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Introduction aux Réseaux Locaux Industriels (RLI) Définition : Un réseau local

Introduction aux Réseaux Locaux Industriels (RLI) Définition : Un réseau local industriel est utilisé dans une usine ou tout système de production pour connecter diverses machines afin d’assurer la commande, la surveillance, la supervision, la conduite, la maintenance, le suivi de produit, la gestion, en un mot, l’exploitation de l’installation de production. 1 Structure d’une installation automatisée 2 Réseaux locaux industriels Transmission en bande de base ETTD : Equipement Terminal de Traitement des Données (DTE en anglais) Equipement qui génère les données à transmettre (Ordinateur, …) ETCD : Equipement de Terminaison du Circuit de Données (DCE en anglais) Reçoit en entrée la suite de données binaires et fournit en sortie un signal dont les caractéristiques sont adaptées au support de transmission. (Adaptation en tension, courant, optique, …) Exemple d’ETCD : MODEM (Modulateur / Démodulateur) Machine 1 Machine 2 3 Réseaux locaux industriels LES MODES DE TRANSMISSION Pour une transmission sur une voie de communication entre deux machines, la communication peut s'effectuer de différentes manières. La transmission est caractérisée par : SENS DES ECHANGES 4 LES MODES DE TRANSMISSION LA SYNCHRONISATION Liaison asynchrone : Chaque caractère est émis de façon irrégulière dans le temps Imaginons qu'un seul bit soit transmis pendant une longue période de silence. Le récepteur ne pourrait savoir s'il s'agit de 00010000, ou 10000000 ou encore 00000100... Liaison synchrone : Emetteur (ETCD A) et Récepteur (ETCD B) sont cadencés à la même horloge. Le récepteur reçoit de façon continue les informations au rythme où l'émetteur les envoie. TRES PEU UTILISEE 5 LES SUPPORTS DE TRANSMISSION  La paire torsadée (et souvent blindée) : Composée de 2 conducteurs en Cuivre isolés l’un de l’autre et enroulés de façon hélicoïdale. Cela permet de réduire les influences électromagnétiques parasites provenant de l’environnement. Utilisation : Liaisons téléphoniques. Inconvénient : Atténuation importante  Les câbles coaxiaux : 6 LES SUPPORTS DE TRANSMISSION  La fibre optique : Constituée d’un fil de verre très fin. Le cœur de la fibre propage la lumière. Avantages : masse linéique très faible, BP immense (30 THz),faible atténuation, insensibilité aux parasites électromagnétiques, … Inconvénients : Prix de la fibre, prix des ETCD, mode de pose.  L’éther : Utilisation des ondes électromagnétiques dans l’atmosphère ou le vide. Ce support comprend les faisceaux hertziens, les rayons infrarouges et les rayons laser. Avantage : Pas de support physique Inconvénients : Conditions météorologiques, confidentialité. 7 LES TECHNIQUES DE TRANSMISSION En fonction du support de transmission (notamment des BP), on utilise 3 techniques de transmission :  Transmission en bande de base;  Transmission par transposition de fréquence;  Multiplexage. Ceci est réalisé par l’ETCD appelé généralement MODEM ou Codeur. TRANSMISSION EN BANDE DE BASE (BdB) Utiliser lorsque la Bande Passante du support physique est légèrement supérieure à la bande de fréquence occupée par le signal à transmettre. Aucun traitement spécifique n’est réalisé sur le signal à transmettre, sauf un codage particulier sur les 0 et les 1. Exemple : Réseaux locaux industriels (bus CAN, MODBUS, AS-I (Actuator-Sensor-Interface : bus capteurs actionneurs, …) 8 TRANSMISSION EN BANDE DE BASE (Suite) Codages de l’information : Différentes façons pour coder les « 0 » et les « 1 ». OBJECTIF : Utiliser un codage qui permet d’envoyer les données à émettre, et si possible lui adjoindre une information sur l’horloge. Code NRZ (No Return to Zero) : Code NRZ (No Return to Zero) : Il consiste à transformer les 0 en -X et les 1 en +X. De cette façon, on a un codage bipolaire dans lequel le signal n'est jamais nul. Par conséquent, le récepteur peut déterminer la présence ou non d'un signal. 9 Données TRANSMISSION EN BANDE DE BASE (Suite) Code de MANCHESTER : Code de MANCHESTER : Il consiste en fait à faire un OU exclusif entre le signal et le signal d'horloge. Ce qui se traduit par un front montant lorsque le bit est à « 1 », un front descendant dans le cas contraire. On envoie les bits en série à chaque front montant de l’horloge. Horloge Signal envoyé sur le support physique 10 TRANSMISSION EN BANDE DE BASE (Suite) Code bipolaire simple : Code bipolaire simple : Codage sur trois niveaux. Il propose trois états de la grandeur transportée sur le support physique :  La valeur 0 lorsque le bit est à 0  Alternativement +X et -X lorsque le bit est à 1 11 12 Application Application : Représenter la séquence binaire suivante : 1010 1100 0101 0101 En bande de base transcodés selon les codes : RZ ; NRZ ; Manchester. TRANSMISSION EN BANDE DE BASE (Suite) LES PROTOCOLES DE COMMUNICATION DEFINITION C’est un ensemble de règles à respecter pour échanger des données dans de bonnes conditions entre 2 équipements distants. RÔLES ET FONCTIONS D’UN PROTOCOLE Les protocoles travaillent sur des trames. Une trame est un bloc d’éléments binaires. Définir un protocole de liaison de données consiste notamment à préciser :  le format des trames (nombre de bit total d’une trame);  le critère de début et de fin de trame;  la place et la signification des différents champs dans une trame;  la technique de détection d’erreur utilisée;  les règles de dialogue : procédure après détection d’erreur, règle de priorité, … 13 CARACTERISTIQUES DES PROTOCOLES (Suite) CONTRÔLE DE LA VALIDITE DE L’INFORMATION : Par contrôle de parité LRC (Longitudinal Redundancy Check) : Bp Données Bp est le bit de parité :  Parité Paire : vaut 0 si le nombre de 1 dans Données est paire, sinon 1  Parité Impaire : vaut 0 si le nombre de 1 dans Données est impaire, sinon 1. 1 1 ; n n paire i impaire i i i Bp d Bp d     Par contrôle de parité VRC (Vertical Redundancy Check) : Exemple : 3 octets à transmettre 1 1 0 0 1 1 0 0 + 1 0 1 1 0 0 1 0 + 0 1 0 0 1 1 0 1 0 0 1 1 0 0 1 1 On fait une addition binaire Modulo 2 entre chaque bits sans retenue. LES PROTOCOLES DE COMMUNICATION 14 Parité Verticale et Horizontale Exemple : envoi de 7 caractères de longueur 3 (m=3). Info utile : 000 111 000 110 101 011 010 Info envoyée : 0000 1111 0000 1100 1010 0110 0101 1010 Propriétés : Détecte les erreurs d’ordre 3 et corrige les erreurs simples Détecte les erreurs qui sont d'ordre impair 0 1 0 1 1 0 0 1 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 0 0 0 1 0 CARACTERISTIQUES DES PROTOCOLES (Suite) 15 CARACTERISTIQUES DES PROTOCOLES (Suite) Par contrôle polynomial (par abus de langage CRC=Cyclic Redundancy Check) : On considère la trame à transmettre comme un groupe de bits. On lui associe un polynôme P(X) tel que le coefficient de degré i corresponde à la valeur du ième bit. an-1 an-2 an-3 … … … … a1 a0     1 0 . ) ( n k k k X a X P On choisit un polynôme appelé polynôme générateur G(X) de degré « r » ayant des propriétés spécifiques. On calcule X r*P(X) et on le divise par G(X). Le reste de cette division polynomiale est un autre polynôme noté R(X). On transmet : A la réception, on vérifie que le reste de la division par G(X) est nul. an-1 an-2 an-3 … a1 a0 rk … r1 r0 16 CARACTERISTIQUES DES PROTOCOLES (Suite) Exemple : Soit la séquence 1001 à envoyer; Le polynôme P(X) vaut donc X3+1; Si le polynôme générateur est G(X)=X3+X+1, le degré de G(x) est r=3; Par conséquent P(X).X3 vaut X6+X 3, Le reste de la division vaut donc : X2+X : soit : 110 On transmet la trame : 1 0 0 1 1 1 0 17 18 CARACTERISTIQUES DES PROTOCOLES (Suite) Application Application : 19 … au sein de la couche 2 : liaison de données DÉTECTION ET CORRECTION D’ERREURS… 28 29 DÉTECTION OU CORRECTION DES ERREURS… Deux stratégies ont été développées. L’émetteur inclut dans le bloc de données : 1. Suffisamment de redondance pour que le récepteur puisse reconstituer les données originales. utilise des codes correcteurs d’erreur pour des canaux non fiables comme le sans fil 2. Juste assez de redondance pour que le récepteur puisse détecter les erreurs et demander une retransmission. utilise des codes détecteurs d’erreur pour des canaux fiables comme la fibre optique 21 PRINCIPE On souhaite envoyer m bits de données. On y rajoute r bits de redondance selon un certain « algorithme » ou « codage ». Ainsi, la longueur de la trame envoyée est n = m + r. (cette séquence de n bits ≡ un mot du code) A la réception, en fonction du « codage », on pourra détecter et/ou corriger des erreurs. En général, l’approche « corrigé » induit davantage de redondance, ce qui diminue le débit utile du canal… 30 22 GÉNÉRALITÉS SUR uploads/Industriel/ 1-expose-les-reseaux-locaux-bande-base.pdf