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.

L'état de l'art aujourd'hui dans la CEM en électronique de puissance permet d'avoir une certaine connaissance des émissions conduites générées par un convertisseur statique sur un réseau fictif normalisé. L'objectif est maintenant de progresser vers la prise en compte de plusieurs convertisseurs connectés sur un réseau complexe de type " réseau de bord ". Dans le cadre du projet PEPS CEM intégré au projet plus vaste O2M, cette thèse propose une méthodologie d'analyse permettant de connaître les perturbations CEM conduites avec précision sur un réseau complexe connecté à de multiples convertisseurs. Une approche théorique sur l'idée originale de ces modèle CEM " système " a été développé sous forme d'un modèle type boîte noire prenant en compte l'ensemble du convertisseur avec sa charge et validé par des simulations complexes et l'expérimentation prenant en compte plusieurs convertisseurs statiques connectés sur le même réseau.

L'evolution du nombre de systèmes électroniques dans les véhicules engendre un accroissement des échanges entre les systemes electroniques et necessite une multiplication des faisceaux de cˆablage. Ces faisceaux point-a-point ou multiplexes atteignent des longueurs superieures a 2 km sur les voitures haut de gamme. Pour reduire le nombre fils, le concept de multiplexage est une solution. Ce concept consiste a faire transiter sur une seule et mˆeme ligne de liaison des communications appartenant a plusieurs paires d'equipements emetteurs et recepteurs. Les solutions basees sur les protocoles CAN, Flexray, LIN sont deja presentent sur les vehicules actuels. Les avantages d'une telle solution sont multiples, mais engendrent aussi des disparites sur les protocoles et supports associes. Les communications entre les protocoles necessitent des interfaces, qui des lors pénalisent les debits et ne sont plus temps réel. Afin de réduire cette disparite et reduire le nombre de cables, nous nous sommes intéressés à une solution basee sur les techniques dites de courant porteur en ligne (CPL/PLC). Demontrer la faisabilite d'un tel systeme sur un vehicule est l'objet de ces travaux. La première partie de l'etude a porté sur la description de l'etude. Après avoir developpe le contexte, les principes des techniques de transmission par CPL dans le domaine Indoor sont rappelés. Dans la seconde partie du document, l'etude porte dans un premier temps sur les caracteristiques du canal de transmission puis sur la presentation des techniques CDMA, OFDM. La troisième partie de l'etude a porte sur l'aspect simulation. Elle a consisté à étudier la modulation Homeplug en presence d'un canal automobile. Au cours de cette étude, plusieurs optimisations ont ete apportees pour obtenir un gain en taux d'erreur et debit. Enfin, la derniere partie de l'etude a porte sur les mesures et experimentations sur véhicules. Une description des modems CPL adaptes est realisee. Cette partie a permit de classifier les organes influenc¸ant la transmission, de mesurer les taux de transfert et de demontrer la robustesse de la modulation. Ainsi, ces différents travaux montrent la pertinence des solutions proposees pour la transmission CPL au sein d'un vehicule.

Les véhicules de transport tendent à utiliser de plus en plus des énergies dites propres. De ce fait, les structures des réseaux électriques embarqués se complexifient que ce soit en termes d'architecture, de nombre de convertisseurs d'électronique de puissance connectés ou bien des technologies utilisées dans ces derniers. En complément de l'approche normative, où le convertisseur est étudié seul dans un environnement normalisé, cette thèse de modélisation CEM de convertisseurs statiques se place dans le cadre particulier des réseaux pour lesquels : • la connaissance de la structure interne du convertisseur étudiée n'est pas nécessaire à la réalisation de son modèle. La méthode développée se base uniquement sur des mesures extra-convertisseurs. Cette approche possède l'avantage de garantir aux fabricants une certaine confidentialité sur l'architecture interne des convertisseurs tout en permettant à l'équipementier d'étudier les effets de ces derniers sur son réseau de bord ; • le réseau sur lequel les convertisseurs sont modélisés peut posséder une architecture complexe par rapport à l'approche « convertisseur seul sur RSIL ». Pour plus de réalisme, le fonctionnement normal d'un convertisseur peut être soumis au fonctionnement d'autres convertisseurs du réseau. Ainsi, les impédances qui seront mises face au convertisseur étudié devront représenter la réalité de ce réseau qui ne sera alors pas nécessairement bien connu. Même si ce n'est pas ce qui a été réalisé au cours de cette thèse, ce point est important puisqu'il remet en question l'utilisation systématique des RSIL puisqu'ils faussent le comportement réel sur réseau ; • la montée en fréquence des technologies utilisées dans les convertisseurs conduit à la nécessité d'un modèle sur une plage de fréquences allant au-delà des 30MHz conventionnels imposés par les normes. Pour ce travail, une plage allant de la fréquence de découpage jusqu'à 100MHz était visée. En définitive, l'objectif principal de cette thèse a été de réaliser un protocole d'identification clairement défini dans le but de renseigner un modèle de type « boîte noire » compatible avec les convertisseurs statiques. Ce modèle a été choisi pour : • son faible nombre d'éléments, le rendant compatible avec l'analyse d'un réseau où de nombreux convertisseurs seront présents ; • sa généricité qui permet d'établir une méthode d'analyse systématique. • sa compatibilité avec l'étude classique en mode commun – mode différentiel qui, dans le cadre de la séparation de modes, le rend même plus simple à utiliser. L'envie de donner du sens physique aux éléments de ce modèle a été une clé dans son identification. De ce fait, les nombreux modèles CEM de convertisseurs statiques qui existent et qui possèdent une utilité (par exemple, dans le cadre du dimensionnement des filtres CEM d'entrée) n'ont pas été laissés de côté. Il a donc été choisi de réaliser dès que possible un lien formel entre les différents modèles. / Energy saving in stationary or embedded systems is a general trend in the modern society. Therefore, the “More Electrical” concept is widely developed, using the Power by Wire idea. The need of increased efficiency and the various ways the electricity is produced, used or stored has led to the generalization of power electronics use. If this solution is effective regarding weight and losses, the high switching frequencies and sharp commutations (several mega-volts or mega-amps per microseconds) generate Electromagnetic Interferences (EMI) which have to be managed. This phenomenon is especially dramatic with the new wide band gap devices, with always increasing commutation speed. Electromagnetic models (EMC) of power electronics converters are thus needed to manage EMC aspects of More Electrical Systems. Depending on the needs, many solutions have been proposed in the literature, to account for the high frequency behavior of power electronics converters (from the switching frequency to several tens of Megahertz). In addition to the classical normative approach, the “EMC system model for power electronics converter” presented here aims to be suitable for embedded networks. In opposition to EMC filter design method, no inner knowledge (as an accurate description of each element and propagation path) from the studied converter is needed. Only external measurements are needed to get the model. Thus, non-disclosure agreement is guaranteed and the embedded network can be studied. Regarding the network structure, the “LISN + Converter” approach can be far away from its complexity. A more global approach might be achievable with “black-box” approach. For the normative approach, only EMI under 30MHz are considered. By increasing the switching frequency, the “EMC system model” has to be valid up to 100MHz. The aim of the Ph.D. is to achieve an entire identification protocol of a “Black-box” model. This modification has been chosen for: • Its tiny number of elements. This means that it can be use in network analysis with multiple converters. • Its generalist form lead to a systematic method of analysis. • Its links with the classical common mode and differential mode approach which give some interesting connection with classical converters modelization. Those links lead to a physical consideration about the meaning of this non-comprehensive model.

L’état de l’art aujourd’hui dans la CEM en électronique de puissance permet d’avoir une certaine connaissance des émissions conduites générées par un convertisseur statique sur un réseau fictif normalisé. L’objectif est maintenant de progresser vers la prise en compte de plusieurs convertisseurs connectés sur un réseau complexe de type « réseau de bord ». Dans le cadre du projet PEPS CEM intégré au projet plus vaste O2M, cette thèse propose une méthodologie d’analyse permettant de connaître les perturbations CEM conduites avec précision sur un réseau complexe connecté à de multiples convertisseurs. Une approche théorique sur l’idée originale de ces modèle CEM « système » a été développé sous forme d’un modèle type boîte noire prenant en compte l’ensemble du convertisseur avec sa charge et validé par des simulations complexes et l’expérimentation prenant en compte plusieurs convertisseurs statiques connectés sur le même réseau. / Today, the state of the art in EMC in power electronics allows to have some knowledge on conducted emissions generated by a converter on a Line Impedance Stabilization Network. Now, the new challenge is to include several converters connected in an embedded network. This PHD has been funded trhough the PEPS CEM sub-project, part of O2M project. It proposes a method to obtain the EMC interferences on a complex network including several converters. Based on the original idea of a “system” type EMC model, we came up with a theoretical approach based on a “Black Box” model. This model, including the converter load, has been validated through complex simulations as well as experimentations taking in account several static converters connected to the same network.

Les travaux de thèse s’inscrivent dans le cadre d’une relation pérenne que le CRAN entretient depuis 10 ans avec le CNES. Il s’agit d’étudier la pertinence du remplacement des réseaux de type bus actuellement embarqués dans les lanceurs européens, par des architectures Ethernet commutées standard sur étagères. Les précédents travaux ont permis de qualifier Ethernet sur 2 items de qualité de service : temps-réel et disponibilité. Nous nous attachons à poursuivre ce travail en validant ces premiers résultats sur une plateforme, reproduction à l’échelle de l’architecture qui sera embarquée dans les lanceurs. Ensuite, nous travaillons sur un item original de qualité de service, exigence typique du spatial, appelé observabilité. L’objectif est de rejouer tout vol, après coup, au sol, sachant que le lanceur n’y revient pas, et que l’architecture est commutée, conférant au réseau une dimension multi-domaines d’observation non synchronisés. La synthèse de toutes les captures impose donc de garantir que l’ordonnancement et la fraîcheur des informations de contrôle du lanceur véhiculées dans les trames soient en cohérence avec le fonctionnement applicatif spécifié, et que ce qui est observé soit conforme à ce qui s’est réellement passé. Enfin, nous proposons un sur-échantillonnage réglé dynamiquement pour profiter de la bande passante disponible sans remettre en cause les exigences temps-réel, de reconfiguration et d’observabilité / This thesis is part of a long-lasting relationship between the CRAN and the CNES since 10 years. This involves studying the pertinence of replacing the buses currently embedded in European’s launchers, by off-the-shelf switched standard Ethernet architecture. Previous works qualified Ethernet regarding two quality of service items: real time and reliability. We continue this work by validating these first results on a platform, true scale architecture reproduction which will be embedded in launchers. Then, we work on an original quality of service item, typical of the spatial requirements, called observability. The objective is to re-play the whole flight, afterwards, on ground, knowing that the launcher will not come back, and the architecture is segmented, conferring to the network the dimension of non synchronized multi-domains of observation. The synthesis of all the captures implies to guarantee that the order and the freshness of launcher control information are consistent with the specified applicative operation, and that what is observed is compliant to what really happened. Finally, we propose an over-sampling which is dynamically regulated in order to benefit from the available bandwidth without disturbing real time, reconfiguration and observability requirements

Aujourd'hui CEM normative sur RSIL ne permet pas de garantir le bon fonctionnement de façon systématique. La sûreté est assurée au moyen de marges CEM, souvent excessives. Le système est donc sous optimal Par ailleurs, le fonctionnement des convertisseurs sur RSIL n'est pas forcément représentatif du fonctionnement réel: le RSIL n'est pas forcément représentatif des impédances des réseaux embarqués. De ce fait, le filtrage d'un convertisseur peut être optimisé sur RSIL mais n'est plus forcément optimal dès qu'on est sur un réseau réel. L'objectif de cette thèse est de progresser dans la modélisation CEM des réseaux embarqués, en vue de pouvoir prédire le comportement, et d'optimiser les moyens de filtrage. / Today normative LISN EMC does not guarantee the proper functioning systematically. Safety is ensured by EMC margins often excessive. The system is therefore suboptimal Furthermore, the operation of the converters on the AN is not necessarily representative of the actual operation : the AN is not necessarily representative of the impedances of embedded networks . Thus , filtering of a converter can be optimized but on the AN is not necessarily optimal since it is a real network . The objective of this thesis is to advance the EMC modeling of embedded systems in order to predict behavior, and optimize the filter means.