Institut national des sciences appliquees de lyon

10 . RESEAU LOCAL AU SENS LARGE : COUCHES SUPERIEURES.

Nous ne traiterons ici que très succinctement ce problème.
Les logiciels de niveau 4/OSI à 7/OSI ne sont pas spécifiques des réseaux locaux (sauf pour certains du niveau 7/OSI) et ils seront étudiés dans le cadre général.
Le niveau 3/OSI sera évoqué dans le cadre de l'étude des passerelles entre réseaux locaux au § 11.
Les couches de logiciel OSI sont précisées pour deux classes de réseaux locaux:

- MAP : Manufacturing Automation Protocol

- TOP : Technical and Office Protocol
MAP utilise aux niveaux OSI 1 et 2_MAC le protocole 8802.4 et TOP le protocole 8802.3; en observant leurs qualités respectives on comprend que TOP est dédié aux activités bureautique et MAP à la productique.
Pour les réseaux industriels du niveau le plus bas ("réseaux de capteurs") un projet français FIP : Factory Information Protocol est en cours de développement. Un projet concurrent, PROFIBUS, est développé en Allemagne; il est apparemment plus proche de MAP que le projet FIP. Au niveau Application ces profils utilisent un service voisin de MMS.

10.1 MAP

Ce standard définit un ensemble de protocoles OSI sur les 7 niveaux du Modèle de référence. Il a été conçu à partir des préoccupations de General Motors et des autres grands constructeurs automobiles américains. D'autres grands utilisateurs se sont associés à ce projet (Boeing, etc). Plusieurs constructeurs informatiques ont participé à l'élaboration des spécifications et à des réalisations expérimentales.

La politique retenue est de choisir parmi les protocoles OSI les versions, sous-ensembles, classes adaptés au problème et, si rien n'existe de promouvoir des protocoles en vue de leur normalisation.

Au niveau 7, un protocole de " messagerie temps réel " est normalisé: MMS = Manufacturing Message Service (standard OSI 9506 ). Ce protocole fournit en fait, par ses 84 fonctions, les bases d'un système d'exploitation temps réel distribué. Son interface avec les processus d'application est lui aussi standardisé.

On utilise par ailleurs le transfert de fichiers FTAM ou le protocole de terminal virtuel VTP . FTAM et MMS exigent, pour initialiser les échanges, le sous-ensemble commun ACSE (Application Common Service Elements) .
Pour répondre aux besoins très variés des applications industrielles, MAP existe en trois versions .
La version 3.0 prévoit au niveau 6 le noyau de présentation OSI, au niveau 5 le sous-ensemble BCS et au niveau 4 un protocole de Transport classe 4 . La couche 3 est vide pour un réseau simple. Cette version gère de nombreuses fonctions mais elle est assez lourde et ne présente pas toujours des performances suffisantes pour les temps de réponses.
Le temps de traitement des couches 3 à 6 peut être pénalisant si les fonctions traitées ne sont pas indispensables . La version 2.2 (collapsed MAP, MiniMAP) a ses couches 3 à 6 vides . La couche 7 est réduite à MMS (et ACSE).

Le standard MAP EPA ( Enhanced Performances Architecture, MAP à performances améliorées) correspond à la mise en oeuvre des versions complètes et mini, sur une couche 2 à 5 Mb/s en bande de base (bande porteuse) .

Dans l'architecture illustrée ci-dessous les noeuds Map Epa peuvent dialoguer directement entre eux et avec les nœuds MiniMAP. Pour communiquer avec les nœuds "MAP complet" du réseau large bande, on doit utiliser une passerelle (voir paragraphe 3.12).

Conçu pour des applications industrielles qui nécessitent des temps d'accès bornés pour traiter les transferts de données périodiques ou les alarmes, ce standard a retenu, aux niveaux 1 et 2, les protocoles OSI 8802.4 (voir ci-dessus) .

10.2 TOP

Ce protocole est né de la même démarche chez Boeing et s'applique plutôt aux réseaux bureautiques, ce type d'application correspondant mieux au choix du protocole 8802.3 au niveau 2. Pour les couches 3 à 7/OSI il suit les choix de MAP 3.0 sauf en ce qui concerne l'utilisation de MMS .

10.3 Projet FIP

Ce protocole appelé aussi Flux Informations Processus permet la connexion des capteurs, des actionneurs et des machines du premier niveau d'automatisme. (Il correspond à la notion de "bus de terrain" ("Field Bus"). Il doit permettre un très grand nombre d'interconnexions à un coût très faible. Pour cela il a été décidé de spécifier non seulement un protocole mais aussi un circuit intégré (puis une famille de circuits) supportant le protocole.
Pour assurer la cohérence de l'information, une diffusion de l'information à toutes les stations connectées est mise en oeuvre. Les messages transmis ne portent pas le nom de la station source, mais un identificateur de chaque objet transmis appelé "nomenclature". Une station scrutée diffuse l'information précise qui lui a été demandée (par exemple pression sur le capteur P ). Les stations réceptrices peuvent copier cet objet ou l'ignorer selon sa nomenclature.
L'architecture proposée, pour répondre aux contraintes de ce type d'application, est (comme MiniMAP) une architecture "écroulée" ne comportant que les couches Application, Liaison et Physique

N.B. Un projet concurrent "Profibus" est développé en Allemagne. Il est plus proche de MiniMAP que FIP.

* Couche application
Cette couche offre à l'utilisateur des services de mise à jour d'objets identifiés, de surveillance de la transmission et des stations productrices, de synchronisation et de communication point à point. Ces services peuvent être optimisés et fiabilisés (reprises).
Le service de base est constitué par le mise à jour cyclique d'objets identifiés : périodiquement les variables produites dans les stations productrices sont recopiées par le réseau dans les stations consommatrices. Cette mise à jour peut aussi être faite de manière apériodique par un service de lecture/écriture distantes.
Le service de synchronisation assure une gestion temporelle et événementielle de l'application répartie par envoi d'ordres de traitement, de "photographie" (vérification) ou de positionnement d'un ensemble de variables pour en assurer la cohérence.

* Couches Liaison de données et Physique

FIP est un bus à scrutation périodique et à diffusion qui assure un fonctionnement plus efficace et une meilleur cohérence de l'information qu'un système multipoint à commande centralisée dans lequel la station maître traite individuellement les stations esclaves . Chaque objet (variable, état,...) à transmettre est désigné par un nom unique dont l'ensemble constitue la nomenclature de l'application . Le bus ne transporte que des couples : nom d'objet-valeur de l'objet.

La nomenclature est codée sur 2 octets . Sa gestion est centralisée et commandée par un "gestionnaire de nomenclature . Lorsque celui-ci émet un "identificateur" (nom d'objet), il est reconnu une ou plusieurs stations réceptrices et une station émettrice . Celle-ci envoie alors un couple "identificateur-valeur" reçu par tous les destinataires intéressés .

Au niveau physique, le projet actuel prévoit un bus avec prise passives et transmission synchrone en bande de base avec codage Manchester. La version basse vitesse prévoit un débit de 50 kb/s avec une portée de 2 km. La version rapide prévoit 1 Mb/s sur 500 m.
Pour obtenir un coût de raccordement très faible (100 à 200 F), les fonctions des couches physique et liaison de données doivent être totalement prises en compte dans un circuit intégré spécifique.
FIP propose donc le profil suivant :
Au niveau 1 (physique) :
Bus

Support paire torsadée pour la version à 50 kb/s

non spécifié (paire, coaxial, fibre optique) pour 1 Mb/s

en pratique il existe une version à fibre optique à 2 Mb/s

Au niveau 2 (liaison de données)
Gestion centralisée (Gestionnaire de nomenclature: maître)

Scrutation périodique des capteurs ou de stations

Adressage des actionneurs ou transfert de messages vers les autres équipements à la demande.

Nomenclature sur 16 bits

Trames d'information comportant de 1 à 16 données codées sur 16 bits.

Protection de toutes les trames par code cyclique.

Erreurs détectées mais non récupérées.