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RÉSUMÉ
La notion de performance dans la communication des réseaux locaux industriels est primordiale, notamment celle relative au temps, contrainte implacable. Ainsi, les aspects temporels sont à considérer en priorité dans la transmission de données. Cet article s’attarde sur les différents types de délais pouvant entourer cette transmission, qu’elle transite par des voies physiques ou par des voies logiques, tout protocole confondu. Pour illustrer au mieux cette approche méthodologique, il s’appuie sur quelques applications très concrètes.
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Jean-Pierre THOMESSE : Professeur des Universités (Institut national polytechnique de Lorraine)
INTRODUCTION
Ce dossier est consacré à l’étude du temps dans les réseaux locaux et spécifiquement dans les réseaux locaux industriels. La transmission de données nécessite différentes qualités de service selon les applications considérées, mais elle prend toujours du temps, alors que différentes contraintes de temps doivent être respectées. Les aspects temporels représentent ainsi un des éléments importants de la qualité de service. Le but de ce dossier est d’abord de présenter l’ensemble des délais qui composent le temps de transmission d’un message et qui sont responsables des retards, puis il indique comment évaluer les performances en s’appuyant sur quelques applications simplifiées tirées du monde réel. Ce dossier ne présente pas la modélisation des trafics par des lois d’arrivée probabilistes, ni la résolution des systèmes modélisés par des files d’attente.
On suppose connus les principes de base du modèle OSI. Toutefois deux encadrés rappellent quelques définitions pour éviter au lecteur d’aller les rechercher dans d’autres ouvrages. Si besoin était, les références bibliographiques fournissent les renseignements complémentaires soit d’ordre général, soit sur un protocole particulier.
Ce dossier est structuré comme suit. Un premier paragraphe rappelle quelques grands principes et l’importance de la notion de performance dans la communication.
Le second et le troisième paragraphes étudient respectivement les concepts de voie physique et de voie logique, composée de plusieurs voies physiques connectées par des stations intermédiaires. Les performances dépendent de façon importante des protocoles de Medium Access Control, ils sont étudiés au paragraphe 4.
Enfin, quelques applications sont étudiées dans le cadre d’une approche méthodologique.
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6. Conclusion
Ce dossier a présenté les caractéristiques temporelles dans les réseaux industriels.
Elles relèvent principalement des couches basses car ces réseaux sont assez rarement maillés et ne présentent donc pas les mêmes problèmes que les grands réseaux à commutation de paquets (ou de datagrammes).
Pour étendre ces notions aux grands réseaux, il faudrait prendre en compte d’autres modèles de trafic, des modèles des stations intermédiaires que sont les routeurs ou commutateurs de paquets, et des modèles des protocoles des couches réseau, transport et application.
Dans notre cas, les caractéristiques dépendent d’abord des caractéristiques physiques des voies physiques, puis des comportements des stations intermédiaires, et enfin des protocoles de Medium Access Control. Il faut bien distinguer le type de résultat selon les modèles des protocoles. Les protocoles à accès contrôlé peuvent être modélisés afin d’obtenir des résultats de type délai le plus court, délai le plus long, alors que les modèles d’un protocole CSMA-CD ne permettront que l’obtention de résultats en moyenne.
Ces caractéristiques permettent d’évaluer relativement rapide les performances d’un réseau pour une application donnée. Les modèles sont simples, faciles à appliquer, sans nécessiter de connaissances approfondies en technique mathématique. Le plus difficile est peut-être de spécifier les charges des stations, quoique dans le cas des réseaux industriels qui nous intéresse, les stations autres que les ordinateurs (tels que les automates, les capteurs, les régulateurs, etc.) sont des équipements aux comportements relativement bien connus, donc à la charge relativement bien identifiée.
Outre l’évaluation rapide de performances, les concepts établis dans ce dossier permettent aussi de comprendre le fonctionnement et la dynamique de ces réseaux. Les protocoles introduisent souvent des délais (ou time-out ) dont on n’a pas parlé car ils dérivent en général des délais présentés ici. Il faut se souvenir que pour des raisons de sûreté de fonctionnement, l’arrivée attendue de l’occurrence d’un événement doit être surveillée par un délai d’attente, afin d’éviter toute attente infinie. Ce fait implique l’usage de nombreux délais dans les spécifications de protocoles.
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - BENDER (K.) - PROFIBUS, the fieldbus for industrial automation - . Prentice Hall International, 240 p. (1993).
-
(2) - BERARDINIS (L.) - SERCOS lights the way for digital drives - . Penton Publishing, Cleveland (1994).
-
(3) - CONTROLNET, ControlNet Specification - , release 2.0. ControlNet International (1997).
-
(4) - EHS, European Conference on Integrated Home Applications - , Amsterdam, Netherlands (13-15 janv. 1991).
-
(5) - GALARA (D.), THOMESSE (J.-P.) - Groupe de réflexion FIP. Proposition d’un système de transmission série multiplexée pour les échanges d’informations entre des capteurs, des actionneurs et des automates réflexes. - Ministère de l’Industrie et de la Recherche. Mai 1984, 56 p. Éd. KIRK, Paris, France (1991).
-
(6) - KOPETZ (H.) - Event triggered vs time triggered...
Consulter les deux ouvrages suivants pour en savoir plus sur les principaux protocoles utilisés dans la communication industrielle :
-
The Industrial Communication Technology Handbook, Ed. Richard Zurawski, CRC Press, 2000 N. W. Corporate Blvd, Boca Raton Florida, 33431. 2005. ISBN 0-8493-3077-7.
42 chapitres répartis en deux parties dont la première résume les concepts de base de la communication tandis que la seconde est structurée en 5 sections qui présentent respectivement :
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les principaux réseaux de terrain ;
-
Ethernet et les technologies sans fil ;
-
l’internet dans les usines ;
-
la sûreté et la sécurité dans les réseaux industriels ;
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les applications.
Ces chapitres ne traitent pas particulièrement des performances, mais la plupart des chapitres discutent comment les trafics périodique et apériodique sont gérés selon les différentes solutions.
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The Industrial Information Technology Handbook, Ed. Richard Zurawski, CRC Press, 2000 N. W. Corporate Blvd, Boca Raton Florida, 33431. 2005 ISBN 0-8493-1985-4.
Dans ce document, 112 chapitres abordent à peu près tous les aspects du traitement de l’information dans le monde industriel, des méthodes de conception, des architectures, aux réseaux de terrain, à l’internet, au Web et aux middlewares, aux systèmes embarqués et réseaux de capteurs et actionneurs.
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