Étude de stratégies de diagnostic embarqué des réseaux filaires complexes

Cette étude s’inscrit dans le cadre du diagnostic embarqué des réseaux filaires complexes. Elle vise à détecter et localiser les défauts électriques avec précision. En effet, l’intégration du diagnostic par réflectométrie dans un système embarqué fait apparaître des problèmes d’interférence qui s’aggravent dans le cas d’un réseau complexe où plusieurs réflectomètres sont placés en différents points du réseau. L’objectif est de développer de nouvelles stratégies de diagnostic embarqué des réseaux filaires complexes pour résoudre les problèmes d’interférence d’une part et l’ambiguïté de localisation du défaut d’autre part. La première contribution concerne le développement d’une nouvelle méthode de réflectométrie baptisée OMTDR (Orthogonal Multi-tone Time Domain Reflectometry). Elle utilise des signaux numériques modulés et orthogonaux pour éliminer les interférences. Pour davantage de couverture, la deuxième contribution propose d’intégrer la communication entre les réflectomètres. Elle vise à fusionner les données afin de faciliter la prise de décision. La troisième contribution adresse la problématique de la stratégie de diagnostic, c’est-à-dire, de l’optimisation des performances du diagnostic d’un réseau complexe sous contraintes opérationnelles d’utilisation. L’utilisation des Réseaux Bayésiens permet d’étudier l’impact des différents facteurs et d’obtenir une estimation de la confiance et donc, de la fiabilité du résultat du diagnostic. ABSTRACT : This study addresses embedded diagnosis of complex wired networks. Based on the reflectometry method, it aims at detecting and locating accurately electrical faults. Increasing demand for on-line diagnosis has imposed serious challenges on interference mitigation. It aims at making diagnosis while the target system is running. The interference becomes more critical in the case of complex networks where several reflectometers are injecting their test signals simultaneously. The objective is to develop new embedded diagnosis strategies in complex wired networks that would resolve interference problems and eliminate ambiguity related to the fault location. The first contribution is the development of a new method called OMTDR (Orthogonal Multi-tone Time Domain Reflectometry). It uses orthogonal modulated digital signals for interference mitigation and thereby on-line diagnosis. For better coverage of the network, the second contribution proposes to integrate communication between reflectometers. It uses sensors data fusion to facilitate decision making. The third contribution addresses the problem of the diagnosis strategy, i.e. the optimization of diagnosis performance of a complex network under operational constraints. The use of Bayesian Networks allows us to study the impact of different factors and estimate the confidence level and thereby the reliability of the diagnosis results

Diagnostic des défauts de réseaux électriques filaires par la réflectométrie

This thesis focuses on fault diagnosis of wired electric networks using reflectometry. To develop diagnostic algorithms, we studied the direct problem (numerical simulations of electrical networks) and the inverse problem (determination of certain properties of a network from reflectometry measurements). For the direct problem, we developed a method for the computation of reflection coefficients. This method is based on the successive solving for a Riccati differential equation. We also generalized the BLT equation for the nonuniform electric networks and automated the resolution of this method. The thesis has made two new results concerning the inverse problem. The first result concerns the estimation of lengths and loss coefficients of the branches of a star network via an iterative method. The second focuses on the identification, at least partially, of the branches admittance matrices of a electric network modeled by the equation of BLT. The methodologies and formalisms proposed in this thesis are validated either by numerical simulations or by real measurements.Cette thèse s’intéresse au diagnostic de défauts de réseaux électriques filaires à l'aide de la réflectométrie. Pour concevoir des algorithmes de diagnostic, nous avons étudié le problème direct (simulations numériques des réseaux électriques) et le problème inverse (détermination de certaines propriétés d’un réseau à partir des mesures de réflectométrie). Concernant le problème direct, nous avons développé une méthode de calcul du coefficient de réflexion d’un réseau sous forme d’arbre qui est basée sur la résolution successive d’équations différentielles de Riccati. Nous avons également généralisé l’équation de BLT pour des réseaux électriques composés de branches non uniformes et automatisé la méthode de sa résolution. La thèse a apporté deux nouveaux résultats concernant le problème inverse. Le premier résultat porte sur l’estimation des longueurs et des coefficients de pertes des branches d'un réseau électrique sous forme d’étoiles via une méthode itérative. Le deuxième porte sur l’identification, au moins partiellement, des matrices d’admittance des branches d’un réseau électrique modélisé par l’équation de BLT. Les méthodologies et les formalismes proposés dans la thèse sont validés soit par des simulations numériques, soit par des mesures réelles

Architecture de communication pour les réseaux d’instrumentation sans fil

Aujourd'hui les réseaux de capteurs sont devenus des systèmes pouvant atteindre un très grand nombre de noeuds, avec une zone de couverture déterminée et déployés d'une manière plus ou moins dense dans un environnement hétérogène dont on mesure ainsi son état global. La problématique de cette thèse consiste à concevoir une architecture pour les objets communicants à faible consommation en utilisant des antennes « intelligentes » pour l'instrumentation et la mesure. Intégrant une approche pluridisciplinaire, cette architecture couvre les services offerts depuis les couches MAC jusqu'à celles de plus haut niveau. Basés sur une partie matérielle complètement reconfigurable (amplificateur de puissance et antennes à base de MEMS RF), les services des couches supérieures sont définis en partie sur circuits numériques pour la couche physique (bande de base) et la couche MAC, et de manière logicielle pour les protocoles de routages adaptés et les services innovants. En résumé, le travail consiste à concevoir un système autonome multi capteurs, d'acquisition et de traitement avec mémorisation, communicant à travers un réseau sans fil. Les principaux problèmes à résoudre seront : le contrôle de la topologie, la précision de la synchronisation, la consommation d'énergie. ABSTRACT : Researches in the field of sensor networks show the variety and vastness of applications in which these types of systems are used. One of their main features is the large number (up to hundreds of elements) of sensors that must be distributed in different environments. Another concern consists in making routing decisions in order to reduce the energy consumption. Depending on the application requirements, ensuring synchronous network functionality is currently a challenge. The issue addressed in this thesis is to develop an architecture for smart objects using low-power antennas for structural heald monitoring. Integrating a multidisciplinary approach, this architecture includes services from the MAC layer to those of the highest level. In summary, we will develop an autonomous system ofi sensors, for acquisition and information processing, which communicate via a wireless network. The main problems are: the control of topology, the timing accuracy and the energy consumption

Optimisation inter-couches du protocole SCTP en réseaux ad hoc

Les protocoles de transport fiables ont été conçus pour s'adapter aux problèmes de congestion dans les réseaux filaires. Dans les réseaux ad hoc, leur fonctionnement conduit à une dégradation de performances que nous nous proposons de traiter par une adaptation à la mobilité en utilisant une méthode de communication inter-couches. Plus précisément, nous étudions l’amélioration des performances du protocole SCTP; très semblable au protocole TCP il définit un fonctionnement multihoming qui en environnement filaire améliore les performances du transfert. Nous montrons que cette option est également intéressante en réseaux ad hoc. Dans ce travail nous définissons deux modes d'adaptation: un mode local et un mode réparti. Dans un premier temps nous proposons une adaptation locale du transport selon l'état du réseau perçu par le protocole de routage. Dans un second temps, nous proposons une optimisation inverse, répartie sur les nœuds, où il s'agit d'adapter le routage au fonctionnement du protocole transport, de façon à pouvoir bénéficier du traitement multihoming de SCTP. Nous évaluons nos propositions par simulation et déterminons leur domaine de validité. Ce travail se conclut par la proposition d'une architecture d'adaptation permettant d'utiliser selon leurs domaines de validité les optimisations proposées. ABSTRACT : The utilization of reliable transport protocol over ad hoc networks leads to degraded performances due to the incapacity to react to non congestion errors. We propose to treat this problem by introducing mobility adaptation with a cross layer design. More precisely, we study the performance improvement of the SCTP transport protocol. Very similar to TCP, SCTP includes a multihoming option that improves its performance in the wired networks; we show that this option is also interesting in ad hoc networks. In this thesis, two methods of adaptation are proposed: a local method and a distributed one. First, we propose a local adaptation of the transport according to the network state obtained from the routing protocol. Second, we propose a reverse optimisation, distributed on the nodes, where the routing is adapted from the transport process in such a way that it can take benefit from SCTP multihoming process. We evaluate our propositions through simulations and precise their limitations. Finally, an adaptation architecture using our propositions in function of their limitation domain is proposed to conclude our work

Recent progress in EMC and reliability for automotive applications

International audienceCable diagnosis is a crucial research topic for the reliability of embedded systems in automotive applications. This paper presents a methodology dedicated to the reflectometry analysis of branched networks in order to localize and characterize the faults which may affect it. The direct model (propagation along the cables) is modelled by a RLCG circuit model and the Finite Difference Time Domain (FDTD) method. This model provides a simple and accurate method to simulate Time Domain Reflectometry (TDR) response. Genetic algorithms are combined with this wire propagation model to solve the inverse problem and to deduce physical information's about defects from the reflectometry response

AMADEOS outil de création de scénarii réalistes dans les réseaux ad hoc mobiles

Mobile Ad hoc Networks (MANETs) have become a lively field in the past few years. This thesis presents a tool to generate realistic mobility traces for MANET simulations. A new java-based mobility module named AMADEOS (A dvanced M obility Model in AD hoc NE twO rkS ) was developed as an extension for the CANUmobisim framework, a powerful mobility trace generator. AMADEOS makes it easy and fast to generate realistic mobility. It allows the editing of spatial environments with polygonal obstacles to be used within simulations. It also allows visualizing an animation of the generated mobility traces. To model mobility for simulation environments with obstacles, a new mobility model was created. A new propagation model based on ray tracing was also implemented as part of AMADEOS. This propagation model takes into account the obstacles in the environment. Our study ends with a re-evaluation of the well-known AODV routing protocol in some realistic scenarios. The results have shown up significant changes in protocol performance in such realistic scenarios."--résumé abrégé par UMI

Contribution à l’étude de nouveaux convertisseurs sécurisés à tolérance de panne pour systèmes critiques à haute performance. Application à un PFC Double- Boost 5 Niveaux

Les conditionneurs alternatifs – continu à absorption sinusoïdale (PFC) pour les applications critiques se distinguent par un haut niveau de performances tel que les THD réduits, un haut rendement et une bonne fiabilité. Leur importance est d’autant plus nécessaire qu’une continuité de service des alimentations est requise même en présence d’une défaillance interne de composant. Deux types de structures associées à leur commande sont réalisés à cet effet, les structures à redondance parallèle et les structure à redondance en série. Elles consistent respectivement en l’ajout d’un bras d’interrupteur dans le cas de la redondance parallèle, qui est une option plus compliquée et en une suppression d’une cellule de commutation dans le deuxième cas. L’étude présentée ici, consiste en premier lieu en une exploration et une évaluation de nouvelles familles de topologies multi-niveaux, caractérisée par un partitionnement cellulaire en série. Ces nouvelles topologies, ainsi que leurs variantes, comportent au moins une redondance structurelle avec des cellules mono-transistor à défaut de commande non critique et symétriques à point-milieu. Elles sont donc génériques pour la mise en parallèle et l’extension en triphasé. Cependant, elles sont pour la plupart peu compétitives à cause des composants qui sont souvent surdimensionnés et donc plus onéreuses, en comparaison avec la structure PFC Double-Boost 5 Niveaux à composants standards 600 V (brevetée par l’INPT – LAPLACE –CNRS en 2008) que nous étudions. Cette dernière constitue le meilleur compromis entre un bon rendement et une maîtrise des contraintes en mode dégradé. Sur le plan théorique nous montrons que le seul calcul de fiabilité basé uniquement sur un critère de premier défaut est inadapté pour décrire ce type de topologie. La prise en compte de la tolérance de panne est nécessaire et permet d'évaluer la fiabilité globale sur une panne effective (i.e. au second défaut). L'adaptation de modèles théoriques de fiabilité à taux de défaillance constant mais prenant en compte, au niveau de leurs paramètres, le report de contrainte en tension et l'augmentation de température qui résulte d'un premier défaut, permet de chiffrer en valeur relative, le gain obtenu sur un temps court. Ce résultat est compatible avec les systèmes embarqués et la maintenance conditionnelle. Un prototype monophasé de PFC double-boost 5 niveaux à commande entièrement numérique et à MLI optimisée reconfigurable en temps réelle a été réalisé afin de valider l’étude. Il permet une adaptation automatique de la topologie de 5 à 4 puis 3 niveaux par exemple. Ce prototype a également servi de test d'endurance aux transistors CoolMos et diodes SiC volontairement détruits dans des conditions d'énergie maîtrisée et reproductibles. D’autres campagnes d'endurance en modes dégradés ont été réalisées en laboratoire sur plusieurs centaines d’heures en utilisant ce même prototype. Nous nous sommes axés sur la détection de défauts internes et le diagnostic (localisation) rapide, d'une part par la surveillance directe et le seuillage des tensions internes (tensions flottantes) et d'autre part, par la détection d’harmoniques (amplitude et phase) en temps réel. Ces deux techniques ont été intégrées numériquement et évaluées sur le prototype, en particulier la seconde qui ne requiert qu'un seul capteur. Enfin, nous proposons une nouvelle variante PFC expérimentée en fin de mémoire, utilisant deux fois moins de transistors et de drivers pour les mêmes performances fréquentielles au prix d'un rendement et d'une répartition des pertes légèrement moins favorable que la structure brevetée. ABSTRACT : This work is an exploration and an evaluation of new variants of multi-level AC/DC topologies (PFC) considering their global reliability and availability: electrical safety with an internal failure and post-failure operation. They are based on a non-differential AC and centre tap connection that led to symmetrical arrangement cells in series. These topologies permit an intrinsic active redundancy between cells in a same group and a segregation capability between the two symmetrical groups of cells. More again, they are modular and they can be paralleled and derived to any number of levels. Only single low-voltage (600V) transistor pear cell is used avoiding the short-circuit risk due to an unwanted control signal. Comparisons, taking into account losses, distribution losses, rating and stresses (overvoltage and over-temperature) during the post-operation are presented. Results highlight the proposed 5-level Double-Boost Flying Capacitor topology. This one was patented at the beginning of thesis, as a solution with the best compromise. On the theoretical side, we show that the reliability calculation based only on a "first fault occurrence" criterion is inadequate to really describe this type of topology. The inclusion of fault tolerance capability is needed to evaluate the overall reliability law (i.e. including a second failure). The adaptation of theoretical models with constant failure rate including overvoltage and over-temperature dependencies exhibit an increasing of the reliability over a short time. This property is an advantage for embedded systems with monitoring condition. Local detection and rapid diagnosis of an internal failure were also examined in this work. Two methods are proposed firstly, by a direct flying caps monitoring and secondly, by a realtime and digital synchronous demodulation of the input sampled voltage at the switching frequency (magnitude and phase). Both techniques have been integrated on FPGA and DSP frame and evaluated on a AC230V-7kW DC800V – 31kHz lab. set-up. We put forward the interest of the second method which only uses one input voltage sensor. Finally, we propose in this dissertation a new generic X-level PFC Vienna using, in 5-level version, half transistors and drivers for identical input frequency and levels. At the cost of a slight increase of losses and density losses, this topology appears very attractive for the future. A preliminary lab. set-up and test were also realized and presented at the end of the thesis

CSR : une extension hiérarchique adaptative du protocole de routage ad hoc DSR

La facilité de déploiement des réseaux ad hoc s'avère utile lorsque la mise en place d'une infrastucture est impossible. L'objectif du routage est de trouver les chemins tout en considérant les contraintes de bande passante et de dynamicité de la topologie. Dans cette thèse, nous nous sommes intéressés à l'adaptation du type de routage selon les conditions de mobilité et de densité du réseau. Nous proposons une méthode d'auto-adaptation du mode de routage en fonction de la mobilité et de la densité. Les métriques de mobilité et de densité, les modes de routages ainsi que les transitions entre les modes ont été définis. Nous avons montré la faisabilité de notre méthode en proposant une extension hiérarchique du protocole plat DSR que nous avons nommée CSR. Nous avons spécifié les procédures CSR et les avons implantée sous ns2. Nous avons mené une étude de performances du CSR en le comparant aux protocoles préconisés par l'IETF pour montrer l'intérêt de l'adaptation du mode de routage. ABSTRACT : Ad hoc network are useful when the set up of an architecture is impossible. Routing aims at finding paths while considering the constraints of bandwidth and dynamicity of the topology. In this thesis, we focus on the routing mode adaptation according to mobility and density conditions in the network. We propose a routing auto-adaptation method according to mobility and density conditions. Mobility and density metrics , routing modes and transitions between modes have been defined. We point out the feasibility of our method through the design of an adaptive hierarchical extension of the flat routing protocol DSR we have named CSR. We have specified CSR procedures and fully implemented them under the ns2 environment tool. We have carried out a performace comparison between CSR and the protocols recommended by the IETF to point out the interest of routing adapatatio