Quality of service and control of a wireless networked discrete control system: a co-design approch applied for the IEEE 802.11 standard

L'utilisation de la communication sans fil dans les applications de contrôle offre de nombreux avantages comme la mobilité. Toutefois, la communication sans fil souffre de nombreux inconvénients tels que la perte d'information, délais aléatoires. Ces problèmes sont essentiellement induits par le non déterministe du comportement de la communication sans fil qui peut avoir un impact négatif sur la performance du système. L'objectif de ce travail porte sur l'amélioration des performances de Systèmes Discrets Contrôlés via un Réseau Sans fil. Ses systèmes sont caractérisés par une commande logique distribuée sur des automates programmables et des boîtiers d'entrées/sorties déportés communiquant via un réseau de communication sans fil, IEEE 802.11. L'approche proposée repose sur un processus de co-conception basé : un, sur une modélisation conjointe des comportements de la commande et du réseau au travers de modèles SED déterministes pour la commande et stochastiques pour le réseau, et sur la simulation pour évaluer les performances des SDCR sans fil et notamment leur temps de réponse. Deux, la proposition d'un algorithme qui alloue dynamiquement les priorités définies par l'IEEE 802.11e sur les trafics de communication en fonction des besoins et des états de la commande; cet algorithme est évalué sur un cas d'étude, pour lequel la communication sans fil induit des risques de collision entre des équipements d'une installation industrielle, en utilisant l'environnement de simulation précédemment défini. Les simulations montrent une amélioration de la performance du système surtout dans des cas où le réseau est très chargéUsing wireless communication in the control system introduces many advantages like reduced wiring costs but also many drawbacks such as the delays, packet losses... which may disturb the system performance. The objective of this thesis is to improve the performance of a Wireless Networked Discrete Control System. This kind of system is characterized with a logic command distributed among PLC and plant part communicating through a wireless network, IEEE 802.11. The proposed approach is based on a co-design concept by simultaneously modeling the behavior of the command part (deterministic), and network part (non deterministic). Simulation tools do not cope with this co-design point of view because they are generally either ?control design? or ?network analysis? dedicated. Two solutions are explored: first, by integrating the network model into a control-oriented tool, Matlab-Truetime library and second, by integrating the discrete control system behavior into a network-oriented tool, OPNET. Comparisons between these tools confirm the possibility of modeling a WNDCS using Matlab-Truetime (with some modifications) and OPNET. Moreover, an algorithm is proposed to improve the global system performance; it dynamically allocates IEEE 802.11e priorities to the communication traffic with regard to the control requirements and the current state of the system, but also by taking into account the current quality of service provided by the network. Simulations of a case study performed using OPNET have highlighted the efficiency of the proposed algorith