Sur l'intégration de mécanismes d'ordonnancement et de communication dans la sous-couche MAC de réseaux locaux temps réel
Résumé
In this thesis, it is proposed an architecture for the MAC sub-layer of a real-time communication network, which integrates mechanisms to guarantee traffic timing constraints. First, a taxonomy of real-time MAC protocols based on scheduling attributes is presented. In particular, the timed token protocol and some mechanisms of the "ISA SP-50 / IEC-65C" standard are detailed. After, contributions about scheduling and protocol mechanisms are presented, such as: extension of the non-preemptive ED scheduling algorithm schedulability test; definition of new mode change algorithm for RM scheduled networks; definition of a new timed token protocol, which enhances the traditional timed token protocol real-time performance; definition of schedulability tests for the FIP network sporadic traffic; proposal of two real-time profiles for the Profibus network. Finally, an architecture for the MAC sub-layer of a real-time communication network is proposed, modelled and evaluated using Stochastic Timed Petri Nets. In this architecture, we propose a centralised scheduling of periodic and sporadic traffic, using a non-preemptive scheduling algorithm to schedule periodic traffic and a timed token based mechanism to schedule sporadic traffic. In this way the traffic timing constraints are ensured. We briefly analyse some traffic scenarios in terms of real-time traffic schedulability bounds. The effectuated analysis allows us to show the interest of the Stochastic Timed Petri Nets model to automatically evaluate the schedulability of generic message stream sets.
Cette thèse se situe dans le contexte des réseaux de communication temps-réel et son objectif est de proposer une architecture de communication pour la sous-couche MAC, qui définit des mécanismes pour assurer les contraintes temporelles du trafic temps-réel. Tout d'abord, une classification des protocoles MAC temps-réel existants, en mettant en exergue l'aspect ordonnancement de flux de messages ou ordonnancement de stations, est effectuée. En particulier, le protocole "jeton temporisé" et des mécanismes de la norme "ISA SP-50 / IEC-65C" sont détaillés. Ensuite, des contributions sur les mécanismes d'ordonnancement et les mécanismes protocolaires sont développées, à la fois en termes conceptuels et en termes de réflexions sur les normes existantes: proposition d'un algorithme non-préemptif ED avec, en particulier, une extension des conditions classiques d'ordonnançabilité; définition d'un algorithme de changement de mode de fonctionnement pour un système ordonnancé par l'algorithme RM; définition d'un protocole appelé "jeton temporisé régulier" qui améliore les performances temps-réel du protocole "jeton temporisé"; définition des conditions d'ordonnançabilité du trafic apériodique urgent dans le réseau FIP et proposition de deux profils de fonctionnement temps-réel pour le réseau Profibus. Enfin, nous proposons, modélisons avec le modèle "Réseaux de Petri Temporisés Stochastiques" et évaluons une architecture de communication pour la sous-couche MAC de réseaux locaux temps-réel. Cette architecture met en ¿uvre, de manière centralisée, un ordonnancement conjoint des trafics périodique et apériodique temps-réel, sur la base d'un algorithme non-préemptif pour le trafic périodique et d'une technique de jeton temporisé pour le trafic apériodique temps-réel. L'analyse permet, d'une part, d'évaluer l'ordonnancement en termes de taux d'utilisation permis et des limites de l'ordonnançabilité et, d'autre part, de montrer tout l'intérêt des modèles "Réseaux de Petri Temporisés Stochastiques" pour représenter et évaluer automatiquement l'ordonnançabilité d'un ensemble de configurations de flux de messages.