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RÉSEAUX LOCAUX INDUSTRIELS
N. Kabbaj, 2013
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1. LES MODES DE TRANSMISSIONDE DONNEES
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M.N. Kabbaj, Réseaux Locaux Industriels 2013
Liaison physique de transmissions (support)
Support physique (voie ou canal de transmission). Les données circulent sous forme d’ondes (acoustiques, électromagnétiques, électriques ou lumineuses).
Les supports peuvent être :• filaires (câble)• aérien (onde hertzienne)•
optique (fibre, laser). Canal de transmission Il s’agit d’une liaison (ligne de transmission) entre un émetteur et unrécepteur. Ce canal n’est pas forcément composé d’un seul support physique. En
effet, chaque « machine » en extrémité de ligne (DTE pour Data TerminalEquipment) possède un équipement relatif au support physique auquelelles sont reliés (DCE pour Data Communication Equipment).
Support de transmission Interconnexions Modes de transmission
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Dans le cadre d’échange entre plusieurs ordinateurs (réseau) ou bienentre ordinateurs et périphériques externes, il faut tout d’abord choisir le
codage de l’information à transmettre.
La représentation adoptée peut être analogique (variation d’une grandeur physique) ou numérique (codage binaire, NRZ, etc...).
Support de transmission Interconnexions Modes de transmission
Exemple
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Liaison monofilaire La masse est la même pour les deux machines, ce qui ne peut être vrai
que pour des distances extrêmement courtes.
Support de transmission Interconnexions Modes de transmission
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Liaison bifilaire avec masse
Cette technique consiste à ajouter une seconde liaison à la masse, à la fois pourrésoudre le problème de la différence de potentiel entre les deux raccordements à laterre, mais aussi pour protéger le signal, par exemple en réalisant un blindage.
Avantage : protection des données, … Inconvénients :
•
Le parasitage de la masse quand la liaison est longue;• La différence de potentiel intercontinentale qui peut induire de forts courantsdans les fils ou tout simplement le risque de foudre sur la ligne qui pourraitdétruire à la fois l’émetteur et le récepteur.
Support de transmission Interconnexions Modes de transmission
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Liaison bifilaire différentielleLe mode différentiel consiste à envoyer l’information sur deux lignes. L’information n’est pas redondante, elle est dédoublée. On crée ainsi une voie en « logiquepositive » et une autre en « logique négative » , l’information étant la soustractionde ces deux signaux.
Support de transmission Interconnexions Modes de transmission
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Mode symétrique (différentiel) : Les signaux (T+ et T-) sont transmis en opposition de phase
Le récepteur réalise la différence de ces deux signaux (R+ et R-) pour obtenir lesignal utile Insensible aux bruits Grande distance (1200 mètres) , vitesses élevées (10 Mbit/s)
Liaisons tensions : modes asymétrique & symétrique (différentiel)
Support de transmission Interconnexions Modes de transmission
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Liaisons tensions : modes asymétrique & symétrique (différentiel)
Support de transmission Interconnexions Modes de transmission
Mode asymétrique :
Les états logiques sont transmis sur la ligne par deux niveaux detension, l’un positif, l’autre négatif.
Le plus utilisé travaille en logique négative pour le 1 logique (exemple :RS 232).
Les systèmes basés sur ce mode sont sensibles aux bruits (→
20Kbit/s,15 mètres max).
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Simplex/duplex
simplex : Les données circulent dans un seul sens : émetteur vers récepteur
(ex : ordinateur imprimante, souris ordinateur, radio).
half-duplex : les données circulent dans les 2 sens mais pas simultanément :la bande passante est utilisée en intégralité (aussi appelé alternat ou semi-duplex). Exemple : talkie/walkies, êtres humains (on ne coupe pas la parole).
full-duplex : les données circulent de manière bidirectionnelle et
simultanément : la bande passante est divisée par 2 pour chaque sens(duplex intégral).
Support de transmission Interconnexions Modes de transmission
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Liaison série / parallèle
• Transmission simultanée de 8 bitssur 8 voies différentes (rapide)
• Fils proches perturbations
importantes à haut débit
• Problème de place (beaucoup fils)
•Données envoyées bit par bit (+lente)
• Données en série pour émission /
réception (UART registres àdécalage)
•Avantage : grande distance,universelle (beaucoup d’applications)
Support de transmission Interconnexions Modes de transmission
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Synchrone / asynchrone
La liaison série est la plus utilisée.
Un seul fil transporte l’information Problème de synchronisation entre émetteur et récepteur (distingueret reconnaître les séquences de bits utiles).
Support de transmission Interconnexions Modes de transmission
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Synchrone / asynchrone Synchrone :
L’émetteur et le récepteur sont cadencés à la même fréquenced’horloge (incorporé au bus ou bien aux données).
L’horloge de réception et d’émission doivent émettre le même signald’horloge (pour la synchronisation).
Le matériel le plus lent impose donc le rythme des communications.On parle alors de transmission orienté message.
Un ou plusieurs caractères de synchronisation puis la totalité desdonnées.
Support de transmission Interconnexions Modes de transmission
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Asynchrone : Transmission série entre terminaux et/ou ordinateurs ayant lieu caractère par
caractère, le temps entre deux caractères n'étant pas défini.
Chaque caractère est précédé d'un STARTbit et suivi d'un ou deux STOPbits, cequi signifie que, en ASCII (étendu), il faudra 10 à 11 bits par caractère.
L'avantage des transmissions asynchrones réside dans la simplicité de laméthode (le caractère est envoyé dès que la touche est appuyée). Lasynchronisation est donc imposée par le protocole. On parle de transmissionorientée caractère.
Synchrone / asynchrone
Support de transmission Interconnexions Modes de transmission
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Support de transmission Interconnexions Modes de transmission
Transmission en bande de base
Le principe de la transmission en bande de base consiste à modifier le spectre dusignal, sans le décaler dans un autre domaine de fréquence, en jouant sur desparamètres d'amplitude ou en associant différents signaux.
Principe
Les polarités
•
On dit d'un code qu'il est unipolaire lorsque le codage de l'information fait intervenirun niveau électrique (en plus de la masse).
• On dit d'un code qu'il est bipolaire lorsque le codage de l'information fait intervenirdeux niveaux électriques pour coder l'information (la masse pouvant être utiliséecomme 3ème niveau).
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Support de transmission Interconnexions Modes de transmission
Transmission en bande de base
Les codes bipolaires éliminent généralement la composante continue du signaltransmis.
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Support de transmission Interconnexions Modes de transmission
Transmission en bande de base
Exemple : (Figure)
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Support de transmission Interconnexions Modes de transmission
Le codage synchrone
Transmission en bande de base
Le principe des codes synchrones réside dans le mélange de l'information d'horlogeavec le signal de données pour composer un signal possédant à la fois une horlogefacilement utilisable et dont on peut facilement extraire les données.
• Le code Manchester II• Le code Miller
• Le code HDB3
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Support de transmission Interconnexions Modes de transmission
Le code Manchester II Ce code est assez utilisé dans les réseaux, c'est un code biphasé et bipolaire.
Le principe du codage Manchester consiste à traduire :• le '1' comme un front descendant• le '0' comme un front montant.
Transmission en bande de base Le codage synchrone
Pour ce faire, on utilise une fonction logique NON OU EXCLUSIF entrel'horloge et le signal de données.
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Support de transmission Interconnexions Modes de transmission
Transmission en bande décalée
PrincipeLa transmission en bande décalée consiste à traiter l'information pour modifier
sa fréquence et déplacer ainsi son spectre à un endroit donné. Cette opérations'appelle une modulation.
Les techniques de modulation permettent donc à la fois de trouver la fréquence où lemilieu est le plus propice à la transmission, et en même temps à autoriser que
plusieurs émetteurs parlent en même temps.
Bien que relativement peu utilisée dans le monde des réseaux câblés, les modulationsont fait récemment une entrée remarquable, dans le monde des réseaux, avecl'apparition des technologies sans fil (WIRELESS).
Cette technique de transmission étant assez spécifique au monde desTélécommunications.
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Support de transmission Interconnexions Modes de transmission
Transmission en bande décalée
Il existe deux familles de modulations analogiques.
Modulation d’amplitude : elle fait évoluer l'amplitude d'un signal à hautefréquence en fonction d'un autre signal contenant l'information.
Les modulations d'amplitude sont en général inadaptées aux signauxlogiques car elles ne savent pas transmettre convenablement un front.
Les modulations d'amplitude sont très sensibles aux bruits.
Techniques : modulation avec porteuse, modulation sans porteuse,modulation à bande réduite.
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Support de transmission Interconnexions Modes de transmission
Il existe 2 unités pour qualifier la rapidité des échanges :•
Bauds : nombre de bits de données transmis par seconde.• Bits/sec : nombres de bits (quelconques) transmis par seconde.
La vitesse de transfert effective est calculée sur les données (on netient pas compte des bits de start et de stop pour unecommunication asynchrone, et des bits de synchronisation pour unecommunication synchrone).
Rapidité, taux des transferts
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2. LES DIFFÉRENTS CODAGESDE TRANSMISSION
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Introduction Codage de la parité Codages redondants Codes CRC
Etudier comment on prépare les données en vue d’une transmission où l'on peutgrâce à un codage approprié améliorer la qualité, la vitesse ou la quantité des donnéestransmises.
Le codage des informations est utilisé dans les transmissions, aussi bien en bande debase qu'en bande décalée, pour éviter la transmission d'erreurs.
Une erreur étant toujours inacceptable, il convient pour l’éviter, de fournir, en plusdes données, un code qui permet, dans le pire des cas, de détecter les erreurs et dans le
meilleur, de les corriger.
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Introduction Codage de la parité Codages redondants Codes CRC
Son principe est assez simple, il s'agit d'ajouter un bit supplémentaire aux donnéestransmises.
Dans le cas d'une parité paire, ce bit permet au message d'être composé d'unnombre toujours pair de bits à '1',
Dans le cas d'une parité impaire, un nombre toujours impair de bits à '1'.
Ce codage est réalisé au moyen de la fonction OU EXCLUSIF pour la parité paireet NON OU EXCLUSIF pour la parité impaire.
Au décodage, on va utiliser la même fonction logique que celle utilisée pour lecodage pour valider le message.
Par exemple avec la parité paire, on va réaliser une fonction OU EXCLUSIF entre les n bits du message et le bit de parité :
•Si le résultat vaut '0' , le message est réputé vrai;•Si le résultat vaut '1' il est réputé faux.
Principe
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i
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Introduction Codage de la parité Codages redondants Codes CRC
Remarques
Un code de parité ne sait détecter qu'un nombre impair d'erreur. Il lui est impossible
de détecter deux erreurs.
On considère donc que les codes de parité simple ne savent détecter qu'une seuleerreur.
On peut aussi s'intéresser à la quantité de bits de contrôle transmis par message.
Dans le cas d'un code de parité simple, on considère en général qu'il est dangereux dedépasser une proportion de 1/8 soit un bit de contrôle pour huit bits de données.
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d i d d l i é d d d d
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Introduction Codage de la parité Codages redondants Codes CRC
Parité transverse / longitudinale
Une évolution des codes de parité consiste à introduire une redondancedes codages. Ainsi, on peut envisager, toujours en utilisant un contrôle de parité,
de retrouver le bit erroné.
Envisageons d'envoyer un message de 5 mots de 5 bits, on peut alors coder de lafaçon suivante le message :
• Coté émission, à l'extrémité de chaque ligne, on place un bit de parité paireet on fait la même chose avec les colonnes.
• On nomme parité transverse les bits de parités créés pour chaque colonne etparité longitudinale ceux créés pour chaque ligne.
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I t d ti C d d l ité C d d d t C d CRC
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Introduction Codage de la parité Codages redondants Codes CRC
Exemple
A la réception, on récupère le message qui a été transmis et on lui applique encore unefois un contrôle de parité longitudinale et transverse.
Si une erreur s'est glissée dans le code, immanquablement une parité longitudinale etune parité transverse sont à '1'. Cela signifie qu'il y a eut une erreur dans la transmission.
Les signaux émis sont : 100111 110000 101000 010111 100010 001010Les signaux reçus sont : 100111 110000 101100 010111 100010 001010
Emis Reçu
Parité transverse / longitudinale
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I t d ti C d d l ité C d d d t C d CRC
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Introduction Codage de la parité Codages redondants Codes CRC
Dans notre exemple, en vérifiant les valeurs de contrôle, on constate qu'il y a 2 codes
de contrôle non valable, l'un sur une ligne, l'autre sur une colonne.Donc on connaît rigoureusement l'emplacement de l'erreur.
Ce code permet donc de corriger l’erreur puisqu’elle est placée à l’intersection des 2lignes et colonnes fautives. Toutefois, si à la réception, il y a deux ou trois erreurs, il yaura toujours systématiquement au moins un bit de parité transverse ou longitudinaleà '1'.
On peut donc détecter jusqu'à trois erreurs.Par contre, on ne peut corriger qu'une seule erreur.
La proportion des bits de contrôle par rapport aux bits de données, au moment de la
transmission, passe (dans notre exemple) de 1/5 (0,2) pour une parité simple à 11/25(0,44) pour les parités composées.
Exemple
Parité transverse / longitudinale
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I t d ti C d d l ité C d d d t C d CRC
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Introduction Codage de la parité Codages redondants Codes CRC
Les codages redondants augmentent le nombre de bits du message pour permettrede détecter d'éventuelles erreurs et éventuellement de les corriger.
Le code le plus connu est celui de HAMMING, bien que pratiquement abandonné,il fut le code des premières transmissions numériques.
Le code de HAMMING nous dit que pour n bits d'information, il faut k bits decontrôle pour corriger une erreur. On peut exprimer k en fonction de n grâce à la formule suivante :
2k ≥ n+k+1
Principe
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I t d ti C d d l ité C d d d t C d CRC
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Introduction Codage de la parité Codages redondants Codes CRC
Exemple : Imaginons que l'on cherche à transmettre un mot de 4 bits
Par itération, on peut résoudre cette équation. Pour n = 4, on a k = 3.
Cela veut dire que l'on va transmettre 7 bits (m = k + n). Il faut maintenant coder lesk bits en vue de la transmission.
Pour cela on va coder dans un tableau toutes les possibilités d'erreur dans lemessage. Il y a pour un message de m bits, m+1 possibilité d'erreur.
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Introduction Codage de la parité Codages redondants Codes CRC
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Introduction Codage de la parité Codages redondants Codes CRC
Exemple (suite)
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Introduction Codage de la parité Codages redondants Codes CRC
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Introduction Codage de la parité Codages redondants Codes CRC
à compléter pendant le cours…
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Introduction Codage de la parité Codages redondants Codes CRC
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Introduction Codage de la parité Codages redondants Codes CRC
à compléter pendant le cours…
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3. Multiplexage
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Introduction Multiplexage fréquentiel Multiplexage temporel
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Introduction Multiplexage fréquentiel Multiplexage temporel
Depuis toujours, l'objectif des transmissions est de transmettre plus dedonnées dans un minimum d'espace.
Actuellement, avec la multiplication des réseaux hertziens, avec l'essor de latéléphonie, le manque de place est cruel.
Or le monde des transmissions est régit par une loi intangible :
Pour transmettre plusieurs signaux sur un même canal, il faut être capable de tous les extraire.
Cela imposait donc de décaler soit dans le temps, soit en fréquence les signaux àtransmettre. Cette technique appelée multiplexage, se conjugue donc selon 2 axes :d'un coté l'axe temporel, de l'autre, l'axe fréquentiel.
Dans les 2 cas, cela revient à découper la bande autorisée en petits intervalles quiseront autant de voies de communication.
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Introduction Multiplexage fréquentiel Multiplexage temporel
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Introduction Multiplexage fréquentiel Multiplexage temporel
Le multiplexage fréquentiel, c'est réaliser un découpage de la bande de fréquencedont on dispose en intervalles de la taille de la voie de communication.
Cette technique fut très utilisée en télécommunication, à l'époque où les systèmesnumériques n'étaient pas aussi performants qu'aujourd'hui.
La voix humaine telle que les télécoms l'imaginent, est un signal occupant une bandede 300 à 3400Hz (vision un peu restrictive puisqu'en général, on juge que la parole
occupe une bande de 20Hz à 20KHz).
Grâce à cette restriction de la bande de fréquence, et au multiplexage fréquentiel,on peut placer environ 1800 communications simultanées sur une même ligne.
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Introduction Multiplexage fréquentiel Multiplexage temporel
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Introduction Multiplexage fréquentiel Multiplexage temporel
On représente en général, les opérations de multiplexage de la façon suivante :
12 voies
multiplexées
De 60 à 108 KHz
144 voiesmultiplexées
de 312 à 552 KHz
1728 voiesmultiplexées
de 612 à 3100 KHz
1 2 v o i e s d e 4 K H
z
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Introduction Multiplexage fréquentiel Multiplexage temporel
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Introduction Multiplexage fréquentiel Multiplexage temporel
Principe
Le principe du multiplexage temporel, c'est découper la parole ou les données enpetits éléments simples (des échantillons), qui seront numérisés pour former des
données numériques (paquets) elles mêmes transmises dans un bref intervalle detemps (time slot).
On y accolera alors les bits issus d'un paquet émis par une autre source. L'ensemblede ces paquets formant une trame.
Lors de la trame suivante, on place dans l'espace qui nous est imparti le paquetsuivant.
On a donc une liaison discontinue avec notre interlocuteur. Mais si l'émission de cespetits morceaux de parole, se fait à une cadence très élevée, cela permet de rendrece phénomène inaudible (c'est le principe de l'échantillonnage).
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Introduction Multiplexage fréquentiel Multiplexage temporel
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M.N. Kabbaj, Réseaux Locaux Industriels 2013
Introduction Multiplexage fréquentiel Multiplexage temporel
Cette méthode de multiplexage fut créée avec l'avancée des technologies numériques.
Moins coûteuse que le multiplexage fréquentiel
Le multiplexage numérique n'utilise qu'une seule horloge, couplée avec des composantsnumériques à haute fréquence.
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Le vocabulaire des transmissions
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CRC (Cyclic Redundancy Check)
Mécanisme de contrôle appliqué régulièrement à des blocs fixes de données dans une communication. Le "mot" de contrôle (ou le CRC)
est ajouté à la fin de chaque bloc et permet au récepteur de constater que le bloc a été corrigée.
Contrôle cyclique par redondance d'une information, c'est-à-dire du calcul d'une valeur transmise, codée sur 8, 16 ou 32 bits.
Duplex (Bidirectionnel) Mode de transmission permettant le transfert d'informations dans les deux sens sur un même canal. Il peut être simultané (on parle
souvent alors de "full duplex") ou non simultané.
ETCD (Equipement de terminaison de circuit de données - Data Circuit Terminating Equipment.)
Ethernet Réseau local conçu à l'origine par Xerox, DEC et Intel, aujourd'hui normalisé par ISO. Il fonctionne normalement à 10 Mbits par seconde
sur un câble coaxial et une topologie en bus.
ETTD (Equipement terminal de traitement de données - En anglais DTE, Data Terminal Equipement)
Expression qui dans le vocabulaire officiel des télécommunications désigne un appareil connecté à un réseau capable de recevoir et/ou
d'émettre des données.
Full-Duplex (Bidirectionnel simultané)
Mode de transmission d'une ligne ou d'un équipement où les informations transitent en même temps dans les deux sens.
Gateway (Passerelle)
Half-duplex (Bidirectionnel non simultané)
Transmission où le même canal est utilisé alternativement dans un sens puis dans l'autre. On dit aussi "à l'alternat".
HTML (Hypertext Markup Language)
Version simplifiée pour le Web de la norme SGML (Standard Generalized Markup Language), langage de document structuré, avec liens
hyper-textes, utilisé en gestion documentaire (ISO 8879).
HTTP (Hypertext Transfer Protocol)
Protocole d'accès à une adresse du World Wide Web.
Le vocabulaire des transmissions
M.N. Kabbaj, Réseaux Locaux Industriels 2013 45
Le vocabulaire des transmissions
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Hub (Littéralement "moyeu" ou "plaque tournante")
Coffret ou armoire de concentration dans un réseau local. Par extension, quelquefois utilisé pour désigner un centre nodal de
télécommunications longue distance ou internationale.
Internet
Réseau de portée mondiale interconnectant des centaines de réseaux spécifiques et auquel sont reliés quelques dizaines de millionsd'utilisateurs individuels et professionnels.
LAN (Local Area Network
Réseau local)
Répartiteur Dans un câblage, désigne un centre de distribution intermédiaire (armoire, coffret, local...) concentrant des câbles desservant les
usagers.
Répéteur Equipement servant à régénérer ou à remettre en forme un signal affaibli. Il ne modifie pas le contenu du signal et n'intervient qu'au
niveau 1 (Physique) du modèle OSI.
RNIS (Réseau numérique à intégration de services)
Réseau mettant à profit les techniques de numérisation pour transporter sur la même infrastructure plusieurs services concernant la
voix, les données ou les images.
Routeur Désigne un équipement qui assure la fonction d'acheminement (routage) d'une communication à travers un réseau (niveau 3 du
modèle OSI).Synchrone Mode de transmission dans lequel l'émetteur et le récepteur fonctionnent au même rythme, calés sur une même horloge.
TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol)
Protocole de communication d'Internet, créé initialement par le Département américain de la Défense pour gérer un réseau local de
type Ethernet sous le système d'exploitation Unix.
WWW (World-Wide Web)
Le plus célèbre service d'informations sur Internet, avec un système de recherche basé sur la technologie de l'hypertexte
Le vocabulaire des transmissions
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4. La norme RS 232
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Principe Norme RS232 Modalités de transmission Protocoles
Généralités
La norme RS232 est une façon de faire communiquer deux machines entreelles, mais en aucun cas le terme réseau ne peut lui être appliqué.
Elle est utilisé aussi bien pour les connections de consoles deprogrammation que d’autres périphériques. C’est aussi un moyenpermettant de connecter des API entre eux.
La norme RS232 est un protocole de transmission série qui permet destransmissions full duplex, half duplex ou même simplex.
La norme RS232 permet de connecter entre elles deux et seulement deux
machines par une liaison série à 3 ou 9 fils.
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Schéma de principe
Principe Norme RS232 Modalités de transmission Protocoles
Pour que deux ordinateurs puissent communiquer entre eux, un protocole detransmission bien précis doit être respecté pour que l'émetteur et lerécepteur se comprennent.
Il s’agit avant tout de reconnaître les données utiles (caractère, mot,message) des données de contrôle (autres bits).
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Format d’une trame
Principe Norme RS232 Modalités de transmission Protocoles
Transmission de la lettre ‘C’ : code ASCII (43 H)
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Principe de communication
Principe Norme RS232 Modalités de transmission Protocoles
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Norme RS232
Principe RS232 Modalités de transmission Protocoles
La norme RS232 définit des caractéristiques
électriques (niveaux des signaux),mécaniques (connecteurs)fonctionnelles (nature des signaux).
Les valeurs des tensions que les interfaces séries doivent fournir (etreconnaître) aux matériels connectés sont les suivantes (logique négative) :
• Un 0 logique est reconnu pour une tension allant de +3 à +25V.• Un 1 logique est reconnu pour une tension allant de -3 à -25V.
Généralement, les signaux envoyés sont compris entre -15 et + 15 V (tensionsd’alimentation des A-Op).
Sur une liaison série au repos, on doit observer un 1 logique .
On utilise habituellement des liaisons à 300, 1200, 2400, 4800, 9600 et 19200Bauds.
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Norme RS232
Principe RS232 Modalités de transmission Protocoles
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Brochage du port série standard
Principe Norme RS232 Modalités de transmission Protocoles
Le port série permet de connecter un grand nombre de périphériques tels que :• un modem • une imprimante • un autre ordinateur • un lecteur de codes barres, etc…
E1 signifie entrée active au niveau haut (niveau logique 1)
et S1 une sortie active au niveau haut 55
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Description des signaux
Principe Norme RS232 Modalités de transmission Protocoles
• DTR est positionné par l'émetteur (terminal) à l'état haut pour signaler au récepteur
(ordinateur) qu'il est en ligne et qu'il est prêt à émettre des données.
• DSR indique (si niveau haut) que l'ordinateur est prêt à recevoir les données duterminal.
• CTS est une ligne d'invitation à émettre. Elle passe au niveau haut lorsque le DTEattend des données du DCE. Il signale qu'il peut recevoir les données du DCE et qu'ilpeut donc les lui envoyer.
• DCD n'est utilisé en principe que sur les modems. C'est la ligne de détection de laporteuse qui passe à l'état haut lorsque le modem reçoit une porteuse valide (tonalité).
Il permet à un modem d'avertir le terminal qu'il est en relation avec un autre.
• RI est encore une ligne utilisée seulement par les modems. C'est l'indication desonnerie. Par cette ligne, le modem avertit l'ordinateur que le téléphone sonne. (engénéral, intégré).
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Simplex / Duplex
Principe Norme RS232 Modalités de transmission Protocoles
Pour réaliser une interface, il faut 2 éléments :
• un DTE (Data Terminal Equipment, exemple PC, écrans)• un DCE (Data Communication Equipment, exemple modem).
La transmission entre le DTE et le DCE peut se faire de plusieursmanières :
• dans une seule direction (DTE vers DCE ou DCE vers DTE). On parlede liaison simplex . Dans ce cas, 2 fils suffisent : l’un pour transporterles données, l’autre comme référence (la masse en général).
• en mode bidirectionnel : les dispositifs DCE et DTE doivent pouvoirémettre et recevoir des données. On parle de liaison duplex .Si la communication est alternée : half-duplex, simultanée : full-duplex.
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Simplex / Duplex
Principe Norme RS232 Modalités de transmission Protocoles
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Différents protocoles
Principe Norme RS232 Modalités de transmission Protocoles
Lorsqu’un DTE émet plus de données que ne peut accepter un DCE ou pour
déterminer si le DTE ou si le DCE est en service, on utilise les signaux deprotocole d’accord (« Handshake »).
Selon la nature (DTE ou DCE) des appareils connectés, le type de connexionet le protocole d’échange pourra être différent. Il existe 2 grandes familles deprotocole d’accord :
• Matériel : au niveau physique (fils, tensions). Utilisable seulement si lesappareils concernés peuvent être connectés par câbles. DTR-DSR etRTS-CTS.
• Logiciel : au niveau du contenu des données. Ces dernières
contiennent des caractères spéciaux (de contrôle). Xon-Xoff .
60
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Liaison DTE-DTE sans contrôle de flux
Principe Norme RS232 Modalités de transmission Protocoles
Pour connecter 2 DTE entre eux par une liaison série RS232, il faut auminimum 3 fils :
• Un pour les données qui circulent dans un sens.• Un pour les données qui circulent dans l'autre sens.• Un pour la masse électrique des signaux.
On réalise donc le câblage suivant (DB25) :
C’est une liaison half-duplex. En effet, B doit attendre de recevoir ladonnée en 2 avant de pouvoir émettre sur A en 3.
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Liaison DTE-DTE sans contrôle de flux
Principe Norme RS232 Modalités de transmission Protocoles
Si on veut initier une liaison full-duplex, l’émission de l’un doitcorrespondre à la réception de l’autre.
On doit donc croiser les connexions (soit directement sur l’équipement,soit sur le câble). Cette liaison à 3 fils est minimum.
En effet personne ne vérifie si son correspondant est prêt à émettre, prêt àrecevoir ou tout simplement sous tension !
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Liaison DTE-DTE sans contrôle de flux
Principe Norme RS232 Modalités de transmission Protocoles
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Principe Norme RS232 Modalités de transmission Protocoles
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Liaison DTE-DTE avec contrôle de flux matériel
Principe Norme RS232 Modalités de transmission Protocoles
Pour éviter qu'un équipement envoie des informations à un autre qui n'estpas prêt à les recevoir
• parce qu'il n'est pas connecté;• pas sous tension ;• ou parce qu'il est trop lent.
Il existe plusieurs méthodes de contrôle de flux matériel utilisant plus ou
moins de signaux.
Le cas général (celui décrit par la norme RS-232) utilise sept signaux :• TD (Transmit Data),• RD (Received Data) ,•
CTS (Clear To Send),• RTS (Request ToSend),• DSR (Data Set Ready),• DTR (DataTerminal Ready),• DCD (Data Carrier Detected)• Masse.
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M.N. Kabbaj, Réseaux Locaux Industriels 2013
Liaison DTE-DTE avec contrôle de flux matériel
Principe Norme RS232 Modalités de transmission Protocoles
Il existe des liaisons à 5 (contrôle de flux partiel)
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Liaison DTE-DTE avec contrôle de flux logiciel
Principe Norme RS232 Modalités de transmission Protocoles
On a plus besoin des signaux RTS, CTS, DTR, DSR et DCD.
On peut donc se limiter à une liaison à trois fils.
C’est au niveau du logiciel que les machines vont contrôler leurséchanges de données.
Le protocole se nomme Xon/Xoff et nécessite une liaison FULL DUPLEX.
Il est limité aux échanges en ASCII :• Xon : code ASCII 17 (0x11) ou CTRL Q;
• Xoff : code ASCII19 (0x13) ou CTRL S;
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M.N. Kabbaj, Réseaux Locaux Industriels 2013
Liaison DTE-DTE avec contrôle de flux logiciel
Principe Norme RS232 Modalités de transmission Protocoles
Pour le récepteur :
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M.N. Kabbaj, Réseaux Locaux Industriels 2013
Liaison DTE-DTE avec contrôle de flux logiciel
Principe Norme RS232 Modalités de transmission Protocoles
Pour l’émetteur :
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5. Description du CIMComputer Integrated Manufacturing
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Introduction Problématiques Intégration CIM
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Problématiques majeures pour l'entreprise
AutresEntreprises :
Sous traitants
Fournisseurs/
clients
Filiales
Partenaires
Réseau Locald’entreprise
EDI
E MAILFTP
INTERNET
E MAIL
INTRANET FTP
- Interopérabilité- Coûts des télécoms
- Coûts des stations
EDI : Electronic data interchange
M.N. Kabbaj, Réseaux Locaux Industriels 2013 72
Introduction Problématiques Intégration CIM
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... Pour l’infrastructure informatique et les applicationsvitales de l’entreprise dans les secteurs de la gestion etde la production
SystèmesInteropérables etoutils d’intégration
Compétences pourmaîtriser lacomplexitétechnologique
M.N. Kabbaj, Réseaux Locaux Industriels 2013
Intégration de technologie
73
Introduction Problématiques Intégration CIM
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Système Intégré de Production par l’Informatique (CIM)
Afin de répartir d’une manière fonctionnelle tous ses moyens de
production, ce système représente l’entreprise sous forme d’unepyramide à cinq niveaux
4 Entreprise
Usine
Atelier
Cellule
Terrain
3
2
1
0
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Introduction Problématiques Intégration CIM
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Les réseaux de communication doivent permettre:
Un accès de tous à tout ou partie de l’information Des flux et des débits adaptés aux applications concernées
Une banalisation des accès et des communications
Une transparence maximum de l’hétérogénéité physique etlogique des matériels
Une sécurité adaptée aux types d’informations transportées.
M.N. Kabbaj, Réseaux Locaux Industriels 2013
Système Intégré de Production par l’Informatique (CIM)
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Introduction Problématiques Intégration CIM
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Secteur
d'activité
Nombre
de points
Volume
transféré
Temps de
réponse
Distance Nature des
informations
Hétérogé
néité
Fiabilité
4: gestion
entreprise
10 Mbits Minute > 100
Km
Fichiers
moyens
Moyenne moyenne
3: gestion
usine
100 Mbits Minute 10 Km Gros
Fichiers
Moyenne moyenne
2: contrôleatelier
10 Kbits Seconde 100 m PetitsFichiers
Forte Grande
1:
commande
cellule
10 Kbits 100 ms 100 m Mots
Bits
Très forte Très
Grande
0: données
terrain
100 100 bits 10 ms < 100 m Mots
Bits
Très forte Très
Grande
Ce tableau montre que la diversité des contraintes est trop grande pour réaliser unréseau de communication unique répondant à toutes les applications
Contraintes
M.N. Kabbaj, Réseaux Locaux Industriels 2013
Système Intégré de Production par l’Informatique (CIM)
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6. Classification des
réseaux locaux
M.N. Kabbaj, Réseaux Locaux Industriels 2013 79
Introduction Classification Modèle OSI Topologie Familles des RLI
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On peut distinguer trois types de réseaux en fonction des distancesentre les équipements informatiques :
Les réseaux longue distance (Wide Area Network) >100Km
Les réseaux métropolitains (Metropolitan Area Network) >1Km
Les réseaux locaux (Local Area Network) < 1Km
Réseaux locaux industriels (RLI)
Il s’agit de faire communiquer des machines qui ne sont plusseulement des ordinateurs .
M.N. Kabbaj, Réseaux Locaux Industriels 2013 80
Introduction Classification Modèle OSI Topologie Familles des RLI
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On fait communiquer des appareils différents tels que des ordinateurs,
des automates programmables, des appareils de mesure, deséquipements spécifiques (fours, commandes numériques, …)
Le qualificatif industriel pour un réseau sous-entend également unenvironnement particulier (environnement perturbé, pollué par desondes électromagnétiques, …)
Tous ces phénomènes sont à prendre en compte dans la couche 1 dumodèle OSI
M.N. Kabbaj, Réseaux Locaux Industriels 2013 81
Introduction Classification Modèle OSI Topologie Familles des RLI
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Les réseaux de terrain permettent :
l’interconnexion entre plusieurs entités d’un même système;
la réduction de la longueur des liaisons entre les différents éléments grâce à un
support commun de transmission;
de sécuriser les liaisons des automates d’usine;
de gagner de la place comme une automobile pour les systèmes dit d’électronique
embarquée ;
de transférer les informations de manière séquentielle (c’est à dire bit par bit) ou
bien par paquet de bits ;
un échange de données qui serait difficile voire impossible par un autre moyen.
l’insertion ou la suppression d’éléments au sein d’un même système.
M.N. Kabbaj, Réseaux Locaux Industriels 2013 82
Introduction Classification Modèle OSI Topologie Familles des RLI
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CLASSIFICATION
BUS E/STERRAIN
MACHINE
CELLULE
BUS DE TERRAIN
BUS D ’USINE
RESEAUX INFORMATIQUES
ATELIER
USINE
INTERNET
M.N. Kabbaj, Réseaux Locaux Industriels 2013 83
Introduction Classification Modèle OSI Topologie Familles des RLI
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M.N. Kabbaj, Réseaux Locaux Industriels 2013 84
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Introduction Classification Modèle OSI Topologie Familles des RLI
8/12/2019 reseaux locaux industriels isai
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Classification d’application (position) de quelque réseaux
M.N. Kabbaj, Réseaux Locaux Industriels 2013 86
Classification selon des critères techniques
Introduction Classification Modèle OSI Topologie Familles des RLI
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Classification selon des critères techniques
M.N. Kabbaj, Réseaux Locaux Industriels 2013 87
Introduction Classification Modèle OSI Topologie Familles des RLI
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Classification selon des critères techniques
Classification selon des critères stratégiques
M.N. Kabbaj, Réseaux Locaux Industriels 2013
Position par rapport aux standards, disponibilité (fournisseurs), évolutivité, domained’application typique, compatibilité avec d’autres réseaux, maintenance, etc.
88
Introduction Classification Modèle OSI Topologie Familles des RLI
Le modèle OSI (Open Systems Interconnections)
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Couche 7: Application Elle a pour rôle de gérer les échanges de données entre les programmesfonctionnant sur l'ordinateur et les services du réseau (base de données,
impression,..)Couche 6: Présentation Elle met en forme les informations, pour qu'elles soient lisibles par lesapplications.Couche 5: Session Elle détermine comment les ordinateurs (ou périphériques) configurés enréseau doivent communiquer.Couche 4: Transport Elle corrige les erreurs de transmission et vérifie le bon acheminement desinformations.Couche 3: Réseau Elle identifie les ordinateurs connectés au réseau et détermine comment lesinformations transférées doivent être dirigées.Couche 2: Liaison de données Elle subdivise les données en sous-groupes pour les transférer au sein du
réseau.Couche 1: Physique Elle détermine comment le support de transmission (le câble par exemple)doit être connecté à l'ordinateur. Elle indique également comment lesinformations électriques doivent circuler au sein du réseau.
M.N. Kabbaj, Réseaux Locaux Industriels 2013
Le modèle OSI (Open Systems Interconnections)
89
Introduction Classification Modèle OSI Topologie Familles des RLI
La topologie des réseaux
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Etoile
Anneau
Maillage régulier
Arbre
Bus
M.N. Kabbaj, Réseaux Locaux Industriels 2013
La topologie des réseaux
90
Introduction Classification Modèle OSI Topologie Familles des RLI
La topologie des réseaux
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Entre un nœud et le suivant la communication est
unidirectionnelle.
Le nœud suivant s’occupera de répéter le signal reçu en
entrée ou d’ajouter ses propres informations au moment
approprié.
Il n’est pas possible d’étendre le réseau lorsqu’il est en
fonction, car l’anneau serait alors interrompu. D’autre part,
si un composant du circuit ne fonctionne plus ou un
segment de réseau est interrompu, tout le réseau ne
fonctionne plus !
M.N. Kabbaj, Réseaux Locaux Industriels 2013
p g
91
La topologie des réseaux
Introduction Classification Modèle OSI Topologie Familles des RLI
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Cette configuration permet d’ajouter généralement sans
interruption de service un nouveau nœud au réseau. En
outre, la défaillance d’un composant n’empêche pas aux
autres de pouvoir continuer leur travail. Cependant, comme il
est facile de le deviner, une centralisation des câblages
demande une quantité remarquable de câbles et ne permetpas de couvrir de grandes distances.
M.N. Kabbaj, Réseaux Locaux Industriels 2013
p g
92
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Les familles des réseaux locaux industriels
Introduction Classification Modèle OSI Topologie Familles des RLI
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INTERBUS S
Longueur MAX 12 KM
Nombre de participants 64 têtes destations et 256 modules sur le busStructure anneauxSignaux analogique et numériqueVitesse 500 Kbits/S
PROFIBUS DP
Longueur MAX 1,2 KmNombre de participants 32 avecpossibilité de 7 répéteurs (max 122modules)Structure ligne
Signaux analogique et numérique
Vitesse 9,6 Kbits/S - 12Mbits/S(selon longueur)
M.N. Kabbaj, Réseaux Locaux Industriels 2013 95
Les familles des réseaux locaux industriels
Introduction Classification Modèle OSI Topologie Familles des RLI
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Le s tandard in ternation al po ur le plu s bas niv eau de réseauxd’automatismes
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7. Les bus de terrain
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Dans un réseau BUS les nœuds sont tous greffés en parallèle sur un câble unique
Introduction Le bus CAN Le bus I2C
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M.N. Kabbaj, Réseaux Locaux Industriels 2013
Dans un réseau BUS, les nœuds sont tous greffés en parallèle sur un câble unique(liaison multipoint).
Les connexions au BUS se font par exemple en se "piquant" sur le câble sans coupurede ce dernier et donc, aussi, sans interruption du service.
Un bus de terrain est un système d'interconnexion d'appareils de mesure, decapteurs, d'actionneurs, etc.
Le terme bus de terrain est utilisé par opposition au bus informatique. En effet, le busde terrain est en général beaucoup plus simple, du fait des faibles ressourcesnumériques embarquées dans les capteurs et actionneurs industriels.
Il est également plus robuste face aux perturbations externes. Un autre élément clefdes bus de terrain est leur aspect déterministe et temps réel.
L'élément le plus couramment lié à un bus de terrain est l'automate programmableindustriel.
98
Les bus de terrain les plus courants :
Introduction Le bus CAN Le bus I2C
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Bus CAN et VAN; CANopen
Bus LIN; BACnet
MODBUS; Jbus
InterBus; Profibus DP
Profibus PA; FlexRay
FIP Worldfip; EIBus et KNX
Batibus; ARCnet
Bus Asi; LonWorks
Sercos; EtherCAT
Powerlink; X2X; Protocole Dali
M.N. Kabbaj, Réseaux Locaux Industriels 2013 99
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LE BUS CAN
M.N. Kabbaj, Réseaux Locaux Industriels 2013 100
Introduction Protocole Couche Physique Trame de données Trame de requête
Historique
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• Depuis les années 1960 la longueur de câble utilisée dans l’automobile necesse de croître pour dépasser 2000m en 1995. Le nombre des connexionsatteint 1800 à cette même date. La fiabilité et la sécurité sont menacés.
• Les normes en matière de pollution et de consommation d’énergie obligentles constructeurs à multiplier les capteurs et actionneurs intelligents dansleur véhicules accélérant ce processus de multiplication des câbles etconnexion.
• Le besoin de sécurité accrue (ABS, ESP, AIR-BAG…) et la demande de
confort (mémorisation des réglages de conduite, climatisation régulée parpassager, système de navigation…) ne font que renforcer cette tendance.
• La société BOSCH développe dès le début des années 1980 une solution demultiplexage des informations circulant à bord de la voiture. Le bus CANapparaîtra et sera normalisé dans les années qui suivent (dès 1983).
M.N. Kabbaj, Réseaux Locaux Industriels 2013 101
Exemples d’applications
Introduction Protocole Couche Physique Trame de données Trame de requête
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CAN
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p pp
102
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Exemples d’applications
Introduction Protocole Couche Physique Trame de données Trame de requête
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M.N. Kabbaj, Réseaux Locaux Industriels 2013
p pp
Industrie automobile
104
Protocole CAN et couches OSI
Introduction Protocole Couche Physique Trame de données Trame de requête
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M.N. Kabbaj, Réseaux Locaux Industriels 2013
Couche du modèle ISO/OSI Description CAN spécification
LLC (Logic Link Control)Filtrage d'acceptance
Notification de overload
Recovery Management
Couche 2 : Liaison
MAC "Medium Access Control"
Encapsulation/Decapsulation des données
Codage de trame (Stuffing/Destuffing)
Medium Access Management
Delection d'erreur
Signalisation d'erreur Acquittement
Serialisalion/désérialiation
Défauts de
confinement
PLS (Physical Signalling)Codage/décodage bit
Bit timing
Synchronisation
PMA (Physical Medium Attach.)Caracteristiques Driver/Receiver
Couche 1 : Physique
MDI (Medium Dependent Interf.)Connecteurs
Gestion des
Dysfonctionnements
du bus
(Communication de données)
Les sous couches LLC, MAC et PLS sont traitées par les circuits
contrôleur de bus CAN (microcontrôleur, circuits spécialisés)
105
Bits dominants et récessifs
Introduction Protocole Couche Physique Trame de données Trame de requête
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M.N. Kabbaj, Réseaux Locaux Industriels 2013
La succession de bits transitant sur le bus est codé avec la méthode du
NRZ (Non Return To Zero).
Pendant la durée totale du bit, le niveau de tension de la ligne estmaintenu, c’est à dire que pendant toute la durée durant laquelle un bit estgénéré, sa valeur reste constante qu’elle soit dominante ou récessive.
0dominant
1récessif
1récessif
1récessif
0dominant
0dominant
0dominant
106
Bit stuffing
Introduction Protocole Couche Physique Trame de données Trame de requête
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M.N. Kabbaj, Réseaux Locaux Industriels 2013
Une des caractéristiques du codage NRZ est que le niveau du bit est
maintenu pendant toute sa durée. Cela pose des problèmes de fiabilité si ungrand nombre de bits identiques se succèdent. La technique du Bit Stuffingimpose au transmetteur d’ajouter automatiquement un bit de valeuropposée lorsqu’il détecte 5 bits consécutifs dans les valeurs à transmettre.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24SS
Trame à l'émission avant la mise en place des bits de stuffing
Trame avec bits de stuffing (S)
107
Bit timing
Introduction Protocole Couche Physique Trame de données Trame de requête
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M.N. Kabbaj, Réseaux Locaux Industriels 2013
On définit la plus petite base de temps reconnue sur un bus CAN comme
étant le Time Quantum. Cette base de temps est une fraction de l’horloge del’oscillateur du bus. Un bit dure entre 8 et 25 quantum
Horloge
Horloge prédivisée
Durée d'un bit (bit time)
Quantum
g
108
Longueur du bus et débit
Introduction Protocole Couche Physique Trame de données Trame de requête
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M.N. Kabbaj, Réseaux Locaux Industriels 2013
1
10
100
1000
Débit en kbits/s
10 100 1000 10000Longueur
en m
Débit Longueur Longueur d'un bit
1 Mbit/s 30 m 1 s
800 kbit/s 50 m 1,25 s
500 kbit/s 100 m 2 s
250 kbit/s 250 m 4 s 125 kbit/s 500 m 8 s
62,5 kbit/s 1000 m 16 s
20 kbit/s 2500 m 50 s
10 kbit/s 5000 m 100 s
109
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Niveaux de tension du bus CAN
Introduction Protocole Couche Physique Trame de données Trame de requête
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Constitution d’un nœud
Introduction Protocole Couche Physique Trame de données Trame de requête
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Un nœud du bus CAN requiert pour son fonctionnement au sein du réseau
un microcontrôleur et un contrôleur CAN.
Ces considérations d'ordre général et architectural du découpage d'unconcept ont donné naissance à différentes familles de composants que nouspouvons résumer sous les noms suivants :
les gestionnaires de protocole,
les microcontrôleurs à gestionnaire CAN intégré,
les interfaces (transceivers - ou encore drivers) de lignes,
les Serial Linked Input Output - SLIO.
M.N. Kabbaj, Réseaux Locaux Industriels 2013 112
Constitution d’un nœud
Introduction Protocole Couche Physique Trame de données Trame de requête
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Microproces-
seur
Gestionnairede protocole
Micro-
contrôleur
SLIO
CAN_H
Interface de
ligne
Interface de
ligne
Interface de
ligne
Gestionnaire
de protocole
term termCAN_L
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TRAME DE DONNEES
Introduction Protocole Couche Physique Trame de données Trame de requête
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M.N. Kabbaj, Réseaux Locaux Industriels 2013
Cette trame (type standard CAN 2.0A) se décompose en sept partiesprincipales que l'on appelle des champs :
début de trame (1 bit) start of frame (SOF)
champ d'arbitrage (12 bits) arbitration field
champ de commande (6 bits) control field
champ de données (0 à 64 bits) data field
champ de CRC (16 bits) CRC sequence
champ d'acquittement (2 bits) ACKnowledgement field
fin de trame (7 bits) end of frame (EOF)
IDLE IDLE
intermission
372160 à 64 bits6121
Fin de trame
Champ de ACK
Champ de CRCChamp de données
Champ d'arbitrage
Champ de commande
Début de trame
Trame de données
114
Champ d’arbitrage
Introduction Protocole Couche Physique Trame de données Trame de requête
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M.N. Kabbaj, Réseaux Locaux Industriels 2013
Chaque station connectée au réseau écoute les trames transmises par les
stations émettrices. Ensuite chaque nœud décide quoi faire du message, s’il doit y répondre ou non, s’il doit agir ou non, etc…
Le protocole CAN autorise différents nœuds à accéder simultanément aubus. C’est un procédé rapide et fiable d’arbitrage qui détermine le nœud quiémet en premier.
L’accès au bus est donc aléatoire car un nœud peut émettre à n’importe quelmoment. Mais cet accès se fait par priorité ; cette méthode est appelée CSMACD/AMP (Carrier Sense Multiple Acces with Collision Detection and ArbitrationMessage Priority ).
115
Champ d’arbitrage
Introduction Protocole Couche Physique Trame de données Trame de requête
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Ce champ est constitué des 11 bits de l'identificateur et d’un bit de RTR(Remote Transmission Request ).
Procédure d'arbitrage
Pendant le champ d'arbitrage, les bits transmis
et reçus sont comparés par l'interface CAN
d
dTx
Rx
Transfert
durantl'arbitrage d
r Tx
Rx
Arbitrage
perdu
r Tx
Rx
Transfert
durant
l'arbitrager
d
r
Tx
Rx
Erreur bit
RI I I I I I I I I I I
Champ d'arbitrage
S
Récessif
(passif)
Dominant(actif)
I : 1 parmi 11 bits d'identificateur
R : Bit RTR
- récessif : trame de requête
- dominant : trame de données
S : bit de départ de trame
Bus
libre
Trame de données / requête
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Exemple d’arbitrage
Introduction Protocole Couche Physique Trame de données Trame de requête
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12345678910
S
O
F0
R
T
R
Identificateur Champ de
commande
Champ de
données 0
à 8 octets
Champ d'arbitrage
Station
1
Station
2
Station
3
Signal
sur le bus
La station
2 perd
l'arbitrage
La station 1
perd
l'arbitrage
La station 3 a gagne le bus
p g
M.N. Kabbaj, Réseaux Locaux Industriels 2013 117
Champ de commande
Introduction Protocole Couche Physique Trame de données Trame de requête
8/12/2019 reseaux locaux industriels isai
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Il est constitué de 6 bits. Les deux premiers sont des bits de réserve et leur
rôle est d’assurer des compatibilités futures ascendantes (par exemple avecles trames étendues CAN 2.0B).
R0 R1DL
C3
DL
C2
DL
C1
DL
C0
Bits de
réserve
Data Lengh Code
Champ d'arbitrage Champ de commande
Champ de
données
p
M.N. Kabbaj, Réseaux Locaux Industriels 2013 118
Introduction Protocole Couche Physique Trame de données Trame de requête
Champ de commande
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Nombred'octet
DLC3
DLC2
DLC1
DLC0
0 d d d d
1 d d d r
2 d d r d
3 d d r r
4 d r d d
5 d r d r
6 d r r d
7 d r r r
8 r d d d
Les 4 derniers bits du champ de commande (champ DLC - Data Length Code)indiquent le nombre d'octets de données contenus dans le champ dedonnées pour une trame de données ou bien le nombre d’octets dont abesoin un nœud du réseau lors d’une trame de requête.
M.N. Kabbaj, Réseaux Locaux Industriels 2013
p
119
Introduction Protocole Couche Physique Trame de données Trame de requête
Champ de données
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Le champ de données est l'endroit où se trouvent les données utilestransmises. Il peut être composé de 0 octet minimum à 8 octets maximum.Cette longueur a été déterminée lors de l’analyse du champ de contrôle.Dans le cas d’une trame de requête, le champ de données est vide.
Champ decommande
Champ de données0 à 8 octets
Champ deCRC
M
S
B
L
S
B
1 octet
M.N. Kabbaj, Réseaux Locaux Industriels 2013
p
120
Introduction Protocole Couche Physique Trame de données Trame de requête
Champ de CRC (Cyclic Redundancy Code)
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Le champ de CRC permet de s’assurer de la validité du message transmis.
Seuls les champs de SOF, d’arbitrage, de contrôle et de données sont utiliséspour le calcul de la séquence de CRC.
Le CRC est un polynôme calculé de la même manière par l’émetteur et parle récepteur de la trame : le message est vu par l’algorithme comme un
polynôme qui est divisé par X15+X14+X10+X8+X7+X4+X3+1 et le reste de cettedivision est la séquence CRC transmise avec le message.
Champ de
données ou de
commande
Champ
d'acquittementChamp de CRC
Séquence de CRC 15 bits Délimiteur
de CRC
M.N. Kabbaj, Réseaux Locaux Industriels 2013
p y y
121
Introduction Protocole Couche Physique Trame de données Trame de requête
Champ d’acquittement ACK
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Il est composé de 2 bits, l'ACK Slot et le ACK Délimiteur (1 bit récessif).
Un nœud en train de transmettre envoie un bit récessif pour le ACK Slot.
Un nœud ayant reçu correctement un message en informe le transmetteuren envoyant un bit dominant pendant le ACK Slot : il acquitte le message.
Champ de CRC
Champ
d'acquittement Fin de trame
ACK-SlotDélimiteur de
ACK
M.N. Kabbaj, Réseaux Locaux Industriels 2013
p q
122
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8/12/2019 reseaux locaux industriels isai
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LE BUS I2CInter Integrated Circuit
M.N. Kabbaj, Réseaux Locaux Industriels 2013 125
8/12/2019 reseaux locaux industriels isai
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Introduction Protocole I2C Gestion des conflits
Caractéristiques
8/12/2019 reseaux locaux industriels isai
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M.N. Kabbaj, Réseaux Locaux Industriels 2013
q
Le bus I2C permet de faire communiquer entre eux des composantsélectroniques très divers grâce à seulement trois fils :
• 2 signaux synchrones :• un signal de donnée (SDA),• un signal d'horloge (SCL).
• un signal de référence électrique (Masse).
127
Introduction Protocole I2C Gestion des conflits
Prise de contrôle du bus
d l ôl d b l f l à
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M.N. Kabbaj, Réseaux Locaux Industriels 2013
Pour prendre le contrôle du bus, il faut que celui-ci soit au repos ( SDA et SCL à '1’ ).Pour transmettre des données sur le bus, il faut donc surveiller deux conditionsparticulières :
- La condition de départ : ( SDA passe à '0' alors que SCL reste à '1’ )- La condition d'arrêt: ( SDA passe à '1' alors que SCL reste à '1’ )
Lorsqu'un circuit, après avoir vérifié que le bus est libre, prend le contrôle de
celui-ci, il en devient le maître. C'est lui qui génère le signal d'horloge.
128
Introduction Protocole I2C Gestion des conflits
La transmission d’un octet :
A è i i é l di i d dé l î li SDA l bi d id
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M.N. Kabbaj, Réseaux Locaux Industriels 2013
• Après avoir imposé la condition de départ, le maître applique sur SDA le bit de poidsfort D7.• Il valide ensuite la donnée en appliquant pendant un instant un niveau ‘1' sur la ligneSCL.• Lorsque SCL revient à '0' , il recommence l'opération jusqu'à ce que l'octet completsoit transmis.
• Il envoie alors un bit ACK à '1' tout en scrutant l'état réel de SDA.•
L'esclave doit alors imposer un niveau '0' pour signaler au maître que la transmissions'est effectuée correctement.• Le maître voie le '0' et peut alors passer à la suite.
129
Introduction Protocole I2C Gestion des conflits
Transmission d’une adresse
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M.N. Kabbaj, Réseaux Locaux Industriels 2013
Le nombre de composants qu'il est possible de connecter sur un bus I2Cétant largement supérieur à deux, il est nécessaire de définir pour chacun
une adresse unique.
L'adresse d'un circuit, codée sur sept bits, est défini d'une part par sontype et d'autre part par l'état appliqué à un certain nombre de ces broches.Cette adresse est transmise sous la forme d'un octet au format particulier.
130
Introduction Protocole I2C Gestion des conflits
Transmission d’une adresse
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M.N. Kabbaj, Réseaux Locaux Industriels 2013
On remarque ici que les bits D7 à D1 représentent les adresse A6 à A0, et que lebit D0 et remplacé par le bit de R/W qui permet au maître de signaler s'il veut lire ou
écrire une donnée.
Le bit d’acquittement ACK fonctionne comme pour une donnée, ceci permet aumaître de vérifier si l'esclave est disponible.
Cas particulier des mémoires :L'espace adressable d'un circuit de mémoire étant sensiblement plus grand que laplupart des autres types de circuits, l'adresse d'une information y est codée surdeux octets ou plus. Le premier représente toujours l'adresse du circuit, et lessuivants l'adresse interne de la mémoire.
Les adresses réservées :Les adresses 00000XXX et 111111XX sont réservés à des modes de fonctionnementparticuliers.
131
Introduction Protocole I2C Gestion des conflits
Ecriture d’une donnée
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M.N. Kabbaj, Réseaux Locaux Industriels 2013
Cas particulier d'utilisation d'ACK :L'écriture d'un octet dans certains composants ( Mémoires, microcontrôleur, ...) peutprendre un certain temps. Il est donc possible que le maître soit obligé d'attendrel‘acquittement ACK avant de passer à la suite.
Dans le cas d’écriture de plusieurs octets, on répète « donnée + ACK » autant de fois que nécessaire.
132
Introduction Protocole I2C Gestion des conflits
Lecture d’une donnée
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M.N. Kabbaj, Réseaux Locaux Industriels 2013
La lecture d'une donnée par le maître se caractérise par l'utilisation spéciale quiest faite du bit ACK.
Après la lecture d'un octet, le maître positionne ACK à '0' s'il veut lire la donnéesuivante ( cas d'une mémoire par exemple ) ou à '1' le cas échéant. Il envoie alorsla condition d'arrêt.
133
Introduction Protocole I2C Gestion des conflits
Récapitulatif
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M.N. Kabbaj, Réseaux Locaux Industriels 2013 134
Introduction Protocole I2C Gestion des conflits
Mise en situation
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M.N. Kabbaj, Réseaux Locaux Industriels 2013
La structure même du bus I2C a été conçue pour pouvoir y accueillirplusieurs maîtres.
Se pose alors le problème commun à tout les réseaux utilisant un canalde communication unique : le contrôle du bus.
En effet, chaque maître pouvant prendre possession du bus dès que
celui-ci est libre, il existe la possibilité que deux maîtres désirent prendrela main en même temps.
Si cela ne pose pas de problème sur le plan électrique grâce àl'utilisation de collecteurs ouverts, il faut pouvoir détecter cet état pour
éviter la corruption des données transmises.
135
8/12/2019 reseaux locaux industriels isai
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Introduction Protocole I2C Gestion des conflits
Principe
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M.N. Kabbaj, Réseaux Locaux Industriels 2013
On distingue alors plusieurs cas :
• Les différents maîtres envoient les mêmes données au même moment :les données ne sont pas corrompues, la transmission s'effectuenormalement, comme si un seul maître avait parlé. Ce cas est très rare.
• Un maître impose un '0' sur le bus : il relira forcément '0' et continuera àtransmettre. Il ne peut pas alors détecter un éventuel conflit.
• Un maître cherche à appliquer un '1' sur le bus : s'il ne relit pas un niveau'1', c'est qu'un autre maître a pris la main en même temps. Le premier perdalors immédiatement le contrôle du bus, pour ne pas perturber latransmission du second. Il continue néanmoins à lire les données au cas oùcelles-ci lui auraient été destinées.
137
Introduction Protocole I2C Gestion des conflits
Exemple de conflit
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M.N. Kabbaj, Réseaux Locaux Industriels 2013
SCLR : Horloge résultanteSDA1 : Niveaux de SDA imposés par la maître n° 1.SDA2 : Niveaux de SDA imposés par la maître n° 2.SDAR : Niveaux de SDA réels résultants lus par les deux maîtres.
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Introduction Protocole I2C Gestion des conflits
Exemple de conflit
8/12/2019 reseaux locaux industriels isai
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M.N. Kabbaj, Réseaux Locaux Industriels 2013
Analyse :• Le premier octet est transmis normalement car les deux maîtres imposent lesmême données. (Cas n°1). Le bit ACK est mis à '0' par l'esclave.
• Lors du deuxième octet, le maître n°2 cherche à imposer un '1' (SDA2), maisrelit un '0' (SDAR), il perd alors le contrôle du bus et devient esclave (Cas n°3). Ilreprendra le contrôle du bus lorsque celui-ci sera de nouveau libre. Le maître
n°1 ne voit pas le conflit et continue à transmettre normalement (Cas n°2).
• En conclusion, l'esclave a reçu les données du maître n°1 sans erreurs et leconflit est passé inaperçu.
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Introduction Protocole I2C Gestion des conflits
Nouvelles caractéristiques
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M.N. Kabbaj, Réseaux Locaux Industriels 2013
Afin de compenser quelques lacunes des premières spécifications du bus I2C,quelques nouvelles améliorations ont été apportées :
• Le mode rapide : le bus a désormais la capacité de transmettre des données jusqu'à une vitesse de 3.4 Mbits/s (0.425 Mo/s).
• Des entrées à Trigger de Schmitt : afin de limiter la sensibilité au bruit.
• La mise en haute impédance d'un circuit non alimenté : ceci évite de bloquerle bus si un périphérique n'est pas alimenté.
• Extension à 10 bits de l'adressage des circuits : l'adressage d'un circuit se faitmaintenant dans deux octets consécutifs de la façon suivante :
Attention, dans ce cas, la plage d’adressage totale (adresses réservées comprises)commence à 0x7C00 !!
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Introduction Protocole I2C Gestion des conflits
Adresses réservées
Certains adresses ne sont pas utilisées pour l’adressage de composants
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M.N. Kabbaj, Réseaux Locaux Industriels 2013
Certains adresses ne sont pas utilisées pour l’adressage de composants.
Attention : 2 cas possibles selon adressage 8 bits ou bien 10 bits.
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Références
1 Transmission et acquisition de données Eric Magarotto
8/12/2019 reseaux locaux industriels isai
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1. Transmission et acquisition de données, Eric Magarotto2. Initiation aux Réseaux Locaux Industriels, Andreu, LIRMM3. Les réseaux locaux industriels, Hugues Angelis4. Réseaux Locaux Industriels et Bus de Terrain , Eric DECKE