Afin de valider les approches proposées dans cette thèse, un outil de simulation adéquat
s’avère indispensable. Il y a différents types d’outils disponibles : des outils orientés réseaux,
d’autres orientés contrôle, ceux qui sont du type "Hardware in the loop", et d’autres qui
per-mettent de faire une conception conjointe. Dans [Törngren et al., 2006], les auteurs comparent
des outils de simulation.
1.5.1 Outils orientés réseau
Les principaux outils de simulation orientés réseaux sont NS-2, OMNeT++/OPNeT, et
Glo-mosim. Ces outils ont été conçus spécifiquement pour simuler la pile protocolaire du réseau.
NS-2 (Network Simulator) [NS, ] est l’un des simulateurs réseaux les plus utilisés. C’est un
simulateur à événements discrets pour les réseaux filaires et non filaires. Il supporte, à titre
d’exemple, TCP, UDP, le routage et les protocoles multicast, ainsi que les mouvements simples
pour les applications mobiles. OPNeT [OPN, ] est aussi largement utilisé. C’est un simulateur
à événements discrets. Il contient des modèles détaillés de plusieurs protocoles filaires et sans
fil. Glomosim [Glo, ] permet l’étude des modèles des réseaux de grande échelle. Même s’il a
été conçu pour les réseaux filaires et les réseaux sans fil, il ne contient que des protocoles pour
les réseaux sans fil. Des simulateurs ont été crées spécifiquement pour les réseaux de capteurs
sans fil comme TOSSIM [TOS, , Levis et al., 2003] par exemple. TOSSIM permet de
compi-ler directement à partir de TinyOS et s’étend très bien pour des systèmes à large échelle. De
même pour NAB (Network in a box) [NAB, ] qui est conçu pour les réseaux de capteurs à large
échelle. L’ensemble de ces simulateurs ne permet pas de base de modéliser et de simuler des
applications de contrôle commande.
1.5.2 Outils orientés contrôle
Des outils dédiés au contrôle ont été développés comme Matlab/Simulink qui est lui même
utilisé par plusieurs autres outils de simulation.
AIDA [Redell et al., 2004] est un environnement pour la conception basé sur des modèles et
l’analyse des systèmes temps-réel. Cet outil permet à l’utilisateur de prendre en considération
les effets de l’implémentation, les délais et les variations du temps d’exécution,
l’ordonnance-ment et la communication des fonctions de contrôle. La partie de la conception de contrôle est
développée en Matlab/Simulink.
Torsche (Time Optimisation of Ressources SCHEduling) [Š˚ucha et al., 2006] est une boîte
à outils basée sur Matlab qui facilite la conception des applications temps-réel, en particulier,
dans le domaine du contrôle. Torsche inclut les algorithmes d’ordonnancement qui peuvent être
utilisés pour les applications telles que la synthèse de haut niveau des algorithmes parallèles et
la production optimisée des lignes de fabrication.
RTSIM (Real-Time system SIMulator) [RTS, ] est un simulateur pour les systèmes de
contrôle temps-réel. Il contient des modules permettant de simuler les dynamiques des systèmes
parallèles avec des algorithmes d’ordonnancement.
1.5.3 Emulateurs (Hardware In the Loop (HIL))
Orccad (Open Robot Controller Computer Aided Design) [ORC, ] est principalement
des-tiné aux applications temps réel critiques en robotique, dans lesquelles les aspects relevant de
l’automatique (les asservissements, les commandes) sont amenés à interagir étroitement avec
1.5. Choix de l’outil de simulation
ceux manipulant des événements discrets. De tels systèmes sont souvent qualifiés d’hybrides.
ORCCAD permet d’éditer de façon structurée des applications de contrôle/commande et de
gé-nérer du code multi-tâches compilable vers différents systèmes d’exploitation temps-réel.
Orc-cad permet aussi l’émulation comme le montre les travaux réalisés dans [Berbra et al., 2009]
pour le contrôle et le diagnostic à travers un réseau réel CAN d’un mini-drône. Dans cet article,
le système physique est simulé numériquement, alors que les algorithmes de contrôle et de
diag-nostic, qui sont implémentés et générés à l’aide d’Orccad s’exécutent sur le système embarqué
en tant que tâches temps-réel. La communication entre le système embarqué et le simulateur
numérique se fait via le réseau CAN.
Qualnet [QUA, ] est une version commercialisée de Glomosim. Cet outil permet la
simu-lation des réseaux filaires et sans fil. Qualnet permet la simusimu-lation hybride en combinant les
noeuds réels avec les noeuds virtuels et les mêmes applications sur les noeuds réels et les noeuds
virtuels en échangeant des packets entre les noeuds de simulations et les noeuds réels via des
passerelles virtuelles. Qualnet permet l’intégration d’autres environnements et technologies de
simulation. Les travaux présentés dans [Clare et al., 2006] illustrent l’interopérabilité de
Qual-net avec l’outil de simulation MACHETE (Multi-mission Advanced Communications Hybrid
Environment for Test and Evaluation) et l’émulation du réseau IP pour passer le flux du traffic
externe généré à l’outil MACHETE.
L’outil Opnet possède aussi un mode émulateur nommé SITL (System In The Loop) qui
autorise l’interconnexion de vrai réseau avec des réseaux émulés. Des passerelles Ethernet et
WIFI sont disponibles pour réaliser cette interconnexion.
1.5.4 Outils orientés co-conception (contrôle + réseau)
Parmi les outils orientés co-conception on trouve principalement TrueTime [Ohlin et al.,
2007,Henriksson et al., 2006,Andersson et al., 2005] qui est un outil basé sur Matlab/Simulink.
TrueTime facilite la simulation du comportement réel des noyaux multi-tâches
temps-réel qui exécutent des tâches de contrôle. Les tâches sont des processus de contrôle modélisés
par des blocks Simulink à temps continu. TrueTime permet de simuler les modèles de protocoles
de la couche MAC des réseaux filaires (Ethernet, CAN, TDMA), et des réseaux sans fil (IEEE
802.11b et le mode sans balise du IEEE 802.15.4).
XILO [Andersson et al., 2005] est conçu pour la simulation des dynamismes de système et
l’ordonnancement à priorité préemptive dans le réseau CAN.
Ptolemy II [Hylands et al., 2003] permet la modélisation hiérarchique et hétérogène, la
si-mulation et la conception des systèmes temps-réel concurrents embarqués. Il permet, aussi, de
simuler les réseaux de capteurs sans fil [Baldwin et al., 2004] et les environnement de
simula-tion multi-domaines qui contiennent un domaine temps continu et un simple domaine RTOS.
Cependant, les résultats ne sont produits qu’à l’échéance de la tâche même si ils sont calculés
avant. Ceci permet de garantir une latence constante et connue des entrées/sorties (des tâches).
Cependant, ce choix de conception ne convient pas aux applications qui étudient les effets du
délai et de la gigue sur le système contrôlé.
NS-2 a été étendu avec le paquetage Agent/Plant [Branicky et al., 2003, Hartman, 2004]
pour pouvoir co-simuler les SCR, mais cet outil manque d’un noyau de simulation temps réel
[Andersson et al., 2005].
Dans le même esprit, des modèles de contrôle/commande discrétisés ont aussi été
implé-mentés dans Opnet pour évaluer des SCR sur Ethernet à classification de services [Diouri,
2010].
NS-2, OMNeT++/OPNeT, TOSSIM, et Qualnet offrent la possibilité de co-simulation en
s’interfaçant avec Matlab/Simulink. A titre d’exemple, TOSSIM a été interfacé avec Matlab
dans [Sridharan et al., 2004a]. De plus, dans [Yeung et al., 2004], un simulateur OFDM
(Ortho-gonal Frequency Division Multiplexing) est construit en utilisant Matlab/Simulink, puis le
mo-dèle OFDM est intégré dans Qualnet. De même, OPNeT a été interfacé avec Matlab dans [Hasan
et al., 2009].
1.5.5 Discussion
Dans le cadre de notre travail, nous avons besoin d’un outil orienté co-conception associant
des modèles de contrôle commande et des modèles de communcation. Le choix de l’outil est
aussi guidé par le projet Safe_Necs dans lequel se déroule en partie cette thèse. Nous avons
opté pour l’utilisation de TrueTime car cet outil se base sur Matlab/Simulink qui est largement
utilisé par les automaticiens. En plus, il nous permet de modéliser les boucles de contrôles et
les réseaux sans fil moyennant des extensions à apporter aux modèles existants qui sont soient
incomplets, soient trop simplifiés. Une partie importante de cette thèse va donc aussi consister
à développer dans l’outil TrueTime l’ensemble de nos propositions pour être capable de les
évaluer.
Dans le document
Conception conjointe des systèmes contrôlés en réseau sans fil
(Page 42-45)