Réseaux de communication pour l’industrie du futur

Réseaux de communication pour l’industrie du futur

 Réseaux Câblés Les réseaux câblés ont réputation d’être fiables, robustes, sûrs et performants, même s’ils ont quelques inconvénients comme les contraintes de déploiement ou la très faible mobilité des éléments connectés. En termes de débit et de fiabilité, les réseaux câblés sont encore,pour le moment, plus performants que les réseaux sans fil. Historiquement, ce sont les boucles de courant et RS‐232 qui assurent la communication entre un contrôleur et un actionneur ou un capteur. Ces solutions ne sont pas parfaites.

Elles imposent des restrictions concernant les changements de topologie par exemple. Pour résoudre ces problèmes, des alternatives ont été développées. Comme elles sont orientées industries, elles sont appelées «bus de terrain». Nous pouvons citer par exemple l’initiative française FIP (Factory Instrumentation Protocol) et allemande PROFIBUS. La standardisation des bus de terrain s’est révélée assez problématique [FS02].

La version initiale de l’IEC 61158 regroupe donc 8 technologies différentes. La version amendée de 2008 compte finalement 16 technologies [Déc 09]. Il existe donc une grande quantité de solutions,l’article[Fel 05]et l’ouvrage consacré [Sur 15] en dénombrent et en détaillent une partie. Nous avons choisi les communications séries pour leur aspect historique ainsi que les technologies dérivées d’IEEE 802.3.

Communication Série RS、

232 (ou EIA 232) est une norme de communication de type série. Cette norme a été validée par l’EIA en 1962. TIA/EIA 、232 、F est la dernière révision parue en 1997. Elle permet un échange asynchrone et bidirectionnel entre deux équipements (point à point). La norme définit seulement le fonctionnement électrique de la connexion, le brochage et le connecteur. Les codages et le débit de transmission ne sont donc pas définis dans la norme.

Par ses spécifications, RS 、232 est donc une norme de couche physique dans la pile OSI. Par exemple, Il est donc possible d’utiliser PPP et IP sur RS 、232. En pratique, UART (Universal Asynchronous Receiver Transmitter) est généralement utilisé sur RS 、232. RS 、232 peut atteindre un débit maximal de 115200 bit/s sur des très courtes distances. Dans son livre P97 Hardware Design Guide [Cor 97],

Microsoft déprécie l’utilisation de la norme RS‐232 au profit de normes comme l’USB. RS 、485 (ou TIA/EIA 485) est une amélioration significative de TIA/EIA 422. TIA/EIA 422 est une extension de RS‐232. Comme pour RS‐232, la norme ne définit que le niveau physique, c’est‐à‐dire le fonctionnement électrique, le brochage et le connecteur. RS 、485 supporte le point à point ainsi que le multipoint.

Il est donc possible d’avoir une topologie de type bus via RS‐485. Les connexions peuvent aussi être établies en full duplex. En pratique, RS 、485 peut atteindre un débit maximal de 10 Mbit/s sur de très courtes distances ou une distance de 1200m avec un débit moindre [Max 06]. 2.2.2 Ethernet et ses dérivés Ethernet Ethernet est un protocole réseau développé par Xerox et publié en 1980 [SH80].

Ethernet a été standardisé par l’IEEE en 1983 sous le nom d’IEEE 802.3. Ethernet définit à la fois la couche physique et la couche liaison. En 1983, la première implémentation standardisée permettait un débit de 10mb/sur un câble coaxial [Sho+85]. En 1987, la paire cuivrée et la fibre optique furent ajoutées au standard.

La dernière révision (802.3bs‐2017) permet un débit maximal de 400 Gbit/s. Les premières implémentations ne permettaient que des topologies de type bus. Maintenant, Ethernet supporte les topologies en étoile et point à point. Concernant la partie liaison, les données transitent sous forme de trames.

Les terminaux possèdent une adresse sur 48 bits, dépendante du constructeur [DP 81]. La Figure 2.1 représente la structure d’une trame Ethernet. La présence d’un code correcteur CRC n’est pas toujours suffisant en cas de collision. Un mécanisme de détection de collision (CSMA/CD) a donc été ajouté au standard [Mol 85].

En effet, Ethernet fonctionne en meilleur effort. Les trames ne sont pas assurées d’arriver à destination et n’ont pas de délai de livraison garanti. Au fil des années, IEEE 802.3 est devenue le standard prépondérant dans l’univers des réseaux câblés. Le fonctionnement d’Ethernet ne permet pas de satisfaire les contraintes des réseaux industriels.

Ethernet TSN (Time‐Sensitive Networking) a donc été créé [IL 11; CIS17]. Il s’appuie sur les améliorations proposées à travers les sous‐standards IEEE 802.1Q et 802.1AS. Ces deux sous‐standards apportent entre autre la gestion du temps réel