Soutenance de thèse Ahmed AMARI le 21 septembre 2017, 10h00, salle des thèses ISAE-SUPAERO

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Ahmed AMARI soutiendra sa thèse de doctorat, préparée au sein de l’équipe d’accueil doctoral ISAE-ONERA MOIS et intitulée « Conception et validation d’AeroRing - un réseau de communication Ethernet en en double anneau pour les systèmes avioniques de nouvelle génération »

Le 21 septembre 2017 à 10h00, salle des thèses ISAE-SUPAERO

devant le jury composé de

  • M. Fabrice FRANCES, Professeur Associé ISAE-SUPAERO
  • M. Marc GATTI, Directeur de recherche Thales Avionics SAS
  • M. Emmanuel GROLLEAU, Professeur ISAE-ENSMA, Rapporteur
  • M. Jérôme LACAN, Professeur ISAE-SUPAERO, Directeur de thèse
  • Mme Ahlem MIFDAOUI, Professeur ISAE-SUPAERO, Codirectrice de thèse
  • Mme Pascale MINET, Chargé de recherche INRIA Paris, Rapporteur

Résumé

La complexité et le besoin en bande passante des architectures de communication avionique ne cessent de croitre avec le nombre des calculateurs et l’expansion des données échangées. La technologie AFDX a été introduite pour offrir des communications haut débit (100Mbps) pour les avions de nouvelle génération. Cependant, ce réseau commuté est déployé de manière entièrement redondante, ce qui conduit à des quantités importantes de câbles, augmentant le poids et les coûts d’intégration. Pour faire face à ces problèmes, on propose dans cette thèse l’intégration d’un réseau Ethernet en anneau comme une solution principale pour diminuer le poids et la complexité liés au câblage. Dans ce contexte, notre objectif est de concevoir et valider un nouveau réseau de communication avionique, AeroRing, basé sur de l’Ethernet Gigabit avec une topologie anneau. Pour atteindre cet objectif, un benchmarking des solutions Ethernet (RTE) les plus pertinentes supportant les topologies anneau vis-à-vis des besoins en avionique a été réalisé, en évaluant en particulier les principaux indicateurs de performance (IP) spécifiés dans CEI 61784-2. Ce benchmarking a révélé que chacune des solutions RTE existantes ne satisfait que certaines exigences, mais qu’il n’y a pas de meilleure solution en termes de toutes les exigences. Par conséquent, nous avons spécifié une nouvelle solution RTE, AeroRing, pour garantir les niveaux requis de performances et de disponibilité, tout en conservant la compatibilité IEEE802.3 et en réduisant les efforts de configuration. Les principales caractéristiques innovantes d’AeroRing sont les suivantes : (i) mécanisme d’accès distribué permettant l’échange simultané de données, pour augmenter la bande passante offerte et l’utilisation des ressources ; (ii) un mécanisme distribué de gestion des pannes évitant tout point de défaillance central, ce qui permet de fournir des niveaux de fiabilité et de disponibilité élevés ; (iii) communication à base d’événement améliorant la flexibilité du système et diminuant la complexité de l’implémentation, en évitant tout besoin de synchronisation ; (iv) Gestion de la Quality of Service prenant en compte des contraintes hétérogènes sur les données, grâce à un algorithme de routage orienté QoS. Pour analyser les effets d’une telle proposition sur les performances temporelles de l’avionique, nous avons modélisé cette solution en utilisant le formalisme du Calcul Réseau (Network Calculus), en se basant tout d’abord sur des approches itératives existantes pour les topologies anneaux. L’évaluation de performance préliminaire a révélé que ces méthodes conduisent à des bornes excessivement pessimistes, et par conséquent à un passage à l’échelle et une utilisation de ressources limitées. Pour permettre le calcul des bornes maximales plus précises sur les délais de bout en bout, nous avons introduit une nouvelle approche d’analyse globale, Pay Multiplexing Only at Convergence points (PMOC), qui prend en compte les phénomènes de sérialisation de flux, en considérant l’impact des flux interférents seulement aux points de convergence. Les premiers résultats ont mis en évidence l’amélioration des bornes calculées avec notre approche, par rapport aux autres méthodes. Ceci a permis d’améliorer les performances, en termes de passage à l’échelle et d’utilisation des ressources. Par la suite, pour analyser le niveau de fiabilité d’AeroRing, nous avons mené une étude de fiabilité où le niveau de fiabilité d’AeroRing a été quantifié analytiquement, en fonction de plusieurs paramètres. Les résultats obtenus ont montré le niveau de fiabilité élevé d’AeroRing, satisfaisant les exigences de l’avionique. Enfin, la validation d’AeroRing via une configuration représentative d’un réseau de communication avionique d’un A380 a été menée. Les résultats obtenus ont mis en évidence la capacité d’AeroRing à garantir les exigences avioniques, en termes de déterminisme, passage à l’échelle, utilisation des ressources et fiabilité.

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