APPLICATION DES SYSTEMES STRUCTURES A L’ETUDE DU

Marie-Therese

Description

Sujet de Thèse Diagnostic des systèmes embarqués en réseau. Application à un mini drone hélicoptère Responsable : Suzanne LESECQ [e-mail] 04 76 82 62 25 Site web du LAG : http : //www-lag.ensieg.inpf.fr Co-responsable : Sylviane GENTIL [e-mail] 04 76 82 62 39 Financement : demandé MOTS-CLES : Détection et Diagnostic (FDI), Tolérance aux Fautes (FTC), reconfiguration, temps réel, fusion de données, système embarqué, centrale d’attitude, mini drone 4 rotors. CADRE ET OBJECTIFS DU SUJET : Le contexte de ce travail de thèse est un projet de recherche de l’ANR dans le cadre de l’action de recherche Sécurité des Systèmes embarqués et Intelligence Ambiante (SSIA), projet intitulé Safe-NECS : Conception coordonnée des systèmes tolérants aux fautes contrôlés en réseaux. Ce projet réunit des équipes du Département Automatique – GIPSA-lab Grenoble, du CRAN (Nancy), du LAAS (Toulouse), du LORIA (Nancy) et de l’INRIA Rhône-Alpes. L’une des tâches confiées au Département Automatique porte sur l’aspect diagnostic des systèmes embarqués en réseau. Un banc d’essai sera réalisé pour valider les approches retenues. Il s’agit d’un mini drone hélicoptère, déjà étudié au Département par une autre équipe en vue de sa commande et de son observation [1, 2]. Depuis plusieurs années, le diagnostic (FDI, Fault Detection and Isolation) est une thématique forte de recherches au Département Automatique. Ce dernier possède ...

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Extrait

Laboratoire d’Automatique de Grenoble – ENSIEG – B.P. 46 – 38402 – Saint-Martin-d’Hères-Cedex

Sujet de Thèse

Diagnostic des systèmes embarqués en réseau.

Application à un mini drone hélicoptère

Responsable

:

Suzanne LESECQ

[e-mail]

04 76 82 62 25

Site web du LAG : http : //www-lag.ensieg.inpf.fr

Co-responsable :

Sylviane GENTIL

[e-mail]

04 76 82 62 39

Financement :

demandé

MOTS-CLES :

Détection et Diagnostic (FDI), Tolérance aux Fautes (FTC), reconfiguration, temps réel, fusion de

données, système embarqué, centrale d’attitude, mini drone 4 rotors.

CADRE ET OBJECTIFS DU SUJET :

Le contexte de ce travail de thèse est un projet de recherche de l’ANR dans le cadre de l’action de

recherche Sécurité des Systèmes embarqués et Intelligence Ambiante (SSIA), projet intitulé

Safe-

NECS

:

Conception coordonnée des systèmes tolérants aux fautes contrôlés en réseaux

. Ce projet

réunit des équipes du Département Automatique – GIPSA-lab Grenoble, du CRAN (Nancy), du LAAS

(Toulouse), du LORIA (Nancy) et de l’INRIA Rhône-Alpes. L’une des tâches confiées au Département

Automatique porte sur l’aspect diagnostic des systèmes embarqués en réseau. Un banc d’essai sera

réalisé pour valider les approches retenues. Il s’agit d’un mini drone hélicoptère, déjà étudié au

Département par une autre équipe en vue de sa commande et de son observation [

1, 2].

Depuis plusieurs années, le diagnostic (FDI, Fault Detection and Isolation) est une thématique forte de

recherches au Département Automatique. Ce dernier possède maintenant une expérience solide et

internationalement reconnue dans ce domaine. Un projet européen récemment achevé (EU-IST-2000-

30009 MAGIC) sur le thème du diagnostic distribué a permis de cerner quelques points durs pour

l’implantation sur un procédé réel des algorithmes de diagnostic. Parmi les questions sans réponse à

ce jour, on se propose d’aborder le problème des stratégies de distribution des tâches de diagnostic

entre un système embarqué et un système central et de tenir compte des possibilités de défaillance

du réseau de communication entre ces deux entités.

On voit donc ici s’étendre la notion de diagnostic qui doit considérer le réseau comme un composant,

susceptible d’être défaillant au même titre que les autres composants du système (capteurs,

actionneurs, système). Les pertes de données et leur désynchronisation vont influencer les

algorithmes de diagnostic qui, pour le moment, supposent des données régulièrement échantillonnées

et synchrones. Pour pallier cette désynchronisation, on pourra s’inspirer des travaux effectués en

commande par réseaux, où l’on doit tenir compte des mêmes phénomènes. On pourra aussi

envisager des solutions à caractère plus empirique : re-synchronisation artificielle des données par

exemple, mais en gérant le fait que la confiance dans une donnée re-synchronisée doit être diminuée

ou que les seuils utilisés pour engendrer un symptôme doivent être augmentés [

3].

Le caractère embarqué rajoute une difficulté à l’analyse de sûreté. En effet, compte tenu de l’applicatif

bas coût et des contraintes en termes de masse embarquée et de taille, on ne peut pas envisager de

redondance matérielle (capteurs et actionneurs). Des traitements de haut niveau doivent aussi être

déportés sur le système central, le calculateur embarqué ne pouvant assurer toutes les fonctionnalités

(commande, observation, mais aussi FDI complet). Pour ce qui est du diagnostic, on envisage de

fusionner les mesures issues de plusieurs modalités de mesure (accéléromètres, magnétomètres,

Laboratoire d’Automatique de Grenoble – ENSIEG – B.P. 46 – 38402 – Saint-Martin-d’Hères-Cedex

gyromètres, capteurs de pression, télémètres, mesures de tension, de courant) en exploitant des

échanges avec le système central lorsque le réseau est peu chargé, et de se replier sur les mesures

les plus fiables au vu du diagnostic lorsqu’une défaillance se produit. Les difficultés ici portent sur la

distribution du diagnostic entre le système central et le système embarqué, et la façon de fusionner les

diverses informations fournies par différents « diagnostiqueurs ».

Le travail débutera par une analyse bibliographique des méthodes de diagnostic et de leur adéquation

à une architecture distribuée. L’étude des critères de performances classiques (robustesse, taux de

fausses alarmes, taux de non détection…) devra être couplé à une étude du comportement des

algorithmes du point de vue calcul (charge de calcul, besoins temps réel…). La distribution des

fonctions de diagnostic (embarquées, déportées) sera aussi abordée.

On s’intéressera ensuite aux problèmes de désynchronisation des données utilisées par les

algorithmes de diagnostic et d’exploitation simultanée de symptômes fournis par différents «

diagnostiqueurs ». On proposera enfin des stratégies de modification des algorithmes (reconfiguration

logicielle) en fonction de la charge du réseau et du taux de criticité du défaut détecté.

Un simulateur du mini drone sera réalisé. On s’attachera en particulier à l’implantation dans ce

simulateur de défauts réalistes (actionneurs [4], capteurs [5], système, réseaux). Le réseau utilisé par

le drone pour communiquer avec sa base (voir le réseau de terrain au sein même du drone) sera

simulé par un logiciel fourni par l’un des partenaires du projet

Safe-NECS

.

Lorsque les résultats obtenus en simulation seront convaincants, on s’intéressera au prototype. Cette

plateforme expérimentale devra être instrumentée en vue de son diagnostic et de la reconfiguration du

système. La réalisation de cette plateforme est une étape critique du projet

Safe-NECS

. En effet, outre

la validation sur procédé réel des stratégies de diagnostic pour des systèmes embarqués en réseaux,

elle sera utilisé par une autre équipe du projet de manière à analyser les capacités du système en

terme de « tolérance aux fautes ».

REFERENCES :

[

1

]

J.F Guerrero Castellanos,

Autonomie du drone à 4 rotors

, rapport sur le travail de 1ère année de thèse,

Laboratoire d’Automatique de Grenoble, Octobre 2005, confidentiel.

[2]

J.F Guerrero Castellanos, S. Lesecq, N. Marchand, J.Delamare,

A Low-Cost Air Data Attitude Heading

Reference System for the Tourism Airplane Apllications

, IEEE Sensors 2005, Irvine, California, USA, 31

octobre - 3 novembre 2005.

[3]

S. Gentil, M. Exel, I. Fagarasan, C. Garcia, S. Lesecq,

Discussion about MAGIC Confidence Levels

,

MAGIC EU project, report MAGG019S01, November 2003

[4]

G. Heredia, V. Remuß, A. Ollero, R. Mahtani and M. Musial (2004).

Actuator fault detection in

autonomous helicopters

, Proc. of the 5

th

IFAC/EURON Symposium on Intelligent Autonomous Vehicles

(IAV2004), Lisbonne, Portugal.

[5]

G. Heredia, V. Remuß, A. Ollero, R. Mahtani and M. Musial,

Detection of Sensor Faults in Autonomous

Helicopters

, Proc. of the 2005 IEEE International Conference on Robotics and Automation (ICRA 2005),

Barcelone, Espagne, Avril 2005.