Wired embedded communication networks monitoring : a transferometry-based approach

Surveillance des réseaux de communication filaires embarqués : une approche par transférométrie Dans les systèmes de commande en réseau (NCS) câblés, les composants tels que les capteurs, les actionneurs et les contrôleurs communiquent par des câbles, au moyen d'unités de commande électronique (ECU). Tous ces composants connectés sont sujets à des pannes qui peuvent dégrader les performances du système. La détection efficace de ces défauts et la localisation du composant défectueux font l'objet de recherches intensives. Les câbles utilisés pour la transmission de données et l'alimentation en énergie sont généralement considérés comme exempts de défauts. Cependant, comme tout matériau physique, ils se dégradent avec le temps et peuvent aussi devenir défectueux.Les défauts dans les réseaux câblés sont divisés en deux catégories, à savoir les défauts non-francs et les défauts francs, en fonction de leur gravité et de leur impact sur le comportement du système. Les défauts non-francs ou dégradations résultent de l'usure des câbles, des contraintes mécaniques, des températures excessives ou de l'humidité. Ces défauts non-francs n'ont pas d'effet immédiat car la communication ou le transfert d'énergie est maintenu. Cependant, ces défauts non-francs ont tendance à évoluer avec le temps vers des défauts francs (c'est-à-dire un circuit ouvert ou un court-circuit) qui entraînent la perte de la communication ou de l'alimentation en énergie. Il est donc très important, surtout dans les réseaux câblés embarqués, de surveiller l'état de santé des câbles, ce qui consiste à détecter les défauts non-francs, à localiser la branche défectueuse et à estimer la gravité du défaut.L'objectif de cette thèse est de développer un système de surveillance de l'état de santé pour la détection, la localisation et le diagnostic des défauts non-francs, dans les réseaux de communication filaires embarqués. Nous proposons une approche basée sur la transferométrie qui utilise les capacités de calcul et de transmission de l'ECU connecté. Des signaux de surveillance dédiés sont envoyés sur le réseau par certaines ECU, agissant comme des sources. Les signaux reçus par les autres ECU, agissant en tant que récepteurs, sont analysés pour estimer les coefficients de transmission (TC) des lignes de transmission. Les indicateurs de santé sont calculés par les récepteurs en comparant les TC estimés en ligne avec un TC de référence estimé dans l'hypothèse d'une absence de défaut.En outre, il est bien connu qu'un réseau câblé de transmission peut être modélisé par un modèle de matrice chaîne classique, qui est dérivé des paramètres RLCG de chaque câble. Un défaut non-franc est modélisé par une addition d'impédance. En utilisant le modèle avec défaut non-franc, nous prouvons que les indicateurs de santé sont sensibles aux défauts et nous montrons qu'un ensemble de résidus structurés peut être généré pour détecter le défaut et localiser la branche défectueuse du réseau.La méthode de surveillance est développée pour plusieurs topologies de réseau : topologies point à point, en Y, en étoile, en bus et hybride.La méthode proposée est validée à l'aide de TC expérimentaux mesurés sur un banc d'essai de réseau en forme de Y. Des simulations sont réalisées pour étudier des réseaux complexes comme les réseaux en bus ou hybrides. La sensibilité des résidus aux défauts non-francs et la robustesse au bruit sont également analysées à l'aide de TC simulés. Il est montré que, en raison du bruit, les résidus forment un cluster dans l'espace des résidus, dont les caractéristiques dépendent de la gravité et de la localisation du défaut.