L'intérêt du codage réseau (network coding) pour améliorer le débit ou optimiser l'utilisation de la capacité du réseau a été clairement démontré dans différents contextes. Certains travaux ont notamment montré que le codage réseau permet de diminuer le délai (maximal et moyen) de transmission de bout-en-bout d'un paquet. Ceci est dû au fait que le traitement simultané de plusieurs paquets dans un noeud de codage permet de réduire le temps passé par les paquets dans les files d'attente par rapport au routage classique. Dans cette thèse, nous considérons l'application du codage réseau dans le contexte des réseaux proposant des garanties de qualité de service (QoS). Notre principale contribution est la proposition de trois stratégies de codage réseau assurant un niveau de QoS garantie exprimé en termes de délai de bout-en-bout. La première stratégie, appelée "stratégie orientée réseau" est une stratégie de codage aléatoire, en termes de dates d'arrivée des paquets, permettant de réduire au maximum le temps passé par les paquets dans les files d'attente des routeurs. Le point faible de cette approche, comme toute approche aléatoire, est qu'elle n'est pas totalement fiable. Les deux autres stratégies proposées implémentent une stratégie fiable en utilisant le concept de code en bloc. La première, appelée "stratégie orientée flux" est basée sur la définition classique du codage réseau alors que la seconde, appelée "stratégie de transfert rapide", permet de réduire les temps d'attente des paquets dans les files d'attente en les transférant sans attendre tous les paquets du même bloc. Les délais maximums engendrés par les différentes stratégies ont été évalués au niveau d'un noeud de codage en utilisant le calcul réseau (network calculus). Les bornes de délais de bout-de-bout ont ensuite été calculées pour plusieurs types de réseaux. Dans la plupart des cas, ces bornes sont meilleures que celles obtenues pour le routage classique. Les stratégies de codage réseau fiables et la stratégie de routage ont été implémentées et évaluées par simulation sur les réseaux étudiés précédemment. Les résultats obtenus montrent que les pires cas de délais de bout-en-bout observés ont les mêmes comportements que les bornes maximales théoriques calculées, validant ainsi les stratégies proposées. / The Interest of network coding to improve the throughput or to optimize the use of the network capacity was clearly shown in various contexts. Certain work in particular showed that network coding allows to decrease the end-to-end transmission delay (maximum and average) of a package. This is due to the fact that the processing simultaneous of several packages in a coding node allows to reduce the maximum time spent by the packets in the buffers compared to a classical routing. In this thesis, we consider the application of network coding in the context of the networks providing quality-of-service (QoS) guarantees. Our contributions include the following. First, we propose three network coding strategies ensuring a level of QoS guaranteed expressed in terms of end-in-end delay. The first strategy, called "Network-Oriented Strategy (NOS)", is a random coding strategy. This coding strategy simply consists in combining the inputs packets present in the buffer of a node. It allows minimizing the time spent by the packets in the router's buffers. The weak point of this approach, as any random approach, is that it is not completely reliable. The two other strategies suggested implement a reliable strategy by using the concept of generation. The first, called "Flow-Oriented Strategy (FOS)" is based on the traditional definition of network coding whereas the second, called "Fast Forwarding Strategy (FFS)", allows reducing the packet's buffering delays by transferring them without awaiting all packets of the same generation. The maximum delays generated by different strategies have been evaluated at a coding node level by using network calculus. The end-to-end delay bounds have been then calculated for several types of networks. In most cases, these bounds are better than those obtained for the classical routing. The reliable network coding strategies and the routing strategy have been implemented and evaluated by simulation on networks studied previously. The results obtained show that the worst cases of end-in-end delays observed have the same behaviors as the calculated maximum theoretical bounds, thus validating the suggested strategies

Les systèmes embarqués complexes (avions, satellites, drones...) contiennent de plus en plus de calculateurs. Désormais ce sont des dizaines voire des centaines de calculateurs qui communiquent à travers un réseau partagé. Une fonction est réalisée par la collaboration d'un ensemble de calculateurs qui s'échangent un nombre croissant d'informations. Dans un contexte de temps réel embarqué, il faut non seulement garantir que ces informations échangées sont correctes mais il faut aussi garantir qu'elles vérifient leurs contraintes temporelles. Du point de vue du réseau cela signifie qu'une information doit être échangée en respectant les délais qui lui sont imposés. Ceci implique de pouvoir borner le temps de traversée du réseau de chaque message afin de vérifier qu'il arrive dans les temps. Or les systèmes embarqués étant de plus en plus complexes et le nombre d'informations échangées étant en constante augmentation, cette borne est de plus en plus difficile à calculer. De plus il est important que cette borne soit le moins pessimiste possible afin d'éviter que le système soit surdimensionné. L'objectif de ce travail est de mettre en place un modèle capable de calculer ces bornes.Afin d'y parvenir nous nous sommes basés sur la méthode d'analyse du Calcul Réseau.Ce travail s'est en particulier attardé sur la modélisation des interactions qui existent entre les messages synchrones et les messages asynchrones. Les modèles présentés dans ce manuscrit prennent en compte les dates d'émission sur le réseau des messages synchrones lors du calcul des bornes supérieures de temps de traversée des messages asynchrones.Les principales contributions apportées par ce manuscrit sont :1. la présentation d'une nouvelle façon d'envisager l'utilisation des dates d'émission sur le bus CAN : la synchronisation faible.Ainsi que la modélisation complète d'un tel système et enfin l'évaluation du gain apporté par cette solution.2. une modélisation complète du réseau TTEthernet permettant d'évaluer finement l'impact des flux synchrones sur le tempsde traversée des flux asynchrones.3. une présentation de l'utilisation de la synchronisation dans le réseau TSN ainsi qu'un modèlecomplet permettant d'analyser cette nouvelle technologie. / Complex embedded systems (planes, satellites, drones ...) contain more and more calculators. From now on, these are tens or even hundreds of calculators that communicate through a shared network. A function is achieved by the collaboration of a set of devices that exchange a growing number of information. In an embedded real-time context, it must be ensured that these informations exchanged are correct but it must also be ensured that they verify their temporal constraints. From the network point of view, this means that informations must be exchanged respecting their deadlines. This implies being able to upper bound the traversal time of the network of each message in order to verify that it arrives in time. However, as embedded systems are more and more complex and as the amount of information exchanged is constantly increasing, this bound is increasingly difficult to compute. Furthermore, it is important that this upper bound to be the least pessimistic possible to avoid an oversized system.The goal of this work is to develop new methods of analysis in order to be able to compute these bounds.In order to achieve this, we used the Network Calculus method of analysis.This work focuses on the modeling of interactions between synchronous messages and asynchronous messages.The models presented in this work take into account the transmission dates on the network of synchronous messageswhen calculating the upper bounds of traversal time of the asynchronous messages.The main contributions are:1. the presentation of a new way of considering the use of the dates of emission on the CAN bus: the weak synchronization.As well as the complete modeling of such a system and finally the evaluation of the gain provided by this solution.2. a complete modeling of the TTEthernet network allowing to evaluate the impact of the synchronous flows on the traversal time of the asynchronous flows.3. a presentation of the use of synchronization in the TSN network and a complete model for analyzing this new technology.

Le calcul réseau (network calculus) est une théorie basée sur l’algèbre min-plus. Il offre un cadre formel de modélisation des réseaux de communication. Il a été utilisé pour certifier le réseau AFDX embarqué dans l’A380 de Airbus. Seulement, les bornes sur le délai annoncés par ces travaux de certification souffrent d’une sur-approximation dans le cas précis de l’agrégation dans un contexte de priorité statique non préemptive.L’objectif de nos travaux est de réduire cette sur-approximation. Dans cette thèse, nous proposons un service résiduel permettant d’obtenir de meilleurs bornes sur le délai dans le cas de la politique à priorité statique non préemptive et de la politique DRR. Nous montrons aussi comment ces deux politiques peuvent être combinées dans une politique hiérarchique à deux niveaux. / The thesis addresses performance analysis of embedded real time network using network calculus. Network calculus is a theory based on min-plus algebra. We use network calculus to assess the quality of service of a residual flow in two context : aggregation with non-preemptive priority policy and DRR policy. The main contribution concerns the evaluation of residual service, given to each flow. We also present how to handle DRR and non-preemptive priority policy hierrachically.

L'étude des Systèmes Contrôlés en Réseaux (SCR) repose sur l'identification des exigences de fonctionnement de l'application appelées Qualité de Contrôle (QdC) et sur l'évaluation de la Qualité de Service (QdS) offerte par le réseau. Les travaux sur les SCR se repartissent selon deux approches : la commande en réseau et la commande de réseau. Cette thèse se positionne sur la deuxième approche avec une recherche axée sur la modélisation des mécanismes d'ordonnancement implémentés dans les équipements réseau et notamment dans les commutateurs Ethernet qui sont de plus en plus utilisés dans les applications industrielles. Ce travail de recherche étudie plus particulièrement comme paramètre de QdS, les délais qui engendrent des perturbations sur le système commandé. Cette thèse propose deux modèles de classification de service reposant sur des ordonnanceurs WRR (Weighted Round Robin). La première modélisation suit une approche constructive en utilisant la théorie du calcul réseau. La seconde s'appuie sur une phase d'identification à partir de simulations numériques et de la logique floue. Dans les deux cas, le but est d'offrir une bande passante suffisante pour le trafic contraint temporellement tout en maximisant la bande passante dédiée aux autres trafics pour éviter des effets famine. L'approche calcul réseau permet de configurer le réseau hors-ligne pour répondre à des contraintes temporelles strictes du SCR. La solution basée sur la logique floue autorise une commande dynamique de l'ordonnanceur pour ajuster en ligne le réseau en fonction des variations du trafic. Elle ne peut s'appliquer qu'à des SCR ayant des contraintes de temps souples / The study of the Networked Control Systems (NCS) is based both on the identification of the application functioning requirements called Quality of Control (QoC) and on the evaluation of the Quality of Service (QoS) offered by the network. The studies on the NCS are classified according to two approaches: the control over network and the control of network. This thesis addresses the second approach and models the scheduling mechanisms implemented in the Ethernet switches that are more and more used in the industrial applications. The specific QoS parameter studied in this thesis is the delay disturbing the controlled system. This thesis proposes two models of classification of service based on WRR (Weighted Round Robin) schedulers. The first modeling follows a constructive approach by using the network calculus theory. The second is based on an identification step from numerical simulations and from the fuzzy logic. In the two cases, the purpose is both to offer enough bandwidth for the time constrained traffic and to maximize the bandwidth dedicated to the others traffics to avoid famine effects. The network calculus approach is used to configure off-line the network in respecting the NCS strict time constraints. The solution based on the fuzzy logic enables a dynamic control of the scheduler in order to tune on-line the network according to the traffic variations. This latter can be applied only to NCS with soft time constraints

Après l'augmentation des capacités physiques des réseaux sans-fil, l'amélioration du faible rendement MAC permet aujourd'hui aux utilisateurs de bénéficier de bandes passantes inédites. Cette amélioration est notamment rendue possible par la création de systèmes d'agrégation. Or si ces systèmes permettent d'améliorer la bande passante offerte, plusieurs problématiques se posent quant à leur influence sur le comportement du système en particulier en cas de forte concurrence pour l'accès au medium. L'agrégation étudiée dans ce mémoire effectue une concaténation de plusieurs paquets dans une seule trame. Cette opération permet aux paquets de partager les en-têtes. Outre la perte de signification quant à la valeur d'un paquet, la configuration des paramètres d'un tel système reste aujourd'hui obscure pour le fournisseur d'accès. Comme les intérêts du fournisseur et de ses clients peuvent diverger, il est également nécessaire de tenir compte du compromis entre leurs exigences respectives. Afin d'adresser ces problématiques, ces travaux de thèse se concentrent sur une analyse approfondie du comportement et des implications d'un système d'agrégation de paquets (avec IEEE 802.11n pour cas d'étude). L'influence de l'agrégation sur la qualité de service offerte à une application est quantifiée au travers de plusieurs milliers de simulations effectuées avec Riverbed Modeler. Des recommandations sont ensuite proposées pour la bonne configuration du système d'agrégation dans l'optique d'optimiser les délais et l'arriéré de traitement. L'accent est mis sur les performances offertes à un flux particulier en concurrence pour le medium. Ceci dans le but de clarifier l'influence de l'agrégation sur chaque client. Cette thèse développe également un modèle analytique dudit système basé sur la théorie du calcul réseau. Les limites d'un tel modèle sont démontrées et son pessimisme est déterminé à l'aide d'une analyse fine du comportement de l'agrégation 802.11n. Cette étude démontre notamment une relative inadaptation de la théorie du calcul réseau au système d'agrégation considéré. Des ajustements de la théorie sont alors proposés, en particulier vis à vis du calcul du service rendu à un flux. Afin d'aider le fournisseur d'accès dans la configuration du système d'agrégation, cette thèse propose en dernier lieu un algorithme de configuration dynamique des paramètres d'agrégation. Cet algorithme est établi à partir des recommandations instructives établies précédemment. Son originalité repose sur la désactivation de l'agrégation en fonction de l'état des stations concurrentes. Implémenté dans Riverbed Modeler, cet algorithme montre son efficacité. De nouvelles problématiques se posent quant à son implémentation réelle (distribuée, centralisée, ...). / After the increase of the capacity of wireless networks, the improvement of the low efficiency allows users to benefit from higher bandwidths. This improvement is partly due to the creation of aggregation's systems. Now, if these systems allow to improve the offered bandwidth, several problems arise about their influence on the behavior of the system. In particular, the case of strong competition for the access to the medium remains unknown. The aggregation studied in this thesis makes a concatenation of several packets in a single frame. This operation allows the packets to share headers. Besides the loss of meaning about the value of a packet, the configuration of such a system remains today obscure for the access provider. As the interests of the provider and its customers may differ, it is also necessary to consider a compromise between their respective requirements. To address these issues, this thesis focuses on a thorough analysis of the behavior and the implications of a packet aggregation system (with IEEE 802.11n as case study). The impact of aggregation on the quality of service provided to an application is quantified through thousands of simulations with Riverbed Modeler. Recommendations are then proposed for the proper setup of the aggregation system to optimize delay and backlog. This thesis focuses on the performances offered to a particular flow in competition for the medium. Its aim is to show the influence of the aggregation on each customer. This thesis also develops an analytical model of the aggregation system using the network calculus theory. The limitations of such a model are demonstrated. Its pessimism is determined using a detailed analysis of the 802.11n aggregation. This study demonstrates a particular relative inadequacy of network calculus to the aggregation system considered. Adjustments of the theory are then proposed, particularly for the calculation of the residuel service offered to a customer. To help the access provider in the configuration of the aggregation system, this thesis lastly proposes an algorithm for a dynamic configuration of the aggregation. This algorithm is established from the recommendations previously established. Its originality is based on the deactivation of the aggregation according to the state of the competing stations. Implemented in Riverbed Modeler, this algorithm shows its efficiency. Then, new problems arise about its real implementation (distributed, centralized, ...).

L'étude des Systèmes Contrôlés en Réseaux (SCR) repose sur l'identification des exigences de fonctionnement de l'application appelées Qualité de Contrôle (QdC) et sur l'évaluation de la Qualité de Service (QdS) offerte par le réseau. Les travaux sur les SCR se repartissent selon deux approches : la commande en réseau et la commande de réseau. Cette thèse se positionne sur la deuxième approche avec une recherche axée sur la modélisation des mécanismes d'ordonnancement implémentés dans les équipements réseau et notamment dans les commutateurs Ethernet qui sont de plus en plus utilisés dans les applications industrielles. Ce travail de recherche étudie plus particulièrement comme paramètre de QdS, les délais qui engendrent des perturbations sur le système commandé. Cette thèse propose deux modèles de classification de service reposant sur des ordonnanceurs WRR (Weighted Round Robin). La première modélisation suit une approche constructive en utilisant la théorie du calcul réseau. La seconde s'appuie sur une phase d'identification à partir de simulations numériques et de la logique floue. Dans les deux cas, le but est d'offrir une bande passante suffisante pour le trafic contraint temporellement tout en maximisant la bande passante dédiée aux autres trafics pour éviter des effets famine. L'approche calcul réseau permet de configurer le réseau hors-ligne pour répondre à des contraintes temporelles strictes du SCR. La solution basée sur la logique floue autorise une commande dynamique de l'ordonnanceur pour ajuster en ligne le réseau en fonction des variations du trafic. Elle ne peut s'appliquer qu'à des SCR ayant des contraintes de temps souples.