Utilisation de SysML pour la modélisation des réseaux de capteurs (original) (raw)
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2009
RESUME La complexité des nouveaux systèmes ne cesse de s'accroître, en termes d'intégration de multiples technologies, de nombre de composants, ainsi qu'en termes de performances attendues et en contraintes sécuritaires. De plus, les phases de conception de ces systèmes doivent également garantir la tenue de délais stricts pour un coût maîtrisé. Nous avons développé une méthode d'analyse de la sûreté de fonctionnement des systèmes complexes, intégrée aux méthodes d'ingénierie système dirigées par les modèles nommée MéDISIS. Nous montrons l'apport du langage SysML [14] pour l'établissement d'un modèle commun aux différents intervenants du projet, la traçabilité des exigences, et l'automatisation des liens vers les études de sûreté de fonctionnement [5,6,7,8]. Nous présentons dans un premier temps, comment extraire des diagrammes SysML fonctionnels, les informations nécessaires aux études de risques et constituer une AMDEC préliminaire servant de base aux études de sûreté de fonctionnement. Pour cela, des règles d'analyse des modèles SysML sont formulées à partir de l'étude de méta-modèles et corroborées par le biais d'études de cas industriels. À partir de ces règles, nous proposons une procédure de traitement des modèles SysML pour la génération d'AMDEC préliminaire. Cette procédure fait appel au retour d'expérience géré à travers une base de données des comportements dysfonctionnels. Dans un second temps, nous expliquons la mise en place d'une traduction des modèles SysML vers une description utilisant AltaRica Data Flow, destinée à l'analyse quantitative de la SDF [15]. Organisée en deux étapes, la création des modèles en AltaRica Data Flow, comporte la traduction directe de la partie fonctionnelle depuis des modèles SysML. Puis la partie concernant le comportement dysfonctionnel est ajoutée en exploitant les données recueillies lors de la phase d'AMDEC et gérées à travers notre base de données des comportements dysfonctionnels. Le troisième axe développé est celui des contraintes temporelles, où nous soulignons les points communs entre SysML et des langages de description d'architecture (ADL) comme AADL (Architecture Analysis & Design Language)[3]. Ici, nous nous attachons à focaliser les modèles sur les contraintes temporelles tous en gardant le lien vers les exigences et permettre ainsi d'introduire très en amont du cycle de développement les spécifications temporelles notamment lors des choix d'architectures [4]. En termes de conclusion, nous indiquons comment ces activités s'inscrivent dans le cadre de l'étude et la conception d'un véhicule expérimental hypersonique, fruit d'une collaboration en cours avec la société MBDA. Nous indiquerons les difficultés et gains obtenus lors du déploiement de notre méthode dans un processus déjà existant. Ces réflexions portent sur les phases amont du cycle de développement.
SPAS: un profil SysML pour les systèmes auto-adaptatifs
Sections de rattachement : 27 (informatique) Secteur : Tertiaire RÉSUMÉ. Nous souhaitons présenter dans cet article un exemple de recherche appliquée, transversale et fédérative, comme le milieu des IUT peut en provoquer. Nous présentons un travail qui démarre seulement et dont les résultats ne pourront être évalués que dans quelques années, mais qui nous le pensons est tout à fait illustratif des intérêts à mener des activités de recherche en milieu IUT et donc tout à fait dans l'esprit de l'appel à communication du congrès. En effet ce projet consiste à développer un langage dédié à l'expression des contraintes des systèmes informatiques adaptatifs (c'est à dire qui modifient leur comportement en fonction de l'évolution de leur environnement extérieur). Le domaine applicatif que nous privilégions est celui des systèmes d'aide au maintien et au monitoring des personnes à domicile.
Algorithmes pour l'estimation des données dans les réseaux de capteurs
2009
La collecte des données est un des enjeux majeurs dans les réseaux de capteurs. En effet, les communications induites par la transmission de données réduisent considérablement la durée de vie du réseau. Une des techniques utilisées pour réduire la quantité de données transférées est l'agrégation et selon le type des donnéesétudiées, une des possibilités est l'utilisation de série temporelle ARMA. Dans cet article, nous proposons quatre algorithmes d'agrégation de données s'appuyant sur le modèle AR permettant ainsi la diminution de la consommation d'énergie dans les réseaux de capteurs et augmentant la durée de vie de ceux-ci.
Analyse structurelle de réseaux de capteurs pour la commande et l'observation
Http Www Theses Fr, 2011
Bibliographie Annexe Le premier problème que nous considérons dans cette thèse est le problème du rejet de perturbations par retour de mesure. Les systèmes dynamiques sont souvent affectés par des perturbations. Pour assurer certaines performances du système, il faut donc éliminer ou réduire si possible l'effet des perturbation. Certaines approches permettent de minimiser la norme de la matrice de transfert entre les perturbations et les sorties à réguler [Vidyasagar, 1987]. Dans notre travail, nous nous intéressons au problème du rejet de perturbation exact par retour de mesure. Ce problème consiste à commander un système, à l'aide d'un retour dynamique de sortie mesurée, pour que la matrice de transfert entre les perturbations et les sorties à réguler soit nulle. Le retour dynamique est
Vers une modélisation générique de données capteur : VGS
A partir d'une modélisation enquête et d'une modélisation capteur, un modèle générique capteur données-centré est présenté. L'objectif est de permettre à terme l'exploration de données multisources et multidimensionnelles afin de faciliter la compréhension de phénomènes complexes liés à des objets d'études instrumentés. Une expérimentation a été réalisée in vivo dans le cadre du bâtiment intelligent notamment pour comprendre les phénomènes énergétiques de l'habitat. Le modèle présenté a ainsi été instancié sur des mesures physiques réelles et des données empiriques issues d'enquêtes usager. MOTS-CLES : données capteurs-BD-données spatio-temporelles-modèle-bâtiment
Conception et modélisation d'un émulateur d'un réseau de capteurs sans fil
Http Www Theses Fr, 2012
La conception des systèmes embarqués devient un processus de plus en plus complexe et multidisciplinaire. Elle nécessite que se développent des méthodes et des outils de conception, vérification et de réutilisation assurant un travail coopératif sans faute. Cette exigence est présente dans le développement en cours des « réseaux de capteurs » destinés à la surveillance et au diagnostic dans des domaines très divers (Systèmes de « Health monitoring » & « ambiant intelligence ») qui nous concernent ici. Les travaux que nous présentons dans ce mémoire appliquent les approches descendantes classiques de la conception des systèmes. Au terme de l'étape de conception, avant de procéder au choix des technologies et à la fabrication du prototype matériel, une phase de simulation et de vérification est nécessaire : c'est une première contribution de notre travail de proposer une démarche de modélisation logico-temporelle multi niveaux. Vue la particularité et la complexité des systèmes de télécommunications et de contrôle, un processus spécifique de simulation et de validation doit être envisagé. La simulation d'un système global complexe peut s'appuyer sur un ensemble de plusieurs simulations séparées correspondant à chaque composition et chaque élément du système dans des environnements divers. Afin d'améliorer sa fiabilité on essaye d'avoir une simulation regroupant l'ensemble des simulations partielles. Cette simulation globale, idéalement faite dans un environnement unique, devrait couvrir les différents domaines et tous les éléments composant le système. C'est une procédure performante mais lourde et consommatrice de temps et c'est un des facteurs les plus exigeants dans la détermination du « time to market ». Afin d'accélérer ce processus de conception, un environnement de simulation rapide et performant peut s'avérer indispensable pour le concepteur; une simulation rapide et performante met en oeuvre des modèles fonctionnels simplifiés, comportementaux qui représentent les fonctions considérées de haut niveau, sans entrer dans les détails des équations physiques de chaque élément de cette fonction, d'où sa dénomination : « fonctionnelle comportementale ». Pour la rendre performante, c.à.d. capable d'apporter des éléments décisifs dans les choix architecturaux et technologiques, les modèles comportementaux des composants élémentaires du système doivent être capables de remplacer les éléments réels dans leurs influences et réponses à tous les phénomènes influents: perturbations, affaiblissements, retards... Nos travaux de thèse visent à contribuer à cette approche méthodologique : ils traitent, du point de vue applicatif, le développement d'un émulateur de réseau de capteurs autonomes communicant sans fil d'instrumentation. Pour ce faire deux types de simulateurs ont été étudiés (développés) basés sur l'étude de la qualité de communication évaluée par la possibilité d'introduire des erreurs dans la communication représentée par le taux d'erreurs par bit (BER): • le premier est un simulateur « software » basé sur la création de modèles comportementaux, décrits en langage VHDL-AMS, représentant chaque élément du réseau. Ces modèles sont ensuite interconnectés entre eux dans l'environnement "SystemVision" de "MentorGraphics" suivant une architecture à tester pour la simuler. • le deuxième est un simulateur hardware basé sur la création d'un modèle logique comportemental, décrit en langage VHDL synthétisable, de chaque élément du système. Une fois l'architecture du réseau définie (câblage des éléments entre eux), celle-ci est compilée puis synthétisée dans l'environnement approprié et enfin le fichier de programmation obtenu est téléchargé sur un composant FPGA cible dans lequel s'effectuera la simulation d'où la dénomination de « hardware ». L'environnement de développement utilisé dans nos travaux est la suite "Quartus" de la société "Altera". Une fois téléchargée sur un FPGA, des modifications peuvent être faites sur l'architecture de manière dynamique via l'outil « In System Memory Content Editor », ceci afin de pouvoir simuler plusieurs configurations possibles. Ce même outil est également utilisé pour récupérer les résultats des simulations. Nous montrons, en mettant en oeuvre ces simulateurs sur des exemples d'applications (miniaturisation du projet SACER de surveillance de structures d'avion), comment nous pouvons assurer les fonctions de vérification des choix architecturaux et dynamiques temporels et guider l'étape essentielle des choix technologiques, dans un environnement à la fois fonctionnel et matériel. Ce guidage s'opère par des optimisations calculées à partir de « fiches techniques » associées aux modèles fonctionnels.
Conception et modélisation d'un émulateur de réseaux de capteurs sans fils
2012
La conception des systèmes embarqués devient un processus de plus en plus complexe et multidisciplinaire. Elle nécessite que se développent des méthodes et des outils de conception, vérification et de réutilisation assurant un travail coopératif sans faute. Cette exigence est présente dans le développement en cours des « réseaux de capteurs » destinés à la surveillance et au diagnostic dans des domaines très divers (Systèmes de « Health monitoring » & « ambiant intelligence ») qui nous concernent ici. Les travaux que nous présentons dans ce mémoire appliquent les approches descendantes classiques de la conception des systèmes. Au terme de l'étape de conception, avant de procéder au choix des technologies et à la fabrication du prototype matériel, une phase de simulation et de vérification est nécessaire : c'est une première contribution de notre travail de proposer une démarche de modélisation logico-temporelle multi niveaux. Vue la particularité et la complexité des systèmes de télécommunications et de contrôle, un processus spécifique de simulation et de validation doit être envisagé. La simulation d'un système global complexe peut s'appuyer sur un ensemble de plusieurs simulations séparées correspondant à chaque composition et chaque élément du système dans des environnements divers. Afin d'améliorer sa fiabilité on essaye d'avoir une simulation regroupant l'ensemble des simulations partielles. Cette simulation globale, idéalement faite dans un environnement unique, devrait couvrir les différents domaines et tous les éléments composant le système. C'est une procédure performante mais lourde et consommatrice de temps et c'est un des facteurs les plus exigeants dans la détermination du « time to market ». Afin d'accélérer ce processus de conception, un environnement de simulation rapide et performant peut s'avérer indispensable pour le concepteur; une simulation rapide et performante met en oeuvre des modèles fonctionnels simplifiés, comportementaux qui représentent les fonctions considérées de haut niveau, sans entrer dans les détails des équations physiques de chaque élément de cette fonction, d'où sa dénomination : « fonctionnelle comportementale ». Pour la rendre performante, c.à.d. capable d'apporter des éléments décisifs dans les choix architecturaux et technologiques, les modèles comportementaux des composants élémentaires du système doivent être capables de remplacer les éléments réels dans leurs influences et réponses à tous les phénomènes influents: perturbations, affaiblissements, retards... Nos travaux de thèse visent à contribuer à cette approche méthodologique : ils traitent, du point de vue applicatif, le développement d'un émulateur de réseau de capteurs autonomes communicant sans fil d'instrumentation. Pour ce faire deux types de simulateurs ont été étudiés (développés) basés sur l'étude de la qualité de communication évaluée par la possibilité d'introduire des erreurs dans la communication représentée par le taux d'erreurs par bit (BER): • le premier est un simulateur « software » basé sur la création de modèles comportementaux, décrits en langage VHDL-AMS, représentant chaque élément du réseau. Ces modèles sont ensuite interconnectés entre eux dans l'environnement "SystemVision" de "MentorGraphics" suivant une architecture à tester pour la simuler. • le deuxième est un simulateur hardware basé sur la création d'un modèle logique comportemental, décrit en langage VHDL synthétisable, de chaque élément du système. Une fois l'architecture du réseau définie (câblage des éléments entre eux), celle-ci est compilée puis synthétisée dans l'environnement approprié et enfin le fichier de programmation obtenu est téléchargé sur un composant FPGA cible dans lequel s'effectuera la simulation d'où la dénomination de « hardware ». L'environnement de développement utilisé dans nos travaux est la suite "Quartus" de la société "Altera". Une fois téléchargée sur un FPGA, des modifications peuvent être faites sur l'architecture de manière dynamique via l'outil « In System Memory Content Editor », ceci afin de pouvoir simuler plusieurs configurations possibles. Ce même outil est également utilisé pour récupérer les résultats des simulations. Nous montrons, en mettant en oeuvre ces simulateurs sur des exemples d'applications (miniaturisation du projet SACER de surveillance de structures d'avion), comment nous pouvons assurer les fonctions de vérification des choix architecturaux et dynamiques temporels et guider l'étape essentielle des choix technologiques, dans un environnement à la fois fonctionnel et matériel. Ce guidage s'opère par des optimisations calculées à partir de « fiches techniques » associées aux modèles fonctionnels.
Réseaux de capteurs sans fil à multiples piles protocolaires
Techniques et sciences informatiques
Cette habilitation à diriger des recherches en informatique est très importante pour moi, et marque une étape importante pour moi. J'aimerais remercier tous ceux qui m'ont aidé (de manière directe ou indirecte) dans la réalisation des travaux dont parle ce manuscrit. J'essaierais d'être bref pour ne pas alourdir davantage ce manuscrit, et pour ne pas fatiguer le lecteur curieux qui commencerait la lecture du manuscrit par ces quelques lignes. Je tiens tout d'abord à remercier les membres de mon jury d'avoir accepté d'examiner mes travaux. Plus particulièrement, je remercie Azzedine Boukerche, Andrzej Duda et Guy Pujolle d'avoir accepté d'être rapporteurs, d'avoir relu mes travaux et de m'avoir fait de nombreux commentaires intéressants. Je remercie Pascale Minet d'avoir accepté d'être la présidente du jury. Je remercie Thierry Val de m'avoir conseillé suite à la lecture d'une version préliminaire du manuscrit. Je remercie Alain Quilliot de m'avoir encouragé à soutenir mon habilitation. Finalement, je remercie Michel Misson, le responsable de l'équipe de recherche dans laquelle je travaille, d'avoir accepté d'être mon tuteur. Je tiens aussi à remercier toutes les personnes qui ont travaillé avec moi. Pour la recherche, cela inclut évidemment mes co-auteurs, mes futurs co-auteurs et les étudiants que j'ai encadré. Pour l'enseignement, cela inclut mes collègues (notamment du département maths-info de l'UFR Sciences et Technologies, des autres départements de l'UFR ST, et de l'Isima) et les étudiants que j'ai eus. Je tiens finalement remercier tous ceux qui m'entourent dans mon quotidien, mes amis (qui se reconnaîtront tous individuellement, dont beaucoup font partie de Sambagogo ou de N'tra Na Roda), et bien sûr ma famille.
Conception d’un nouveau protocole pour le réseau de capteurs sans fils
2012
dans ce present papier, nous proposons un nouveau protocole pour le reseau de capteur sans fils. Le defi principal de ce protocole reste d’augmenter la duree de vie de reseau de capteur sans fils. Ce protocole de reseau est dedie pour le reseau de capteur sans fils de grande taille. Pour cela nous exploitons deux aspects, un aspect base sur la decomposition de reseau de capteur en cluster ou zone et la deuxieme repose sur le protocole MAC MIMO cooperative. nous developpons un modele analytique qui vise a calculer la probabilite d’erreur puis nous calculons la consommation d’energie et le delai de transmission en fonction de la probabilite d’erreur de transmission et le taux d’erreur binaire pour la transmission point a point et MAC MIMO cooperative.