Validation matérielle d'une architecture générique de réseaux avioniques basée sur une gestion modulaire de la redondance

Les systèmes avioniques ne cessent d'évoluer depuis l'apparition des technologies numériques au tournant des années 60. Après le passage par plusieurs paradigmes de développement, ces systèmes suivent maintenant l'approche « Integrated Modular Avionics » (IMA) depuis le début des années 2000. Contrairement aux méthodes antérieures, cette approche est basée sur une conception modulaire, un partage de ressources génériques entre plusieurs systèmes et l'utilisation plus poussée de bus multiplexés. La plupart des concepts utilisés par l'architecture IMA, bien que déjà connus dans le domaine de l'informatique distribuée, constituent un changement marqué par rapport aux modèles antérieurs dans le monde avionique. Ceux-ci viennent s'ajouter aux contraintes importantes de l'avionique classique telles que le déterminisme, le temps réel, la certification et les cibles élevées de fiabilité. L'adoption de l'approche IMA a déclenché une révision de plusieurs aspects de la conception, de la certification et de l'implémentation d'un système IMA afin d'en tirer profit. Cette révision, ralentie par les contraintes avioniques, est toujours en cours, et offre encore l'opportunité de développement de nouveaux outils, méthodes et modèles à tous les niveaux du processus d'implémentation d‟un système IMA. Dans un contexte de proposition et de validation d'une nouvelle architecture IMA pour un réseau générique de capteurs à bord d‟un avion, nous avons identifié quelques aspects des différentes approches traditionnelles pour la réalisation de ce type d‟architecture pouvant être améliorés. Afin de remédier à certaines des différentes lacunes identifiées, nous avons proposé une approche de validation basée sur une plateforme matérielle reconfigurable ainsi qu'une nouvelle approche de gestion de la redondance pour l'atteinte des cibles de fiabilité. Contrairement aux outils statiques plus limités satisfaisant les besoins pour la conception d'une architecture fédérée, notre approche de validation est spécifiquement développée de manière à faciliter la conception d'une architecture IMA. Dans le cadre de cette thèse, trois axes principaux de contributions originales se sont dégagés des travaux exécutés suivant les différents objectifs de recherche énoncés précédemment. Le premier axe se situe au niveau de la proposition d'une architecture hiérarchique de réseau de capteurs s'appuyant sur le modèle de base de la norme IEEE 1451. Cette norme facilite l'intégration de capteurs et actuateurs intelligents à tout système de commande par des interfaces normalisées et génériques.

Abstract

Since the emergence of digital technologies in the 1960s, avionics has evolved very rapidly. To reflect the technological evolution, several design approaches have been followed up to the Integrated Modular Avionics (IMA) introduced in the late 1990s. Unlike previous approaches, IMA is based on modular conception, generic resources sharing between several previously independent systems and further use of multiplexed busses. While the major aspects used in the IMA architecture is already known in other fields such as distributed computing, they represent a fundamental change in regards to traditional approaches for avionics. These new concepts are added to the existing constraints of classic avionic such as determinism, real time application, certification and stringent reliability targets. Several aspects of the design, certification and implementation of an IMA system must be revised in order to maximize its benefice. The adoption of the IMA thus requires the development of new approaches, models and tools at each level of the implementation process of an IMA system. In a context of proposition and validation of a new IMA architecture for a generic sensor network, we have identified several key aspects of the traditional approaches that could be enhanced for a better compatibility with the IMA approach. In order to overcome these identified deficiencies, we have proposed a global validation approach based on a reconfigurable material platform combined with a new approach to redundancy management required to reach the reliability targets. Unlike the static tools devised for the previous federated design approach, our approach was specifically devised to ease the design process under the IMA architecture. Within the context of this thesis, three primary areas of original contributions have been identified from our work done within the objectives of project AVIO 402. The first contribution resides in the proposition of a hierarchical architecture for a sensor network base on the reference model of the IEEE 1451 standard.