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Soumis le : mardi 13 février 2018 - 15:03:07
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Olivier Cros. Mixed criticality management into real-time and embedded network architectures : application to switched ethernet networks. Operations Research [cs.RO]. Université Paris-Est, 2016. English. 〈NNT : 2016PESC1033〉. 〈tel-01708299〉

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