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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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5. Exemples d’application
Ce paragraphe est consacré à des exemples de performances de réseaux. Ils sont plus ou moins issus de problèmes réels, mais simplifiés de façon à illustrer la méthode d’analyse le plus simplement possible. L’objectif est bien d’abord de montrer comment modéliser le fonctionnement d’un réseau, à partir de modèles de trafic relativement simples, évidemment, issus des besoins des applications et en appliquant les notions vues dans ce dossier.
Dans la réalité de l’activité d’ingénierie, l’objet des problèmes est d’abord de choisir un réseau pour une application donnée, ou de déterminer si un type de réseau est adapté ou non au problème, ce qui passe souvent par le besoin de dimensionner le réseau envisagé.
Le problème est souvent posé en des termes comme ceux qui suivent. On doit instrumenter une application composée de N stations offrant chacune une certaine charge de C messages (ou octets) par unité de temps. Le nombre de stations n’est pas forcément précis. Elles sont distribuées sur X kilomètres. Quel type de réseau est adapté ? Quel débit minimum doit-il offrir ? Selon quelle topologie ? Un bus ? Un anneau ? Selon quel protocole de Medium Access Control ? Un protocole de type maître – esclave ? Avec acquittement ou non ? La solution supporte-t-elle les contraintes de distances du point de vue de la couche physique ? Sinon, faut-il changer le support et le protocole physique et à quel prix ?
Le nombre de stations n’est pas toujours connu, et la conception du système doit inclure le choix de la distribution des processus d’application et donc le choix des stations, de leur charge, de leur position…
La charge est plus ou moins bien spécifiée, la partie périodique est assez souvent bien connue dès qu’on connaît la localisation des processus, mais la charge aléatoire l’est beaucoup moins, c’est pourquoi on la considère souvent comme sporadique.
Application 1 : surveillance routière
Considérons un système d’acquisition de données le long d’une route.
Une application de surveillance du trafic d’un tronçon autoroutier est composée de 20 postes d’acquisition de données, placés tous les 500 mètres, sur une distance de 10 km. On les appelle stations de mesure. À une extrémité, se trouve une station...
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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 :
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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 ;
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Ethernet et les technologies sans fil ;
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l’internet dans les usines ;
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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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