LES RESEAUX LOCAUX INDUSTRIELS

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Faculté des Sciences Appliquées

LES RESEAUX LOCAUX INDUSTRIELS

Dr. Ir. H. LECOCQ

Professeur

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Chapitre 1 CONCEPT CIM

(Computer Integrated Management)

1.1. CONTEXTE INDUSTRIEL

Du point de vue de la gestion et de l'automatisation, on classe généralement les entreprises industrielles en deux grandes catégories : les entreprises de procédés continus (process industries) et les entreprises manufacturières (manufacturing industries).

Dans les premières, la production est décrite en termes de débits de matières.

C'est typiquement le cas des usines physico-chimiques et pétrochimiques. Le processus de production y est généralement caractérisé par une séquence de réactions physico-chimiques se déroulant de manière continue ou quasi-continue. Il est clair que, dans ce type d'entreprise, la production est strictement figée, tant du point de vue de la nature des produits que du point de vue de l'outil de production.

Dans les secondes, qualifiées de discontinues ou de discrètes, on fabrique des

"objets" dénombrables qui peuvent évidemment être de complexité très diverse. Les industries mécaniques, électriques et électroniques appartiennent à cette catégorie. Le processus de production se présente en général ici comme une succession d'opérations de mise en forme et d'assemblage réalisées manuellement ou à l'aide de machines.

La suite de l'exposé sera principalement consacrée à cette seconde catégorie d'entreprises. Bien entendu, certaines des notions qui seront présentées ci-après sont également applicables à la première catégorie.

C'est l'évolution du marché qui explique les problèmes rencontrés actuellement par les entreprises manufacturières, surtout par celles qui s'adressent au grand public.

Il y a peu de temps encore, le marché se caractérisait par le fait que le producteur était roi. Il y avait peu de concurrence et peu de produits. Le consommateur n'était pas difficile et achetait ce qui était disponible. Qu'on se rappelle la Ford T du début du siècle qui fut produite à un million d'exemplaires par an pendant seize ans !

C'est pour ce genre de production que Taylor avait développé sa philosophie:

spécialisation des équipements et spécialisation du personnel à qui on ne demandait que des travaux élémentaires et répétitifs.

Actuellement, le marché se caractérise plutôt par le fait que le client est devenu roi. La concurrence s'est considérablement accrue et mondialisée, rendant le consommateur plus difficile et beaucoup plus critique, notamment au niveau de la qualité des produits. Le cycle de vie des produits s'est également considérablement raccourci : trois à quatre ans pour une automobile, parfois beaucoup moins pour un ordinateur. En termes de production, cela signifie une grande variété de produits à cycle de vie très court et en petites séries. Cette situation peut être résumée par le diagramme de la figure 1.1.

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Figure 1.1. Position et structure de la production manufacturière

Des 30 % représentés par la production manufacturière dans l'activité industrielle globale, 40 % concernent une production par lot et seulement 15% une production de masse.

Des 40 % de production par lot, 75 % concernent des lots de moins de 50 pièces !

Pour survivre, les entreprises doivent donc arriver à produire vite, bien et bon marché, tout en étant capables de s'adapter rapidement à l'évolution des produits.

1.2. LES NOUVELLES REGLES DE PRODUCTION

Les nouvelles règles de production qui répondent à la question peuvent être résumées, de manière imagée, par cinq zéros : zéro défaut, zéro panne, zéro stock, zéro délai et zéro papier. La signification des quatre premiers zéros est claire; le cinquième indique la volonté de supprimer le transfert manuel d'informations qui alourdit trop souvent le travail du personnel et est cause de nombreuses erreurs. Idéalement, on devrait d'ailleurs encore y ajouter deux zéros : zéro accident et zéro problème social.

Plus techniquement, ces nouvelles règles de production relèvent d'une philosophie appelée "Juste-à-Temps" (Just-in-Time ou JIT en anglais) aussi connue sous le nom de

"production à flux tendus" [Béranger, 1987].

Il s'agit d'un principe d'organisation industrielle, apparu au début des années 80, qui préconise d'acheter ou de produire seulement ce dont on a besoin, quand on en a besoin. Ceci devant être respecté aussi bien au niveau des produits finis (ne fabriquer que ce qui est commandé) qu'au niveau des pièces constitutives de ces produits.

Le premier résultat en est évidemment une réduction drastique des stocks, et partant, une diminution sensible des charges financières de l'entreprise. Il ne s'agit cependant pas là du but principal recherché. En réalité, la réduction des stocks n'est que l'amorce d'une réaction en chaîne qui conduit à des bouleversements en profondeur du fonctionnement de l'entreprise.

En effet, pour produire sans stock tout en garantissant des délais de livraison normaux, il est nécessaire d'avoir des temps de fabrication très courts, une grande flexibilité pour pouvoir suivre la demande (en variété et en quantité) et une haute fiabilité

30 %

40 % 15 %

75 % Production

Par lots De

Taille des lots < 50 PRODUCTION TOTALE

PRODUCTION

PRODUCTION PAR LOTS

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de production afin d'éviter les aléas.

Au niveau de l'organisation de la production, cela implique :

- la division de l'usine en cellules permettant l'enchaînement rapide des opérations concernant une même pièce ou un même produit de manière à éviter les stockages intermédiaires;

- la limitation des déplacements accélérant le travail et facilitant le suivi de production;

- la flexibilité des cellules en question : changement rapide d'outils et de programmes de fabrication;

- le contrôle et la maîtrise de la qualité à chaque étape de la fabrication afin de ne pas enrayer le processus;

- la fiabilité des machines, pour les mêmes raisons que ci-dessus, ce qui suppose la mise en place d'une politique rigoureuse de maintenance préventive;

- la polyvalence et l'augmentation de la qualification des opérateurs qui deviennent responsables de la quantité et de la qualité des pièces ou produits fabriqués, voire même du bon fonctionnement des machines;

- des relations nouvelles avec les fournisseurs afin qu'ils entrent aussi dans le processus, tant au niveau des délais que de la qualité des produits fournis.

Remarquons que, jusqu'à présent, il n'a encore été question ni d'automatisation ni d'informatisation. C'est qu'en effet la philosophie du Juste-à-Temps concerne avant tout l'organisation de la production.

Il faut en effet considérer la production comme une chaîne dont les maillons doivent tous être de même résistance : il ne sert en effet à rien, globalement, de renforcer à l'extrême certains maillons, s'il en est d'autres qui demeurent fragiles.

Une saine démarche consistera donc à analyser les flux de matières et d'informations associés au processus de production, à les rationaliser et à les simplifier au maximum dans l'optique du Juste-à-Temps. Ce n'est qu'alors, et alors seulement, que l'opportunité d'automatiser ou d'informatiser telle ou telle partie du processus apparaîtra clairement.

En l'occurrence, l'automatisation permettra d'accélérer la fabrication et/ou de garantir la constance de la qualité. Pour les raisons qui ont été exposées ci-dessus, l'automatisation devra être flexible. Cette flexibilité doit se traduire au niveau de la structure des machines qui seront aussi polyvalentes et adaptatives que possible, avec une gestion d'outils et une alimentation en pièces complètement automatisées. A cet égard, le robot apparaît évidemment comma la machine flexible par excellence.

Cette flexibilité doit aussi se retrouver au niveau du système de commande des machines dont les modes de fonctionnement devront pouvoir être facilement modifiés.

Ce dernier point ne pose plus actuellement de réel problème dans la mesure où pratiquement toutes les nouvelles machines de production sont commandées par des dispositifs à base de microprocesseurs, avec programme enregistré. De plus, des portes de communication existent presque toujours sur ces machines qui permettent de

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télécharger et de modifier les programmes à partir d'autres ordinateurs.

L'informatisation, quant à elle, a pour but d'améliorer la manipulation des informations relatives au processus de production. Ces informations concernent non seulement la fabrication proprement dite mais aussi la conception des produits, la gestion technique, financière et administrative de l'usine, le management, le marketing, ...

Ces différentes facettes de la production ont déjà fait, de longue date, l'objet de développements informatiques spécifiques. Cependant, dans la plupart des cas, ceux-ci ont été menés indépendamment les uns des autres, avec des ordinateurs différents, des systèmes d'exploitation différents, des moyens de communication différents; on parle d'îlots d'automatisation.

Il en résulte que d'importants flux d'informations continuent de circuler par la voie manuelle (papiers, plans, réencodage, etc.) tandis que des informations similaires se retrouvent dans des bases de données différentes, avec tous les risques d'incohérence que cela comporte. Cette situation est représentée à la figure 1.2.

Les nouvelles règles de production évoquées dans ce paragraphe (et en particulier le "zéro papier") conduisent tout naturellement à préconiser l'intégration des moyens informatiques d'une entreprise. Le terme intégration recouvre ici non seulement l'interconnexion physique des ordinateurs par des réseaux de communication mais aussi, et surtout, leur interconnexion logique. On entend par là que le système informatique distribué initial apparaît à l'utilisateur comme un système informatique centralisé et homogène; les effets recherchés étant essentiellement l'unicité et la disponibilité des informations.

En d'autres termes, l'intégration offre à chacun l'accès direct à l'information voulue, au moment voulu et à l'endroit voulu. C'est ce qu'on appelle le CIM : Computer Integrated Management. La figure 1.3. symbolise cette situation idéale.

D'un point de vue technique, le CIM implique donc :

- l'existence d'un système de communication ouvert permettant à des systèmes informatiques et de contrôle hétérogènes de communiquer entre eux

- une architecture informatique ouverte et distribuée permettant aux utilisateurs de collecter, de stocker et de récupérer des données pertinentes sur le processus de production et cela de manière transparente, c'est-à-dire, sans avoir rien à connaître du système de communication

- un ensemble de progiciels de contrôle et de gestion capables d'exploiter les données mentionnées ci-dessus.

Dans le présent volume, on s'intéressera essentiellement aux deux premiers de ces trois points.

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C el l ul e 1

C el l ul e 1 C el l ul e 1 C el l ul e 1

C el l ul e 1 C el l ul e 1

C el l ul e 1

Figure 1.2. Processus de production informatisé et automatisé mais sans intégration

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C el l ul e 1

C el l ul e 1 C el l ul e 1 C el l ul e 1

C el l ul e 1

Figure 1.3. Processus de production intégré ou CIM (Computer Integrated Management)

1.3. HIERARCHISATION DES COMMUNICATIONS

La figure 1.4. représente schématiquement toutes les sources d'information que l'on peut trouver dans une entreprise et qui, dans l'optique du CIM, doivent donc pouvoir être accessibles par celui qui en a besoin, où qu'il se trouve dans l'organisation.

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P L C

P L C P

L C

R M I/O

Machine 1 Machine 2 Machine 3

Capteur Actuateur Capteur

Actuateur Capteur

Actuateur

Entraînement Panneau Opérateur I/O déportées Contrôle machines

Conduite

Supervision Suivi de production

C ell ul e 1 C ell ul e 1

C ellule

1

C el lule 1

C ell ul e 1

C el lule 1

C ell ul e 1

C el lule 1 C ell ul e 1

C ell ul e 1 C el lule 1

C el lule 1

USINECELLULECAPTEUR / ACTUATEUR

ATELIERTERRAIN

COMPAGNIE

0 1

2 3

4 5

Figure 1.4. Eléments à interconnecter pour réaliser le CIM

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1.3.1. GESTION

Au niveau de la gestion administrative et technique, l'information existe en général dans des bases de données situées dans des serveurs ou réparties dans des ordinateurs.

Il est clair qu'à ce niveau, les échanges d'information se font par réseaux de communication.

En général, chaque département possède son réseau local (réseau de PC par exemple) et un réseau dit d'"usine" assure l'interconnexion des différents sous-réseaux de même d'ailleurs que des réseaux d'ateliers (voir § 1.3.2.).

Lorsqu'une entreprise comporte plusieurs sites géographiques, des communications sont possibles en passant par le réseau public de télécommunications.

On parle alors de réseau de niveau "compagnie". Au même niveau, on peut situer les liaisons informatiques directes qui existent de plus en plus souvent entre une entreprise et ses clients et fournisseurs (EDI : Electronic Data Interchange).

1.3.2. FABRICATION

Au niveau de la fabrication la situation est plus complexe. On distingue en général des ateliers responsables de la fabrication d'un produit ou d'une gamme de produits de même famille. L'atelier, à son tour, est composé de cellules de production qui regroupent des machines fortement interactives.

Les machines de production modernes (CNC, robots, etc.) sont pratiquement toutes commandées par des automates programmables (notés PLC sur la figure). Ceux-ci commandent les machines par l'intermédiaire d'actuateurs (contacteurs, vannes, etc.) sur base d'informations fournies par des capteurs (détecteurs de fin de course, codeurs de position, thermocouples, etc.) Les informations échangées entre ordinateurs de supervision et automates sont relativement élaborées et ne peuvent se concevoir que par l'intermédiaire de réseaux de communications.

Plus près des machines, on trouve actuellement de plus en plus d'équipements dits de terrain : entraînements, panneaux opérateurs, entrées/sorties déportées, îlots de vannes, etc. Ces équipements ne possèdent certes que des capacités de traitement limitées mais n'en sont pas moins actionnés par des microprocesseurs, ce qui permet de les relier aux automates par voie informatique (réseau de communication). L'idée est ici de diminuer le volume du câblage, tout en déchargeant les automates de tâches annexes.

Dans le même esprit, la possibilité est apparue récemment de greffer directement des capteurs et actuateurs dits "intelligents" sur des réseaux de communication en remplacement du câblage fil à fil traditionnel.

1.3.3. LA PYRAMIDE DU CIM

Il est bien certain qu'il serait impensable d'assurer toutes les communications qui viennent d'être évoquées ci-dessus à l'aide d'un seul et même système de communication, et cela pour des raisons techniques, économiques et pratiques qui apparaissent clairement à la figure 1.5.

Les six niveaux de communications qui ont été introduits ci-avant sont représentés sous la forme d'une pyramide, la largeur de chaque niveau reflétant le nombre de connexions au réseau.

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NIVEAUX HEURESMBYTES MINKBYTES SECBYTES MSECBITS

TEMPS DE REPONSEVOLUME DE DONNEESTYPE D'ECHANGENIVEAU DE COMPETENCE 02345 1

Compagnie Capteurs / Actuateurs

Terrain

Cellule

Atelier

Usine

CY CL IQU E EVEN

EM ENTI EL

INFO RM A T IC IEN

AUTO MA TIC IE N

ELEC TRIC

IE N

Figure 1.5. Nécessité d'une hiérarchisation des communications

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On a placé, en regard, les caractéristiques attendues, à chacun des niveaux, sur le plan du temps de transfert des messages, de la taille des messages, du type d'échange et du niveau de compétence nécessaire pour la mise en œuvre du réseau.

– niveau capteurs/actuateurs et terrain

A ce niveau, les temps de transfert doivent correspondre aux temps de cycle des automates (de l'ordre de 10 ms) puisque le réseau est censé remplacer les anciennes connexions fil à fil vers les cartes d'entrées/sorties des automates.

Heureusement, la taille des messages y est fort réduite puisqu'il s'agit, en gros, de l'état (binaire) de capteurs et d'actuateurs. Ainsi 512 capteurs/actuacteurs ne représenteront jamais qu'un message de 64 bytes.

Comme on l'a déjà dit, les échanges seront en général cycliques et, idéalement, synchronisés sur le cycle des automates.

Enfin, il est de première importance, pour leur acceptation en milieu industriel, que les réseaux de capteurs/actuateurs et de terrain puissent être installés, utilisés, dépannés par le même personnel qui, auparavant installait, utilisait, dépannait les cartes d'entrées/sorties des automates.

– niveau cellule

Ce niveau assure les échanges d'informations nécessaires entre automates au sein d'une cellule.

Sans être aussi exigeant que dans le cas précédent au niveau des temps de transfert, on attendra cependant, ici encore, des performances temps réel sous forme de délais de réponse garantis.

Les échanges pourront être cycliques ou événementiels selon les applications.

La mise en œuvre des réseaux de cellule ne devrait pas poser aux concepteurs d'automatismes beaucoup plus de problèmes que s'ils avaient affaire à un système de contrôle centralisé.

– niveau atelier

A ce niveau, le réseau a pour rôle de coordonner le travail des différentes cellules composant l'atelier. Il en assure la supervision générale, il est capable de télécharger des programmes dans les automates et de contrôler leur exécution.

La notion de temps est beaucoup moins critique ici.

Le réseau d'atelier concernant encore directement la production, il doit impérativement rester sous la responsabilité totale des automaticiens. Il faut cependant être conscient que ceci impliquera en général pour ces derniers, des efforts de formation non négligeables. Les réseaux d'atelier que l'on trouve sur le marché (MAP par exemple) ou, plus exactement, les normes ISO qui y sont utilisées, ont en effet été conçues par des informaticiens et non par des ingénieurs.

La terminologie et les modes de raisonnement utilisés apparaissent dès lors souvent comme plutôt abscons.

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– niveaux usine et compagnie

Ces niveaux relèvent directement de l'informatique et nous ne nous y attarderons donc pas.

REMARQUE :

Il est bien certain que les niveaux présentés à la figure 1.5. ne sont pas strictement cloisonnés. Ainsi, certains des réseaux de cellule que nous étudierons par la suite peuvent très bien convenir pour des ateliers simples. D'autres peuvent parfois "descendre" au niveau terrain et même au niveau capteurs/actuateurs.

1.4. EVOLUTION DES SOLUTIONS

1.4.1. SOLUTIONS PROPRIETAIRES (années 1980)

Les premières tentatives d'implantation du CIM étaient essentiellement basées sur des solutions propriétaires. En l'occurrence, ce sont les constructeurs d'automates programmables qui se sont montrés les plus actifs en la matière. C'est ainsi qu'au milieu des années 80, on trouvait :

– au niveau cellule, des réseaux de communication entre automates, par exemple : - DATA HIGHWAY chez Allen-Bradley

- SINEC H1 chez Siemens

- TELWAY 7 chez Télémécanique

– au niveau terrain, des réseaux principalement destinés à piloter des blocs d'entrées/sorties déportées, par exemple :

- REMOTE I/O chez Allen-Bradley - SINEC L2 chez SIEMENS

- FIPIO chez Télémécanique

– au niveau atelier et usine, des passerelles vers les principaux réseaux informatiques du moment :

- DECNET (accès au monde Digital Equipment) - TCP/IP (accès au monde UNIX).

A ces passerelles devaient évidemment correspondre des librairies développées spécifiquement pour les ordinateurs concernés (VAX, HP 9000, etc.) permettant à ces derniers de dialoguer avec les automates.

Ces solutions propriétaires avaient le mérite de l'homogénéité pour autant que l'utilisateur final acceptât de se lier, quasi pour la vie à un constructeur d'automate donné et trouvât chez celui-ci toutes les fonctionnalités dont il avait besoin.

Dans le cas contraire, de sérieux problèmes de compatibilité se posaient, soit à

l'utilisateur final, soit à l'ensemblier maître d'œuvre; les constructeurs d'automates se refusant évidemment à assumer la moindre responsabilité dans des solutions où leur matériel était associé à du matériel tiers.

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1.4.2. LA VOLONTE D'OUVERTURE (années 1990)

Le souhait des utilisateurs serait évidemment de disposer de systèmes de communication normalisés assurant, aux différents niveaux présentés ci-dessus, une interopérabilité aussi complète que possible entre équipements de marques et de types différents. Au niveau terrain et capteurs/actuateurs, c'est même l'interchangeabilité physique des éléments qui est attendu.

Dans cette optique, des groupements d'utilisateurs se sont constitués avec, pour but, d'imaginer des systèmes de communication "ouverts" (par opposition à

"propriétaires") et de les imposer aux constructeurs. C'est, au départ, le haut de la pyramide qui était visé.

La figure 1.6. présente les solutions retenues et disponibles dès le début des années 90.

– niveau usine : le FDDI (Fiber Distributed Data Interface) est un réseau à fibres optiques à haut débit (100 Mbits/s). Son coût et ses performances le destine au rôle de fédérateur de sous-réseaux ("backbone") comme indiqué à la figure 1.7.

– niveau atelier : l'étude de la norme MAP a débuté en 1981 et est pratiquement stabilisée depuis 1989. Elle introduit un concept nouveau pour l'interopérabilité d'équipements hétérogènes : la messagerie industrielle MMS (Manufacturing Message Specification). Celle-ci est basée sur les concepts informatiques modernes d'objets et de relations clients-serveurs. Elle a d'ailleurs été reprise sous une forme simplifiée dans le réseau de terrain PROFIBUS (FMS : Fieldbus Message Specification).

La démarche expliquée ci-dessus ne semble pourtant pas devoir connaître le succès industriel attendu pour des raisons que nous expliquerons au paragraphe suivant. Elle a cependant induit chez les utilisateurs une exigence d'ouverture que les constructeurs ne peuvent plus ignorer désormais.

C'est ainsi que dans le bas de la pyramide, on a vu apparaître des réseaux définis de fait par des constructeurs d'automates (p. ex. : PROFIBUS, FIP, DEVICENET, ASI) ou par des constructeurs tiers ( p. ex. : INTERBUS-S, LONWORKS) mais cependant qualifiés d'"ouverts". En réalité, l'ouverture résulte du fait que les spécifications de ces réseaux et, le cas échéant, les circuits intégrés associés sont d'emblée placés dans le domaine public, à la disposition de qui le souhaite.

Comme le montre la figure 1.6., on est cependant encore loin d'un consensus, chacun essayant évidemment d'imposer sa solution. C'est que l'enjeu est important vu le nombre potentiel de points de raccordement.

Sur la figure 1.7., on a complété la hiérarchie des communications conformément aux propositions de la figure 1.6.

Notons qu'aux niveaux terrain et capteurs/actuateurs, différentes configurations sont possibles selon les cas :

- réseau couvrant les deux niveaux (machine 1)

- réseaux différents pilotés à partir de l'automate (machine 2)

- réseau de capteurs/actuateurs piloté à partir du réseau de terrain par un adaptateur approprié (machine 3). Nous y reviendrons en détail au chapitre 9.

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NI V E AUX P rop os iti o ns actu elles (a nn ées 1 9 90) E v o lut io n pr o b ab le (h orizon 2000) R és eau p ubli c de T él écom m uni cat ions 0 2 3 4 5 1

C o mp a gni e Capt eu rs / Act u at eu rs

Info rm ati on

Comp agnie

Eq uipe me nt

Te rr ai n

Ce ll u le

At el ie r

Us in e

FDD I Backbo ne MA P on E th ernet

IN T E R N ET ET H E RN ET ? ? ? AS I B U S

P R OFI B US WO RL D F IP CON T RO L N E T IN T E RBU S -S DEVI CE NE T ( C AN ) L O NWORKS

Figure 1.6. Evolution des solutions en matière de communication

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P L C

P L C P

L C

R M I/O

Actuateur Capteur

Actuateur

Entraînement Panneau Opérateur I/O déportées Contrôle machines

Conduite

C ellule

1

C ell ul e 1

C el lule 1

C ell ul e 1

C el lule 1

C ell ul e 1

C el lule 1

C el lule 1 C el lule 1

ATELIERTERRAIN

COMPAGNIE

0 1

2 3

4 5

FDDI

MAP

Backbone

Figure 1.7. Hiérarchie des communications envisagées au début des années 90

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1.4.3. LES PERSPECTIVES (horizon 2000)

L'échec commercial des réseaux situés dans le haut de la pyramide du CIM et, en particulier, du réseau MAP, résulte de raisons à la fois internes et externes.

Dans le première catégorie, on rangera le caractère extrêmement ambitieux de la norme MAP qui a eu pour résultat de ralentir considérablement son élaboration (il a fallu près de 10 ans pour arriver à une certaine stabilisation) et de donner lieu à des réalisations matérielles complexes et, partant, fort coûteuses.

Dans le même temps, on assistait à l'évolution foudroyante de la micro- informatique. Les besoins dans ce contexte ne pouvaient s'accommoder des lenteurs d'une normalisation et c'est donc très logiquement un standard de fait qui fut adopté comme infrastructure de réseaux, à savoir ETHERNET. De plus, l'émergence irrésistible d'INTERNET consacra rapidement TCP/IP, un autre standard de fait, comme protocole de communication.

Ces choix étant arrêtés et stimulés par l'importance du marché, les constructeurs ont pu donner libre cours à leur imagination pour améliorer les systèmes de câblage (hubs, switching hubs, fibres optiques, ...) et augmenter les vitesses de transmission (100 Mbits/s, 1 Gbits/s annoncé), tout cela à des prix "micro".

Il résulte de cette évolution qu'ETHERNET est en mesure de couvrir efficacement l'ensemble des besoins en communication, du niveau cellule au niveau usine.

L'utilisation d'INTERNET au niveau compagnie s'intègre parfaitement dans l'ensemble.

Bon gré, mal gré, les constructeurs d'automates ont dû se rendre à l'évidence et la plupart d'entre-eux proposent maintenant, en standard, une interface ETHERNET TCP/IP.

On peut regretter que, si pas MAP, du moins MMS, la messagerie industrielle, n'ait pas survécu à l'aventure car elle apportait une solution à la fois élégante et puissante au problème d'interopérabilité d'équipements industriels hétérogènes.

D'aucuns préconisent d'ailleurs d'attacher MMS à TCP/IP. C'est pourquoi nous lui réserverons encore, dans la suite de cet ouvrage, un chapitre particulier.

Il ne faut cependant pas se faire trop d'illusions à cet égard car on assiste actuellement à une remise en question de l'existence même des automates programmables. En effet, l'apparition des réseaux de terrain et de capteurs/actuateurs a rejeté, hors des automates, le traitement des signaux industriels. Ces automates perdent ainsi une bonne part de leur spécificité et les fonctions qu'il leur reste à assurer (traitement et communication) peuvent parfaitement être prises en charge par de simples PC !

L'hétérogénéité des équipements de contrôle s'en trouve ipso facto abolie et il y a fort à parier que Microsoft, qui commence à s'intéresser de près au marché industriel, proposera bientôt des solutions intégrées dans l'environnement WINDOWS NT pour le contrôle distribué des processus industriels.

Cela étant, les réseaux de terrain et de capteurs/actuateurs vont certainement subsister à côté d'ETHERNET car ils doivent répondre à des impératifs tout à fait particuliers de connectique, de robustesse, de sécurité, de temps de réponse, de facilité

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de mise en œuvre et de maintenance.

L'offre (surabondante) actuelle se simplifiera vraisemblablement en abandonnant toute prétention sur le niveau cellule.

L'évolution décrite dans ce paragraphe est résumée à la partie droite de la figure 1.6. On n'y retrouve plus, dans l'usine, que deux niveaux de réseaux : le niveau

"information" et le niveau "équipement". Les niveaux fonctionnels du CIM subsistent bien entendu mais, pour ce qui concerne le haut de la pyramide (de cellule à usine), l'adéquation aux besoins de chaque niveau est obtenu par la configuration judicieuse d'un réseau unique (ETHERNET TCP/IP) plutôt que par des réseaux différents. Pour le bas de la pyramide, il faudra encore quelque temps pour que la situation se décante et qu'un (ou plusieurs) standard(s) émerge(nt) définitivement.

Le système de communication qui en résulte aura ainsi l'allure montrée à la figure 1.8.

1.4.4. INTERNET DANS L'INDUSTRIE

Une autre évolution en plein essor concerne l'exploitation industrielle des outils développés dans le cadre d'INTERNET. On remarque en effet que la plupart des nouveaux automates programmables et de plus en plus d'équipements de terrain (variateurs de vitesse par exemple) sont dotés d'un serveur WEB et du protocole TCP/IP.

C'est ce qui est schématisé à la figure 1.9.

Le serveur WEB contient des pages HTML (HyperText Mark-up Language) qui sont donc accessibles à partir de tout ordinateur à l'aide d'un "navigateur" INTERNET tout à fait standard (Explorer par exemple). La communication peut se faire par le réseau interne de l'usine (INTRANET) ou, de n'importe quel point du globe, par INTERNET. Le cas échéant, les équipements peuvent aussi envoyer spontanément des e-mails au personnel compétent en cas d'anomalie.

Les applications potentielles sont nombreuses : télégestion (réglage de paramètres, voire modification de programmes), télésurveillance (rapatriement d'alarmes), télémaintenance (diagnostic de pannes), téléassistance aux opérateurs locaux, etc.

Comme le montre la figure 1.8., les fonctionnalités de contrôle temps réel du processus restent évidemment assurées par l'intermédiaire de bus de terrain.

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P L C

P L C P

L C

R M I/O

Actuateur Capteur

Actuateur

Entraînement Panneau

Opérateur I/O déportées Contrôle machines

Conduite

C el lul e 1 C ell ul e 1

C ellu

l e 1 C el lule 1

C ell ule 1

C el lule 1

C ellule 1

Cell ul e 1

C ell ule 1

C el lul e 1

C el lule 1 C el lule 1

C ellule 1 C ell ul e 1

C ell ul e 1

C ell ul e 1 C ell ule 1

ATELIERTERRAIN

COMPAGNIE

0 1

2 3

4 5

Ethernet

TCP/IP

Ethernet

TCP/IP

Ethernet

TCP/IP

Ethernet

TCP/IP

Ethernet

TCP/IP

Ethernet

TCP/IP

Ethernet

TCP/IP

ETHERNET SWITCHING HUB

SW HUB SW HUB

F IE LD BU S

F IE LD B US F

IE LD BU S

Figure 1.8. Hiérarchie des communications basée sur une structuration du réseau Ethernet TCP/IP

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P L C

MACHINE

Capteur

Actuateur

OBJECT D OBJECT A OBJECT B

Cell ule 1

F I E L D B U S

M

Entraînement

H T M

WEB SERVER

INTERNET INTRANET

HT M

Figure 1.9. Introduction de WEB Serveurs dans les équipements pour la télégestion et la télémaintenance

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Chapitre 2

STRUCTURE D'UN SYSTEME DE COMMUNICATION

2.1. LES MOYENS DE COMMUNICATION

Comme on sait, l'unité de base en traitement numérique est le bit qui ne peut prendre que deux valeurs : 0 ou 1.

Pour représenter des informations plus complexes, il est dès lors nécessaire d'utiliser un codage faisant appel à un groupe ordonné de plusieurs bits. A l'aide d'un groupe de 8 bits par exemple (= octet = byte), on peut coder une information présentant un maximum de 2⁸ = 256 états. Les caractères de l'alphabet par exemple sont généralement codés sur 7 bits (codage ASCII).

La lettre A est représentée par la configuration de bits 1000001.

La lettre a est représentée par la configuration de bits 1100001.

De la même manière, on peut coder des nombres, des mesures, etc.

Pour transmettre des informations ainsi codées, il existe essentiellement deux techniques : la technique parallèle et la technique série.

2.1.1. COMMUNICATIONS PARALLELES

Tous les bits formant l'information sont transmis en parallèle à l'aide d'autant de canaux binaires (c'est-à-dire de fils) qu'il y a de bits. C'est la technique utilisée systématiquement au sein des ordinateurs pour les échanges d'informations entre cartes processeurs, cartes mémoires, cartes interfaces, etc.

Pour économiser le câblage, les canaux binaires sont généralement exploités en mode BUS, c'est-à-dire que les mêmes fils servent, à tour de rôle bien entendu, pour les échanges processeur-mémoire, processeur-interface, interface-mémoire (DMA).

Ce mode d'échange est schématisé à la figure 2.1.a.

Les BUS d'ordinateurs peuvent comporter plusieurs dizaines de fils : 61 pour le MULTIBUS d'INTEL par exemple. Ils permettent de réaliser des vitesses de transfert élevées mais les distances permises sont réduites à quelques mètres au maximum. Au delà, en effet, il faudrait commencer à tenir compte des phénomènes de propagation et utiliser des canaux binaires à hautes performances (coaxes p. ex.) d'un encombrement et d'un prix prohibitif.

On peut cependant faire état de quelques systèmes de communications parallèles utilisés non plus entre cartes d'un ordinateur mais bien entre un ordinateur et des appareils périphériques.

– le BUS HP-IB développé par Hewlett-Packard au début des années 70 et adopté comme standard en 1974 sous le sigle IEEE 488. A noter que le standard concerne non seulement les spécifications électroniques et mécaniques du BUS mais aussi les

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procédures d'échange d'informations. Le BUS HP-IB permet d'interconnecter jusqu'à 15 appareils sur une distance maximale de 20 m. Les échanges se font par byte (c-à-dire par entité de 8 bits) à des vitesses pouvant atteindre 500 Kbytes/s (1 Mbytes/s sur des distances inférieures à 20 m). Le BUS est matérialisé par 24 fils. Ce moyen de communication est très largement utilisé en instrumentation et dans les laboratoires.

Des interfaces IEEE 488 sont d'ailleurs disponibles pour la plupart des ordinateurs.

(figure 1.2.b).

– le "standard" CENTRONIC utilisé initialement pour la liaison d'imprimantes aux ordinateurs. Cette liaison se fait à l'aide de 18 fils sur des distances de 10 m maximum.

[AXELSON, 1996]. Son usage a été étendu à d'autres périphériques (scanners par exemple).

– le BUS SCSI (Small Computer System Interface) permet de raccorder jusqu'à sept périphériques à un ordinateur sur des distances maximum de 6 m. Il est couramment utilisé pour des unités de disques externes, des CD-ROM, etc.

a. BUS d'ordinateur

b. BUS HP-IB (IEEE 488)

Figure 2.1. Communications parallèles

INTERFACE Communication INTERFACE

Périphérique

Périphériques Transmission série

MEMOIRE PROCESSEUR

BUS de DONNEE

BUS de CONTROLE

BUS d'ADRESSE

(23)

2.1.2. COMMUNICATIONS SERIES

Les bits formant l'information sont ici transmis en série, c'est-à-dire l'un après l'autre, à l'aide d'un seul canal binaire (une paire téléphonique par exemple). Ce canal unique peut dès lors, dans des conditions économiques raisonnables, être doté des performances de vitesse et de distance souhaitées. C'est bien évidemment sur ce type de transmission que sont basés les réseaux de communication.

On distinguera plusieurs manières d'agencer les communications séries : – type de liaison entre nœuds

- liaison point-a-point (figure 2.2.a) : c'est une liaison physique entre deux et seulement deux noeuds du réseau.

- liaison multipoint ou multidrop (figure 2.2.b) : c'est une liaison physique partagée par plus de deux noeuds. La ligne principale est appelée "trunk line"; les lignes de dérivation "drop lines".

– modes d'exploitation d'une liaison

- simplex (figure 2.3.a) : Dans ce mode d'exploitation, l'échange d'information se fait à sens unique. Il ne demande qu'un canal binaire.

- full duplex (figure 2.3.b) : L'échange d'information a lieu simultanément dans les deux sens. Il nécessite deux canaux binaires. Ceux-ci peuvent être matérialisés par deux lignes physiques distinctes ou par deux canaux de fréquence sur une même ligne physique (figure 2.3.c).

- half duplex (figure 2.3.d) : Dans ce dernier cas, la transmission s'effectue dans les deux sens, mais alternativement, sur un seul canal, par le jeu d'une commutation émetteur/récepteur. Bien entendu, cette commutation se fait par des moyens électroniques.

Cette dernière solution trouve tout son intérêt lorsque l'on doit passer par le réseau public car elle ne nécessite qu'une ligne téléphonique.

Figure 2.2 Type de liaison entre nœuds

A a . P oin t à poin t

Trunk line Drop line

b. Mu lt ipoin t B

A B C

(24)

Figure 2.3. Modes d'exploitation d'une transmission série

Emetteur Récepteur a. SIMPLEX

Emetteur

Récepteur

Emetteur

b. FULL DUPLEX

Emetteur

Récepteur

Emetteur MODEM MODEM

Modulateur f1

Filtre f1

Filtre f2

Modulateur f2

f₁

f2

c. Multiplexage de fréquences

Emetteur

Récepteur

Emetteur

b. HALF DUPLEX

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2.1.3. RESEAUX DE COMMUNICATION : LAN, WAN, MAN

Dès que plusieurs usagers sont interconnectés par des liaisons séries, on parle de réseaux de communication. On peut distinguer deux catégories : les réseaux locaux LAN (Local Area Network) et les réseaux à longue portée WAN (Wide Area Network).

Cette distinction n'est pas réellement une question de distance mais plutôt une question de réglementation. En effet, dans la plupart des pays d'Europe, les communications, de quelque nature qu'elles soient, qui sortent d'un domaine privé sont régies par les autorités publiques.

On appelle dès lors LAN un réseau de transmission entièrement situé dans un domaine privé; il y correspond ipso facto une portée limitée, de l'ordre de quelques kilomètres. C'est essentiellement ce type de réseau qui sera étudié dans la suite de l'ouvrage.

On appelle WAN un réseau qui s'étend sur le domaine public. Il faut, dans ce cas, utiliser des équipements fournis (ou du moins agréés) par les pouvoirs publics compétents ou par leurs concessionnaires et passer par leur infrastructure de communication. De par la vocation de cette dernière, la portée d'un réseau WAN peut être étendue de manière quasi illimitée. Par contre, les performances offertes à l'heure actuelle sont encore relativement limitées. On trouve ainsi (en Belgique) :

– des lignes du réseau téléphonique public commuté présentant une bande passante de 300 à 3.400 Hz prévue pour la transmission vocale. Pour pouvoir être transmises, les données numériques doivent être transformées en données analogiques par modulation d'une fréquence porteuse (MODEM). Les vitesses de transmission sont limitées par l'étroitesse de la bande passante à 28.800 bits/s maximum. La facturation se fait en fonction de la durée de la communication et de la distance entre les correspondants.

– des lignes louées c'est-à-dire affectées de manière permanente à un abonné et regroupant l'équivalent, en bande passante, de plusieurs lignes téléphoniques simples : vitesse de 64 kbits/s à 2 Mbits/s. La facturation se fait ici en fonction de la distance et de la bande passante allouée.

– un réseau public de transmission de données avec commutation par paquets DCS (Data Communication Service). Dans ce système, il n'existe plus de liaison directe entre les correspondants comme cela est nécessaire pour la parole.

Chacun dépose ses données par "paquets" dans le réseau et celui-ci se charge de

les acheminer vers le correspondant.

La facturation ne prend plus en compte, ici, que le volume des données transmises; la durée et la distance n'interviennent plus. La vitesse est cependant limitée à 48 kbits/s.

– un réseau numérique à intégration de service (RNIS ou ISDN en anglais : Integrated Services Digital Network). Comme son nom l'indique, il s'agit d'un nouveau type de réseau où toutes les informations sont numérisées, les données bien sûr, mais aussi la voix. Ces données peuvent être multiplexées sur une même ligne, ce qui permet à un abonné d'utiliser simultanément jusqu'à huit équipements au travers d'un raccordement unique (téléphone, fax, micro- ordinateur, ...). D'autre part, la nature informatique des centraux téléphoniques offre des services annexes multiples : identification de l'appelant, déviation d'appel,

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diffusion multiple, télé-alarme incendie ou effraction, etc.

Le débit de base du RNIS (64 Kbits/s) est cependant assez faible et il risque fort d'être dépassé avant même que sa mise en place ne se soit généralisée. Ce n'est certainement pas avec le RNIS que l'on bâtira les "autoroutes de l'information" de demain.

Pour plus de détails sur les réseaux WAN, on consultera [TANENBAUM, 1992] et [HALSALL, 1994].

Il existe encore une troisième catégorie de réseaux, les MAN (Metropolitan Area Network) ou réseaux urbains. Ils sont constitués de câbles coaxes à large bande passante (400 MHz) et leur utilisation première est la télédistribution. [NUSSBAUMER I, 1987]. Des expériences sont actuellement menées pour permettre aux abonnés de se connecter à INTERNET par leur intermédiaire avec, évidemment, des performances largement supérieures à celles du réseau public de communication.

Il s'agit cependant de tentatives isolées qui risquent de rester sans lendemain étant donnée l'émergence d'une nouvelle technologie, l'ATM (Asynchronous Transfer Mode). Il s'agit, en gros, d'un RNIS à large bande puisque la vitesse de base est de 155 Mbits/s ! – [HALSALL, 1994] – [FRASER, 1996]. Notons que cette technologie est encore loin d'être universellement adoptée [STEINBERG, 1996].

2.2. LES RESEAUX LOCAUX

Le développement des WAN est de loin antérieur à celui des LAN. Il s'ensuit que les premiers LAN (en particulier ceux utilisés dans l'industrie) firent largement appel aux matériels, procédures et standards développés pour les WAN.

Sous la formidable poussée du marché de la bureautique, les LAN ont cependant progressivement pris leurs distances vis-à-vis des WAN. Libérés, en effet, des contraintes décrites au paragraphe précédent, les réseaux locaux ont pu être repensés avec, uniquement en vue, l'adéquation aux besoins et les performances. Un moment dépassés, les constructeurs de réseaux industriels ont maintenant entrepris d'intégrer dans leurs produits les concepts nouveaux apparus en bureautique. Comme on l'a montré au chapitre 1, le domaine est actuellement en pleine ébullition. Quelques années seront certainement encore nécessaires pour que la situation se stabilise.

D'une manière générale, les éléments à prendre en compte pour l'évaluation d'un réseau local sont les suivants :

– la vitesse de transmission : celle-ci doit être suffisante pour assurer l'ensemble des échanges d'information entre les nœuds du réseau dans les délais requis par l'application.

A noter qu'il faut bien faire la différence entre la vitesse brute nominale du réseau et le temps que prend effectivement l'échange d'un message entre deux correspondants.

En bureautique, le nombre de nœuds peut être très élevé (quelques centaines typiquement) ce qui exige des vitesses de transmission élevées (10 Mbits/s typiquement).

(27)

En industriel, le nombre de nœuds sera en général moins élevé; par contre se pose ici l'exigence du temps réel. Celle-ci stipule qu'un nœud qui a une information urgente à transmettre (une alarme par exemple) doit pouvoir le faire dans un délai spécifié garanti (20 ms p. ex.) et cela, quelle que soit la charge instantanée du réseau.

– la fiabilité : les communications devraient idéalement se faire avec une fiabilité au moins aussi bonne que celle des équipements de traitement eux-mêmes. Cette caractéristique est particulièrement importante dans les applications industrielles.

– la flexibilité : les systèmes de communication doivent se prêter souplement à des extensions et à des modifications de la répartition géographique des équipements de traitement.

– la disponibilité : constituant l'épine dorsale d'un système de traitement distribué, le système de communication doit présenter une disponibilité élevée. En particulier, les extensions et modifications doivent se faire avec une interruption de service minimale. De même, des défauts locaux doivent pouvoir être isolés automatiquement sans interruption du service.

– la transparence : la décentralisation ne doit entraîner, pour l'utilisateur, aucune complication sur le plan de la programmation. L'accès au système de communication doit se faire avec un formalisme et à un niveau d'abstraction cohérents avec le contexte d'utilisation local.

– le coût : le coût du raccordement à un réseau local (interface, contrôleurs, etc.) doit, en toute logique, être faible vis-à-vis du coût de l'équipement raccordé. La baisse continuelle du prix de ces derniers impose, à cet égard, des conditions particulièrement sévères.

– la compatibilité : idéalement, un réseau local devrait permettre d'interconnecter des équipements de tous types et de toutes marques; il devrait également être capable de se connecter à d'autres réseaux, locaux ou à longues distances (WAN).

Ce dernier point pose la question fondamentale de la standardisation des réseaux.

Le problème du coût évoqué ci-dessus lui est d'ailleurs intimement lié : ce n'est que pour des standards largement adoptés qu'il sera possible de produire des circuits intégrés de communication en grande série et donc à faible coût. Nous l'aborderons dans le paragraphe suivant.

2.3. MODELE OSI DE L'ISO

La conception des systèmes de communication se réfère quasi universellement, à l'heure actuelle, au modèle OSI proposé par l'ISO au début des années 80.

OSI = Open System Interconnection.

ISO = International Organisation for Standardisation.

Comme montré à la figure 2.4., le modèle préconise d'organiser un système de communication de manière hiérarchisée, en 7 couches ou niveaux. A chaque niveau correspond une mission spécifique de mise en forme spatiale et/ou temporelle des données et de mise en œuvre de procédures de test et de correction. Il s'agit donc, à

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l'émission, de transformer un message abstrait et synthétique du niveau utilisateur en un flot de bits au niveau physique. Réciproquement, à la réception, le flot de bits incident doit être restitué à l'utilisateur destinataire au même degré d'abstraction et de synthèse. On retrouve donc ici, la notion de "transparence" mentionnée au point 2.2. : le but est d'établir un canal de communication virtuel direct entre utilisateurs à leur niveau d'abstraction. Ces utilisateurs peuvent ainsi tout ignorer du fonctionnement réel du

système de communication.

Figure 2.4. Architecture stratifiée de l'ISO

Tiré de [NUSSBAUMER, 1991]

Par exemple, l'utilisateur A transférera un fichier FILE à l'utilisateur B par une simple commande du type :

TRANSFER A : FILE > B : FILE

sans avoir à se soucier aucunement des détails pratiques de la transmission (vitesse, contrôles, etc.). Cette commande "TRANSFER" est un service mis à la disposition de l'utilisateur par la couche application du système de communication. Pour remplir ce service, la couche application mettra en œuvre une certaine procédure appelée protocole faisant elle-même appel à des services offerts par la couche présentation et ainsi de suite, de proche en proche.

En d'autres termes, chaque couche du nœud A est en communication virtuelle avec la

Présentation

Session

Transport

Réseau

Application Application

Présentation

Session

Liaison de données

Transport

Réseau

Physique Physique

Usager A Usager B

Protocole d'application

Protocole de présentation

Protocole de session

Protocole de transport

Protocole de réseau

Protocole de liaison de données

Liaison de données

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couche homologue du nœud B.

La figure 2.5. donne une idée de la manière dont les choses se passent pratiquement. Trois couches successives quelconques y sont représentées.

Figure 2.5. Mécanisme d'échange de données entre couches homologues du modèle OSI Les couches homologues échangent des blocs d'informations appelés PDU (Protocol Data Unit) : exemple la couche (n+1) de l'utilisateur A échange un (n+1) PDU avec la couche (n+1) de l'utilisateur B.

Pour ce faire, la couche en question utilise des services offerts par la couche immédiatement inférieure, en l'occurrence n. L'accès à ces services se fait par un point d'accès appelé SAP (Service Access Point). La valeur de ce SAP est liée à la nature des services utilisés. De même, si des services identiques doivent être utilisés simultanément, il faudra employer des SAP différents car certaines ressources nécessaires (mémoire tampon par exemple) devront être dupliquées.

Le PDU de la couche n+1 est transmis à la couche n sous la forme d'un SDU (Service Data Unit). Celle-ci y ajoute un bloc de contrôle propre PCI (Protocol Control Information) contenant, entre autres, la valeur du nSAP. L'ensemble nPCI et nSDU forme alors le nPDU, c'est-à-dire le PDU échangé au niveau des couches n.

(n+1)PDU

nSDU nPCI

nPDU

(n-1)SAP nSAP

(n+1)PDU

nSDU nPCI

nPDU

(n-1)SAP nSAP (n+1)PDU

nPDU

UTILISATEUR A UTILISATEUR B

COUCHE (n+1)

COUCHE n

COUCHE (n-1)

PDU : Protocol Data Unit SAP : Service Access Point SDU : Service Data Unit

PCI : Protocol Control Information

(30)

Les avantages de cette organisation hiérarchique des systèmes de communication sont les suivants :

- elle introduit une structuration propice à la standardisation

- elle crée une indépendance des protocoles supérieurs vis-à-vis des protocoles inférieurs qui permet de s'adapter facilement aux progrès technologiques (qui concernent surtout les couches inférieures).

2.3.1. DESCRIPTION DES COUCHES DU MODELE

La figure 2.6. schématise le rôle des différentes couches.

– COUCHE APPLICATION

Elle réalise l'interface entre le système de communication et l'utilisateur. Elle fournit à ce dernier des commandes de haut niveau synthétique pour :

- l'échange d'informations

- la signalisation d'erreurs de transmission - la synchronisation d'applications

– COUCHE PRESENTATION

Elle convertit le mode de représentation de l'information du niveau application vers un mode de représentation commun au réseau (codes, structures de fichiers, ...)

– COUCHE SESSION

Elle réalise la gestion, à haut niveau fonctionnel, du dialogue entre deux applications :

- établissement de la communication - gestion des échanges

– COUCHE TRANSPORT

Elle constitue l'interface entre les aspects informatiques et les aspects transmissions d'un système de communication. Son rôle est d'assurer le contrôle bout-en-bout de l'acheminement d'un message entre deux utilisateurs du réseau :

- segmentation éventuelle des messages en paquets;

- contrôle des flux de messages pour éviter la saturation;

- réalisation d'une fiabilité hors tout imposée (quelle que soit la qualité du réseau) - sélection d'un réseau dans le cas de réseaux redondants.

– COUCHE RESEAU

Elle s'occupe des problèmes de routage des messages au travers du réseau de communication. Cette couche forme un rôle primordial dans les réseaux publics en général très ramifiés tel INTERNET. Par contre, elle est plutôt réduite dans les réseaux locaux dont la topologie est en général fort simple.

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Figure 2.6. Rôle des différentes couches du modèle ISO – COUCHE LIAISON DE DONNEES

Elle assure la transmission correcte sur la ligne d'un message entre deux nœuds du réseau. On la divise généralement en deux sous-couches.

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* LLC (Logical Link Control) qui prend en charge : - la sérialisation/désérialisation de l'information;

- la mise en œuvre de codes détecteurs d'erreur;

- la synchronisation au niveau des messages;

* MAC (Medium Access Control) qui s'occupe du contrôle d'accès au réseau.

– COUCHE PHYSIQUE

Elle réalise le couplage électromécanique avec la ligne de transmission : - synchronisation au niveau des bits;

- modulation éventuelle (MODEM);

- contrôle de qualité du signal:

REMARQUE : Selon les réalisations, les couches définies ci-dessus peuvent être plus ou moins sophistiquées. Ce qui est sûr, par contre, c'est que pour qu'une communication soit possible, il est indispensable que les sept couches soient identiques chez tous les interlocuteurs.

2.3.2. PROTOCOLES DE BOUT-EN-BOUT ET PROTOCOLES RELAIS

Les protocoles des couches "transport" et supérieures sont appelés protocoles de bout-en-bout (peer-to-peer) dans la mesure où ils concernent uniquement le nœud d'origine et le nœud de destination d'un transfert d'information.

Les autres protocoles peuvent éventuellement intervenir pour propager l'information de nœud en nœud à travers le réseau. C'est en principe le cas de tous les réseaux où une forme de routage existe. Dans ce cas, l'information qui transite par les nœuds relais reste dans les couches inférieures et ne "remonte" pas vers les utilisateurs des nœuds en question.

Cette situation est symbolisée à la figure 2.7.

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Figure 2.7. Protocoles bout-en-bout et protocoles relais

2.3.3. PROTOCOLES AVEC ET SANS CONNEXION

Un protocole est dit avec connexion si l'envoi d'information d'un nœud à un autre doit être précédé d'un dialogue destiné à contrôler la présence du correspondant et sa capacité à recevoir des messages. Il y a ainsi, en quelque sorte, ouverture d'un canal de communication entre les nœuds en question. Ce canal restera établi pendant toute la durée des échanges et sera ensuite fermé, pour libérer les ressources mobilisées, par un dialogue dual de celui d'ouverture.

L'analogie du réseau téléphonique permet de bien comprendre le principe : avant de pouvoir parler avec un correspondant, l'usager doit former le numéro de téléphone de ce dernier et attendre qu'il décroche, s'il est présent. Dans cet exemple, le canal de communication a une existence physique. Avec les réseaux, il s'agira plutôt de canaux

"virtuels" mais la philosophie reste la même.

Un protocole est dit sans connexion si les messages destinés à un correspondant sont envoyés dans le réseau sans vérification préalable de la disponibilité dudit correspondant.

On peut ici faire l'analogie avec les service postal : quand une lettre est déposée dans une boîte postale, on n'a aucune information immédiate sur la bonne fin de sa réception.

Présentation

Session

Transport

Réseau Application

Liaison de données

Physique

Présentation

Session

Transport

Réseau Application

Liaison de données

Physique Réseau

Liaison de données

Physique

système relais Couche

support physique OSI

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Dans le modèle OSI, on rencontrera simultanément des couches fonctionnant avec des protocoles sans connexion et d'autres avec des protocoles avec connexion. Les protocoles réseaux relèvent souvent de la seconde catégorie tandis que les protocoles de transport appartiennent de préférence à la première. La justification de ces choix sortirait du cadre du cours.

Des exemples bien connus de tous peuvent cependant être mentionnés qui concernent la couche application :

– la messagerie électronique (e-mail) est typiquement un protocole sans connexion (SMTP = Simple Mail Transport Protocol)

– la "navigation" sur le Web, au contraire, met clairement en œuvre un protocole avec connexion (HTTP = HypperText Transfer Protocol).

2.3.4. NORMALISATION

Comme indiqué ci-dessus, le modèle OSI sert actuellement de référence aux travaux de normalisation.

La figure 2.8. présente les principaux organismes de normalisation et la portée de leurs travaux.

Le CCITT s'intéresse essentiellement aux réseaux publics. Pour ce qui est des réseaux locaux, les couches hautes ont été traitées par l'ISO tandis que les couches basses sont du ressort de l'IEEE.

Il est également édifiant de présenter, en regard d'un réseau normalisé comme MAP, quelques réseaux non normalisés couramment utilisés en pratique (figure 2.9.). On peut sans peine imaginer le casse-tête que représente l'interopérabilité dans un tel contexte.

(35)

OSI LAYER EIA IEEE NBS ISO CCITT

7 APPLICATION ISO FILE

XFER 6 PRESENTATIO

N

ISO PRESENT.

PROTOCOL

5 SESSION ISO SESSION

PROTOCOL

4 TRANSPORT ISO

Class 2,4

TRANSPORT PROTOCOL

3 NETWORK INTERNET

2 DATA LINK

802 LAN

HDLC

1 PHYSICAL RS 232 RS 449

↑ X.25

⏐

↓ X.21 V.24

OSI : Open System Interconnection EIA : Electronic Industries Association

IEEE : Institut of Electrical and Electronics Engineers NBS : National Bureau of Standards

ISO : International Organisation for Standardisation

CCITT : Comité Consultatif International pour le Télégraphe et le Téléphone CEI : Commission Electrotechnique Internationale

Figure 2.8. Aperçu des travaux de normalisation