Responsable : Katia Jaffrès-Runser

Cette thématique regroupe des travaux qui illustrent une expertise pointue dans le domaine des réseaux embarqués et des systèmes temps-réels, que ce soit au niveau de leur conception, de l’évaluation de leur performance ou de leur optimisation. Les travaux s’articulent autour de 3 sujets d’étude.

Déterminisme de systèmes distribués cyber-physiques

Les systèmes cyber-physiques regroupent à la fois des systèmes de taille réduite composés de systèmes embarqués communicants (automobiles, avions, etc.), ou de systèmes à plus grande échelle où des systèmes temps-réels dialoguent au travers d’un réseau temps-réel filaire ou sans-fil (chaine de production, grille du réseau électrique, centrale thermique, etc.). Un des points communs entre ces systèmes est leur mode de communication machine-à-machine qui requiert, en plus de la parfaite fiabilité des communications, un délivrance des messages en temps borné pour assurer la terminaison tes fonctions temps-réelles communicantes.

Ces systèmes peuvent évoluer de manière synchrone ou asynchrone, ce qui signifie que les systèmes communicants partagent ou non une horloge commune. L’équipe a ainsi travaillé à l’étude du déterminisme des systèmes cyber-physiques en prenant en compte le caractère synchrone ou asynchrone des communications, voire la possible utilisation d’une horloge commune aux systèmes.

Afin d’assurer le déterminisme d’un système distribué synchrone, nous avons étudiés le comportement temporel de protocoles de synchronisation réseau. Nous avons notamment proposé et étudié les propriétés de convergence de protocoles de synchronisation sans-fil. Actuellement, nous travaillons, en relation avec l’IRT St Exupéry, à la configuration et à la preuve de déterminisme du protocole de synchronisation filaire IEEE802.1 AS, protocole central aux services synchrones d’un réseau TSN (Time Sensitive Networking).

Les systèmes distribués asynchrones, par définition insensibles à la perte d’une horloge commune, sont favorisés par l’industrie avionique. Deux thèses ont proposé des méthodologies de conception de systèmes basés sur l’avionique modulaire intégrée (IMA) avec une prise en compte fine des latences pire-cas dues aux transmissions sur le réseau embarqué avionique. Ces méthodologies optimisent l’ordonnancement des fonctions sur les systèmes de façon à garantir leur exécution temps-réelle.

Méthodes et modèles pour la certification de réseaux embarqués temps-réels

Au travers d’une collaboration étroite avec l’industrie avionique, l’équipe a travaillé sur des problématiques concrètes de dimensionnement des réseaux embarqués et des systèmes avioniques. Elle a participé notamment à l’élaboration de méthodes mathématiques de certification du réseau AFDX, le standard avionique actuel pour les communications de type contrôle commande dans l’avion, au début des années 2000.

Pour ces réseaux critiques, il est nécessaire de calculer une borne supérieure sûre sur le délais de bout-en-bout dans le réseau. Les méthodes développée se basent sur le calcul réseau, le modèle checking ou la méthode des trajectoires. L’équipe s’intéresse actuellement à l’extension de ces méthodes aux fonctionnalités avancées des nouveaux standards. Ces standard permettent d’introduire des mécanismes de qualité de service pour que des réseaux déterministes puissent transporter un trafic additionnel non temp-réel tel que la vidéo ou l’audio. Des technologies Ethernet temps-réel telles qu’AVB ou TSN sont étudiées en particulier.

L’équipe a aussi réalisé des travaux liés à l’analyse du déterminisme pour d’autres types de réseaux embarqués tels que les réseaux embarqués automobiles ou les réseaux de bord satellite. Un nouvel axe de recherche s’intéresse actuellement aux réseaux embarqués programmables et à l’utilisation de langages de programmation de haut niveau tels que P4 ou DPDK pour créer et paramétrer des réseaux déterministes à la demande.

Déterminisme et fiabilisation des réseaux IoT industriels

L’équipe s’intéresse également au déploiement de réseaux sans-fil maillés déterministes qui sont au cœur de nombreux systèmes cyber-physiques avec l’avènement des technologies de l’IoT industriel. Les normes récentes de l’IEEE et de l’IETF permettent de déployer des capteurs capables de communiquer de façon synchrone sur quelques sauts. Ainsi, il devient nécessaire de pouvoir déployer des réseaux d’objets maillés qui interagissent avec le reste du système cyber-physique en temps borné.

L’équipe s’intéresse dans ce contexte à extraire des bornes pire cas sur le délai de communication de bout-en-bout. L’accent est porté alors à la fourniture d’un service de transfert qui présente un taux de perte quasi-inexistant. Pour ce faire, des modèles stochastiques du réseau ont été définis et optimisés pour extraire des configurations de réseau performantes, voire Pareto-optimales. Ces travaux sont actuellement développés dans le cadre d’une collaboration avec le département des essais en vol d’Airbus.

Dans le cadre de la mise en œuvre de ces réseaux sans-fil déterministes, l’équipe s’intéresse aussi de près à la problématique de synchronisation des réseaux d’objets et à la validation des protocoles le permettant. Les résultats liés à ces travaux trouvent leur application dans différents domaines tels que l’industrie du futur, les systèmes cyber-physiques ou encore la conception de réseaux embarqués sans-fil critiques