Andreea Chis Phd Defense

“Méthodes et outils pour la compilation et l’optimisation logicielles

des systèmes embarqués sans fils dédiés à des applications”,

qui aura lieu le 11 Janvier 2012 à 10h à l’ENS Lyon, en Amphi E
(site Monod).

Le jury sera composé de :

-M. Eric Fleury,
Professeur, ENS Lyon, Directeur de thèse

-M. Gerhard Fohler,
Professeur, TU Kaiserslautern, Rapporteur

-M. Antoine Fraboulet
Maitre de Conferences, INSA Lyon, Directeur de thèse

-Mme. Florence Maraninchi
Professeur, Grenoble INP/ENSIMAG, Examinatrice

-M. David Simplot-Ryl,
Professeur, Universite Lille1-Sciences et Technologies, Rapporteur

Vous êtes également invités au pot qui suivra en salle passerelle.

Résumé :
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Les réseaux de capteurs communicants sont fortement contraints en ressources:
calcul, mémoire et énergie. Dans ce contexte, une attention particulière doit
être portée lors de la conception des application, des protocoles de
communication
et du système d’exploitation qui vont être exécutés sur les
plateformes. Le but de
cette thèse a été d’adapter les modèles de logiciels utilisés
classiquement pour la
programmation d’applications au domaine des réseaux de capteurs et de
proposer des
méthodes et outils permettant de construire une version adaptée du
logiciel devant
s’exécuter sur les cibles à partir d’un modèle de l’application.
Une des composantes qui consomment le plus d’énergie d’un micro-capteur
c’est son interface radio. Le comportement d’une couche MAC peut être
exprimé comme un automate temporisé avec des états fixes (qui
correspondent à des états spécifiques du dispositif physique) ou
des états libres (dont le choix de mappage est laissé au
programmeur). Le comportement d’un périphérique radio peut lui-même
être exprimé comme un automate temporisé composé d’états
transitoires (avec durée fixe de l’état) et non transitoires (avec
une durée illimitée mais avec une contrainte de temps minimal à
passer dans l’état). Le problème de mapper un état software libre
de durée fixe sur un chemin dans l’automate du dispositif physique
en minimisant l’énergie est prouvé NP-complète. Une
heuristique permettant de mapper les états libres d’un automate
correspondant à un protocole software sur des états ou chemins
entre les états d’un dispositif physique est proposée. L’approche
amène à des gains théoriques de 60% pour B-MAC- une couche MAC
classique. Pour les 2 catégories de système d’exploitation dédiés
à ce type d’applications (modèle à événements et modèle à
threads), des squelettes de code sont générés. Adapté a Mantis
OS, le squelette de code pour B-MAC confirme en simulation sur la
plateforme Worldsens les gains théoriques. Des experimentations sur la
plateforme réelle Senslab ont prouvé que l’optimisation en terme
d’energie ne modifie pas les performances fonctionnelles du
protocole.

Abstract:
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Wireless Sensor Networks are are highly constrained in resources:
computation, memory and energy.
In this context, particular attention must be paid when designing
applications, communication protocols and operating systems that will
run on the sensor nodes. The purpose of this thesis was to adapt the
software models conventionally used for programming applications to
the field of sensor networks and to propose methods and tools to
build a customized version of the software to run on the sensor nodes
from a model of the application.
One of the components of a micro-sensor that consumes the most energy
is its radio interface.
The behavior of a MAC layer protocol can be expressed as a timed
automaton with fixed states (which correspond to specific states of
the physical device) or free states (the choice for their mapping is
left to the programmer). The behavior of a radio device itself can be
expressed as an automaton consisting of transitional states (with fixed
duration) and non-transitional states (with unlimited duration but
with a minimum time duration constraint). The problem of mapping a
free state of the software of fixed duration on a path of the
physical device by minimizing the energy consumed is proven to be
NP-complete. A heuristic to map the free states of an automaton
corresponding to a software protocol to states or paths between the
states of a physical device is proposed. The approach leads to
theoretical gains of 60% for the mapping of B-MAC, a MAC layer
protocol. For two categories of operating systems dedicated to
Wireless Sensor Networks (event driven and multi-threaded), code
skeletons are generated. The simulations under the Worldsens platform
of the multi-threaded code skeleton generated for B-MAC and adapted
to Mantis OS confirmed the theoretical gains. Experiments on the
real platform SensLab have shown that the optimization in terms of
energy does not change the functional performance of the protocol.