Procedimiento de diseño para minimizar el consumo de potencia y los retrasos en WSAN

ResumenActualmente existe un gran interés por el desarrollo de aplicaciones industriales utilizando redes inalámbricas, principalmente por el aumento de la flexibilidad del sistema y la disminución de los costos de implementación. Sin embargo, los retrasos y el jitter que introduce la red de comunicaciones en las aplicaciones de control, han dado lugar a que en algunos casos no se obtenga una buena correspondencia entre los resultados experimentales y los objetivos de control propuestos, esto como consecuencia del uso de modelos imprecisos para analizar y diseñar estos sistemas, métodos de validación poco elaborados y plataformas que no soportan los modelos empleados. En este trabajo se presenta un procedimiento de diseño que permite encontrar un modo de funcionamiento óptimo del sistema, que garantiza el cumplimiento de los plazos de tiempo de las aplicaciones, y minimiza el consumo de potencia y los retrasos

Model-Based Design for Wireless Body Sensor Network Nodes

Wireless body sensor networks (WBSNs) are a rising technology that allows constant and unobtrusive monitoring of the vital signals of a patient. The configuration of a WBSN node proves to be critical in order to maximize its lifetime, while meeting the predefined performance during signal sensing, preprocessing, and wireless transmission to the base station. In this work, we propose a model-based optimization framework for WBSN nodes, which is centered on a detailed analytical characterization of the most energy-demanding components of this application domain. We also propose a multi-objective exploration algorithm to evaluate the node configurations and the corresponding performance tradeoffs. A case study is discussed to validate the proposed framework, proving that our model captures the behavior of real WBSNs and efficiently leads to the determination of the Pareto-optimal configurations

Key distribution and distributed intrusion detection system in wireless sensor network

This thesis proposes a security solution in key management and Intrusion Detection System (IDS) for wireless sensor networks. It addresses challenges of designing in energy and security requirement. Since wireless communication consumes the most energy in sensor network, transmissions must be used efficiently. We propose Hint Key Distribution (HKD) for key management and Adaptive IDS for distributing activated IDS nodes and cooperative operation of these two protocols. HKD protocol focuses on the challenges of energy, computation and security. It uses a hint message and key chain to consume less energy while self-generating key can secure the secret key. It is a proposed solution to key distribution in sensor networks. Adaptive IDS uses threshold and voting algorithm to distribute IDS through the network. An elected node is activated IDS to monitor its network and neighbors. A threshold is used as a solution to reduce number of repeated activations of the same node. We attempt to distribute the energy use equally across the network. In a cooperative protocol, HKD and Adaptive IDS exchange information in order to adjust to the current situation. The level of alert controls the nature of the interaction between the two protocols

System-level design of energy-efficient sensor-based human activity recognition systems: a model-based approach

This thesis contributes an evaluation of state-of-the-art dataflow models of computation regarding their suitability for a model-based design and analysis of human activity recognition systems, in terms of expressiveness and analyzability, as well as model accuracy. Different aspects of state-of-the-art human activity recognition systems have been modeled and analyzed. Based on existing methods, novel analysis approaches have been developed to acquire extra-functional properties like processor utilization, data communication rates, and finally energy consumption of the system

Méthodologie d'identification et d'évaluation de la sûreté de fonctionnement en phase de réponse à appel d'offre

La sûreté de fonctionnement (SdF) des produits, processus et services est une préoccupation permanente de tous les acteurs industriels. C'est le cas notamment dans le secteur automobile à l'exemple des équipementiers confrontés à des clients de plus en plus exigeants en matière de sûreté de fonctionnement. Jusqu'alors uniquement intéressé par les résultats, le client requiert aujourd'hui, dès les négociations couplées à l'appel d'offre (AO), une information précise sur la démarche même que le fournisseur prévoit de mettre en place pour satisfaire aux exigences SdF. Conscients de ces nouveaux besoins, nous nous sommes intéressés à la problématique d'identification de la "dimension SdF" du produit au stade de l'AO et à l'évaluation de l'impact économique de son intégration sur le développement futur du produit. Les conséquences de la prise en compte de la SdF sont doubles puisqu'elles concernent à la fois le produit qui voit sa robustesse optimisée mais aussi la démarche d'analyse permettant de dimensionner les solutions appropriées. Dans l'objectif de répondre à la problématique, nous avons proposé une organisation du processus de réponse à appel d'offre en différentes étapes instrumentées allant de l'identification des éléments relatifs à la SdF dans les documents clients fournis pour l'AO à la définition et à l'évaluation de l'impact SdF.Products Dependability, process and services is a major and permanent topic for industrial actors and especially in automotive industry, where products suppliers are faced to customers more and more aware about dependability. Until now, Customers was only interested about results, they request today, in bid process timeframe, informations about processes put in place in order to reach dependability objectives. Taking these new requirements into accounts, we have focused our work on dependability identification during bid process and the evaluation its cost impact on development. Taking dependability into account allow to increase product robustness but also to make better design choice in term of dependability. Thus, in order to reach this objective, we propose a step by step process for bid phases from dependability topics identification to cost impact.TOULOUSE-INP (315552154) / SudocSudocFranceF

Méthodologie d'identification et d'évaluation de la sûreté de fonctionnement en phase de réponse à appel d'offre

La sûreté de fonctionnement (SdF) des produits, processus et services est une préoccupation permanente de tous les acteurs industriels. C'est le cas notamment dans le secteur automobile à l'exemple des équipementiers confrontés à des clients de plus en plus exigeants en matière de sûreté de fonctionnement. Jusqu'alors uniquement intéressé par les résultats, le client requiert aujourd'hui, dès les négociations couplées à l'appel d'offre (AO), une information précise sur la démarche même que le fournisseur prévoit de mettre en place pour satisfaire aux exigences SdF. Conscients de ces nouveaux besoins, nous nous sommes intéressés à la problématique d'identification de la "dimension SdF" du produit au stade de l'AO et à l'évaluation de l'impact économique de son intégration sur le développement futur du produit. Les conséquences de la prise en compte de la SdF sont doubles puisqu'elles concernent à la fois le produit qui voit sa robustesse optimisée mais aussi la démarche d'analyse permettant de dimensionner les solutions appropriées. Dans l'objectif de répondre à la problématique, nous avons proposé une organisation du processus de réponse à appel d'offre en différentes étapes instrumentées allant de l'identification des éléments relatifs à la SdF dans les documents clients fournis pour l'AO à la définition et à l'évaluation de l'impact SdF. ABSTRACT : Products Dependability, process and services is a major and permanent topic for industrial actors and especially in automotive industry, where products suppliers are faced to customers more and more aware about dependability. Until now, Customers was only interested about results, they request today, in bid process timeframe, informations about processes put in place in order to reach dependability objectives. Taking these new requirements into accounts, we have focused our work on dependability identification during bid process and the evaluation its cost impact on development. Taking dependability into account allow to increase product robustness but also to make better design choice in term of dependability. Thus, in order to reach this objective, we propose a step by step process for bid phases from dependability topics identification to cost impact

Gestion des risques par retour d'expérience dans le processus de réponse à appel d'offres

Un appel d'offres (AO) est une procédure qui permet au maître d'ouvrage (MOA) de faire le choix du prestataire ou maître d'œuvre (MOE) à qui il confiera une réalisation de travaux, fournitures ou services. Cette pratique, incontournable pour quasiment tous les secteurs professionnels, repose sur la mise en concurrence de prestataires potentiels vis-à-vis d'une demande client. Chaque répondant engage des ressources et du temps pour élaborer des propositions qui ne seront pas toujours retenues. Le processus de réponse à appel d'offres (PRAO) est fortement contraint car, pour être acceptées, les propositions doivent satisfaire aux exigences du Cahier des Charges (CdC) tout en restant économiquement viables pour le prestataire. Le PRAO est une pratique risquée. De façon générale, le premier niveau de risque est de ne pas répondre à l'AO et d'écarter un projet intéressant sur le plan technique et/ou économique ; ensuite, si la décision a été de répondre, un deuxième risque est de ne pas être accepté par le client ; enfin, en cas d'acceptation, si la proposition a été mal élaborée à cause d'une appréciation incorrecte par le prestataire des difficultés sous-tendues par la réalisation, celui-ci peut s'engager dans un processus très pénalisant (dépassements de budgets, non conformités aux exigences techniques, non-respect des délais,…). Afin de minimiser ces risques, nous proposons dans ce travail une amélioration du processus de réponse à appel d'offres (PRAO) par la mise en place d'une instrumentation renforçant ce processus et la définition d'une méthodologie de conduite adaptée. L'objectif est de fournir au MOE des outils d'aide à la décision pour détecter, rendre compte et minimiser les risques potentiels. La démarche consiste à adosser au PRAO un système de retour d'expérience, portant sur les PRAO passés et sur les cycles de développement associés, couplé à une démarche structurée de gestion des risques afin d'offrir au soumissionnaire les appuis nécessaires à la construction d‘une réponse « robuste » à l'AO. Cette instrumentation du cadre de travail du souscripteur et la proposition de conduite associée forment le socle de la méthodologie BiPRiM (Bidding Process Risk Management) que nous avons développée. Nous proposons dans celle-ci la mise en œuvre pratique des modèles de risques et d'expériences PRAO que nous avons développés ; nous nous appuyons sur les mécanismes d'acquisition, de traitement et d'exploitation du système de retour d'expérience sous-jacent pour conduire le processus de gestion des risques PRAO et, en élargissant, le processus décisionnel qui supporte le PRAO. ABSTRACT : Call for tenders is a procedure that allows a client company to choose the provider of works, supplies or services. This practice is essential for almost all industry sectors and is based on the competition of potential providers according to a client request. Each bidder commits ressources and time to develop proposals that will not always be accepted. Bidding Process (BP) is highly constrained because, to be accepted, proposals must meet the client requirements while remaining economically viable for the provider. BP is a risky practice. In general, the first risk level is related to the choice of not responding to a call for tenders whereas it was an opportunity (i.e. an interesting project on technical and/or economic terms). Then, if the decision was to respond, a second risk level is not to be accepted by the client; finally, when the tender is accepted, a third risk level is related to the proposal realization potential problems. Indeed, if the related offer was poorly developed, due to an incorrect assessment by the bidder of the difficulties of the underlying realization, the bidder can be engaged in a very penalizing process (overruns, non-compliance of technical requirements, non-compliance of deadlines...). In order to minimize these risks, an improvement of BP has been proposed by setting up an instrumentation reinforcing this process and by the definition of a methodology for its appropriate management. The objective is therefore to provide to the bidder decision support tools to detect, report and minimize potential risks. The approach consists in the integration to the BP of an experience feedback system involving past bidding processes and associated development cycles, coupled with a structured approach of risk management to provide to the bidder the necessary support for the development of a "robust" response to new calls for tenders. This proposed bidder decision support system instrumentation and the associated management process establish the basis of the BiPRiM methodology (Bidding Process Risk Management) that was developed. In this development, a practical implementation of risk models and BP experiences has been developed. It rests upon the mechanisms of acquisition, processing and exploitation of the underlying experience feedback system in order to conduct the risk management process in the BP while broadening the associated decision-making process

Design procedure to minimize power consumption and latency in WSAN

[EN] Currently there is great interest in the development of industrial applications using wireless networks, principally to increase flexibility and reliability of these applications and to reduce the implementation cost. However, in control applications, as a consequence of latency and jitter generated by the network, not always a similarity between experimental results and desired performance can be obtained. This is because imprecise models for analyzing and designing these systems have been used, and to use inadequate validation methods and platforms that do not support the models utilized. This paper presents a design method to get a system optimal configuration in order to fulfill with desired performance in control applications and a significant energy saving.[ES] Actualmente existe un gran interés por el desarrollo de aplicaciones industriales utilizando redes inalámbricas, principalmente por el aumento de la flexibilidad del sistema y la disminución de los costos de implementación. Sin embargo, los retrasos y el jitter que introduce la red de comunicaciones en las aplicaciones de control, han dado lugar a que en algunos casos no se obtenga una buena correspondencia entre los resultados experimentales y los objetivos de control propuestos, esto como consecuencia del uso de modelos imprecisos para analizar y diseñar estos sistemas, métodos de validación poco elaborados y plataformas que no soportan los modelos empleados. En este trabajo se presenta un procedimiento de diseño que permite encontrar un modo de funcionamiento óptimo del sistema, que garantiza el cumplimiento de los plazos de tiempo de las aplicaciones, y minimiza el consumo de potencia y los retrasos.Este trabajo fue financiado parcialmente por el proyecto D2ARS de CYTED, código UNESCO: 120325; 330417; 120314; 120305, y por el proyecto SIDIRELI DPI2008-06737-C02-01/02 financiado por el Ministerio de Ciencia e Innovación español y fondos europeos FEDER.Martínez, D.; Balbastre, P.; Blanes, F.; Simó, J.; Crespo, A. (2010). Procedimiento de Diseño para Minimizar el Consumo de Potencia y los retrasos en WSAN. Revista Iberoamericana de Automática e Informática industrial. 7(3):95-110. https://doi.org/10.1016/S1697-7912(10)70046-7OJS9511073Audsley, N., Burns, A., Richardson, M., Tindell, K., & Wellings, A. J. (1993). Applying new scheduling theory to static priority pre-emptive scheduling. Software Engineering Journal, 8(5), 284. doi:10.1049/sej.1993.0034Balbastre, P., Ripoll, I., & Crespo, A. (2008). Minimum Deadline Calculation for Periodic Real-Time Tasks in Dynamic Priority Systems. IEEE Transactions on Computers, 57(1), 96-109. doi:10.1109/tc.2007.70787Bonivento A., Sangiovanni-Vincentelli A., Graziosi F., Santucci F.: “SERAN: A Semi Random Protocol Solution for Clustered Wireless Sensor Networks”, Proc. of MASS 2005. 2005.Bonivento, A., Carloni, L. P., & Sangiovanni-Vincentelli, A. (2006). Platform based design for wireless sensor networks. Mobile Networks and Applications, 11(4), 469-485. doi:10.1007/s11036-006-7194-1How does control timing affect performance? Analysis and simulation of timing using Jitterbug and TrueTime. (2003). IEEE Control Systems, 23(3), 16-30. doi:10.1109/mcs.2003.1200240Dormido, S., Sánchez, J., & Kofman, E. (2008). Muestreo, Control y Comunicación Basados en Eventos. Revista Iberoamericana de Automática e Informática Industrial RIAI, 5(1), 5-26. doi:10.1016/s1697-7912(08)70120-1Hespanha, J. P., Naghshtabrizi, P., & Xu, Y. (2007). A Survey of Recent Results in Networked Control Systems. Proceedings of the IEEE, 95(1), 138-162. doi:10.1109/jproc.2006.887288Hristu-Varsakelis D., Levine W. S. (Eds.): “Handbook of Networked and Embedded Control Systems”. Páginas: 677–720. Birkhäuser 2005.Hu, S., & Yan, W.-Y. (2008). Stability of Networked Control Systems Under a Multiple-Packet Transmission Policy. IEEE Transactions on Automatic Control, 53(7), 1706-1711. doi:10.1109/tac.2008.929379Huang, D., & Nguang, S. K. (2008). State Feedback Control of Uncertain Networked Control Systems With Random Time Delays. IEEE Transactions on Automatic Control, 53(3), 829-834. doi:10.1109/tac.2008.919571Lester H. J.: “System architecture for wireless sensor networks”. PhD thesis. University of California, Berkeley. 2003.Marinoni, M., & Buttazzo, G. (2007). Elastic DVS Management in Processors With Discrete Voltage/Frequency Modes. IEEE Transactions on Industrial Informatics, 3(1), 51-62. doi:10.1109/tii.2006.890494Martínez D., Blanes F., Simo J., Crespo A.: “Evaluación del Comportamiento Temporal de Sistemas Distribuidos de Control Sobre IEEE 802.15.4 y CAN”. 21st Symposium on Integrated Circuits and Systems Design – Workshop on Sensor Networks and Applications. Gramado, Brasil. Septiembre de 2008.Pantazis, N.A.; Vergados, D.D.: “A survey on power control issues in wireless sensor networks”. IEEE Communications Surveys & Tutorials, 4th Quarter 2007. vol 9, No. 4.Pillai, P., & Shin, K. G. (2001). Real-time dynamic voltage scaling for low-power embedded operating systems. ACM SIGOPS Operating Systems Review, 35(5), 89-102. doi:10.1145/502059.502044Ripoll, I., Crespo, A., & Mok, A. K. (1996). Improvement in feasibility testing for real-time tasks. 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