Fair queueing pour les systèmes contrôlés en réseau

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1 queueing pour les systèmes contrôlés en réseau École d été Temps Réel, ETR 9 4 septembre 29

2 Plan Introduction Exemple s 1 Introduction Exemple s 2 CAN/Ethernet CdS/PS 3 ness WRR Délais 4 robuste adaptative 5 2 / 57

3 Contexte : systèmes contrôlés en réseau Introduction Exemple s Systèmes contrôlés en réseau Distribution d un système de contrôle/commande ou d applications temps-réel sur un réseau partagé avec d autres applications. Lié au contexte technologique Système physique Actionneur 1... Actionneur m Capteur 1... Capteur n Autres Process Réseau de contrôle Autres Process Contrôleur FIGURE: Vue traditionnelle des systèmes contrôlés en réseau [Zhang et al., 1] 3 / 57

4 Contexte : systèmes contrôlés en réseau Vue de l automaticien Introduction Exemple s Pour l automaticien, un est un système de contrôle à asservissement dans lequel les boucles de régulation sont fermées au moyen d un réseau de communication [Zhang et al., 1, Richard, 3] Le réseau est partagé par PLUSIEURS applications (soit de commande, soit de fond) ayant chacune des exigences propres. 4 / 57

5 Préambule : vocabulaire Introduction Exemple s Les notions suivantes sont différentes! Système Système distribué Système partagé Système en réseau Système réseau Système contrôlé/commandé en réseau networked control systems Système contrôlé en réseau tolérant aux fautes 5 / 57

6 Préambule : la Qualité de Service Introduction Exemple s La dégradation du service offert par le réseau est principalement liée au partage des ressources. Les caractéristiques fondamentales de la qualité de service sont : Le retard (ou délai) dû aux accès aux ressources partagées (process, réseau, etc) La gigue La disponibilité du réseau Les pertes d information (pertes de messages sur le réseau ou écrasement de mémoire tampon)... La qualité de service (QdS) est ainsi liée à : L ordonnancement des tâches sur les calculateurs L ordonnancement des messages sur le réseau (protocole d accès à la voie) Les chemins Les protocoles de fiabilisation de la communication (transport)... 6 / 57

7 Préambule : le délai, une mesure de la Qualité de Service Introduction Exemple s Illustration de la problématique de la Qualité de Service du réseau mesures expérimentales majorant calculé délai (µs) numéro de trame FIGURE: Mesure de délais sur un réseau Ethernet commuté 7 / 57

8 Exemple d illustration Un enrouleur de bande [Noura et al., ] Introduction Exemple s commande de l enroulement via 3 moteurs (M 1, M 2,M 3 ) espace d état du système : T 1, la mesure de la tension entre M 1 et M 2 T 2, la mesure de la tension entre M 2 et M 3 Ω 2, la mesure de la vitesse angulaire de M 2 U i, la tension appliquée aux moteurs continus. X t= AX t + BU t Y t = CX t + DU t U = [U 1 U 2 U 3 ] T X = [T 1 Ω 2 T 2 ] T 8 / 57

9 Exemple d illustration Introduction d un réseau [Aubrun et al., 5] Introduction Exemple s Projet Européen FP6 STREP NeCST U 1, U 2, U 3 T 1, Ω 2, T 2 process réseau commande process émulateur réseau eth eth1 commande / 57

10 Exemple d illustration Résultats Introduction Exemple s < 1 ms 2 ms ms 8 ms 1 / 57

11 Exemple d illustration Résultats Introduction Exemple s T 1 Ω 2 T < 1 ms 2 ms % dépassement instable ms 8 ms 1 / 57

12 Exemple d illustration Résultats Introduction Exemple s < 1 ms 1 ms ms ms < 1 ms 2 ms time in s 4 ms 8 ms / 57

13 Travaux sur les Introduction Exemple s Études de la communauté automatique : systèmes à retard [Richard, 3] : modélisation des délais, contrôle optimal, robustesse,. MAIS renvoit à une connaissance plus ou moins précise des retards! problématique identique pour les retards et la gigue voir [Li et al., 2, Tipsuwan et al., 3, Huo et al., 4, Richard et al., 7, Zampieri, 8] Prise en compte des systèmes MIMO : Actionneurs h Capteurs... Process... τ ca1 k τ ca2 k τ cam k Réseau τ sc1 k τ sc2 k τ scp k Controleur 11 / 57

14 TC IFAC 1.5 Networked Systems Introduction Exemple s en réseau consigne C (t) + - Ir (t) R E S E A U Cr (t) I (t) contrôle système commandé retour d information métrologie «Dans ce cas, le réseau est une ressource passive (non contrôlable). Si des problèmes apparaissent soit sur le système de contrôle commande soit sur le réseau, les seuls moyens d actions sont sur les algorithmes applicatifs.» 12 / 57

15 TC IFAC 1.5 Networked Systems Introduction Exemple s en réseau consigne C (t) + métrologie - Ir (t) R E S E A U Cr (t) I (t) contrôle système commandé retour d information qualité de service requise par l application + - correcteur système de communication qualité de service observée sur le réseau «Dans ce cas le réseau est «commandable» et des dysfonctionnements peuvent être compensés directement sur le réseau.» 12 / 57

16 Décomposition des savoirs Introduction Exemple s Grandes problématiques Besoin intrinsèque d une évaluation de performances des réseaux (déterministes ou non déterministes) modélisation, métrologie, simulation Adaptation/Reconfiguration des applications à la QdS réseau exemple pour la commande : prise en compte des retards et autonomie Adaptation du réseau (ordonnancement, protocoles) aux exigences applicatives contrôle de congestion et perte de paquets, bande passante et QdS, optimisation de la topologie Conséquence : cadre multi-disciplinaire 13 / 57

17 Plan CAN/Ethernet CdS/PS 1 Introduction Exemple s 2 CAN/Ethernet CdS/PS 3 ness WRR Délais 4 robuste adaptative 5 14 / 57

18 Exemple illustratif CAN/Ethernet CdS/PS Projet ANR SafeNeCS (CRAN, LORIA, GIPSA-lab, INRIA Rhône-Alpes, LAAS) d un drone hélicoptère à 4 rotors développée par le GIPSA-lab. Réseau embarqué : 17 flux périodiques (dont 9 mesures) période d échantillonnage : 1 ms flux optionnel de charge du réseau type étudié : CAN, Ethernet et Ethernet commuté 15 / 57

19 Results obtained with CAN (without load) time(sec) Results obtained with Ethernet 1 Mbit/s (without load) time(sec) Roll Pitch Yaw Roll Pitch Yaw Sensibilité d une commande au protocole d accès à la voie [Diouri et al., 8] CAN/Ethernet CdS/PS degrees Résultats de simulation TrueTime (a) CAN 1 Mb/s sans charge degrees (b) Ethernet partagé 1 Mb/s, sans charge 16 / 57

20 Results obtained with CAN (without load) time(sec) Results obtained with CAN (with load) time(sec) Roll Pitch Yaw Roll Pitch Yaw Results obtained with Ethernet 1 Mbit/s (without load) time(sec) Attitude obs with Ethernet time(sec) Roll Pitch Yaw Sensibilité d une commande au protocole d accès à la voie CAN/Ethernet CdS/PS degrees degrees (c) CAN 1 Mb/s sans charge (d) Ethernet partagé 1 Mb/s, sans charge degrees degrees (e) CAN 1 Mb/s avec charge (f) Ethernet partagé 1 Mb/s, avec charge 17 / 57 FIGURE: Problématique d Ethernet dans les réseaux partagés (les graphes réprésentent l évolution des angles au cours du temps en seconde)

21 Sensibilité d une commande au protocole d accès à la voie CAN/Ethernet CdS/PS Ethernet, bien que disposant d un plus grand débit (1 Mb/s 1 Mb/s) fournit une QdS non acceptable par le système. Ethernet CSMA/CD, résolution non déterministe des collisions CAN CSMA/CA, accès hiérarchique avec priorité (ici les trafics de commande et de mesure présentent une priorité plus grande que le trafic de fond) Solutions pour obtenir sur Ethernet un service conforme : 1 éviter les collisions : architectures commutées à liaisons point à point full-duplex ici, insertion d un commutateur 18 / 57

22 Results obtained with CAN (with load) time(sec) Roll Pitch Yaw Attitude obs with Ethernet time(sec) Attitude obs with Ethernet time(sec) Sensibilité d une commande au protocole d accès à la voie CAN/Ethernet CdS/PS degrees degrees (a) CAN 1 Mb/s avec charge (b) Ethernet partagé 1 Mb/s, avec charge degrees (c) Ethernet commuté 1 Mb/s, avec charge 19 / 57 FIGURE: Problématique d Ethernet dans les réseaux partagés (les graphes réprésentent l évolution des angles au cours du temps en seconde)

23 Sensibilité d une commande au protocole d accès à la voie CAN/Ethernet CdS/PS Ethernet commuté ne fournit toujours pas une QdS acceptable. CAN CSMA/CA, accès hiérarchique avec priorité semblable à un ordonnancement à priorité stricte Ethernet commuté (IEEE 82.1D) politique d ordonnancement FIFO de base pour la gestion de la congestion en cas de concurrence d accès à un port commun Solutions pour recouvrer sur Ethernet un service conforme : 1 architectures commutées à liaisons point à point full-duplex 2 IEEE 82.1D/Q : Classification de Service, avec ordonnancement à priorité stricte Problèmes : seulement Classification de Service (pas de garantie explicite du service comme en QdS) Reste néanmoins la possibilité d évaluation déterministe par calcul réseau 2 / 57

24 Évaluation par calcul réseau CAN/Ethernet CdS/PS Analyse par Calcul Réseau d un ordonnancement à priorité stricte prioritaire intermédiaire non prioritaire taux de service C Hypothèses : capacité des ports d entrée : C in b/s capacité du port de sortie : C b/s arrivée de trafic contrainte par un seau percé (prise en compte des rafales) équivalent à un trafic périodique Z y x avec P j ρ j < C. buffers à capacité infinie R i (t) dt min {C in (y x), σ i + ρ i (y x)} 21 / 57

25 Ordonnancement à Priorité Stricte Évaluation par calcul réseau quantité de bits courbe de service CAN/Ethernet CdS/PS C (σ1, ρ1) courbe d arrivée Cin t σ 1 C in ρ 1 max {L2,max, L3,max } /C FIGURE: Courbe de service & arriéré de traitement pour un ordonnancement statique à priorité stricte du flux prioritaire. Le service pour un flux prioritaire peut donc s écrire : β 1 (t) = R (t T) + avec une latence T = max {L 2,max, L 3,max } /C et un taux de service R = C. 22 / 57

26 Ordonnancement à Priorité Stricte Évaluation par calcul réseau CAN/Ethernet CdS/PS quantité de bits C C ρ1 courbe de service (σ1, ρ1) Cin (σ2, ρ2) t σ 1 C ρ 1 + L3,max/C L3,max/C FIGURE: Courbe de service & arriéré de traitement pour un ordonnancement statique à priorité stricte du flux intermédiaire. Le service pour un flux intermédiaire peut donc s écrire : β 2 (t) = R (t T) + 22 / 57 avec une latence T = σ 1 C ρ 1 + L 3,max C et un taux de service R = C ρ 1.

27 Ordonnancement à Priorité Stricte Évaluation par calcul réseau CAN/Ethernet CdS/PS quantité de bits C C ρ1 ρ2 (σ3, ρ3) (σ1, ρ1) courbe de service Cin (σ2, ρ2) t σ 1 +σ 2 C ρ 1 ρ 2 FIGURE: Courbe de service & arriéré de traitement pour un ordonnancement statique à priorité stricte du flux à priorité basse. Le service pour un flux best effort peut donc s écrire : β 3 (t) = R (t T) + avec une latence T = σ 1+σ 2 C ρ 1 ρ 2 et un taux de service R = C ρ 1 ρ / 57

28 Ordonnancement à Priorité Stricte Évaluation par calcul réseau CAN/Ethernet CdS/PS Compte tenu de l hypothèse d une courbe d arrivée affine et d un service type rate latency, le résultat suivant formulé par [Le Boudec, ] est directement applicable au majorant du délai : avec τ i = D où : j d i (t) sup inf min + ff {Cin t, σ i + ρ i t} R (t + T) t σ i C in ρ i. (T τ i ) + σ i + ρ i τ i R max(l2,max + L 3,max ) D 1,PQ = C σ1 + σ 2 D 3,PQ = τ 3 C ρ 1 ρ 2 τ 1 «+ σ 1 + ρ 1 τ 1 C «+ σ 3 + ρ 3 τ 3 C ρ 1 ρ 2 23 / 57

29 Plan ness WRR Délais 1 Introduction Exemple s 2 CAN/Ethernet CdS/PS 3 ness WRR Délais 4 robuste adaptative 5 24 / 57

30 Ordonnancement à Priorité Stricte Évaluation par calcul réseau ness WRR Délais En Priorité Stricte, max(l2,max + L 3,max ) D 1,PQ = C σ1 + σ 2 D 3,PQ = τ 3 C ρ 1 ρ 2 Remarques τ 1 «+ σ 1 + ρ 1 τ 1 C «+ σ 3 + ρ 3 τ 3 C ρ 1 ρ 2 l expression du délai des flux non prioritaires dépend des caractéristiques des autres flux situation de famine possible : si ρ 1 + ρ 2 C, alors D 3,PQ + Problème : en, le réseau est partagé par plusieurs applications (ou commandes) il s agit donc en sus de la garantie du respect d une échéance temporelle, de fournir le meilleur service aux autres flux : ordonnancement équitable 25 / 57

31 Service weighted round robin ness WRR Délais Weighted, initialement proposé dans [Demers et al., 89], également connu sous la dénomination Packetized Generalized Processor Sharing (PGPS) [Parekh et al., 93] basé sur l algorithme conceptuel appelé Generalized Processor Sharing (GPS). Service GPS Un nœud GPS est caractérisé par n réels positifs φ 1, φ 2... φ n. Il opère à un taux fixe C et est non oisif. Chaque flux i possède un taux de service garanti noté c tel que : φ i c = P n j=1 φ C j 26 / 57

32 Service GPS ness WRR Délais Intérêts : équitable, c = φ i P n j=1 φ j C flexible (le nombre φ i permet de modifier le service offert à un flux donné, et par conséquent aux autres flux présente des propriétés d analyse et de majoration. Par exemple, dans le cas où n = 2 et sous l hypothèse que R 2 est majoré par (σ, ρ), [Chang, ] montre que la courbe de service offerte au flux 1 est définie par : j β 1 (t) = max (C ρ) t σ, Problème : suppose une préemption des paquets ff φ 1 Ct φ 1 + φ 2 27 / 57

33 Évolution PGPS Schéma de transmission paquet par paquet qui approxime GPS : PGPS. ness WRR Délais tn tm tn arrivée des paquets θ GPS (n) θ GPS (m) service sous GPS retard θ PGPS (m) L(m ) C θ PGPS (m) θ PGPS (n) service sous PGPS FIGURE: Contexte de retardement du service offert à un paquet sous PGPS par rapport à GPS. 28 / 57

34 Évolution PGPS ness WRR Délais Schéma de transmission paquet par paquet qui approxime GPS : PGPS. lorsqu il est prêt, un nœud PGPS sélectionne le paquet qui serait le premier retransmis dans la simulation GPS. implémentation pratique majeure de PGPS : le temps virtuel (virtual time, voir [Parekh et al., 93]) qui réagit à deux types d événements. à chaque arrivée d un paquet, le paquet est étiqueté avec sa date de fin de retransmission. à chaque fin de retransmission d un paquet, l ordonnanceur choisit le paquet présentant l étiquette temporelle la plus petite parmi l ensemble des paquets disponibles. Service PGPS [Chang, ] Le service offert à un flux i est défini par : β i (t) =! + φ P i n j=1 φ (t L max) L i,max j Les délais peuvent être plus long sous PGPS qu avec GPS. 29 / 57

35 Complexité ness WRR Délais L utilisation de PGPS dans un commutateur pose alors le problème de la complexité de l algorithme en fonction de n, le nombre de priorités. Selon [Bennett et al., 97], le problème de PGPS est que la complexité des opérations d insertion ou de suppression de trames dans la file est O (log n) et que la pire complexité de calcul du temps virtuel V (t) peut aller à O (n). Seconde politique d ordonnancement du standard IEEE 82.1D/Q De ce fait, les implémentations pratiques de WFQ dans les commutateurs actuels sont basées sur une politique Weighted Round Robin qui reste beaucoup plus simple. 3 / 57

36 Round Robin et Weighted Round Robin ness WRR Délais Round Robin séquence cyclique (en utilisant un ordre prédéfini qui dépend de la priorité des files) de traitement des trames de chaque file non vide équité totale en cas de longueur de trame constante Weighted Round Robin flexibilité : à chaque classe est associée en plus de la priorité, un poids φ i objectif traitement classe i : φ i P j φ j pire cas : une trame vient juste de manquer le tour de sa classe délais potentiellement plus longs qu en PGPS 31 / 57

37 Ordonnancement Weighted Round Robin Évaluation par calcul réseau ness WRR Délais Remarques : le principe d équité impose que le service offert à un flux ne dépende pas des paramètres (σ, ρ) des autres flux, en particulier le volume d avalanche de données. levier de commande : les poids (noté φ i pour un flux de priorité i) pourront être modifiés pour limiter le service offert aux trames de priorité inférieure. Hypothèses : (robustesse longueurs variables) le poids φ i correspond à la limite maximale d unités de données servies pour la classe par cycle. longueur maximale d un cycle limitée par P j φ j C temps de traitement offert à un flux i par cycle est majoré par φ i C la quantité de données offerte à un flux durant un cycle sera limitée dans le pire cas par φ i L i,max. Un service minimal est ici garanti à chaque classe : évite la famine. 32 / 57

38 ness WRR Délais quantité de bits Ordonnancement Weighted Round Robin Évaluation par calcul réseau (σi, ρi) courbe d arrivée courbe de service Cin C c t 2 P j i φ j +φ i L i,max P C j φ j L i,max P C j i φ j C Dans le pire cas, toutes les classes utilisent l intégralité de leur service. ı P t j i β (t) = sup C t φ! +! P j t j, φ i x = φ j L i,max x C x C 33 / 57

39 Ordonnancement Weighted Round Robin Évaluation par calcul réseau quantité de bits courbe d arrivée courbe de service courbe de service simplifiée ness WRR (σi, ρi) Délais Cin C c t Rate-latency équivalente : 2 P j i φ j +φ i L i,max P C j φ j L i,max P C j i φ j C β R,T (t) =R (t T) + R = C φ i L i,max Pj φ j L i,max, T = P j i φ j C 34 / 57

40 Ordonnancement Weighted Round Robin Évaluation par calcul réseau ness WRR Délais Comme pour l ordonnancement à priorité stricte, on obtient : d i (t) (T τ i ) + σ i + ρ i τ i R D où les expressions : «φ2 + φ 3 D 1,WRR = τ 1 + C C... σ i τ i = C in ρ i σ 1 + ρ 1 τ 1 φ 1 L 1,max φ 1 +φ 2 +φ 3 L 1,max «φ1 + φ 2 D 3,WRR = τ 3 + C C σ 3 + ρ 3 τ 3 φ 3 L 3,max φ 1 +φ 2 +φ 3 L 3,max Remarque : si φ 2 et φ 3, on retrouve pour D 1,WRR l expression de l ordonnancement à priorité stricte. 35 / 57

41 Plan robuste adaptative 1 Introduction Exemple s 2 CAN/Ethernet CdS/PS 3 ness WRR Délais 4 robuste adaptative 5 36 / 57

42 robuste adaptative Répondre aux exigences requises par l application/commande : Qualité de Performance du système temps de réponse dépassement maximal marge de phase ou de retard position des pôles... Ces analyses peuvent se traduire en un retard maximal acceptable induit par le réseau. éviter la dégradation de la commande par réservation de ressources, contrôle dynamique de leur allocation En ordonnancement WRR, cela signifie agir sur les poids, pour agir sur la bande passante allouée et in fine agir implicitement sur les délais de bout en bout. 37 / 57

43 Results obtained with CAN (with load) time(sec) Roll Pitch Yaw Attitude obs with Ethernet time(sec) robuste robuste adaptative Projet ANR SafeNeCS (CRAN, LORIA, GIPSA-lab, INRIA Rhône-Alpes, LAAS) degrees degrees (a) CAN 1 Mb/s avec charge (b) Ethernet commuté 1 Mb/s, avec charge Objectifs : 1 assurer la même Qualité de Performance via l ordonnancement WRR 38 / 57

44 robuste robuste adaptative Objectifs : 1 assurer la même Qualité de Performance via l ordonnancement WRR 2 réseau partagé : maximiser le service offert au flux de fond (bande passante) tout en garantissant la QdP exigée Étude : une analyse de la commande a permis de déterminer un seuil maximum pour les retards de 5 ms on considère 2 classes : une prioritaire pour le trafic de commande, une non prioritaire pour le trafic de fond utilisation des résultats du calcul réseau afin d identifier (φ 1, φ 2 ) j max = φ ff 2, φ i [1, 255] D 1,WRR 5 ms φ 1 + φ 2 résultat : (φ 1 = 9,φ 2 = 3) 39 / 57

45 robuste robuste adaptative Utilisation des résultats du calcul réseau afin d identifier (φ 1, φ 2 ) j max = φ ff 2, φ i [1, 255] D 1,WRR 5 ms (φ 1 = 9, φ 2 = 3) φ 1 + φ Attitude obs with Ethernet commute WRR [9 3] 1 degrees time(sec) FIGURE: Stabilité recouvrée sur Ethernet via WRR 4 / 57

46 robuste robuste adaptative TABLE: Comparaison de performances Réseau Temps de réponse (s) Bande passante roulis tangage lacet disponible (Mb/s) CAN 1,22 1,3 1,84,923 WRR 1,23 1,3 1,84 8,76 Au final, l ordonnancement WRR permet de stabiliser le système, tout en augmentant la bande passante allouée au trafic de fond (en fait, permet de profiter ici des débits intrinsèques d Ethernet). 41 / 57

47 adaptative Plateforme expérimentale robuste adaptative Projet Européen FP6 STREP NeCST σ6 σ1 σ2 1 σ1 3 σ1 σ 4 4 C (s) controler ethernet switch overload traffic σ 3 σ 5 overload traffic σ 1 6 σ1 5 σ1 1 σ 2 Platforme : réseau Ethernet commuté (Cisco Catalyst 2955) - 1 Mb/s 2 PCs d émulation de la commande et du système (commande PI) 2 PCs de charge du réseau (MGEN generator) - (6 Mb/s) Développements en C à base de threads POSIX et socket UDP Calcul périodique de la commande (et non event-triggered) Communications asynchrones (bufferisation des signaux u et y) Synchronisation des horloges entre la commande et le système (IEEE PTP 1588) Mesure uni-directionnelle des délais Estimation périodique de la QdS et reconfiguration en ligne des paramètres de l ordonnancement WRR depuis le PC de commande (protocole Telnet) P (s) real-time process 42 / 57

48 Sans classification de service Plateforme expérimentale robuste adaptative Mesures des délais (en ms) par estampillage des trames et synchronisation d horloges 43 / 57

49 Adaptation basée sur la métrologie des retards robuste adaptative Utilisation des délais paramètre de la QdS, donc du service offert par le réseau et parce que de grands délais peuvent affecter sensiblement la. + network controller τca, τsc ω1, ω2 + C (s) P (s) output controller control delay process sensing delay network Strategie : Lorsque les délais du flux temps réel augmentent, le poids de la classe associée est incrémenté. Les poids sont incrémentés (et respectivement décrémentés) de / 57

50 Adaptation basée sur la métrologie des retards robuste adaptative 45 / 57

51 Adaptation basée sur le signal d erreur robuste adaptative Idée : prendre en compte les performances de la commande du système (QdP) Accommodation des poids WRR relativement à un seuil d erreur de 5% + network controller ω1, ω2 ξ + C (s) P (s) output controller control delay process sensing delay network 46 / 57

52 Adaptation basée sur le signal d erreur robuste adaptative 47 / 57

53 Combinaison délai/signal d erreur robuste adaptative Bénéfices : prendre simultanément en compte les performances du réseau et de la commande anticiper les phénomènes de congestion en adaptant l allocation du trafic de fond en fonction des fluctuations du délai network controller ω1, ω2 τca, τsc ξ + C (s) P (s) output controller control delay process sensing delay network 48 / 57

54 Combinaison délai/signal d erreur robuste adaptative 49 / 57

55 Intégration de l étude par calcul réseau robuste adaptative 5 / 57

56 Discussion robuste adaptative Comparaison des approches (suivant les expérimentations) capteur délais dépassement bande passante moyens (ms) maximum (en %) disponible (Mb/s) 2,27 793,8 délai 1, ,94 erreur 1, ,96 délai + erreur 1, ,8 délai + erreur + network calculus 1,5 42 8,1 network calculus (statique) 1,9 Chacune des méthodes améliore la QdP La compensation seule par le délai permet d anticiper l in mais sans intégrer la dynamique du système L approche intégré permet de bien prendre en compte la dynamique du système tout en offrant suffisamment de bande passante au trafic de fond 51 / 57

57 Plan 1 Introduction Exemple s 2 CAN/Ethernet CdS/PS 3 ness WRR Délais 4 robuste adaptative 5 52 / 57

58 L ordonnancement fair queueing permet de prendre en compte le partage du réseau dans les par plusieurs applications Actuellement, seul WRR est implanté dans les commutateurs Ethernet sur le marché Chaque type doit faire l objet d une étude particulière L allocation dynamique des ressources dans le cadre des s doit se faire en lien avec les caractéristiques de la commande du système dynamique du système exigence utilisateur seuil de tolérance en termes de QdS avant dégradation de la QdP 53 / 57

59 Référence Systèmes commandés en réseau Traité IC2, Information Communication Série systèmes automatisés, Hernès Lavoisier ISBN : Éditeurs : J.-P. RICHARD, T. DIVOUX 1 Impact du réseau sur les performances des applications G. JUANOLE, G. MOUNEY. 2 à travers internet : prise en compte des retards variables A. SEURET, J.-P. RICHARD, F. MICHAUT, F. LEPAGE. 3 Stabilisation des systèmes commandés par réseau : une approche prédictive E. WITTRANT, D. GEORGES, C. CANAUDAS DE WIT, O. SENAME. 4 Robots en réseau P. FRAISSE, A. LELEVÉ, W. PERRUQUETTI. 5 Évaluation de majorants des délais de transmission pour les systèmes commandés en réseau J.-P. GEORGES, T. DIVOUX, E. RONDEAU. 54 / 57

60 Références I H. Noura, D. Sauter, F. Hamelin et D. Theilliol. Fault-tolerant control in dynamic systems : Application to a winding machines. IEEE Control Systems magazine, 33 49, Fév. 2. W. Zhang, S. Branicky et S. Phillips. Stability of networked control systems. IEEE Control Systems magazine, 21 :84 89, Fév. 21. J.-P. Richard. Time-delay systems : an overview of some recent advances and open problems. Automatica, 39(1) : , Oct. 23. C. Aubrun, E. Rondeau, J.-P. Georges, B. Brahimi et F. Michaut. Deliverable 5-1 : Simulation of optimized network architecture. Projet STREP NeCST, Mai 25. S. Li, Z. Wang et Y. Sun. Fundamental problems of networked control system from the view of control and scheduling. 28th IEEE Conference of the Industrial Electronics Society, volume 3, , Séville, Espagne, Nov. 22. Y. Tipsuwan et M.-Y. Chow. Control methodologies in networked control systems. Control Engineering Practice, 11 : , 23. Z. Huo, H. Fang et C. Ma. Networked control system : state of the art. Fifth World Congress on Intelligent Control and Automation, volume 2, , Hangzhou, China, Juin / 57

61 Références II J.-P. Richard et T. Divoux. Systèmes commandés en réseau. Traité IC2. Hermès Lavoisier, Fév. 27. S. Zampieri. Trends in networked control systems. Proceedings of the 17th IFAC World Congress, , Séoul, Corée du Sud, Juillet 28. I. Diouri, C. Berbra, J.-P. Georges, S. Gentil et E. Rondeau. Evaluation of a switched ethernet network for the control of a quadrotor. 16th Mediterranean Conference on Control and Automation, , Ajaccio, France, Juin 28. C.-S. Chang. Performance Guarantees in Communication Networks. Telecommunication Networks and Computer Systems. Springer Verlag, 2. J. Bennett et H. Zhang. Hierarchical packet fair queueing algorithms. IEEE/ACM Transactions on Networking, 5(5) : , Oct A. Demers, S. Keshav et S. Shenker. Analysis and simulation of a fair queueing algorithm. ACM SIGCOMM Computer Communication Review, 19(4) :1 12, Sept A. Parekh et R. Gallager. A generalized processor sharing approach to flow control in integrated services networks : The single node case. IEEE/ACM Transactions on Networking, 1(2) : , Juin / 57

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