Ramla SADDEM Diagnosticabilité modulaire appliquée au Diagnostic en ligne des Systèmes

248 Pages·2013·6.45 MB·French

N° d’ordre : 206

ECOLE CENTRALE DE LILLE

THESE

Présentée en vue
d’obtenir le grade de

DOCTEUR
En

Automatique, Génie Informatique, Traitement du Signal et Image
Par

Ramla SADDEM

DOCTORAT DELIVRE SIMULTANEMENT PAR L’ECOLE CENTRALE DE LILLE ET L’ECOLE
NATIONALE DES SCIENCES DE L’INFORMATIQUE DANS LE CADRE D’UNE COTUTELLE
INTERNATIONALE DE THESE

Diagnosticabilité modulaire appliquée au Diagnostic
en ligne des Systèmes Embarqués Logiques

Soutenue le 10 décembre 2012 devant le jury d’examen :

Président Eric NIEL, Professeur, INSA de Lyon, France
Rapporteur Jean François PETIN, Professeur, Université de Lorraine, France
Rapporteur Ouajdi KORBAA, Professeur, Université de Sousse, Tunisie
Examinateur Riadh ROBBANA, Professeur, INSAT de Tunis, Tunisie
Directeurs de thèse Armand TOGUYENI, Professeur, EC Lille, France
Moncef TAGINA, Professeur, ENSI, Tunisie

Thèse préparée dans les laboratoires LAGIS et SOIE

Ecole Doctorale SPI 072 (Lille I, Lille III, Artois, ULCO, UVHC, EC Lille)
PRES Université Lille Nord-de-France

A la mémoire de ma mère

A mon papa chéri

A ma sœur Rabeb

A mes p’tits Rim, Rahma et Rayene

Remerciements

Ce travail de recherche a été préparé dans le cadre d’une co-tutelle entre l’Ecole Centrale de Lille,
Laboratoire d'Automatique, Génie Informatique et Signal (LAGIS) et l’Ecole Nationale des Sciences de
l’Informatique, Laboratoire Stratégie d'Optimisation et Informatique IntelligentE (SOIE), financé en
partie par l’Institut Français de Tunis que je tiens à remercier et par le projet FerroCOTS, du programme
FUI Vague 7.
Je tiens à exprimer toute ma gratitude et mes plus vifs remerciements envers mes directeurs de recherche,
Pr. Armand Toguyéni, Professeur à l’Ecole Centrale de Lille, d’abord pour m’avoir invité et accueilli,
ensuite pour m’avoir formé, guidé et soutenu et enfin pour son amitié, sa disponibilité, ses qualités humaines
et professionnelles, et ses aides infinies dans la recherche et dans l’enseignement, et également le Pr. Moncef
Tagina, Professeur à l’Ecole Nationale des Sciences de l’Informatique, pour le suivi de mes travaux de
recherche depuis mon PFE, pour sa confiance, sa gentillesse et pour ses encouragements.
J’exprime mes remerciements à Monsieur Ouajdi Korbaa, Professeur à l’Université de Sousse, et à Monsieur
Jean François Petin, Professeur à l’Université de Lorraine, pour avoir accepté de rapporter sur ma thèse. Je
remercie également Monsieur Eric Niel, Professeur à l’INSA de Lyon, et Monsieur Riadh Robbana,
Professeur à l’INSAT de Tunis, pour avoir accepté d’examiner ma thèse.
Remerciements à tous les doctorants et permanents de l’équipe STF du LAGIS, à tous les personnels de
l’Ecole Centrale de Lille, à toutes mes amies du laboratoire Soie en Tunisie, Faten, Raoudha et Imtiez et à
tous ceux qui, de près ou de loin, m’ont apporté leur aide pour réaliser ce travail. Merci à tous mes amis de
Lille, Amouna, Asma, Manel, Rahma, Donia, Sana, Marouene, Nihel, Slah, Walid, Beya, Yacine, Amira,
Wided, … Merci pour tous les bons moments que nous avons partagé ensemble. Merci à mes amis de Paris
Aymen, Ines, Imen, Mouna, Rekka, Sana, Dali, Rim, safwene, Hassene, et une pensée particulière à la
newyorkaise Rania, grâce à ses soutiens en deuxième années ENSI, j’ai pu franchir le domaine de la
recherche.
Et enfin j’exprime mes remerciements à ma famille. Malgré la distance, elle est toujours présente et proche
de mon cœur. Je lui dédie ce modeste travail, qu’elle y perçoit l'infinité de ma reconnaissance et y trouve
l'expression de mon amour sans limite … Maman, t’es partie sans prévenir et sans voir l’achèvement de ce
travail que t’as tant attendue ... Que Dieu t’accorde sa miséricorde … Tu me manques ... Papa, merci pour
tes prières, ta grande confiance, ta patience, ton soutien, tes encouragements, tout ce que je fais, c’est pour
que tu sois fier et content de moi ... Mes petits, merci pour votre confiance envers votre « Grande sœur »,
merci pour votre amour et j’espère être tout le temps à la hauteur de votre confiance. Rabeb, ma chérie, merci
pour ton soutien et ton amour. Merci à mes tantes, en particulier, tata Radhiya et à tata Essya, pour
l’amour et l’attention qu’elles me réservent sans oublier mes oncles, mes cousins et cousines et en particulier
je voudrais remercier Sameh, Wafa et Safa mes cousines-sœurs et mon cousin Slim pour leur générosité et
leur aides. Je vous aime. Je voudrais aussi remercier mes deux « sœurs » Rabaa et Amal et leurs familles pour
leur amitié et leur amour qu’elles ne cessent de me prouver dans les meilleurs moments comme dans les pires.

Table des matières
Table des matières
Introduction générale ................................................................................................................ 21
1. Motivations et objectifs ................................................................................................ 21
2. Contributions ................................................................................................................ 21
3. Organisation du mémoire ............................................................................................. 23
I Diagnostic des systèmes embarqués logiques : contexte et problématique ....... 25
Introduction du chapitre I ..................................................................................................... 25
I.I Sûreté de fonctionnement et tolérance aux fautes ........................................................ 25
I.I.1 Terminologie .......................................................................................................... 25
I.I.2 Attributs de la sûreté de fonctionnement ............................................................... 30
I.I.3 Moyens de la sûreté de fonctionnement ................................................................. 31
I.I.4 Conclusion ............................................................................................................. 33
I.II Les systèmes embarqués logiques ............................................................................ 34
I.II.1 Systèmes embarqués .......................................................................................... 34
I.II.2 Systèmes logiques et sécurité ............................................................................. 37
I.II.3 Systèmes temps réel ........................................................................................... 40
I.II.4 Conclusion .......................................................................................................... 40
I.III Problématique du diagnostic des systèmes embarqués logiques.............................. 41
I.III.1 Diagnostic des systèmes logiques ...................................................................... 41
I.III.2 Diagnostic des composants programmables ...................................................... 48
I.III.3 Diagnostic des systèmes embarqués .................................................................. 53
Conclusion du chapitre I ....................................................................................................... 55
II Outils et méthodes pour le diagnostic des SEL .................................................. 57
Introduction du chapitre II .................................................................................................... 57
II.I Outils formels pour la modélisation du comportement des systèmes discrets ......... 57
II.I.1 Automates à états finis et langages .................................................................... 57
II.I.2 Automates temporisés ........................................................................................ 62
II.I.3 Réseaux de Petri temporisés ............................................................................... 67
II.I.4 Réseaux de Petri temporels ................................................................................ 70
II.I.5 Conclusion .......................................................................................................... 76
7
Table des matières .
II.I.6 Comparaison de l’expressivité des AT et des RdP T-temporels ........................ 76
II.II Outils pour le diagnostic des systèmes discrets ....................................................... 79
II.II.1 Observateur discret ............................................................................................. 79
II.II.2 Diagnostiqueur de Sampath ............................................................................... 81
II.II.3 Vérificateur de Jiang (Jiang, et al., 2001) .......................................................... 83
II.II.4 Les Signatures Temporelles Causales ................................................................ 84
Conclusion du chapitre II ..................................................................................................... 88
III Diagnosticabilité pour la réduction de l’explosion combinatoire des SEL ........ 89
Introduction du chapitre III ................................................................................................... 89
III.I Diagnosticabilité de Sampath (Sampath, et al., 1995)(Sampath, et al., 1996) :
Approche centralisée ............................................................................................................ 90
III.I.1 La méthode de Sampath ..................................................................................... 91
III.I.2 La méthode de Yoo ............................................................................................ 93
III.I.3 La méthode de Cassez ........................................................................................ 94
III.I.4 Conclusion .......................................................................................................... 97
III.II Approches décentralisées ......................................................................................... 98
III.III Codiagnosticabilité et codiagnosticabilité conditionnelle.................................... 104
III.IV Approches modulaires ......................................................................................... 108
III.IV.1 Diagnosticabilité distribuée .......................................................................... 108
III.IV.2 Diagnosticabilité de Debouk ........................................................................ 109
III.IV.3 Diagnosticabilité modulaire de Contant ....................................................... 114
Conclusion du chapitre III .................................................................................................. 119
IV Diagnostic et model-checking applicables aux SEL ........................................ 123
Introduction du chapitre IV ................................................................................................ 123
IV.I Diagnosticabilité des systèmes temporisés ............................................................ 123
IV.I.1 Expressivité des systèmes temporisés .............................................................. 124
IV.I.2 Vivacité d’un automate temporisé .................................................................... 125
IV.I.3 Test de diagnosticabilité ................................................................................... 127
IV.I.4 Mise en œuvre du test de diagnosticabilité ...................................................... 131
IV.II Synthèse de diagnostiqueurs pour les systèmes temporisés : cas général .............. 134
IV.III Synthèse de diagnostiqueurs pour les systèmes temporisés non-déterministes ... 136
8
Table des matières
IV.III.1 Test d’un diagnostiqueur potentiel ............................................................... 137
IV.III.2 Méthode de déterminisation d’un automate temporisé (Baier, et al., 2009) 139
IV.IV Calcul du délai minimal pour diagnostiquer une faute ........................................ 148
IV.V Test de diagnosticabilité des systèmes temporisés par model- checking ............... 149
IV.V.1 Présentation du model-ckecking ................................................................... 149
IV.V.2 Logique temporelle ....................................................................................... 150
IV.V.3 Présentation de KRONOS ............................................................................ 157
IV.V.4 Présentation de UPPAAL ............................................................................. 160
IV.V.5 Principe d’application du model-checking au test de la diagnosticabilité .... 165
Conclusion du chapitre IV .................................................................................................. 167
V Approche diagnostiqueur pour la surveillance des SEL .................................. 169
Introduction du chapitre V .................................................................................................. 169
V.I Les exigences de surveillance ................................................................................ 169
V.II Approche composants ............................................................................................ 170
V.II.1 Décomposition d’un système en composants ................................................... 170
V.II.2 Le concept de composant logique .................................................................... 172
V.III Abstraction de comportement par réduction d’un graphe d’états .......................... 175
V.III.1 Méthodes de réduction des systèmes logiques : état de l’art ............................ 175
V.III.2 Nouvelle méthode de réduction pour le diagnostic des SEL ........................... 176
V.IV Méthode de modélisation pour le diagnostic des systèmes embarqués logiques ... 182
V.IV.1 Description de la carte FerroCOTS .............................................................. 182
V.IV.2 Modèle générique d’un port d’entrée ou de sortie ........................................ 184
V.IV.3 Transformation de modèles pour la construction systématique de l’automate
temporisé du comportement normal d’un composant logique ........................................ 187
V.IV.4 Obtention du modèle complet d’un composant logique ............................... 190
V.V Relation entre profondeur d’une modélisation d’un système complexe et explosion
combinatoire ....................................................................................................................... 190
V.VI Diagnosticabilité modulaire des automates temporisés ......................................... 191
V.VI.1 Adaptation de la diagnosticabilité modulaire ............................................... 191
V.VI.2 Application au cas de la carte FerroCOTS ................................................... 193
Conclusion du chapitre V ................................................................................................... 196
9
Table des matières .
VI Signatures Temporelles Causales pour le diagnostic des SEL ......................... 199
Introduction du chapitre VI ................................................................................................ 199
VI.I Problématiques : cohérence d’une base de STC vs correction de l’algorithme
d’interprétation ................................................................................................................... 200
VI.II Méthode pour le contrôle de la cohérence d’une base de STC à l’aide des RdP T-
temporels ............................................................................................................................ 203
VI.II.1 Réécriture d’un triplet à contrainte temporelle de type période ....................... 203
VI.II.2 Réécriture d’un triplet à contrainte temporelle de type date ............................ 204
VI.II.3 Réécriture d’un triplet à contrainte temporelle de type durée .......................... 205
VI.II.4 Règles de réécriture de STC ............................................................................. 205
VI.II.5 Cas d’étude en productique .............................................................................. 208
VI.III Méthode pour la vérification de la cohérence d’une base de STC par le model-
checking .............................................................................................................................. 212
VI.III.1 Présentation de la méthode ........................................................................... 212
VI.III.2 Application au diagnostic des défaillances d’un convoyeur à bande ........... 214
VI.IV Algorithme d’interprétation basé sur la notion de monde.................................... 215
VI.V Application au cas de la carte FerroCOTS ............................................................. 218
Conclusion du chapitre VI .................................................................................................. 220
Conclusion générale ............................................................................................................... 221
Bibliographie .......................................................................................................................... 225
Annexe A. Méthodes de réduction des systèmes logiques ................................................. 237
La méthode de ligne correspondante .................................................................................. 237
La méthode d’implication graphique .................................................................................. 239
La méthode de partitionnement successif ........................................................................... 240
Annexe B. Algorithme de réduction d’un graphe d’états à transitions événementielles
gardées .......................................................................................................................... 241
Annexe C. Modèles comportementaux d’une fonction logique ......................................... 245
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