Support de Transmission - RLI, DUT 2ème Année
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Ce document présente un aperçu des concepts fondamentaux de la transmission en bande de base dans le contexte des réseaux locaux industriels (RLI). Il couvre les types de transmission, les caractéristiques des supports utilisés, et comprend les aspects théoriques et techniques liés à la qualité du signal lors de la transmission de données.
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Cours : Réseaux Locaux Industriels DUT : 2èmeAnnée GE Chapitre I : TRANSMISSION EN BANDE DE BASE I. Introduction Utilisée lorsque la Bande Passante du support physique est légèrement supérieure à la bande de fréquence occupée par le...
Cours : Réseaux Locaux Industriels DUT : 2èmeAnnée GE Chapitre I : TRANSMISSION EN BANDE DE BASE I. Introduction Utilisée 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, …) La structure d’une transmission de base est composée de : 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) II. 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 : ü Le sens des échanges ; ü Le mode de transmission : série ou parallèle ; ü La synchronisation : synchrone ou asynchrone. 2.1. Sens des échanges S.FARHAT 1/21 Cours : Réseaux Locaux Industriels DUT : 2èmeAnnée GE 2.2. Les modes de transmission 2.3. La synchronisation Liaison asynchrone : Chaque caractère est émis de façon irrégulière dans le temps, les horloges des Emetteur (ETCD A) et Récepteur (ETCD B) sont de même fréquence mais ne sont pas synchronisé. 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. 2.4. Qualité du circuit de données Ø Le Taux d’erreur : Rapport du nombre de bits émis erronés reçus au cours d’une période d’observation sur le nombre total de bits transmis pendant cette période. Ø Le débit binaire D exprimé en bit.s-1. Représente le nombre de bits transmis par seconde. Ø La rapidité de modulation R exprimée en Baud. Indique le nombre de symboles transmis par unité de temps. D = R. log V2 V = Valence des signaux émis, c’est à dire le nombre de symboles utilisés. 2.5. Caractéristiques du support de transmission Ø Bande Passante à -3 dB : Plage de fréquence pour laquelle la puissance du signal de sortie est au pire divisée par 2 par rapport au signal d’entrée. S.FARHAT 2/21 Cours : Réseaux Locaux Industriels DUT : 2èmeAnnée GE Ø Bruits et distorsions : Même si les signaux sont transmis dans la bande passante du support, les signaux sont déformés (distorsions d’amplitude et/ou de phase). Des perturbations extérieures (foudre, champ électromagnétique...) peuvent également introduire des bruits. Ø Capacité limite : Quantité maximale d’information transportable par unité de temps. C ap max = BP. log (1 + S / B) 2 Le rapport S/B est appelé rapport Signal sur Bruit exprimé en décibel en terme de puissance. S ⎛ Puissance du signal ⎞ = 10.log ⎜ ⎟ B ⎝ Puissance du bruit ⎠ 2.6. Les supports de transmission q 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 q Les câbles coaxiaux : q La fibre optique : Constituée d’un fil de verre très fin. Le cœur de la fibre propage la lumière. S.FARHAT 3/21 Cours : Réseaux Locaux Industriels DUT : 2èmeAnnée GE Avantages : masse linéique très faible, BP immense (30 THz :1012Hz), faible atténuation, insensibilité aux parasites électromagnétiques, … Inconvénients : Prix de la fibre, prix des ETCD, mode de pose. q 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. III. Transmission en bande de base : codage de l’information 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) : 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. 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. Signal Codage Code bipolaire simple : Il propose trois états de la grandeur transportée sur le support physique : ü La valeur 0 lorsque le bit est à 0 ü Alternativement +X et -X lorsque le bit est à 1 S.FARHAT 4/21 Cours : Réseaux Locaux Industriels DUT : 2èmeAnnée GE IV. 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 : Ø Le format des trames (nombre de bit total d’une trame); Ø Le critère de début et de fin de trame ; Ø La place et la signification des différents champs dans une trame ; Ø La technique de détection d’erreur utilisée ; Ø Les règles de dialogue : procédure après détection d’erreur, règle de priorité, … V. Contrôle de la validité de l’information : Par contrôle de parité LRC (Longitudinal Redundancy Check) : Data Bp Bp est le bit de parité : Ø Parité Paire : vaut 0 si le nombre de 1 dans Données est paire, sinon 1 Ø Parité Impaire : vaut 0 si le nombre de 1 dans Données est impaire, sinon 1. n n Bp paire = ⊕ di ; Bpimpaire = ⊕ di i =1 i =1 Par contrôle de parité VRC (Vertical Redundancy Check) : S.FARHAT 5/21 Cours : Réseaux Locaux Industriels DUT : 2èmeAnnée GE Exemple : 3 octets à transmettre. On fait une addition binaire Modulo 2 (Ou Exclusive) entre chaque bit sans retenue. 11001100 + 10110010 + 01001101 00110011 Par contrôle polynomial (par abus de langage CRC= Cyclic Redundancy Check) : a a a … … … … a a n-1 n-2 n-3 1 0 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. n −1 P( X ) = ∑ a. X k k k =0 On choisit un polynôme appelé polynôme générateur G(X) de degré « r » ayant des propriétés spécifiques. On calcule Xr.P(X) et on le divise par G(X). Le reste de cette division polynomiale est un autre polynôme noté CRC(X). On transmet : an-1 an-2 an-3 … a1 a0 rk … r1 r0 A la réception, on vérifie que le reste de la division par G(X) est nul. 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, Le reste de la division vaut donc : X2+X : soit : 11On transmet la trame : 1 0 0 1 1 1 0 S.FARHAT 6/21 Cours : Réseaux Locaux Industriels DUT : 2èmeAnnée GE Chapitre II : MODE DE TRANSMISSION DES DONNEES Le mode de transmission permet de définir si la communication se fait entre deux ou plusieurs interlocuteurs (>2). Il existe deux modes possibles : - Communication entre deux interlocuteurs : Liaison point à point - Communication plusieurs (>2) interlocuteurs : Liaison multipoints I. Standards de transmission des données 1.1. Standard RS 232C ou V24 F 2 lignes de transmission des données (une pour chaque sens). F Un ensemble de lignes de contrôle et de commandes nécessaires à l'établissement d'un canal de communication. F Toutes ces lignes sont référencées par rapport à un fil commun (masse ou retour commun : Single Ended). F La liaison RS 232 C est définie pour une longueur maximum de 15 mètres et un débit au plus égal à 20 Kbps. F Pour les lignes de données : F Tension > 0 (entre +5 et 15V) = bit à 0 logique F Tension < 0 (entre -5 et -15V) = bit à 1 logique +15 V 0 1 0 0 1 0 LOGIQUE +5 V -5 V 1 LOGIQU E -15 V Brochage DB9 S.FARHAT 7/21 Cours : Réseaux Locaux Industriels DUT : 2èmeAnnée GE Brochage DB25 Pin Signal 1 PGND Protective Ground 2 TXD Transmit Data 3 RXD Receive Data 4 RTS Ready To Send 5 CTS Clear To Send 6 DSR Data Set Ready 7 SG Signal Ground 8 CD Carrier Detect 20 DTR Data Terminal Ready 22 RI Ring Indicator S.FARHAT 8/21 Cours : Réseaux Locaux Industriels DUT : 2èmeAnnée GE Exemple1 : Transmettre le caractère L avec une parité PAIRE : b0 b1 b2 b3 b4 b5 b6 Code ASCII du c aract ère L : 0011001 Par ité PAIR : il fau t qu e le nom bre de 1 com pris dan s le cod e AS C II du c arac tère + c elui du bit de pari té s oit pair 4 = nombre pai r 0 0 0 1 1 0 0 1 1 1 b0 b1 b2 b3 b4 b5 b6 Bit de START Bit de STOP B it d e p arit é C haque bit é ta n t c o n ve r ti e n n i ve a u d e te n s i o n o u co u ra n t ce la donne : 1 0 { C od e ASC II d u caractère L 0 0 0 1 1 0 0 1 1 1 0 début du message fi n du m e ssa ge Exemple 2 : Transmettre le caractère T avec une parité IMPAIRE. b0 b1 b2 b3 b4 b5 b6 Co d e ASCII d u c ar actè r e T : 0010101 Pa rité IMP AIR E : il fau t qu e le nom bre de 1 co mpri s da ns l e co de A SC II du cara ctèr e + celu i du bit de pari té s oit impa ire 3 = nombre impaire 0 0 0 1 0 1 0 1 0 1 b0 b1 b2 b3 b4 b5 b6 Bit de parit é Bit de STOP Bit de START { C haque bit Code ASCII du caract ère T é ta n t c o n ve r ti e n n i ve a u d e te n s i o n o u co u ra n t ce la donne : 1 0 0 0 0 1 0 1 0 1 0 1 0 début du message fi n du m e ssa ge S.FARHAT 9/21 Cours : Réseaux Locaux Industriels DUT : 2èmeAnnée GE 1.2. Standard RS-485 F RS-485 est une interface standard EIA (Electronic Industries Alliance) très fréquente dans le monde d'acquisition de données. F RS-485 offre une ligne de transmission équilibrée qui peut être également partagé en mode multipoint. F Il permet des débits élevés des communications sur de longues distances dans des environnements du monde réel. F RS-485 a été conçu pour une plus grande distance et débits en bauds plus élevées que RS-232. F Conformément à la norme, 100kbit/s est le debit maximum et on peut atteindre une distance 1200 mètres. F Tension produite par le conducteur apparaît sur une paire de câbles de signaux qui transmettent un seul signal. F RS-485 driver a une entrée “Enable” pour controller la direction du signal. F Le Système différentiel offre une immunité au bruit, parce que le niveau du signal de mode commun peut être rejetée par le récepteur. Donc, les changements de masse et des signaux de bruit induits peuvent être annulés. l RS-485 offre une communication Half-duplex, et les communications multipoint sur un seul câble à paire torsadée. l La norme spécifie jusqu'à 32 équipements peuvent partager un réseau multipoint. l La Résistances de Terminaison évitent un signal réfléchi. S.FARHAT 10/21 Cours : Réseaux Locaux Industriels DUT : 2èmeAnnée GE MASTER SLAVE-1 SLAVE-2 SLAVE-3 1.2.1. RS-485 Half-duplex l Utilise les configurations Half-duplex pour la Collecte des données entre Maitre/ esclaves. l Habituellement, nous parlons du Multipoint network (i.e. MX4000, DPS9000) TD+/RD+ ENABLE TD-/RD- 1.2.2. RS-485 Full-duplex l Potentiellement l’interface RS-485 peut également utiliser 4 fils pour communiquer en mode multipoint mais... TX485+ TX TX TX4 TX485- ENABLE ENABLE RX485+ TX4 RX RX TX4 RX485- 85- TX4 485GND Noeud1 85- Noeud2 85- S.FARHAT 11/21 Cours : Réseaux Locaux Industriels DUT : 2èmeAnnée GE Résumé RS-232 RS-485 l Mode of Operation SINGLE-ENDED DIFFERENTIAL l Total Number of Drivers 1 DRIVER 32 DRIVER and Receivers on One Line 1 RECEIVER 32 RECEIVER l Maximum Cable Length 15 m 1200 m l Maximum Data Baud Rate 20kb/s 100kb/s l Driver Output Signal Level +/-25V +/- 6V l Driver Load Impedance 3kW to 7kW 54W l Max. Driver Current in High Z State +/-6mA +/-100uA l Slew Rate (Max.) 30V/µS N/A l Receiver Input Voltage Range +/-15V -7V to +12V l Receiver Input Sensitivity +/-3V +/-200mV l Receiver Input Resistance 3kW to 7kW ³ 12kW S.FARHAT 12/21 Cours : Réseaux Locaux Industriels DUT : 2èmeAnnée GE Chapitre III : Le Modèle OSI : Open System Interconnexion (Interconnexion des Systèmes Ouverts) I. Les couche du modèle OSI Le Modèle I.S.O. possède 7 couches Couches 7 à 5: couches hautes chargées du traitement des données Couches de 4 à 1: couches basses chargées d ’assurer un transport optimal des données N° Nom Fonction de la couche 7 Application Elle définit les mécanismes communs aux applications et la signification des informations échangées. 6 Présentation Elle se préoccupe de la syntaxe, compression, cryptage. 5 Session Elle fournit les outils de synchronisation et de gestion du dialogue entre les entités communicantes. 4 Transport Elle fournit les moyens de transport d'information d'un bout à l'autre d'un réseau entre deux utilisateurs situés dans des systèmes différents, indépendamment des caractéristiques du réseau réellement utilisé et de la présentation des données. 3 Réseau Elle réalise l'acheminement et le routage (choix d'un chemin) des informations au travers du réseau. 2 Liaison Elle réalise l'acheminement et le routage (choix d'un chemin) des informations au travers du réseau. 1 Physique Elle décrit les interfaces mécaniques et électriques et les protocoles d'échange des bits. Par exemple elle définit les modalités de transmission (half ou full duplex), le type de liaison (parallèle ou série), le codage des informations, le fonctionnement des interfaces électriques, etc. II. I.S.O. et BUS DE TERRAIN S.FARHAT 13/21 Cours : Réseaux Locaux Industriels DUT : 2èmeAnnée GE Le modèle d ’Interconnexion des Systèmes Ouverts (I.S.O) de l ’Organisation de Standardisation Internationale (O.S.I) sert de référence à tous les systèmes de communication. APPLICATION Interface avec l ’application Représentation des PRESENTATION données SESSION Synchronisation du dialogue TRANSPORT Connexion entre les 2 hôtes distants RESEAU Routage=Acheminement des paquets LIAISON Construction des trames + Détection des erreurs PHYSIQUE Codage des bits + Caractéristiques électriques 2.1. Encapsulation Informatio n 7 Transmission des données Application 6 Adaptation Présentation 5 Transaction Session Message 4 Transport Fragment 3 Paquet Réseau 2 Trame Liaison 1 Bit Physique s 2.2. Le Bus de Terrain et le modèle OSI Le bus de Terrain est basé sur la restriction du modèle I.S.O. à 3 couches. S.FARHAT 14/21 Cours : Réseaux Locaux Industriels DUT : 2èmeAnnée GE 7 APPLICATION 6 Les couches 3 à 6 sont vides : Pas d ’interconnexion avec un autre réseau 5 4 3 Couche Liaison = 2 LIAISON L.L.C. : Logical Link Control 1 PHYSIQUE M.A.C. : Medium Access Control III. La couche liaison L.L.C. : Logical Link Control Filtrage des messages Recouvrement des erreurs bit/trame Notification de surcharge M.A.C. : Medium Access Control Mise en trame : émission/réception Détection et signalisation du bit erreur Arbitrage : gestion de l ’accès au médium S.FARHAT 15/21 Cours : Réseaux Locaux Industriels DUT : 2èmeAnnée GE Chapitre IV: Le protocole MODBUS S.FARHAT 16/21 Cours : Réseaux Locaux Industriels DUT : 2èmeAnnée GE S.FARHAT 17/21 Cours : Réseaux Locaux Industriels DUT : 2èmeAnnée GE S.FARHAT 18/21 Cours : Réseaux Locaux Industriels DUT : 2èmeAnnée GE S.FARHAT 19/21 Cours : Réseaux Locaux Industriels DUT : 2èmeAnnée GE S.FARHAT 20/21 Cours : Réseaux Locaux Industriels DUT : 2èmeAnnée GE S.FARHAT 21/21