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Présentation du Cours

• Le sujet est les Réseaux Locaux Industriels (RLI)
• Le cours est pour le Génie industriel et logistique 2
• L'enseignant est Pr. ZBAKH Douae
• L'université est l'Université Abdelmalek Esaadi
• L'établissement est l'ENSA de Tanger

Chapitre II : Environnement Industriel

• Les RLI sont nécessaires pour des environnements industriels
• Les exigences spécifiques d'un environnement industriel concernent :
  • Les processus de fabrication
  • La sécurité de transmission de données
  • La gestion des tâches
  • La supervision
  • Le temps de réponse

Plan

• L'exigence globale
• Les aspects physiques
• La sous-couche MAC
• La sous-couche LLC

Exigences Globales : Introduction

• L'environnement industriel requiert des besoins spécifiques
• Les besoins spécifiques incluent :
  • Les processus de fabrication : le téléchargement d'un programme sur un automate programmable exige une transmission sans erreur et rapide.
  • La sécurité de transmission de données : un processus de transmission de données doit renvoyer les erreurs détectées par les capteurs en toute sécurité.
  • La gestion des tâches : un contrôleur de cellule pour gérer toutes les tâches et les commandes numériques.
  • La supervision : éviter les perturbations physiques pour garantir le bon fonctionnement de la chaîne de production.
  • La réponse temps : l'utilisation des moyens de communication doit répondre en termes de débit aux besoins de chaque niveau.

Exemple d'exigences

• Diagramme présentant les exigences pour usine, atelier et terrain
  • Temps de réponse usine : non critique
  • Temps de réponse atelier : < 1 seconde
  • Temps de réponse terrain : < 0.01 seconde

OSI et RLI

• Modèle OSI complet
• Modèle de coopération (MMS)
• LLC: 1, 2, 3
• MAC

Couches du modèle RLI

• La couche application permet l'implémentation des applications sur les machines, le contrôle et la communication.
• La couche liaison assure la correction des erreurs de transmission et la fiabilité de la communication à travers les acquittement.
• La couche physique permet le codage des données avant l'envoi, et le décodage des messages reçus. Trois protocoles LLC sont proposés (LLCI, LLC2, LLC3).

OSI et RLI (tableau)

• Un tableau présentant les noms, le rôle de la couche et le format des données dans OSI et RLI.

Couches du modèle RLI (description)

• LLC1: sans connexion et sans acquittement pour les messages courts périodiques.
• LLC2: avec connexion et avec acquittement, lourd pour les communications industrielles.
• LLC3: avec connexion et sans acquittement, pour les communications temps réel avec un degré de sécurité important.

Aspects Physiques

• Les propriétés importantes de la couche physique incluent :
  • La topologie (type de support : cuivre, fibre optique, sans fil (radio, IR)).
  • Le taux de transmission
  • La longueur maximale
  • Le nombre de nœuds
  • L'alimentation
  • La résistance aux attaques et perturbations physiques.

Aspect physique : Topologie

• La topologie décrit la manière dont les équipements d'un réseau sont connectés physiquement.
  • Topologie en bus (utilisation d'un seul support)
    • Transmission de messages à toutes les unités du réseau
    • Un seul point de panne peut perturber le réseau
  • Topologie en anneau (boucle fermé)
    • Communication unidirectionnelle entre les unités
    • Un problème lié à une unité en panne peut entraîner l'arrêt du réseau
  • Topologie en étoile (liaison vers un nœud central)
    • Facilite l'ajout/suppression d'équipements
    • Localisation et résolution rapide des pannes
  • Topologie en hiérarchie (structure arborescente)
  • Topologie en maillage (liens multiples entre les unités)

Aspect physique: Type de support

• Les supports utilisés doivent être renforcés en fonction de l’utilisation et des conditions spécifiques
• Types de supports: Cuivre, fibre optique, sans fil
• Avantages et inconvénients pour chaque type de support.
• Exemples de câbles RJ45 résistants à des conditions particulières : températures élevées et perturbations.

Aspect physique : support de transmission

• Les exigences techniques pour les interfaces sont plus élevées dans l'environnement industriel qu'en bureau.
• Les branchements doivent être protégés contre l'humidité, la poussière et la saleté.

Aspect physique : codage

• Les données sont transmises par des supports physiques
• Un canal de transmission est nécessaire, ainsi qu'une méthode pour assurer la fiabilité.
• Optimisation du codage pour réduire les interférences dans les réseaux industriels.
• Méthodes de codage : Bit Stuffing, Manchester.

Aspect physique: les codes

• Les lignes de transmission peuvent être utilisées :
  • Simplex : un sens de transmission
  • Half-duplex : deux sens, mais pas simultanément
  • Full-duplex : deux sens simultanément

Aspect physique : codage

• Le but du codeur de source est de représenter la sortie de la source en une séquence binaire (avec la plus grande économie possible).
• Le but du codeur de canal et de son décodeur est de reproduire la séquence binaire malgré le bruit du canal.
• Méthode de codage Bit stuffing.

Aspect physique : les codes (exemples)

• Manchester : garanti la synchronisation de l'émetteur et du récepteur

Couche Liaison de Donnée

• La couche liaison de données est la deuxième couche du modèle OSI.
• Elle assure le bon transfert des bits dans les paquets de données.
• Les données de la couche supérieure sont encapsulées dans des trames avec des en-têtes et des pieds de page contenant des informations de contrôle.

Couche Liaison de Donnée -détails

• Gère le flux de données entre les nœuds du réseau pour éviter la saturation du récepteur.
• Détermine comment les dispositifs partagent le même support de transmission avec des protocoles.
• Les trames incluent des adresses MAC pour identifier les dispositifs sur le réseau local.

Sous-couche MAC

• La sous-couche MAC est essentielle pour la gestion de l’accès au support de transmission et assure la communication entre les dispositifs d'un même réseau local.
• Elle permet à plusieurs dispositifs de partager le support de transmission avec des protocoles.
• L'utilisation d'adresses MAC pour identifier chaque dispositif du réseau.

Sous-couche MAC (addresses MAC)

• Format d'adressage MAC basé sur 48 bits (6 octets).
• Format hexadécimal séparé par des deux-points ou tirets.
• Explication de la partie OUI (Organizationally Unique Identifier) qui identifie le fabricant.
• Explication de la partie NIC (Network Interface Controller).

Liaison de donnée : Sous couche MAC (détails)

• Adresse MAC (Media Access Control) : identifiant unique attribuée à chaque interface réseau.
• Format : 48 bits (6 octets) exprimé en hexadécimal avec séparateurs (ex. 00:1A:2B:3C:4D:5E).

Liaison de donnée : Sous couche MAC

• OUI (Organizationally Unique Identifier) identifie le fabricant.
• NIC (Network Interface Controller) : identifie le matériel sur chaque appareil.
• Format défini par IEEE.
• Adresses universelles des équipements.
• Nécessité d'arbitrage (méthode d'accès).

Liaison de données: Sous couche MAC

• Notion de temps réel dans les RLI.
• Nécessité de hiérarchiser l'accès aux données.
• Prise en compte des informations critiques.

Analyse temps de transfert (diagramme)

• Diagramme illustrant les différents délais dans le transfert de données (d1 à d6).

Sous couche MAC: Techniques d'accès

• Méthodes d'accès aux réseaux locaux industriels (RLI).
  • Accès aléatoire : utilisation des méthodes CSMA/CD et CSMA/CR.
  • Accès contrôlé : utilisation de l’accès par jeton ou d’un réseau maître/esclaves

Techniques d'accès: accès aléatoire

• Principe de compétition entre les stations.
• Procédure comprenant la détection de trafic, les actions pour émettre si la voie est libre, la détection de collision et la résolution de ces conflits.

Techniques d'accès: accès aléatoire

• Méthode CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection).
• Détection de collision, retrait du réseau, attente aléatoire, et réémissions.

Techniques d'accès: accès aléatoire

• Diagramme illustrant le processus CSMA/CD.

Techniques d'accès: accès aléatoire (déterministe)

• Méthode CSMA/CD avec résolution déterministe.
• Définition de l’ordre d’accès au canal après une collision avec dichotomie.

Techniques d'accès: accès déterministe

• La transmission entre le maître et l’esclave est en mode half-duplex

Techniques d'accès: accès déterministe (exemples)

• Réseau Maître/Esclave : le maître interroge les esclaves et les esclaves répondent.
• Diffusion : le maître envoie un message à tous les esclaves, pas de réponse.

Techniques d'accès: accès déterministe (diagramme schéma)

Techniques d'accès: accès déterministe

• Structure d'une transaction (différents délais).

Techniques d'accès: accès déterministe (exemples)

• Réseau à jeton : le jeton circule entre les stations, une seule station peut émettre à la fois, si rien à transmettre le jeton est passé automatiquement à la prochaine station.

Sous-couche LLC

• La sous-couche LLC est une entité dédiée au service.
• Elle permet le fonctionnement de différents protocoles.

Sous-couche LLC

• Fonctionnement de LLC1, LLC2, et LLC3

Sous-couche LLC: service LLC1 (description)

• Service de deux commandes basées sur la requête et l’indication de données.
• Priorités incluses.

Sous-couche LLC: service LLC1 (exemples)

• Diagramme illustrant L.DATA.REQUEST et L.DATA.INDICATION.

Sous-couche LLC: service LLC2 (description)

• Gestion de la liaison logique entre l'émetteur et le récepteur.
• Etablissement, maintien et libération de la liaison.
• Plus de fonctions que LLC1.

Sous-couche LLC: service LLC3 (description)

• Service sans connexion et avec acquittement.
• Amélioration de la fiabilité des échanges.
• Pas de gestion d'autorisation.

Sous-couche LLC: service LLC3 (Fonction)

• Fonction d'acquittement (L.DATA.ACK.REQUEST).
• L.DATA.ACK.STATUS.INDICATION
• Parametres : adresse locale, adresse distante, priorités, état.

Sous-couche LLC: Points d’accès au service

• Les Service Access Point (SAP) ou Logical Link Service Access Point (LLCSAP) sont des fonctions permettant de créer des accès entre la couche applicative et la sous couche LLC.
• Les SAP fournissent un service responsable de la gestion de l’accès au support de transmission dans un réseau.

Réseau Ethernet : définitions

• Description générale du réseau Ethernet.
• Norme IEEE 802.3 qui définit le réseau Ethernet.
• Utilisation de deux types de trames principalement (Ethernet V2, IEEE 802.3).

Réseau Ethernet : Trame V2

• Structure de la trame Ethernet V2.
• Présentation des champs inclus dans la trame V2.

Réseau Ethernet : Trame V2

• Détail d’utilisation des octets Préambule, Adresse destination, Adresse source, type de données et CRC.

Réseau Ethernet : trame V2 (détails)

• Explication du champs des données, des octets à 0, dit de bourrage, et champ CRC (Cycle Redundancy Check).