De nos jours, les systèmes de production sont confrontés à leur 4e révolution. Celle-ci est numérique avec des réseaux toujours plus denses et complexes s’ouvrant sur l’extérieur. Cette ouverture rend ces systèmes plus vulnérables. Les menaces sur ces Systèmes Cyber-Physiques de Production (SCPP) ne sont plus seulement théoriques. L’attaque sur l’aciérie allemande ou le cryptovirus Wannacry en sont de parfaits exemples. Ce travail propose un outil contribuant à la sécurité des SCPP. Nos contributions sont triples : La conception d'un Système de Détection et Réaction aux Anomalies (SDRA) placé sur le réseau de terrain. Celui-ci intègre des méthodes de détection comportementales et informationnelles. Il comprend également des capacités de réaction à la fois passives, mettant en œuvre de la remontée d'information vers l'humain ou vers des systèmes de niveaux supérieurs, et actives intégrant du filtrage d'ordre ou de la mise en repli. L'application des méthodes proposées entraîne naturellement un effort de conception supplémentaire qui doit être réduit. Nous avons donc mis au point une démarche permettant d’assister les concepteurs pour la configuration de notre SDRA. Cette dernière se base sur une approche hybride (composant/opération) et étend un flot de conception existant. Plusieurs transformations raffinent des vues surveillance/supervision des composants alors que d’autres génèrent la configuration du SDRA. Une troisième contribution propose un démonstrateur réaliste basé sur un environnement virtuel de test. Ce dernier intègre la simulation conjointe de la partie opérative et de la partie commande et permet de montrer les qualités fonctionnelles des solutions face à des scénarios d’attaque ou de défaillance. / Today, production systems are facing their 4th revolution. This revolution is digital with increasingly dense and complex networks opening on the outside. This openness makes these systems more vulnerable. The threats on these Cyber-Physical Production Systems (CPPS) are no longer just theoretical. The attacks on the German steel mill or the Wannacry crypto virus are perfect examples. This work proposes a tool contributing to the security of the SCPP. Our contributions are threefold: The design of an Anomaly Detection and Response System (ADRS) placed on the field network. It integrates behavioral and informational detection methods. It also includes passive response capabilities, implementing feedback to the human or to higher level systems, and active integrating order filtering or fallback. The application of the proposed methods naturally entails an additional design effort which must be reduced. We have therefore developed an approach to assist designers in the configuration of our ADRS. It is based on a hybrid approach (component / operation) and extends an existing design flow. Several transformations refine monitoring / supervision views of the components while others generate the configuration of the ADRS. A third contribution proposes a realistic demonstrator based on a virtual test environment. It integrates the joint simulation of the operative part and the control part and makes it possible to show the functional qualities of the solutions in the face of attack or failure scenarios.

En raison de l'évolution technologique, l'analyse de l'intégrité du signal est devenue de plus en plus critique dans la conception des systèmes électroniques. Plusieurs méthodes d'analyse ont été proposées et sont utilisées. Cependant, l'hétérogénéité croissante des systèmes et la réduction du temps de mise sur le marché des applications font que les concepteurs ont besoin de nouvelles méthodes travaillant à haut niveau d'abstraction, afin qu'elles puissent être intégrées facilement à un modèle au niveau système de l'application, et ainsi analyser l'intégrité du signal au plus tôt dans le cycle de conception. Dans cette thèse, nous proposons une méthode basée sur deux types de blocs complémentaires, nommés blocs fonctionnels et blocs non-fonctionnels, décrits à l'aide d'un même langage (C/C++ et SystemC/SystemC-AMS), et donc aisément simulables dans un unique environnement. Les blocs fonctionnels servent à modéliser les comportements idéaux du système. Les comportements non-idéaux, engendrés par les problèmes d'intégrité du signal, sont modélisés dans les blocs non-fonctionnels à l'aide de réseaux de neurones. Pour valider notre méthodologie, deux applications autour des bus I2C et USB 3.0 ont été modélisées. Les résultats de simulations démontrent la faisabilité de notre méthodologie. En la comparant à des modèles de référence, notre méthode permet de réduire de façon remarquable le temps de simulation (99% par rapport à un modèle SPICE) et l'écart moyen est d'environ 3%. Notre méthode offre enfin certaines possibilités de flexibilité et de modularité. Dans le futur, cette méthode originale pourra être intégrée au flot de conception de systèmes cyber-physiques. / As a result of continuing growth of electronic technology, signal integrity analysis has now become a more and more critical challenge in the electronic systems design process. To address this issue, designers have introduced several approaches. However, due to the higher heterogeneity of modern applications, along with time-to-market constraints, a new modeling methodology is required to provide the system?s signal integrity performance at a high-level of abstraction. Moreover, it should be easily interoperable with the system?s functional model. The aim of this work is to propose a new modeling methodology for signal integrity analysis that can meet these requirements. Our method is based on the combination of two kinds of blocks, named functional blocks and non-functional blocks. They are built in C/C++ or SystemC/SystemC-AMS, in order to be easily simulated in a single environment. The functional block is used to model the ideal behavior of the system. The non-functional block is used to represent the highly nonlinear and non-ideal behaviors, caused by signal integrity issues. In the non-functional block, neural networks are used to model these non-ideal behaviors. To validate our method, we developed two applications based on I2C and USB 3.0 applications. Our method greatly increases simulation speed (99% faster than a SPICE model), while achieving a relative absolute error around 3%. Finally, our method is a flexible and modular approach since models can easily be parameterized and interoperable. In the future, this original method for high-level modeling of signal integrity could be integrated in the forthcoming design flows of cyber-physical systems.

Modéliser et simuler (M&S) un système cyber-physique (SCP) peut nécessiter de représenter des éléments provenant de trois domaines d'expertise à la fois : systèmes physiques, systèmes d'informations et réseaux de communication (IP). Le simulateur universel disposant de toutes les compétences nécessaires n'existant pas, il est possible de regrouper des modèles issus des différentes communautés, à l'aide d'un multi-modèle. Les défis sont alors 1) intégrer toute l'hétérogénéité du multi-modèle (formalismes, représentations, implémentations), 2) intégrer des modèles IP de façon à ce qu'ils soient en capacité de représenter le transport de données applicatives produites par des modèles externes et 3) les intégrer de façon à ce qu'ils puissent se compléter, pour représenter ensemble les réseaux IP parfois hétérogènes d'un SCP. Pour parvenir à répondre à ces défis, nous nous inscrivons dans la continuité des travaux de M&S autour de MECSYCO, une plateforme de co-simulation basée sur la notion de wrapping DEVS. Nous proposons de définir un cadre général pour réussir à wrapper en DEVS des modèles IP, avec 1) une structuration des différents niveaux de problèmes pour l'intégration de modèles IP dans une co-simulation (délimitation des objectifs et contraintes du wrapping), et 2) une proposition de stratégie de wrapping DEVS de modèles IP et leurs simulateurs. Nous évaluerons notre approche à travers la démonstration de l'intégration de deux simulateurs IP populaires, et d'exemples concrets de M&S de SCP (avec notamment une interconnexion de modèles entre NS-3 et OMNeT++/INET, et une application industrielle utilisée par EDF R&D) / Modeling and simulation (M&S) of cyber-physical systems (CPS) can require representing components from three expertise fields: physics, information systems, and communication networks (IP). There is no universal simulator with all of the required skills, but we can gather and interconnect models provided by the communities, with a multi-model. The challenges are 1) integrating all heterogeneities in a multi-model (formalisms, representations, implementations), 2) integrating IP models in a way enabling them to represent the transport of application data produced by external models, and 3) integrating IP models in a way enabling them to complete each other, to be able to represent CPS heterogeneous IP networks. In order to meet these challenges, we relied our solution on the works around MECSYCO, a co-simulation platform based on the DEVS wrapping principle. We propose to define a comprehensive framework enabling to achieve DEVS wrapping of IP models, with 1) a structuration of different issue levels when integrating IP models in a co-simulation (goals and constraints of the wrapping) and 2) a proposition of a DEVS wrapping strategy for IP models and their simulators. We propose some evaluations of our approach, through the integration of two popular IP simulators, and concrete examples of CPS M&S (inter alia, with an example of a models interconnection between NS-3 and OMNeT++/INET, and an industrial application used by EDF R&D)