Propositions of methods to adapt the network to real-time applications constraints
Propositions de méthodes pour adapter le réseau aux contraintes d'applications temps-réel
Résumé
The study of the Networked Control Systems (NCS) is based both on the identification of the application functioning requirements called Quality of Control (QoC) and on the evaluation of the Quality of Service (QoS) offered by the network. The studies on the NCS are classified according to two approaches: the control over network and the control of network. This thesis addresses the second approach and models the scheduling mechanisms implemented in the Ethernet switches that are more and more used in the industrial applications. The specific QoS parameter studied in this thesis is the delay disturbing the controlled system. This thesis proposes two models of classification of service based on WRR (Weighted Round Robin) schedulers. The first modeling follows a constructive approach by using the network calculus theory. The second is based on an identification step from numerical simulations and from the fuzzy logic. In the two cases, the purpose is both to offer enough bandwidth for the time constrained traffic and to maximize the bandwidth dedicated to the others traffics to avoid famine effects. The network calculus approach is used to configure off-line the network in respecting the NCS strict time constraints. The solution based on the fuzzy logic enables a dynamic control of the scheduler in order to tune on-line the network according to the traffic variations. This latter can be applied only to NCS with soft time constraints.
L'étude des Systèmes Contrôlés en Réseaux (SCR) repose sur l'identification des exigences de fonctionnement de l'application appelées Qualité de Contrôle (QdC) et sur l'évaluation de la Qualité de Service (QdS) offerte par le réseau. Les travaux sur les SCR se repartissent selon deux approches : la commande en réseau et la commande de réseau. Cette thèse se positionne sur la deuxième approche avec une recherche axée sur la modélisation des mécanismes d'ordonnancement implémentés dans les équipements réseau et notamment dans les commutateurs Ethernet qui sont de plus en plus utilisés dans les applications industrielles. Ce travail de recherche étudie plus particulièrement comme paramètre de QdS, les délais qui engendrent des perturbations sur le système commandé. Cette thèse propose deux modèles de classification de service reposant sur des ordonnanceurs WRR (Weighted Round Robin). La première modélisation suit une approche constructive en utilisant la théorie du calcul réseau. La seconde s'appuie sur une phase d'identification à partir de simulations numériques et de la logique floue. Dans les deux cas, le but est d'offrir une bande passante suffisante pour le trafic contraint temporellement tout en maximisant la bande passante dédiée aux autres trafics pour éviter des effets famine. L'approche calcul réseau permet de configurer le réseau hors-ligne pour répondre à des contraintes temporelles strictes du SCR. La solution basée sur la logique floue autorise une commande dynamique de l'ordonnanceur pour ajuster en ligne le réseau en fonction des variations du trafic. Elle ne peut s'appliquer qu'à des SCR ayant des contraintes de temps souples.
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