Brevet FR2526250A1 — publié le 19831104

PROCEDE DE CALAGE TEMPOREL AUTOMATIQUE DE STATIONS DANS UN SYSTEME DE TRANSMISSION PAR MULTIPLEX ET DE TRAITEMENT DE DONNEES La présente invention a trait au domaine des systèmes de transmission par multiplex et de traitement de données entre un certain nombre de stations associées à un bus par l'intermédiaire de modules de transmission et concerne plus précisément, dans un tel système, un procédé de calage temporel automatique de ces sta- tions. Par opposition aux grands réseaux du type Euronet ou Transpac, un réseau local présente une dispersion géographique réduite (quelques kilomètres au plus), ce qui autorise d'une part une vitesse d'échange d'informations très élevée entre les sta- tions et d'autre part des structures d'interconnexion simples du type bus, et permet une optimisation des communications et le partage des ressources (périphériques, fichiers,) entre diver- ses applications interactives et géographiquement situées à l'in- térieur de l'organisation Les caractéristiques générales d'un tel réseau local, structuré en couches conformément aux recommanda- tions de l'organisme officiel de normalisation ISO ("International Standardisation Organization"), sont décrites notamment dans la demande de brevet français Né 80 03 464 déposée le 15 février 1980 par la Société S A Philips Industrielle et Commerciale Il s'agit, dans cette demande (voir la figure 1, reprise dans la présente de- mande), d'un système de traitement de données réparti comprenant plusieurs systèmes locaux SL 1, SL 2,, S Li, etc, ainsi que, pour la communication entre ces systèmes locaux, un ensemble de trois "couches" fonctionnelles représentées de façon concentri- que et appelées respectivement couche de coordination 10, couche de communication 12, couche de transport 14, et, au centre de ces trois couches, le réseau de communication 16 proprement dit, ou bus de circulation de données. La couche de coordination 10 est gérée par des proces- cesseurs d'intercommunication 11 comprenant un matériel et un logiciel spécialisés qui assurent les différentes fonctions de co- ordination, de communication, de contrôle, d'initialisation, etc relatives aux systèmes locaux SL 1, SL 2,, S Li, respecti- vement associés La couche de communication 12 est gérée par des modules de communication 13 associés respectivement aux systèmes locaux et comprenant également un matériel et un logiciel spécia- lisés qui assurent la gestion des protocoles de communication entre ces systèmes locaux, c'est-à-dire la gestion des moyens pour établir les liaisons logiques, contrôler le débit d'information, présenter des évènements globaux au niveau de chaque système local S Li, détecter des erreurs, etc La couche de transport 14 comprend des modules de transmission 15, un bus en étoile 16 et un coupleur 17, ces modules 15 comprenant eux-mêmes un matériel et un logiciel spécialisés pour maintenir la synchronisation entre les modules de communication 13 et le bus 16, effectuer les conversions électrooptique et optoélectronique lorsque le bus 16 est un bus optique, contr 8 ler les erreurs éventuelles de parité, coder et dé- coder chaque trame de transmission sur le bus 16, assurer une émis- sion et une réception correctes des données dans les cadres tempo- rels alloués à chaque système local S Li, et gérer la procédure d'initialisation permettant la synchronisation de la transmission sur le bus. L'invention décrite dans la présente demande de brevet prend place dans cette couche de transport 14 et son but est de proposer, dans un système de transmission par multiplex et de trai- tement de données tel que défini précédemment, un procédé de cala- ge temporel des stations dans le cas d'un bus en étoile. L'invention concerne à cet effet un procédé caractérisé en ce que, les échanges entre stations étant organisés en une seule trame dans laquelle les stations peuvent simultanément écrire et lire par l'intermédiaire d'autant de modules de trans- mission associés à un bus unidirectionnel en étoile et à un cou- pleur passif, il comprend les phases suivantes: (a) une première phase de mesure précise, pour chaque station, du temps de propaga- tion aller-retour entre la station concernée et le coupleur, chaque station stockant la valeur qui la concerne, (b) une deuxième phase de synchronisation principale pendant laquelle l'une quelconque des stations, devenue la station-maître, émet en permanence un si- gnal à une fréquence dite de signalisation qui constitue un motif particulier permettant la mise en phase des horloges des stations et leur fonctionnement en synchronisme, et (c) une troisième phase de calage pendant laquelle la station-maître émet un mot de synchronisation qui permet la fixation de la position temporelle de chaque station dans un cadre qui lui est réservé puis le calage de cette station au sein du multiplex. La structure en étoile dont le calage est ainsi effec- tué est avantageuse à plusieurs titres dès que le nombre de sta- tions du réseau est relativement élevé: ( 1) les informations n'ont pas à traverser toutes les stations pour atteindre la sta- tion destinataire; ( 2) les pertes, proportionnelles au nombre de stations avec un bus en boucle, ne le sont qu'au logarithme de ce nombre dans le cas d'un bus en étoile Enfin, en cas de défaillance d'une station avec la structure en étoile, une autre station peut 'La remplacer immédiatement et il n'y a donc pas d'interruption de la transmission. Les particularités de l'invention seront maintenant précisées dans la description qui suit et en -référence aux dessins annexés qui montrent à titre d'exemple non limitatif un mode de réalisation de l'invention et dans lesquels: la figure 1 montre de façon schématique l'organisation générale en couches fonctionnelles concentriques d'un système informatique de transmission par multiplex et de traitement de données dans lequel est mis en oeuvre le procédé de calage tempo- rel de stations selon la présente invention; la figure 2 montre la configuration du bus en étoile la figue 3 est un ensemble de diagrammes mettant en évidence les relations temporelles entre les stations et le cou- pleur par l'intermédiaire du bus. Comme on l'a vu ci-dessus en référence à la figure 1, la couche de transport 14 du système est constituée d'une part il du coupieur 17 (qui peut être à fonctionnement par tran-,ission, comme dans l'exemple ici décrit, ou à fonctionnement par réfle- xion) et d'autre part des modules de transmission 15 réalisant l'interface entre le bus en étoile 16, optique dans le cas pré- sent, et les zidules de communication 13 de la couche de communi- cation 12, ces modules de transmission étant reliés au bus par cou- plage passif et disposant chacun, pour la transmission des données, d'au moins un cadre temporel. Dans la configuration en étoile ici décrite, aucune relation d'ordre particulière n'existe a priori entre les sta- tions, contrairement au cas de la configuration en boucle décrite dans une autre demande de brevet français déposée ce même jour par la demanderesse Toutes les stations sont équivalentes, seul le protocole d'échange adopté pour la transmission des informations crée a posteriori une telle relation d'ordre N'importe quelle sta- tion est donc capable d'assurer le r 6 le de station-maître par rap- port aux autres, ce qui permet notamment, lorsque la station-maître est en panne, le remplacement de cette station défaillante par une autre et donne par conséquent une fiabilité élevée au système. L'absence de relation d'ordre conduit alors à organiser les échan- ges de façon simultanée, c'est-à-dire en une seule trame dans la- quelle les stations peuvent simultanément écrire et lire, avec un mode de calage de ces stations qui est réalisé comme indiqué ci- dessous. On définit préalablement les éléments suivants T = durée de la trame (comprenant par exemple autant de cadres que de stations). n = nombre de stations. t E = temps de propagation d'une station vers le cou- pleur (ce temps correspond à une phase d'écriture, ou d'émission). t R = temps de propagation du coupleur vers une station (ce temps correspond à une phase de lecture, ou de réception) La figure 2, qui montre la configuration du bus en étoile 16, met en évidence ces temps de propagation t 1, t 1 R t El t RI N n t EI R'ti Compte tenu de ces définitions, pour que l'insertion- de données émises par la station i soit correcte au niveau du cou- pleur 17, il faut et il suffit que, par rapport à celui-ci, la iême station émette en avance d'un temps égal à: (i T/n) t E (le signe "moins" implique au moins une trame de retard pour l'insertion) Par conséquent, la ième station doit émettre LT + (i T/n) t' t RJ secondes après le mot de synchronisa- tion qui initialise une trame t pour que l'insertion soit correc- te dans la trame suivante t + 1 (on suppose ici que les temps t Ey t Ry et t = t E + t R sont plus courts que la durée d'une tra- me; s'il n'en est pas ainsi, le calcul reste similaire, mais l'insertion a simplement lieu avec plusieurs trames de retard). Le calage des stations peut alors être effectué selon les phases suivantes (a) une première phase de mesure très précise, pour chaque station 1, 2, i,, n du temps t= ti + t R égal au temps de propagation aller-retour entre la station con- cernée et le coupleur, puisque la durée de la trame correspond exactement au nombre des stations (la précision envisagée ici est de quelques dixièmes de bit) Ces mesures sont ensuite conservées en mémoire, chaque station ne stockant que la valeur qui la con- cerne. (b) une deuxième phase de synchronisation principale, pendant laquelle la première station à émettre, considérée alors comme "stationmaître" (cette relation d'ordre créée a posteriori est provisoire, et, on l'a précisé plus haut, n'importe quelle station peut être appelée selon les circonstances à jouer ce rôle de station-maître), émet en permanence un signal à la fré- quence dite de signalisation qui constitue un motif particulier permettant la synchronisation de toutes les stations (c'est-à- dire la mise en phase des horloges des stations, pour un fonction- nement synchrone). (c) une troisième phase de calage temporel des stations dans le multiplex, pendant laquelle la station-maître émet un mot b de synchronisation SW qui permet la fixation de la position tempo- relle de chaque station dans le cadre qui lui est réservé puis son calage au sein du multiplex. Les figures 3 a à 3 e montrent, à l'aide de diagrammes des temps, les relations temporelles qui s'établissent lors des opérations d'émission E ou de réception R entre la station devenue station-maître, les autres stations et le coupleur Plus précisé- ment, la figure 3 a montre l'émission du mot de synchronisation SW au niveau de la station I (station-maître), la figure 3 b la récep- tion de ce mot de synchronisation au niveau du coupleur 17, la fi- gure 3 c la réception de ce mot de synchronisation par la sta- tion i, la figure 3 d l'émission d'une information au niveau de cet- te station i, et la figure 3 e la réception, au niveau du coupleur 17, de l'information émise par la station i. Lorsque ces trois phases sont exécutées, le calage des stations est donc terminé, et la iême station doit émettre, on l'a vu, lT + (i T/n) tic secondes après un mot de synchronisation pour être inséré correctement, au plus tôt dans la trame suivante. Bien entendu, la présente invention n'est pas limitée à l'exemple de réalisation décrit et représenté, à partir duquel des variantes peuvent être proposées sans pour cela sortir du cadre de l'invention En particulier, compte tenu des fluctuations possibles des temps de propagation (en fonction de la température ou du vieillissement, qui peuvent entraîner notamment la dilata- tion mécanique des fibres optiques, une modification de leur profil d'indice, ou une modification du retard dans les composants optoélectroniques d'émission et de réception et dans les circuits logiques) il est préférable, plutôt que d'avoir une durée de trame correspondant exactement au nombre des stations, de recourir à un protocole d'échanges permettant l'utilisation d'un cadre vide susceptible d'absorber ces variations temporelles, la durée de la trame étant alors maintenant celle de (n+ 1) cadres et non plus n. Par ailleurs, l'invention est également applicable sans modifica- tion autre que la suppression des composants optoélectroniques dans le cas de liaisons non plus optiques mais par câbles. REVENDICATIONS 1 Dans un système de transmission par multiplex et de traitement de données entre un certain nombre N de stations, pro- cédé de calage temporel automatique de ces stations caractérisé en ce que, les échanges entre stations étant organisés en une seule trame dans laquelle lés stations peuvent simultanément écri- re et lire par l'intermédiaire d'autant de modules de transmission associés à un bus optique unidirectionnel en étoile et à un cou- pleur passif, il comprend les phases suivantes: (a) une première phase de mesure précise pour chaque station 1, 2, i,, n, du temps ti = t t égal au temps de propagation aller-retour entre la station concernée et le coupleur, chaque station stockant la valeur qui la concerne (b) une deuxième phase de synchronisation principale pendant laquelle l'une quelconque des stations, devenue la sta- tion-maître, émet en permanence un signal à une fréquence dite de signalisation qui constitue un motif particulier permettant la mise en phase des horloges des stations et leur fonctionnement en synchronisme; (c) une troisième phase de calage pendant laquelle la station-maitre émet un mot de synchronisation qui permet la fixation de la position temporelle de chaque station dans un cadre qui lui est réservé puis le calage de cette station au sein du multiplex. 2 Procédé de calage selon la revendication 1, caractéri- sé en ce que la durée d'une trame est celle des N cadres asso- ciés aux N stations. 3 Procédé de calage selon la revendication 1, caractéri- sé en ce que la durée d'une trame est celle des N cadres associés aux N stations, augmentée d'un cadre vide destiné à permettre l'absorption des fluctuations éventuelles des temps de propagation. 4 Procédé selon l'une des revendications précédentes, ca- ractérisé en ce qu'il est applicable dans le cas de liaisons par câbles sans autre modification que la suppression des composants optoélectroniques.