Performance Estimation, Testing, and Control of Cyber-Physical Systems Employing Non-ideal Communications Networks
Estimation des performances, test et contrôle des systèmes cyber-physiques employant des réseaux de communication non idéaux
Résumé
Wireless technology is a key enabler of the promises of Industry 4.0 (Smart Manufacturing). As such, wireless technology will be adopted as a principal mode of communication within the factory beginning with the factory enterprise and eventually being adopted for use within the factory workcell. Factory workcell communication has particular requirements on latency, reliability, scale, and security that must first be met by the wireless communication technology used. Wireless is considered a non-ideal form of communication in that when compared to its wired counterparts, it is considered less reliable (lossy) and less secure. These possible impairments lead to delay and loss of data in industrial automation system where determinism, security, and safety is considered paramount. This thesis investigates the wireless requirements of the factory workcell and applicability of existing wireless technology, it presents a modeling approach to discovery of architecture and data flows using SysML, it provides a method for the use of graph databases to the organization and analysis of performance data collected from a testbed environment, and finally provides an approach to using machine learning in the evaluation of cyberphysical system performance.
La technologie sans fil est un catalyseur clé des promesses de l’industrie 4.0 (fabrication intelligente). En tant que telle, la technologie sans fil sera adoptée comme mode de communication principal au sein de l’usine en général et dans les unités de production en particulier. La communication des unités de production en usine a des exigences particulières en matière de latence, de fiabilité, d’échelle et de sécurité qui doivent d’abord être satisfaites par la technologie de communication sans fil utilisée. Le sans fil est considéré comme une forme de communication non idéale dans la mesure où par rapport aux communications câblées, il est considéré comme moins fiable (avec perte) et moins sécurisé. Ces dégradations possibles entraînent un retard et une perte de données dans un système d’automatisation industrielle où le déterminisme, la sécurité et la sûreté sont considérés comme primordiaux. Cette thèse étudie les exigences d’une communication sans fil dans les unités de production et l’applicabilité de la technologie sans fil existante dans ce domaine. Elle présente une modélisation SysML de l’architecture du système et des flux de données. Elle fournit une méthode d’utilisation des bases de données de type graphe pour l’organisation et l’analyse des données de performance collectées à partir d’un environnement de test. Enfin, la thèse décrit une approche utilisant l’apprentissage automatique pour l’évaluation des performances d’un système d’objets connectés dans le domaine de fabrication.
Origine : Version validée par le jury (STAR)