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Theses Year : 2019

Interoperability between heterogeneous devices in an open environment for the implementation of co-simulation

Interopérabilité entre dispositifs hétérogènes en environnement ouvert pour la mise en oeuvre de co-simulation

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Yassine Motie

Abstract

The large number of electronic device features we use on a daily basis means a shift from a vision of old multifunction machines to distributed, widely distributed distributed devices in the environment. Knowing that a system is an integrated set of connected and interrelated elements (products, people, processes) in order to satisfy, in a given environment, one or more defined objectives and having characteristics such as the components that constitute it , the relations between these components, its environment, the constraints it undergoes, evolutions over time. The combination of these leads us to qualify some systems as complex due to the heterogeneity of the components constituting them, their evolution at various time scales and their geographical distribution integrating digital systems, physical and / or human operators in the loop. The difficulty of having a good vision of the system when it is complex (real and other simulated devices) and the probability of significant design error leads us to reflect on the ability to specify the product and verify the design using a virtual prototype, we are talking about simulation. When a complex system requires the use of different components specified by different designers working on different domains, this greatly increases the number of virtual prototypes. These different components unfortunately tend to remain too independent of each other thus preventing both the different designers from collaborating and their systems from being interconnected in order to fulfill one or more tasks that could not be accomplished by one of these elements only. The need for communication and cooperation is needed. This must take into account the different actors and coordinate them in their interactions within this complex system. But the advances in simulation in each area are considerable, each with its own software. Interoperability solutions are therefore necessary for the implementation of a co-simulation encouraging dialogue between disciplines and reducing errors, cost and development time. In our thesis we participate in the design of a co-simulation system which integrates different tools of simulation-trades based on the modeling of the behavior of devices like the simulation energetics and the simulation of wear of building materials within the same platform. After taking into account the concepts of architecture, communication (between simulators or with users) and visualization to define architecture models. We analyze the architecture that manages interoperability. We propose an interoperability approach based on the reuse and exchange of computational components. We will successively address the issues related to the interoperability structural and semantic levels, the co-simulation strategies, the design methods of the task model allowing the construction of black box components. Then we will present the concrete implementation of our global design methodology and the verification tool of some properties of the architecture, such as coherence and semantics.
Le grand nombre de fonctionnalités d'appareils électroniques qu'on utilise quotidiennement entraîne le passage d'une vision centrée sur des anciennes machines multifonctions vers des appareils variées en interaction distribués et éparpillés dans l'environnement. Sachant qu'un système est un ensemble intégré d'éléments (produits, personnels, processus) connectés et reliés entre eux, en vue de satisfaire, dans un environnement donné, un ou plusieurs objectifs définis et ayant des caractéristiques comme les composants qui le constituent, les relations entre ces composants, son environnement, les contraintes qu'il subit, les évolutions au cours du temps. La combinaison de ces derniers nous conduit à qualifier certains systèmes comme étant complexes dû à l'hétérogénéité des composants les constituant, à leurs évolution à diverses échelles de temps et à leurs répartition géographique intégrant des systèmes numériques, physiques et/ou des opérateurs humains dans la boucle. La difficulté d'avoir une bonne vision du système quand il est complexe (dispositifs réels et d'autres simulés) et la probabilité d'erreur de conception importante nous amène à réfléchir sur la possibilité de spécifier le produit et vérifier la conception à l'aide d'un prototype virtuel, on parle de simulation. Quand un système complexe nécessite l'emploi de différents composants spécifiés par différents concepteurs travaillant sur des domaines différents, ceci augmente fortement le nombre de prototypes virtuels. Ces différents composants ont malheureusement tendance à demeurer trop indépendants les uns des autres empêchant ainsi à la fois les différents concepteurs de collaborer et leurs systèmes d'être interconnectés en vue de remplir une ou plusieurs tâches qui ne pourraient pas être accomplies par l'un de ces éléments seulement. Le besoin de communication et de coopération s'impose. Cela doit tenir compte des différents acteurs et les coordonner dans leurs interactions au sein de ce système complexe. Or les avancées en simulation dans chacun des domaines sont considérables, chacun disposant de ses propres logiciels. Des solutions d'interopérabilités sont donc nécessaires pour la mise en œuvre d'une co-simulation encourageant le dialogue entre les disciplines et réduisant les erreurs, le coût et le temps de développement. Dans notre thèse nous participons à la conception d'un système de co-simulation qui intègre différents outils de simulation-métiers basés sur la modélisation du comportement de dispositifs comme la simulation énergétique et la simulation d'usure de matériaux de construction au sein de la même plateforme. Après la prise en compte des notions d'architecture, de communication (entre les simulateurs ou avec les utilisateurs) et de visualisation pour définir les modèles d'architecture. Nous analysons l'architecture gérant l'interopérabilité. Nous proposons une approche d'interopérabilité se basant sur la réutilisation et l'échange de composants de calculs. Nous aborderons successivement les problématiques liées aux niveaux structurel et sémantique d'interopérabilité, aux stratégies co-simulation, aux méthodes de conception du modèle de tâches permettant la construction de composants boite noire. Puis nous présenterons la mise en application concrète de notre méthodologie de conception globale et de l'outil de vérification de certaines propriétés de l'architecture, comme la cohérence et la sémantique.
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  • HAL Id : tel-03127271 , version 1

Cite

Yassine Motie. Interoperability between heterogeneous devices in an open environment for the implementation of co-simulation. Networking and Internet Architecture [cs.NI]. Université Paul Sabatier - Toulouse III, 2019. English. ⟨NNT : 2019TOU30102⟩. ⟨tel-03127271⟩
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